带式输送机是煤矿开采过程中重要的运输设备,用于井下的带式输送机存在输送距离长、环境恶劣、工作量大等特点。随着信息技术的发展,智能巡检机器人逐渐代替人工成为带式输送机常用的巡检手段,但是巡检机器人的传统接触式有线充电方式存在众多安全隐患。因此,为解决智能巡检机器人在井下的充电问题,本文研究设计一套井下无线充电系统,保证智能巡检机器人的续航时间,提高巡检机器人的充电效率,从而实现巡检机器人高效工作。本文主要研究内容如下:一、分析目前三种主流的无线电能传输技术,研究无线电能传输在各个领域内的应用现状,根据巡检机器人井下充电的设计需求,结合井下工作环境,对井下无线充电系统进行总体方案设计,确定磁耦合谐振式无线电能传输技术为井下无线充电系统的技术支撑,说明系统的基本构成和工作原理,设计了系统无线通信功能和巡检机器人自主充电功能。二、对井下无线充电系统的传输特性进行理论研究和优化。确定磁耦合机构采用串联谐振结构、两线圈模式和S-S型补偿网络,建立系统等效电路模型,推导出系统的输出功率和传输效率公式,分析影响系统传输效率的关键参数,利用Matlab仿真软件分别研究系统谐振频率、线圈耦合系数和负载阻值与井下无线充电系统传输特性的关系,通过遗传算法和粒子群算法的寻优对比,将改进的自适应粒子群优化算法应用到系统参数寻优中,得出一组参数最优值,以提高系统的传输效率。三、对井下无线充电系统的磁耦合机构进行优化制作。利用AnsysMaxwell电磁仿真软件分析计算线圈的磁场分布和耦合系数,确定采用平面双圆盘结构线圈,且确定线圈的匝距、半径和匝数等绕制参数。研究了线圈偏移对井下无线充电系统传输效率的影响,通过粒子群优化算法对线圈偏移进行优化。为磁耦合机构设计了铝制外壳搭配平面铁氧体磁芯的屏蔽装置,即起到了屏蔽电磁干扰的作用,又达到提高系统传输效率的目的。根据磁耦合机构的优化设计,制作磁耦合机构实物,并测试线圈的相关电气参数,为后期仿真和实验提供参数依据。四、设计了系统电路部分和充电控制策略,通过对Buck变换电路采取双环PID控制来实现功率的调节,利用Matlab/Simulink仿真软件,建立系统模型并分析仿真结果,证明了井下无线充电系统的可行性。搭建井下无线充电系统整体样机,进行功能测试实验,表明系统电路运行无误,可以实现无线充电功能。分别进行最佳工作频率测试、最佳传输距离测试、线圈偏移测试,分析工作频率、传输距离、线圈偏移对系统传输效率的影响,验证仿真的正确性,得到系统运行的最佳传输距离为H=6cm,从而实现提高巡检机器人充电效率的目标。