无人飞行器从输电线感应取电装置的制作方法

本发明是关于无人飞行器从输电线感应取电装置的改进。

背景技术：
：

输电线路无人机巡线是上世纪80年代出现的，随着无人机技术的发展近些年得到较为普遍的应用，但电动无人机留空时间太短成为应用受限的主要问题。主要解决方案是塔上智能充电坞充电，网上公开的《华北电网有限公司科技项目资金申请报告》项目名称为《输电线路智能巡线机器人》的报告中对用铁芯线圈从输电线感应取电的方案有所提及，未有具体实施设想，该报告对无人机巡线的国内外现状及技术方案做了较详细描述，巡线的走行机构目前仍以轮式为主。

本发明的目的是：提供一种无人飞行器从输电线感应取电装置。

技术实现要素：
：

一种无人飞行器从输电线感应取电装置，包括无人飞行器和环状的铁芯，环状的铁芯由两部分组成，可以开合，合在一起时形成环状，铁芯外轴向绕有感应取电线圈，取电时输电线从两部分铁芯组成的环中穿过，有一个承托铁芯和感应取电线圈的平台，平台的底面与无人飞行器的上面相对，平台上有左右两个支承架，支承架上固定有铁芯，其中至少一个铁芯外有感应取电线圈，两个支承架相对放置，当两个支承架靠近时铁芯形成闭合磁路，有一根同时带有左旋螺纹和右旋螺纹的螺杆，螺杆的轴线与铁芯的轴线垂直，螺杆的轴承固定在平台上，螺杆穿过两个支承架，螺杆上同时有与其配合相对配置的左旋螺母和右旋螺母，电动机驱动螺杆转动，左旋螺母和右旋螺母相对移动夹紧两个支承架时可使铁芯闭合。

水平移动的支承架时支承架上固定有水平的导向柱或导向套，平台上有至少三条凸起条，每条凸起条上有至少两个与导向柱或导向套配合的水平孔，螺杆的轴承在凸起条上，凸起条的上半部或全部用螺钉与平台固定，左旋螺母和右旋螺母分别固定在左支承架或右支承架上，支承架的两侧带有滚子。

铰链形式转动的支承架，两个支承架组成一个铰链，平台上有铰链轴的支承，扭转弹簧使两个支承架分开，左旋螺母挤压一个支承架右旋螺母挤压另一个支承架。

平台与螺杆轴线平行的的两边凸起有立壁，立壁的上边沿阻挡输电线过分下降，立壁上至少有一对激光二极管发射器与接收器组成的光电开关，输电线阻挡光线时光电开关发出信号。

平台是盒状的，每个支承架的两侧有垂直轴的滚子，至少一个支承架的两侧同时有水平轴的滚子，每个支承架上固定有半环状的铁芯和感应取电线圈。

带有一对导向罩，导向罩固定在平台上，导向罩上有凹陷，支承架在分开的极限位置时其上固定的感应取电线圈在凹陷下，凹陷的上部有一段斜面或曲面，斜面或曲面引导输电线沿斜面或曲面形式的导向面滑向中间位置。

铁芯分合面下方的平台上的凸起条上固定有至少两根导向柱，支承架上有导向套，导向柱和导向套相互配合，凸起条沿水平孔水平中心线上下剖分为两部分，上下两部分凸起条用螺钉固定。

两个支承架中有一个支承架两侧的水平轴滚子的轴的前部有孔，另一个支承架上对应的部位有与孔配合的轴，两个支承架靠拢时轴插入孔中。

驱动螺杆的电动机是带有减速器的电动机，减速器的的输出轴通过联轴器驱动螺杆，带有减速器的电动机固定在平台的盒壁上。

平台上固定有垂直导柱，无人飞行器上有与垂直导柱配合的垂直导套，无人飞行器可以沿垂直导柱升降，垂直导柱的下端有凸起部，无人飞行器降至垂直导柱下部的下极限位置时可被垂直导柱上的凸起部挡住。

