CN202444334U

CN202444334U - Agv无线电能耦合器

Info

Publication number: CN202444334U
Application number: CN2012200888300U
Authority: CN
Inventors: 朱斯忠
Original assignee: WEI YAHAI
Current assignee: GUANGZHOU BAOSHI WIRELESS POWER SUPPLYING TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2022-03-05

Abstract

一种AGV的无线电能耦合器，它由电磁发射器和磁电接收器两部分组成，两部分完全分离；电磁发射器是由一个LC谐振发射回路组成；磁电接收器是由一个共振环和一个LC谐振输出回路组成，共振环是由一个电感线圈与一个等效电容串联的闭合回路，是一个相对独立的回路；谐振输出回路是由一个电感线圈的两端分别与一个等效电容串联后组成，电能从两个串联的等效电容输出；共振环的电感线圈与谐振输出回路的电感线圈绕在同一个半开放磁芯上；本实用新型用于解决AGV的自动充电或供电问题，它的电磁发射器和磁电接收器均采用半开放磁芯，同时在磁电接收器中采用双谐振环，大幅度提高了系统的功率和效率，加大了无线传输的距离，减少了电磁泄漏。

Description

AGV无线电能耦合器

技术领域

本发明涉及一种AGV的无线电能耦合器。

背景技术

AGV是自动导向车辆AUTOMATIC GUIDED VECHICLE的缩写，是以电池为动力的一种自动操纵行驶的工业车辆，AGV集定向运输、人工智能、信息管理甚至图像处理于一体，因其高度自动化、柔性化和准时化等广泛应用于制造业如汽车业、仓储业、邮局、图书馆、港口码头和机场等具有固定路线的应用场所。

对于AGV而言，自动导向或者说自动导航，还有电力供应是它有两大关键技术。在自动导向技术方面，目前已相当成熟，如：超声导向、激光导向、光学导向、标线导向、坐标识别、惯性导向、自主导航、电磁线路、磁带线路、色带线路、网格线路、标线线路等；在电力供应方面，即AGV电池的充电方面，目前主要有以下几种方式，一种是人工充电，另一种是有刷轨道式充电，第三种是轨道感应式。人工充电是一个麻烦的事情，尤其是工业上的频繁应用，不仅浪费许多工时，而且还带来误充电、漏充电和不足充电等问题，甚至出现安全问题；轨道式有刷充电在充电过程中会产生接触火花，无论是有刷轨道还是感应轨道，铺设轨道和使用的成本高，线圈难以更改等问题，不便灵活应用；

如何实现AGV充电的自动化、灵活化和低成本？一种无线电能耦合器是合适的选择。

发明内容

一种AGV的无线电能耦合器，它由电磁发射器和磁电接收器两部分组成，两部分完全分离，没有物理上的任何连接；电磁发射器是由一个LC谐振发射回路组成，有两种形式，一种是由一个等效电容与一个绕在一组半开放磁芯上的电感线圈串联，另一种是由一个等效电容与一个绕在一组半开放磁芯上的电感线圈并联；磁电接收器是由一个共振环和一个LC谐振输出回路组成，共振环是由一个电感线圈与一个等效电容串联的闭合回路，是一个相对独立的回路；谐振输出回路是由一个电感线圈的两端分别与一个等效电容串联后组成，电能从两个串联的等效电容输出；共振环的电感线圈与谐振输出回路的电感线圈绕在同一个半开放磁芯上。

磁电接收器的谐振输出回路有三种形式，(1)电感线圈的两端分别接一个等效电容，由等效电容耦合输出；(2)用一个等效电容串联在电感线圈的一端，(3)不用等效电容，直接由电感线圈输出交流电。

在电磁发射器和磁电接收器中都有一个半开放磁芯，半开放磁芯是由多个U型磁芯按一定的规则排列组成的，排列的方法有三种：第一种是盘形，多个U型磁芯的开口向上，在一个平面上按放射状排列，结果是中心和四周突起，中间凹陷成一个环形槽，用于绕制电感线圈；第二种是山形，多个U型磁芯开口向上，前后对齐，先组成两个较厚的U型磁芯，然后左右靠扰，拼成一个山型磁芯，磁芯的中间突起，两侧突起，形成两条凹槽用于绕制电感线圈；第三种是梳形，多个U型磁芯开口向上，一头对齐，另一头向左右两侧交替排列，拼成一个梳型磁芯，磁芯的中间突起，两侧突起，形成两条凹槽用于绕制电感线圈。

