科创中国

一、项目意义

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。

二、技术优势：

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。