一种用于煤矿井下机器人的无线充电装置的制作方法

本实用新型涉及井下机器人技术领域，特别是一种用于煤矿井下机器人的无线充电装置。

背景技术：

我国煤炭资源总量近6万亿吨，其中埋深在1000m以下的资源量占53%，以煤为主的能源结构是我国能源资源赋存现状的必须选择，并将长期存在，随着浅层煤炭资源的日趋减少，煤炭开发向深部转移，将面临地质条件不清、威胁不明、灾害多发的危险采矿环境，采用智能开采技术是保障煤矿生产安全的重要手段。我国煤矿智能开采实现了综采成套装备巷道及地面控制，形成了“无人操作、有人巡视”的开采模式，但在煤矿井下主煤流运输工作面无人巡检和智能预警方面仍存在困难。为了实现煤矿井下生产过程中“减人、无人”化智能开采，国家应急管理部提出了发展适用于煤矿井下安全生产的38种机器人的研究计划。

目前围绕着煤矿井下的各种机器人的研发，也越来越突出一个问题就是机器人的续航能力和电池充电方式。根据煤矿井下的开采环境，国家应急管理部和煤炭安全开采中心要求井下作业的各种机器人都必须达到防爆的要求，所有下矿的电气设备都必须取得相应的煤矿安全认证。而现有的各种井下智能开采机器人在加上防爆外壳后重量会增加的异常明显，再加上机器人本身的自重和大体积电池的重量，常常使机器人变得异常笨重。而现有的锂电池储存电量的多少又与电池的重量密切相关，在增加电池模组的同时，也会增加机器人本身的自重。不仅如此，目前矿用机器人所携带的电池所储存的电能仅仅能够维持其在中、短巷道工作面续航一个周期甚至不到一个周期就必须返回固定的充电桩进行充电。因此，由于受到电池电量的限制，常常使机器人不能完整的进行一个周期的工作续航，严重影响机器人的作业状态和应用场景。比如在一些超长工作面巷道，机器人的电池续航能力就严重的不足，从而影响煤炭的开采和生产。因此，如何增大矿用机器人的电池续航能力是当前煤炭安全开采领域中研究的重点问题。

目前，矿井采用的各类移动式机器人由于自重过大而对其所携带的电池的续航能力的要求越来越高，现有的矿用机器人所采用的充电方式为停下正在执行的作业内容而返回至固定的充电位置进行有线充电，这种充电方式严重制约着矿用机器人的移动距离和续航能力，大大降低了矿用机器人的工作效率。因此，需要一种用于煤矿井下机器人的无线充电系统及装置在满足井下防爆充电功率的要求下，能够对机器人在作业状态下进行多方位、长时间的充电。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种用于煤矿井下机器人的无线充电装置。

本实用新型所采用的技术方案是：一种用于煤矿井下机器人的无线充电装置，所述无线充电装置包括发射装置和接收装置，所述接收装置包括隔爆外壳a，所述隔爆外壳a外部设置有两个隔爆穿线喇叭口a，所述隔爆外壳a内部设置有接收线圈，所述接收线圈下部设置有接收端控制盒，所述接收端控制盒底部设置有隔爆玻璃a；所述发射装置包括隔爆外壳b，所述隔爆外壳b外部设置有两个隔爆穿线喇叭口b，所述隔爆外壳b内部设置有发射线圈，所述发射线圈下部设置有发射端控制盒，所述发射端控制盒底部设置有隔爆玻璃b。

进一步地，所述隔爆穿线喇叭口a，隔爆穿线喇叭口b均为轴向设置。

进一步地，所述隔爆玻璃a和隔爆玻璃b正反两面均为钢化玻璃，所述钢化玻璃中间夹设有pc耐力板。

进一步地，所述接收线圈和发射线圈均为平面螺旋线圈。

进一步地，所述接收端控制盒内包括滤波电路模块、整流电路模块和电池管理单元模块，所述接收线圈在交变的磁场下会产生交变电流，整流电路模块将电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，然后再采用滤波电路模块来滤去整流输出电压中的纹波，最后输出稳定的直流电来对机器人所携带的可充电电池进行充电。

进一步地，所述发射端控制盒内包括继电器模块、振荡电路模块和放大电路模块，所述继电器模块还与供电电源相连接，所述供电电源提供的直流电经继电器模块到达振荡电路模块以生成一定频率的交变电流，然后通过放大电路模块对生成的交变电流进行增强，增强后的交变电流通过发射线圈产生交变的磁场。

进一步地，所述可充电电池还与电池管理单元相连接，所述电池管理单元对可充电电池组中的单体电池进行温度和电量的监测。

进一步地，当机器人运动超出该发射装置的有效发射范围内时，所述供电电源停止向继电器模块供电。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

（1）接收端控制盒内包含滤波电路模块、整流电路模块和电池管理单元模块；发射端控制盒内包含继电器模块、振荡电路模块和放大电路模块，两个控制盒内各个模块分别在一个电路板上，具有高度集成化、充电电压平稳的优点。

