CN113824202A - 基于储能元件的无线供电堆垛机、堆垛系统及堆垛方法 - Google Patents

基于储能元件的无线供电堆垛机、堆垛系统及堆垛方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开基于储能元件的无线供电堆垛机、堆垛系统及堆垛方法，本发明基于储能元件的无线供电堆垛机包括用电机构，所述用电机构包括用于叉取货物的取放货单元、用于带动所述取放货单元升降的升降单元、用于带动所述取放货单元和所述升降单元在巷道内行走的行走单元以及用于控制堆垛机运行的控制器，还包括用于存储电量的超级电容模块和用于无线式接收电能的无线受电模块，所述超级电容模块电连接所述用电机构以使所述超级电容模块存储的电量供给所述用电机构，所述超级电容模块电连接所述无线受电模块以使所述无线受电模块接收到的电能传输给所述超级电容模块，所述超级电容模块电连接所述控制器以使所述控制器控制所述超级电容模块的充放电。

Description

基于储能元件的无线供电堆垛机、堆垛系统及堆垛方法
技术领域
本发明涉及仓储运输工具技术领域，尤其是指基于储能元件的无线供电堆垛机、堆垛系统及堆垛方法。
背景技术
近几年来,我国智能仓储行业市场规模持续增长,堆垛机的需求量和市场规模也保持稳定的增长态势。目前堆垛机应用场景中，滑触线在水平移动供电上应用广泛，随着自动化立体仓库的不断发展，由企业的工厂仓库发展到产线的半成品缓存库及线边库。随着《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》与《节能与新能源汽车技术路线图2.0》的发布，明确了新能源行业长期发展的趋势，新能源行业智能物流技术的发展及运用的普及是必经之路。在新能源锂电池生产行业，存在防爆、禁止粉尘污染以及高湿度和腐蚀性等高要求的设备运行环境，且随着技术的发展和电池性能要求不断提高，生产车间的洁净度等要求会越来越苛刻，食品行业和造纸行业也存在同样的的发展趋势。由于滑触线基本供电原理的技术限制，应用的弊端逐渐显现，表现为移动中产生电火花和粉尘，安全性能低且粉尘污染严重；碳刷的摩擦导致设备易损，维护周期短；滑触线防水防尘等级低，特殊环境中不宜使用；滑触线有铜线铜排裸露，在维护保养过程中，如果断电工作未确认到位，极易引发触电事故。所以，在防爆、禁止粉尘污染以及高湿度和腐蚀性等高要求的设备运行环境要求中，滑触线已经不再适用，因此，提供一种能实现无接触供电的堆垛机及系统是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中在防爆、禁止粉尘污染以及高湿度和腐蚀性等高要求的设备运行环境要求中，滑触线供电极易引发触电事故。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于储能元件的无线供电堆垛机，包括用电机构，所述用电机构包括用于叉取货物的取放货单元、用于带动所述取放货单元升降的升降单元、用于带动所述取放货单元和所述升降单元在巷道内行走的行走单元以及用于控制堆垛机运行的控制器，还包括用于存储电量的超级电容模块和用于无线式接收电能的无线受电模块，所述超级电容模块电连接所述用电机构以使所述超级电容模块存储的电量供给所述用电机构，所述超级电容模块电连接所述无线受电模块以使所述无线受电模块接收到的电能传输给所述超级电容模块，所述超级电容模块电连接所述控制器以使所述控制器控制所述超级电容模块的充放电。
进一步的，还包括备用电池模块，所述备用电池模块电连接所述用电机构以使所述备用电池模块的电源供给所述用电机构，所述备用电池模块电连接所述控制器以使所述控制器控制所述备用电池模块进行放电。
进一步的，所述行走单元包括底座、安装于所述底座底部的行走轮、安装于所述底座上并且为所述行走轮提供动力的行走动力装置以及安装于所述底座上的立柱，所述升降单元包括可升降的连接于所述立柱上的升降支架和安装于所述底座上并为所述升降支架提供升降动力的升降动力装置，所述取放货单元包括安装于所述升降支架上的载货台和可伸缩的连接于所述升降支架上的货叉以及安装于所述升降支架上并为所述货叉提供伸缩动力的伸缩动力装置，所述行走动力装置、所述升降动力装置以及所述伸缩动力装置中，每一者包括三相异步电动机和变频器。
