CN110867916B - 一种变电站放电源定位机器人无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站放电源定位机器人无线充电系统，包括无线充电接收系统和无线充电输出系统。无线充电接收系统包括定位元件、三维移动机构、无线充电接收装置及无线充电数据采集与控制系统，定位元件和无线充电接收装置安装在三维移动机构上；无线充电输出系统包括无线充电输出装置、定位信标和无线充电输出控制系统；定位元件用于检测定位信标，无线充电数据采集与控制系统根据定位元件的检测信号控制三维移动机构运动，使无线充电接收装置与无线充电输出装置接触，无线充电输出控制系统控制充电电源通过无线充电输出装置和无线充电接收装置向待充电元件充电。该无线充电系统可实现自主定位、自主充电，减少充电时的漏磁，提高充电效率。

Description

一种变电站放电源定位机器人无线充电系统

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，特别涉及一种变电站放电源定位机器人无线充电系统。

背景技术

特高压变电站内设备众多，巡视范围较大。现有技术中，变电站放电源的定位依靠人来移动并布置传感器，工作量大、花费时间多，难以在大型变电站内巡视较大的范围。由于变电站放电源定位机器人可自主在变电站内移动，可灵活地组成不定形状的定位阵列和改变定位方向，因此可利用变电站放电源定位机器人来对整个变电站的放电源进行定位，绘制整个变电站的放电位置图谱，为电力绝缘检测提供重要参考。由于大型变电站内巡视范围较广，变电站放电源定位机器人工作耗电较多，如何便捷快速地对变电站放电源定位机器人的动力电池进行自主充电是变电站放电源定位机器人长时间自主工作的关键问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种变电站放电源定位机器人无线充电系统，可实现无线充电接收系统和无线充电输出系统的自主定位、自主充电，且可以减少充电时的漏磁，提高无线充电系统的充电效率。

为了达到本发明的目的，本发明的实施例提供了一种变电站放电源定位机器人无线充电系统，包括：无线充电接收系统和无线充电输出系统；

所述无线充电接收系统包括定位元件、三维移动机构、无线充电接收装置以及无线充电数据采集与控制系统，所述定位元件和所述无线充电接收装置安装在所述三维移动机构上，

所述无线充电输出系统包括无线充电输出装置、定位信标和无线充电输出控制系统，

所述定位元件用于检测所述定位信标，所述无线充电数据采集与控制系统根据所述定位元件的检测信号控制所述三维移动机构的运动，使所述无线充电接收装置与所述无线充电输出装置接触，所述无线充电输出控制系统用于控制充电电源通过所述无线充电输出装置和所述无线充电接收装置向待充电元件进行充电。

本发明实施例提供的变电站放电源定位机器人无线充电系统，通过定位元件检测定位信标的位置，以便确定无线充电接收装置与无线充电输出装置的相对精确位置，并确定三维移动机构的移动方向和距离，将无线充电接收装置准确地移动至与无线充电输出装置上下正对并接触，然后充电电源通过接触的无线充电输出装置和无线充电接收装置向待充电元件进行充电。该无线充电系统可自主定位、自主充电，且可以减少充电时的漏磁，提高无线充电系统的充电效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1是根据本发明实施例的无线充电系统应用于变电站放电源定位机器人的结构示意图；

