一种导航设备的供电与导航一体结构及导航方法

技术领域

本发明涉及导航设备领域，具体涉及一种导航设备的供电与导航一体结构及导航方法。

背景技术

随着智能化和工业化的发展，自动化小车被广泛应用于制造业和仓储物流等领域。自动化小车作为电力驱动型设备，其充电问题和导航问题不容忽视，电量不足将直接导致自动化小车停工，导航偏差将直接无法完成工作任务，影响小车的工作效率。

在现有技术中，通常采用自动充电的方式对自动化小车进行充电，需要先将自动化小车到指定的充电桩进行充电，利用磁条或电磁对自动化小车进行导航。然而该导航方式需要增加额外的磁体或导线以产生导航磁场，与无线充电技术同时应用两者会产生干扰，导致导航精度低，充电效率慢。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术导航与无线充电技术同时应用两者会产生干扰的问题，从而提供一种导航设备的供电与导航一体结构及导航方法。

根据第一方面，本发明提供一种导航设备的供电与导航一体结构，包括LCC-S型补偿网络，所述LCC-S型补偿网络包括原边线圈和与原边线圈对应的两个副边线圈，每个副边线圈连接有第一补偿电容，所述导航设备的供电与导航一体结构还包括：

与所述副边线圈一一对应设置的第二补偿电容和控制器，其中，

所述第二补偿电容与所述第一补偿电容串联，所述第二补偿电容的电容值根据副边线圈的互感值和角频率确定；

控制器，所述控制器分别与两个副边线圈连接，所述控制器接收两个副边线圈的输出电压，并根据两个副边线圈的输出电压的电压差值对目标导航设备进行导航；

两个副边线圈的输出端串联后与所述目标导航设备的供电端连接，为所述目标导航设备进行供电。

在一实施例中，所述原边线圈由两个绕向相反且首尾相连的线圈构成；

两个副边线圈绕向相同且首尾不相连。

在一实施例中，照如下公式计算第二补偿电容的电容值：

其中，Co

在一实施例中，按照如下公式计算两个副边线圈的输出电压：

其中，

在一实施例中，所述两个副边线圈及二者对应的第一补偿电容、第二补偿电容呈对称分布。

根据第二方面，本发明提供一种导航设备的导航方法，应用于如第一方面所述的导航设备的供电与导航一体结构，所述方法包括：

获取LCC-S型补偿网络中两个副边线圈的输出电压，并计算两个副边线圈的输出电压的电压差值；

基于所述电压差值对目标导航设备进行导航。

在一实施例中，所述基于所述电压差值对目标导航设备进行导航，包括：

基于所述电压差值确定导航偏移方向和导航偏移角度；

基于所述导航偏移方向和导航偏移角度对目标导航设备进行导航。

在一实施例中，所述基于所述电压差值确定导航偏移方向和导航偏移角度，包括：

基于所述电压差值与0的大小关系，确定导航偏移方向；

基于所述电压差值的绝对值与预设电压与导航偏移角度的关系，确定导航偏移角度。

在一实施例中，所述目标导航设备为自动导引小车。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供了一种导航设备的供电与导航一体结构，通过LCC-S型补偿网络的两个副边线圈的输出端串联的方式向目标导航设备供电，控制器根据两个副边线圈输出电压的电压差值对目标导航设备导航，并通过在两个副边线圈按照副边线圈的互感值和角频率加入补偿电容的方式，避免了目标导航设备在运行过程中导航和充电之间的干扰，实现导航和充电的统一，减小了系统硬件组成，降低了系统成本，便于设备的集成化和轻量化，提高了导航设备在运行过程中导航的精度和充电的效率。

本发明实施例还提供了一种导航设备的导航方法，通过LCC-S型补偿网络根据副边线圈输出电压的电压差值控制目标导航设备导航，并通过在两个副边线圈按照副边线圈的互感值和角频率加入补偿电容的方式，能够减少在导航过程中供电和导航之间的相互干扰，从而实现导航设备充电和导航的统一，提高了导航设备在运行过程中导航的精度和充电的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提出的一种导航设备的供电与导航一体结构的电路图；

