甕超

摘 要：非接觸式供電系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)的固定供電方式及接觸式供電方式，其眾多的優(yōu)秀特點決定其具有廣闊的應(yīng)用前景，這里結(jié)合汽車制造輸送設(shè)備領(lǐng)域?qū)ζ溥M行簡單闡述。

關(guān)鍵詞：汽車輸送設(shè)備；非接觸；電氣控制

1 非接觸式供電在汽車制造業(yè)應(yīng)用的介紹

目前在汽車輸送領(lǐng)域里主要供電形式分為兩大類：固定點供電與移動式供電。常見的固定點供電是通過電纜、插接母線等將電從車間公用電柜直接引入設(shè)備供電柜內(nèi)，再將設(shè)備供電柜與設(shè)備直接連接來實現(xiàn)對設(shè)備進行供電；而移動式供電又分為接觸式供電與非接觸式供電。

接觸式供電的典型式樣是滑觸線供電，其原理為在需要移動部件的運行軌道內(nèi)通長布置滑觸線，系統(tǒng)工作時此滑線始終處于帶電狀態(tài)。而每臺移動部件上則裝有取電用的碳刷，在運動過程中碳刷與滑線始終接觸，以此來完成對移動設(shè)備的供電。

非接觸式供電，簡單來說就是利用強電流形成一個磁場，通過移動設(shè)備切割磁場實現(xiàn)由電能轉(zhuǎn)換為磁能最終再轉(zhuǎn)換為電能的過程。由于其具有移動靈活、不受空間及環(huán)境影響等優(yōu)點，在汽車制造輸送設(shè)備領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

非接觸式供電現(xiàn)在主要有三種方式：電磁感應(yīng)方式、磁場共振方式、電磁波傳送方式。目前我們應(yīng)用較多的為電磁感應(yīng)方式，下面結(jié)合典型的汽車制造輸送設(shè)備介紹下電磁感應(yīng)方式的非接觸供電。

電磁感應(yīng)原理我們在高中物理就已經(jīng)初步接觸，簡單總結(jié)成一句話就是：變化的磁場能產(chǎn)生電場，處于其中的閉合回路就能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流。電磁感應(yīng)的實驗?zāi)Ｐ蜑椋合纫O(shè)定一個供電裝置，在供電裝置中設(shè)置一個線圈（閉環(huán)電纜），對此閉環(huán)電纜供電可以產(chǎn)生一個磁場，此線圈也可簡稱為固定線圈。使用另外一個移動的線圈通過已經(jīng)形成的磁場，使磁場產(chǎn)生變化從而得到感應(yīng)電流。結(jié)合實際情況我們以電動升降滑板系統(tǒng)為例進行簡單介紹。

電動升降滑板是目前汽車制造輸送的典型設(shè)備之一，主要用于汽車內(nèi)飾、最終的裝配線，其最主要特點是高柔性，即在多種車型混線生產(chǎn)的情況下可以實現(xiàn)不同車型在同一工位以不同的高度進行裝配工作，實現(xiàn)了多種裝配工藝的兼容。

由于滑板是需要逐個工位依次移動的，因此其上面的升降臺的供電就是通過非接觸式供電系統(tǒng)來完成的。

供電系統(tǒng)的組成，非接觸式供電系統(tǒng)主要由以下單元組成：

控制器：控制器是移動單元的大腦，它的主要功能是預(yù)先儲存動作信息（即滑板在每個工位的高度分別為多少）、達到指定位置時發(fā)出動作指令控制升降、當遇到錯誤或危險時報出相應(yīng)故障。

碼帶（bar code）：在工藝段通長布置，可以簡單理解為滑板的絕對地址，通過對地址的讀取滑板才能在預(yù)先設(shè)置的位置完成升降指令。

讀碼頭（bar code reader）：安裝在滑板上，用于讀取碼帶地址數(shù)據(jù)的裝置。讀取當前地址后反饋控制單元，控制單元再根據(jù)地址信息進行升降動作。

數(shù)據(jù)采集器（data pickup）：安裝在滑板上的數(shù)據(jù)采集裝置，用于在PLC、控制器以及電源模塊之間完成數(shù)據(jù)交換。

