[发明专利]高压线路绝缘子上的无线电能传输耦合机构及制作方法

说明书

高压线路绝缘子上的无线电能传输耦合机构及制作方法，该机构主体包括发射端及接收端；发射端和接收端皆包括螺旋式圆形线圈及磁芯；其中，磁芯由均匀分布的支撑架和间距相同的磁芯环构成，高度均与线圈高度一致；最小磁芯环的内侧固定于绝缘子金具上，最大磁芯环的外侧紧贴线圈内壁；根据仿真结果选取支撑架和磁芯环的最优个数；验证该耦合机构的加入不会破坏高压输电线路的绝缘性能。本发明应用于高压线路上跨绝缘子距离的无线电能传输系统，可将线圈固定于绝缘子两端，同时线圈互感得到显著增加，有效提升系统的传输性能。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及高压线路绝缘子上的无线电能传输耦合机构及制作方法。

背景技术

随着科技的不断进步、电力体制的不断改革、国家对电网发展的大力支持，各等级高压输电线路的建设也不断推进和发展。但其通常直接暴露在野外，分布范围广，环境复杂多变，极易遭受破坏。因此需要搭建智能运检系统，在电力杆塔上安装多种传感器，例如覆冰监测、线路舞动与风偏监测、雷电监测、杆塔倾斜监测等。对输电线路的工作状态及其周围环境进行全方位、多功能的实时监测，做到快速、准确判断电力设备存在的安全隐患，对潜在风险提前预警，降低设备故障带来的损失。

高压杆塔上电力监测设备的传统供电方式如锂电池、新能源发电等均存在换电工作繁琐、供电稳定性受环境因素影响大等缺点，已经越来越不能满足智能化在线监测节点快速增容的发展趋势。相对于传统导线式电力传输而言，无线电能传输技术是电力领域的一项新型电能传输技术。磁耦合谐振式无线电能传输技术是无线电能传输领域较为特殊的一种方式，它通过能量发射谐振器将传统电能转化为谐振交变电磁场，将电能隔空传递至接收谐振器中。磁耦合谐振式无线电能传输技术因其传输距离范围广以及能量传输的功率等级高而被应用于电动汽车无线充电等中远距离大功率需求的充电领域中。因此，为解决稳定不间断供电问题，可以直接从高压输电线路获取稳定的电能，并通过磁耦合式的无线传输方式跨越绝缘距离为监测设备供电。

现有技术1(CN114123535A)“特高压输电线路上在线监测设备用无线电能传输耦合机构”机构主体包括：发射端和接收端；发射端包括串联连接的第一线圈和第二线圈和发射端磁芯，接收端包括接收线圈和接收端磁芯；该发明通过优化发射端的内部结构，提升磁通密度分布的均匀性，从而使得无线电能传输耦合机构的磁芯利用率显著提高，更加适合于远距离大电流的无线电能传输。现有技术文件1的不足之处在于没有设计方便安装于高压线路或杆塔上的固定机构，且绕制的线圈尺寸具有局限性。该机构采用的磁芯块为长方体铁氧体条，线圈为扁平螺线管，导致其空间磁场呈非对称分布，磁感应强度分布不均匀，距离磁芯较远处的磁场容易泄露，造成无线电能传输的耦合系数下降。同时梳齿状的磁芯片容易积雪积灰，检修维护较为困难。本申请能直接安装固定于绝缘子两端，不需再考虑如何在高空中稳固线圈位置，并且该机构可以应用于不同电压等级杆塔上的不同线圈尺寸。此外，本申请在线圈内侧环绕的磁芯结构呈中心对称分布，环网状结构可增大自耦区磁阻，将磁场有效地约束在传能区域，增强传能区域的磁场耦合，保证无线电能传输的稳定性。该结构采用镂空设计，避免积水积雪积污，更加适合高压环境下的无线电能传输。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种高压线路绝缘子上的无线电能传输耦合机构及制作方法，应用于高压线路上跨绝缘子距离的无线电能传输系统，可将线圈固定于绝缘子两端，同时线圈互感得到显著增加，有效提升系统的传输性能。

本发明采用如下的技术方案：

高压线路绝缘子上的无线电能传输耦合机构，机构包括：发射端及接收端；发射端包括发射线圈和发射端磁芯，接收端包括接收线圈和接收端磁芯，其中，

发射线圈和接收线圈皆为螺旋式绕制的圆形线圈；

发射端磁芯和接收端磁芯均包括支撑架和同心但不同半径的磁芯环，发射端支撑架和接收端支撑架呈放射性均匀分布，连接最内侧至最外侧的磁芯环，支撑架和磁芯环一体成型制成，发射端支撑架和发射端磁芯环垂直连接，接收端支撑架和接收端磁芯环垂直连接；