平台上有弹簧活动销，无人飞行器上固定有挂钩，无人飞行器升至接近平台的上极限位置时挂钩上的斜面顶开弹簧活动销后自动锁住。

支承架移动至铁芯闭合位置时将弹簧活动销顶开。

平台上的感应取电线圈和其他设备与无人飞行器之间的连接导线绕成弹簧形状装在平台的垂直导柱内或套在平台的垂直导柱外。

无人飞行器是多旋翼无人飞行器，沿对称线分布的4个旋翼是竖直轴的，主要提供升力，轴线与对称面重合的旋翼是水平轴的，是专用的提供前进动力的旋翼，无人飞行器带有水平轴的尾旋翼，无人飞行器的旋翼带有防护罩，铁芯在闭合位置时无人飞行器用旋翼提供的空气动力沿输电线移动。

驱动螺杆转动的电动机是伺服电动机，自动控制电路根据检测到的感应取电线圈取得的电压高低给伺服电动机发出相应的命令，自动调整两部分铁芯间空气间隙的大小。

铁芯上另外绕有线圈或利用感应取电线圈作为电力线载波通信的收发信线圈。

弹簧活动销受一个减速电动机驱动的凸轮控制。

垂直导柱中至少有一根断面上有开口，弹簧状导线装在带有开口槽的垂直导柱内。

平台也可以依靠电动机驱动的平行四边形连杆推举机构升降，平行四边形连杆推举机构最上端的短连杆铰接处与平台铰接，平行四边形连杆推举机构最下端的长连杆中心的铰接处与飞行器机身向下伸出的板铰接，带有减速器的电动机固定在飞行器机身向下伸出的板上，推举机构最下端的短连杆铰接处铰接有一个推举螺母，推举螺母的螺纹孔轴线与连杆铰链轴的轴线垂直，推举螺母与推举螺杆配合，带有减速器的电动机驱动推举螺杆使平台升降。

发明效果：

本发明的无人飞行器从输电线感应取电装置，使无人飞行器的充电可以在野外无人操控的情况下自动进行，几乎无限增加了无人机的留空时间，使输电线巡线工作变的简单，采用带左右旋螺纹的螺杆传动使结构简单，使除铁芯和感应取电线圈外的附加重量减少，升降平台可以有效防止无人飞行器从输电线感应取电装置在无动力情况下被风吹绕输电线翻转以及便于接近输电线。

附图说明：

1.立壁 2.光电开关 3.支承架 4.碰柱 5.水平轴的滚子 6.水平轴滚子的轴 7.感应取电线圈 8.平台 9.下方滚轮 10.导向柱 11.螺杆 12.凸起条 13.螺母 14.联轴器 15.驱动螺杆电动机 16.垂直导柱 17.铁芯 18.垂直轴的滚子 19.水平旋翼 20.无人飞行器机身 21.挂钩 22.导向罩 23.摄像头 24.尾旋翼 25.凸起部 26.连杆组件 27.无人飞行器下方突出的板 28.推举电机 29.推举螺杆 30.推举螺母 31.水平轴旋翼 32.弹簧活动销 33.扭转弹簧 34.碰杆 35.微动开关 36.铰链式支承架的轴 37.挡弹簧的凸钉 38.活动销导轨 39.减速电动机驱动的凸轮。

图1是带有平动式支承架的取电平台的立体图，

图2是是带有平动式支承架的取电平台与无人飞行器组装在一起时的立体图，

图3是带有平动式支承架的取电平台与无人飞行器组装在一起且无人飞行器带有平行四边形推举机构的立体图，

图4是带有铰链式支承架的取电平台的立体图，

图5是减速电动机驱动的凸轮控制的平动式活动销以及在一起的下滚轮组件的立体图，

图6是支撑架在铁芯闭合位置时碰开的平动式活动销以及在一起的下滚轮组件的立体图，

图7是减速电动机驱动的凸轮控制的摆动式活动销组件的立体图。

具体实施方式：

以下结合实例对本发明进行详细说明：

参见附图1，8是用以承载铁芯感应取电线圈和传动机构等部件的平台，是矩形盒状的，本例中是用塑料制成的带翻边的矩形盒，盒底上有三条平行的凸起条12，沿盒的对称线对称布置，凸起条是矩形断面的条状，每条凸起条有两个与导向柱10或导向套配合的水平孔，三条凸起条上的对应孔同心且贯通，凸起条沿水平孔水平中心线上下剖分为两部分，下部注塑在盒底上，上下两部分凸起条用螺钉固定。凸起条也可以不剖分，整条凸起条用螺钉固定在盒状平台的底面上，圆形管状的导向柱10固定在凸起条上的水平孔中。

