無(wú)線電力傳輸?shù)闹庇^創(chuàng)新，第 5 部分

為了測(cè)試直覺(jué)的全部力量，我們現(xiàn)在嘗試將其中一些概念應(yīng)用到 WPT 系統(tǒng)的接收端。我們也可以在那一端完成一些事情嗎?

射頻系統(tǒng)的從業(yè)人員直觀地知道，“發(fā)射器”和“接收器”之間總是存在等價(jià)的。一般來(lái)說(shuō)，好的發(fā)射器也是好的接收器。傳輸和接收的規(guī)律之間存在一種自然的不言而喻的二元性。因此，我們可以在 WPT 的背景下提出另一個(gè)有價(jià)值的問(wèn)題：上面提到的發(fā)射器的相反極性成對(duì)線圈技術(shù)對(duì)接收器也有用嗎?確實(shí)是的，但是以附在接收器上的巧妙對(duì)準(zhǔn)指南的形式。

到底什么是對(duì)齊指南?有多種方法可用于檢測(cè)無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)中的接收器線圈是否正確位于發(fā)射器線圈表面的中心。這有助于實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)鸟詈虾妥畲蠊β蕚鬏?。傳統(tǒng)的對(duì)齊方法或輔助設(shè)備包括磁鐵、霍爾效應(yīng)傳感器和其他感應(yīng)輔助設(shè)備，例如放置在接收器中的低功率檢測(cè)線圈。其中，那些使用線圈的方法顯然是最便宜的，并且通常設(shè)計(jì)為不會(huì)在其內(nèi)部消耗任何顯著的功率。這些通常通過(guò)簡(jiǎn)單地檢測(cè)它們自身的某個(gè)感應(yīng)電壓來(lái)發(fā)揮作用。檢測(cè)或感測(cè)的電壓被施加到高阻抗節(jié)點(diǎn)，例如運(yùn)算放大器的輸入等。所以，由于任何感應(yīng)電壓，這些感應(yīng)線圈中幾乎沒(méi)有任何明顯的電流。因此，這些方法也被認(rèn)為具有成本效益和效率。然而，使用線圈的現(xiàn)有方法在功效上有所不同，并且可能有幾個(gè)缺點(diǎn)，例如：

a) 感應(yīng)電壓通常最多為幾毫伏或幾微伏。這會(huì)導(dǎo)致大量噪聲干擾和普遍缺乏靈敏度。

b) 通常沒(méi)有辦法，而不是每個(gè)軸(在 x 或 y 軸上)僅使用一個(gè)線圈來(lái)檢測(cè)接收器從中心的不希望的位移是否是在哪個(gè)特定方向上 遠(yuǎn)離發(fā)射線圈的中心。換句話說(shuō)，雖然可能有一個(gè)距離中心有一定“距離”的指示，但為了快速輕松地糾正它，用戶還需要接收視覺(jué)指示，例如，他或她是否需要將中心移開。以右或左方向(或頂部或底部)為中心的接收器。換言之，用戶不知道報(bào)告的“偏心”是在+x方向還是在-x方向(在x軸對(duì)準(zhǔn)傳感器的情況下)。因此，使用這種有限的系統(tǒng)，用戶手動(dòng)將接收器集中在發(fā)射器上可能需要大量的試驗(yàn)和錯(cuò)誤。

c) 更復(fù)雜的系統(tǒng)也需要更多的線圈以及更多的終端和檢測(cè)器，從而增加了復(fù)雜性和成本。

但是我們現(xiàn)在采用相反極性的成對(duì)線圈概念并將其用于檢測(cè)對(duì)齊。請(qǐng)注意，兩個(gè)線圈之間的距離始終是固定的，并且整個(gè)對(duì)準(zhǔn)線圈裝置通常牢固地連接到接收器線圈，并且物理地落在發(fā)射器和接收器線圈之間。

