AGV小车无线充电装置的研究与设计

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所属分类:AGV设计资料
摘要

无线充电技术是最近几年快速发展的一种充电技术,将无线充电技术应用在AGV小车上,不但能够克服传统充电方式中存在的不方便、不安全性,提升充电系统的美观、实用性,还能够节约人力成本和资金成本。本论文主要针对磁耦合谐振式无线充电系统进行了理论研究,应用于AGV小车之上的充电系统的软硬件设计。论文对三大无线充电方式作了对比,总结了磁耦合谐振式无线充电方式的明显优势;然后通过理论分析,得到了影响充电效率的最关键两种因素,并确定了相应的两项参数;结合AGV小车的工作环境,确定了无线充电系统的总体设计方案。依据设计方案,在本论文的第四章分别设计了无线充电系统的发射端与接收端的相关电路,在第五章完成了系统软件部分的方案设计与程序编写,最终完成了AGV小车无线充电装置的设计。通过第六章的实验分析,本论文所设计的AGV小车无线充电装置能够达到所设计的参数要求,并实现预期所要完成的功能。将磁耦合谐振式无线充电技术应用于AGV系统,能够克服充电触头因多次对接而氧化、钝化所引起的接触不良、充电接口发热等问题;提升充电系统的便利性;有效延长了AGV的连续工作时间;提高了AGV的工作效率。随着无线充电技术的进一步成熟,AGV系统将会越来越多地采用无线充电技术,以提高其环境的适应性、充电的便捷性、使用的高效性。

目 录
摘 要
ABSTRACT
目 录
插图索引
表格索引
注释表
第一章 绪论
1.1 选题背景和意义
1.2 无线充电技术研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本文主要研究内容
第二章 无线充电技术的原理分析
2.1 引言
2.2 电磁感应式无线充电
2.3 电磁波辐射式无线充电
2.4 磁耦合谐振式无线充电
2.5 磁耦合谐振式无线充电的优势
2.6 本章小结
第三章 磁耦合谐振式无线充电系统基本特性研究
3.1 磁耦合谐振式无线充电系统基本工作原理
3.2 磁耦合谐振式无线充电系统基本理论
3.2.1 耦合模理论
3.2.2 电路理论
3.2.3 谐振补偿结构原理分析
3.3 系统工作频率与传输效率的关系
3.4 线圈耦合距离与传输效率的关系
3.5 本章小结
第四章 系统硬件电路设计
4.1AGV 无线充电装置总体设计方案
4.2 电气系统主要器件参数设计
4.3 非接触式变压器选择
4.4 系统控制电路设计
4.5 整流电路
4.6 DC-DC 直流斩波电路
4.7 逆变电路
4.8 驱动电路
4.9 无线通信电路
4.10 检测单元电路
4.11 本章小结
第 5 章 系统软件设计
5.1 发射端程序设计
5.1.1 发射端主控程序设计
5.1.2 三段式充电程序框图
5.2 接收端主控程序设计
5.3 本章小结
第 6 章 实验验证与结论分析
6.1 装置安装与测试平台搭建
6.2 实验结果
6.2.1AGV 小车无线充电装置运行实验
6.2.2 三段式充电方案运行实验
6.3 结论
第 7 章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 未来展望
参考文献
附录 A
附录 B
攻读学位期间所取得的相关科研成果
致 谢
插图索引
图 2-1 电磁感应式无线充电原理图
图 2-2 电磁感应式无线充电电路示意图
图 2-3 电磁感应式无线充电技术的应用
图 2-4 电磁波辐射式无线充电原理图
图 2-5 电磁波辐射式无线充电电路示意图
图 2-6 电磁波辐射式无线充电飞机
图 2-7 磁耦合谐振式无线充电原理图
图 2-8 磁耦合谐振式无线充电电路示意图
图 2-9 德尔福公司发明的电动汽车无线充电装置
图 3-1 MCR-WPT 系统
图 3-2 MCR-WPT 系统原理示意图
图 3-3 当ω1 =ω2 时能量与时间的关系
图 3-4 当ω1 ≠ ω2 时能量与时间的关系
图 3-5 SS 型耦合等效电路
图 3-6 SP 型耦合等效电路
图 3-7 PS 型耦合等效电路
图 3-8 PP 型耦合等效电路
图3-9系统工作频率与传输效率的关系
图3-10线圈耦合距离与传输效率的关系
图 4-1 AGV 小车磁耦合谐振式无线充电系统整体设计方案
图 4-2 STM32F103VCT6 最小系统原理图
图 4-3 控制电路结构示意图
图 4-4 单相全桥整流电路拓扑结构
图 4-5 Buck 斩波电路拓扑结构
图 4-6 全桥逆变电路拓扑结构
图4-7 KD501内部结构
图4-8 FBT06M与FBT06S模块配套与ARM连接应用电路
图 4-9 线圈交流检测电路
图 4-10 充电电压检测电路
图 5-1 主程序流程图
图 5-2 三段式充电软件流程图
图 5-3 接收端主控程序流程图
图 6-1 AGV 小车无线充电装置整体实物图
图 6-2 无线充电系统发射端安装实物图
图 6-3 无线充电系统接收端安装实物图
图 6-4 无线充电装置测试平台
图 6-5 无线充电装置实物运行图
图 6-6 AGV 小车无线充电装置实际运行结果
图 6-7 放电完毕的锂电池电压
图 6-8 无线充电系统处于涓流充电状态
图 6-9 无线充电系统处于恒流充电状态
图 6-10 无线充电系统处于恒压充电状态
图 6-11 充电过程中锂电池组电压随时间的变化关系
表格索引
表 4-1 主电路元器件参数
表 4-2 MDQ100-16 整流模块参数表
表 4-3 RURG5060 快恢复二极管参数表

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