非接触式供电系统基本原理与应用

非接触供电

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高附加值的无尘式非接触式电轨，目标市场为精密机械与自动化产业。以无尘式非接触式电轨为供电设备的自动化机械设备，不仅能够满足食品、制药、生物科技、显示面板、积体电路等产业对洁净度、可靠度与弹性的高度要求，也可以大幅降低其设备维护费用。2非接触式供电系统与传统供电系统的比较

一般最简单最便宜的供电方式是由电线直接供电，但是受限于电线的长度，搬运车不可能跑太远，如果系统中同时有两台以上搬运车，则电线会互相干扰，直至打结。

利用导轨以滑动接触方式供电，可以使搬运车的行动距离不受限制，但是会有磨耗、火花、污染、触电等缺点，而其制程的规划也缺少弹性。

电池供电方式能够提供最大的弹性，但是受限于电池的容量、成本、体积、与重量，对一般高功率应用而言，电池并不是经济有效的选择。电池的容量不大，所以需要常常充电，其寿命也有限，无法充电时，就必须更新。

非接触式电轨突破了传统供电方式所面临的技术瓶颈，可以满足无尘室制程设备对洁净度、可靠度的严格要求，在规划生产流程时，也能够提供最大的弹性。3※无传统【电线、电池、电轨】的缺点※节省空间、弹性路径、高效率、高附加值※装机配合度高、维修保养迅速确实※传统输送带（Conveyor）的最佳代替方案※可使用时间长、高洁净度、高安全度4传统变压器结构原理气隙变压器结构原理5非接触式供电技术的基本结构其基本结构如左图所示：1、中间是电磁结构，由电缆线与磁铁构成。2、左边是磁场控制系统，包括电源、频率转换装置和电容。3、右边是磁场取电系统，包括电力负载调解装置和电容。6

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。与传统的电力变压器结构相比，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Vehicle提供几百伏的驱动电压和几十伏的控制电压，保证Vehicle的正常工作。二者流通的都是交流电流。

为了保证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。

基本原理：7NCPTSystemoverview

非接触式供电系统包括三个基本结构：主机、轨道装置、取电装置。如下图所示：8☆主机控制柜☆轨道☆取电装置9非接触式电轨应用举例☆户外原物料搬运☆晶圆搬运、面板搬运☆生化制药、医疗设备、食品原料搬运☆轻轨捷运、水底观光10感应式电力系统应用举例☆定点供电、充电☆家庭用电☆电动巴士、电动机车☆可消费性电子产品充电11e.g.[1]非接触式供电系统在AGV中的应用

非接触供电系统对AGV供电原理如图所示。系统主要包括电源控制柜、系统的变压器初级线圈电缆、AGV导轨、AGV小车等环节。将系统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。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。

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非接触供电系统首先是由专门的电控柜为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，行波磁场对非接触供电系统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。以德国VAHLE公司生产的AGV为例，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13e.g.[2]OHT物料搬运系统14TRACK取电装置1516e.g.[3]磁浮列车非接触紧急供电系统原理结构图17等效电路图18实物装置图装置示意图19结束语

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。随着非接触供电技术的日益发展和完善，已广泛应用于AGV