CN110682807A - 一种无线充电巡线无人机、充电装置及充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无线充电巡线无人机、充电装置及充电方法，主要涉及无人机领域。一种无线充电巡线无人机的充电装置，包括无人机本体，所述无人机本体底部设置感应线圈、整流器和单向充电器，所述感应线圈的两端与整流器的输入端导线连接，所述整流器的输出端与无人机本体的电池充电端导线连接。一种无线充电巡线无人机，安装有充电装置。本发明的有益效果在于：本发明能够使无人机边飞行巡检线路边进行充电，在不影响巡线效率的前提下大大提高无人机的续航能力。

Description

一种无线充电巡线无人机、充电装置及充电方法
技术领域
本发明主要涉及无人机领域，具体是一种无线充电巡线无人机、充电装置及充电方法。
背景技术
为了使输电线路安全稳定运行，安全可靠供用电，需要巡线人员组队对线路进行巡视，以及时发现线路故障并及时排除安全隐患。现在随着科技的发展，无人机正在逐渐应用到电力巡线队伍当中，无人机巡线效率更高，可以无视地形的恶劣条件保质保量的完成电力巡线，从而节省人力成本。但是无人机存在电池电量的限制，无法进行远距离的飞行，这就导致在续航能力上，无人机无法对远距离的线路进行巡检。
在电池技术无法取得重大突破的前提下，为了解决这一问题，就需要开发无人机的中途充电技术。公告号为CN106026261B，专利名称为《电力远距离巡线无人机充电站》的发明专利，公开了一种固定的无人机中途充电装置，可供无人机中途充电以提高其续航能力。但是此种方式充电需要消耗大量时间，降低了巡线的效率。公开号为CN108847708A，专利名称为《一种新型无人机无线充电平台及充电方法》的发明专利，采用了无线充电平台利用电磁感应充电的原理对无人机进行充电，虽然引入了无线充电的概念，但是其充电平台仍然是固定的，无人机在充电过程中依然无法移动，同样降低了巡线的效率。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种无线充电巡线无人机、充电装置及充电方法，它能够使无人机边飞行巡检线路边进行充电，在不影响巡线效率的前提下大大提高无人机的续航能力。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种无线充电巡线无人机的充电装置，包括无人机本体，所述无人机本体底部设置感应线圈、整流器和单向充电器，所述感应线圈的两端与整流器的输入端导线连接，所述整流器的输出端与无人机本体的电池充电端导线连接，所述单向充电器串联在整流器与电池之间。
所述感应线圈在无人机本体底部水平设置。
所述感应线圈在无人机本体底部垂直设置，所述感应线圈轴线垂直于无人机巡线时的线路。
所述感应线圈内圈设置承载架，所述无人机本体底部设置安装架，所述承载架与安装架之间通过阻尼轴连接，使所述感应线圈可手动调整为水平位置和垂直位置。
所述安装架上设置伺服电机，所述伺服电机与阻尼轴之间设置齿轮传动装置，所述伺服电机与无人机本体的控制装置电连接。
一种无线充电巡线无人机，安装有充电装置。
一种无线充电巡线无人机的充电方法，所述无人机沿高压线路平行方向飞行，所述无人机位于高压线路正上方或高压线路外侧，所述高压线路流通交流电产生的交变电磁场穿过感应线圈，使所述感应线圈内产生感应电流为无人机电池充电。
对比现有技术，本发明的有益效果是：
本发明将感应线圈安置在无人机上，通过无人机巡线过程中高压线路通过交流电引发的交变磁场穿过感应线圈，可以由感应线圈产生感应电流为无人机电池进行充电。无人机的充电装置由感应线圈、整流器与单向充电器组成，整流器可以将感应线圈内的交流电进行整流，成为可为电池充电的直流电。而单向充电器防止无人机电池反向放电，保障充电过程的顺利进行。通过无人机巡线时靠近高压线飞行，使高压线附近的交变磁场穿过感应线圈，从而使感应线圈内可以产生感应电流，达到无人机边巡线边充电的目的。
附图说明
附图1是本发明实施例1结构示意图；
附图2是本发明实施例2结构示意图；
附图3是本发明实施例3结构示意图；
附图4是本发明实施例3理论计算参考图。
