矿用电机车无线供电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种矿用电机车无线供电系统，包括电网电源、与电网电源相连的初级能量变换模块、安装在矿用电机车上的能量接收装置、能量变换与控制模块；初级能量变换模块与矿用电机车之间采用电磁耦合谐振式电能传输方式，初级能量变换模块为初级线圈侧，矿用电机车的能量接收装置、能量变换与控制模块为次级线圈侧，由能量接收装置接收电能，经能量变换与控制模块变换成矿用电机车可用的电能形式；初级线圈侧的耦合线圈采用分段式供电导轨模式，供电导轨铺设在矿用电机车的运行轨道下，次级线圈侧的耦合线圈为能量接收装置。本发明专利技术解决了传统蓄电池式矿用电机车在应用中存在的诸多问题，可提高矿用电机车的续航能力、安全性能和可靠性能。

Wireless power supply system for mine electric locomotive

The invention discloses a motor vehicle wireless power supply system, including power supply, and power supply connected to the primary energy conversion module, installed in the motor vehicle on the energy receiving device, energy conversion and control module; electromagnetic coupling resonant power transmission between the primary energy conversion module and motor vehicle, primary the energy conversion module is the primary coil side, motor vehicle energy receiving device, energy conversion and control module for the secondary coil side by the energy receiving device receives electric energy, the energy conversion and control module for a motor vehicle into usable electricity; coupling coil primary coil side adopts segmented power supply rail mode the power supply rail laying, the orbit of electric locomotive in coal mine under the coupling coil secondary coil side energy receiving device. The invention solves the problems existing in the application of the traditional accumulator type mine electric locomotive, and can improve the endurance, the safety performance and the reliable performance of the mining electric locomotive.

【技术实现步骤摘要】
矿用电机车无线供电系统
本专利技术涉及无线供电
，特别是涉及一种矿用电机车无线供电系统。
技术介绍
矿用蓄电池电机车是我国矿山普遍使用的辅助运输设备，电机车运输系统主要包括轨道、矿车、牵引设备和辅助机械设备等，常与装矿设备、带式输送机或无轨运输设备等组成有效的运输系统。按照供电电源性质不同，矿用电机车有直流电机车和交流电机车，目前蓄电池直流电机车在煤矿中的应用最为广泛。目前的矿用电机车，每台一般配备2～3套铅酸蓄电池组，重量达1吨左右。电机车上的蓄电池组的电量用尽后，需要用吊车取下，换上充好电的蓄电池组。由于铅酸蓄电池能量密度低，使用寿命短，维护成本高，导致电机车运行效率低，运输费用高，并且铅酸蓄电池存在高成本和高污染问题，废弃的蓄电池还会对环境产生严重的污染。另外，矿用电机车的供电模块与驱动设备是分开设计的，占用电机车较大的空间，稳定性及安全性不高。