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一种 铁路巡线无人机充电系统

阅读：92发布：2024-02-19

专利汇可以提供一种铁路巡线无人机充电系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种铁路巡线无人机充电系统，包括电能发射模块、电能接收模块、定位模块、通信模块以及辅助检测设备，所述电能发射模块由设置于铁路沿线的多个相同的电能发射子模块构成，所述电能接收模块、定位模块、辅助检测设备设置于无人机上，并分别与该无人机的飞行控制模块连接，所述飞行控制模块载入预设定铁路巡线路径、电能发射子模块位置以及选取距离最近电能发射子模块的充电方案，所述无人机和每个电能发射子模块上均安装有通信模块，用于电能发射子模块和无人机之间的通信。本实用新型能够克服无人机续航能力低的局限性，并且简化充电过程，可以替代传统人工巡线模式，提高巡线效率。，下面是一种铁路巡线无人机充电系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种铁路巡线无人机充电系统，其特征在于：包括电能发射模块、电能接收模块、定位模块、通信模块以及辅助检测设备，所述电能发射模块由设置于铁路沿线的多个相同的电能发射子模块构成，所述电能接收模块、定位模块、辅助检测设备设置于无人机上，并分别与该无人机的飞行控制模块连接，所述飞行控制模块载入预设定铁路巡线路径、电能发射子模块位置以及选取距离最近电能发射子模块的充电方案，所述无人机和每个电能发射子模块上均安装有通信模块，用于电能发射子模块和无人机之间的通信，无人机上的通信模块与飞行控制模块连接，电能发射子模块上的通信模块与电能发射子模块的电能发射电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种铁路巡线无人机充电系统，其特征在于：所述电能发射子模块由电源、电能发射电路和电能发射线圈依次串联而成，其中，所述电能发射电路由第一整流电路、逆变电路和相控调谐支路依次串联而成，所述第一整流电路用于将电源的电压互感器二次侧的交流电整流为直流电，所述逆变电路用于将电源提供的直流电逆变为指定频率的交流电，所述相控调谐支路用于在无人机停放位置偏离导致线圈互感和负载电阻变化时，保持原边固有频率恒定；所述电能接收模块由电能接收线圈、电能接收电路、电池管理模块和电池依次串联而成，其中，所述电池管理模块提供给电池符合充电曲线的电能并实时监测电池电量，所述电能接收电路由第二整流电路和调压电路串联而成，所述第二整流电路使得电能接收线圈两端的正弦电压整流为直流电压；所述电能发射线圈和电能接收线圈均为谐振线圈，用于在近场中相互耦合来传输能量。
3.根据权利要求1所述的一种铁路巡线无人机充电系统，其特征在于：所述辅助检测设备包括摄像头及超声波探伤仪或电磁轭探伤仪，用于检查铁路的实时状况。
4.根据权利要求1所述的一种铁路巡线无人机充电系统，其特征在于：所述定位模块设置GPS模块和陀螺仪模块于无人机上，用于确定无人机位置。
5.根据权利要求2所述的一种铁路巡线无人机充电系统，其特征在于：所述电源为采用电压互感器从铁路接触网感应取电的装置。
6.根据权利要求2所述的一种铁路巡线无人机充电系统，其特征在于：所述电能发射线圈为平面螺旋线圈，所述电能接收线圈为空间螺旋线圈。

说明书全文

一种铁路巡线无人机充电系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及无线电能传输和铁路巡线的技术领域，尤其是指一种基于磁耦合谐振式无线电能传输的铁路巡线无人机充电系统。

背景技术

[0002] 二十一世纪交通发展迅速，特别是铁路交通建设已经日趋成熟，并在全世界范围内构建起庞大的线路网络，而庞大的铁路系统需要定期、精细的巡检和维护。在自动控制及无人操作系统尚未普及的年代，大部分国内铁路沿用的检修和维护方式是让铁道工人沿着铁路进行分段式的检修及维护，这种利用人力检修的方式极其耗费时间，其检修时间周期冗长而且操作繁复，并且精度十分低下，效率很低。如今自动控制和无人机技术多方面应用于科技创新、生产、交通、日常生活中，而其中无人机的应用是当下最具有发展前景的项目。