图2为图1所示的无线充电系统的无线充电接收系统的立体结构示意图；

图3为图2所示的无线充电接收系统的另一立体结构示意图；

图4为图3的A部结构的放大示意图；

图5为图2所示的无线充电接收系统的无线充电接收装置的结构示意图；

图6为图5所示的无线充电接收装置的分解结构示意图；

图7为图1所示的无线充电系统的无线充电输出系统的结构示意图；

图8为图7所示的无线充电输出系统的无线充电输出装置的结构示意图；

图9为图8所示的无线充电输出装置的分解结构示意图；

图10为图1所示的无线充电系统的电路框图。

附图标记：

1：无线充电接收系统，11：定位元件，12：三维移动机构，1211：横向丝杠直线滑轨，1212：横向光轴滑轨，1213：第一步进电机，1214：第一转角传感器，1215：支撑立柱，1221：纵向丝杠直线滑轨，1222：纵向光轴滑轨，1223：第二步进电机，1224：第二转角传感器，1231：电动推杆，1232：弹簧缓冲装置，1233：连接板，13：无线充电接收装置，131：无线充电接收端铁芯支架，1311：第一通孔，132：无线充电接收端铁芯，1321：第一环形容纳腔，1322：第二通孔，133：无线充电接收端线圈，14：无线充电数据采集与控制系统，141：整流滤波模块，142：稳压模块，143：采集与控制模块，15：显示装置，2：无线充电输出系统，21：无线充电输出装置，211：无线充电输出端铁芯支架，2111：凹腔，212：无线充电输出端铁芯，2121：第二环形容纳腔，2122：第三通孔，213：无线充电输出端线圈，22：定位信标，23：无线充电输出控制系统，231：电子开关模块，232：降压变压器，233：整流滤波模块，234：逆变模块，235：控制模块；24：充电电源，25：压力传感器，3：变电站放电源定位机器人，31：定位车体，311：底盘，312：第四通孔，313：动力电池，32：机械臂定位装置。

具体实施方式

下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

本发明的实施例提供了一种变电站放电源定位机器人无线充电系统，如图1所示，包括：无线充电接收系统1和无线充电输出系统2，无线充电输出系统2可为无线充电接收系统1充电。

具体地，如图2和图3所示，无线充电接收系统1包括定位元件11、三维移动机构12、无线充电接收装置13以及无线充电数据采集与控制系统14，定位元件11和无线充电接收装置13安装在三维移动机构12上，三维移动机构12可以在三维空间内移动。如图7所示，无线充电输出系统2包括无线充电输出装置21、定位信标22和无线充电输出控制系统23。

其中，定位元件11用于检测定位信标22，无线充电数据采集与控制系统14根据定位元件11的检测信号控制三维移动机构12的运动，使无线充电接收装置13与无线充电输出装置21接触，无线充电输出控制系统23能控制充电电源24通过无线充电输出装置21和无线充电接收装置13向待充电元件进行充电。

具体地，无线充电系统充电时，首先利用定位元件11可实时检测定位信标22的位置，以便无线充电数据采集与控制系统14根据定位元件11的检测信号确定三维移动机构12的移动方向和距离，三维移动机构12移动时可带动安装在其上的定位元件11和无线充电接收装置13进行移动，直至无线充电接收装置13与无线充电输出装置21接触，此时三维移动机构12停止移动；然后，无线充电输出控制系统23控制充电电源(可为蓄电池，如低压蓄电池)24放电，并通过接触配合的无线充电输出装置21和无线充电接收装置13向待充电元件进行充电。

通过定位元件11检测定位信标22的位置，以便确定无线充电接收装置13与无线充电输出装置21的相对精确位置，并确定三维移动机构12的移动方向和距离，将无线充电接收装置13准确地移动至与无线充电输出装置21正对(上下正对)并接触，以减少充电时的漏磁，提高无线充电系统的充电效率。

可选地，无线充电输出装置21上设有用于检测无线充电接收装置13与无线充电输出装置21是否接触的传感器，无线充电输出控制系统23根据传感器的检测信号控制进行充电。

当无线充电数据采集与控制系统14根据定位元件11的检测信号控制三维移动机构12移动以使无线充电接收装置13与无线充电输出装置21接触时，该传感器可检测到无线充电接收装置13与无线充电输出装置21是否接触的传感器，若传感器检测到无线充电接收装置13与无线充电输出装置21已经接触，则传感器向无线充电输出控制系统23发送检测信号，无线充电输出控制系统23控制充电电源24向待充电元件充电。

可选地，用于检测无线充电接收装置13与无线充电输出装置21是否接触的传感器可为设置在无线充电输出装置21上的压力传感器。具体地，如图7-图9所示，压力传感器可为薄膜压力传感器25，可通过压力值检测无线充电接收装置13与无线充电输出装置21是否已紧密贴合，若已紧密贴合，薄膜压力传感器25可向无线充电输出控制系统23发送检测信号，无线充电输出控制系统23控制无线充电输出系统2开始为无线充电接收系统1进行无线供电。

利用薄膜压力传感器25检测无线充电接收装置13与无线充电输出装置21紧密贴合，可以减少充电时的漏磁，提高无线充电系统的充电效率。

可选地，如图5和图6所示，无线充电接收装置13包括无线充电接收端铁芯支架131、无线充电接收端铁芯132和无线充电接收端线圈133，无线充电接收端铁芯支架131安装于三维移动机构12上，无线充电接收端铁芯132安装于无线充电接收端铁芯支架131上，无线充电接收端铁芯132内设有第一环形容纳腔1321，无线充电接收端线圈133呈环形并安装于第一环形容纳腔1321内。