數(shù)據(jù)感應(yīng)閉環(huán)（data loop）：在DKZ區(qū)域進行感應(yīng)數(shù)據(jù)交換的閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)。

電源采集器（power pickup）：位于移動滑板上的感應(yīng)電流提取裝置，可以理解為之前提到用于改變磁場從而產(chǎn)生感應(yīng)電流的移動線圈。

電源感應(yīng)閉環(huán)（power loop）：此閉環(huán)是有恒定電流的，從而提供磁場，可以理解為之前提到的固定線圈。

安裝架（mounting profile）：用于承載data loop、power loop和bar code的安裝載體。

工作原理介紹：非接觸供電是利用整流器將兩相或三相工頻交流電源經(jīng)過整流濾波成直流電源，經(jīng)過整流濾波后的直流電源將向高頻逆變電路的輸入端提供，經(jīng)過逆變電路的高頻逆變之后的高頻交變電流再經(jīng)過諧振變換補償之后輸入帶初級線圈端（power loop），經(jīng)電磁感應(yīng)在次級（power pickup）產(chǎn)生相應(yīng)頻率的感應(yīng)電流，經(jīng)過電壓電流調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)后便可向用電設(shè)備提供電壓、電流參數(shù)合適的交流電源，從而完成非接觸式電源的整個能量傳輸過程。

在對設(shè)備進行供電的同時，數(shù)據(jù)采集模塊（data pickup）在電源模塊、控制器、PLC之間進行數(shù)據(jù)采集交換的工作。

讀碼頭單元（bar code reader）在讀取碼帶地址的同時還要將絕對地址反饋給控制器，由控制器按照預(yù)先設(shè)置的程序進行判定，再給升降臺發(fā)出上升或下降的指令。

感應(yīng)供電系統(tǒng)各部件的安裝說明：碼帶及讀碼頭的安裝：碼帶是在工藝段通長布置的，一般粘貼在安裝支架（mounting profile）的側(cè)邊位置（如圖1所示）。

粘貼前需要對安裝表面進行深度清潔，保證沒有粉塵、金屬碎屑等污染物。

碼帶的背面是帶有背膠的。粘貼時，首先撕掉碼帶背面的背紙，將碼帶置于粘貼面的中間位置，擺正后從起始端開始朝終端位置依次粘貼。在粘貼過程中一定要用手將其鋪平，不能存在褶皺或氣泡位置。支架斷開位置在粘貼碼帶時要將開口位置一起覆蓋粘貼。

粘貼完成后，再將支架開口位置的碼帶進行剪切，注意要完全保留整個的條形碼，不得將條形碼單元裁剪掉一部分。待裁剪完成后，整個碼帶表面要粘貼透明膠帶對其進行保護。

讀碼頭則是需要與碼帶對應(yīng)安裝，安裝時讀頭表面需要與碼帶相對安裝，并且需要保證讀頭面與碼帶保持平行，最大誤差角度不應(yīng)大于3°根據(jù)讀碼頭型號不同，與碼帶之間的安裝距離調(diào)整為最大120mm～150mm不等。

在讀碼頭安裝時，還需要注意在讀碼頭上有一個標記位置在安裝時，注意保證該標記位置大概對應(yīng)碼帶中心位置。

安裝支架的安裝說明：安裝支架需要承載power loop、data loop以及碼帶（安裝承載位置參見圖2所示），因此其本身的安裝要求較高。

需要注意，power loop在工作過程中會持續(xù)保持109A的強大電流，系統(tǒng)的發(fā)熱量極大，因此支撐螺栓需要采用不銹鋼螺栓。

單根安裝支架長度3000mm，安裝時相鄰兩根支架間距為15mm，依靠一個連接件進行連接，另外在power loop出線口的位置，安裝支架之間需要留出40mm的間隙。

Data pickup和power pickup的安裝說明：由于pickup本次的磁場會對固定線圈磁場產(chǎn)生影響，因此Data pickup和power pickup的安裝就顯得格外重要。

安裝時，要求在滑板上的pickup部分與地面固定的安裝支架Z向的間距不能超過10mm（一般建議為5～6mm）；X、Y方向的偏差最大不能超過5mm（一般建議為2mm）。

