專利名稱：高壓輸電線上機器人用感應(yīng)取電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于及工頻高壓輸電線無接觸電能傳輸領(lǐng)域以及電力電子技術(shù)領(lǐng)域， 涉及一種高壓輸電線上機器人用感應(yīng)取電裝置。
背景技術(shù)：
輸電線路覆冰和積雪常會引起線路的跳閘、斷線、倒桿、絕緣子閃絡(luò)和通信中斷 等事故，己經(jīng)成為全世界許多國家電網(wǎng)面臨的共同問題，我國是受輸電線路覆冰危害 最為嚴重的國家之一，線路冰害事故發(fā)生的概率居高不下。目前主要采用的人工除冰 方法不僅效率低下，而且對電力工人的生命安全造成了極大的威脅。
因此，必須采用新型的除冰方法替代人工除冰，以提高效率及安全性。輸電線路在 線除冰機器人擁有在輸電線纜上的高可靠性運動機構(gòu)，能實現(xiàn)復(fù)雜非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下機 器人的自主行為控制與導(dǎo)航，能采用無損傷高效除冰方式對輸電線纜進行除冰作業(yè)。
傳統(tǒng)的移動機器人通常通過供電電纜或者蓄電池組提供電能，由于除冰機器人需 要在高壓電線電纜上進行在線除冰作業(yè)，因而不適宜采用電纜供電方式，并且除冰機 器人在高壓架空電纜上作業(yè)，如果采用燃油發(fā)電機或者單純蓄電池組供能方式，則需 要在其工作過程中持續(xù)性地添加燃油或者更換蓄電池，則一方面增加了除冰機器人的
自身重量，另外在除冰機器人工作過程中，高壓輸電線處于電能輸送狀態(tài)，并且高壓 架空線路遠離地面，輸電線路的分布情況復(fù)雜，為除冰機器人添加燃油或者更換蓄電 池存在相當(dāng)大的技術(shù)難度，極大地增加了人力成本，降低了系統(tǒng)的工作效率，因此必 須尋求一種先進的非接觸電能供應(yīng)技術(shù)在線地為除冰機器人提供電能供應(yīng)。
在線除冰機器人在為高壓電力架空線路進行除冰作業(yè)時，輸電線路處于電能傳輸 狀態(tài)，輸電線路的中傳輸?shù)碾娏麟S負載大小而在1000余安培到3100安培之間。利用 輸電線纜中傳輸電流在附近空間中產(chǎn)生的磁場，通過分體式磁芯匯聚輸電線纜產(chǎn)生的 磁通量，纏繞于分體式磁芯上的取電線圈通過電磁感應(yīng)獲得能量，通過補償電容器對線圈的電感量進行補償之后通過整流裝置進行整流濾波，再通過DC-DC變換器及功率 控制電路向除冰機器人提供48伏直流電壓。分體式磁芯由執(zhí)行器控制張合，當(dāng)除冰機 器人跨越障礙物時，由功率控制電路對取電線圈進行解耦合操作，從而降低分體式磁 芯開合的阻力。整個裝置的可靠性高，安裝方便。

實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種高壓輸電線上機器人用感應(yīng)取電裝 置，本裝置設(shè)置于除冰機器人的兩個行走小臂上，通過兩個分體式磁芯及取電線圈， 可以在機器人除冰及行走過程中不間斷地提供穩(wěn)定的電能供應(yīng)。
本實用新型的技術(shù)解決方案如下
一種髙壓輸電線上機器人用感應(yīng)取電裝置，其特征在于，包括2個整流支路和一 個直流-直流變換器，所述的2個整流支路并聯(lián)后經(jīng)直流-直流變換器向除冰機器人提供 電能；所述的整流支路包括一可開合磁芯、 一纏繞在所述可開合磁芯的取電線圈、一 整流裝置和一電力二極管；所述的整流裝置的輸入端接取電線圈，所述的整流裝置的 輸出端通過所述的電力二極管接所述的直流-直流變換器(即DC-DC變換器)。
在所述的取電線圈的兩個輸出端跨接有補償電容。
每一個所述的整流支路的整流裝置的輸出端跨接有可控開關(guān)。
所述的可控開關(guān)為晶閘管。
所述的2個整流支路并聯(lián)后通過濾波電抗器接直流-直流變換器，該直流一直流變 換器可以是典型的降壓斬波Buck變換器，也可以是典型的可升降壓直流斬波Cuk變 換器，用于控制輸出電壓穩(wěn)定。
直流-直流變換器的2個輸入端跨接有濾波電容。
可開合磁芯采用鐵基非晶合金軟磁材料。
所述的可開合磁芯可以采用圓環(huán)形結(jié)構(gòu)或矩形結(jié)構(gòu)。
有益效果
1.本實用新型通過電磁感應(yīng)原理從高壓電纜自身傳導(dǎo)電流所產(chǎn)生的交變磁場中獲取
電能，可以為220kV/330kV/500kv高壓輸電線纜除冰機器人提供在線的電能供應(yīng)， 不需要定時為除冰機器人更換蓄電池或者添加燃油來提供能量，提高了除冰機器人的工作效率，降低了其維護難度。
