一种多线圈结构机器人无线充电系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及无线供电技术领域，特别涉及一种多线圈结构机器人无线充电系统，包括充电站充电区域，还包括无线连接的充电站功率发射单元和机器人功率接收单元；充电站功率发射单元包括顺序连接的工频电源、重力感应装置、信息解调模块、功率控制模块、功率振荡模块和电磁发射线圈；机器人功率接收单元包括顺序连接的机器人接收线圈、信息调制模块、电池信息检测模块、整流稳压模块和机器人电池；充电站功率发射单元设置在充电站充电区域。该无线充电系统对环境的适应性较强，工作运行时对人工操控要求较低，能高效地为智能机器人充电。该无线充电系统的充电站能根据机器人的停靠位置，设计不同充电方案，减小电能损耗，提升电能传输效率。
【专利说明】
一种多线圈结构机器人无线充电系统
技术领域
[0001]本实用新型属于无线供电技术领域，特别涉及一种多线圈结构机器人无线充电系统。
【背景技术】
[0002]无线供电(无线传能)装置是一种在不依赖电线的情况下，能对电子设备等远距离充电的特殊装置。由于充电不需要物理上的连接，无线供电装置可以布置在各种场所，有效地保证了充电及时性，使其实用性和便利性大大增强。由此，无线供电技术将随时随地充电变为可能。
[0003]如今，电网规模不断扩大、设备不断增加，变电站人工巡检成本随着规模的扩展不断提升，且人工巡检会存在主观原因上疏漏；而恶劣天气情况时，安排人工巡检困难较大，采用变电站智能巡检机器人无疑能很好的解决这个问题。但完成巡检必须要保证电能的持续供应，才能维持变电站智能巡检机器人正常工作，因此无线供电装置的研发被放上了重要议程。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于设计一套供智能机器人无线充电的多线圈结构无线充电系统，可有效提升系统的自动化程度，可以有效避免传统有线电能传输过程中产生火花与触电的危险，同时减少器件接触损耗和相应的机械磨损，对恶劣天气与环境的适应性较强。发射端多线圈结构能够有效增大充电区域面积，降低智能机器人的充电位置停靠精度和要求。
[0005]为实现上述目的本实用新型采用的技术方案是:一种多线圈结构机器人无线充电系统，包括充电站充电区域，还包括无线连接的充电站功率发射单元I和机器人功率接收单元2;所述充电站功率发射单元I包括顺序连接的工频电源11、重力感应装置12、信息解调模块13、功率控制模块14、功率振荡模块15和电磁发射线圈16;所述机器人功率接收单元2包括顺序连接的机器人接收线圈21、信息调制模块22、电池信息检测模块23、整流稳压模块24和机器人电池25;所述充电站功率发射单元设置在所述充电站充电区域。
[0006]上述无线充电系统中，所述电磁发射线圈16采用七线圈结构，所述七线圈结构包括中心一个标准大小的无线充电功率发射线圈，周围均匀分布有六个与中心线圈等大反向的标准大小无线充电功率发射线圈，且七个线圈设在同一水平面上;所述七线圈结构安装在所述充电站充电区域的下方，七个所述无线充电功率发射线圈分别连接七个所述功率振荡模块15，所述七个功率振荡模块15均与所述功率控制模块14连接。
[0007]上述无线充电系统中，所述信息调制模块22将电池信息检测模块23所监测的电池信息调制至433kHz频段，进行无线通信传输。
[0008]上述无线充电系统中，所述电磁发射线圈16与所述机器人接收线圈21之间无线连接。
[0009]上述无线充电系统中，所述信息解调模块13与所述信息调制模块22之间通过高频信号连接。
[0010]上述无线充电系统中，所述功率振荡模块15输出10kHz的高频振荡磁场。
[0011 ]本实用新型的工作流程:充电站功率发射单元I的工频电源11为功率震荡模块15提供输入电压;重力感应装置12通过重力检测给巡检机器人定位;信息解调模块13实现与机器人功率接收单元2的无线电信息交互，并控制功率控制电路14;功率控制电路14控制功率振荡模块15的通断；功率振荡模块15将电源模块11输入的功率振荡为高频振荡电磁场；电磁发射线圈16将功率振荡模块15振荡出的高频振荡磁场进行发射;机器人接收线圈21接收电磁发射线圈16所发射的能量;信息调制模块22调制电池信息检测模块23所检测得到的电池信息，通过高频信号和通信通道发送至信息解调模块13;电池信息检测模块23检测机器人电池25的电池电压等工作信息;整流稳压模块24将接收的能量整流稳压成恒定的直流电，向机器人电池25供电;机器人电池25储存电能，供机器人使用。