附图中所示标号：1、无人机本体；2、感应线圈；3、整流器；4、单向充电器；5、承载架；6、安装架；7、伺服电机。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
如图1-3所示，本发明所述一种无线充电巡线无人机的充电装置，包括无人机本体1，所述无人机本体1作为巡线的主体，其携带摄像头通过远程通讯技术，将图像传递回远程终端。所述无人机本体1底部设置感应线圈2、整流器3和单向充电器4，所述感应线圈2的两端与整流器3的输入端导线连接，所述整流器3的输出端与无人机本体1的电池充电端导线连接，所述单向充电器4串联在整流器3与电池之间。由于高压输电线的线路输送为高压交流电，交流电在高压线周围产生交变磁场，交变磁场穿过感应线圈，使感应线圈内产生感应交流电流，感应产生的交流电流在整流器的作用下整流为直流电为无人机的电池充电。整流器与电池充电端口串连的单向充电器，可以防止电池反向放电，从而保证电池充电的顺利进行，保障无人机的续航里程数。
具体的，所述感应线圈2在无人机本体1底部水平设置。水平竖直的感应线圈，在无人机飞在高压线一侧时，可使交变磁场垂直穿过感应线圈，使感应电动势最大化，保证无人机的充电效率。
具体的，所述感应线圈2在无人机本体1底部垂直设置，所述感应线圈2轴线垂直于无人机巡线时的线路。垂直设置的感应线圈，在无人机飞在高压线上方时，可使交变磁场垂直穿过感应线圈，使感应电动势最大化，保证无人机的充电效率。
具体的，所述感应线圈2内圈设置承载架5，所述无人机本体1底部设置安装架6，所述承载架5与安装架6之间通过阻尼轴连接，使所述感应线圈2可手动调整为水平位置和垂直位置。通过感应线圈与承载架的阻尼轴连接，可以手动调节感应线圈的位置，使感应线圈可以按照要求转变为最合适的角度，在无人机飞行时依据线圈的角度调节飞行位置，从而使交变磁场垂直穿过感应线圈，使感应电动势最大化，保证无人机的充电效率。
具体的，所述安装架6上设置伺服电机7，所述伺服电机7与阻尼轴之间设置齿轮传动装置，所述伺服电机与无人机本体的控制装置电连接。通过伺服电机驱动齿轮传动装置，可以实现远程遥控伺服电机使感应线圈转动到合适角度，与此时的无人机飞行位置相配合，使交变磁场可垂直穿过感应线圈，使感应电动势最大化，保证无人机的充电效率。
一种无线充电巡线无人机，安装有上文所述的充电装置。通过该无线充电装置的安装，使巡线无人机可以边进行巡线飞行边对自身电池进行充电，从而可以在不影响巡线效率的前提下大大提高巡线无人机的续航里程数。
一种无线充电巡线无人机的充电方法，所述无人机沿高压线路平行方向飞行，所述无人机位于高压线路正上方(此时的感应线圈应垂直于水平面设置)或高压线路外侧(此时的感应线圈应平行于水平面设置)，所述高压线路流通交流电产生的交变电磁场穿过感应线圈，使所述感应线圈内产生感应电流为无人机电池充电。
实施例1：
一种无线充电巡线无人机的充电装置，包括无人机本体1，所述无人机本体1底部设置感应线圈2、整流器3和单向充电器4，所述整流器与单向充电器安装在无人机底盘上，所述感应线圈安装在无人机起落架之间。本实施例中所述感应线圈外侧内圈设置承载内圈，所述感应线圈就缠绕在承载内圈上。所述感应线圈2在无人机起落架之间水平设置，即通过紧固螺钉水平安装在无人机底盘上。所述感应线圈2金属丝的两端与整流器3的输入端导线连接，所述整流器3的输出端与无人机本体1的电池充电端导线连接，所述单向充电器4串联在整流器3与电池之间。所述单向充电器为单向可控硅充电电路。
实施例2：
针对实施例1，本实施例中所述感应线圈的安装方式略有不同，本实施例中所述感应线圈的承载内圈通过螺钉垂直安装在无人机底盘上，所述感应线圈2轴线垂直于无人机巡线时的线路。
实施例3：
针对实施例1，本实施例中感应线圈的安装方式略有不同，本实施例中所述感应线圈2内圈设置承载架5，所述感应线圈缠绕在承载架上。所述无人机本体1底部螺钉固定安装架6，所述承载架5与安装架6之间通过阻尼轴连接，使所述感应线圈2可手动调整为水平位置和垂直位置。更为优选的，所述安装架6上还可螺钉固定伺服电机7，所述伺服电机7与阻尼轴之间安装齿轮传动装置，所述齿轮传动装置为微型齿轮减速箱。
