CN205986342U - 一种变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无线电能传输技术，特别涉及一种变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统，包括巡检供电线路和巡检机器人和至少一个无线充电站，无线充电站包括安装于无线充电站上的充电站功率发射单元，安装于巡检机器人上的机器人功率接收单元；无线充电站包括三线圈耦合机构，三线圈耦合机构包括电磁发射线圈、机器人接收线圈和电磁发射线圈内嵌有一个中继调节线圈；电磁发射线圈和中继调节线圈设置在充电站功率发射单元，分别与功率震荡模块连接；机器人接收线圈设置在机器人功率接收单元；功率控制模块控制电磁发射线圈、机器人接收线圈和中继调节线圈。该系统对恶劣天气与环境的适应性较强，实现了机器人的智能续航，人工管理成本。

Description

一种变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统

技术领域

本实用新型属于无线电能传输技术领域，尤其涉及一种变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统。

背景技术

无线供电（无线传能）装置是一种在不依赖电线的情况下，能对电子设备等远距离充电的特殊装置。由于充电不需要物理上的连接，无线供电装置可以布置在各种场所，有效地保证了充电及时性，使其实用性和便利性大大增强。由此，无线供电技术将随时随地充电变为可能。

如今，电网规模不断扩大、设备不断增加，变电站人工巡检成本随着规模的扩展不断提升，且人工巡检会存在主观原因上疏漏；而恶劣天气情况时，安排人工巡检困难较大，采用变电站智能巡检机器人无疑很好的解决的这个问题。要保证电能的持续供应，维持变电站智能巡检机器人正常工作，无线供电装置的研发被放上了重要议程。现有的无线传能技术至少包括以下五个方向：电磁感应式、电磁共振式、微波式、超声波式及激光式。

电磁感应式：电磁感应的基本原理基于法拉第电磁感应定律，其基本结构方式类似于变压器，在发射器和接收器上各有一个线圈，发射端线圈连接有线电源，电流通过线圈产生电磁信号，接收端线圈感应发射端的电磁信号从而产生电流供给给用电端设备。特点是传输功率大、效率高，但传输距离短，用于小中功率的近距离送电。

电磁共振的原理是与音叉的共振原理相同。排列在一个磁场中的有相同振动频率的线圈，由于其振动频率 特性相同也可以实现能量从一个线圈向另一个线圈的电能传输。特点是传输距离较远、可实现一对多传能，但传输效率偏低，适用于中等功率的中等距离传输。

微波式：微波技术发展较为成熟，原理与收音机相同，主要有微波发射装置和微波接收装置构成，接收装置通过微带整理天线接收到发射端发射的微波信号并将之转换为稳定的电压电流输出。特点是传输距离远，能量较大，但效率较低，且存在微波辐射安全性问题，可用于大功率、几米到几千米的远距离传输。

超声波无线供电：超声波是指超过人耳识别范围外的声波, 其工作原理是基于压电效应与逆压电效应。 超声波可通过压电材料的逆压电效应,方便的转化成电能，其实现方式发射端通过 控制压电材料器件将电能转换为超声波，接收端通过压电材料 接收器件的逆压电效应将超声波能量转换为电能。 特点是传输距离较远、可实现“一对多”传能，但功率较小，可用于手机等电子产品的无线充电。

激光式：激光传能是利用激光的定向性传输及其在空间中 的衰减特性来实现能量的传输，其原理是发射端将电能通过光 学器件转换为定向激光，接收端通过激光接收器件将光能转换 为电能，从而实现电能的无线传输。特点是传输距离远，传输效率高，传输功率较大，但无法隔输，应用于无人机等设备的点对点充电。