[0012]为了提高电能使用效率，充电站功率发射单元可以选择性地在七线圈结构中选择激活某几个离机器人较近的发射线圈，以减小电能损耗，提升电能传输效率。当机器人进入充电区域时，处于待机状态的重力感应装置12自动启动进入正常工作状态;待机器人在充电区域停稳后，重力感应装置12检测确定机器人的停机位置，并将停机坐标发送给无线充电系统的后台管理系统，后台管理系统使用预先设计好的计算软件，以电能传输效率、电能损耗功率和所需充电时间等几个主要的参数，计算出符合工作要求的充电方案；由系统后台传输给充电站功率发射单元I的功率控制电路14，由功率控制电路14再控制充电站功率发射单元中的七个线圈各自连接的功率振荡模块，由此控制各个线圈不同的工作状态。
[0013]本实用新型的有益效果:该无线充电系统对环境的适应性较强，工作运行时对人工操控要求较低，能高效地为智能机器人充电。该无线充电系统的充电站能根据机器人的停靠位置，设计不同充电方案，减小电能损耗，提升电能传输效率。充电站功率发射单元的电磁发射线圈采用多线圈结构能够有效增大充电区域面积，降低智能机器人的充电位置停靠精度和要求。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型实施方式的整体功能示意图；
[0015]图2为本实用新型实施方式的电磁发射线圈的结构示意图；
[0016]图3为本实用新型实施方式的通信通道示意图；
[0017]图4为本实用新型实施方式的电能功率传输通道示意图；
[0018]图5是本实用新型实施方式的充电方案选取过程；
[0019]其中:1_充电站功率发射单元、11-工频电源、12-重力感应装置、13-信息解调模块、14-功率控制模块、15-功率振荡模块、16-电磁发射线圈、2-机器人功率接收单元、21-机器人接收线圈、22-信息调制模块、23-电池信息检测模块、24-整流稳压模块、25-机器人电池。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。如图1所示，本实施方式采用的技术方案如下:一种多线圈结构机器人无线充电系统，包括充电站充电区域，还包括无线连接的充电站功率发射单元I和机器人功率接收单元2;所述充电站功率发射单元I包括顺序连接的工频电源11、重力感应装置12、信息解调模块13、功率控制模块14、功率振荡模块15和电磁发射线圈16;所述机器人功率接收单元2包括顺序连接的机器人接收线圈21、信息调制模块22、电池信息检测模块23、整流稳压模块24和机器人电池25;所述充电站功率发射单元设置在所述充电站充电区域。
[0021]所述电磁发射线圈16采用七线圈结构，所述七线圈结构包括中心一个标准大小的无线充电功率发射线圈，周围均匀分布有六个与中心线圈等大反向的标准大小无线充电功率发射线圈，且七个线圈设在同一水平面上;所述七线圈结构安装在所述充电站充电区域的下方，七个所述无线充电功率发射线圈分别连接七个所述功率振荡模块15，所述七个功率振荡模块15均与所述功率控制模块14连接。采用多线圈结构能够有效增大充电区域面积，降低智能机器人的充电位置停靠精度和要求。
[0022]所述信息调制模块22将电池信息检测模块23所监测的电池信息调制至433kHz频段，进行无线通信传输。
[0023]所述电磁发射线圈16与所述机器人接收线圈21之间无线连接。
[0024]所述信息解调模块13与所述信息调制模块22之间通过高频信号连接。
[0025]所述功率振荡模块15输出10kHz的高频振荡磁场。
[0026]无线充电系统的充电站功率发射单元中，由工频电源11为功率振荡模块15提供输入电压;重力感应装置12通过重力检测给巡检机器人定位;信息解调模块13实现与机器人功率接收单元2的无线电信息交互，并控制功率控制电路14;功率控制电路14控制功率振荡模块15的通断；功率振荡模块15将电源模块11输入的功率振荡为高频振荡电磁场；电磁发射线圈16发射功率，功率振荡模块15振荡出的高频振荡磁场。
[0027]无线充电系统的机器人功率接收单元2中，机器人接收线圈21接收电磁发射线圈16所发射的能量;信息调制模块22调制电池信息检测模块23所检测得到的电池信息，通过高频信号和通信通道发送至信息解调模块13;电池信息检测模块23检测机器人电池25的电池电压等工作信息;整流稳压模块24将接收的能量整流稳压成恒定的直流电，向机器人电池25供电;机器人电池25储存机器人电能，供工作检测中使用。
