CN207218351U - 一种电力巡检无人机的全天候无线充电平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力巡检无人机的全天候无线充电平台，所述充电平台，根据输电管理所的调度预安装在沿电力线杆塔上，由复合供电模块、电能发射模块、反馈控制模块、重力感应模块及圆环标识组成。在巡线进行之前，本充电平台通过风光互补发电的方式进行分布式储能，为电量传输做好准备；在巡线过程中，无人机发出电量不足警报时，按计划飞往最近的杆塔，识别充电平台，降落在平台上，自启动充电流程，完成充电；充电结束后，智能关闭各端电路。本实用新型创造的接力续航模式，为无人机自动化巡检作业提供了可行性。

Description

一种电力巡检无人机的全天候无线充电平台

技术领域

本实用新型涉及电力巡检与无线传能、自控交叉领域，尤其是指一种电力巡检无人机的全天候无线充电平台。

背景技术

随着近几年国民经济的迅猛发展，我国配电线路公里数同比不断增加，过去依靠人工逐个杆塔巡视的作业方法，巡线工作量大、复杂的地理环境给巡视人员带来未知的安全风险，消耗了大量的人力和资源。无人机作为近年来新型技术之一，运用于输电线路巡检的设想已经得到了具体的实现，然而，无人机巡检在续航方面的问题依然存在较大的改善空间，是阻碍自动化巡检作业广泛推行的重要原因之一。

现有的多旋翼无人机，续航时间在30分钟左右，在电力巡线高度较高、室外温度较高的情况下，电能损耗速度更为加快，因此，无法实现长时间巡线任务。目前，已有部分组织人员对无人机充电平台进行设计研究，如公开号为CN105449876A的中国实用新型专利“一种电力巡线多旋翼飞行器自主无线充电系统”，提出飞行器电量不足时可以自行飞往平台进行充电，但是，此实用新型专利存在如下问题：

1、供电蓄电池需要随时更换。该实用新型设计的充电平台需要实时更换蓄电池，以供应电能传输，未考虑电力线所在地区城建障碍较少、自然资源丰富的地理优势；此外，无线传能本身存在效率偏低的缺点，蓄电池能量利用率低、更换频繁，不利于节能环保。

2、充电平台布局不合理。该实用新型设计的充电平台放置在离开电网杆塔处，需要考虑飞行器在飞往平台(或返回)过程中消耗的电能，降低了续航时间在巡线工作上的利用率；同时，平台放置在水平地面上，在电网设备存在一定高度的环境下，降落过程视线障碍较多；该实用新型为解决返回原巡检地点和有视线障碍的问题，在主控模块中加入了返航程序，各端也另加了多个信号发射器、辅助对接模块，结构复杂，可靠性不高，易产生电磁兼容问题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种电力巡检无人机的全天候无线充电平台，在巡线过程中，无人机发出电量不足警报时，可飞往最近的杆塔，与本设计的充电平台进行精准对接，自主启动充电平台，以风光互补的清洁能源为主供电，通过磁耦合谐振式无线传能，完成充电，而充电结束后，智能关闭各端电路，这为无人机自动化巡检作业提供了可行性。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种电力巡检无人机的全天候无线充电平台，所述充电平台设置在电力杆塔上，包括：

复合供电模块，通过风力发电机和光伏太阳能板，持续将风能和太阳能转化为蓄电池储能；所述复合供电模块的后备供电方式为电力杆塔上电压互感器传能，以此保障供电可靠性；

电能发射模块，包括电能发射电路和电能发射线圈，用于与无人机端的电能接收模块建立电磁关系，实现无线传能；

重力感应模块，包括在平台表面粘合的应变片压力传感器，用于保证无人机与平台零距离充分接触时，开启充电，当无人机离开平台接触面时，即刻关断电源；

反馈控制模块，用于充电平台与各接收端的通信，方便采集充电平台的可用情况，并能根据无人机电池的电量水平，进行原边充电电路的开启或闭锁；

其中，所述电能发射电路分别与复合供电模块、电能发射线圈、重力感应模块、反馈控制模块一一对应相接。

所述充电平台上印刷有方便无人机采集的着陆信号，为同心圆环标识，其中大圆半径是小圆半径的两倍，两圆之间使用黑色填充，使得小圆与大圆组成黑白相间的圆环图形，从而为无人机提供辨识度高的视觉对接信息。

所述电能发射线圈为平面螺旋型。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、全时段环保储能充电。本实用新型以风光互补发电系统为主要供能，最大化自然清洁能源的利用率，蓄电池储能持续不间断。

2、节约土地资源。本实用新型设计的平台放置在电力杆塔上，节约了土地资源，同时免于无人机消耗电量往返充电平台，节能环保。

3、全自动运行，便于继续巡航。本平台的充电模式无需人工干涉，并且杆塔上障碍少，无人机降落着陆精确度高，充电完成后，可在巡检地点继续作业。

4、灵敏监控，各端通信无碍。本平台上设有重力感应模块及反馈控制模块，无人机充满电后自动关闭反馈灵敏，减小空载状态下的能量损耗；另外，平台上可与外界进行实时通讯，工作人员可以随时监控运行状态。

附图说明

图1为本实用新型实例中充电平台的结构示意图。

图2为本实用新型实例中充电平台的结构框图。

图3为本实用新型实例中充电平台的开启/关断的逻辑图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图1和图2所示，本实施例所提供的电力巡检无人机的全天候无线充电平台，是设置在电力杆塔上，包括复合供电模块1、电能发射模块、反馈控制模块4、圆环标识5及重力感应模块6。