因此亟需提供一种新型的矿用电机车供电系统来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种稳定、安全、环保的矿用电机车无线供电系统，以突破现有蓄电池供电矿用机车存在的技术瓶颈。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种矿用电机车无线供电系统，包括电网电源、与电网电源相连的初级能量变换模块、安装在矿用电机车上的能量接收装置、能量变换与控制模块；初级能量变换模块与矿用电机车之间采用电磁耦合谐振式电能传输方式，初级能量变换模块为初级线圈侧，将电网电能变换为高频交流电能，经初级线圈侧发送；矿用电机车的能量接收装置、能量变换与控制模块为次级线圈侧，由能量接收装置接收电能，经能量变换与控制模块变换成矿用电机车可用的电能形式；初级线圈侧的耦合线圈采用分段式供电导轨模式，供电导轨铺设在矿用电机车的运行轨道下，次级线圈侧的耦合线圈为能量接收装置。在本专利技术一个较佳实施例中，矿用电机车内还包括车载蓄电池、三相交流电动机，车载蓄电池与能量变换与控制模块输出端相互连接、其输出端与能量接收装置相连，所述车载蓄电池为稳定电压的储能装置，分别为能量变换与控制模块、能量接收装置提供电源。在本专利技术一个较佳实施例中，初级能量变换模块包括依次连接的EMI滤波电路、初级线圈整流电路、高频逆变电路、初级线圈补偿电路；EMI滤波电路用于消除外界噪声的差模干扰和共模干扰，以及降低系统的电磁辐射；初级线圈整流电路用于将交流电整流成直流电；高频逆变电路用于将低压直流电逆变为高频交流电；初级线圈补偿电路采用串联电容实现初级线圈的谐振补偿。进一步的，高频逆变电路包括IGBT开关管Q1—Q4、电容Cp1—Cp4、反馈二极管VD1—VD4，IGBT开关管Q1—Q4组成全桥电路，反馈二极管VD1与电容Cp1并联后与Q1的集电极、发射极并联，反馈二极管VD2与电容Cp2并联后与Q2的集电极、发射极并联，反馈二极管VD3与电容Cp3并联后与Q3的集电极、发射极并联，反馈二极管VD4与电容Cp4并联后与Q4的集电极、发射极并联。进一步的，初级线圈补偿电路包括依次串联的补偿电容Cp、初级线圈电感Lp和初级线圈电阻Rp，补偿电容Cp的另一端、电阻Rp的另一端连接于高频逆变电路的后级。为降低高频逆变电路中开关管的开关损耗，利用电容Cp1—Cp4、线圈电感Lp和电网电源组成零电压谐振软开关电路。进一步的，高频逆变电路与初级线圈补偿电路之间还设有发射端控制器，用于控制单个供电导轨的通断。在本专利技术一个较佳实施例中，能量接收装置、能量变换及控制模块包括依次连接的次级线圈补偿电路、次级线圈整流电路、Buck-Boost电路、三相逆变桥电路、三相交流电动机；次级线圈补偿电路采用串联电容实现次级线圈的谐振补偿；次级线圈整流电路用于将交流电整流成直流电；Buck-Boost电路用于对次级线圈整流电路输出的直流电进行升降压及稳定输出电压；三相逆变桥电路用于输出交流电，控制三相交流电动机的运转及转速。进一步的，次级线圈补偿电路包括依次串联的补偿电容Cs、次级线圈电阻Rs和次级线圈电感Ls，补偿电容Cs的另一端、次级线圈电感Ls的另一端与次级线圈整流电路的前级相连。进一步的，Buck-Boost电路包括开关管S1、电感L3、二极管D9和电容C5，二极管D9和电容C5串联后与电感L3并联，开关管S1与电感L3串联，开关管S1的通断由PWM脉冲控制。Buck-Boost电路用于调节无线供电系统输出，此电路由Boost电路和Buck电路级联而成，有较宽的输出电压范围，并且可以为主电路提供过压保护。Buck-Boost电路采用PID闭环控制，调节PWM控制脉冲，稳定无线供电系统的电能输出。在本专利技术一个较佳实施例中，每段供电导轨侧边的两端均安装有检测矿用电机车是否在供电导轨上的检测传感器。检测传感器与发射端控制器配合使用，若矿用电机车在供电导轨上，则本段供电导轨通电；若矿用电机车不在供电导轨上，则本段供电导轨断电，以减少系统能量浪费。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用分段导轨与矿用电机车电磁耦合谐振式无线供电方案，相比传统的蓄电池供电具有供电安全、可靠、环保的优点，且机车自重减轻40％，毋须充电房及充电设备，不存在因蓄电池无电而中途停车的事故，保证了机车的运输安全；(2)本专利技术的无线供电技术充电灵活、便捷，通过在轨道上铺设供电导轨，可以实时为工作中的电机车提供电能，这样的电能补给方式，可增加电机车的续航能力，提高电机车的有效载荷；(3)矿用电机车的供电模块和驱动设备采用一体化设计方案，大大节约了电机车的内部使用空间，利用无线电能传输不受非导体介质的影响，相关装置可设计成密封性极好的模块，从而提高了电机车的稳定性、安全性和可靠性；(4)供电导轨采用分段式设计，应用更加灵活，矿用电机车在供电导轨上即供电，不在供电导轨上即断电，减少了系统能量浪费，节能环保。