[发明专利]一种基于抗偏移磁耦合机构的变电站巡检机器人动态无线充电系统

权利要求书

1.一种基于抗偏移磁耦合机构的变电站巡检机器人动态无线充电系统，其特征在于，该系统包括设置于变电站中的电源发送端和设置于巡检机器人中的机器人电能接收模块，共包括磁耦合机构、逆变器、整流桥、控制器、定位模块、切换控制模块等关键部分在内的系统子模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于抗偏移磁耦合机构的变电站巡检机器人动态无线充电系统，其特征在于：所述磁耦合机构采用初级侧LCC补偿拓扑——次级侧串联补偿拓扑的无线电能传输系统，初级侧采用电容C_p、电容C_f1和电感L_f1组成LCC补偿结构，在聂依曼互感计算公式的基础上进一步细化数值计算的过程，采用坐标化非同轴矩形平面螺旋线圈互感计算方法，推导得非同轴矩形平面螺旋线圈之间的互感大小可表示为

通过改变接收线圈的中心坐标，得到线圈中心线非同轴情形下的矩形平面螺旋线圈互感随接收线圈位置变化的特性。

3.根据权利要求1所述的一种基于抗偏移磁耦合机构的变电站巡检机器人动态无线充电系统，其特征在于：所述逆变器模块采用高频逆变器，将直流输入转换为高频交流输出，再经过补偿电路环节后为初级侧发射线圈提供高频激励。

4.根据权利要求1所述的一种基于抗偏移磁耦合机构的变电站巡检机器人动态无线充电系统，其特征在于：所述整流桥模块将电网输出的工频交流电整流后变为直流电，再经过直流电压变换器后得到所需的直流高压。

5.根据权利要求1所述的一种基于抗偏移磁耦合机构的变电站巡检机器人动态无线充电系统，其特征在于：所述控制器模块在依赖定位模块获取机器人的具体位置之后，接收控制信号，采用切换控制装置及相应的切换控制策略控制线圈阵列中各独立线圈进行有序地通电，使仅与接收线圈位置相关的少量短分段发射线圈处于通电状态，其他分段发射线圈无需处在通电状态，极大地减少在短分段系统中发射装置的损耗。

6.根据权利要求1所述的一种基于抗偏移磁耦合机构的变电站巡检机器人动态无线充电系统，其特征在于：所述定位模块采用红外检测方案的双传感器负载移动特性感知定位策略，当变电站巡检机器人经过相邻两发射线圈中间位置时，该系统需要实行切换控制，即断开前一个分段发射线圈与电源的连接，将下一个分段发射线圈接通电源，因此，需对负载进行定位分析，当巡检机器人运动至红外传感器位置时，机器人红外传感器被遮挡，传感器输出信号发生变化，可由此确定机器人位置，对其进行定位研究；为保证对短分段能量发射线圈的精确通电、断电，需对负载进行移动特性感知，在两短分段发射线圈间安装两块红外传感器，当负载移动至该位置对红外传感器造成遮挡时，以输出信号变化的先后判断负载移动方向。

7.根据权利要求1所述的一种基于抗偏移磁耦合机构的变电站巡检机器人动态无线充电系统，其特征在于：所述切换控制模块主要包括红外感应模块、继电器控制模块，在能量拾取机构运动过程中，当能量拾取机构中心映射到x轴上的位置与切换标志点重合时，前一个分段发射线圈与电源的连接断开，下一个分段发射线圈接通电源，可以实现巡检机器人在行驶过程中进行动态不间断无线供电；两短分段发射线圈间安装两块红外传感器，当机器人运动至切换点位置时，红外传感器被遮挡，输出信号发生变化，此时可对机器人进行定位。接着，根据两个传感器输出信号发生变化的先后，判断机器人行驶方向，由继电器模块控制下一线圈通电、上一线圈断电。