一种具备自充电功能的供电线路监控设备的制作方法

本发明涉及供电线路巡视、监控设备技术领域，尤其涉及一种具备自充电功能的供电线路监控设备。

背景技术：

输电线路的安全运行不但关系到国民生产生活，而且关系到电力系统的稳定运行。输电线路巡检工作是保证安全、可靠供电的重要的、不可缺少的工作。目前的电力巡查的方式主要由人工巡线和航空巡线构成。人工巡线，执行和监管困难，劳动强度大，安全性较差；而有人直升机电力巡查的运营成本较高，不仅机体的租用成本高，机场的建设成本高昂，而且专业的飞行和维护团队管理和培训不易，在实际使用过程中，始终难以避免“人”的因素，在高危领域的作业过程中，一旦发生事故将带来难以弥补的损失。

近几年，伴随着我国无人驾驶飞机技术的逐渐成熟和国外无人机及其控制设备进入中国，采用无人机巡查电力线路已经具备了技术上的可行性，推进无人机航巡输电线路工作具有了实际的现实意义。无人直升机电力巡线通过较快的速度全面检查线路和电塔的各种设备情况，同时搭载的精密仪器可以探测到深层次的线路故障和隐故障，数据及时返回，问题当日处理，巡线速度快，操作简便，使用成本低廉，为电网的安全和高效运行提供了重要保障。采用无人机巡线可大大增加安全系数，增加巡航检查次数，减少运营管理的成本，提高作业的效率，且操作更简单、性能可靠，具有更加优良的经济效益与社会效益。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：电力输电线路具有距离长、环境恶劣的特点，而现有的遥控飞行器在装载了各种线路检测仪器后，负载较大，飞行器机载电池的能量有限，限制了运行时间，存在续航时间不足的问题。

技术实现要素：

本发明针对供电线路监控工作中，现有监控设备不能满足高负载、长距离运行需求的问题，研制一种具备自充电功能的供电线路监控设备，该监控设备能够在野外充电，并通过设置平衡气球，最大限度的降低负载耗能，增加了设备的续航时间。

本发明解决技术问题的技术方案为：一方面，本发明的实施例提供了一种具备自充电功能的供电线路监控设备，包括无人机，无人机上安装有摄像头、红外探测器、无线通信模块、控制器、蓄电池，其中摄像头、红外探测器、无线通信模块连接控制器，无人机上还设置有风轮、切磁环，风轮、切磁环都安装在转轴上，切磁环的两出线端分别设置一个滑环，滑环连接充电电路，蓄电池连接在充电电路中；无人机的顶部设置有平衡气球，平衡气球中充有密度比空气小的气体，所述平衡气球在无人机竖直中心的顶部设置一个；或者平衡气球设置至少两个，各个平衡气球围绕无人机竖直中心均匀分布。控制台设置有与无线通信模块对应的终端设备，各个监控设备通过无线通信技术与控制台进行通信，控制台可遥控监控设备的运行或监控设备自动运行，监控设备将监控信息传输给控制台。将无人机驶入输电线路的磁场中，当有风时，风吹动风轮转动，切磁环切割磁感线形成电势，并通过充电电路给蓄电池充电。直接利用输电线路中的磁场转化风能给无人机供能，节省了普通风能发电所需的产生永磁场的机构，节约了成本，风力发电过程中，无人机最好降落在输电线杆塔上；通过红外探测器可发现线路受热不均处或者存在潜在破损的线路并通过无线通信模块将数据发送至控制台进行储存和分析。

作为优化，无人机设置多个螺旋桨，各个螺旋桨的控制电机为独立控制的。

作为优化，平衡气球中所充气体为氦气。

作为优化，所述平衡气球的底部还设置有应急扎针，应急扎针安装在电动推杆a的伸缩轴上，电动推杆a的控制端口连接控制器。

作为优化，所述应急扎针为两端贯穿的中空管。

作为优化，平衡气球上设置有放气口，放气口的位置与应急扎针对应，放气口上安装有盖帽。盖帽端面的材质为软塑料。

作为优化，所述平衡气球通过连杆a安装在无人机的顶部，连杆a为中空管，连杆a连接储气罐与平衡气球，平衡气球与储气罐之间设置有抽气泵，所述无人机上还安装有风速检测设备，风速检测设备连接控制器，抽气泵的控制端口连接控制器。风速检测设备检测风速并将风速数据传送给控制器，控制器根据风速控制抽气泵的动作，使平衡气球中的气体量与风速成线性关系。

