[发明专利]一种巡检无人机高压电缆无线充电装置及方法

说明书

本发明公开了一种巡检无人机高压电缆无线充电装置及其充电方法，充电装置包括：充电站侧部的高压线路取能单元、功率发射单元和耦合单元的发射线圈、发射端共振线圈；无人机侧部的耦合单元的接收端共振线圈、接收线圈和无人机侧电能拾取单元;高压线路取能单元，将高压电缆电能直接转化为可用电源。发射单元包括供电电源、高频逆变电路、过零检测电路、FPGA、MOSFET驱动电路及相控电感支路。无人机侧拾取单元包括AC‑DC不控全桥整流电路、DC‑DC电压型BUCK电路、电压比较电路、FPGA及MOSFET。本发明使无人机能够在高压线缆灵活地进行就地电能补给，提高无线充电效率，克服了无人机续航受限于蓄电池和传统充电方法的现状。

技术领域

本发明主要涉及高压在线取能技术、无线电能传输技术,尤其涉及一种巡检无人机高压电缆无线充电装置。

背景技术

无线电能传输技术按照能量传输机制来分类，主要可以分为以下三类：

第一类：电磁辐射式无线电能传输技术。目前该类技术通常采用激光能量传输技术（Laser Power Transfer，简称 LPT）和微波能量传输技术（Microwave Power Transfer，简称 MPT）来实现，可以实现较小功率的远距离传输。但是由于该技术传输方向性强，运行过程中需要复杂的跟踪定位系统，并且在传输路径中不能有障碍物。因此该技术局限性较大，不适用于无人机的悬停充电。

第二类：电磁感应式无线电能传输技术（Inductively Coupled Power Transfer，简称 ICPT）。该技术属于电磁场近场耦合无线电能传输技术，基于电磁感应定律，通过原级线圈与次级线圈之间相互耦合的电磁场来实现无线电能传输。电磁感应式无线电能传输技术可以通过在空气磁路中加入高导磁材料来增大传输功率和提高传输效率。但是，该技术的有效传输距离比较有限，通常应用于距离在 10 cm以内且原级线圈和次级线圈相对固定的情况，一般适用于为小型便携式电子设备或者家用电器充、供电等。

第三类：磁共振式无线电能传输技术。磁共振式无线电能传输技术也属于电磁场近场耦合无线电能传输技术，它在电磁感应式无线电能传输技术的基础上增加了两个相互耦合且自身品质因数Q值很高的共振线圈，通过这两个高Q值的共振线圈，可以在空间内产生更高强度的磁场，使得电能可以在更远的距离进行高效传递。该技术的特点是不具有明显的方向性，传输距离远于电磁感应式，理论上可以在中距离（中距离即共振线圈间的距离可达线圈直径的几倍以上）实现最高数千瓦功率高效传输，并且能够透过非金属物质进行传输，对人体和周围环境的影响也相对较小，更加安全可靠。因此更适用于巡检无人机的悬停无线充电续航。

发明内容

本发明的目的在于：为电力巡检无人机提供悬停状态下无线充电的无线充电装置设计，装置直接安装于高压电缆上，无需停电作业，使得无人机的续航更加便捷高效。在无人机与发射端距离较远的弱耦合条件下，负载和互感不断变化的过程中尽可能地保证较高的功率的传输能力。同时降低因耦合单元因互感和负载变化导致的无功损耗和确保控制系统输出电压恒定。

本发明所采用的技术方案是：1.1充电站侧部:包括高压线路取能单元、功率发射单元和耦合单元的包括发射线圈、发射端共振线圈；1.2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);

所述高压线路取能单元包括取能CT，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，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，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，通过检测取能蓄电池单元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，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。