2. 本實用新型采用雙取電線圈的結(jié)構(gòu)形式，在除冰機器人工作與行走過程中，可以通 過執(zhí)行器控制可分離磁芯來解除其中任何一個取電線圈與高壓輸電線纜的耦合關(guān) 系，在此過程中，另一取電線圈可以向機器人提供額定的電能供應(yīng)，保證了電能供 應(yīng)的穩(wěn)定性，增加了除冰機器人運動時的靈活性。
3. 如2所述，本實用新型采用雙取電線圈的結(jié)構(gòu)形式，除冰機器人不再需要配備動力 蓄電池，部分降低了裝置的自重，是時降低了電源管理的復(fù)雜程度，具有控制簡單 的優(yōu)點。
4. 本實用新型中采用了補償電容，增強了取電線圈的取電能力，同等功率條件下可以 減小磁芯的體積，降低裝置重量。
5. 采用分體式磁芯，磁芯采用鐵基非晶合金軟磁材料構(gòu)成，具有高磁導(dǎo)率和高飽和磁
感應(yīng)強度，可以有效降低磁芯的體積及重量。通過合理設(shè)計分體式磁芯的氣隙距離， 右執(zhí)袖瞎{pf 7離r:由+ * 、》右錄緣始知thf 66 "X壬i I影nifti


圖l為總體的電路原理圖； 圖2為工作狀態(tài)l時的示意圖； 圖3為工作狀態(tài)2時的示意圖； 圖4為工作狀態(tài)3時的示意圖。
附圖標(biāo)號說明1-電壓輸電線纜，201、 202-分體式磁芯(即可開合磁芯)，301、 302-取電線圈，401、 402-補償電容，501、 502-整流裝置，601、 602-開關(guān)晶閘管，701、 702-電力二極管，80-濾波電抗器，85-濾波電容，90-直流-直流變換器。
具體實施方式
下面實例是對本實用新型的進一步說明，而不是限制實用新型的范圍 實施例l:
兩個分體式磁芯(201、 202即可開合磁芯)隨同兩個行走小臂自由運動，在機器 人行走過程中，通過執(zhí)行器，控制分體式磁芯輪流抱合架空的電壓輸電線纜l，每一分 體式磁芯(201、 202)之上都纏繞有取電線圈(301, 302)，在除冰機器人工作及移動過程中，通過執(zhí)行器保持至少一個分體式磁芯與高壓輸電線纜1抱合，補償電容(401， 402)直接與取電線圈(301， 302)并聯(lián)，對線圈電感進行補償以便提高取電功率，補 償電容(401， 402)與取電線圈的數(shù)值滿足工頻全諧振條件，經(jīng)過補償之后的電路直 接與整流裝置(501， 502)聯(lián)接，整流裝置采用橋式整流電路；整流裝置輸出端與電 力二極管(701、 702)串聯(lián)之后，再并聯(lián)連接向除冰機器人提供直流電源供應(yīng)。本實 用新型中，分體式磁芯可以采用圓環(huán)形結(jié)構(gòu)或矩形結(jié)構(gòu)，分體式磁芯表面通過樹脂材 料進行封裝加固及絕緣。除取電線圈外，本裝置的其余部分全部置于電源控制箱內(nèi)。 為了減小磁芯的體積及重量，本實用新型采用了高飽和磁導(dǎo)率的冷壓硅鋼疊片作為磁 芯材料。
本實施例中的部件或元件的參數(shù)為
1. 磁芯由鐵基非晶合金軟件磁疊片材料構(gòu)成，飽和磁感應(yīng)強度88 = 1.71\初始磁 導(dǎo)率>1000，最大磁導(dǎo)率>200000.磁芯外部形狀可選用分離式半圓形或者分離式的矩形 結(jié)構(gòu)，取電線圈匣數(shù)為20 32。
2. 取電線圈電感量為80uH 150uH;補償電容與取電線圈滿足工頻50Hz下的 完全諧振條件。濾波電容85為2200uF 4700uF。
3. 輸出直流電壓為48V，額定輸出功率1.5KW，最大輸出功率2.0KW。 在工作過程中，根據(jù)除冰機器人的不同工作及運動狀態(tài)，依照取電線圈與高壓輸
電線的耦合關(guān)系，可分成三種不同的工作狀態(tài)。
第一種工作狀態(tài)為分體式磁芯201及202都與高壓輸電線纜1緊密抱合，則取電 線圈301及302都工作于取電狀態(tài)，取電線圈301與302通過感應(yīng)耦合所產(chǎn)生的感應(yīng)電 動勢在經(jīng)過補償電容401及402進行電感補償之后，分別經(jīng)由整流裝置501與502進行 整流，整流裝置的輸出在串接二極管后并聯(lián)輸出，在輸出端設(shè)置儲能濾波電抗器80以 消除高頻諧波及浪涌，同時具備儲能功能，可控晶閘管601、 602在工作過程中根據(jù)濾 波電容85兩端的電壓值變化情況間歇性的開通，以控制從高壓輸電線纜1周圍磁場中 耦合所得功率，維持DC-DC變換器卯的輸入端電壓在55V至65V范圍之內(nèi)，當(dāng)DC-DC 變換器卯的輸入電壓小于55V時，可控晶閘管601、 602關(guān)斷，當(dāng)當(dāng)DC-DC變換器的 輸入電壓大于65V時，可控晶閘管601、 602導(dǎo)通。
