CN105914901A - 一种利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***，包括固定在塔杆上的充电基站和运行在输电线地线上的巡线机器人，充电基站包括电能获取模块和电能传输发射模块，电能获取模块通过电磁感应从输电线交变磁场中感应获取电能，巡线机器人包括电能传输接收模块和机载电池组，电能传输发射模块通过无线方式将电能传输给电能传输接收模块，电能传输接收模块将得到的电能传输给机载电池组。本发明采用电磁感应的方式从高压输电线路产生的交变磁场中获取电能，具有持续、稳定供能的特点。

Description

一种利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***

技术领域

本发明涉及一种巡线机器人无线充电***，特别涉及一种利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***，属于输电维护设备领域。

背景技术

巡线机器人是利用移动机器人作为载体，采用可见光摄像机、红外热成像仪及其它检测仪器作为载荷的检测***，是一种采用机器视觉、电磁场、GPS、GIS的多场信息融合作为机器人自主移动与自主巡检提供导航信息源的机器人***。工作在高压输电线路中地线上的巡检机器人利用自身搭载的摄像设备在后台遥控或控制下完成对输电线路及相关设施进行故障巡检的工作任务。基于以上结构特点，巡线机器人是一种具有一定体积和重量的移动机械***，这种移动的机械***的供能问题是制约其应用的主要问题之一，在高压线路附件采用多人操作安装或卸下机器人来配合其功能操作是十分危险，也给高压线路的正常运行带来影响。基于以上现状，如何给上线的巡线机器人提供便捷、可靠的电能成为解决问题的关键，然而根据国家的有关规定和技术规范的要求，巡线机器人还不能从临近的高压输电线路取电，因此业内有采用传统的可再生能源作为供能来源的做法，例如采用太阳能、风能等，这些能源方式虽然可以满足绿色环保的要求，但是其对自然环境的依赖性较大，通常无法实现持续性稳定供能，因此巡线机器人的稳定供能一直是一个期待解决的问题。

发明内容

本发明一种利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***公开了新的方案，采用电磁感应的方式从高压输电线路产生的交变磁场中获取电能，解决了现有巡线机器人持续稳定的能源供给问题。

本发明一种利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***包括固定在塔杆上的充电基站和运行在输电线地线上的巡线机器人，充电基站包括电能获取模块和电能传输发射模块，电能获取模块通过电磁感应从输电线交变磁场中感应获取电能，巡线机器人包括电能传输接收模块和机载电池组，电能传输发射模块通过无线方式将电能传输给电能传输接收模块，电能传输接收模块将得到的电能传输给机载电池组。

本发明一种利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***采用电磁感应的方式从高压输电线路产生的交变磁场中获取电能，具有持续、稳定供能的特点。

附图说明

图1是本发明一种利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***原理示意图。

具体实施方式

无线电能传输技术是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术，分为电磁感应式，电磁共振式和电磁辐射式。电磁感应方式可用于低功率、近距离传输，电磁共振适用于中等功率，中距离能量传输，电磁辐射适用于大功率，长距离应用。如图1所示，利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***包括固定在塔杆上的充电基站和运行在输电线地线上的巡线机器人，充电基站包括电能获取模块和电能传输发射模块，电能获取模块通过电磁感应从输电线交变磁场中感应获取电能，巡线机器人包括电能传输接收模块和机载电池组，电能传输发射模块通过无线方式将电能传输给电能传输接收模块，电能传输接收模块将得到的电能传输给机载电池组。本方案采用电磁感应方式从输电线路获取电能，再利用磁共振方式将获取的电能传送给巡线机器人，从而给巡线机器人提供稳定、持续的能源。基于以上方法，本方案的电能传输发射模块是磁共振电能传输发射模块，电能传输接收模块是磁共振电能传输接收模块，磁共振电能传输发射模块与磁共振电能传输接收模块形成非接触磁场共振输电连接，充电基站通过电能获取模块从输电线交变磁场获取的电能经过所述非接触磁场共振输电连接传输给所述巡线机器人。上述方案根据高压输电线路的具体情况采用了近距离无线采电和中距离无线输电相结合的方式实现了巡线机器人的持续、稳定能源供给问题。

