专利名称：高压输电线上机器人用感应取电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于及工频高压输电线无接触电能传输领域以及电力电子技术领域， 涉及一种高压输电线上机器人用感应取电装置。
背景技术：
输电线路覆冰和积雪常会引起线路的跳闸、断线、倒杆、绝缘子闪络和通信中断 等事故，己经成为全世界许多国家电网面临的共同问题，我国是受输电线路覆冰危害 最为严重的国家之一，线路冰害事故发生的概率居高不下。目前主要采用的人工除冰 方法不仅效率低下，而且对电力工人的生命安全造成了极大的威胁。
因此，必须采用新型的除冰方法替代人工除冰，以提高效率及安全性。输电线路在 线除冰机器人拥有在输电线缆上的高可靠性运动机构，能实现复杂非结构化环境下机 器人的自主行为控制与导航，能采用无损伤高效除冰方式对输电线缆进行除冰作业。
传统的移动机器人通常通过供电电缆或者蓄电池组提供电能，由于除冰机器人需 要在高压电线电缆上进行在线除冰作业，因而不适宜采用电缆供电方式，并且除冰机 器人在高压架空电缆上作业，如果采用燃油发电机或者单纯蓄电池组供能方式，则需 要在其工作过程中持续性地添加燃油或者更换蓄电池，则一方面增加了除冰机器人的
自身重量，另外在除冰机器人工作过程中，高压输电线处于电能输送状态，并且高压 架空线路远离地面，输电线路的分布情况复杂，为除冰机器人添加燃油或者更换蓄电 池存在相当大的技术难度，极大地增加了人力成本，降低了系统的工作效率，因此必 须寻求一种先进的非接触电能供应技术在线地为除冰机器人提供电能供应。
在线除冰机器人在为高压电力架空线路进行除冰作业时，输电线路处于电能传输 状态，输电线路的中传输的电流随负载大小而在1000余安培到3100安培之间。利用 输电线缆中传输电流在附近空间中产生的磁场，通过分体式磁芯汇聚输电线缆产生的 磁通量，缠绕于分体式磁芯上的取电线圈通过电磁感应获得能量，通过补偿电容器对线圈的电感量进行补偿之后通过整流装置进行整流滤波，再通过DC-DC变换器及功率 控制电路向除冰机器人提供48伏直流电压。分体式磁芯由执行器控制张合，当除冰机 器人跨越障碍物时，由功率控制电路对取电线圈进行解耦合操作，从而降低分体式磁 芯开合的阻力。整个装置的可靠性高，安装方便。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高压输电线上机器人用感应取电装 置，本装置设置于除冰机器人的两个行走小臂上，通过两个分体式磁芯及取电线圈， 可以在机器人除冰及行走过程中不间断地提供稳定的电能供应。
本实用新型的技术解决方案如下
一种髙压输电线上机器人用感应取电装置，其特征在于，包括2个整流支路和一 个直流-直流变换器，所述的2个整流支路并联后经直流-直流变换器向除冰机器人提供 电能；所述的整流支路包括一可开合磁芯、 一缠绕在所述可开合磁芯的取电线圈、一 整流装置和一电力二极管；所述的整流装置的输入端接取电线圈，所述的整流装置的 输出端通过所述的电力二极管接所述的直流-直流变换器(即DC-DC变换器)。
在所述的取电线圈的两个输出端跨接有补偿电容。
每一个所述的整流支路的整流装置的输出端跨接有可控开关。
所述的可控开关为晶闸管。
所述的2个整流支路并联后通过滤波电抗器接直流-直流变换器，该直流一直流变 换器可以是典型的降压斩波Buck变换器，也可以是典型的可升降压直流斩波Cuk变 换器，用于控制输出电压稳定。
直流-直流变换器的2个输入端跨接有滤波电容。
可开合磁芯采用铁基非晶合金软磁材料。
所述的可开合磁芯可以采用圆环形结构或矩形结构。
有益效果
1.本实用新型通过电磁感应原理从高压电缆自身传导电流所产生的交变磁场中获取
