非接触式供电在物流系统中的应用

ＣＰＳ非接触供电系统在ＡＧＶ物流系统中的应用摘要：CPS非接触供电系统是现代电力传输系统发展的一项重大突破。

本文介绍了AGV工作电源的现状，CPS非接触供电系统工作原理和优点，对CPS非接触供电系统在AGV现代物流中的具体应用进行了阐述，并对CPS应用前景提出了预测。

关键词：AGV；CPS；物流；应用中图分类号：F206 文献标识码：A一、AGV工作电源现状随着我国物流业的快速发展，大型物流仓储基地的规模越来越大，其自动化和智能化程度越来越高，采用自动导引小车AGV（Automatic Guided Vehicle）进行物流传输已成为当今自动化仓储系统中物流传输的主要方向。

自动导引小车AGV早在20世纪50年代就已经开始在工业领域使用，进入90年代，AGV已经实现了高智能化、数字化、网络化、信息化和柔性化，其实现的主要功能是在计算机和局域网的控制下，经过磁场、激光等导向装置引导并沿程序设定的路径进行运输作业，具有小车编程与停车选择装置、安全保护以及各种移载功能。

它为现代制造业物流提供了一种高度柔性化和自动化的运输方式。

传统的AGV是以电池为动力，装有非接触导向装置和独立寻址系统的无人驾驶自动运输车。

由于采用电池供电，因此，传统的AGV的功率和行驶距离受到极大的限制，AGV 的利用率也不高。

为了提高AGV的利用率，就必须对AGV的电池进行经常性的充电。

为了保证AGV 在生产线上不用移出生产过程就可以完成充电，必须在安装整个生产过程系统中，在允许AGV暂停的地方（比如分段运输区，转向区，装载停止区等）设置并安装电池充电站，定时定点对AGV进行充电。

电池充电站由基板和集电器组成，基板安装在板上或者用支架侧装在AGV 运行轨道的旁边，集电器则安装在AGV上。

充电器给基板提供电流，一旦AGV 行驶到充电位，车辆上的集电器就与充电基板相接触，就会对AGV 进行充电。

随着功能强大的电池的发展，能够允许电池在几秒钟内进行快速充电，这一技术使得AGV 在生产线上不用移出生产过程就可以完成充电。

AGV车动力电源一般配用的是传统的“高倍率开口镉镍电池”，以适应其快速充电和较大电流放电的要求。

但受“镉镍电池”记忆效应的影响，使用、维护比较麻烦。

同时由于“镉镍电池”中镉的污染，不适应环保的要求。

此外，充电站数量的增多，也增加了AGV运输系统的总建设成本。

随着CPS（Contactless Power System）非接触供电技术的发展，将CPS非接触供电技术应用于AGV物流运输系统，将极大改善目前AGV供电系统的缺陷。

这种供电系统可以在AGV不带电池的情况下为小车提供驱动电源和控制电源，也可以在不设充电站的情况下为AGV的电池进行连续或定时充电。

二、CPS非接触供电系统工作原理1.CPS非接触供电系统工作原理CPS非接触供电系统是一种通过非机械接触的方式进行电力和信号传输的技术。

其工作原理类似于传统变压器电力传输原理，也是利用磁场耦合进行电能-磁场能-电能的转换和电能的传输。

CPS非接触供电系统的变压器结构和组成原理如图1，与传统的电力变压器结构相比，CPS非接触供电系统的变压器采用一个开放式的铁芯，变压器初级线圈为单圈，并延伸为一个很长的回路，变压器次级线圈则缠绕在一个开放的磁铁上，并围绕着变压器初级线圈。

变压器初级线圈和次级线圈之间可以相互移动，构成一种开放式电磁耦合系统。

变压器初级线圈为电源输入端，由电源控制柜提供电能，变压器次级线圈为电源输出端，为AGV提供几百伏的驱动电压和几十伏的控制电压，保证AGV的正常工作。

二者流通的都是交流电流。

为了保证CPS非接触供电系统传输性能能够达到最优化，实现低损耗传输，为初级线圈提供电能的电控柜将常规的三相、400V、50Hz的交流电转换成单相高次谐波电流，利用高次谐波电流产生的行波磁场切割次级线圈，在次级线圈感应电动势而实现电能的传输。

高次谐波电流的幅值和频率要根据实际应用对象来合理选择。

2.CPS非接触供电系统的优点（1）几乎100%免维护，无需电池，可以在低成本维护的情况下发挥设备的功能；（2）适用于复杂的磁轨布局；（3）对设备行走速度和加速度没有限制；（4）数据通讯系统集成在初级电缆中，无需另外装设通讯线；（5）无噪音和粉尘，对环境无污染；（6）可工作于潮湿、结冰、多尘等恶劣环境。

三、CPS非接触供电系统在AGV中的应用1.CPS对AGV供电的系统结构CPS非接触供电系统对AGV供电原理如图2所示。

系统主要包括电源控制柜、CPS的变压器初级线圈电缆、AGV导轨、AGV小车等环节。

将CPS的变压器初级线圈电缆安装在AGV预先设计行走线路的导轨里面，并与电源控制柜相连。

AGV导轨一般埋在地下或垂直沿墙敷设。

电源控制柜由市网三相、400V、50Hz的交流电源提供输入电压和电流。

CPS 非接触供电系统的变压器开放式铁芯一般由AGV地面行走导轨构成或者与次级线圈（集电器）结合在一起安装在AGV的底部。

AGV的电源由次级线圈（集电器）提供。

2. CPS对AGV供电的工作原理CPS非接触供电系统首先是由专门的电控柜为CPS非接触供电系统的变压器初级线圈提供单相高次谐波电流，以保证CPS非接触供电系统电能传输性能能够达到最优化，从而实现低损耗电能传输。

变压器初级线圈流过的高次谐波电流将产生的行波磁场，通过磁轨的导磁作用，行波磁场对CPS的变压器次级线圈进行切割，于是在次级线圈中就感应电动势（电压），感应电压再经过AGV中的整流和调压电路的整流调压后，变为直流电源，为AGV 提供几百伏的直流驱动电压和几十伏的直流控制电压，从而有效地保证了AGV正常工作所需的电源。