[0003] 无人机具有空中优势，可以多角度、多方位的对铁路情况进行日常检查和故障排查，而且无人机能搭载高精度的巡检器械如超声波探照仪或电磁钢轨探测器，极大程度的提高了巡查的精度性和效率性，其巡查的信息与数据也可通过无人机第一时间发送到基站进行数据的分析和计算。利用无人机代替工人，不仅可以解放人力、提高效率，还可以实现铁道无人化管理的建设，也正符合了当今科技发展的要求。但是由于目前蓄电池技术的限制，通常为了保证无人机的灵活性和小型化，不会在无人机上携带大容量的蓄电池，没有携带大容量蓄电池的无人机面临着续航能力低下、飞行时间过短的问题。现有充电方式仍然以有线充电为主，但这种方式不能充分发挥无人机巡线的灵活性与便捷性。所以，急需提出一种通过非接触方式对无人机进行充电的方法。发明内容

[0004] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供了一种基于磁耦合谐振式无线电能传输的铁路巡线无人机充电系统，该系统能够克服无人机续航能力低的局限性，并且简化充电过程，可以替代传统人工巡线模式，提高巡线效率。

[0005] 为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种铁路巡线无人机充电系统，包括电能发射模块、电能接收模块、定位模块、通信模块以及辅助检测设备，所述电能发射模块由设置于铁路沿线的多个相同的电能发射子模块构成，所述电能接收模块、定位模块、辅助检测设备设置于无人机上，并分别与该无人机的飞行控制模块连接，所述飞行控制模块载入预设定铁路巡线路径、电能发射子模块位置以及选取距离最近电能发射子模块的充电方案，所述无人机和每个电能发射子模块上均安装有通信模块，用于电能发射子模块和无人机之间的通信，无人机上的通信模块与飞行控制模块连接，电能发射子模块上的通信模块与电能发射子模块的电能发射电路连接。

[0006] 所述电能发射子模块由电源、电能发射电路和电能发射线圈依次串联而成，其中，所述电能发射电路由第一整流电路、逆变电路和相控调谐支路依次串联而成，所述第一整流电路用于将电源的电压互感器二次侧的交流电整流为直流电，所述逆变电路用于将电源提供的直流电逆变为指定频率的交流电，所述相控调谐支路用于在无人机停放位置偏离导致线圈互感和负载电阻变化时，保持原边固有频率恒定；所述电能接收模块由电能接收线圈、电能接收电路、电池管理模块和电池依次串联而成，其中，所述电池管理模块提供给电池符合充电曲线的电能并实时监测电池电量，所述电能接收电路由第二整流电路和调压电路串联而成，所述第二整流电路使得电能接收线圈两端的正弦电压整流为直流电压；所述电能发射线圈和电能接收线圈均为谐振线圈，用于在近场中相互耦合来传输能量。

[0007] 所述辅助检测设备包括摄像头及超声波探伤仪或电磁轭探伤仪，用于检查铁路的实时状况。

[0008] 所述定位模块设置GPS模块和陀螺仪模块于无人机上，用于确定无人机位置。

[0009] 所述电源为采用电压互感器从铁路接触网感应取电的装置。

[0010] 所述电能发射线圈为平面螺旋线圈，所述电能接收线圈为空间螺旋线圈。

[0011] 本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

[0012] 通过沿铁路合理设置多个电能发射子模块构成给铁路巡线无人机提供电能的充电系统，并采用磁耦合谐振式无线输电技术，同时在无人机上设置电能接收模块、通信模块、辅助检测设备和定位模块，当无人机在巡线工作中监测电池电量过低时，选择最优的充电方案。总之，本实用新型提供了一种高效便捷的新铁路巡线模式，为铁路巡线无人机续航问题提供了可行的解决方案，大幅提高了无人机的飞行时间和执行任务的灵活性及无人机在铁路巡线过程中的续航能力。附图说明