若支承架3上带有长的导向套时，导向套可以在两侧凸起条上的水平孔中滑动。

螺杆11的轴承在凸起条上，三条凸起条上都有对应的孔，极限位置微动开关也可以装在两侧凸起条上。

17是铁芯，铁芯呈圆柱筒状，采用硅钢片等高导磁材料制成，沿中心线切分为两半个，7是感应取电线圈，感应取电线圈轴向绕在半环形铁芯的外面，也呈半环形，两个感应取电线圈串联连接，因为感应取电线圈要随支承架移动所以感应取电线圈的引线要绕成弹簧状。

3是支承架，用高分子聚合物制成，上部与感应取电线圈配合，感应取电线圈胶结或树脂浇注固定在上部的半圆槽中，下部有三个孔，左右两侧的孔是导向孔，中间的孔固定有金属制成的左旋或右旋螺母，半圆槽两个端面的壁上各自向外伸出一段，与支承架3是一体的，上面有水平轴的滚子5和垂直轴的滚子18的支承，还有放置微动开关35和碰柱4的孔。

11是螺杆，沿长度的中心线左右各有一段螺纹，其中一边是左旋螺纹另一边是右旋螺纹，螺杆的端部制成齿轮状，带减速器的驱动螺杆电动机的输出轴有齿轮两者通过内齿联轴器连接。

平台8与螺杆轴线平行的的两边凸起有立壁1，立壁的上边沿阻挡输电线过分下降，盒形平台时立壁1就是盒形平台的盒壁。

立壁1上有开关，当输电线接近或触碰立壁的边沿时发出信号。开关有多种形式，例如水平的托板的下方固定有铰链，铰链的一页固定到立壁上，托板的下方固定有角状的压板，压板压动立壁上固定的微动开关。或者尼龙丝用弹簧张紧在两个支架上，两端部触碰微动开关，输电线压迫尼龙丝时发出信号。但最为方便的是采用光电开关，本例中两个立壁上都有一对激光二极管发射器与接收器组成的光电开关2，输电线阻挡光线时光电开关发出信号，光电开关插接或胶结在立壁的上边沿。

为增强支承架上水平轴滚子的轴的支承力，两个支承架中有一个支承架两侧的水平轴滚子的轴6的前部有孔，另一个支承架上对应的部位有与孔配合的轴，两个支承架靠拢时轴插入孔中。

9是输电线下方滚轮，输电线下方滚轮的轴承架镶嵌固定在盒形平台8的底面或盒壁上。当带有平动式活动销时，活动销的导轨与输电线下方滚轮的轴承架制成一体。

支承架也可以采用转动的方式开合，如图4中所示，两个支承架组成一个铰链，盒形平台的盒底上有铰链轴36的支承，扭转弹簧33使两个支承架分开，支承架侧面有凸钉37用于阻挡弹簧施力端，支承架的上部与前述平动的支承架是一样的，与前述相同的一根同时带有左旋螺纹和右旋螺纹的螺杆11穿过两个支承架，左旋螺母挤压一个支承架右旋螺母挤压另一个支承架，螺母的下面有防止其转动的挡板，螺杆的支承镶嵌在盒形平台的盒壁上。带有转动式弹簧活动销时支承架的侧面凸起有碰杆34，碰杆在铁芯闭合位置触碰转动式活动销的一臂使活动销解锁。

为增加无人飞行器从输电线感应取电装置捕捉输电线的捕捉范围，设置有一对导向罩22，导向罩22是塑料制成的薄壁件，导向罩固定在平台上，导向罩上有凹陷，支承架在分开的极限位置时其上固定的感应取电线圈在凹陷下，凹陷的上部有一段斜面或曲面，斜面或曲面引导输电线沿斜面或曲面滑向中间位置。