2 目前非接觸式供電技術(shù)在國內(nèi)外的現(xiàn)狀

在國外兩個比較知名的非接觸式供電的制造商分別是德國的LJU公司和德國的VAHLE公司。德國LJU Automatisierungstechnik GmbH公司是世界上著名的控制系統(tǒng)制造公司之一，成立于1986年。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前LJU公司產(chǎn)品遍布世界各個角落，在10多個國家設(shè)有分公司，憑借全球性的銷售網(wǎng)絡(luò)，德國LJU公司可向全球80多個國家提供德國LJU控制器，LJU工業(yè)通訊系統(tǒng)，LJU電力傳輸系統(tǒng)。LJU系統(tǒng)是目前比較成熟的非接觸式供電系統(tǒng)，經(jīng)過近10年來不斷的完善及優(yōu)化，修正了很多之前軟件及硬件上的不足。其產(chǎn)品多用于汽車、物流等行業(yè)的輸送系統(tǒng)。在國內(nèi)多家合資甚至自主品牌的汽車廠都在使用旗下產(chǎn)品。德國VAHLE公司在移動供電和工業(yè)通信設(shè)備領(lǐng)域也是處于世界領(lǐng)先地位。自 1912 年，公司的創(chuàng)始人Paul Vahle先生發(fā)明了世界上第一根鋼體滑觸線以來，VAHLE公司不斷創(chuàng)新，開發(fā)了無數(shù)先進技術(shù)和專利產(chǎn)品。

現(xiàn)在，VAHLE已經(jīng)成為一個全球性的移動供電專家，在全世界擁有68家分支機構(gòu)，能夠及時提供最全面的移動電氣系統(tǒng)和解決方案。VAHLE的移動供電和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備相比于LJU應(yīng)用的領(lǐng)域更加廣泛，包括：汽車制造、焦化、冶金、起重機械、自動化生產(chǎn)線、自動倉儲系統(tǒng)、港口、機場、造船、發(fā)電、石化、造紙、水泥、快速軌道交通系統(tǒng)和游樂場等領(lǐng)域，而且我們的特種鋼體滑線已經(jīng)應(yīng)用于舉世矚目的磁懸浮列車項目中。所有滑線都根據(jù)相關(guān)電氣、機械及防火國際標準設(shè)計。產(chǎn)品均通過UL，CSA及SEV等國際認證，并在世界范圍內(nèi)廣泛使用。我們熟知的上海迪士尼樂園也應(yīng)用了其移動供電系統(tǒng)。

而在國內(nèi)，非接觸式供電的產(chǎn)品相對起步較晚，相比LJU及VAHLE公司的產(chǎn)品還顯得不是十分成熟。但是目前已有專門的研發(fā)機構(gòu)對此項技術(shù)進行研發(fā)及應(yīng)用，雖然沒有取得突破性的進展，但也已經(jīng)邁出了研發(fā)探索的第一步。

非接觸式電能傳輸技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，該技術(shù)的研究開發(fā)將彌補國內(nèi)的空白，為我國的電能傳輸、電力電子和電氣自動化技術(shù)做出巨大貢獻。

3 結(jié)束語

感應(yīng)供電是一門新興的技術(shù)，它克服了傳統(tǒng)供電方式的固有缺陷，通過非導(dǎo)體接觸的方式從電源向負載提供電能，具有安全、靈活、綠色等特點，對環(huán)境的親和力好，適應(yīng)能力強，能做到免維護或地維護運行，非接觸式電源技術(shù)在移動電氣領(lǐng)域中的應(yīng)用將解決傳統(tǒng)的滑、滾動取電方式所帶來的高頻電磁污染、結(jié)構(gòu)磨損、靈活性差等問題。因此，非接觸式電源技術(shù)在工礦企業(yè)、汽車制造領(lǐng)域、倉儲物流領(lǐng)域等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，非接觸式電源技術(shù)的發(fā)展與成熟將作為能量傳輸領(lǐng)域中的又一次技術(shù)革命，對未來的工業(yè)將會產(chǎn)生巨大的影響。