电能，可以为220kV/330kV/500kv高压输电线缆除冰机器人提供在线的电能供应， 不需要定时为除冰机器人更换蓄电池或者添加燃油来提供能量，提高了除冰机器人的工作效率，降低了其维护难度。
2. 本实用新型采用双取电线圈的结构形式，在除冰机器人工作与行走过程中，可以通 过执行器控制可分离磁芯来解除其中任何一个取电线圈与高压输电线缆的耦合关 系，在此过程中，另一取电线圈可以向机器人提供额定的电能供应，保证了电能供 应的稳定性，增加了除冰机器人运动时的灵活性。
3. 如2所述，本实用新型采用双取电线圈的结构形式，除冰机器人不再需要配备动力 蓄电池，部分降低了装置的自重，是时降低了电源管理的复杂程度，具有控制简单 的优点。
4. 本实用新型中采用了补偿电容，增强了取电线圈的取电能力，同等功率条件下可以 减小磁芯的体积，降低装置重量。
5. 采用分体式磁芯，磁芯采用铁基非晶合金软磁材料构成，具有高磁导率和高饱和磁
感应强度，可以有效降低磁芯的体积及重量。通过合理设计分体式磁芯的气隙距离， 右執袖瞎{pf 7离r:由+ * 、》右錄緣始知thf 66 "X壬i I影nifti
图l为总体的电路原理图； 图2为工作状态l时的示意图； 图3为工作状态2时的示意图； 图4为工作状态3时的示意图。
附图标号说明1-电压输电线缆，201、 202-分体式磁芯(即可开合磁芯)，301、 302-取电线圈，401、 402-补偿电容，501、 502-整流装置，601、 602-开关晶闸管，701、 702-电力二极管，80-滤波电抗器，85-滤波电容，90-直流-直流变换器。
具体实施方式
下面实例是对本实用新型的进一步说明，而不是限制实用新型的范围 实施例l:
两个分体式磁芯(201、 202即可开合磁芯)随同两个行走小臂自由运动，在机器 人行走过程中，通过执行器，控制分体式磁芯轮流抱合架空的电压输电线缆l，每一分 体式磁芯(201、 202)之上都缠绕有取电线圈(301, 302)，在除冰机器人工作及移动过程中，通过执行器保持至少一个分体式磁芯与高压输电线缆1抱合，补偿电容(401， 402)直接与取电线圈(301， 302)并联，对线圈电感进行补偿以便提高取电功率，补 偿电容(401， 402)与取电线圈的数值满足工频全谐振条件，经过补偿之后的电路直 接与整流装置(501， 502)联接，整流装置采用桥式整流电路；整流装置输出端与电 力二极管(701、 702)串联之后，再并联连接向除冰机器人提供直流电源供应。本实 用新型中，分体式磁芯可以采用圆环形结构或矩形结构，分体式磁芯表面通过树脂材 料进行封装加固及绝缘。除取电线圈外，本装置的其余部分全部置于电源控制箱内。 为了减小磁芯的体积及重量，本实用新型采用了高饱和磁导率的冷压硅钢叠片作为磁 芯材料。
本实施例中的部件或元件的参数为
1. 磁芯由铁基非晶合金软件磁叠片材料构成，饱和磁感应强度88 = 1.71\初始磁 导率>1000，最大磁导率>200000.磁芯外部形状可选用分离式半圆形或者分离式的矩形 结构，取电线圈匣数为20 32。
2. 取电线圈电感量为80uH 150uH;补偿电容与取电线圈满足工频50Hz下的 完全谐振条件。滤波电容85为2200uF 4700uF。
3. 输出直流电压为48V，额定输出功率1.5KW，最大输出功率2.0KW。 在工作过程中，根据除冰机器人的不同工作及运动状态，依照取电线圈与高压输
电线的耦合关系，可分成三种不同的工作状态。
