CN104852446B - 用于输电线路巡线机器人充电的无线充电器 - Google Patents
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Abstract
一种用于输电线路巡线机器人充电的无线充电器，该充电器由巡线机器人部分以及与巡线机器人部分相配合的无线充电器部分组成；巡线机器人部分中，安装在巡线机器人外壳上的受电电容正极和受电电容负极分别与带机载蓄电池组的整流模块连接，无线充电器部分中，与杆塔绝缘的充电电容正极和充电电容负极安装在输电线路杆塔上，充电电容正极和充电电容负极分别与带蓄电池组的逆变模块连接，蓄电池组两端并联有开关电源和太阳能电池板。本发明提供的一种用于输电线路巡线机器人充电的无线充电器，可以解决巡线机器人续航时间短、无法进行长距离输电线路巡视作业的技术问题，实现巡线机器人机载电池组输电线路上的无线充电。
Description
技术领域
本发明涉及输电；领域，尤其是一种用于输电线路巡线机器人充电的无线充电器。
背景技术
目前，电力输电线路巡线机器人通过悬挂运行在线路架空地线上的方式巡视输电线路。巡线机器人配备机载蓄电池组，采用电机驱动，因体积、重量限制，巡线机器人配备的蓄电池组容量有限，需不断地补充电能，才能完成长距离输电线路的巡视作业工作。能否有效解决巡线机器人充电难题是能否有力推动巡线机器人的广泛应用，大大提高输电线路的巡视效率和故障检出率的关键。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于输电线路巡线机器人充电的无线充电器，可以解决巡线机器人续航时间短、无法进行长距离输电线路巡视作业的技术问题，实现巡线机器人机载电池组输电线路上的无线充电。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于输电线路巡线机器人充电的无线充电器，
该充电器由巡线机器人部分以及与巡线机器人部分相配合的无线充电器部分组成；
巡线机器人部分中，安装在巡线机器人外壳上的受电电容正极和受电电容负极分别与带机载蓄电池组的整流模块连接，机器人控制与通讯模块与机载蓄电池组连接；
无线充电器部分中，与杆塔绝缘的充电电容正极和充电电容负极安装在输电线路杆塔上，充电电容正极和充电电容负极分别与带蓄电池组的逆变模块连接，蓄电池组两端连接至开关电源，开关电源输入端连接至太阳能电池板，充电器控制与通讯模块与蓄电池组及逆变模块连接；
巡线机器人控制与通讯模块与无线充电器控制与通讯模块之间实现无线移动通讯，并相互配合实现充电控制和工作状态监测；
巡线机器人部分的受电电容正极和受电电容负极与无线充电器部分的充电电容正极和充电电容负极的尺寸、位置相对应。
巡线机器人部分的整流模块中，受电电容正极与第一整流桥臂D1，D4的输入端连接，受电电容负极与第二整流桥臂D2，D3的输入端连接，第一整流桥臂D1，D4和第二整流桥臂D2，D3的输出端与平波电抗器L1连接，平波电抗器L1与由电阻R2、电容C2、稳压二极管D5组成的滤波稳压器连接，滤波稳压器与机载蓄电池组连接。
无线充电器部分的逆变模块中，充电电容正极与第一逆变桥S1，S4的输出端连接，充电电容负极与第二逆变桥S2，S3的输出端连接，第一逆变桥S1，S4和第二逆变桥S2，S3的输入端分别蓄电池组的正负极连接，逆变桥电力电子器件栅极G1、逆变桥电力电子器件栅极G2、逆变桥电力电子器件栅极G3和逆变桥电力电子器件栅极G4分别与充电器控制与通讯模块的PWM驱动芯片连接，PWM驱动芯片连接无线充电器部分的逆变模块所包含的CPU模块；无线充电器控制与通讯模块与蓄电池组连接；蓄电池组两端连接至开关电源输出端。
无线充电器部分的开关电源中，太阳能电池板连接至由TPS55340电源芯片构成的开关电源的输入端，开关电源的输出端连接至蓄电池组，TPS55340电源芯片的各引脚分别连接有电阻R3、电阻R4、电阻R5及电阻R6，电容C3、电容C4、电容C5、电容C6和电容C7，电感L2及二极管D6。
巡线机器人部分的受电电容正极和受电电容负极为两块电极表面覆盖绝缘涂层的铝合金板。
无线充电器部分的充电电容正极和充电电容负极为两块电极表面覆盖绝缘涂层的铝合金板。
本发明的设计原理如下：
当巡线机器人运行到输电线路杆塔，且需要充电时，在机器人控制与通讯模块1的控制下，会自行驻留在充电位置，调整至充电状态，并通过充电器控制与通讯模块进行通讯，并发出指令启动无线充电器对巡线机器人充电。本发明将蓄电池组储存的电能通过逆变模块转换为高频电流，使充电电极(充电电容正极和充电电容负极)与受电电极(受电电容正极和受电电容负极)之间发生电场耦合，将电能传递至巡线机器人受电电极(受电电容正极和受电电容负极)，整流模块将高频电流经整流、滤波、稳压后，对机载蓄电池组充电，充电完毕后，巡线机器人进入正常运行状态，继续进行下一段线路巡线作业。