工作狀態(tài)二，控制電力晶閘管601導(dǎo)通，解除取電線圈301與高壓輸電線纜1的 電磁耦合，通過執(zhí)行器打開分體式磁芯201，跟隨著行走小臂相對高壓輸電線纜1垂直
6下降，并且向前移動，此時分體式磁芯202在控制器的作用下抱合高壓輸電線纜1，通 過取電線圈302產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，向機器人提供電能。
工作狀態(tài)三分體式磁芯201跟隨行走小臂在執(zhí)行器的作用下重新抱合高壓輸電 線纜l，控制電力晶閘管602導(dǎo)通，分體式磁芯202在執(zhí)行器的作用下張開，并相對高 壓輸電線纜1垂直下降，解除取電線圈302與高壓輸電線纜1的電磁耦合，此時由分 體式磁芯201上的取電線圈301獲取感應(yīng)電動勢，向機器人提供電能。
除冰機器人在除冰作業(yè)及移動過程中，工作狀態(tài)一、二、三交替并循環(huán)發(fā)生。
權(quán)利要求1.一種高壓輸電線上機器人用感應(yīng)取電裝置，其特征在于，包括2個整流支路和一個直流-直流變換器，所述的2個整流支路并聯(lián)后經(jīng)直流-直流變換器向除冰機器人提供電能；所述的整流支路包括一可開合磁芯、一纏繞在所述可開合磁芯的取電線圈、一整流裝置和一電力二極管；所述的整流裝置的輸入端接取電線圈，所述的整流裝置的輸出端通過所述的電力二極管接所述的直流-直流變換器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓輸電線上機器人用感應(yīng)取電裝置，其特征在于，在所述 的取電線圈的兩個輸出端跨接有補償電容。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓輸電線上機器人用感應(yīng)取電裝置，其特征在于，每一個 所述的整流支路的整流裝置的輸出端跨接有可控開關(guān)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓輸電線上機器人用感應(yīng)取電裝置，其特征在于，所述的 可控開關(guān)為晶閘管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓輸電線上機器人用感應(yīng)取電裝置，其特征在于，所述的 2個整流支路并聯(lián)后通過濾波電抗器接直流-直流變換器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓輸電線上機器人用感應(yīng)取電裝置，其特征在于，直流-直流變換器的2個輸入端跨接有濾波電容。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6任一項所述的高壓輸電線上機器人用感應(yīng)取電裝置，其特征在于， 所述的可開合磁芯采用鐵基非晶合金軟磁材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓輸電線上機器人用感應(yīng)取電裝置，其特征在于，所述的 可開合磁芯可以采用圓環(huán)形結(jié)構(gòu)或矩形結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型提供一種高壓輸電線上機器人用感應(yīng)取電裝置。該裝置以高壓輸電線載流導(dǎo)線為原邊，通過分體式高飽和磁導(dǎo)率鐵基非晶合金軟磁材料磁芯匯聚交變磁通，取電線圈纏繞于分體式磁芯之上，補償電容器直接與取電線圈串聯(lián)或并聯(lián)，分體式磁芯由執(zhí)行器控制可張開與閉合，能便捷地跟隨除冰機器人跨越防震錘、線夾等障礙物。該電源裝置包括分體式磁芯、補償電容器、取電線圈、功率控制電路、整流器件、DC-DC變換器，磁芯開合執(zhí)行器。本實用新型的特點是結(jié)構(gòu)簡單實用，采用互補式雙取電線圈，不需要動力蓄電池組，可靠性高，免維護，能夠在裝置運動過程中持續(xù)輸出電能。
文檔編號H02M3/135GK201360179SQ20082021117
公開日2009年12月9日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者瑩 張, 張細政, 楊民生, 王耀南 申請人:湖南大學(xué)