具体地，无线充电接收端铁芯132为与无线充电接收端线圈133同心的圆铁芯，可为磁场提供一个低磁阻路径，同时减少线圈漏磁，提高无线充电效率。无线充电接收端线圈133用于接收无线充电输出系统2输出的电能。

可选地，如图8和图9所示，无线充电输出装置21包括无线充电输出端铁芯支架211、无线充电输出端铁芯212和无线充电输出端线圈213，无线充电输出端铁芯212安装于无线充电输出端铁芯支架211上，无线充电输出端铁芯212内设有第二环形容纳腔2121，无线充电输出端线圈213呈环形并安装于第二环形容纳腔2121内。

具体地，无线充电输出端铁芯212为与无线充电输出端线圈213同心的圆铁芯，可为磁场提供一个低磁阻路径，同时减少线圈漏磁，提高无线充电效率。无线充电输出端线圈213用于向无线充电接收系统1输出电能。

可选地，如图8和图9所示，用于检测无线充电接收装置13与无线充电输出装置21是否接触的薄膜压力传感器25设置在无线充电输出端铁芯支架211上。

可选地，如图4-图6所示，无线充电接收端铁芯支架131和无线充电接收端铁芯132的中心分别设有第一通孔1311和第二通孔1322，定位相机能够通过第一通孔1311和第二通孔1322拍摄到定位信标22。具体地，定位相机安装在无线充电接收装置13的上侧，定位信标22位于无线充电接收装置13的下侧，无线充电接收装置13的中心设有上下贯通的通孔。

可选地，如图8和图9所示，无线充电输出端铁芯支架211上设有用于容纳无线充电输出端铁芯212的凹腔2111，定位信标22安装至凹腔2111的底壁上，无线充电输出端铁芯212的中心设有第三通孔2122，定位元件11能够通过第三通孔2122检测到定位信标22。

定位相机可通过无线充电接收装置13上的第一通孔1311和第二通孔1322以及无线充电输出装置21上的第三通孔2122拍摄到定位信标22的位置，无线充电数据采集与控制系统14可对拍摄的图像进行处理，进而确定三维移动机构12的移动方向和距离，以实现无线充电接收装置13与无线充电输出装置21的相对精确位置，使无线充电接收装置13准确地移动至与无线充电输出装置21上下正对并接触。

可选地，三维移动机构12包括横向移动机构、纵向移动机构和垂直移动机构，其中，纵向移动机构安装在横向移动机构上并能够在横向移动机构的带动下横向移动，垂直移动机构安装在纵向移动机构上并能够在纵向移动机构的带动下纵向移动，定位元件11和无线充电接收装置13安装在垂直移动机构上并能够在垂直移动机构的带动下上下移动。

具体地，如图4所示，横向移动机构包括横向丝杠直线滑轨1211、横向光轴滑轨1212、第一步进电机1213和第一转角传感器1214，横向丝杠直线滑轨1211和横向光轴滑轨1212各自与两个支撑立柱1215连接，第一步进电机1213的输出轴连接于横向丝杠直线滑轨1211的一端，第一转角传感器1214安装于第一步进电机1213上。

其中，横向丝杠直线滑轨1211和横向光轴滑轨1212平行设置，且各自通过两个支撑立柱1215连接至待进行充电的设备(如下文所述的车体上)。第一转角传感器1214可用于测量第一步进电机1213的转动角度，防止第一步进电机1213丢步，确保横向移动机构的工作可靠性。

如图4所示，纵向移动机构包括纵向丝杠直线滑轨1221、纵向光轴滑轨1222、第二步进电机1223和第二转角传感器1224，纵向丝杠直线滑轨1221的两端通过滑块分别与横向丝杠直线滑轨1211和横向光轴滑轨1212连接，纵向光轴滑轨1222的两端通过滑块分别与横向丝杠直线滑轨1211和横向光轴滑轨1212连接，第二步进电机1223的输出轴连接于纵向丝杠直线滑轨1221的一端，第二转角传感器1224安装于第二步进电机1223上。

其中，纵向丝杠直线滑轨1221和纵向光轴滑轨1222平行设置，且垂直于横向丝杠直线滑轨1211和横向光轴滑轨1212。滑块与横向丝杠直线滑轨1211螺纹连接，以便第一步进电机1213带动横向丝杆直线滑轨转动时，纵向移动结构可相对横向丝杠直线滑轨1211和横向光轴滑轨1212横向移动。第二转角传感器1224可用于测量第二步进电机1223的转动角度，防止第二步进电机1223丢步，确保纵向移动机构的工作可靠性。