（2）接收线圈和发射线圈均为平面螺旋线圈，采用光刻和腐蚀等工艺制作，具有体积小、不占大量空间、便于集成化安装的优点。

（3）无线充电系统存在多个发射装置，等距离布置于煤矿井下巷道一侧；机器人所携带的接收装置悬挂于可充电电池箱的外侧，可以使机器人不受有线充电线缆的限制，随走随充，方便快捷，无须机器人停止正在作业的工作返回固定点充电等优点。

（4）接收线圈和接收端控制盒、发射线圈和发射端控制盒分别置于隔爆箱内，接收磁场隔爆箱和发射磁场隔爆箱的对立面均采用隔爆玻璃，既能达到煤矿井下瓦斯环境下的安全标准要求，又能非接触式感应充电。

（5）隔爆玻璃由两面用刚化玻璃，中间夹pc耐力板的结构来制作，既能防爆，又能便于发射线圈发射的交变磁场通过钢化玻璃，是接收线圈便于感应。

（6）本实用新型专利所提出的用于煤矿井下机器人的无线充电系统及装置在满足井下防爆充电功率的要求下，能够对机器人在作业状态下进行多方位、长时间的充电，而不需要机器人停下正在执行的作业去固定的充点电进行有线充电。

附图说明

图1为本实用新型用于煤矿井下机器人的无线充电装置的结构示意图；

图2为本实用新型无线充电装置的安装布局示意图；

图3为本实用新型无线充电系统的工作原理示意图。

其中：1-隔爆外壳a，2-隔爆穿线喇叭口a，3-接收线圈，4-接收端控制盒，5-隔爆玻璃a，6-隔爆外壳b，7-隔爆穿线喇叭口b，8-发射线圈，9-发射端控制盒，10-隔爆玻璃b，11-发射装置，12-接收装置，13-滤波电路模块，14-整流电路模块，15-供电电源，16-可充电电池，17-电池管理单元，18-继电器模块，19-振荡电路模块，20-放大电路模块。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明，该实施例仅用于解释本实用新型，并不对本实用新型的保护范围构成限定。

如图1和图2所示，一种用于煤矿井下机器人的无线充电装置，无线充电装置包括发射装置11和接收装置12，接收装置12包括隔爆外壳a1，隔爆外壳a1外部设置有两个隔爆穿线喇叭口a2，隔爆外壳a1内部设置有接收线圈3，接收线圈3下部设置有接收端控制盒4，接收端控制盒4底部设置有隔爆玻璃a5；发射装置11包括隔爆外壳b6，隔爆外壳b6外部设置有两个隔爆穿线喇叭口b7，隔爆外壳b6内部设置有发射线圈8，发射线圈8下部设置有发射端控制盒9，发射端控制盒9底部设置有隔爆玻璃b10，为了防止所发出的交变磁场被其它金属材料所影响，接收线圈3和发射线圈8的对立面均采用隔爆玻璃。

如图3所示，当机器人携带接收装置12运动至固定的无线充电装置的发射装置11附近时，供电电源15提供的直流电经继电器模块18到达振荡电路模块19以生成一定频率的交变电流，其中继电器模块18主要用于在充电过程中的自动调节和安全保护的作用；然后通过放大电路模块20对生成的交变电流进行增强，增强后的交变电流通过发射线圈8产生交变的磁场。

在上述实施例中，根据电磁感应定律，接收线圈3在交变的磁场下会产生交变电流，整流电路模块14将电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，然后再采用滤波电路模块13来滤去整流输出电压中的纹波，最后输出稳定的直流电来对机器人所携带的可充电电池16进行充电。

在上述实施例中，当机器人运动至无线充电装置的发射装置11的有效发射范围内时，该发射装置11通电来对其进行充电；当机器人运动超出该发射装置11的有效发射范围内时，供电电源15停止向继电器模块18供电。可充电电池16还与电池管理单元17相连接，电池管理单元17对可充电电池组中的单体电池进行温度和电量的监测。这样，矿用机器人就无须停下正在执行的作业内容，在作业的过程中长时间的充电，以满足不同的工况条件和长时间的续航要求。

在上述实施例中，无线充电装置的接收装置12安装于机器人所携带的可充电电池的一侧，无线充电装置的发射装置11常可根据实际情况布置于煤矿巷道中，且无线充电装置的发射装置11根据实际情况需要可进行多数量的布置和安装。

在上述实施例中，如对于喷浆机器人，由于其移动距离缓慢且有限，本实用新型所提出的无线充电装置能够对其连续不间断的充电以保证其能持续作业。而对于矿下其它移动距离较远的机器人如巡检机器人，本实用新型所提出的无线充电装置也可以使其长时间的续航而不必受限于电池电量的问题，从而保障机器人能够更加高效的作业。

本实用新型的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本实用新型的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本实用新型的精神，都在本实用新型的保护范围内。