附图说明图1是本专利技术矿用电机车无线供电系统一较佳实施例的结构示意图；图2是所述分段式供电导轨的结构示意图；图3是所述供电导轨的高频配电模式的原理框图；图4是所述初级能量变换模块的电路原理图；图5是所述能量接收装置、能量变换及控制模块的电路原理图；图6是采用串联电容补偿方式无线供电的电路原理图；图7是在磁共振时耦合线圈间的能量交换示意图；图8在非磁共振时耦合线圈间的能量交换示意图；图9是采用Buck-Boost功率调整电路的闭环控制原理框图；附图中各部件的标记如下：1、供电导轨，2、检测传感器，3、矿用电机车。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。请参阅图1和图2，本专利技术实施例包括：一种矿用电机车无线供电系统，包括电网电源、与电网电源相连的初级能量变换模块、矿用电机车3、安装在矿用电机车3上的能量接收装置、能量变换与控制模块。具体的，能量接收装置安装在矿用电机车3的底盘上，能量变换与控制模块置于矿用电机车3内部，与能量变换与控制模块输出端相连的还包括车载蓄电池、三相交流电动机，车载蓄电池与能量变换与控制模块输出端相互连接、其输出端与能量接收装置相连，所述车载蓄电池为稳定电压的储能装置，分别为能量变换与控制模块、能量接收装置提供电源。初级能量变换模块与矿用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿用电机车无线供电系统，其特征在于，包括电网电源、与电网电源相连的初级能量变换模块、安装在矿用电机车上的能量接收装置、能量变换与控制模块；初级能量变换模块与矿用电机车之间采用电磁耦合谐振式电能传输方式，初级能量变换模块为初级线圈侧，将电网电能变换为高频交流电能，经初级线圈侧发送；矿用电机车的能量接收装置、能量变换与控制模块为次级线圈侧，由能量接收装置接收电能，经能量变换与控制模块变换成矿用电机车可用的电能形式；初级线圈侧的耦合线圈采用分段式供电导轨模式，供电导轨铺设在矿用电机车的运行轨道下，次级线圈侧的耦合线圈为能量接收装置。

【技术特征摘要】
1.一种矿用电机车无线供电系统，其特征在于，包括电网电源、与电网电源相连的初级能量变换模块、安装在矿用电机车上的能量接收装置、能量变换与控制模块；初级能量变换模块与矿用电机车之间采用电磁耦合谐振式电能传输方式，初级能量变换模块为初级线圈侧，将电网电能变换为高频交流电能，经初级线圈侧发送；矿用电机车的能量接收装置、能量变换与控制模块为次级线圈侧，由能量接收装置接收电能，经能量变换与控制模块变换成矿用电机车可用的电能形式；初级线圈侧的耦合线圈采用分段式供电导轨模式，供电导轨铺设在矿用电机车的运行轨道下，次级线圈侧的耦合线圈为能量接收装置。2.根据权利要求1所述的矿用电机车无线供电系统，其特征在于，矿用电机车内还包括车载蓄电池、三相交流电动机，车载蓄电池与能量变换与控制模块输出端相互连接、其输出端与能量接收装置相连。3.根据权利要求1或2所述的矿用电机车无线供电系统，其特征在于，初级能量变换模块包括依次连接的EMI滤波电路、初级线圈整流电路、高频逆变电路、初级线圈补偿电路；EMI滤波电路用于消除外界噪声的差模干扰和共模干扰，以及降低系统的电磁辐射；初级线圈整流电路用于将交流电整流成直流电；高频逆变电路用于将低压直流电逆变为高频交流电；初级线圈补偿电路采用串联电容实现初级线圈的谐振补偿。4.根据权利要求3所述的矿用电机车无线供电系统，其特征在于，高频逆变电路包括IGBT开关管Q1—Q4、电容Cp1—Cp4、反馈二极管VD1—VD4，IGBT开关管Q1—Q4组成全桥电路，反馈二极管VD1与电容Cp1并联后与Q1的集电极、发射极并联，反馈二极管VD2与电容Cp2并联后与Q2的集电极、发射极并联，反馈二极管VD3与电容Cp3并联后...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝龙记，王宾，吴谦，崔高艺，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34