[发明专利]一种矿井提升容器用的磁耦合谐振式无线电能传输系统

说明书

技术领域

本发明涉及磁耦合谐振式无线电能传输领域，特别地，涉及一种矿井提升容器用的磁耦合谐振式无线电能传输系统。

背景技术

矿井提升装备是连接地面与地下的“咽喉设备”，担负着提升煤炭、矸石、下放材料、升降人员和设备的任务。随着科学技术进步和矿井生产现代化要求的不断提高，提升装备也逐步引入新技术，特别是有助于提升设备运行安全和提高矿井提升装备信息化水平的技术，逐步得到应用。

接触式电能传输模式是通过导体之间直接相连的形式传送电能，这种传统的电能传输模式在现代社会中随处可见，为整个社会的发展作出了巨大的贡献。但随着社会的不断发展与进步，这种基于传统理论的接触式供电模式带来的弊端越来越明显，如容易产生磨损、插电产生火花、不易维护，在矿井、油田钻采等场合，采用传统的导线直接接触供电容易因接触摩擦而产生微小电火花，进而引起爆炸，造成重大事故。基于此，无线电能传输技术应运而生。无线电能传输技术又称非接触电能传输技术，该技术由于实现了电源与用电设备之间的完全电气隔离，因而具有安全、可靠、灵活等特点。

目前，矿井提升装备中的提升容器内几乎没有安装信息化、智能化的电子设备服务，不能保证矿井提升容器的安全、可靠、稳定、高效地运行。原因是提升容器所处的环境较特殊，矿井深度一般数百米甚至数千米，提升机卷筒通过钢丝绳吊着矿井提升容器上下，如用有线电缆方式向矿井提升容器供电，供电电缆自身重量就会拉断电缆，其次供电电缆不方便收放。并且，矿井提升容器在矿井井筒内上下的运行速度非常快，可达到15米/秒的速度，提升容器内部与外界的联系非常困难，这些联系包括电能、通信等联系。因此，矿山企业用户在提升容器内仅仅安装了蓄电池用于照明用电。那么，如何连续、稳定、可靠、安全地为提升容器内部提供电能是急需解决的技术问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种矿井提升容器用的磁耦合谐振式无线电能传输系统，以解决矿井提升容器无法安全供电的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种矿井提升容器用的磁耦合谐振式无线电能传输系统，包括：

工业电源；

整流滤波电路，对工业电源提供的工频电网进行整流滤波电路降压、整流、滤波，输出直流电；

高频逆变电路，将所述整流滤波电路输出的直流电利用两个开关对交互导通，形成高频交流方波脉冲；

初级谐振变换电路，包括原边谐振补偿网络和编码电缆内的李磁线电缆线圈；初级谐振变换电路以编码电缆内的李磁线电缆线圈为谐振线圈，在李磁线电缆线圈周围产生高频交变功率磁场；

编码电缆，采用聚氨酯橡胶压制而成，沿矿井侧壁竖直布置；

控制器，包括检测电路、CPU和驱动电路，所述检测电路检测编码电缆内李磁线电缆线圈的谐振电流，CPU判断电流的过零点，并根据过零点状态控制驱动电路完成所述高频逆变电路中的两个开关对的交互导通，使其工作频率与初级谐振变换电路的固有频率一致；

次级谐振变换电路，包括天线和副边谐振补偿网络，天线与编码电缆相距10cm～40cm，并安装于矿井提升容器外壁上；

次级谐振变换电路与初级谐振变换电路固有频率一致，完成电能的无线传输。

优选的，次级谐振变换电路感应出的交变电能经过功率调节器，接入用电设备。

优选的，所述编码电缆的横截面为哑铃状，哑铃中心设置有李磁线电缆和耐高温阻燃填充物，哑铃两端设置有用于增强编码电缆抗拉强度的抗拉钢丝绳，周围填充聚氨酯橡胶。

优选的，所述李磁线电缆一端沿着编码电缆中心纵向铺设，另一端在纵向铺设的李磁线两侧来回波动，两侧的波动高度一致。

优选的，所述的天线为磁耦合接收线圈，成“8”字形。

优选的，所述天线与编码电缆相距20cm。

优选的，控制器完成所述高频逆变电路的软开关逆变，实现ZVS控制。

本发明具有以下有益效果：

本发明使用磁耦合谐振技术，采用了独特的天线和编码电缆作为能量耦合通道，实现电能从地面通过无线的方式传输到矿井提升容器内部。首先，采用防水耐高温的编码电缆，向编码电缆内部的编码李磁线电缆通入交变电流，在控制器的调节控制下，交变电流会产生交变磁场，那么就会在编码电缆周围产生交变磁场，然后，矿井提升容器上的防水天线在交变磁场中谐振耦合感应出感应电能，从而把电能传输到提升容器内部，再经功率调节器调节后就可向矿井提升容器内的用电设备提供电能。