AGV分段无接触供电系统设计

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所属分类:AGV设计资料
摘要

近年来,自动引导小车(Automated Guided Vehicle, AGV)在工业场合中的应用越来越广泛。针对AGV供电采用蓄电池供电存在污染环境以及不能连续供电的问题,设计了一种分块式无接触供电系统。该系统基于电磁感应原理,利用电力电子器件对一次侧供电进行整流、滤波、逆变等一系列转化后供应给行驶在轨道上的二次侧的AGV,另外为降低能量浪费,将其轨道沿线供电部分进行了分块。仿真结果表明,此无接触式分块供电系统可以高效地向AGV传输电能,足以满足AGV的用电需求。因而在大部分工业AGV应用场合可以采用该分段式无接触供电系统,该供电系统一般情况下可满足AGV小车的行走、货物举升等电力需求。

0 引言

AGV(Automated Guided Vehicle)是一种无人搬运车。通常用于制造工厂和物流分发中心运送物品[1]。AGV 是通过电磁导航或激光导航等自动引导装置引导的无人驾驶小车,往返穿梭于工厂或物流中心进行搬运货物,运行过程中无噪声、无污染,可以应用在许多要求工作环境清洁的场所。2017 年12 月 10 日上海洋山港自动化码头就是充分利用了AGV 进行搬运,几十辆 AGV 穿梭于码头上极大地减少了人工,同时全自动化控制系统的运行也减少了人为原因造成的失误,但码头上的 AGV 小车仍使用的是铅蓄电池供电。AGV 小车的能量供应依然采用常规的电能存储介质,比如电池[2]。蓄电池有其使用寿命,达到其使用寿命后,舍弃会造成极大的污染,且需要充电,不能持续运行,当货物量过多时会造成 AGV 不足等情况;若增加 AGV 则会造成成本增加且需要更多的占地空间和维护成本。本文主要研究了当前主流的无接触式供电系统并进行分块,此设计能有效减少电子元器件的工作时间,从而降低电子元器件的损耗,同时也能减少电能的使用,符合国家节能减排战略。

非接触供电技术经过数十年的发展已较为成熟,其供电方式在负载与供电装置间不需要任何物理连接,能方便迅捷地将电能无接触地传输给负载。利用现代电力电子技术和磁场耦合技术,并借助现代控制理论和微电子控制技术,实现能量从静止设备向移动设备传输,可保证设备长时间持续运行。得益于无接触供电技术,高精度定位和其他特定工业应用才得以实现,而且只能依赖于无接触供电技术才能实现[3-6]。当前,无线接触供电技术正朝着大功率电器、小功率便携式电子装置等方面发展。其优点为维护简单、器件磨碎少、自动化程度高等。

1 分块式无接触供电系统原理

无接触式供电是利用电磁感应原理,利用分离式变压器实现一次侧线圈和二次侧线圈分开,一次绕组安装在输电轨道下,二次绕组安装在小车上,当小车行驶在路径上时磁路经过气隙和铁芯而闭合,使二次侧产生电,即给小车供电。由于气隙的存在,所以铁芯磁通密度较小。为了产生足够的电能,增加传输功率以满足小车及其负载的需要,当前采用最广泛的方法是提高一次侧交流电的频率,以增大变压器铁芯交变磁场的频率,并对一次与二次线圈的漏感进行补偿,从而使二次侧得到较大的电动势[7-12]。

将运行轨迹进行分块设计,本文选用的是轴距1 m、自重 300 kg、载重 300 kg 的 AGV 车,AGV车的行程选定为 60 m , AGV 的时速一般为0~50 m/min,同时考虑到经济成本,将此路径平均分为 20 块。在每个块的轴中心安装两个重力传感器,两条以轴线平行的电缆充当一次侧。为保持路径不偏离,应将每个块的导线安装在同一直线上,重力传感器在每个块的同一位置,如图 1 所示。

AGV分段无接触供电系统设计

图 1 变压器原边和轨道的分块设计

1.1 变压器原理

AGV 无接触式供电系统(CPS)的一次侧埋在地底下且与小车行驶的预定轨道相重合。

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