为了实现充电基站从高压输电线路交变磁场取电的技术目的，本方案的电能获取模块包括电路互感器单元和电能获取控制电路，电路互感器单元包括设在输电线路上的一对C型铁芯环，电能获取控制电路包括继电器单元、双向可控硅单元、过压保护电路、整流电路、电压反馈控制电路，电能获取模块通过电路互感器单元获取的电能经过电能获取控制电路处理后形成稳定的输出电压。为了实现巡线机器人从充电基站无线获取电能，本方案的磁共振电能传输发射模块包括高频信号产生电路、功率放大电路、阻抗匹配电路、激励线圈和源谐振线圈，磁共振电能传输接收模块包括设备谐振线圈、工作线圈、高频整流器和充电模块。阻抗匹配电路产生的高频电流经过激励线圈后产生交变磁场，激励线圈通过交变磁场与源谐振线圈形成磁场耦合。设备谐振线圈与源谐振线圈形成电磁共振，电磁共振产生交变磁场，交变磁场使得工作线圈内产生感应电能，感应电能通过高频整流器和充电模块调理后形成可供机载电池组充电的电能。本方案的机载电池组优选是锂电池组。上述方案具体如下所述。

电能获取模块包括电路互感器和能量拾取控制电路两个部分。其中电流互感器是由两个C型铁芯构成的圆环，该圆环套设在输电线路上。能量拾取控制电路包括继电器组、双向可控硅、过压保护电路、整流电路、电压反馈控制电路。电流互感器的输出端与继电器组电连接，用于控制电流互感器的次级线圈匝数。继电器组的输出与双向可控硅电连接，同时与过压保护电路、整流电路电连接。整流输出端通过电压反馈控制电路与双向可控硅连接，从而确保整流电路输出稳定的48V电压。为了满足二级电磁共振输电的要求，本方案将输出信号直接调理成高频功率信号作为磁共振传输***的激励源。

磁共振电能传输设备包括磁共振电能传输发射单元和磁共振电能传输发射单元，磁共振电能传输发射单元包括高频信号产生器及功率放大电路、阻抗匹配电路、激励线圈、源谐振线圈，磁共振电能传输接收单元包括设备谐振线圈、工作线圈、高频整流电路和充电电路。电能拾取单元输出48V稳压送入高频信号产生器及功率放大电路，利用电能拾取单元输出的电能将高频信号产生器及功率放大电路中产生的高频正弦小信号放大成激励源，经由阻抗匹配电路送到激励线圈，从而为磁共振***提供激励。阻抗匹配电路用于匹配阻抗，由于高频信号产生器及功率放大电路输出激励源频率较高，必须考虑阻抗匹配，使得能量可以最大限度的以磁场的形式从激励线圈辐射出去，使得源谐振线圈产生LC振荡。

磁共振线圈由激励线圈、源谐振线圈、设备谐振线圈和工作线圈组成。激励线圈采用单匝导线环，流经其中的来自阻抗匹配电路的高频电流会在激励线圈周围产生交变磁场，由于激励线圈与源谐振线圈距离较近，二者磁场耦合，在谐振线圈中产生LC振荡，由于设备谐振线圈与源谐振线圈谐振频率相同，设备谐振线圈与源谐振线圈产生共振，即同频率的LC振荡。振荡过程中产生的交变磁场被临近的工作线圈接收，再经过高频整流电路和充电电路调理成可为理电池组充电的电能。其中激励线圈与源谐振线圈相距1cm，同时两者轴线重合，而且工作线圈与设备谐振线圈的位置关系与上述两者形成对称布置。本方案的源谐振线圈与设备谐振线圈相距不超过2米，这样可以保证磁共振电能传输的效率，满足巡线机器人锂电池组充电的功率需求。磁共振传输***中的激励线圈、源谐振线圈、设备谐振线圈和工作线圈可均由直径为5cm的铜线制成，其中激励线圈与工作线圈的形状及尺寸相同，可均为直径15cm的单匝线圈，源谐振线圈与设备谐振线圈的形状及尺寸相同，且为平面阿基米德螺线结构，即起始和结尾处相连，共8圈，内径20cm，外径35cm。铜的导电性能和高频性能较好，线圈使用铜线可获得较大的Q值，因此线圈选用直径5mm的铜线。磁共振电能传输设备的实际应用情况与源谐振线圈和设备谐振线圈的尺寸有关，传输距离一般为线圈直径的1～2倍，因此，上述方案的***设计既考虑到了尺寸足够大以满足传输功率的需求，又考虑到了现场安装要求及机器人的带载能力。