作为优化，所述电动推杆a与储气罐分别设置在连杆a的两侧。

作为优化，连杆a与无人机之间的连接为活动连接。无人机的顶部设置有连杆安装座，连杆安装座设置有底面开口的内腔，连杆安装座顶部设置有与连杆a外径对应的开口，连杆a的下端面设置有螺纹孔，连杆a下端穿过开口后安装一卡板。

作为优化，所述平衡气球为饼形，所述无人机上还设置有旋转机构，连杆a连接旋转机构。

作为优化，所述旋转机构包括电机、齿轮a、齿轮b，电机固定在无人机上，齿轮a连接电机的输出轴，齿轮b设置在连杆a上，齿轮a与齿轮b啮合。

作为优化，所述无人机上还设置有充电杆，充电杆设置至少两个，充电杆之间的距离与输电电缆两相线之间的距离对应，充电杆连接充电电路。

作为优化，所述充电杆安装在无人机底部，充电杆的末端设置一v形杆，v形杆朝下逐渐张开；或者所述充电杆安装在无人机顶部，充电杆的末端设置一挂钩。充电杆通过v形杆与输电电缆两相线连接。

作为优化，所述充电杆安装在电动推杆b的伸缩杆上，电动推杆b安装在无人机上。

作为优化，所述充电电路包括调压电路、整流电路，调压电路的电流接入端口连接充电杆、滑环，整流电路的充电端口连接蓄电池。通过电动推杆b，可调节充电杆之间的距离，使用时通过摄像头实时监控充电杆与输电电缆的接触情况，并对应调整电动推杆b的长度，直至两充电杆分别与输电电缆的两相线贴合或一充电杆与输电电缆相线贴合、另一充电杆与输电线杆塔贴合，启动充电电路。调压电路进行降压或升压，整流电路调整电流的方向及稳定性。

作为优化，所述转轴通过一带座轴承安装在无人机上，切磁环、风轮都设置在无人机的顶部；或者转轴贯穿无人机的机体，风轮设置在无人机的顶部，切磁环设置在无人机的底部。无人机在输电线路下方空间航行，将切磁环、风轮设置在无人机的顶部，切磁环所在位置的磁场更强，有利于蓄电池充电。无人机在输电线路的避雷针以上空间航行，将切磁环设置在无人机的底部，切磁环所在位置的磁场更强；将风轮设置在无人机的顶部，风力更强，有利于蓄电池充电。

作为优化，所述具备自充电功能的供电线路监控设备还包括翻转机构，所述风轮连接翻转机构。

作为优化，所述风轮通过连杆连接转轴，连杆的末端设置有锥齿轮，各连杆之间的锥齿轮啮合；所述翻转机构包括安装板、电机、主动齿轮、被动齿轮，电机安装在安装板上，主动齿轮安装在电机的输出轴上，被动齿轮安装在连杆上，主动齿轮与被动齿轮啮合；或者所述翻转机构包括安装板、电动推杆c、齿条、被动齿轮，电动推杆c安装在安装板上，齿条安装在电动推杆c的伸缩轴上，被动齿轮安装在连杆上，齿条与被动齿轮啮合。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案具有如下优点或有益效果：

1.本发明通过安装平衡气球平衡了负载重量，该监控设备能够在野外充电，并通过设置平衡气球，最大限度的降低负载耗能，增加了设备的续航时间。

2.无人机各个螺旋桨的控制电机为独立控制的，当风向与航向不平行时，可通过单独控制各个螺旋桨的工作频率保证无人机的航向。

3.通过使用氦气作为平衡气球的填充气体，相对氢气等易燃易爆气体，更加安全。

4.通过设置应急扎针，当风力过大，平衡气球导致无人机不受控制时，可紧急扎破平衡气球。

5.通过设置应急扎针为两端贯穿的中空管，放气更快。

6.通过设置盖帽，应急扎针扎破盖帽即可放气，不会损坏平衡气球，更换盖帽即可重复利用，节约了成本。

7.通过设置风速检测设备、储气罐、抽气泵，可及时调节平衡气球的大小，防止大风干扰无人机的航向，避免动力系统为平衡风阻力耗费更多能量的情况。当风速检测设备检测到风速突然增大，抽气泵抽气速度无法满足要求时，则控制电动推杆a动作，通过应急扎针将平衡气球扎破。

8.通过设置电动推杆a与储气罐分别设置在连杆a的两侧，使设备结构合理，重量分布平衡，有利于无人机的运行。

9.通过将平衡气球设置为饼形，当风向有利于无人机航行时，通过旋转机构调节平衡气球的角度，使平衡气球起到风帆的作用，将风这种飞行不利因素变有利因素，有效的节约了蓄电池中的电能。

