本實用新型涉及共振磁耦合無線輸電技術領域，具體涉及一種基于共振磁耦合的變電站智能巡檢機器人無線供能系統(tǒng)。

背景技術：

在電力行業(yè)，機器人在變電站巡檢、輸電線路巡檢等方面得到了越來越廣泛的應用。傳統(tǒng)的變電站值班員進行人工巡檢，受巡檢人員的責任心、經驗及技能水平、外部工作環(huán)境、生理及心理狀況等影響較大，存在漏巡、漏檢的可能性，并存在較大的巡視過程風險，效率低下。另一方面，由于無人值班變電站增多，許多變電站的距離也較遠，在站內出現(xiàn)事故或大風、大雪及雷雨后因集控站無法出車不能及時巡視時，造成集控站值班員不能及時了解現(xiàn)場設備狀態(tài)，存在隱患，危及電網的安全運行。特別是無法及時了解出現(xiàn)問題的變電站情況，失去優(yōu)先處理的機會。巡檢機器人的應用，正好可以彌補人工巡檢及時性、可靠性差的弊端，在惡劣條件下還可以降低巡檢人員的人身傷害風險。

隨著機器人在變電站巡檢中的不斷應用，充電問題成為制約其長期自主巡檢的關鍵因素。目前變電站巡檢機器人主要采用電池組供電，續(xù)航能力只有幾小時，隨后機器人導航至充電口，完成對接，進行有線方式充電。此過程對機器人導航定位精度要求高，且可能存在充電口卡住機器人難以重新開始巡檢等問題。另外，有線充電方式易磨損，易觸電，多次插拔后可能造成電能傳輸不可靠等問題。因此，亟需一種巡檢機器人的無線充電技術解決上述問題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種基于共振磁耦合的變電站智能巡檢機器人無線供能系統(tǒng)，上述系統(tǒng)及方法解決了傳統(tǒng)接觸式充電磨損、機械故障、接觸不良等問題。

為解決上述技術問題，本實用新型公開的一種基于共振磁耦合的變電站智能巡檢機器人無線供能系統(tǒng)，它包括充電房電源發(fā)射模塊、機器人電能接收模塊和機器人控制模塊，其中，所述充電房電源發(fā)射模塊包括交流電源、整流模塊、逆變模塊、第一阻抗匹配模塊和發(fā)射線圈，所述機器人電能接收模塊包括變電站智能巡檢機器人電池、整流穩(wěn)壓模塊、第二阻抗匹配模塊和接收線圈，所述交流電源的交流電能信號輸出端連接整流模塊的信號輸入端，整流模塊的信號輸出端連接逆變模塊的信號輸入端，逆變模塊的信號輸出端通過第一阻抗匹配模塊連接發(fā)射線圈的信號輸入端；

所述接收線圈的信號輸出端通過第二阻抗匹配模塊連接整流穩(wěn)壓模塊的信號輸入端，整流穩(wěn)壓模塊的信號輸出端連接變電站智能巡檢機器人電池的電能輸入端，變電站智能巡檢機器人電池的電能輸出端連接機器人控制模塊的供電接口，所述發(fā)射線圈與接收線圈之間為共振磁耦合狀態(tài)。

所述發(fā)射線圈為螺旋型發(fā)射線圈，接收線圈為螺旋型接收線圈。

本實用新型具有以下有益效果：

1、本實用新型首次將共振磁耦合無線輸電技術應用到機器人充電中，解決傳統(tǒng)接觸式充電磨損、機械故障、接觸不良等問題。

2、發(fā)射線圈和接收線圈均采用多層螺旋型線圈結構。該結構可有效增大線圈電感，多層螺旋型線圈上下層之間內外的錯位連接可以有效改善電容分布，最終達到增強磁場，增大磁共振無線輸電系統(tǒng)的有效傳輸距離和提升效率。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

