CN110994730B - 一种煤矿井下自主移动设备充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿井下自主移动设备充电装置，该充电装置由移动模块和固定模块组成，所述移动模块是安装在煤矿井下轨道上、沿轨道运行的自主移动设备的一部分，用于驱动自主移动设备行走作业。所述固定模块安装于轨道的一端，用来配合移动模块对自主移动设备的电池进行充电。移动模块中的直流永磁电机既作为电动机又作为发电机，具有复用功能，减少了自主移动设备的内部组成、体积和重量。同时，固定模块与移动模块采用磁性联轴器进行机械连接，不产生电火花，结构简单，解决了煤矿井下自主移动设备在爆炸环境下的安全充电问题。

Description

一种煤矿井下自主移动设备充电装置

技术领域

本发明涉及煤矿井下巡检设备领域，具体说是一种煤矿井下自主移动设备充电装置。

背景技术

煤矿井下自主移动设备能够代替人工，在易燃易爆的危险环境进行巡检、探测等作业，减低劳动风险，提高劳动效率，具有十分重要的意义。

煤矿井下设备为了满足国家防爆标准（GB 3836-2010）对防爆环境电气设备的应用要求，均进行了特殊设计与处理，与一般地面同类设备相比，重量及尺寸都超出很多。煤矿井下自主移动设备通常采用电池供电，用直流电动机驱动设备本身移动，电池采用独立充电机构充电。为了满足较重设备移动的需要，电池一般选用大容量蓄电池，同时独立充电机构也额外增加了移动设备自身重量及尺寸，不利于设备的移动和续航。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种煤矿井下自主移动设备充电装置，该充电装置将用于驱动和充电的电机进行融合复用，结构简单，连接可靠，减少了自主移动设备的重量和体积，同时采用磁性联轴器机械连接传动，结构简单，易于对正连接，不产生任何电火花，实现自主移动设备在煤矿井下的自主移动操作和可靠充电功能。

本发明采用的技术方案是：一种煤矿井下自主移动设备充电装置，该充电装置由移动模块和固定模块组成，所述移动模块是安装在煤矿井下轨道上、沿轨道运行的自主移动设备的一部分，用于驱动自主移动设备行走作业。所述固定模块安装于轨道的一端，用来配合移动模块对自主移动设备的电池进行充电。

所述移动模块包括：电池、控制移动模块移动作业和充电的控制板一、既能工作于电动状态也能工作于发电状态的直流永磁电机、驱动直流永磁电机转动的驱动器、夹在轨道两侧转动，依靠摩擦力带动自主移动设备行走的驱动轮，根据作业工况条件用于调整驱动轮对轨道夹紧力的夹紧电动机、实时反馈驱动轮夹紧力大小的压力传感器、检测夹紧电动机位置的松动限位开关、检测自主移动设备进入充电区域的充电限位开关、将工作于发电状态的直流永磁电机发出的交流电进行整流滤波并具有限制保护功能的整流保护板、为电池充电的充电器、用于与固定模块机械连接的联轴器A、直流永磁电机工作在电动和发电不同工作状态时，用于控制电动回路和发电回路切换的继电器K1和继电器K2。

所述固定模块包括与移动模块的联轴器A机械连接的联轴器B、检测联轴器A与联轴器B配合位置是否到位的联轴器位置传感器、带动联轴器B转动的旋转电动机、将联轴器B和旋转电动机整体沿轨道长度方向前后移动的水平电动机、控制水平电动机和旋转电动机动作的控制板二。

所述控制板一，用于控制继电器K1和继电器K2的通断，保障直流永磁电机能够可靠工作在发电状态或电动状态。

所述控制板一与所述控制板二通过无线方式实时通讯，控制相应电动机动作，完成充电功能。

所述控制板一发送控制命令给控制板二，通过控制旋转电动机的转速，实现充电输入功率的控制，同时控制整流保护板分担消耗部分充电功率，控制充电电流，实现快速充电和普通充电控制。

所述整流保护板采用宽范围电压输入，将交流电整流滤波为稳定的直流电，限制输出的最高电压，防止损坏充电器，同时消耗多余电能，保护电路安全。

所述充电器，实时采集电池的电压、温度以及容量，同时发送给控制板一，并具有充电过压、过流保护功能。

所述联轴器A和联轴器B，采用但不限于磁性联轴器，用于移动模块和固定模块的对正连接，无需精准机械接触。

所述旋转电动机可采用各种电动机，也可采用气动机或柴油机。

该煤矿井下自主移动设备充电装置在自主移动设备进行正常工作时，移动模块中的直流永磁电机工作于电动状态，带动驱动轮转动，使自主移动设备沿轨道运行作业。当电池需要充电时，自主移动设备行进到充电区域，通过联轴器与固定模块机械连接，固定模块旋转电动机带动移动模块的直流永磁电机工作于发电状态，为电池充电。