果然，我們的概念運(yùn)行良好，正如直覺(jué)預(yù)期的那樣。例如，在給定時(shí)刻，假設(shè)發(fā)射器產(chǎn)生了幾條向上的磁通線。假設(shè)首先對(duì)準(zhǔn)線圈正確居中，這對(duì)線圈中的兩個(gè)線圈接收完全相同的磁通線部分。根據(jù)法拉第定律，由于完全對(duì)稱，因此兩個(gè)線圈也產(chǎn)生完全相同的感應(yīng)電壓。我們問(wèn)：每個(gè)線圈的感應(yīng)電壓在哪個(gè)方向?感應(yīng)電壓的方向必須是，如果 它產(chǎn)生任何電流，由此產(chǎn)生的磁通量往往會(huì)與原因相反。

換句話說(shuō)，兩個(gè)線圈都會(huì)趨向產(chǎn)生相反的通量，即向下的方向。因此，每個(gè)線圈中的感應(yīng)電流(真實(shí)的或想象的)在大小上必須相同，并且兩者都必須是順時(shí)針?lè)较颍鐖D所示?，F(xiàn)在，如果我們追蹤每個(gè)線圈的感應(yīng)電流進(jìn)入相對(duì)線圈的路徑，我們將看到任何線圈中的感應(yīng)電流在另一個(gè)線圈中反轉(zhuǎn)極性，從而抵消該線圈中的感應(yīng)電流。換句話說(shuō)，兩個(gè)線圈中的感應(yīng)電壓完全相等且相反，端子上根本沒(méi)有電壓。這就是連接這些對(duì)準(zhǔn)線圈的接收器線圈與下面的發(fā)射器線圈完美對(duì)準(zhǔn)的情況。所以用戶知道接收器在發(fā)射器表面的死點(diǎn)，如圖所示。

現(xiàn)在，如果我們將雙線圈排列向右(+x 方向)移動(dòng)，左側(cè)的線圈將更靠近中心，它將從發(fā)射器中獲得更高的磁通密度。右側(cè)的線圈將看到其磁通密度下降。因此，后一個(gè)線圈的感應(yīng)電壓貢獻(xiàn)將被左側(cè)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓“壓倒”。結(jié)果，現(xiàn)在將在成對(duì)線圈的端子上產(chǎn)生凈感應(yīng)電壓。

類似地，如果我們將雙線圈對(duì)向相反方向移動(dòng)，即-x 方向，則端子兩端的電壓將再次遠(yuǎn)離中心增加，但與我們向+x 方向移動(dòng)時(shí)的情況相反。 . 檢測(cè)器單元可以檢測(cè)到所有這些變化，并向用戶呈現(xiàn)視覺(jué)、聽覺(jué)或觸覺(jué)反饋，以幫助他或她將接收器定位在靠近中心的位置。

我們可以創(chuàng)建另一個(gè)極性相反的雙線圈陣列來(lái)檢測(cè)沿 y 軸的運(yùn)動(dòng)。然后我們可以檢測(cè)沿平面的任意運(yùn)動(dòng)。此外，每個(gè) x 和 y 對(duì)齊線圈對(duì)的兩個(gè)端子之一可以稱為“接地”，因此整個(gè) xy 線圈布置，總共包括四個(gè)線圈，其中兩個(gè)線圈在 x 方向耦合，兩個(gè)線圈在y 方向，可以僅通過(guò)三個(gè)引腳連接到組合電壓/電流檢測(cè)器模塊，其中一個(gè)引腳被共享(接地層)。實(shí)際上，只有兩個(gè)引腳。

實(shí)際上，由于探測(cè)器呈現(xiàn)高阻抗，校準(zhǔn)線圈在任何時(shí)候都不會(huì)通過(guò)任何顯著的電流，因此它們對(duì)于發(fā)射器和接收器線圈之間的主要功率流過(guò)程幾乎是透明的。它們沒(méi)有任何明顯的副作用，特別是如果做得很薄。