10.通过设置充电杆，无人机可以直接从高压电缆线上取电。

11.通过设置翻转机构，当不需要风力发电时，将各风轮旋转，使各风轮受风吹的合力为零，减少风力对航行的影响。

附图说明

图1、图2为本发明第一种实施例的总体结构图。

图3为本发明第一种实施例的俯视图。

图4为本发明第一种实施例的正视图。

图5为图2k区域的局部放大图。

图6为图1p区域的局部放大图。

图7为图2r区域的局部放大图。

图8为图1u区域的局部放大图。

图9为图4t区域的局部放大图。

图10为图3m区域的局部放大图。

图11为图1j区域的局部放大图。

图12为充电电路的原理图。

图13为本发明第二种实施例的总体结构图。

图14为图13l区域的局部放大图。

其中：1无人机、2风轮、21连杆、3切磁环、31滑环、4转轴、5翻转机构、51安装板、52主动齿轮、53被动齿轮、54电机、55电动推杆c、56齿条、6平衡气球、601放气口、602盖帽、61连杆a、62储气罐、63抽气泵、64旋转机构、641电机、642齿轮a、643齿轮b、65连杆安装座、651开口、652卡板、66应急扎针、67电动推杆a、7充电杆、8充电电路、81调压电路、82整流电路、9电动推杆b。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

图1至图11为本发明的一种实施例，如图所示，一种具备自充电功能的供电线路监控设备，包括无人机1，无人机1上安装有摄像头、红外探测器、无线通信模块、控制器、蓄电池，其中摄像头、红外探测器、无线通信模块连接控制器，如图1、图5所示，无人机1上还设置有风轮2、切磁环3，风轮2、切磁环3都安装在转轴4上，切磁环3的两出线端分别设置一个滑环31，滑环31连接充电电路8，蓄电池连接在充电电路8中；无人机1的顶部设置有平衡气球6，平衡气球6中充有密度比空气小的气体，所述平衡气球6在无人机1竖直中心的顶部设置一个；或者平衡气球6设置至少两个，各个平衡气球6围绕无人机1竖直中心均匀分布。控制台设置有与无线通信模块对应的终端设备，各个监控设备通过无线通信技术与控制台进行通信，控制台可遥控监控设备的运行或监控设备自动运行，监控设备将监控信息传输给控制台。通过安装平衡气球6平衡了负载重量，延长了无人机1的续航时间。无人机1设置多个螺旋桨，各个螺旋桨的控制电机为独立控制的。无人机1各个螺旋桨的控制电机为独立控制的，当风向与航向不平行时，可通过单独控制各个螺旋桨的工作频率保证无人机1的航向。平衡气球6中所充气体为氦气。通过使用氦气作为平衡气球的填充气体，相对氢气等易燃易爆气体，更加安全。将无人机1驶入输电线路的磁场中，当有风时，风吹动风轮2转动，切磁环3切割磁感线形成电势，并通过充电电路8给蓄电池充电。直接利用输电线路中的磁场转化风能给无人机1供能，节省了普通风能发电所需的产生永磁场的机构，节约了成本，风力发电过程中，无人机1最好降落在输电线杆塔上；通过红外探测器可发现线路受热不均处或者存在潜在破损的线路并通过无线通信模块将数据发送至控制台进行储存和分析。

如图6至图8所示，所述平衡气球6的底部还设置有应急扎针66，应急扎针66安装在电动推杆a67的伸缩轴上，电动推杆a67的控制端口连接控制器。通过设置应急扎针66，当风力过大，平衡气球6导致无人机不受控制时，可紧急扎破平衡气球6。所述应急扎针66为两端贯穿的中空管。通过设置应急扎针66为两端贯穿的中空管，放气更快。平衡气球6上设置有放气口601，放气口601的位置与应急扎针66对应，放气口601上安装有盖帽602。盖帽602端面的材质为软塑料。通过设置盖帽602，应急扎针66扎破盖帽602即可放气，不会损坏平衡气球6，更换盖帽602即可重复利用，节约了成本。

