本實(shí)用新型主要涉及射頻身份識(shí)別技術(shù)RFID和無(wú)線電能傳輸技術(shù)，具體涉及一種基于交疊四發(fā)射線圈的電纜隧道巡檢機(jī)器人無(wú)線充電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無(wú)線供電技術(shù)（無(wú)線傳能）裝置不需要用電纜將設(shè)備與供電系統(tǒng)連接， 便可以直接對(duì)其進(jìn)行快速充電。加之非接觸快速充電能夠布置在多種場(chǎng)所，又可以為各種類型的設(shè)備提供充電服務(wù)，使隨時(shí)隨地充電變?yōu)榭赡堋?/p>

無(wú)線傳能技術(shù)目前主要采用電磁共振耦合技術(shù)，電磁共振耦合技術(shù)主要由電源、電力輸出、電力接收、整流器等主要器件實(shí)現(xiàn)。與電磁感應(yīng)充電方式不同之處在于，磁共振方式加裝了一個(gè)高頻驅(qū)動(dòng)電源，采用兼?zhèn)渚€圈和電容器的LC共振電路，而并非由簡(jiǎn)單線圈構(gòu)成送電和接收兩個(gè)單元。共振頻率的數(shù)值，會(huì)隨送電與接收單元之間距離的變化而改變。當(dāng)傳送距離發(fā)生改變時(shí)，傳輸效率也會(huì)像電磁感應(yīng)一樣迅速降低。為此，可通過(guò)控制電路調(diào)整共振頻率，使送電單元和接收單元的電路發(fā)生共振。

RFID是一種射頻識(shí)別技術(shù)，接受器通過(guò)無(wú)線電信號(hào)，識(shí)別對(duì)象和讀寫數(shù)據(jù)，其廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、商品管理、公共交通管理、安全身份識(shí)別等領(lǐng)域。其環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，對(duì)工作環(huán)境要求低，全天候自動(dòng)識(shí)別，快速響應(yīng)，可穿透非金屬物體，抗干擾、抗沖突能力較強(qiáng)。

在室內(nèi)外定位系統(tǒng)技術(shù)中，中國(guó)的北斗雙星全球定位技術(shù)、歐盟的伽利略全球定位技術(shù)、美國(guó)的GPS全球定位技術(shù)等已得到廣泛應(yīng)用。但在地下電纜隧道中，它們?nèi)菀资艿酵饨缫蛩氐母蓴_和吸收，導(dǎo)致定位誤差很大，甚至不能對(duì)目標(biāo)物體跟蹤定位。自上世紀(jì)九十年代以來(lái)，RFID定位技術(shù)得到快速發(fā)展，應(yīng)用RFID定位技術(shù)可大大提高管理和運(yùn)作效率、較低成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種使用便捷、運(yùn)行可靠、維護(hù)成本低、安全高效的基于交疊四發(fā)射線圈的電纜隧道巡檢機(jī)器人無(wú)線充電系統(tǒng)。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

基于交疊四發(fā)射線圈的電纜隧道巡檢機(jī)器人無(wú)線充電系統(tǒng)，包括發(fā)射單元、接收單元和ZigBee通信模塊，其中：

發(fā)射單元進(jìn)一步包括整流器、高頻逆變器、第一補(bǔ)償電路、發(fā)射線圈、第一電流采集模塊、第一控制器、PWM驅(qū)動(dòng)器和功率控制模塊，整流器、高頻逆變器、第一補(bǔ)償電路、發(fā)射線圈依次相連；第一電流采集模塊用來(lái)采集發(fā)射線圈電流，功率控制模塊用來(lái)控制整流器的輸出功率；第一電流采集模塊和功率控制模塊均連接第一控制器，第一控制器通過(guò)PWM驅(qū)動(dòng)器控制高頻逆變器；所述的發(fā)射線圈為4個(gè)設(shè)于同一平面的相互串聯(lián)的等大圓形線圈，各圓形線圈的圓心圍成正方形，且各圓形線圈彼此部分交疊；

接收單元進(jìn)一步包括接收線圈、第二補(bǔ)償電路、高頻整流器、充電電池、第二電流采集模塊、電壓采集模塊、電量管理單元和第二控制器；接收線圈、第二補(bǔ)償電路、高頻整流器、充電電池依次相連，第二電流采集模塊和電壓采集模塊分別用來(lái)采集充電電流和充電電壓，第二電流采集模塊和電壓采集模塊連接電量管理單元，電量管理單元連接第二控制器；

