磁谐振耦合式AGV无线充电装置设计

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所属分类:AGV设计资料
摘要

针对目前自动导引车(AGV,Automated Guided Vehicle)有线充电存在安全性低、智能化不足及环境要求高等问题,设计了一种AGV无线充电装置。为了满足AGV充电的容量需求,装置中设计了新型软开关式直流斩波电路,使输出电压峰值范围可调。采用了一种磁耦合谐振式拓扑结构进行非接触式电能传输,分析无线电能传输中传输距离、传输效率及频率三者之间的关系,增加了无线充电时电池与充电电源的最大有效距离。实验证明该装置在20cm的距离可实现460W的AGV无线充电。

1 引言

AGV 作为一种新型机器人以其环境污染较小、智能化高及资源占用少等优点逐步成为引领未来时代的智能机器人。近几年,随着 AGV 数量的快速增长,人们开始对 AGV 充电方式的安全性和智能性提出更严苛的要求,非接触式无线充电方式应运而生。与接触式充电相比,非接触式无线充电具有使用方便、无火花或触电危险和适应多种恶劣环境等特点。因此,非接触式无线充电技术成为了世界各国专家学者研究的重要课题之一。

2007 年,美国麻省理工学院的 Marin Soljaci 研究小组采用粗铜线分别绕制两个谐振线圈,并使谐振线圈与平板电容器相连组成具有相同谐振频率的谐振回路。该装置成功点亮了 2 米外一个 60W的灯泡,引起了世界各国对新型的无线电能传输技术的广泛关注[2]。目前,国内外许多科研机构和高校都在积极进行无线充电技术领域方面的研究。国外的东京大学、匹斯堡大学、新奥克兰大学以及国内的哈尔滨工业大学、华南理工大学、东南大学等高校都对无线电能传输技术展开了深入的研究并形成了一定的理论基础和产业化态势,推动了无线电能传输技术的发展使无线电传输技术与我们的日常生活紧密结合。

尽管国内外对无线电能传输技术进行了大量的研究,但该技术仍处于理论研究和实验研究阶段,相关的理论和实验经验还比较欠缺,仍存在着许多亟待解决的问题,如大功率逆变器的设计、传输功率的优化和效率的提高等[5-7]问题。本文利用磁耦合谐振技术设计了一套用于 AGV 无线电能传输的实验装置,该装置的结构框图如图 1 所示。该无线电能传输装置的逆变电源部分,采用一种新型的软开关式直流斩波电路实现可调节的输出电压并提升装置的整体效率。在电能传输部分,设计了一种磁耦合谐振装置并通过进行一系列的实验验证了该装置的可靠性和实用性。

磁谐振耦合式AGV无线充电装置设计

图 1 无线电能传输实验装置结构框图

2 高频电源

2. 1 电源整体设计

本装置采用高频开关逆变电源供电,高频开关逆变电源通过三相桥式整流电路,将三相工频电整流成直流电,整流后的直流电经过降压斩波电路实现稳压,最后经高频逆变电路将直流电转换为高频交流电输出,输出的高频交流电作为原边线圈的供电电源。因此,降压斩波电路和高频逆变电路是该装置的关键。

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