一种基于无线输电的矿用电机车充电装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于无线输电的矿用电机车充电装置及方法，在煤矿中使用的电机车，主流电机驱动系统是直流电机驱动系统。可以使用蓄电池的来供应电机所需直流电。煤矿中基于无线输电的矿用电机车充电方法，其特征在于，电车的供电和电机车反馈信息传输都是无线方式，而非有线传输。提供矿用电机车供电的发射端、接收端，都具有分析处理功能，可以通过自动优化配置来为矿用电机车提供电能。包括第一电能调节模块、无线输电模块、无线接收模块、第二电能调节模块、匹配模块、蓄电池、数据反馈模块、数据分析模块、优化配置模块。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线输电的矿用电机车充电装置及方法
本专利技术涉及一种基于无线输电的矿用电机车充电装置及方法。
技术介绍
矿用蓄电池电机车是煤矿井下，水平巷道上，长距离运输的一种重要的运输工具。它在矿井中的煤炭运输及其辅助运输中占着重要的地位。它的优点是成本较低，运输的能力较大，操作较方便，有非工作储备系统等优点。煤矿井下的架线电机车一直是较有争议设备，架线式的电机车是借受电弓从电路上取得电能的。当电机车运行时，受电弓沿着架空线滑动，依靠受电弓接触架空线来获取电能，在接触部分，滑动过程中容易产生电火花，直接暴露的电火花是很容易有事故隐患的。矿用蓄电池电机车的充电方式主要是以有线方式来充电，由于煤矿下电气设备主要是隔爆型电气设备，所以在矿井下电气设备之间的连接线是比较薄弱的环节，再加上这种“有线”的传输方式的接口处频繁插拔、安装容易造成摩擦、损坏，电能传输中很容易产生火花，进而会影响到安全指标。无线输电技术产生比较早，但其发展比较缓慢。在2007年6月，美国麻省理工学院宣布利用电磁共振技术成功的通过无线手段，点亮了一个离电源约2m远的60W灯泡。其开辟了一种全新的无线传输方式，磁耦合共振传输方式，这种传输方式可以达到较长的传输距离，传输效率也相当可观。
技术实现思路
为了克服矿用蓄电池电机车在充电时充电线路的来回插拔、安装带来的不便捷以及传输线路存在的安全问题，本专利技术提出了一种方便快捷，安全系数高的为矿用蓄电池电机车供电的装置，该装置能够在煤矿井下这种环境恶劣情况下，对矿用蓄电池电机车进行无线供电，能够在短时间内快速、高效的为矿用电机车安全的供配电，有效的避免了在煤矿下，因为摩擦、接触火花而引起事故，为煤矿井下提供更加便捷的电机车使用。为实现上述目的，本专利技术的方案是：一种基于无线输电的矿用电机车充电装置及方法，包括位于煤矿井下底板下部的电能无线传输设备和位于煤矿井下底板上部的电能无线接收设备，其中所述的电能无线传输设备和电能无线接收设备是通过无线方式连接的，所述的电能无线传输设备包括第一电能调节模块(1)、无线输电模块(2)、数据分析模块(8)和优化配置模块(9)，所述的电能无线接收设备包括无线接收模块(3)、第二电能调节模块(4)、匹配模块(5)、蓄电池(6)和数据反馈模块(7)。所述第一电能调节模块包括第一整流滤波单元、高频逆变单元和功率放大单元，第一整流滤波单元用于将电网中低频50Hz交流电转化成直流电传输至高频逆变单元，高频逆变单元将直流电变为高频的交流电再输送到功率放大单元将功率放大，为无线输电模块提供能量。所述无线输电模块包括发射天线、发射天线控制模块；所述发射天线中设置有单匝线圈，用于将高频交流电通过磁效应产生交变磁场，再经过发射天线与接收天线的磁耦合共振通道传输能量；所述发射天线控制模块包括天线时分器、中央处理器、存储器；天线时分器用于时分的控制正向电能传输和反向信息传输；中央处理器用于在不需要信息传输时，智能的控制时分器关闭与否；存储器用于存储无线反馈回的数据的，防止丢失。所述无线接收模块包括接收天线、接收天线控制模块；所述无线接收天线用于接收无线输电模块通过磁耦合共振通道发射过来磁能，所述无线接收天线中设置有单匝线圈用于将接收到的磁能通过电磁感应变成交流电能，所述无线接收天线用于发射数据反馈模块反馈的数据传输至发射天线；所述接收天线控制模块和发射天线控制模块功能相同。