[0013] 图1为本实用新型所述铁路巡线无人机充电系统的结构框图。

[0014] 图2为电能发射电路的结构框图。

[0015] 图3为电能接收电路的结构框图。

[0016] 图4为无线充电结构示意图。

具体实施方式

[0017] 下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

[0018] 如图1至图3所示，本实施例所述的铁路巡线无人机充电系统，包括电能发射模块1、电能接收模块200、通信模块、辅助检测设备203、定位模块204，所述电能发射模块1由设置于铁路沿线的多个相同的电能发射子模块100构成，所述电能接收模块200、辅助检测设备203、定位模块204设置于无人机2上，并分别与该无人机2的飞行控制模块201连接，所述飞行控制模块201载入预设定铁路巡线路径、电能发射子模块100位置以及选取距离最近电能发射子模块100的充电方案，所述无人机2和每个电能发射子模块100上均安装有通信模块，用于电能发射子模块100和无人机2之间的通信，传输精确的起落位置信息，控制电能发射子模块100的充电通断，无人机2上的通信模块202与飞行控制模块201连接，电能发射子模块100上的通信模块100-4与电能发射子模块的电能发射电路100-2连接。所述电能发射子模块100由电源100-1、电能发射电路100-2和电能发射线圈100-3依次串联而成，其中，所述电源100-1为采用电压互感器从铁路接触网感应取电的装置，所述电能发射电路100-2由第一整流电路100-2-1、逆变电路100-2-2和相控调谐支路100-2-3依次串联而成，所述第一整流电路100-2-1用于将电压互感器二次侧的交流电整流为直流电，所述逆变电路100-2-2用于将电源提供的直流电逆变为指定频率的交流电，所述相控调谐支路100-2-3用于在无人机停放位置偏离导致线圈互感和负载电阻变化时，保持原边固有频率恒定；所述电能接收模块200由电能接收线圈200-1、电能接收电路200-2、电池管理模块200-3和电池200-4依次串联而成，其中，所述电池管理模块200-3提供给电池200-4符合充电曲线的电能并实时监测电池200-4电量，所述电能接收电路200-2由第二整流电路200-2-1和调压电路200-2-2串联而成，所述第二整流电路200-2-1使得电能接收线圈200-1两端的正弦电压整流为直流电压；所述电能发射线圈100-3和电能接收线圈200-1是两个高品质因数的谐振线圈，电能发射线圈100-3为平面螺旋线圈，电能接收线圈200-1为空间螺旋线圈，用于在近场中相互耦合来传输能量。所述辅助检测设备203包括摄像头及超声波探伤仪或电磁轭探伤仪，具体装在无人机2的底部。所述定位模块204设置GPS模块和陀螺仪模块于无人机2上，用于确定无人机2位置。

[0019] 如图4所示，无人机沿预设定线路巡线时，由底部所携带的摄像头及超声波探伤仪或电磁轭探伤仪对铁路进行实时监测，并由通信模块202将监测数据传输回地面站。巡线时，电池管理模块200-3实时监测电池200-4剩余电量。当剩余电量低于预设定值时，电池管理模块200-3发出信号至飞行控制模块201，经动态计算无人机2和附近可选择的电能发射子模块100的距离，选择最优的充电方案。无人机2和电能发射子模块100通过通信模块202、100-4传输精确的起落位置信息，并使发射电能子模块100进行充电开启状态，通过电压互感器从铁路接触网获取电能。电能发射电路100-2中的相控调谐支路100-2-3根据无人机2的停落位置，调整原边电路谐振电感以维持原边固有频率恒定，电能发射电路100-2中的逆变电路100-2-2将直流电转化为指定频率的交流电，经两个高品质因数的电能发射线圈
100-3和电能接收线圈200-1，传输电能至电能接收电路。由电能接收电路200-2中的第二整流电路200-2-1和调压电路200-2-2以及电池管理模块200-3转化为可以给电池200-4可靠供电的电能。当电池200-4充满电时停止充电，电池管理模块200-3发出信号给飞行控制模块201，使无人机2继续巡线工作。

[0020] 以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

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