图2是本发明实施例提出的地面端线圈和车载端线圈示意图；

图3是本发明实施例提出的仅采用LCC-S型补偿网络的电路图；

图4是本发明实施例提出的一种导航设备的导航方法的流程图；

图5是本发明实施例提出偏移距离和U

图6是本发明实施例提出偏移距离、U

图7是本发明实施例提出的线圈电磁仿真模型示意图；

图8是本发明实施例提出的电磁仿真结果图；

图9是本发明实施例提出的DAD线圈应用完整电路图；

图10是本发明实施例提出的偏移值为-50mm的仿真波形图；

图11是本发明实施例提出的偏移值为-25mm的仿真波形图；

图12是本发明实施例提出的偏移值为-0mm的仿真波形图；

图13是本发明实施例提出的偏移值为-+25mm的仿真波形图；

图14是本发明实施例提出的偏移值为+50mm的仿真波形图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着智能制造、工业4.0等概念的提出，目前自动导引小车(Automated GuidedVehicle，AGV)被广泛应用于制造业、仓储物流中。在现有技术中，通常通过手动充电、自动充电和无线充电三种方式对自动导引小车进行充电。

手动充电由于自动化程度低，耗费大量人力，逐渐被市场淘汰。在自动充电时，自动导引小车需要到指定的充电桩进行充电，此充电过程会造成工作任务的终止，同时驻点充电所需时间较长，不能及时满足自动导引小车的工作需求，并且自动充电插口的插拔也易引起电火花，带来安全隐患。

近几年，无线充电迅速发展，具有便利性、灵活性、不易受环境影响、无需插拔以及充电安全等优点，在交通运输、医疗器械、便携通信和航空航天等方面得到了广泛的应用。无线充电技术的可移动性强，可在自动导引小车工作期间或者行走过程中对其进行充电，节约充电时间。动态无线充电的使用还可有效解决储能装置容量限制问题，延长自动导引小车的续航里程，具有广阔的应用前景。

目前磁耦合感应式无线电能传输(Wireless Power Transmission，WPT)技术是最广泛应用的近场无线电能传输技术，其主要组成部分有供电端(地面端)和受电端(车载端)，其中供电端包括：逆变拓扑、补偿拓扑、耦合机构；受电端包括：补偿拓扑、整流拓扑、DCDC调压。地面端和车载端以耦合机构线圈之间产生的高频磁场作为媒介，进行无线电能传输。

自动导引小车导航技术是自动导引小车中的关键技术。目前自动导引小车主要采用磁条、二维码、激光、电磁四种导航方式进行导航。其中，在二维码导航方式中，导航二维码容易磨损，需要定期维护，导致其维护成本高；激光导航方式成本较高，对光线、地面条件等周围环境要求相对苛刻；磁条与电磁导航方式均需要加装额外的磁体或导线以产生导航磁场，与无线充电技术同时应用于自动导引小车会相互干扰。

为了减小导航设备在运行过程中导航和供电之间的干扰，本发明实施例中提供一种导航设备的供电与导航一体结构，如图1所示，包括LCC-S型补偿网络。

其中，LCC-S型补偿网络包括原边线圈P和原边线圈P对应的两个副边线圈S1、S2，每个副边线圈S1、S2连接有第一补偿电容，C

该导航设备的供电与导航一体结构还包括第二补偿电容C

其中，第一补偿电容C

其中，控制器分别和两个副边线圈S1、S2连接，控制器接收两个副边线圈S1、S2的输出电压，并根据两个副边线圈S1、S2的输出电压的电压差值对目标导航设备进行导航。

两个副边线圈S1、S2的输出端串联后与目标导航设备的供电端连接，为目标导航设备进行供电。

在本发明实施例中，目标导航设备可以为自动导引小车，也可以为其它导航设备，此处不作限定。

原边线圈P和副边线圈S1、S2产生互感，为了消除原边线圈P和副边线圈S1、S2之间无功功率的传输，需要接入补偿网络LCC-S，在原有补偿网络的基础上设置与副边线圈S1、S2一一对应的第二补偿电容C