现有的巡航机器人充电系统存在一些问题，如无法实现边充电边巡检，系统的效率较低，变电站人工管理成本高，利用电能不够充分等。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统，该系统能应对恶劣天气与环境，利用巡检供电线路上的电能，实现对无线充电站供电；进而为巡检机器人智能续航提供电能，使其边充电边巡检；通过有效提高等效耦合系数，提高系统的效率，降低人工管理成本。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统,包括巡检供电线路、巡检机器人和至少一个无线充电桩，所述无线充电桩设置有充电站功率发射单元，所述巡检机器人上设置有机器人功率接收单元；所述充电站功率发射单元包括依次连接的电源模块、信息解调模块、功率控制模块、功率振荡模块、通讯线圈和RFID阅读器；所述机器人功率接收单元包括依次连接的信息调制模块、电池信息检测模块、整流稳压模块、机器人电池和RFID电子标签；所述充电站功率发射单元与机器人功率接收单元通过所述信息解调模块与信息调制模块实现无线电信息交互；通过所述RFID阅读器与RFID电子标签信号交互完成身份识别；其特征在于，还包括三线圈耦合机构，所述三线圈耦合机构包括电磁发射线圈、机器人接收线圈和所述电磁发射线圈内嵌有一个中继调节线圈；所述电磁发射线圈和中继调节线圈设置于所述充电站功率发射单元，分别与所述功率振荡模块连接；所述机器人接收线圈设置于所述机器人功率接收单元；所述功率控制模块控制所述电磁发射线圈、机器人接收线圈和中继调节线圈；所述通讯线圈与机器人接收线圈实现通信信息传输；所述电磁发射线圈与机器人接收线圈实现电能的传输；所述巡检供电线路上的电能为所述无线充电桩供电。

上述的变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统中，所述电磁发射线圈与机器人接收线圈采用三层圆角矩形结构，实现磁场的均匀分布。

上述的变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统中，所述无线充电桩设置在巡检供电线路地面下，每隔一段距离设置一个无线充电桩，所述无线充电桩之间的距离根据所述巡检机器人的能耗确定，所述机器人接收线圈位于巡检机器人脚底。

上述的变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统中，所述信息调制模块将电池信息检测模块所监测的电池信息调制至433kHz频段，通过所述机器人接收线圈、电磁发射线圈进行信息的无线传输，所述电池信息以电力载波的形式传送到所述信息解调模块，所述功率控制电路依据被解调的信息控制功率振荡模块的发射功率。

上述的变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统中，所述信息解调模块控制所述功率控制模块，所述功率控制模块控制功率振荡模块的通断，所述功率振荡模块将电源模块输入的功率振荡为100kHz的高频振荡磁场，通过所述机器人接收线圈、电磁发射线圈进行电能的无线传输，振荡磁场经过整流稳压模块的处理，转换成恒定直流电压，为所述机器人电池充电。

上述的变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统中，采用电流互感器充电技术将所述巡检供电线路上的电能传递至所述无线充电桩，为其供电。

为帮助本领域技术人员更清楚理解上述技术方案，下面作进一步说明。充电站功率发射单元包括：电源模块，信息解调模块，功率控制电路，功率振荡模块，通讯线圈，RFID阅读器，电磁发射线圈；机器人功率接收单元包括：机器人接收线圈，信息调制模块，电池信息检测模块，整流稳压模块，机器人电池，RFID电子标签。

电源模块为功率振荡模块提供输入电压；信息解调模块实现与机器人功率接收单元的无线电信息交互，并控制功率控制电路；功率控制电路控制功率振荡模块的通断；功率振荡模块将电源模块输入的功率振荡为高频振荡电磁场；通讯线圈接收机器人接收线圈通过电力载波传送的通信信息；RFID阅读器检测RFID电子标签信号；电磁发射线圈发射功率振荡模块振荡出的高频振荡磁场；机器人接收线圈接收电磁发射线圈所发射的能量；信息调制模块调制电池信息检测模块所检测得到的电池信息，通过高频信号和通信通道发送至信息解调模块；电池信息检测模块检测机器人电池的电池电压等工作信息；整流稳压模块将接收的能量整流稳压成恒定的直流电，向机器人电池供电；机器人电池储存机器人电能，供工作检测使用；RFID电子标签发送信号给RFID阅读器已完成身份识别。