等效电容的优势在于：可以根据需要任意组合成不同容量和不同耐压的电容，提高电容的稳定性；半开放磁芯的优势在于：扩大磁场的发射面积和接收面积，同时加强通过电感线圈的磁场强度，提高发射和接收效率。这里所说的等效电容的含义是，当一个单体电容的容量和耐压可以满足实际应用的需要时，等效电容就是一个单体电容；当一个单体电容的容量和耐压不能满足实际应用的需要时，就要用多个单体电容，采用串联、并联甚至混联的方式，组成一个新的等效电容，以实现实际应用所要的耐压和容量。

在本发明中，电磁发射器接在一个PWM控制器的输出端，它工作的能量来自这个PWM控制器，它的谐振频率与PWM的输出频率一致，它将电能转化为磁能对外发射；磁电接收器是一个吸收磁能转化为电能的装置，它的两个LC谐振回路具有相同的谐振频率，且与电磁发射器的频率一致；磁电接收器的输出端与一个开关电源的输入端相连，它的交流电经这个开关电源进行二次变频后输出稳定的直流电，供直流用电器使用。

实际应用时，电磁发射器的半开放磁芯与磁电接收器的半开放磁芯相对，在一定距离内就可以能量的传递。

特别说明，本发明所用的PWM控制器和开关电源都是现有成熟的产品，因此取材方便，更易实施。

本发明的实际效果：AGV的无线电能耦合器可以用于解决AGV的自动充电或直接供电问题，它的电磁发射器和磁电接收器均采用半开放磁芯，同时在磁电接收器中采用双谐振环，大幅度提高了系统的功率和效率，加大了无线传输的距离，减少了电磁泄漏。

附图说明

图1是AGV的无线电能耦合器原理示意图之。

图2是AGV的无线电能耦合器原理示意图之二。

图3是AGV的无线电能耦合器应用原理示意图。

图4是U型磁芯结构示意图。

图5是放射状排列的半开放磁芯结构示意图。

图6是山形排列的半开放磁芯结构示意图。

图7是梳状排列的半开放磁芯结构示意图。

图8是工作状态下的电磁发射器与磁电接收器的关系示意图。

图1中，C1为发射等效电容，L1为发射电感线圈，L2为谐振电感线圈，L4为接收电感线圈，C2为谐振等效电容，C4、C5为接收输出等效电容。

图2中，C1为发射等效电容，L1为发射电感线圈，L2为谐振电感线圈，L4为接收电感线圈，C2为接收谐振等效电容，C4、C5为接收输出等效电容。

图3中，C1为发射等效电容，L1为发射电感线圈，L2为谐振电感线圈，L4为接收电感线圈，C2为接收谐振等效电容，C4、C5为接收输出等效电容，PWM为脉宽调制驱动器，SMPS为开关电源。

图4中，只有一个U型磁芯。

图5中，L1为电感线圈，M为盘形半开放磁芯。

图6中，只有一个山形半开放磁芯。

图7中，只有一个梳形半开放磁芯。

图8中，L1为电感线圈，M为盘形半开放磁芯，L2、L4为接收电感线圈。

具体实施方式

以下结合实例对本发明作进一步说明。

例一、AGV的无线电能耦合器的原理。

AGV的无线电能耦合器，它由电磁发射器和磁电接收器两部分组成，两部分完全分离，没有物理上的任何连接，两部分之间通过磁场来传递能量，电磁发射器是由一个LC谐振发射回路组成，有两种形式，一种如图1所示，是由一个等效电容C1与一个绕在一组半开放磁芯上的电感线圈L1串联，另一种如图2所示，是由一个等效电容C1与一个绕在一组半开放磁芯上的电感线圈L1并联，A和B是两个输入端；

磁电接收器是由一个共振环和一个LC谐振输出回路组成，具体地说，共振环是由绕在同一组半开放磁芯上的一个电感线圈L2、一个等效电容C2组成的，谐振输出回路是由一个电感线圈L4的两端分别与一个等效电容C4、C5串联后组成，电能从这两个串联的等效电容输出，C、D是两个输出点；

磁电接收器的输出回路有三种形式，(1)电感线圈L4的两端分别接一个等效电容C4和C5，由这这两个等效电容耦合输出；(2)用一个等效电容C4串联在电感线圈L4的一端，(3)不用等效电容，直接由电感线圈L4输出交流电。

电磁发射器将电能转化为磁场从半开放磁芯的开口处对外发射，当磁电接收器的半开放磁芯与电磁发射器的半开放磁芯相对靠近时，磁电接收器吸收磁能转化为电能，电感线圈L2和等效电容C2组成一个串联谐振器，以提高接收效果。