本发明的有益效果是：本发明中的直流永磁电机既作为驱动自主移动设备移动作业的电动机，又作为自主移动设备充电时的发电机，实现复用功能，减少了自主移动设备的内部组成、体积和重量，有利于自主移动设备的小型化、轻量化设计。同时，本发明中固定模块与移动模块采用磁性联轴器进行机械连接，即不产生电火花，结构又简单、易于对正连接，较好的解决了煤矿井下自主移动设备在爆炸环境下的安全充电问题。

附图说明

图1是本发明的组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。

如图1所示，一种煤矿井下自主移动设备充电装置，该充电装置由移动模块和固定模块两部分组成，所述移动模块是安装在煤矿井下轨道上、沿轨道运行的自主移动设备的一部分，用于驱动自主移动设备行走作业。所述固定模块安装于轨道的一端，用来配合自主移动模块对移动模块的电池进行充电。自主移动设备由巡检装置和移动模块组成。

所述移动模块由电池、控制板一、直流永磁电机、驱动器、夹紧电动机、压力传感器、松动限位开关、充电限位开关、无线通讯模块一、整流保护板、充电器、驱动轮、联轴器A、继电器K1和继电器K2组成。

所述电池为可充电电池，由充电器为其充电，其输出连接驱动器，当直流永磁电机工作在电动状态时，电池为直流永磁电机提供动力。所述控制板一分别与驱动器、夹紧电动机、压力传感器、松动限位开关、充电限位开关、充电器、无线通讯模块一和整流保护板相连，所述直流永磁电机既能工作于电动状态也能工作于发电状态。电动状态时，驱动器通过继电器K1驱动直流永磁电机旋转，直流永磁电机带动驱动轮转动，驱动轮夹紧在轨道上，利用摩擦力带动自主移动设备行走。发电状态时，直流永磁电机的输出通过继电器K2连接整流保护板，整流保护板将直流永磁电机在发电状态时发出的交流电进行整流滤波并输出到充电器，以便为电池充电；夹紧电动机用于调整移动模块的驱动轮夹紧轨道的夹紧力，压力传感器用于实时反馈驱动轮对轨道夹紧力的大小，松动限位开关用于检测夹紧电动机的位置，充电限位开关用于检测移动模块是否到达充电位置；所述联轴器A一端用于与固定模块进行机械连接，另一端通过角轮与驱动轮轮轴的上端连接，驱动轮轮轴的下端与直流永磁电机连接，当直流永磁电机工作在发电状态时，联轴器A带动直流永磁电机旋转发电。

所述固定模块包括联轴器B、联轴器位置传感器、旋转电动机、水平电动机、控制板二和无线通讯模块二。

所述联轴器B用于与移动模块的联轴器A进行机械连接，联轴器位置传感器用于检测联轴器A与联轴器B的配合位置，其输出与控制板二相连；旋转电动机输出带动联轴器B转动，水平电动机用于驱动联轴器B和旋转电动机一起沿轨道前后移动，控制板二分别与水平电动机、旋转电动机和无线通讯模块二相连，用于控制水平电动机和旋转电动机工作，同时通过无线通讯模块二与控制板一进行无线通讯。

本实施例中，所述控制板一通过控制继电器K1和继电器K2通断，实现直流永磁电机在发电状态和电动状态的可靠切换。

所述控制板一与控制板二通过无线方式进行通讯，获取各电动机和传感器的状态数据，控制各电动机动作，完成充电功能。

所述控制板一发送控制命令给控制板二，控制旋转电动机的转速，从而控制充电输入的机械能，实现直流永磁电机发电功率的控制，同时也与整流保护板通讯，控制整流保护板分担消耗部分充电功率，控制充电电流，实现快速充电和普通充电控制。控制板一在电池电量充满或者充电中途随时可控制充电停止。

所述整流保护板采用宽范围电压输入，兼容直流永磁电机发电状态时电压波动及不同发电转速下的电压范围，将交流电整流滤波为稳定的直流电，限制输出的最高电压，防止损坏充电器，同时能够消耗多余电能，保护电路安全。