1—充電房電源發(fā)射模塊、1.1—交流電源、1.2—整流模塊、1.3—逆變模塊、1.4—第一阻抗匹配模塊、1.5—發(fā)射線圈、2—機器人電能接收模塊、2.1—變電站智能巡檢機器人電池、2.2—整流穩(wěn)壓模塊、2.3—第二阻抗匹配模塊、2.4—接收線圈、3—機器人控制模塊、3.1—陀螺儀、3.2—工控機、3.3—交換機、3.4—硬盤錄像機、3.5—功率放大器、3.6—超聲板、3.7—AP網橋。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明：

本實用新型設計了一種基于共振磁耦合的變電站智能巡檢機器人無線供能系統(tǒng)，如圖1所示，它包括充電房電源發(fā)射模塊1、機器人電能接收模塊2和機器人控制模塊3，其中，所述充電房電源發(fā)射模塊1包括交流電源1.1、整流模塊1.2、逆變模塊1.3、第一阻抗匹配模塊1.4和發(fā)射線圈1.5，所述機器人電能接收模塊2包括變電站智能巡檢機器人電池2.1、整流穩(wěn)壓模塊2.2、第二阻抗匹配模塊2.3和接收線圈2.4，所述交流電源1.1的交流電能信號輸出端連接整流模塊1.2的信號輸入端，整流模塊1.2的信號輸出端連接逆變模塊1.3的信號輸入端，逆變模塊1.3的信號輸出端通過第一阻抗匹配模塊1.4連接發(fā)射線圈1.5的信號輸入端；

所述接收線圈2.4的信號輸出端通過第二阻抗匹配模塊2.3連接整流穩(wěn)壓模塊2.2的信號輸入端，整流穩(wěn)壓模塊2.2的信號輸出端連接變電站智能巡檢機器人電池2.1的電能輸入端，變電站智能巡檢機器人電池2.1的電能輸出端連接機器人控制模塊3的供電接口，所述發(fā)射線圈1.5與接收線圈2.4之間為共振磁耦合狀態(tài)。發(fā)射線圈1.5與接收線圈2.4之間電磁耦合發(fā)生諧振，完成電能從發(fā)射線圈1.5到接收線圈2.4之間的傳輸。

上述技術方案中，所述發(fā)射線圈1.5為螺旋型發(fā)射線圈，接收線圈2.4為螺旋型接收線圈。

上述技術方案中，所述發(fā)射線圈1.5和接收線圈2.4具備相同的諧振頻率，發(fā)生磁共振，諧振頻率在80kHZ～1MHz之間，優(yōu)選為96kHZ。接收線圈安裝在機器人底部。

上述技術方案中，所述機器人控制模塊3包括陀螺儀3.1、工控機3.2、交換機3.3、硬盤錄像機3.4、功率放大器3.5、超聲板3.6、AP(AP，AccessPoint，無線訪問節(jié)點、會話點或存取橋接器)網橋3.7，所述變電站智能巡檢機器人電池2.1的電能輸出端通過232總線連接機器人控制模塊3的工控機3.2的供電接口，所述陀螺儀3.1的信號通信端通過USB接口連接工控機3.2的陀螺儀信號接口，超聲板3.6的信號通信端通過485總線連接工控機3.2的超聲板信號接口，交換機3.3的第一接口通過LAN(Local Area Network，局域網)總線連接工控機3.2的交換機接口，交換機3.3的第二接口通過有源以太網POE連接AP網橋3.7的信號通信端，交換機3.3的第三接口通過LAN總線連接硬盤錄像機3.4的視頻信號通信端，硬盤錄像機3.4的功放接口通過音頻線連接功率放大器3.5的通信端。所述陀螺儀3.1用于實現(xiàn)變電站智能巡檢機器人的導航定位，工控機3.2用于實現(xiàn)變電站智能巡檢機器人的總體控制；超聲板3.6用于獲取目標至超聲波發(fā)射點的距離、距離變化率(徑向速度)、方位、高度等信息，實現(xiàn)機器人超聲波的導航，防變電站智能巡檢機器碰撞和跌落；巡檢機器人與監(jiān)控后臺采用AP網橋3.7通訊，監(jiān)控后臺通過防火墻與調度中心通訊，考慮到信息安全，AP網橋3.7對數(shù)據(jù)進行加密傳輸，并針對接入設備進行MAC地址過濾，防止外來設備接入；巡檢監(jiān)控服務器為雙網卡配置，網卡1接入AP網橋3.7，網卡通過防火墻接入調度專用網，使得網絡攻擊無法進入電力系統(tǒng)專用網絡。硬盤錄像機3.4(DVR)，它是一套進行圖像存儲處理的計算機系統(tǒng)，具有對圖像/語音進行長時間錄像、錄音、遠程監(jiān)視和控制的功能。主要進行機器人巡檢過程中圖像存儲。功率放大器3.5用于將機器人的聲音外放。交換機3.3用于實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)、AP網橋傳輸數(shù)據(jù)與工控機之間的交互通信。