为防止无人飞行器从输电线感应取电装置在无动力情况下被风吹而绕输电线翻滚，在平台的四角上设有垂直导柱16，垂直导柱可以采用高分子材料制成的管，无人飞行器机身20上有与垂直导柱16配合的垂直导套，无人飞行器可以沿垂直导柱升降，垂直导柱的下端螺固有凸起部25，无人飞行器降至垂直导柱下部的下极限位置时可被垂直导柱上的凸起部25挡住。

平台上有弹簧活动销32，无人飞行器机身上固定有挂钩21，无人飞行器升至接近平台的上极限位置时挂钩上的斜面顶开弹簧活动销后自动锁住。

各极限位置的开关可以采用微动开关也可以采用符合要求的无触点开关。

综合考虑无人飞行器从输电线感应取电装置的主要工作是输电线的巡线工作，有时需要采用挂在输电线上的方式巡线，此时无人飞行器需要用旋翼提供的空气动力沿输电线移动，以及从下方捕捉对准输电线时需要转向灵敏，所以采用的无人飞行器是多旋翼无人飞行器，如图2、图3中所示，无人飞行器机身20是当中一个盒向外伸出六个杆的式样，沿对称线分 布的4个水平旋翼19是竖直轴的，主要提供升力，飞行器带有一个轴线与对称面重合且水平的水平轴旋翼31，该旋翼是专用的提供前进动力的旋翼，无人飞行器带有水平轴的尾旋翼24使转向灵敏，无人飞行器的旋翼带有防护罩防止碰撞损坏。

采用挂在输电线上的方式巡线时不能采用支承架在铁芯闭合位置时碰开弹簧活动销的方式，此时弹簧活动销受一个减速电动机驱动的凸轮控制，如图5、图7所示，图5所示是平动式弹簧活动销，图7所示是转动式弹簧活动销。

由于输电线通过的电流变化很大，有时可能差一个数量级，造成感应取电线圈取得的电压高低差距过大，因此驱动螺杆转动的电动机15可以采用伺服电动机，自动控制电路根据检测到的感应取电线圈取得的电压高低给伺服电动机发出相应的命令，自动调整两部分铁芯间空气间隙的大小，使感应取电线圈取得的电压基本恒定。

由于输电线巡线工作可能处于荒山野岭没有信号的位置，因此充分利用电力线载波通信也是可选的，此时另外绕有线圈或利用感应取电线圈同时作为电力线载波通信的收发信谐振线圈。线圈取得的高频信号通过高通滤波器与工频分离，并谐振与预定收发信频率，通过传统的电力线载波通信信号处理方式取得信号。由于电力线载波通信的频带较窄，只可传达较为简单的信息，如GPS位置、简单命令、单幅图像等信息，但这已经是很有用了。

为方便捕捉输电线和观察输电线，飞行器上有镜头向上的摄像头23，摄像头拍摄的图像用来按预定图像程序校正飞行器位置，由于距离输电线较近更方便观察输电线有无问题。

平台上的感应取电线圈和可能装设的其他设备与无人飞行器之间的连接导线绕成弹簧形状，装在平台的垂直导柱内或套在平台的垂直导柱外，弹簧状导线装在垂直导柱内时，垂直导柱中至少有一根断面上有开口，导线引出线从开口槽中引出，并且在开口槽内移动，为防磨损，可加设防磨套。

有时输电线不方便飞行器特别靠近，此时可采用带有平行四边形连杆推举机构的自举升降平台的机型，如图3中所示：薄片状的连杆平面上有三个孔，其中两个对称线的交汇处有一个中心孔，两头部各有一个孔，孔在中心线上且左右对称，两片这样的连杆在中心孔处铰接起来，多个这样的连杆组用头部的孔顺次串联铰接起来形成平行四边形结构的连杆组件26，这样的一串平行四边形结构的连杆组件的两头各有一组短连杆，短连杆上有两个孔，孔的间距与长连杆上的孔的间距相同，两个短连杆铰接起来，两短连杆另外两端的孔各与一个长连杆铰接起来，形成平行四边形，上端的两个短连杆铰接处与平台铰接起来，下端的两个短连杆铰接处与推举螺母30铰接起来，推举螺母与一根推举螺杆29配合，推举螺杆通过联轴器与减速电机28相连，无人飞行器机身向下伸出一块空心的板27，平行四边形结构的连杆组26在空心板两内壁之间，空心板的下部的对称线上有一个孔，平行四边形结构的连杆组最下边的两片长连杆的中心铰接处通过这个孔与空心板27铰接，减速电机固定在空心板的外壁上。减速电机驱动推举螺杆使平台升降。

