[发明专利]一种巡检无人机高压电缆无线充电装置及方法

权利要求书

1.一种巡检无人机高压电缆无线充电装置，其特征在于：包括:

充电站侧部:包括高压线路取能单元（1）、功率发射单元（2）和耦合单元（3）的包括发射线圈(3-1)、发射端共振线圈(3-2)；

所述高压线路取能单元（1）包括取能CT（1-1），将高压线缆上的工频交流电能通过电磁感应传输至用电侧；整流电路（1-2），将取能CT输出的工频交流电转化为稳定的直流电平，为后级供电；脉冲保护电路（1-3），在用电侧接入脉冲保护电流可能造成瞬时大电流在用电侧感应出过电压；充电保护电路（1-4），通过检测取能蓄电池单元（1-5）的充电电压与充电电流，对蓄电池充电状态进行控制，防止出现充电出现过大电流对电路造成损坏；蓄电池单元（1-5），将取能CT取到的电能进行存储，适应高压线路在不同负载条件下的稳定功率输出;

所述发射单元(2)包括供电电源(2-1)，经由高压线路取能蓄电池单元 (1-5)为发射单元(2)供电，提供需要的不同直流电平；高频逆变电路(2-2)，将高压线路取能蓄电池单元(1-5)输出的直流电转换为高频交流电；过零检测电路(2-3)，对原级谐振电压进行过零检测；FPGA (2-4)，作为原级控制芯片在发射端进行基于动态调谐的恒频控制；MOSFET驱动电路(2-5)，控制高频逆变电路(2-1)与相控电感支路(2-6)的MOSFET开断；相控电感支路(2-6)，调整补偿谐振支路的容抗值;

所述耦合单元(3)包括发射线圈(3-1)、发射端共振线圈(3-2)、接收端共振线圈(3-3)、接收线圈(3-4);

无人机侧部：包括耦合单元（3）的接收端共振线圈(3-3)、接收线圈(3-4)和无人机侧电能拾取单元（4）;

所述无人机侧拾取单元(4)包括AC-DC不控全桥整流电路(4-1)，将高频交流电变换为直流电，无人机悬停至充点电后，无人机侧拾取单元将耦合单元输出的高频交流电进行电能变换，采用-DC不控全桥整流电路进行整流，DC-DC电压型BUCK电路（4-2），进行降压变换得到可供无人机续航用的充电电压；电压比较电路(4-3)，对输出电压进行采样，与参考电压进行比较；FPGA( 4-4)作为控制芯片，调节MOSFET的占空比进行稳压控制；MOSFET驱动电路(4-5)控制MOSFET开断。

2.根据权利要求1所述的巡检无人机高压电缆无线充电装置，其特征在于：所述FPGA控制器(2-4)作为原级控制芯片，为克服互感和负载动态变化所导致的耦合单元(3)的谐振频率漂移，FPGA(2-4)采用基于相控电感动态调谐的恒频工作模式，保证耦合单元的功率传输能力,过零检测电路(2-3)对交流谐振电压进行采样，信号送入比较器前进行超前校正以便与控制信号同步,FPGA( 2-4)根据过零检测电路(2-3)的输出结果产生MOSFET驱动电路(2-5)的输出信号。

3.根据权利要求1或2所述的巡检无人机高压电缆无线充电装置，其特征在于：所述高压线路取能单元(1)与发射单元(2)直接安装于输电线路上，通过取能蓄电池单元(1-5)与供电电源（2-1）连接，维持发射单元的持续稳定供电，高压线路取能单元（1）与发射单元（2）可带电安装与维护，并就地取电为无人机供能，实现无人机悬停充电。

4.根据权利要求1或2所述的巡检无人机高压电缆无线充电装置，其特征在于：发射单元（2）采用推挽式高频逆变电路（2-2），出口端接有相控电感支路（2-6），相控电感支路（2-6）由两个反向并联的MOSFET与一个固定电感组成，在负载无人机姿态调整导致线圈互感和负载变化的情况下经由基于动态调谐的恒频控制实现系统恒频工作。

5.根据权利要求1或2所述的巡检无人机高压电缆无线充电装置，其特征在于：拾取单元（4）中电压比较电路（4-3）使用参考电压信号与采样信号进行比较，FPGA（2-4）根据比较结果对MOSFET占空比进行调节，维持输出电压稳定。

6.根据权利要求1或2所述的巡检无人机高压电缆无线充电装置，其特征在于：所述发射线圈(3-1)、发射端共振线圈(3-2)、接收端共振线圈(3-3)、接收线圈(3-4)，均用利兹线绕制。