如图4所示，垂直移动机构包括电动推杆1231、弹簧缓冲装置1232和连接板1233，连接板1233连接至纵向丝杠直线滑轨1221和纵向光轴滑轨1222，电动推杆1231的一端连接至连接板1233，另一端通过弹簧缓冲装置1232连接至无线充电接收装置13，定位元件11安装在连接板1233上。

电动推杆1231能够上下伸缩，以推动无线充电接收装置13垂直移动；弹簧缓冲装置1232可使无线充电接收装置13与无线充电输出装置21紧密贴合。

可选地，如图10所示，无线充电数据采集与控制系统14包括：整流滤波模块141、稳压模块142以及采集与控制模块143，其中，采集与控制模块143可实时采集待充电元件上的电压值、定位相机采集的图像，并控制三维移动机构12的运动。

可选地，如图10所示，无线充电接收系统1还包括显示装置15，无线充电数据采集与控制系统14的采集与控制模块143可与显示装置15电连接，显示装置15可用于人机交互、显示待充电元件的充电情况等。具体地，显示装置15可为液晶显示装置。

可选地，如图10所示，无线充电输出控制系统23包括：电子开关模块231、降压变压器232、整流滤波模块233、逆变模块234和控制模块235。

其中，控制模块235与无线充电输出系统2的薄膜压力传感器25相连，当薄膜压力传感器25通过压力值检测到无线充电接收装置13与无线充电输出装置21已紧密贴合时，薄膜压力传感器25向控制模块235发送检测信号，控制模块235控制电子开关模块231闭合。

降压变压器232连接电子开关模块231，主要将较高电压将为低电压，确保人身安全。

整流滤波模块233连接降压变压器232，整流滤波模块233用于降压变压器232输出的交流电压的整流和滤波，经过整流滤波模块233可输出直流电压。

逆变模块234连接整流滤波模块233，可将整流滤波模块233输出的直流电压变换成高频交流电压。

可选地，无线充电接收系统1安装于车体上，无线充电输出系统2设置于路面或充电基座上。

具体地，如图1-图3所示，无线充电系统可为变电站放电源定位机器人3的无线充电系统，用于变电站放电源定位机器人3的无线充电，如为变电站放电源定位机器人3的动力电池313(即待充电元件)充电。变电站放电源定位机器人3包括定位车体31和安装于定位车体31的车厢上机械臂定位装置32，该机械臂定位装置32可组成不同形状的定位阵列和改变定位方向，以实现高压设备放电源的定位。无线充电接收系统1可安装于定位车体31的底部，如(底盘311)上，无线充电输出系统2可设置于路面上。底盘311上设有第四通孔312，为变电站放电源定位机器人3的动力电池313充电时，无线充电接收装置13可在三维移动机构12的带动下通过第四通孔312伸出定位车体31外，以便与无线充电输出装置21贴合。

变电站放电源定位机器人3的充电流程如下：

变压器定位机器人移动至无线充电输出系统2处，定位相机通过无线充电接收装置13中心处的通孔拍摄无线充电输出装置21上的定位信标22，根据定位信标22的位置确定无线充电接收装置13与无线充电输出装置21的相对精确位置。无线充电数据采集与控制系统14可根据定位相机拍摄的图像确定三维移动机构12的移动方向和距离，将无线充电接收装置13准确地移动至无线充电输出系统2的正上方，三维移动机构12上的电动推杆1231和弹簧缓冲装置1232可使无线充电接收装置13与无线充电输出装置21紧密贴合，无线充电输出系统2的薄膜压力传感器25可通过压力值检测到无线充电接收装置13与无线充电输出装置21已紧密贴合，薄膜压力传感器25向无线充电输出系统2的控制模块235发送信号，该控制模块235控制电子开关模块231闭合，无线充电输出系统2开始为变电站放电源定位机器人3的动力电池313进行无线供电。

当然，无线充电接收系统1还可以安装于车体上的其他位置，如安装在车体的前侧或其他侧，无线充电输出系统2设置于充电基座(如充电桩)上等。

尽管已参照本发明的示例性实施例说明了本发明，但应当理解，本发明不限于上述的实施例或构造。此外，尽管以各种示例性的组合和构型示出了所公开发明的各种要素，但包括更多、更少或仅单个要素的其它组合和构型也在所附权利要求的范围内。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