例二、AGV的无线电能耦合器的实际应用原理。

图3中，由电感线圈L1和等效电容C1组成的电磁发射器，它的能量来源于一个PWM调制器输出的方波电，IN+和IN-分别为PWM调制器的正负电源输入端，PWM调制器属于另案，这里不加论述；磁电接收器将磁能转化为电能后，从等效电容C4、C5输出交流电，进入开关电源SMPS中进行二次变频调制，以实现稳压输出直流电，Out+和Out-分别为正负输出端。

例三、半开放磁芯的组成与结构。

图4表示一个常用的U型磁芯，受模具所限，这种U型磁芯通常都不大，为了提供足够的电能给AGV小车使用，必须将多个这样的U型磁芯拼成面积更大的半开放磁芯，以加大电磁发射器的发射面积和磁电接收器的接收面积、增强相互间的磁通量；

在电磁发射器和磁电接收器中都有一个半开放磁芯，半开放磁芯是由多个U型磁芯按一定的规则排列组成的，排列的方法有三种：第一种是盘形，如图5所示，多个U型磁芯的开口向上，在一个平面上按放射状排列，结果是中心和四周突起，中间凹陷成一个环形槽，用于绕制电感线圈L1；第二种是山形，如图6所示，多个U型磁芯开口向上，前后对齐，先组成两个厚厚的U型磁芯，然后左右靠扰，拼成一个山型磁芯，磁芯的中间突起，两侧突起，形成两条凹槽用于绕制电感线圈；第三种是梳形，如图7所示，多个U型磁芯开口向上，一头对齐，另一头向左右两侧交替排列，拼成一个梳型磁芯，磁芯的中间突起，两侧突起，形成两条凹槽用于绕制电感线圈。

例四、电磁发射器与磁电接收器的工作关系。

图8中，电磁发射器的开口向上，磁电接收器的开口向下，当它们相对靠近时，在一定距离内，磁场就在两个半开放的磁芯M内形成回路，通过电感线圈L1、L2、L4的耦合转化为电能，实现了电能的无线传递，即无线供电功能。

以上几个例子是本发明的典型的实际应用，本发明包括上述应用但不局限于这些例子，根据本发明的原理可以衍生出多种应用，例如，在磁电接收器中串联谐振回路，可用两个电感线圈与两个等效电容串联，也可以用一个电感线圈与一个等效电容串联，也可以用一个电感线圈与一个等效电容并联；磁电接收器的输出回路有三种形式，(1)电感线圈的两端分别接一个等效电容，由等效电容耦合输出；(2)用一个等效电容串联在电感线圈的一端，(3)不用等效电容，直接由电感线圈输出交流电，等等，这里不再一一列举。

Claims

1.一种AGV的无线电能耦合器，其主要特征是：它由电磁发射器和磁电接收器两部分组成，两部分完全分离，没有物理上的任何连接；电磁发射器是由一个LC谐振发射回路组成，有两种形式，一种是由一个等效电容与一个绕在一组半开放磁芯上的电感线圈串联，另一种是由一个等效电容与一个绕在一组半开放磁芯上的电感线圈并联；磁电接收器是由一个共振环和一个LC谐振输出回路组成，共振环是由一个电感线圈与一个等效电容串联的闭合回路，是一个相对独立的回路；谐振输出回路是由一个电感线圈的两端分别与一个等效电容串联后组成，电能从两个串联的等效电容输出；共振环的两个电感线圈与谐振输出回路的电感线圈绕在同一个半开放磁芯上。

2.根据权要求1所述的AGV的无线电能耦合器，其特征是：在电磁发射器和磁电接收器中都有一个半开放磁芯，半开放磁芯是由多个U型磁芯按一定的规则排列组成的，排列的方法有三种：第一种是盘形，多个U型磁芯的开口向上，在一个平面上按放射状排列，结果是中心和四周突起，中间凹陷成一个环形槽，用于绕制电感线圈；第二种是山形，多个U型磁芯开口向上，前后对齐，先组成两个较厚的U型磁芯，然后左右靠扰，拼成一个山型磁芯，磁芯的中间突起，两侧突起，形成两条凹槽用于绕制电感线圈；第三种是梳形，多个U型磁芯开口向上，一头对齐，另一头向左右两侧交替排列，拼成一个梳型磁芯，磁芯的中间突起，两侧突起，形成两条凹槽用于绕制电感线圈。

3.根据权要求1所述的AGV的无线电能耦合器，其特征是：磁电接收器的输出回路有三种形式，(1)电感线圈的两端分别接一个等效电容，由等效电容耦合输出；(2)用一个等效电容串联在电感线圈的一端，(3)不用等效电容，直接由电感线圈输出交流电。

4.根据权要求1所述的AGV的无线电能耦合器，其特征是：电磁发射器接在一个PWM控制器的输出端，磁电接收器的输出端与一个开关电源的输入端相连。