进一步的，所述升降动力装置的动力输出端上连接有卷筒，所述立柱的上端连接有横梁，所述横梁上连接有滑轮，所述滑轮上连接有钢丝绳，所述钢丝绳的一端连接所述卷筒，所述钢丝绳的另一端连接所述升降支架，所述升降支架滑动连接于所述立柱上，所述升降动力装置带动所述卷筒旋转进而通过钢丝绳带动所述升降支架升降。
进一步的，还包括用于容置电气设备的电控柜和用于控制操作的操作台。
进一步的，所述立柱一侧设有与所述立柱相适配的用于检修维护的检修梯。
本发明还提供另外一个技术方案：一种基于储能元件的无线供电堆垛机的堆垛系统，包括仓库和在所述仓库内工作的无线供电堆垛机，所述仓库内设有固定电源和用于发射电能的无线供电模块，所述无线供电模块电连接所述固定电源以使所述固定电源的电能被所述无线供电模块发射给经过其的所述无线受电模块。
进一步的，所述无线供电模块设于所述仓库的入库口地面上，所述无线受电模块设在所述堆垛机的下方，所述无线受电模块与其所经过的所述无线供电模块上下相对所述堆垛机靠近入库口时，所述无线受电模与所述无线供电模块进行电能传输以为所述超级电容模块和所述电池模组供电。
一种基于储能元件的无线供电堆垛机的堆垛系统的堆垛方法，包括以下步骤:
S1、所述行走单元带动所述无线堆垛机整体到达所述无线供电模块位置，所述控制器控制所述无线供电模块为所述超级电容充电；
S2、进行空载定位，所述行走单元根据所述无线供电堆垛机当前地点和取货地点带动所述无线供电堆垛机到达取货地点，所述升降单元根据所述取放货单元的当前高度和取货高度带动所述取放货单元上升或者下降至取货高度；
S3、满载定位，所述行走单元构根据所述无线供电堆垛机的取货地点和放货地点带动所述无线供电机堆垛机前进或者后退至放货地点，所述升降单元根据所述取放货单元的取货高度和放货高度带动所述取放货单元上升或下降至放货高度；
S4、取放货单元进行放货，放货单元将货物转移到放货地点。
进一步的，所述无线供电堆垛机的最佳充电比例计算方法包括以下步骤：
S1、判断堆垛机的当前运行环境，若堆垛机空载定位和满载定位时所述取放货单元均需要上升，则进入步骤S2，若堆垛机空载定位和满载定位时所述取放货单元均需要下降，则进入步骤S3，若堆垛机空载定位时所述取放货单元需要上升，满载定位时所述取放货单元需要下降，则进入步骤S4，若堆垛机空载定位时所述取放货单元需要下降，满载定位时所述取放货单元需要上升，则进入步骤S5；
S2、所述超级电容模块的充电阈值设置为Ed＝Ei；
S3、所述超级电容模块的充电阈值设置为Ed＝Ei+E1；
S4、所述超级电容模块的充电阈值设置为Ed＝Ei+E2；
S5、所述超级电容模块的充电阈值设置为Ed＝Ei+E3；
其中，Ei为电容充满电时容量；
E1＝S23*n4+S24*n5+n6；
E2＝S21*n2+S24*n5+n6；
E3＝S23*n4；
S21为空载上升距离,S23为空载下降距离,S24为满载下降距离,n2为载货台空载上升单位距离电量的变化量,n4为载货台空载下降单位距离电量的变化量,n5为取货动作电量的变化量，n6为放货动作电量的变化量；
其中，n2、n4、n5、n6电量的变化量计算公式为n＝(i-j)/ΔS；
A点为载货台起始位置点，j为A点时的电容电量；B点为载货台移动后的位置点，i为B点时的电容电量，ΔS为A点到B点的下降高度。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1)本发明公开的基于储能元件的无线供电堆垛机，本发明采用功率密度大、充电效率高且能量转换率高的超级电容作为堆垛机的主要能量来源，电池模组作为辅助能源以及在指定位置无线充电的供电方式替换传统的滑触线供电方式，适用于各种复杂特殊的工业环境；
2)本发明公开的基于储能元件的无线供电堆垛机系统，堆垛机运行时，电机在减速停车以及载货台下降过程中产生的电能可以反馈到超级电容，当堆垛机执行下一个动作时，反馈的电能被作为新能源再次进行利用，基于超级电容的优良特性，实现能量反馈的高效率和高重复利用率；
3)本发明公开的基于储能元件的无线供电堆垛机堆垛方法，本发明可以自动根据堆垛机实际运行状态规划电容的最佳充电方案，既保证电容的续航能力也能保证电机产生的电能被充分吸收。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，
图1是本发明无线供电堆垛机主视图；