所述平衡气球6通过连杆a61安装在无人机1的顶部，连杆a61为中空管，连杆a61连接储气罐62与平衡气球6，平衡气球6与储气罐62之间设置有抽气泵63，所述无人机1上还安装有风速检测设备，风速检测设备连接控制器，抽气泵63的控制端口连接控制器。风速检测设备检测风速并将风速数据传送给控制器，控制器根据风速控制抽气泵63的动作，使平衡气球6中的气体量与风速成线性关系。通过设置风速检测设备、储气罐62、抽气泵63，可及时调节平衡气球6的大小，防止大风干扰无人机1的航向，避免动力系统为平衡风阻力耗费更多能量的情况。当风速检测设备检测到风速突然增大，抽气泵63抽气速度无法满足要求时，则控制电动推杆a67动作，通过应急扎针66将平衡气球6扎破。所述电动推杆a67与储气罐62分别设置在连杆a61的两侧。通过设置电动推杆a67与储气罐62分别设置在连杆a61的两侧，使设备结构合理，重量分布平衡，有利于无人机的运行。

如图8、图9所示，连杆a61与无人机1之间的连接为活动连接。无人机1的顶部设置有连杆安装座65，连杆安装座65设置有底面开口的内腔，连杆安装座65顶部设置有与连杆a61外径对应的开口651，连杆a61的下端面设置有螺纹孔，连杆a61下端穿过开口651后安装一卡板652。

如图8所示，所述平衡气球6为饼形，所述无人机1上还设置有旋转机构64，连杆a61连接旋转机构64。通过将平衡气球6设置为饼形，当风向有利于无人机1航行时，通过旋转机构64调节平衡气球6的角度，使平衡气球6起到风帆的作用，将风这种飞行不利因素变有利因素，有效的节约了蓄电池中的电能。所述旋转机构64包括电机641、齿轮a642、齿轮b643，电机641固定在无人机1上，齿轮a642连接电机641的输出轴，齿轮b643设置在连杆a61上，齿轮a642与齿轮b643啮合。

如图1所示，所述无人机1上还设置有充电杆7，充电杆7设置至少两个，充电杆7之间的距离与输电电缆两相线之间的距离对应，充电杆7连接充电电路8。

所述充电杆7安装在无人机1底部，充电杆7的末端设置一v形杆，v形杆朝下逐渐张开。充电杆7通过v形杆与输电电缆两相线连接。通过设置充电杆7，无人机可以直接从高压电缆线上取电。

所述充电杆7安装在电动推杆b9的伸缩杆上，电动推杆b9安装在无人机1上。

如图12所示，所述充电电路8包括调压电路81、整流电路82，调压电路81的电流接入端口连接充电杆7、滑环31，整流电路82的充电端口连接蓄电池。通过电动推杆b9，可调节充电杆7之间的距离，使用时通过摄像头实时监控充电杆7与输电电缆的接触情况，并对应调整电动推杆b9的长度，直至两充电杆7分别与输电电缆的两相线贴合或一充电杆7与输电电缆相线贴合、另一充电杆7与输电线杆塔贴合，启动充电电路8。调压电路81进行降压或升压，整流电路82调整电流的方向及稳定性。所述转轴4通过一带座轴承安装在无人机1上，转轴4贯穿无人机1的机体，风轮2设置在无人机1的顶部，切磁环3设置在无人机1的底部。无人机1在输电线路的避雷针以上空间航行，将切磁环3设置在无人机1的底部，切磁环3所在位置的磁场更强；将风轮2设置在无人机1的顶部，风力更强，有利于蓄电池充电。

如图11所示，所述具备自充电功能的供电线路监控设备还包括翻转机构5，所述风轮2连接翻转机构5。通过设置翻转机构5，当不需要风力发电时，将各风轮2旋转，使各风轮2受风吹的合力为零，减少风力对航行的影响。

所述风轮2通过连杆21连接转轴4，连杆21的末端设置有锥齿轮，各连杆21之间的锥齿轮啮合；所述翻转机构5包括安装板51、电机54、主动齿轮52、被动齿轮53，电机54安装在安装板51上，主动齿轮52安装在电机54的输出轴上，被动齿轮53安装在连杆21上，主动齿轮52与被动齿轮53啮合；

系统在设计和最优化组合方面具有突出的特点，是集成了高空摄像，遥控、遥测技术、视频影像微波传输和计算机影像信息处理的新型应用技术。本发明可利用机载遥感设备及电子数码产品让地面人员对线路情况一目了然，在降低巡线工作劳动强度、提高巡线工作效率的同时便于数据成像保存。

图13、图14为本发明的第二种实施例，其与第一种实施例的区别在于：所述翻转机构5包括安装板51、电动推杆c55、齿条56、被动齿轮53，电动推杆c55安装在安装板51上，齿条56安装在电动推杆c55的伸缩轴上，被动齿轮53安装在连杆21上，齿条56与被动齿轮53啮合。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。