LCC-S型补偿网络还包括：原边谐振网络和副边谐振网络，其中，L

具体地，在一实施例中，原边线圈由两个绕向相反且首尾相连的线圈构成，两个副边线圈绕向相同且首尾不相连。

在本发明实施例中，如图2所示，地面端线圈为原边线圈，地面端为供电端，车载端线圈为副边线圈，车载端为受电端。为了减小磁场泄露，原副边线圈一般宽度相同，以此形成的主磁路磁场如图2中的虚线所示。其中，原边线圈和副边线圈的匝数及大小根据目标导航设备实际应用的场景进行设计，以提高线圈的传输效率。

具体地，在一实施例中，按照如下公式计算第二补偿电容的电容值：

其中，Co

在本发明实施例中，在DAD线圈的补偿网络中，若单独采用LCC-S型网络，输出的U

具体地，在一实施例中，按照如下公式计算两个副边线圈的输出电压：

其中，

在本发明实施例中，控制器采集U

当仅采用原有LCC-S型补偿网络时，如图3所示，对图3中的电路列写KVL方程如下式所示：

求解可得到各回路电流表达式：

其中，L

继而可得到U

通过式(5)可以看出，原有LCC-S型补偿网络的输出电压U

从上式可以看出，U

在副边增加补偿电容C

通过上述实施例，通过LCC-S型补偿网络的两个副边线圈的输出端串联的方式向目标导航设备供电，控制器根据两个副边线圈输出电压的电压差值对目标导航设备导航，并通过在两个副边线圈按照副边线圈的互感值和角频率加入补偿电容的方式，避免了目标导航设备在运行过程中导航和充电之间的干扰，实现导航和充电的统一，减小了系统硬件组成，降低了系统成本，便于设备的集成化和轻量化，提高了导航设备在运行过程中导航的精度和充电的效率。

本发明实施例中还提供一种导航设备的导航方法，如图4所示，该方法包括如下步骤S101至步骤S102。

步骤S101：获取LCC-S型补偿网络中两个副边线圈的输出电压，并计算两个副边线圈的输出电压的电压差值。

在本发明实施例中，根据上述公式(2)可得，当M

步骤S102：基于电压差值对目标导航设备进行导航。

在本发明实施例中，基于电压U

具体地，在一实施例中，上述步骤S102中基于电压差值对目标导航设备进行导航，具体包括如下步骤：

步骤S1021：基于电压差值确定导航偏移方向和导航偏移角度。

步骤S1022：基于导航偏移方向和导航偏移角度对目标导航设备进行导航。

在本发明实施例中，当原副边线圈正对时，即原副边线圈对称轴都为x轴时，线圈P与线圈S

当副边线圈向y轴负方向偏移时，M

当副边线圈向y轴正方向偏移时，M

具体地，在一实施例中，上述步骤S1021中基于电压差值确定导航偏移方向和导航偏移角度，具体包括如下步骤：

步骤S10211：基于电压差值与0的大小关系，确定导航偏移方向。

步骤S10212：基于电压差值的绝对值与预设电压与导航偏移角度的关系，确定导航偏移角度。

在本发明实施例中，当副边线圈向y轴负方向偏移时，M

当副边线圈向y轴正方向偏移时，M

其中，副边线圈向y轴偏移、U

表1

通过上述实施例，通过LCC-S型补偿网络根据副边线圈输出电压的电压差值控制目标导航设备导航，并通过在两个副边线圈按照副边线圈的互感值和角频率加入补偿电容的方式，能够减少在导航过程中供电和导航之间的相互干扰，从而实现导航设备充电和导航的统一，提高了导航设备在运行过程中导航的精度和充电的效率。

需要说明的是，在电磁场仿真与电路仿真进行验证时，搭建的电磁仿真模型如图7所示，其主要参数如表2所示，仿真结果如图8所示。通过仿真结果可以看出，当偏移不同方向时，M

表2

对DAD线圈的完整电路结构进行电路仿真，如图9所示，DAD线圈的完整电路结构是典型的无线充电电路结构，220V工频交流电经整流逆变为85kHz高频交流电，通过耦合机构将能量传输到副边，副边将接收到的交流电整流为直流电，经过Buck-Boost电路后成为48V直流电为自动导引小车电池供电。实际仿真中，取偏移为-50mm、-25mm、0mm、+25mm、+50mm五种情况下的线圈自感互感参数带入电路仿真中，得到的仿真波形分别如图10至图14所示。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而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的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申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。