Claims (4)

1.一种变电站放电源定位机器人无线充电系统，其特征在于，包括：无线充电接收系统和无线充电输出系统；

所述无线充电接收系统包括定位元件、三维移动机构、无线充电接收装置、以及无线充电数据采集与控制系统，所述定位元件和所述无线充电接收装置安装在所述三维移动机构上，

所述无线充电输出系统包括无线充电输出装置、定位信标和无线充电输出控制系统，

所述定位元件用于检测所述定位信标，所述无线充电数据采集与控制系统根据所述定位元件的检测信号控制所述三维移动机构的运动，使所述无线充电接收装置与所述无线充电输出装置先上下正对再接触，所述无线充电输出控制系统用于控制充电电源通过所述无线充电输出装置和所述无线充电接收装置向待充电元件进行充电，

所述无线充电接收装置包括无线充电接收端铁芯支架、无线充电接收端铁芯和无线充电接收端线圈，所述无线充电接收端铁芯支架安装于所述三维移动机构上，所述无线充电接收端铁芯安装于所述无线充电接收端铁芯支架上，所述无线充电接收端铁芯内设有第一环形容纳腔，所述无线充电接收端线圈呈环形并安装于所述第一环形容纳腔内，所述定位元件为定位相机并安装在所述无线充电接收装置的远离所述定位信标的一侧，所述无线充电接收端铁芯支架和所述无线充电接收端铁芯的中心分别设有第一通孔和第二通孔，所述定位相机能够通过所述第一通孔和所述第二通孔拍摄到所述定位信标，

所述无线充电输出装置包括无线充电输出端铁芯支架、无线充电输出端铁芯和无线充电输出端线圈，所述无线充电输出端铁芯安装于所述无线充电输出端铁芯支架上，所述无线充电输出端铁芯内设有第二环形容纳腔，所述无线充电输出端线圈呈环形并安装于所述第二环形容纳腔内，

所述无线充电输出端铁芯支架上设有用于容纳所述无线充电输出端铁芯的凹腔，所述定位信标安装至所述凹腔的底壁上，所述无线充电输出端铁芯的中心设有第三通孔，所述定位元件能够通过所述第三通孔检测到所述定位信标，

所述无线充电输出装置上设有用于检测所述无线充电接收装置与所述无线充电输出装置是否接触的传感器，所述无线充电输出控制系统根据所述传感器的检测信号控制进行充电，所述传感器为设置在所述无线充电输出端铁芯支架上的薄膜压力传感器。

2.如权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述三维移动机构包括横向移动机构、纵向移动机构和垂直移动机构；

所述纵向移动机构安装在所述横向移动机构上并能够在所述横向移动机构的带动下横向移动，所述垂直移动机构安装在所述纵向移动机构上并能够在所述纵向移动机构的带动下纵向移动，所述定位元件和所述无线充电接收装置安装在所述垂直移动机构上并能够在所述垂直移动机构的带动下上下移动。

3.如权利要求2所述的无线充电系统，其特征在于，所述横向移动机构包括横向丝杠直线滑轨、横向光轴滑轨、第一步进电机和第一转角传感器，所述横向丝杠直线滑轨和所述横向光轴滑轨各自与两个支撑立柱连接，所述第一步进电机的输出轴连接于所述横向丝杠直线滑轨的一端，所述第一转角传感器安装于所述第一步进电机上；

所述纵向移动机构包括纵向丝杠直线滑轨、纵向光轴滑轨、第二步进电机和第二转角传感器，所述纵向丝杠直线滑轨的两端通过滑块分别与所述横向丝杠直线滑轨和所述横向光轴滑轨连接，所述纵向光轴滑轨的两端通过滑块分别与所述横向丝杠直线滑轨和所述横向光轴滑轨连接，所述第二步进电机的输出轴连接于所述纵向丝杠直线滑轨的一端，所述第二转角传感器安装于所述第二步进电机上；

所述垂直移动机构包括电动推杆、弹簧缓冲装置和连接板，所述连接板连接至所述纵向丝杠直线滑轨和所述纵向光轴滑轨，所述电动推杆的一端连接至所述连接板，另一端通过所述弹簧缓冲装置连接至所述无线充电接收装置，所述定位元件安装在所述连接板上。

4.如权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电接收系统安装于车体上，所述无线充电输出系统设置于路面或充电基座上。

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