所述充电器，实时采集电池的电压、温度以及容量，无线通讯发送给控制板一，并具有充电过压、过流保护。

所述联轴器A和联轴器B易于对正连接，无需精准机械接触，采用但不限于磁性联轴器。

所述旋转电动机可采用各种电动机，也可采用气动机或柴油机。

本发明的工作过程为：

a . 当自主移动设备需要充电时，自主移动设备在移动模块的带动下，沿轨道向固定模块方向移动进入充电区域，控制板一判断充电限位开关是否动作，一旦充电限位开关动作，控制直流永磁电机停止转动，使移动模块停车，并与控制板二建立无线通讯。

b . 控制板一控制夹紧电动机反转，使驱动轮离开轨道，以便直流永磁电机工作在发电状态。然后，判断松动限位开关是否动作。若松动限位开关动作，则使夹紧电动机停止转动。控制板一接着控制继电器K1断开，使继电器K2接通，并向控制器二发出执行发电命令。

c . 固定模块的控制器二接到命令后，控制板二控制水平电动机正传，将联轴器B水平移动，以便与联轴器A对接。控制板二判断联轴器位置传感器是否动作，若联轴器位置传感器动作，则控制水平电动机停止转动。此时，联轴器A与联轴器B已机械连接完毕，控制板二控制旋转电动机旋转，从而带动移动模块的直流永磁电机转动，使之进入发电状态。

d . 直流永磁电机发出的交流电经整流保护板整流滤波后，通过充电器为电池充电。充电器实时采集电池的电压、温度以及容量，并判断电池是否完成充电。若充电完成，则充电器向控制板一发出充电完成信号，控制板一收到充电完成信号后，发命令给控制板二使旋转电动机停止转动。然后，控制板二控制水平电动机反转，使联轴器A与联轴器B的连接分开。

e . 联轴器A与联轴器B分开后，控制板一控制夹紧电动机正传，使移动模块的驱动轮夹紧轨道，并检测压力传感器是否符合夹紧压力要求。若夹紧压力符合要求，则控制板一控制继电器K1接通，控制继电器K2断开，从而充电回路断开，电动回路接通。

f . 控制板一控制驱动器使直流永磁电机反方向转动，直流永磁电机工作在电动机状态，带动驱动轮转动从而带动自主移动设备离开充电区域，自主移动设备继续进行正常作业。

本发明并不限于具体实施方式所述的实施例，只要是本领域技术人员根据本发明方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新及保护的范围。

Claims (2)

1.一种煤矿井下自主移动设备充电装置，其特征是：该充电装置由移动模块和固定模块两部分组成，所述移动模块是自主移动设备的一部分，自主移动设备由巡检装置和移动模块组成，并悬挂在轨道上，移动模块用于驱动自主移动设备沿轨道行走；所述固定模块安装于轨道的一端，用来配合移动模块对自主移动设备进行充电；

所述移动模块由电池、控制板一、直流永磁电机、驱动器、夹紧电动机、压力传感器、松动限位开关、充电限位开关、无线通讯模块一、整流保护板、充电器、驱动轮、联轴器A、继电器K1和继电器K2组成；所述电池为可充电电池，由充电器为其充电，电池输出连接驱动器，驱动器连接直流永磁电机；所述控制板一分别与驱动器、夹紧电动机、压力传感器、松动限位开关、充电限位开关、充电器、无线通讯模块一和整流保护板相连，所述直流永磁电机可工作在电动状态或发电状态；工作在电动状态时，驱动器通过继电器K1驱动直流永磁电机旋转，直流永磁电机带动驱动轮转动，驱动轮夹紧在轨道上，利用摩擦力带动自主移动设备行走；直流永磁电机工作在发电状态时，直流永磁电机的输出通过继电器K2连接整流保护板，整流保护板将直流永磁电机发出的交流电进行整流滤波并输出到充电器，为电池充电；夹紧电动机用于调整移动模块的驱动轮的夹紧力，压力传感器用于检测驱动轮对轨道夹紧力的大小，松动限位开关用于检测夹紧电动机的位置，充电限位开关用于检测移动模块是否到达充电位置；所述联轴器A一端与固定模块进行机械连接，另一端通过角轮与驱动轮轮轴的上端连接，驱动轮轮轴的下端与直流永磁电机连接，当直流永磁电机工作在发电状态时，联轴器A带动直流永磁电机旋转发电。

2.根据权利要求1所述一种煤矿井下自主移动设备充电装置，其特征是：所述固定模块包括联轴器B、联轴器位置传感器、旋转电动机、水平电动机、控制板二和无线通讯模块二；所述联轴器B用于与移动模块的联轴器A进行机械连接，联轴器位置传感器用于检测联轴器A与联轴器B的配合位置，其输出与控制板二相连；旋转电动机输出带动联轴器B转动，水平电动机用于驱动联轴器B和旋转电动机一起沿轨道前后移动，控制板二分别与水平电动机、旋转电动机和无线通讯模块二相连，控制板二通过无线通讯模块二与控制板一进行无线通讯。