上述的变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统，采用电流互感器充电技术，可以利用巡检供电线路上的电能，实现对巡检线路上无线充电桩的供电，从而实现机器人的智能续航，边充电边巡检。每隔一段距离设置一个无线充电桩，距离根据机器人的实际耗能情况而定，来保证机器人始终有足够的电，电能通过电流互感技术由巡检线路传递部分到相应的充电桩。为了节省空间，可将充电桩设置在巡航线路地面下，接收线圈位于机器人脚底。

上述的变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统，采用三线圈耦合机构。该机构一共由三个线圈组成，除了本身的发射线圈与接收线圈之外，在发射线圈内嵌一个小的中继调节线圈。每个线圈有独立的功率振荡模块，有相同的功率控制模块。发射线圈与接收线圈采用三层圆角矩形结构，以实现磁场的均匀分布。

上述的变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统的通信通道主要由以下几个部分组成：信息调制模块、机器人接收线圈、电磁发射线圈和信息解调模块。信息调制模块将电池信息检测模块所监测的电池信息调制至433kHz频段，进行无线通信传输。充电站功率发射单元的电能功率传输通道主要由以下几个部分组成：电源模块、功率振荡模块、电磁发射线圈、机器人接收线圈和机器人电池。电源模块的输出功率经功率振荡模块振荡为100kHz的高频振荡磁场，通过机器人接收线圈、电磁发射线圈两个电磁线圈进行电能的无线传输。

无线充电桩自动通过RFID技术对巡检机器人进行身份的识别和验证，并判断置于其端的物体是否为待充电设备，从而实现能量安全、有效的传输。当RFID阅读天线检索到RFID电子标签发射的信号后，信号传到RFID阅读器分析，系统将信号中的电子标签序列号信息比对验证，进行巡检机器人身份信息验证。如果序列号正确，则通过巡检机器人信息验证，无线充电桩进入充电桩与机器人电池的连线阶段，待连线完成后，机器人电池将会进入正常充电状态。

本实用新型的有益效果：对环境的适应性较强，工作运行时对人工操控要求较低，能高效地为巡检机器人充电。该系统的充电桩能自动判断、识别并且适应机器人电池使用的通信协议，大大提升无线充电桩和机器人电池的兼容性，有效提升无线充电桩的使用率，实现能量安全、有效的传输。利用巡检线路上的电能，为巡检线路上无线充电桩的供电，实现巡检机器人的智能续航，边充电边巡检。三线圈耦合机构能够有效提高等效耦合系数，进而提高系统的效率。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例三线圈耦合机器人无线充电系统的整体功能示意图；

图2为本实用新型一个实施例三线圈耦合机构示意图；

图3为本实用新型一个实施例电流互感技术对无线充电桩充电的结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例利用RFID技术进行身份识别的工作流程示意图；

其中，1、充电站功率发射单元，11、电源模块，12、信息解调模块，13功率控制模块，14、功率振荡模块，15、通讯线圈，16、RFID阅读器，17电磁发射线圈；2、机器人功率接收单元，21、机器人接收线圈，22、信息调制模块，23、电池信息检测模块，24、整流稳压模块，25、机器人电池，26、RFID电子标签。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，具体公开了本实用新型实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本实用新型的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的实施例的范围不受此限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

实施例采用的技术方案如下：一种变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统,包括巡检供电线路、巡检机器人和至少一个无线充电桩，所述无线充电桩设置有充电站功率发射单元，所述巡检机器人上设置有机器人功率接收单元；所述充电站功率发射单元包括依次连接的电源模块、信息解调模块、功率控制模块、功率震荡模块、通讯线圈和RFID阅读器；所述机器人功率接收单元包括依次连接的信息调制模块、电池信息检测模块、整流稳压模块、机器人电池和RFID电子标签；所述充电站功率发射单元与机器人功率接收单元通过所述信息解调模块与信息调制模块实现无线电信息交互；通过所述RFID阅读器与RFID电子标签信号交互完成身份识别；其特征在于，还包括三线圈耦合机构，所述三线圈耦合机构包括电磁发射线圈、机器人接收线圈和所述电磁发射线圈内嵌有一个中继调节线圈；所述电磁发射线圈和中继调节线圈设置于所述充电站功率发射单元，分别与所述功率震荡模块连接；所述机器人接收线圈设置于所述机器人功率接收单元；所述功率控制模块控制所述电磁发射线圈、机器人接收线圈和中继调节线圈；所述通讯线圈与机器人接收线圈实现通信信息传输；所述电磁发射线圈与机器人接收线圈实现电能的传输；所述巡检供电线路上的电能为所述无线充电桩供电。