所述第二电能调节模块包括第二整流滤波单元，主要是用于将交流电转化为适合存储的直流电，传输到所述匹配模块进行匹配。所述匹配模块包括负载匹配模块和自动调节装置；匹配模块选择“T”型匹配网络，通过自动调节装置调节相应参数使得电能通过匹配后更好的存储到矿用电机车的蓄电池中，使蓄电池达到最理想的能量吸收。所述数据反馈模块包括数据采集模块、数据处理模块；所述数据采集模块用于采集第二电能模块输出的功率信息，所述数据处理器用于将采集到的功率信息转化成适合无线传输的形式，加载到无线接收模块上，通过无线接收模块将信息以无线形式反向传送到无线输电模块。所述数据分析模块包括数据的解调模块、数据对比模块；所述数据解调模块用于将无线接收到的数据进行解调，得到适合读取的数据；所述数据对比模块用于将解调后的数据进行分析对比后得出需要优化、调节的信息，分析对比后的信息传输到所述的优化配置模块。所述优化配置模块包括控制电机模块、电机和防爆保护模块，所述优化配置模块用于将需要优化、调节的信息传入控制电机模块中控制电机的旋转，由于电机是和无线输电模块固定着的，所以调节电机旋转就相当于调节无线输电模块相对煤矿井下底板的距离，提高电能传输效率；防爆模块主要是在煤矿井下特殊环境中起保护作用。矿用蓄电池电机车充电装置采用磁耦合共振方式，由电网向矿用蓄电池电机车进行无线供电，在矿用蓄电池电机车中数据采集模块采集到的数据经过编码、调制后，加载到无线接收模块，进行与电能无线传输方向相反的数据无线传输。时分器控制天线能够分时的进行收发能量与数据，由同一个天线系统但方向互相相反的进行能量和数据的无线传输，包括第一电能调节模块、无线输电模块、无线接收模块、第二电能调节模块、匹配模块、蓄电池和数据反馈模块、数据分析模块、优化配置模块。矿用蓄电池电机车优化配置装置分为两部分优化，一部分是在与电机车发生耦合谐振时所需要调整的距离优化，另一部分是在距离确定后，负载的匹配优化。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术提供的方法，使矿用电机车在煤矿下充电时不受输电线路的束缚和特殊环境影响，将电能通过无线方式传输。2.能够有效的提高电机车的充电效率。3.能够提高蓄电池电能吸收能力，防止电能出现不必要的损耗。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。图1是一种基于无线输电的矿用电机车充电装置及方法结构图；图2是一种基于无线输电的矿用电机车充电装置及方法的充电工作流程图；图3是一种基于无线输电的矿用电机车充电装置及方法中的等效线圈耦合电路图；图4是一种基于无线输电的矿用电机车充电装置及方法中的初级线路等效电路图；图5是一种基于无线输电的矿用电机车充电装置及方法中的次级线路等效电路图；图6是一种基于无线输电的矿用电机车充电装置及方法中的次级线路中的T型匹配电路图；图中，1、第一电能调节模块；2、无线输电模块；3、无线接收模块；4、第二电能调节模块；5、匹配模块；6、蓄电池；7、数据反馈模块；8、数据分析模块；9、优化配置模块。具体实施方式参见图1，本专利技术的无线充电装置包括第一电能调节模块1，无线输电模块2，无线接收模块3，第二电能调节模块4，匹配模块5，蓄电池6，数据反馈模块7，数据分析模块8，优化配置模块9组成。所述第一电能调节模块1包括第一整流滤波单元、高频逆变单元、功率放大单元，其中第一整流滤波单元包括整流器和滤波器，整流器负责将电网中50Hz低频交流电转化成脉动直流电，滤波器滤除脉动直流电压中交流成分，降低输出电压的纹波系数，而形成波形较平滑的直流电，再传输至高频逆变单元，通过高频逆变单元将直流电逆变为所需的高频交流电，再输送到功率放大单元将功率放大，从而提供无线输电模块能量来进行能量的无线传输，通过所述第一电能调节模块将高频的交流电能输送至无线输电模块。