[发明专利]一种发射角度偏移的矿用无线输电装置

说明书

本申请涉及一种发射角度偏移的矿用无线输电装置，属于无线电能传输技术领域，本申请的矿用无线输电装置，包括第一发射线圈、第二发射线圈和负折射率超材料，通过将第一发射线圈和第二发射线圈之间的夹角设置为18度,并且将负折射率超材料覆盖在二维发射线圈的发射端的方法来进行无线传输，解决了由于全方向无线电能传输系统发射端向四周发散的磁场过于均匀分布，导致接收端在各个方向上的接收功率比较小，并且无法在指定方向上进行远距离的无线电能传输的技术问题。实现了增强夹角范围内的磁场叠加，提高了对矿井下电气设备的无线输电效率、增加传输距离的技术效果。

技术领域

本发明涉及一种无接触电能传输技术，具体涉及一种发射角度偏移的矿用无线输电装置。

背景技术

煤矿井下电气设备供电目前采用有线电缆和蓄电池2种方式，或者是两者的混合。矿井狭小巷道内集中了各类电气设备，井下的电气设备随着工作面的推进也要定期移动，有线供电电缆极大地增加了设备搬迁的工作量，井下狭小巷道中密集的供电电缆使井下电气设备难以维护。在有线电缆难以到达的区域，如采煤工作面回风隅角，传感器只能采用蓄电池供电，井下便携式检测仪或移动通信等设备也由蓄电池供电，为避免在煤矿井下更换蓄电池时破坏防爆结构及性能，防止电池在瓦斯气体中放电引发爆炸，GB3836.2-2010中明确规定包含电池的隔爆型设备在爆炸气体环境中严禁打开外壳；2016年版《煤矿安全规程》也明确规定便携式设备必须在地面充电，机车等移动设备必须在专用充电硐室或者地面充电，专用充电硐室必须有独立的通风系统，禁止在井下充电硐室以外地点对电池(组)进行更换和维修。目前我国煤炭生产企业无论地面充电还是井下充电硐室都是采用传统的有线充电方式；这给矿井安全生产带来了诸多不便。

而无线电能传输是无接触式供电，如果能够在煤矿井下爆炸性环境中实现无线输电，将彻底摆脱“只能到地面或井下专用充电硐室”进行充电的束缚，极大地便捷了煤矿井下电气设备的维护和管理，将为矿井安全生产提供有效的技术保障手段，将会显著提高矿井智能化建设水平。

但迄今为止，无线电力传输领域的许多研究都集中在单方向平面上的无线电力传输系统上，发射线圈和接收线圈必须在同一轴上，或者允许有一定程度的偏斜。

然而，在现实煤矿井下，电气设备的移动是不可避免的。此时，无线电能传输系统在一维层面的传输功率和效率将大大降低。因此，全方向无线电能传输应运而生，目的是为了解决目前无线电力传输结构在使用时限制性过强的问题。发射端的线圈结构因需求不同而迥异，有双线圏结构、三线圈正交结构、四线圈结构、多线圈中继结构、多线圈并联结构等等。

全方向无线传输系统虽然解决了井下电气设备移动对电能传输的限制性问题，但多维发射端向四周发散的磁场过于均匀分布，导致电气设备在各个方向上的接收功率比较小，并且无法在指定方向上进行远距离的无线电能传输。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种发射角度偏移的矿用无线输电装置，通过改变二维发射线圈之间的夹角角度以及添加负折射率超材料的方法来进行无线传输，此种技术能够增强夹角范围内的磁场叠加效果，提高无线输电效率、增加传输距离。

本发明采用的技术方案为：一种发射角度偏移的矿用无线输电装置，包括：发射线圈、负折射率超材料和接收线圈；所述发射线圈包括第一发射线圈和第二发射线圈，且所述第一发射线圈和所述的第二发射线圈按照预设角度相交设置，以形成非正交的二维发射线圈；所述第一发射线圈和所述的第二发射线圈的预设角度为18度；所述负折射率超材料覆盖所述二维发射线圈的发射端；

其中，所述接收线圈非接触地设置于所述二维发射线圈的发射端一侧，且所述接收线圈位于所述发射端的发射信号覆盖范围内；所述二维发射线圈发射的电磁波经过所述负折射率超材料加强后，传输至所述接收线圈。

其中，所述无线输电装置还包括功率源，所述功率源包括：

第一功率源，与所述第一发射线圈电连接，所述第一功率源用于产生与系统频率相同的方波，并将所述方波作为所述第一发射线圈发射端的信号源；