图2是本发明无线供电堆垛机侧视图；
图3是本发明无线供电堆垛机俯视图；
图4是本发明无线供电堆垛机电控箱内部连接图；
图5是本发明无线供电堆垛机系统最佳充电比例计算流程图。
说明书附图标记说明：10、控制器；11、超级电容模块；12、备用电池模块；20、无线受电模块；21、无线供电模块；30、底座；31、行走动力装置；32、立柱；33、横梁；34、滑轮；35、钢丝绳；36；检修梯；40、升降支架；41、升降动力装置；42、载货台；43、货叉；44、伸缩动力装置；50、电控柜；51、操作台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1所示，本发明的一种基于储能元件的无线供电堆垛机，包括用电机构，上述用电机构包括用于叉取货物的取放货单元、用于带动上述取放货单元升降的升降单元、用于带动上述取放货单元和上述升降单元在巷道内行走的行走单元以及用于控制堆垛机运行的控制器10，还包括用于存储电量的超级电容模块11和用于无线式接收电能的无线受电模块20，上述超级电容模块11电连接上述用电机构以使上述超级电容模块11存储的电量供给上述用电机构，上述超级电容模块11电连接上述无线受电模块20以使上述无线受电模块20接收到的电能传输给上述超级电容模块11，上述超级电容模块11电连接上述控制器10以使上述控制器10控制上述超级电容模块11 的充放电。
上文中，采用功率密度大、充电效率高且能量转换率高的超级电容作为堆垛机的主要能量来源，超级电容具有充放电速度快、循环使用寿命长、能量转换效率高、功率密度大、充放电线路简单、超低温特性好、温度范围宽、绿色环保等优点，基于超级电容的良好特性，保证了能量反馈的高效率和高重复利用率，降低设备整体功耗，能节省约40％能耗，降低企业运行成本。
本实施例中优选的实施方式，还包括备用电池模块12，上述备用电池模块12电连接上述用电机构以使上述备用电池模块12的电源供给上述用电机构，上述备用电池模块12电连接上述控制器10以使上述控制器10控制上述备用电池模块12进行放电。
上文中，备用电池模组作为辅助能源，在超级电容模块无法供电时，备用电池模组为堆垛机供电使其正常工作。
本实施例中优选的实施方式，上述行走单元包括底座30、安装于上述底座底部的行走轮、安装于上述底座上并且为上述行走轮提供动力的行走动力装置31以及安装于上述底座上的立柱32，上述升降单元包括可升降的连接于上述立柱32上的升降支架40和安装于上述底座30上并为上述升降支架40提供升降动力的升降动力装置41，上述取放货单元包括安装于上述升降支架40上的载货台42和可伸缩的连接于上述升降支架40上的货叉43以及安装于上述升降支架40上并为上述货叉43提供伸缩动力的伸缩动力装置44，上述行走动力装置31、上述升降动力装置41以及上述伸缩动力装置44 中，每一者包括三相异步电动机和变频器。
本实施例中优选的实施方式，上述升降动力装置41的动力输出端上连接有卷筒45，上述立柱32的上端连接有横梁33，上述横梁33上连接有滑轮34，上述滑轮34上连接有钢丝绳35，上述钢丝绳35的一端连接上述卷筒45，上述钢丝绳35的另一端连接上述升降支架40，上述升降支架40滑动连接于上述立柱32上，上述升降动力装置41带动上述卷筒45旋转进而通过钢丝绳35带动上述升降支架40升降。
本实施例中优选的实施方式，还包括用于容置电气设备的电控柜50和用于控制操作的操作台51。
上文中，电控柜用于容置控制器，超级电容模块和备用电池模块等电器设备，操作台用于技术人员对堆垛机进行操作。
本实施例中优选的实施方式，所述立柱一侧设有与所述立柱相适配的用于检修维护的检修梯36。
上文中，设立检修梯方便技术人员对堆垛机行检修维护，保证堆垛机正常使用。
下面一种用于实施如上的基于储能元件的无线供电堆垛机系统，包括仓库和在上述仓库内工作的无线供电堆垛机，上述仓库内设有固定电源和用于发射电能的无线供电模块21，上述无线供电模块21电连接上述固定电源以使上述固定电源的电能被上述无线供电模块21发射给经过其的上述无线受电模块20。
上文中，堆垛机装有无线供电及无线受电模块，无线供电模块为防爆、禁止粉尘污染以及高湿度和腐蚀性等环境下堆垛机的应用提供新的能源供给方案，控制成本的同时保证堆垛机的整体性能，解决了滑触线供电和拖链供电的弊端问题。