本发明提供的用于输电线路巡线机器人充电的无线充电器，通过高频电场耦合的无线充电技术解决了巡线机器人续航时间短、无法进行长距离输电线路巡视作业的技术问题，在输电线路杆塔处给巡线机器人机载蓄电池组充电，确保巡线机器人完成长距离输电线路的全线巡线作业，结构简单，安全可靠，为输电线路巡线机器人充电提供良好解决方案；采用太阳能电池板配备蓄电池组的分布式、可再生电源，以解决野外作业无电源的技术问题，当太阳光照满足发电条件时，太阳能电池板启动发电模式，通过开关电源给蓄电池组充电，保持蓄电池组电量为充满状态。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的原理结构图；
图2为本发明整流的电路原理图；
图3为本发明开关电源的电路图；
图4为本发明逆变模块的电路图。
具体实施方式
如图1、图2、图3和图4所示，一种用于输电线路巡线机器人充电的无线充电器，
该充电器由巡线机器人部分以及与巡线机器人部分相配合的无线充电器部分组成；
巡线机器人部分中，安装在巡线机器人外壳上的受电电容正极4和受电电容负极5分别与带机载蓄电池组2的整流模块3连接，机器人控制与通讯模块1与机载蓄电池组2连接；
无线充电器部分中，与杆塔绝缘的充电电容正极9和充电电容负极10安装在输电线路杆塔上，充电电容正极9和充电电容负极10分别与带蓄电池组7的逆变模块8连接，蓄电池组7两端连接至开关电源12，开关电源12输入端连接至太阳能电池板11，充电器控制与通讯模块6与蓄电池组7及逆变模块8连接；
巡线机器人控制与通讯模块1与无线充电器控制与通讯模块6之间实现无线移动通讯，并相互配合实现充电控制和工作状态监测；
巡线机器人部分的受电电容正极4和受电电容负极5与无线充电器部分的充电电容正极9和充电电容负极10的尺寸、位置相对应。
巡线机器人部分的整流模块3中，受电电容正极4与第一整流桥臂D1，D4的输入端连接，受电电容负极5与第二整流桥臂D2，D3的输入端连接，第一整流桥臂D1，D4和第二整流桥臂D2，D3的输出端与平波电抗器L1连接，平波电抗器L1与由电阻R2、电容C2、稳压二极管D5组成的滤波稳压器连接，滤波稳压器与机载蓄电池组2连接。
无线充电器部分的逆变模块8中，充电电容正极9与第一逆变桥S1，S4的输出端连接，充电电容负极10与第二逆变桥S2，S3的输出端连接，第一逆变桥S1，S4和第二逆变桥S2，S3的输入端分别蓄电池组7的正负极连接，逆变桥电力电子器件栅极G1、逆变桥电力电子器件栅极G2、逆变桥电力电子器件栅极G3和逆变桥电力电子器件栅极G4分别与充电器控制与通讯模块6的PWM驱动芯片连接，PWM驱动芯片连接无线充电器部分的逆变模块8所包含的CPU模块；无线充电器控制与通讯模块6与蓄电池组7连接；蓄电池组7两端连接至开关电源12输出端。
无线充电器部分的开关电源12中，太阳能电池板11连接至由TPS55340电源芯片构成的开关电源12的输入端，开关电源12的输出端连接至蓄电池组7，TPS55340电源芯片的各引脚分别连接有电阻R3、电阻R4、电阻R5及电阻R6，电容C3、电容C4、电容C5、电容C6和电容C7，电感L2及二极管D6。
巡线机器人部分的受电电容正极4和受电电容负极5为两块电极表面覆盖绝缘涂层的铝合金板。
无线充电器部分的充电电容正极9和充电电容负极10为两块电极表面覆盖绝缘涂层的铝合金板。
本发明的工作过程如下：
当巡线机器人在巡线作业过程中，检测到电量下降到预定值需要及时充电时，巡线机器人应能确保运行下一个安装有无线充电器的输电线路杆塔处，巡线机器人在机器人控制与通讯模块1的控制下，会自行驻留在输电线路杆塔上的无线充电器位置上，并调整至充电状态；巡线机器人部分通过机器人控制与通讯模块1与充电器控制与通讯模块6进行通讯，充电器控制与通讯模块6向巡线机器人部分发送工作状态，在无线充电器部分工作状态正常时，巡线机器人部分发出指令启动无线充电器部分进入无线充电工作状态，充电器控制与通讯模块6的CPU模块通过PWM驱动芯片向逆变模块8的逆变桥电力电子器件栅极G1、逆变桥电力电子器件栅极G2、逆变桥电力电子器件栅极G3和逆变桥电力电子器件栅极G4发出PWM控制信号，逆变模块8开始逆变，将蓄电池组7储存的电能通过逆变模块8转换为高频电压信号，输出高频电流，充电电极与受电电极之间发生电场耦合，巡线机器人部分受电电极之间产生高频电压，巡线机器人部分的整流模块3将高频电压经整流、滤波、稳压后，形成稳定电压电流对机载蓄电池组2充电。