进一步，所述电磁发射线圈与机器人接收线圈采用三层圆角矩形结构，实现磁场的均匀分布。

进一步，所述无线充电站设置在巡检供电线路地面下，所述无线充电桩设置在巡检供电线路地面下，每隔一段距离设置一个无线充电桩，所述无线充电桩之间的距离根据所述巡检机器人的能耗确定，所述机器人接收线圈位于巡检机器人脚底。

进一步，所述信息调制模块将电池信息检测模块所监测的电池信息调制至433kHz频段，通过所述机器人接收线圈、电磁发射线圈进行信息的无线传输，所述电池信息以电力载波的形式传送到所述信息解调模块，所述功率控制电路依据被解调的信息控制功率震荡模块的发射功率。

进一步，所述信息解调模块控制所述功率控制模块，所述功率控制模块控制功率震荡模块的通断，所述功率震荡模块将电源模块输入的功率震荡为100kHz的高频震荡磁场，通过所述机器人接收线圈、电磁发射线圈进行电能的无线传输，震荡磁场经过整流稳压模块的处理，转换成恒定直流电压，为所述机器人电池充电。

更进一步，采用电流互感器充电技术将所述巡检供电线路上的电能传递至所述无线充电桩，为其供电。

实施例的具体实施过程为：如图1所示，充电站功率发射单元1包括：电源模块11，信息解调模块12，功率控制电路13，功率振荡模块14，通讯线圈15，RFID阅读器16，电磁发射线圈17；机器人功率接收单元2包括：机器人接收线圈21，信息调制模块22，电池信息检测模块23，整流稳压模块24，机器人电池25，RFID电子标签26。

电源模块11为功率振荡模块14提供输入电压；信息解调模块12实现与机器人功率接收单元2的无线电信息交互，并控制功率控制电路13；功率控制电路13控制功率振荡模块14的通断；功率振荡模块14将电源模块11输入的功率振荡为高频振荡电磁场；通讯线圈15接收车体的电磁接收线圈21通过电力载波传送的通信信息；RFID阅读器16检测RFID电子标签信号；电磁发射线圈17发射功率振荡模块14振荡出的高频振荡电路；机器人接收线圈21接收电磁发射线圈17所发射的能量；信息调制模块22调制电池信息检测模块23所检测得到的电池信息，通过高频信号和通信通道发送至信息调制模块12；电池信息检测模块23检测机器人电池25的电池电压等工作信息；整流稳压模块24将接收的能量整流稳压成恒定的直流电，向机器人电池25供电；机器人电池25储存机器人电能，供工作检测使用；RFID电子标签26发送信号给RFID阅读器已完成身份识别。

本实施例的智能续航无线补偿系统采用三线圈耦合机构，该机构一共由三个线圈组成，如图2所示，除了本身的发射线圈与接收线圈之外，在发射线圈内嵌一个小的中继调节线圈。每个线圈有独立的功率振荡模块，有统一的功率控制模块。发射线圈与接收线圈采用三层圆角矩形结构，以实现磁场的均匀分布。

机器人功率接收单元2与充电站功率发射单元1的通信通道，由以下几个部分组成：信息调制模块22、机器人接收线圈21、电磁发射线圈17和信息解调模块12。信息调制模块22将电池信息检测模块23所监测的电池信息调制至433kHz频段，依靠由机器人接收线圈21、电磁发射线圈17进行无线传输，电池信息以电力载波的型式传送到信息解调模块12，功率控制电路13依据被解调的信息控制功率振荡模块14的发射功率。机器人功率接收单元2和无线充电站发射单元1的电能功率传输通道，主要由以下几个部分组成：电源模块11、功率振荡模块14、电磁发射线圈17、机器人接收线圈21和机器人电池25。电源模块11的输出功率经功率振荡模块14振荡为100kHz的高频振荡磁场，通过机器人接收线圈21、电磁发射线圈17两个电磁线圈进行电能的无线传输，振荡功率经过整流稳压模块24的处理，转换成恒定直流电压，供机器人电池充电。