第一种工作状态为分体式磁芯201及202都与高压输电线缆1紧密抱合，则取电 线圈301及302都工作于取电状态，取电线圈301与302通过感应耦合所产生的感应电 动势在经过补偿电容401及402进行电感补偿之后，分别经由整流装置501与502进行 整流，整流装置的输出在串接二极管后并联输出，在输出端设置储能滤波电抗器80以 消除高频谐波及浪涌，同时具备储能功能，可控晶闸管601、 602在工作过程中根据滤 波电容85两端的电压值变化情况间歇性的开通，以控制从高压输电线缆1周围磁场中 耦合所得功率，维持DC-DC变换器卯的输入端电压在55V至65V范围之内，当DC-DC 变换器卯的输入电压小于55V时，可控晶闸管601、 602关断，当当DC-DC变换器的 输入电压大于65V时，可控晶闸管601、 602导通。
工作状态二，控制电力晶闸管601导通，解除取电线圈301与高压输电线缆1的 电磁耦合，通过执行器打开分体式磁芯201，跟随着行走小臂相对高压输电线缆1垂直
6下降，并且向前移动，此时分体式磁芯202在控制器的作用下抱合高压输电线缆1，通 过取电线圈302产生感应电动势，向机器人提供电能。
工作状态三分体式磁芯201跟随行走小臂在执行器的作用下重新抱合高压输电 线缆l，控制电力晶闸管602导通，分体式磁芯202在执行器的作用下张开，并相对高 压输电线缆1垂直下降，解除取电线圈302与高压输电线缆1的电磁耦合，此时由分 体式磁芯201上的取电线圈301获取感应电动势，向机器人提供电能。
除冰机器人在除冰作业及移动过程中，工作状态一、二、三交替并循环发生。
权利要求1.一种高压输电线上机器人用感应取电装置，其特征在于，包括2个整流支路和一个直流-直流变换器，所述的2个整流支路并联后经直流-直流变换器向除冰机器人提供电能；所述的整流支路包括一可开合磁芯、一缠绕在所述可开合磁芯的取电线圈、一整流装置和一电力二极管；所述的整流装置的输入端接取电线圈，所述的整流装置的输出端通过所述的电力二极管接所述的直流-直流变换器。
2. 根据权利要求l所述的高压输电线上机器人用感应取电装置，其特征在于，在所述 的取电线圈的两个输出端跨接有补偿电容。
3. 根据权利要求l所述的高压输电线上机器人用感应取电装置，其特征在于，每一个 所述的整流支路的整流装置的输出端跨接有可控开关。
4. 根据权利要求3所述的高压输电线上机器人用感应取电装置，其特征在于，所述的 可控开关为晶闸管。
5. 根据权利要求l所述的高压输电线上机器人用感应取电装置，其特征在于，所述的 2个整流支路并联后通过滤波电抗器接直流-直流变换器。
6. 根据权利要求5所述的高压输电线上机器人用感应取电装置，其特征在于，直流-直流变换器的2个输入端跨接有滤波电容。
7. 根据权利要求1~6任一项所述的高压输电线上机器人用感应取电装置，其特征在于， 所述的可开合磁芯采用铁基非晶合金软磁材料。
8. 根据权利要求l所述的高压输电线上机器人用感应取电装置，其特征在于，所述的 可开合磁芯可以采用圆环形结构或矩形结构。
专利摘要本实用新型提供一种高压输电线上机器人用感应取电装置。该装置以高压输电线载流导线为原边，通过分体式高饱和磁导率铁基非晶合金软磁材料磁芯汇聚交变磁通，取电线圈缠绕于分体式磁芯之上，补偿电容器直接与取电线圈串联或并联，分体式磁芯由执行器控制可张开与闭合，能便捷地跟随除冰机器人跨越防震锤、线夹等障碍物。该电源装置包括分体式磁芯、补偿电容器、取电线圈、功率控制电路、整流器件、DC-DC变换器，磁芯开合执行器。本实用新型的特点是结构简单实用，采用互补式双取电线圈，不需要动力蓄电池组，可靠性高，免维护，能够在装置运动过程中持续输出电能。
文档编号H02M3/135GK201360179SQ20082021117
公开日2009年12月9日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者莹 张, 张细政, 杨民生, 王耀南 申请人:湖南大学