本实施例中优选的实施方式，上述无线供电模块21设于上述仓库的入库口地面上，上述无线受电模块20设在上述堆垛机的下方，上述无线受电模块20与其所经过的上述无线供电模块21上下相对上述堆垛机靠近入库口时，上述无线受电模20与上述无线供电模块21进行电能传输以为上述超级电容模块11和上述电池模组12供电。
上文中，堆垛机运行巷道入库口安装无线供电机，堆垛机上安装对应的受电装置，当堆垛机移动到达指定位置，充电机向堆垛机供电，电池和电容充电的同时，电能还供应给堆垛机再指定位置执行取放货动作；在库口充电时，电池模组将持续充电直到充满。
下面一种基于储能元件的无线供电堆垛机的堆垛系统的堆垛方法，包括以下步骤:
S1、上述行走单元带动上述无线堆垛机整体到达上述无线供电模块21 位置，上述控制器控制上述无线供电模块20为上述超级电容充电；
S2、进行空载定位，上述行走单元根据上述无线供电堆垛机当前地点和取货地点带动上述无线供电堆垛机到达取货地点，上述升降单元根据上述取放货单元的当前高度和取货高度带动上述取放货单元上升或者下降至取货高度；
S3、满载定位，上述行走单元构根据上述无线供电堆垛机的取货地点和放货地点带动上述无线供电机堆垛机前进或者后退至放货地点，上述升降单元根据上述取放货单元的取货高度和放货高度带动上述取放货单元上升或下降至放货高度；
S4、取放货单元进行放货，放货单元将货物转移到放货地点。
本实施例中优选的实施方式，上述无线供电堆垛机的最佳充电比例计算方法包括以下步骤：
S1、判断堆垛机的当前运行环境，若堆垛机空载定位和满载定位时上述取放货单元均需要上升，则进入步骤S2，若堆垛机空载定位和满载定位时上述取放货单元均需要下降，则进入步骤S3，若堆垛机空载定位时上述取放货单元需要上升，满载定位时上述取放货单元需要下降，则进入步骤S4，若堆垛机空载定位时上述取放货单元需要下降，满载定位时上述取放货单元需要上升，则进入步骤S5；
S2、上述超级电容模块的充电阈值设置为Ed＝Ei；
S3、上述超级电容模块的充电阈值设置为Ed＝Ei+E1；
S4、上述超级电容模块的充电阈值设置为Ed＝Ei+E2；
S5、上述超级电容模块的充电阈值设置为Ed＝Ei+E3；
其中，Ei为电容充满电时容量；
E1＝S23*n4+S24*n5+n6；
E2＝S21*n2+S24*n5+n6；
E3＝S23*n4；
S21为空载上升距离,S23为空载下降距离,S24为满载下降距离,n2为载货台空载上升单位距离电量的变化量,n4为载货台空载下降单位距离电量的变化量,n5为取货动作电量的变化量，n6为放货动作电量的变化量；
其中，n2、n4、n5、n6电量的变化量计算公式为n＝(i-j)/ΔS；
A点为载货台起始位置点，j为A点时的电容电量；B点为载货台移动后的位置点，i为B点时的电容电量，ΔS为A点到B点的下降高度。
上文中，无线供电堆垛机的系统能够根据实际电容的实际容量以及电机制动时产生的能量来计算电容的最佳充电比例，根据这个最佳电容比例自动调整超级电容模块的充电机制，保证电容有合适的剩余容量回收再生能源，提高机器的综合性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于储能元件的无线供电堆垛机，包括用电机构，所述用电机构包括用于叉取货物的取放货单元、用于带动所述取放货单元升降的升降单元、用于带动所述取放货单元和所述升降单元在巷道内行走的行走单元以及用于控制堆垛机运行的控制器，其特征在于，还包括用于存储电量的超级电容模块和用于无线式接收电能的无线受电模块，所述超级电容模块电连接所述用电机构以使所述超级电容模块存储的电量供给所述用电机构，所述超级电容模块电连接所述无线受电模块以使所述无线受电模块接收到的电能传输给所述超级电容模块，所述超级电容模块电连接所述控制器以使所述控制器控制所述超级电容模块的充放电。
2.根据权利要求1所述的基于储能元件的无线供电堆垛机，其特征在于，还包括备用电池模块，所述备用电池模块电连接所述用电机构以使所述备用电池模块的电源供给所述用电机构，所述备用电池模块电连接所述控制器以使所述控制器控制所述备用电池模块进行放电。