如图3所示，采用电流互感器充电技术，可以利用巡检供电线路上的电能，实现对巡检线路上无线充电桩的供电，从而实现机器人的智能续航，边充电边巡检。每隔一段距离设置一个无线充电桩，距离根据机器人的实际耗能情况而定，来保证机器人始终有足够的电，电能通过电流互感技术由巡检线路传递部分到相应的充电桩。为了节省空间，可将充电桩设置在巡航线路地面下，接收线圈位于机器人脚底。

为了提高电能使用效率，无线充电桩自动通过RFID技术对机器人进行身份识别，如图4所示。当RFID阅读器16检索到RFID电子标签26发射的信号后，信号传到RFID阅读器16分析，系统将信号中的电子标签序列号信息比对验证，进行机器人身份信息验证。如果序列号正确，则通过机器人信息验证，无线补偿系统进入充电桩与机器人电池25的连线阶段，待连线完成后，机器人电池25将会进入正常充电状态。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统,包括巡检供电线路、巡检机器人和至少一个无线充电桩，所述无线充电桩设置有充电站功率发射单元，所述巡检机器人上设置有机器人功率接收单元；所述充电站功率发射单元包括依次连接的电源模块、信息解调模块、功率控制模块、功率振荡模块、通讯线圈和RFID阅读器；所述机器人功率接收单元包括依次连接的信息调制模块、电池信息检测模块、整流稳压模块、机器人电池和RFID电子标签；所述充电站功率发射单元与机器人功率接收单元通过所述信息解调模块与信息调制模块实现无线电信息交互；通过所述RFID阅读器与RFID电子标签信号交互完成身份识别；其特征在于，还包括三线圈耦合机构，所述三线圈耦合机构包括电磁发射线圈、机器人接收线圈和所述电磁发射线圈内嵌有一个中继调节线圈；所述电磁发射线圈和中继调节线圈设置于所述充电站功率发射单元，分别与所述功率振荡模块连接；所述机器人接收线圈设置于所述机器人功率接收单元；所述功率控制模块控制所述电磁发射线圈、机器人接收线圈和中继调节线圈；所述通讯线圈与机器人接收线圈实现通信信息传输；所述电磁发射线圈与机器人接收线圈实现电能的传输；所述巡检供电线路上的电能为所述无线充电桩供电。

2.如权利要求1所述的变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统,其特征在于，所述电磁发射线圈与机器人接收线圈采用三层圆角矩形结构，实现磁场的均匀分布。

3.如权利要求1或2所述的变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统,其特征在于，所述无线充电桩设置在巡检供电线路地面下，每隔一段距离设置一个无线充电桩，所述无线充电桩之间的距离根据所述巡检机器人的能耗确定，所述机器人接收线圈位于巡检机器人脚底。

4.如权利要求3所述的变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统,其特征在于，所述信息调制模块将电池信息检测模块所监测的电池信息调制至433kHz频段，通过所述机器人接收线圈、电磁发射线圈进行信息的无线传输，所述电池信息以电力载波的形式传送到所述信息解调模块，所述功率控制电路依据被解调的信息控制功率振荡模块的发射功率。

5.如权利要求4所述的变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统,其特征在于，所述信息解调模块控制所述功率控制模块，所述功率控制模块控制功率振荡模块的通断，所述功率振荡模块将电源模块输入的功率振荡为100kHz的高频振荡磁场，通过所述机器人接收线圈、电磁发射线圈进行电能的无线传输，振荡磁场经过整流稳压模块的处理，转换成恒定直流电压，为所述机器人电池充电。

6.如权利要求3所述的变电站巡检机器人智能续航无线补偿系统,其特征在于，采用电流互感器感应取电将所述巡检供电线路上的电能传递至所述无线充电桩，为其供电。