[0028]如图2所示，机器人充电站电磁发射线圈16的布置结构，该结构一共由七个线圈组成，结构中心是一个标准大小的无线充电功率发射线圈，中心周围平均分散分布有6个与中心线圈等大反向的标准大小无线充电功率发射线圈，七个线圈布置于同一水平面，装配于充电站机器人充电区域的下方，每个线圈连接有独立的功率振荡模块，均由同一个功率控制模块控制，七个电磁发射线圈的工作状态相互独立。
[0029]如图3所示，机器人功率接收单元2与充电站功率发射单元I的通信通道，由以下几个部分组成:信息调制模块22、机器人接收线圈21、电磁发射线圈16和信息解调模块13。信息调制模块22将电池信息检测模块23所监测的电池信息调制至433kHz频段，依靠由机器人接收线圈21、电磁发射线圈16进行无线传输，电池信息以电力载波的型式传送到信息解调模块13，功率控制电路14依据被解调的信息控制功率振荡模块15的发射功率。
[0030]如图4所示，机器人功率接收单元2与充电站功率发射单元I的电能功率传输通道，主要由以下几个部分组成:工频电源11、功率振荡模块15、电磁发射线圈16、机器人接收线圈21和机器人电池25。工频电源11的输出功率经功率振荡模块15振荡为10kHz的高频振荡磁场，通过机器人接收线圈21、电磁发射线圈16两个电磁线圈进行电能的无线传输，振荡功率经过整流稳压模块24的处理，转换成恒定直流电压，供机器人电池充电。
[0031]为了提高电能使用效率，充电站功率发射单元I可以选择性地在七线圈结构中选择激活某几个离机器人较近的发射线圈，以减小电能损耗，提升电能传输效率。本实施方式无线充电系统的充电方案选取过程如图5所示，当机器人刚进入充电区域时，处于待机状态的重力感应装置12自动启动进入正常工作状态。待机器人在充电区域停稳后，重力感应装置12检测确定机器人的停机位置，并将停机坐标发送给无线充电系统的后台管理系统。后台管理系统使用预先设计好的计算软件，根据电能传输效率、电能损耗功率和所需充电时间等几个主要的参数，计算出符合工作要求的充电方案。充电方案计算得出后由系统后台传输给充电站功率发射单元I的功率控制电路14，由功率控制电路14再控制无线充电系统中电磁发射线圈的七线圈各自的功率震荡模块，由此控制各个线圈不同的工作情况。以此来实现减小电能损耗，提升电能传输效率。
[0032]本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
[0033]虽然以上结合附图描述了本实用新型的【具体实施方式】，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。
【主权项】
1.一种多线圈结构机器人无线充电系统，包括充电站充电区域，其特征在于:还包括无线连接的充电站功率发射单元(I)和机器人功率接收单元(2);所述充电站功率发射单元(I)包括顺序连接的工频电源(11)、重力感应装置(12)、信息解调模块(I 3)、功率控制模块(14)、功率振荡模块(15)和电磁发射线圈(16);所述机器人功率接收单元(2)包括顺序连接的机器人接收线圈(21)、信息调制模块(22)、电池信息检测模块(23)、整流稳压模块(24)和机器人电池(25);所述充电站功率发射单元设置在所述充电站充电区域。2.根据权利要求1所述的多线圈结构机器人无线充电系统，其特征在于:所述电磁发射线圈(16)采用七线圈结构，所述七线圈结构包括中心一个标准大小的无线充电功率发射线圈，周围均匀分布有六个与中心线圈等大反向的标准大小无线充电功率发射线圈，且七个线圈设在同一水平面上;所述七线圈结构安装在所述充电站充电区域的下方，七个所述无线充电功率发射线圈分别连接七个所述功率振荡模块(15)，所述七个功率振荡模块(I 5)均与所述功率控制模块(14)连接。3.根据权利要求1所述的多线圈结构机器人无线充电系统，其特征在于:所述信息调制模块(22)将电池信息检测模块(23)所监测的电池信息调制至433kHz频段，进行无线通信传输。4.根据权利要求1所述的多线圈结构机器人无线充电系统，其特征在于:所述电磁发射线圈(16)与所述机器人接收线圈(21)之间无线连接。5.根据权利要求1所述的多线圈结构机器人无线充电系统，其特征在于:所述信息解调模块(13)与所述信息调制模块(22)之间通过高频信号连接。6.根据权利要求1所述的多线圈结构机器人无线充电系统，其特征在于:所述功率振荡模块(15)输出I OOkHz的高频振荡磁场。
【文档编号】H02J50/80GK205489823SQ201620237364
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】涂聪, 王军华, 蔡昌松, 罗思思, 刘雨薇, 赵昇明, 罗郅炜
【申请人】武汉大学