所述无线输电模块2包括发射天本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线输电的矿用电机车充电装置及方法，其特征在于：包括位于煤矿井下底板下部时电能无线传输设备和位于煤矿井下底板上部的电能无线接收设备，所述的电能无线传输设备和电能无线接收设备无线连接，所述的电能无线传输设备包括第一电能调节模块、无线输电模块、数据分析模块和优化配置模块，所述的电能无线接收设备包括无线接收模块、第二电能调节模块、匹配模块、蓄电池和数据反馈模块；所述第一电能调节模块用于接收电网传输的低频交流电，并将电网中的低频50Hz的交流电能经过整流、逆变成为高频交流电能，并发送给无线输电模块；所述的无线输电模块包括发射天线和发射天线控制模块，所述无线接收模块包括接收天线和接收天线控制模块，所述的发射天线控制模块用于接收第一电能调节模块发送的高频交流电，并通过发射天线内设置的单匝线圈产生交变磁场，以及发射天线和接收天线的共振耦合行成的磁通道，将磁能通过无线的磁通道传输至接收天线，接收天线将接收的磁能通过其内部设置的单匝线圈转换为交流电，再经过接收天线控制模块分时的发送给第二电能调节模块；所述第二电能调节模块用于接收无线接收天线控制模块发送的交流电，并转化为稳定的直流电，传输到所述匹配模块进行匹配；所述匹配模块用于将第二电能调节模块发送的直流电与蓄电池匹配，并传输到蓄电池中进行存储，使蓄电池达到最理想的能量吸收；所述数据反馈模块用于采集第二电能调节模块对电能调节后输出的功率数据，并将所述的功率数据信息加载到无线接收模块，通过无线接收模块将信息以无线形式反向传送到无线输电模块；所述数据分析模块用于将无线输电模块接收到的功率数据进行分析处理，并传输到所述的优化配置模块；所述优化配置模块用于将数据分析模块分析处理后的信息进行转化，控制和调节无线输电模块和无线接收模块的相对位置，提高电能的传输效率。...

【技术特征摘要】
1.一种基于无线输电的矿用电机车充电装置，其特征在于：包括位于煤矿井下底板下部的电能无线传输设备和位于煤矿井下底板上部的电能无线接收设备，所述的电能无线传输设备和电能无线接收设备无线连接，所述的电能无线传输设备包括第一电能调节模块、无线输电模块、数据分析模块和优化配置模块，所述的电能无线接收设备包括无线接收模块、第二电能调节模块、匹配模块、蓄电池和数据反馈模块；所述第一电能调节模块用于接收电网传输的低频交流电，并将电网中的低频50Hz的交流电能经过整流、逆变成为高频交流电能，并发送给无线输电模块；所述的无线输电模块包括发射天线和发射天线控制模块，所述无线接收模块包括接收天线和接收天线控制模块，所述的发射天线控制模块用于接收第一电能调节模块发送的高频交流电，并通过发射天线内设置的单匝线圈产生交变磁场，将磁能通过发射天线和接收天线的共振耦合形成的磁通道传输至接收天线，接收天线将接收的高频磁能通过其内部设置的单匝线圈转换为交流电，再经过接收天线控制模块分时的发送给第二电能调节模块；所述第二电能调节模块用于接收无线接收天线控制模块传输的交流电，并转化为稳定的直流电，传输到所述匹配模块进行匹配；所述匹配模块用于将第二电能调节模块发送的直流电与蓄电池匹配，并传输到蓄电池中进行存储，使蓄电池达到最理想的能量吸收；所述数据反馈模块用于采集第二电能调节模块对电能调节后输出的功率数据，并将所述的功率数据信息加载到无线接收模块，通过无线接收模块将信息以无线形式反向传送到无线输电模块；所述数据分析模块用于将无线输电模块接收到的功率数据进行分析处理，并传输到所述的优化配置模块；所述优化配置模块用于将数据分析模块分析处理后的信息进行转化，控制和调节无线输电模块和无线接收模块的相对位置，提高电能的传输效率；所述无线输电模块包括发射天线、发射天线控制模块；所述发射天线中设置有单匝线圈，用于将高频交流电通过磁效应产生磁场，再经过发射天线与接收天线的磁共振磁通道传输能量；所述天线控制模块包括天线时分器、中央处理器、存储器；天线时分器用于时分的控制正向电能传输和反向信息传输；中央处理器用于在不需要信息传输时，智能的控制时分器关闭与否；存储器用于存储无线反馈回的数据，防止丢失。2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙继平，林鹏，林帅，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11