为了给CPS非接触供电系统的初级线圈电缆提供单相高次谐波电流，电控柜必需对市网三相、400V、50Hz的交流输入电压进行过滤、整流、变级、变压以及开关补偿等环节后才能提供。

一个电控柜中基本集成了这五个环节的电路。

AGV集电器一般采用平板型集电器或紧凑型集电器作为初始电源，经调压电路调压后提供几百伏的直流驱动电压和几十伏的直流控制电压。

此外，为了保证AGV行驶的方向性和通讯，在AGV上还必须安装磁轨导向传感器和通讯接收器。

磁轨导向传感器用于检测初级电缆的电磁区域，通讯接收器将通讯指令送给AGV控制系统，保证AGV正常、准确、有序地工作。

以德国V AHLE公司生产的AGV为例，CPS非接触供电系统的变压器初级线圈电缆中流动的是70A、20KHz的高频谐波电流，集电器经整流调压后提供24-48-560V范围的三种等级输出电压。

为了保证AGV 行驶方向的正确性，在AGV的底部还安装了一个磁轨导向传感器，用于检测初级电缆的电磁区域，在弯道和轨迹转换处同样适用，从而对车辆行驶能够进行有效地控制。

四、结束语CPS非接触供电系统是现代电力传输系统发展的一项重大突破。

随着CPS非接触供电技术的日益发展和完善，CPS已广泛应用于AGV、起重机和EMS单轨输送物流系统中，也可用于空中单轨输送系统。

目前，CPS非接触供电系统在国外已经得到了实际应用，并取得了较好的效果。

随着我国科学技术的不断发展和经济的快速提升，相信在不久的将来，CPS 将会在我国自动化各个领域得到广泛的应用。

作者单位：张兴旺，南昌工程学院教务处；刘志明，南昌工程学院电气与电子工程系。

参考文献：[1]王慧，朱力，杨文华.聚焦AGV[J].MM现代制造，2007，1：32-34.[2]法勒移动供电贸易（上海）有限公司.非接触供电系统在物流系统的应用[J].物流技术与应用.2007，4：100-101.非接触供电系统在物流领域的应用CPS(CONTACTLESS POWERSYSTEM)非接触供电系统是一种通过非机械接触的方式进行电力和信号输送的技术，主要应用于AGV、起重机和EMS单轨输送系统中。

CPS非接触供电系统的工作原理CPS非接触供电系统的工作原理类似于变压器的初级/次级线圈的变压原理。

在变压器中，初级和次级线圈缠绕在一个封闭的磁铁上，CPS系统将初级线圈“延伸”为一个很长的回路，而次级线圈则缠绕在一个开放的磁铁上并且围绕着初级线圈(见图1)，因此可以允许两个线圈互相之间进行移动，并且通过20kHz的高频传输频率，使传输性能达到最优化。

初级电缆电控柜提供初级线圈需求的20kHz的高频、70A的有效电流，它能将常规可利用的50Hz的交流电转换成20kHz的单相交流电，用于给初级电缆供电，这样能够保证最优化的性能和低损耗的传输。

目前，CPS系统已经在全球范围内广泛应用于AGV系统中。

初级电缆通过电控柜的过滤、整流、变级、变压以及补偿等单元(见图2)，将两根初级回路电缆沿着设计的轨迹预埋在混凝土地面下，同时在AGV底部安装次级线圈(集电器)，通过电磁感应原理使得集电器产生电能，使得AGV小车等能够沿着轨迹行走。

这种非接触供电方式同时也满足道岔和升降的应用。

CPS系统仅仅用两根电缆线就可同时实现供电、传感器导航以及数据通讯功能。

另外，CPS系统也可用于电池充电，这种功能在很大程度上提高了AGV小车的实用性。

CPS非接触供电系统的特点CPS非接触供电系统是电力传输系统发展的重大突破，该系统具有以下优势：1．几乎免维修，可以在低成本维护的情况下充分发挥设备的功能；2．对行走速度和加速度没有限制；3．非接触形式的供电不会产生噪音和粉尘；4．数据通讯集成在初级电缆中，无需额外的通讯线；5．对环境不产生污染，可应用于潮湿、结冰、多尘等多种恶劣环境；6．可满足复杂的线路布局。

CPS非接触供电系统的应用CPS系统发明之后广泛应用于流水线生产系统，许多汽车流水线以及其他制造厂都安装了非接触电力供应系统，用于汽车部件的搬运处理系统(如发动机)或用于成套生产(如压缩机)。

此外，CPS系统还可以用于空中单轨输送系统。

非接触供电系统是电力传输系统发展的重大突破，相信一定会越来越多地应用于各个自动化输送领域。

以下简要介绍宝马公司的AGV非接触供电项目的应用。

AGV是指装备有电磁或光学自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有小车编程与停车选择装置、安全保护以及各种移载功能的运输小车，是现代物流系统的关键装备。

传统的AGV是以电池为动力，装有非接触导向装置，独立寻址系统的无人驾驶自动运输车。

2005年，德国法勒(V AHLE)公司成功地为美国宝马公司(BMW)的X5车型生产线提供了AGV 非接触供电项目。

该项目分为I、II、III三段，分别用CPSI、CPSII和CPSIII及一个总电控柜进行控制，其系统参数可参照图3中所列内容。

该项目投入使用后，获得了良好的效果。