[发明专利]基于轨道式无接触供电的能量信号耦合传送系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线能量传输领域，尤其涉及一种基于轨道式无接触供电的能量信号耦合传送系统及方法。

背景技术

在工业应用很多特殊场合或恶劣环境下，如矿区、水下、无尘、易燃易爆场合，传统接触式供电方法会因为金属触点接触产生火花造成危险或者因为电线连接而限制了设备的移动范围，因此无线能量传输供电提供了有效解决方案。常见应用为工业电动输送、无尘搬运、轨道交通运输等大功率设备。工业柔性物流输送系统是指工业自动化领域以合理的成本水平采用合适的运输方式在规定的时间和地点，高效、准确、灵活的完成物料和工件的收集和配送的系统，系统搬运路线可以随着生产工艺流程的调整而及时调整。随着自动化物流系统和自动化仓库在中国乃至世界的发展，有轨载重导引小车(RGV)应用逐渐广泛，它可以十分方便地与其他物流系统实现自动连接，按照计划进行物料的输送，如出/入库站台、各种缓冲站、输送机、升降机和机器人等。传统RGV供电方式主要由有滑触线供电和蓄电池供电。滑触线供电方式容易引起电火花，同时在复杂的路径规划中极不方便；蓄电池供电方式需要定期对蓄电池进行充放电维护，且蓄电池寿命有限。

轨道无接触供电系统(CPS)不仅需要电能的传输，而且还要利用电能传输通道进行信号传递，比如传递RGV控制指令(前进、后退、升降等)、工作状态信息(正常、故障)。目前针对信号传送工业上主要由2种方式，一种是采用WIFI等组成智能控制网络，采用遥控器或PLC终端进行指令传送，另一种是通过轨道耦合传送，采用能量和信号时分复用或频分复用原理对能量和通信进行解耦传送。相关文献虽实现了信号从电源侧到负载侧的信号传递，但能量传输存在波动情况，导致取电侧功率波动引起导轨小车运行速度和状态受影响，同时受开关频率限制无法在大功率应用场合高速传输。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中能量传输效果容易受影响，且无法进行大功率高速传输的缺陷，提供一种传输实时性好、抗干扰性强的基于轨道式无接触供电的能量信号耦合传送系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于轨道式无接触供电的能量信号耦合传送系统，包括依次连接的能量传送电路、信号调制电路和轨道，还包括与轨道无接触的多台取电设备，每台取电设备均包括信号解调电路，其中：

所述能量传送电路与轨道相连，用于产生连续恒定电流给负载提供电能；

所述信号调制电路与导轨相连，用于产生基带信号，对其进行调制产生正弦激励载波信号，并将该信号耦合至导轨中；

所述取电设备与导轨无接触取电，并通过信号解调电路对正弦激励载波信号进行解调，将其还原成基带信号。

进一步地，本发明的所述能量传送电路采用原边轨道恒流的LCL全桥谐振拓扑结构。

进一步地，本发明的所述信号调制电路包括PWM发生电路、谐振电路和信号耦合电路。

进一步地，本发明的所述信号调制电路采用半桥谐振变换器产生正弦信号作为正弦激励载波信号，通过2ASK/OOK调制方式将载波信号耦合到轨道中。

进一步地，本发明的所述信号调制电路能根据轨道的长度调节PWM占空比进而对载波信号发射功率进行调节。

进一步地，本发明的该系统还包括信号补偿电路，用于补偿信号中导轨的感抗，增加信号的传输距离。

进一步地，本发明的所述信号解调电路包括依次连接的谐振环路、带通滤波器、信号放大整形电路和信号控制器，采用信号包络检波法解调信号。

本发明提供一种基于轨道式无接触供电的能量信号耦合传送方法，包括以下步骤：

S1、搭建信号调制电路，包括PWM发生电路，谐振电路、信号耦合电路，产生基带信号后通过控制谐振式逆变器驱动电路使能端实现信号的调制；

S2、设置谐振电路的谐振频率与PWM信号相同，并将信号谐振成与调制频率相同的正弦波，通过连接导轨两端的信号耦合电路将该信号耦合入输电导轨；

S3、搭建信号接收电路，包括信号谐振电路、信号滤波电路、信号放大电路、幅值检波电路和电压比较电路；经过信号放大电路及幅值检波电路得到基带信号的包络线，并通过电压比较电路将其还原成基带信号。

进一步地，本发明的步骤S2的方法具体还包括：使用耦合电容与导轨自感产生谐振，该谐振频率同调制频率相同，并通过隔离变压器对强弱电进行电气隔离。

进一步地，本发明的步骤S3的方法具体还包括：使用以调制频率为中心频率的信号滤波电路，并提高低通部分增强对能量信号的滤除能力。