这样的平行四边形连杆推举机构也可以两组并联使用，这样机身上需伸下来两块同样的空心板。

大致工作状况是这样的：无人飞行器驮着感应取电装置的平台，从输电线下方接近输电 线，按预定图像程序校正位置使输电线处于平台的正上方且铁芯轴线与输电线轴线接近重合，此时无人飞行器上升，当无人飞行器上升至输电线接近盒形平台的上边沿时，光电开关给出信号，驱动螺杆电动机驱动带有左右旋螺纹的螺杆转动，带动支承架上的两半个铁芯及感应取电线圈向中心靠拢直至铁芯接触或只有很小间隙时，触碰微动开关给出信号使电机停转，同时支承架把平台上的弹簧活动销碰开，无人飞行器靠重力沿平台上的垂直导柱下降至底端，挂在那儿开始充电。充电完成，无人飞行器沿垂直导柱上升，至极限位置时，固定在无人飞行器上的挂钩上的斜面顶开弹簧活动销后弹簧活动销自动将无人飞行器与平台锁住，同时触碰平台底部的微动开关，给出信号使电机驱动螺杆反转，带动支承架上的两半个铁芯感应取电线圈分开，至极限位置时微动开关给出信号，电机停转，无人飞行器下降一定距离至脱离输电线后开始正常巡航。

如采用挂在输电线上的方式巡线，此时无人飞行器用旋翼提供的空气动力沿输电线移动，遇到分裂输电线的分隔子等障碍物时，按程序给出命令信号使电机驱动螺杆反转，带动支承架上的两半个铁芯感应取电线圈分开，至极限位置时微动开关给出信号，无人飞行器下降一定距离至脱离输电线后再前行一段距离避开分裂输电线的分隔子等障碍物后无人飞行器驮着感应取电装置的平台，从输电线下方接近输电线，按预定图像程序校正位置使输电线处于平台的正上方且铁芯轴线与输电线轴线接近重合，此时无人飞行器上升，当无人飞行器上升至输电线接近盒形平台的上边沿时，光电开关给出信号，驱动螺杆电动机驱动带有左右旋螺纹的螺杆转动，带动支承架上的两半个铁芯感应取电线圈向中心靠拢直至铁芯接触或只有很小间隙时，触碰微动开关给出信号使电机停转，无人飞行器再次前进，至再次遇到分裂输电线的分隔子时重复前述工作循环。无人飞行器可以在工作的同时进行充电。如果需要只是挂在输电线上并且无人飞行器旋翼停转时，减速电动机驱动的凸轮将弹簧活动销打开，无人飞行器靠重力沿平台上的垂直导向杆下降至底端，挂在那儿充电。

采用带有平行四边形连杆推举机构的自举升降平台的机型时，飞行器悬停在输电线下方，启动推举机构的电机，平台上升至光电开关给出信号，螺杆转动使铁芯闭合，根据需要挂在那儿充电或上升后巡线。

虽然平台在最简单的情况下可以是一块平板上面固定有螺杆的轴承和传动机构的导轨等，并且平台上也可以承载其他形式的取电感应取电线圈，例如感应取电线圈仅绕在一侧铁芯上，另一侧只是一块铁芯，转动或平动这块铁芯，使其与绕有感应取电线圈的铁芯形成闭合磁路，感应取电线圈可以绕在铁芯的一侧也可以分开绕在两侧，仅只带有水平轴滚轮一侧的支承架移动或两个支承架都移动并采用各自单独的螺杆传动都是可以的，但这些并非是优选的。

平台上也可以承载轮式走行机构。