以上方案中涉及的电路、模块以及电子元器件均可采用本领域通用的方案或选型，也可以根据实际需要采用特别设计的方案。

本方案的巡线机器人工作在地线上，其利用自带滑轮在电机驱动下沿地线移动，通过摄像头对地线及下方输电线及输电线附属物进行拍摄巡检。当巡线机器人需要补充电能时，就可以移动至相应的充电基站附近进行无线充电。因此，本方案的巡线机器人无线充电***基于上述两级无线能量的获取和传输技术而相比现有的方案具有突出的实质性特点和显著的进步。

本方案的一种利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***并不限于具体实施方式中公开的内容，实施例中出现的技术方案可以单独存在，也可以相互包含，本领域技术人员根据本方案结合公知常识作出的简单替换方案也属于本方案的范围。

Claims (7)

1.一种利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***，其特征是包括固定在塔杆上的充电基站和运行在输电线地线上的巡线机器人，所述充电基站包括电能获取模块和电能传输发射模块，所述电能获取模块通过电磁感应从所述输电线交变磁场中感应获取电能，所述巡线机器人包括电能传输接收模块和机载电池组，所述电能传输发射模块通过无线方式将电能传输给所述电能传输接收模块，所述电能传输接收模块将得到的电能传输给所述机载电池组。

2.根据权利要求1所述的利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***，其特征在于，所述电能传输发射模块是磁共振电能传输发射模块，所述电能传输接收模块是磁共振电能传输接收模块，所述磁共振电能传输发射模块与所述磁共振电能传输接收模块形成非接触磁场共振输电连接，所述充电基站通过所述电能获取模块从所述输电线交变磁场获取的电能经过所述非接触磁场共振输电连接传输给所述巡线机器人。

3.根据权利要求1或2所述的利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***，其特征在于，所述电能获取模块包括电路互感器单元和电能获取控制电路，所述电路互感器单元包括设在输电线路上的一对C型铁芯环，所述电能获取控制电路包括继电器单元、双向可控硅单元、过压保护电路、整流电路、电压反馈控制电路，所述电能获取模块通过所述电路互感器单元获取的电能经过所述电能获取控制电路处理后形成稳定的输出电压。

4.根据权利要求2所述的利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***，其特征在于，所述磁共振电能传输发射模块包括高频信号产生电路、功率放大电路、阻抗匹配电路、激励线圈和源谐振线圈，所述磁共振电能传输接收模块包括设备谐振线圈、工作线圈、高频整流器和充电模块。

5.根据权利要求4所述的利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***，其特征在于，所述阻抗匹配电路产生的高频电流经过所述激励线圈后产生交变磁场，所述激励线圈通过所述交变磁场与所述源谐振线圈形成磁场耦合。

6.根据权利要求5所述的利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***，其特征在于，所述设备谐振线圈与所述源谐振线圈形成电磁共振，所述电磁共振产生交变磁场，所述交变磁场使得所述工作线圈内产生感应电能，所述感应电能通过所述高频整流器和充电模块调理后形成可供所述机载电池组充电的电能。

7.根据权利要求6所述的利用输电线感应取电的巡线机器人无线充电***，其特征在于，所述机载电池组是锂电池组。