3.根据权利要求1所述的基于储能元件的无线供电堆垛机，其特征在于，所述行走单元包括底座、安装于所述底座底部的行走轮、安装于所述底座上并且为所述行走轮提供动力的行走动力装置以及安装于所述底座上的立柱，所述升降单元包括可升降的连接于所述立柱上的升降支架和安装于所述底座上并为所述升降支架提供升降动力的升降动力装置，所述取放货单元包括安装于所述升降支架上的载货台和可伸缩的连接于所述升降支架上的货叉以及安装于所述升降支架上并为所述货叉提供伸缩动力的伸缩动力装置，所述行走动力装置、所述升降动力装置以及所述伸缩动力装置中，每一者包括三相异步电动机和变频器。
4.根据权利要求3所述的基于储能元件的无线供电堆垛机，其特征在于，所述升降动力装置的动力输出端上连接有卷筒，所述立柱的上端连接有横梁，所述横梁上连接有滑轮，所述滑轮上连接有钢丝绳，所述钢丝绳的一端连接所述卷筒，所述钢丝绳的另一端连接所述升降支架，所述升降支架滑动连接于所述立柱上，所述升降动力装置带动所述卷筒旋转进而通过钢丝绳带动所述升降支架升降。
5.根据权利要求1所述的基于储能元件的无线供电堆垛机，其特征在于，还包括用于容置电气设备的电控柜和用于控制操作的操作台。
6.根据权利要求3所述的基于储能元件的无线供电堆垛机，其特征在于，所述立柱一侧设有与所述立柱相适配的用于检修维护的检修梯。
7.采用如权利要求1至6任一所述的基于储能元件的无线供电堆垛机的堆垛系统，其特征在于，包括仓库和在所述仓库内工作的无线供电堆垛机，所述仓库内设有固定电源和用于发射电能的无线供电模块，所述无线供电模块电连接所述固定电源以使所述固定电源的电能被所述无线供电模块发射给经过其的所述无线受电模块。
8.根据权利要求7所述的基于储能元件的无线供电堆垛机的堆垛系统的堆垛方法，其特征在于，所述无线供电模块设于所述仓库的入库口地面上，所述无线受电模块设在所述堆垛机的下方，所述无线受电模块与其所经过的所述无线供电模块上下相对所述堆垛机靠近入库口时，所述无线受电模与所述无线供电模块进行电能传输以为所述超级电容模块和所述备用电池模块供电。
9.根据权利要求7所述的基于储能元件的无线供电堆垛机的堆垛系统的堆垛方法，其特征在于，包括以下步骤:
S1、所述行走单元带动所述无线堆垛机整体到达所述无线供电模块位置，所述控制器控制所述无线供电模块为所述超级电容充电；
S2、进行空载定位，所述行走单元根据所述无线供电堆垛机当前地点和取货地点带动所述无线供电堆垛机到达取货地点，所述升降单元根据所述取放货单元的当前高度和取货高度带动所述取放货单元上升或者下降至取货高度；
S3、满载定位，所述行走单元构根据所述无线供电堆垛机的取货地点和放货地点带动所述无线供电机堆垛机前进或者后退至放货地点，所述升降单元根据所述取放货单元的取货高度和放货高度带动所述取放货单元上升或下降至放货高度；
S4取放货单元进行放货，放货单元将货物转移到放货地点。
10.根据权利要求7所述的基于储能元件的无线供电堆垛机的堆垛系统的堆垛方法，其特征在于，所述无线供电堆垛机的最佳充电比例计算方法包括以下步骤：
S1、判断堆垛机的当前运行环境，若堆垛机空载定位和满载定位时所述取放货单元均需要上升，则进入步骤S2，若堆垛机空载定位和满载定位时所述取放货单元均需要下降，则进入步骤S3，若堆垛机空载定位时所述取放货单元需要上升，满载定位时所述取放货单元需要下降，则进入步骤S4，若堆垛机空载定位时所述取放货单元需要下降，满载定位时所述取放货单元需要上升，则进入步骤S5；
S2、所述超级电容模块的充电阈值设置为Ed＝Ei；
S3、所述超级电容模块的充电阈值设置为Ed＝Ei+E1；
S4、所述超级电容模块的充电阈值设置为Ed＝Ei+E2；
S5、所述超级电容模块的充电阈值设置为Ed＝Ei+E3；
其中，Ei为电容充满电时容量；
E1＝S23*n4+S24*n5+n6；
E2＝S21*n2+S24*n5+n6；
E3＝S23*n4；
S21为空载上升距离,S23为空载下降距离,S24为满载下降距离,n2为载货台空载上升单位距离电量的变化量,n4为载货台空载下降单位距离电量的变化量,n5为取货动作电量的变化量，n6为放货动作电量的变化量；
其中，n2、n4、n5、n6电量的变化量计算公式为n＝(i-j)/ΔS；
A点为载货台起始位置点，j为A点时的电容电量；B点为载货台移动后的位置点，i为B点时的电容电量，ΔS为A点到B点的下降高度。
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