本实施例以220KV高压线为例，此类线的间距一般都在280cm-300cm左右，地高在1000cm以上，杆(铁塔)距500m左右。结合附图4，r0为线圈距高压线距离，r为线圈内任一点距高压线距离，a为矩形线圈边长。
220千伏高压线的负荷在50000KW-200000KW之间，最小额定电流I＝P/U＝50000/220＝227A，最大额定电流I＝P/U＝200000/220＝909A，实际220千伏高压线额定电流在200A—1000A之间。
当无人机线圈距离高压输电线3m距离初巡线，以无人机在高压线中心位置处计算，在无人机处的感应磁场为：
Figure BDA0002234247650000071
其中μ0＝4π×10-7特斯拉·米/安培；z2＝250m；z1＝-250m；Imax＝1000A；r0＝3m。以上条件可以看作是无线长直导线在3米处感应磁场：
Figure BDA0002234247650000072
3米处无人机下方挂载正方形边长为a(＝50cm)，约500匝的线圈，由于高压线电流是50Hz正弦波振荡的，所以感应磁场也一样：
I＝I0cosωt
Figure BDA0002234247650000073
如图4：距导线为r处的磁感应强度是一样的：
Figure BDA0002234247650000074
通过dr长条处的磁通量为：
Figure BDA0002234247650000075
通过正方形的总磁通量为(线圈匝数为N＝500)：
Figure BDA0002234247650000081
感应线圈中感应电动势：
其中，ω＝2πf。
线圈中的感应电流为：
感应电动势最大值为：
充电线圈再加入阻抗为0.1Ω电阻，则最大电流为：
Imax＝25.1A
感应线圈输出总功率为：
Pmax＝2.51×25.1＝63W
利用整流器整流升压后，将电压提升到12V左右，此时电流为5A左右对无人机锂电池充电。
需要指出的是，本计算只考虑了单根高压线的磁场状况，鉴于多条高压输电线磁场叠加原理，同时也考虑到其他线路磁场互相抵消和距离感应线圈距离的问题，实际操作中感应线圈输出总功率会比计算值略大。
实施例4：
一种无线充电巡线无人机，安装有实施例1-3任一实施例所述的充电装置。
实施例5：
本装置不仅适用于交流输电线为无人机电池充电，同样适用于直流电的输电线巡线时为无人机充电。此时只需要由无人机控制器控制伺服电机持续单向转动或者往复转动，带动感应线圈单向转动或者王府摆动，即可实现感应线圈内磁通量的变化，使感应线圈内产生感应电流为无人机电池充电。

Claims (7)

1.一种无线充电巡线无人机的充电装置，包括无人机本体（1），其特征在于：所述无人机本体（1）底部设置感应线圈（2）、整流器（3）和单向充电器（4），所述感应线圈（2）的两端与整流器（3）的输入端导线连接，所述整流器（3）的输出端与无人机本体（1）的电池充电端导线连接，所述单向充电器（4）串联在整流器（3）与电池之间。
2.根据权利要求1所述的一种无线充电巡线无人机的充电装置，其特征在于：所述感应线圈（2）在无人机本体（1）底部水平设置。
3.根据权利要求1所述的一种无线充电巡线无人机的充电装置，其特征在于：所述感应线圈（2）在无人机本体（1）底部垂直设置，所述感应线圈（2）轴线垂直于无人机巡线时的线路。
4.根据权利要求1所述的一种无线充电巡线无人机的充电装置，其特征在于：所述感应线圈（2）内圈设置承载架（5），所述无人机本体（1）底部设置安装架（6），所述承载架（5）与安装架（6）之间通过阻尼轴连接，使所述感应线圈（2）可手动调整为水平位置和垂直位置。
5.根据权利要求4所述的一种无线充电巡线无人机的充电装置，其特征在于：所述安装架（6）上设置伺服电机（7），所述伺服电机（7）与阻尼轴之间设置齿轮传动装置，所述伺服电机（7）与无人机本体（1）的控制装置电连接。
6.一种无线充电巡线无人机，其特征在于：安装有权利要求1-4任一权利要求所述的充电装置。
7.一种无线充电巡线无人机的充电方法，其特征在于：所述无人机沿高压线路平行方向飞行，所述无人机位于高压线路正上方或高压线路外侧，所述高压线路流通交流电产生的交变电磁场穿过感应线圈，使所述感应线圈内产生感应电流为无人机电池充电。
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