第一控制器和第二控制器通過(guò)ZigBee通信模塊進(jìn)行無(wú)線連接。

發(fā)射單元中，整流器用來(lái)將交流電整流為直流電；功率控制模塊為整流器的驅(qū)動(dòng)電路，用來(lái)控制整流器的輸出功率。高頻逆變器在PWM驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下，將直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電。高頻交流電在第一補(bǔ)償電路和發(fā)生線圈間發(fā)生諧振，從而發(fā)射線圈周圍產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)。

接收單元中，高頻交變磁場(chǎng)在接收線圈和第二補(bǔ)償電路間發(fā)生諧振，產(chǎn)生同頻的高頻交流電，所產(chǎn)生的高頻交流電用來(lái)給充電電池充電。第二電流采集模塊及電壓采集模塊采集充電電池的電量信息，并送入電量管理單元，電量管理單元向第二控制器送入電量信息。第二控制器利用ZigBee通信模塊把電量信息傳輸?shù)桨l(fā)射單元的第一控制器，第一控制器根據(jù)接收的電量信息進(jìn)一步控制功率控制模塊，控制輸出的直流電的電流電壓大小。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

（1）本實(shí)用新型采用交疊四發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)，通過(guò)降低發(fā)射線圈邊緣的磁場(chǎng)來(lái)增強(qiáng)交疊區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而減小磁場(chǎng)泄露，提高系統(tǒng)能量傳輸效率。

（2）本實(shí)用新型可為以雙纜索作為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的雙纜索導(dǎo)軌式電纜隧道巡檢機(jī)器人進(jìn)行快速無(wú)線充電。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型中發(fā)射線圈的具體示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。

參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型無(wú)線充電系統(tǒng)的具體工作過(guò)程為：電網(wǎng)輸入工頻交流電，整流器在功率控制模塊控制下把工頻交流電整流為直流電。功率控制模塊即整流器中晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)改變晶閘管的開(kāi)始導(dǎo)通角改變整流器的輸出電壓，進(jìn)而控制整流器的輸出功率。高頻逆變器在PWM驅(qū)動(dòng)器下對(duì)g極進(jìn)行控制，保證輸出電流電壓波形盡可能接近高頻正弦波。高頻逆變器輸出的高頻交流電在第一補(bǔ)償電路和發(fā)射線圈間發(fā)生諧振，從而發(fā)射線圈周圍產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)。第一電流采集模塊檢測(cè)發(fā)射線圈中電流并輸入第一控制器中的PI控制器，PI控制器輸出控制信號(hào)控制PWM驅(qū)動(dòng)器的頻率，從而完成頻率跟蹤。

高頻交變磁場(chǎng)在接收線圈和第二補(bǔ)償電路間發(fā)生諧振，產(chǎn)生同頻的高頻交流電，這樣電能就從發(fā)射單元輸送到了接收單元。接收線圈產(chǎn)生的高頻交流電經(jīng)高頻整流器整流后輸出直流電，供給充電電池進(jìn)行充電。第二電流采集模塊及電壓采集模塊分別采集充電電流和充電電壓，即電量信息，并將采集的電量信息送入電量管理單元，電量管理單元向第二控制器送入電量信息。第二控制器利用ZigBee通信模塊把電量信息經(jīng)由氣隙傳輸?shù)桨l(fā)射單元的第一控制器，第一控制器根據(jù)接收的電量信息進(jìn)一步控制功率控制模塊，控制輸出的直流電的電流電壓大小。

參見(jiàn)圖2，本實(shí)用新型采用交疊四發(fā)射線圈替代傳統(tǒng)的單線圈發(fā)射線圈。交疊四發(fā)射線圈包括4個(gè)設(shè)于同一平面的等大圓形線圈，各圓形線圈的圓心圍成正方形，各圓形線圈彼此部分交疊，4個(gè)圓形線圈相互串聯(lián)。交疊四發(fā)射線圈通過(guò)降低發(fā)射線圈的邊緣磁場(chǎng)來(lái)增強(qiáng)交疊區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而減小磁場(chǎng)泄露，提高系統(tǒng)能量傳輸效率。本實(shí)用新型通過(guò)交疊四發(fā)射線圈降低發(fā)射線圈邊緣的磁場(chǎng)，來(lái)增強(qiáng)交疊區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而減小磁場(chǎng)泄露，提高系統(tǒng)能量傳輸效率。