上述技術方案中，所述整流模塊1.2用于將工頻電流轉換為功率為90～110W，電壓為14V的直流電源信號。

上述技術方案中，所述逆變模塊1.3用于將90～110W的直流電源信號轉換為260～280W(優(yōu)選為270W)的PWM電源信號，再將功率為260～280W的PWM電源信號逆變?yōu)楣β蕿?00～220w(優(yōu)選為210W)的正弦波電源信號。

上述技術方案中，所述逆變模塊1.3輸出的正弦波電源信號通過第一阻抗匹配模塊1.4驅動發(fā)射線圈1.5發(fā)射頻率范圍為80kHZ～1MHz(優(yōu)選為95khz)的正弦波電源信號，接收線圈2.4采用共振磁耦合的形式接受上述頻率范圍為80kHZ～1MHz的正弦波電源信號。

上述技術方案中，所述整流穩(wěn)壓模塊2.2用于通過第二阻抗匹配模塊2.3從接收線圈2.4接收到功率為170～187W(優(yōu)選178.5W)的正弦波電源信號，整流穩(wěn)壓模塊2.2還用于向變電站智能巡檢機器人電池2.1的電能輸入端輸送功率為136～149.6W(優(yōu)選142.8W)的直流電能信號(整流穩(wěn)壓模塊2.2將170～187W(優(yōu)選178.5W)的正弦波電源信號轉換為功率為136～149.6W(優(yōu)選142.8W)的直流電能信號)。

上述技術方案中，所述發(fā)射線圈1.5和接收線圈2.4的圈數(shù)相等均為20圈。發(fā)射線圈1.5和接收線圈2.4采用多層線圈結構，可有效增大線圈電感，另外，螺旋型發(fā)射線圈的上下層之間內外的錯位連接可以有效改善電容分布，最終達到增強磁場，增大磁共振無線輸電系統(tǒng)的有效傳輸距離和提升效率。傳輸距離可達到幾厘米到幾米，傳輸效率更高。

一種上述系統(tǒng)的變電站智能巡檢機器人無線供能方法，它包括如下步驟：

步驟1：交流電源1.1向整流模塊1.2輸送工頻電流(市電)；

步驟2：整流模塊1.2將工頻電流轉換為功率為90～110W，14V的直流電源信號，并將功率為90～110W的直流電源信號輸送給逆變模塊1.3；

步驟3：逆變模塊1.3將90～110W的直流電源信號轉換為260～280W的PWM電源信號，再將功率為260～280W的PWM電源信號逆變?yōu)楣β蕿?00～220W的正弦波電源信號；

步驟4：所述逆變模塊1.3輸出的正弦波電源信號通過第一阻抗匹配模塊1.4驅動發(fā)射線圈1.5發(fā)射頻率范圍為80kHZ～1MHz的正弦波電源信號，接收線圈2.4采用共振磁耦合的形式接受上述頻率范圍為80kHZ～1MHz的正弦波電源信號；

步驟5：所述整流穩(wěn)壓模塊2.2通過第二阻抗匹配模塊2.3從接收線圈2.4接收到功率為170～187W的正弦波電源信號，整流穩(wěn)壓模塊2.2還用于向變電站智能巡檢機器人電池2.1的電能輸入端輸送功率為136～149.6W的直流電能信號，從而為變電站智能巡檢機器提供電能。

本說明書未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。