所述的充电平台设置，是根据输电管理所调度预先安装在选定杆塔上的，在原本需要人工视察的既定巡线范围内，考察地形，在保证无人机有足够电量裕度完成充电操作的前提下，在小于单次续航飞行极限的范围内，选定杆塔进行安装，最终整个巡线任务范围内将有多个间隔安装的平台，实现接力续航。当巡线地形较为险峻时，需考虑增加搭设充电平台，提高整个充电网络的可靠性。

所述的充电平台，在杆塔上配置有小型风力发电机7和光伏太阳能板8，风力发电机在最外侧，视野空旷；太阳能板呈某一角度斜放，角度与当地太阳直射角有关。白天太阳光最强时，风较小，晚上太阳落山后，光照弱，由于地表温差骤变而风能加强。夏季太阳光强度大，风速小；冬季太阳光强度弱，风速高。特殊条件下，太阳能发电不理想的天气状况往往是风能最富足的时候，因而风光复合发电具有互补性，可以提供稳定持续的电能；当风能、太阳能在极端情况下均无法供能时，平台仍然可以通过电网杆塔上的电压互感器进行取能，以此达到全天候供电的优越性。

所述复合供电模块1，以风光互补发电系统为主要供能，电压互感器传能作为后备电源的模式，无论白昼还是黑夜，无论夏季还是冬季，最大化自然清洁能源的利用率，蓄电池储能持续不间断。风光互补的主供电模式在无人机正式执行任务前，将全天候为平台进行储能，有效储能时间为上次巡线完成至下一次巡线工作开始，储能时间裕度非常大，正常光照4小时，风吹3小时的情形下，已经能够满足无人机的单次续航电量要求；后备供电模式作为突发情况的最后一道防线，有效发电时间是巡线无人机停落在平台，而风光储能无法满足电量供应的时刻，后备电源没有电能储存量的限制。

所述电能发射模块包括相连接的电能发射电路2和电能发射线圈3，应用磁耦合谐振式无线电能传输原理，将电能隔空传送至无人机接收端。逆变电路选用E类逆变电路，原边线圈采用平面螺旋型，充分减小平台占空体积，整个线圈印制在水平材料面上，可做到完全的防风防水，保证了无线传能的稳定性。

所述的反馈控制模块4可进行通信，方便采集充电平台可用情况，同时与无人机连接，可以根据具体电池电量水平，进行原边充电电路的开启或闭锁。

所述的充电平台需要印制方便无人机采集的着陆信号，具体为同心圆环标识5，大圆半径是小圆半径的两倍，两圆之间使用黑色填充，使得小圆与大圆组成非常清晰的黑白相间圆环图形。此类图形辨识度高，又能快速找到标志中心点。在具体印制上，由于无线传能的原副边线圈都是圆形，因此可以把圆环信号的圆点与充电平台上的线圈圆点重合，这样精确着陆后，原副边线圈的耦合状态恰好理想，有利于电能传输。

所述的重力感应模块6，包括平台表面粘合的应变片压力传感器，当无人机平稳降落在平台上，该应变片压力传感器才会将应变引起的电阻变化变换成电压变化，与反馈控制模块4双重判断，启动充电电路，以此提高系统抗干扰能力，防止在小鸟等其他物体降落在平台上发生误启动，同时确保无人机与平台零距离接触，无线传能以最佳效率运行；充电结束后，无人机离开平台表面，重力感应模块6通过应变片作用关断充电电路，节约电能。

参见图3所示，本实施例上述的全天候无线充电平台的充电作业，包括以下步骤：

1)无人机在进行正常巡检任务时，电量低于阈值，按计划飞行至最近杆塔；

2)杆塔上已安装有储能完毕的充电平台，反馈控制模块与无人机进行连接；

3)无人机降落，充电平台的重力感应模块开启，启动电能发射电路；

4)电能通过磁耦合谐振式电能传输，发射至无人机；

5)充电结束，无人机飞离平台表面，反馈控制断开连接、重力感应消失，充电平台关断。

以上所述实施例只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种电力巡检无人机的全天候无线充电平台，其特征在于：所述充电平台设置在电力杆塔上，包括：

复合供电模块，通过风力发电机和光伏太阳能板，持续将风能和太阳能转化为蓄电池储能；所述复合供电模块的后备供电方式为电力杆塔上电压互感器传能，以此保障供电可靠性；

电能发射模块，包括电能发射电路和电能发射线圈，用于与无人机端的电能接收模块建立电磁关系，实现无线传能；

重力感应模块，包括在平台表面粘合的应变片压力传感器，用于保证无人机与平台零距离充分接触时，开启充电，当无人机离开平台接触面时，即刻关断电源；

反馈控制模块，用于充电平台与各接收端的通信，方便采集充电平台的可用情况，并能根据无人机电池的电量水平，进行原边充电电路的开启或闭锁；

其中，所述电能发射电路分别与复合供电模块、电能发射线圈、重力感应模块、反馈控制模块一一对应相接。

2.根据权利要求1所述的一种电力巡检无人机的全天候无线充电平台，其特征在于：所述充电平台上印刷有方便无人机采集的着陆信号，为同心圆环标识，其中大圆半径是小圆半径的两倍，两圆之间使用黑色填充，使得小圆与大圆组成黑白相间的圆环图形，从而为无人机提供辨识度高的视觉对接信息。

3.根据权利要求1所述的一种电力巡检无人机的全天候无线充电平台，其特征在于：所述电能发射线圈为平面螺旋型。