一种用于AGV的低电压大电流高效无线充电装置的制作方法

本实用新型涉及无线充电技术领域，具体为一种用于AGV的低电压大电流高效无线充电装置。

背景技术：

随着科学技术的发展，工业4.0时代的到来，人们对工业生产过程中的自动化程度要求越来越高。当然，这不仅是时代所需也是形势所迫。目前，中国正面临着人口老龄化，劳动力成本上升和产业结构升级的压力，此外一些行业因技术、工作环境等原因也会造成招工难现象。因此越来越多的机器人被应用到生产线上，自动导航小车(AGV)就是其中的一种，它可以按照预定的轨道循环运行，不需要人员操作。

AGV采用车载蓄电池组为其提供运行能量，随着运行时间的增多，AGV上的蓄电池组储存的电能逐渐减小，为了实现AGV的循环不间断工作，就需要在循环运行过程中定时给蓄电池组补充电能。

无线能量传输技术可以解决许多有线供电中存在的问题，如灵活方便性较差、导体接触部分容易磨损、容易产生火花、供电线外露可能带来的安全隐患等问题。而在众多无线能量传输技术方案中电磁共振方案又是近年来提出的，被认为是最具潜力的一项实用性方案。由于其高效、安全、可控、无辐射等诸多优点而在多领域有着广泛的应用。本发明的无线充电器就是基于此原理，实现AGV的无线充电功能。在AGV工作的停止工位安装无线充电发射装置，在AGV上安装无线充电接收装置，在停止工位实现电池组电量补充的作用，这种方法不仅从根本上消除了直插式充电带来的一系列弊端，而且无需人员操作，真正实现了AGV的完全自动化，并且实现AGV的不间断工作。

现有的低电压大电流无线充电方案，基本上都是采用两级系统进行控制，前级控制逆变桥路，通过非接触式变压器耦合传输电能后整流输出一定电压值的直流电，即：DC-AC-DC变换；后级再采用非隔离降压电路实现低压大电流的多阶段充电控制，即：DC-DC变换。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种用于AGV的低电压大电流高效无线充电装置，提高了无线充电器的效率，减小低电压大电流无线充电系统的变换级数，降低了主回路电路的复杂性和系统成本，提高了整体效率。

(二)技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于AGV的低电压大电流高效无线充电装置，包括发射端和接收端，所述发射端包括PFC模块、逆变模块、无线线圈发射模块和发射端控制器；所述PFC模块输入端外接单相交流电，其用以将单相交流电压变换为直流电压；所述逆变模块输入端与PFC模块输出端相连，所述逆变模块输出端与无线线圈发射模块输入端相连，所述逆变模块用以将直流电压转换为高频的交流方波电压；所述接收端包括无线线圈接收模块、同步整流模块、接收端控制器；所述无线线圈接收模块输出端与同步整流模块输入端相连，所述同步整流模块输出端为充电电池充电。

优选的，所述PFC模块包括单相PFC整流电路与PFC控制电路，所述PFC控制电路与单相PFC整流电路相连，用以控制单相PFC整流电路。

优选的，所述的逆变模块包括单相全桥逆变电路和驱动电路，所述驱动电路用以驱动单相全桥逆变电路工作。

优选的，无线线圈发射模块包括由无线发射线圈与第三电容器组成的串联谐振回路。

优选的，所述无线线圈接收模块包括第一电容器、第一无线接收线圈、第二电容器与第二无线接收线圈组成的双并谐振回路。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种用于AGV的低电压大电流高效无线充电装置，具备以下有益效果：

本实用新型的功率因数和电能传输效率较高，系统的开关损耗与电磁辐射较低，采用同步整流技术进一步提高了系统的整体效率，简化了系统的电路结构。

附图说明

图1为本实用新型结构框图；

图2为本实用新型电能传输拓扑结构图；

图3是本实用新型的发射端波形图；

图4是本实用新型的接线示意图；

图5是本实用新型的位置示意图。

图中：L1、无线发射线圈，L2、第一无线接收线圈，L3、第二无线接收线圈，Cp1、第一电容器，Cp2、第二电容器，Cs、第三电容器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-2所示，本实用新型提供一种技术方案：一种用于AGV的低电压大电流高效无线充电装置，包括发射端和接收端，所述发射端包括PFC模块、逆变模块、无线线圈发射模块和发射端控制器；所述PFC模块输入端外接单相交流电，其用以将单相交流电压变换为直流电压；所述逆变模块输入端与PFC模块输出端相连，所述逆变模块输出端与无线线圈发射模块输入端相连，所述逆变模块用以将直流电压转换为高频的交流方波电压；所述接收端包括无线线圈接收模块、同步整流模块、接收端控制器；所述无线线圈接收模块输出端与同步整流模块输入端相连，所述同步整流模块输出端为充电电池充电。所述PFC模块包括单相PFC整流电路与PFC控制电路，所述PFC控制电路与单相PFC整流电路相连，用以控制单相PFC整流电路。所述的逆变模块包括单相全桥逆变电路和驱动电路，所述驱动电路用以驱动单相全桥逆变电路工作。无线线圈发射模块包括由无线发射线圈L1与第三电容器Cs组成的串联谐振回路。所述无线线圈接收模块包括第一电容器Cp1、第一无线接收线圈L2、第二电容器Cp2与第二无线接收线圈L3组成的双并谐振回路。

所述的发射端控制器包括DSP控制电路、无线收发器电路、采样电路、辅助电源电路，DSP控制电路通过无线收发器接收无线接收端的电压电流信号，实现恒电流、恒电压等多阶段充电控制；控制系统采用自适应频率跟踪的方法实现系统工作于准谐振状态与软开关状态，提高了系统的电能传输效率、减小了系统的开关损耗与电磁辐射。

所述的单相全桥逆变电路采用IGBT开关管将PFC输出的直流电压转换为高频方波电压，控制其输出电流滞后于方波电压，使系统工作于感性状态，实现移相桥超前臂开关管的软开关——零电流开通(ZCS)，具体的驱动波形与电压电流波形如图3所示。

所述的接收端控制器包括单片机控制电路、无线收发器电路、采样电路、辅助电源电路，单片机主要完成输出电压、输出电流的信号的采集与发送，过压、过流等故障保护功能的检测，同步整流系统的控制等。

所述的接收端线圈L2、L3采用中心抽头的绕线方式，高频整流采用全波整流方式，并结合同步整流技术，降低了整流管的导通损耗，提高了系统效率。

按此发明具体设计的用于AGV的低电压大电流高效无线充电装置，如图4所示，充电器供电电源为单相AC220V输入，通过PFC模块控制盒为无线充电发射装置提供直流电压，发射装置安装在AGV工作区的停止位；无线充电接收装置输出直接接蓄电池，安装在AGV上，充电距离如图5所示，空气气隙最大25mm，横向偏移允许20mm，纵向偏移允许10mm。此装置可设定输出电压12V-30V、可设定输出电流10A-60A、在充电距离25mm内系统效率达到93％以上，功率因数0.99。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。