[发明专利]用于矿井的无线电能传输装置及其电能传输方法

说明书

本发明公开了一种用于矿井的无线电能传输装置，包括发送端和接收端；发送端安装于矿井的固定位置，接收端安装在矿井的罐笼上；发送端用于将电能转换为高频电源并对外发送，接收端用于接收高频电源并进行存储和对外供电。本发明还公开了所述用于矿井的无线电能传输装置的电能传输方法。本发明通过采用双发射线圈的技术方案，保证接收线圈在预设位置及一定范围内移动时能够保持恒定的功率和效率输出，保证了供电安全，还实现了大功率、远距离、安全、可靠、稳定且高效的磁耦合谐振式无线电能传输。

技术领域

本发明具体涉及一种用于矿井的无线电能传输装置及其电能传输方法。

背景技术

随着经济技术的发展，资源勘探领域也受到了越来越多的重视。深部资源开发是我国的重要发展战略，超深矿井大型提升装备是实现深部资源开发的关键装备。矿井提升装备是连接地面和地下的“咽喉”，矿物、人员、设备都是通过其实现在地面与地下的运输。一旦矿井提升装备出现故障，将会严重影响到工作人员的人身安全，造成不可估量的经济损失。因此矿山对提升装备的安全性要求极高。为了保证在正常和极端条件下，提升装备均能够高效安全的服役，通常会采用大量的传感器对罐笼矿井中的位置和姿态进行感知和检测。由于罐笼处于井下相对隔绝封闭的环境，用电必须满足矿井安全用电规则，因此，罐笼供电也面临着极大的考验。

传统罐笼供电采用蓄电池、拖缆等方法供电，采用蓄电池方法受制于电池容量有限，需要对电池反复拆装。而拖缆方法在超深矿井中使用会引入大量的强电线缆，不仅对线缆长度要求很高，而且线缆和钢丝绳缠绕极易引起更大的安全事故。

如果采用无线电能传输的方式为罐笼供电，现有的无线电能传输技术仍然会存在一些问题：比如，专利号为201410300222.5的专利，公开了一种磁耦合谐振无线充电平台，能够通过均匀磁场特性实现磁耦合谐振无线充电，但是仍然不能克服线圈位置变化导致的传输效率下降问题。专利号为201510301291.2的专利，公开了一种大功率无线充电装置，装置传输距离固定在10cm，且传输功率较小仍然不能满足大功率电能传输的需求。专利号为201810102859.1的专利，公开了一种多级多面磁谐振式无线充电系统，采用双线圈结构实现磁耦合谐振，通过欠压关段等方式解决联接中的相关问题，但该方法对电路传输过程种的能量转化并无帮助，也无法解决磁场变化的相关问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种安全、可靠、稳定且效率较高的用于矿井的无线电能传输装置。

本发明的目的之二在于提供一种所述用于矿井的无线电能传输装置的电能传输方法。

本发明提供的这种用于矿井的无线电能传输装置，包括发送端和接收端；发送端安装于矿井的固定位置，接收端安装在矿井的罐笼上；发送端包括高频电源发生电路、发送端谐振电容和若干个发射线圈，接收端包括接收线圈、接收端谐振电容、电能调理电路和储能电路；高频电源发生电路的输出端并接发送端谐振电容，同时也直接并接若干个发射线圈；接收线圈、电能调理电路和储能电路依次串接，接收线圈和接收端谐振电容并接；高频电源发生电路用于产生高频电源，并通过并联的若干个发射线圈产生交变磁场；接收线圈用于感应发射线圈产生的交变磁场，并与接收端谐振电容产生谐振，从而在在接收线圈中产生交变电流，并通过电能调理电路实现稳定的电能输出并给储能电路供电并储能。

所述的发送端和接收端的谐振频率相同。

所述的发射线圈为两个发射线圈；两个发射线圈的绕制方向相同，且两个发射线圈的轴线重合。

所述的高频电源发生电路包括发送端交流电源电路、发送端整流电路、发送端稳压电路和发送端高频逆变电路；发送端交流电源电路、发送端整流电路、发送端稳压电路和发送端高频逆变电路依次串接；发送端交流电源电路用于提供交流电能；交流电能通过发送端整流电路整流和发送端稳压电路稳压后，再通过发送端高频逆变电路转换为高频交流电。