在充电过程中，机器人控制与通讯模块1和充电器控制与通讯模块6对蓄电池组7状态及充电电流进行持续监控，确保处于正常状态，待完成充电后，机器人控制与通讯模块1和充电器控制与通讯模块6相互发送停止充电指令，无线充电器部分与巡线机器人部分停止充电操作，进入正常运行状态。巡线机器人继续进行下一段线路巡线作业，无线充电器部分在光照符合条件时，通过太阳能电池板11和开关电源12回路给蓄电池组7补充电能，以保持蓄电池组7电量充足。
安装在输电线路塔杆处的无线充电器部分，为巡线机器人补充电能，确保其长时间持续巡线作业，可有力推动巡线机器人的广泛应用，大大提高输电线路的巡视效率和故障检出率。无线充电器采用了太阳能电池板配备蓄电池组的分布式、可再生电源，可解决野外作业无电源的技术问题。
机载蓄电池组2型号：18650型锂电池，规格：24V/20Ah；
太阳电池组板11型号：TPM-40M，12V/40W；
蓄电池组7型号：18650型锂电池，规格：24V/30Ah；
开关电源12规格：输入0～24V，输出24V/2A；
CPU模块的规格和型号：ATmega128；
PWM驱动芯片的规格与型号：HCPL-316J；
机器人控制与通讯模块1与充电器控制与通讯模块6采用ATmega128型单片机与MC55型GSM/GPRS移动通讯芯片构成，并按芯片要求连接和配置电路，为一种常用的成熟电路，性能优越，功能上完全满足要求。
Claims (5)
1.一种用于输电线路巡线机器人充电的无线充电器，其特征在于：
该充电器由巡线机器人部分以及与巡线机器人部分相配合的无线充电器部分组成；
巡线机器人部分中，安装在巡线机器人外壳上的受电电容正极（4）和受电电容负极（5）分别与带机载蓄电池组（2）的整流模块（3）连接，机器人控制与通讯模块（1）与机载蓄电池组（2）连接；
无线充电器部分中，与杆塔绝缘的充电电容正极（9）和充电电容负极（10）安装在输电线路杆塔上，充电电容正极（9）和充电电容负极（10）分别与带蓄电池组（7）的逆变模块（8）连接，蓄电池组（7）两端连接至开关电源（12），开关电源（12）输入端连接至太阳能电池板（11），充电器控制与通讯模块（6）与蓄电池组（7）及逆变模块（8）连接；
巡线机器人控制与通讯模块（1）与无线充电器控制与通讯模块（6）之间实现无线移动通讯，并相互配合实现充电控制和工作状态监测；
巡线机器人部分的受电电容正极（4）和受电电容负极（5）与无线充电器部分的充电电容正极（9）和充电电容负极（10）的尺寸、位置相对应；
巡线机器人部分的整流模块（3）中，受电电容正极（4）与第一整流桥臂D1，D4的输入端连接，受电电容负极（5）与第二整流桥臂D2，D3的输入端连接，第一整流桥臂D1，D4和第二整流桥臂D2，D3的输出端与平波电抗器L1连接，平波电抗器L1与由电阻R2、电容C2、稳压二极管D5组成的滤波稳压器连接，滤波稳压器与机载蓄电池组（2）连接。
2.根据权利要求1所述的用于输电线路巡线机器人充电的无线充电器，其特征在于：无线充电器部分的逆变模块（8）中，充电电容正极（9）与第一逆变桥（S1），（S4）的输出端连接，充电电容负极（10）与第二逆变桥（S2），（S3）的输出端连接，第一逆变桥（S1），（S4）和第二逆变桥（S2），（S3）的输入端分别与蓄电池组（7）的正负极连接，逆变桥电力电子器件栅极G1、逆变桥电力电子器件栅极G2、逆变桥电力电子器件栅极G3和逆变桥电力电子器件栅极G4分别与充电器控制与通讯模块（6）的PWM驱动芯片连接，PWM驱动芯片连接无线充电器部分的逆变模块（8）所包含的CPU模块；无线充电器控制与通讯模块（6）与蓄电池组（7）连接；蓄电池组（7）两端连接至开关电源（12）输出端。
3.根据权利要求1所述的用于输电线路巡线机器人充电的无线充电器，其特征在于：无线充电器部分的开关电源（12）中，太阳能电池板（11）连接至由TPS55340电源芯片构成的开关电源（12）的输入端，开关电源（12）的输出端连接至蓄电池组（7），TPS55340电源芯片的各引脚分别连接有电阻R3、电阻R4、电阻R5及电阻R6，电容C3、电容C4、电容C5、电容C6和电容C7，电感L2及二极管D6。
4.根据权利要求1所述的用于输电线路巡线机器人充电的无线充电器，其特征在于：巡线机器人部分的受电电容正极（4）和受电电容负极（5）为两块电极表面覆盖绝缘涂层的铝合金板。
5.根据权利要求1所述的用于输电线路巡线机器人充电的无线充电器，其特征在于：无线充电器部分的充电电容正极（9）和充电电容负极（10）为两块电极表面覆盖绝缘涂层的铝合金板。
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