[发明专利]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

说明书

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；发射端磁芯包括第一磁芯块、第二磁芯块、第三磁芯块、第四磁芯块和第五磁芯块；其中，第二磁芯块和第三磁芯块高度相同，且第二磁芯块和第三磁芯块的高度低于第一磁芯块的高度；第四磁芯块和第五磁芯块高度相同，且第四磁芯块和第五磁芯块的高度低于第二磁芯块和第三磁芯块的高度。本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。

技术领域

本发明属于空间传感器无线电能传输技术领域，具体涉及特高压输电线路上 在线监测设备用无线电能传输耦合机构。

背景技术

随着国家电力行业的深入发展，高压、超高压乃至特高压输电线路成为电力 输送的中坚力量。通常会在高压输电线路上安装在线监测设备来及时反馈输电线 路的状态信息。高压输电线路在线监测设备能够对输电线路的工作状态进行全方 位，多功能的实时监测，特别是在恶劣气候或外界环境下，由于在线监测设备的 使用即时反馈了监测信息，防患于未然。然而随着在线监测技术的普及，供电问 题成为了在线监测设备亟待解决的问题之一。

作为新型供电模式的无线电能传输技术，由于其为电力驱动的电子设备提供 了一个新的能量获取方式，具有高安全性、高可靠性、高自由度等优点，在电动 汽车、消费电子，智能家居等应用场景下有着巨大的发展潜力。磁耦合谐振式无 线电能传输技术利用发射端将电能转换为高频交变电磁场，将电能隔空传递至接 收端。磁耦合谐振式无线电能传输因其传输距离远、功率等级高被广泛应用于中 远距离的充电领域中。磁耦合器是在磁耦合谐振式无线电能传输能量转换的关键 环节，其结构、参数设计直接关联到系统性能。然而，在远距离的无线电能传输 领域，为了适应更长的传输距离和更大的传输电流，以现有技术1 (CN113644756A)“无线电能传输的多发射线圈形成磁波束聚焦的方法及装置” 为代表，将多个发射线圈的圆心按照等边三角形排列，形成磁感应强度为0的抵 消平面，调整发射线圈之间的距离，对比发射线圈之间互感的变化，在发射线圈 之间的互感最小时，即获得多个发射线圈阵列的最优结构。通过最优结构，将多 个发射线圈产生的磁场波束汇聚到接收线圈，能够最大限度的提高能量传输效率， 以达到提高无线充电传输距离的目标。但是，这样的磁耦合器存在磁耦合机构尺 寸大，磁芯材料利用率低等亟待解决的问题。

此外，对于远距离无线电能传输系统，一次电流较大时可能出现铁芯饱和。 如图1，为单发射线圈磁芯内部磁通密度沿水平方向分布图，当发射端只有一个 发射线圈且磁芯沿长边的厚度是均匀的，则铁芯内的磁通密度沿长边的分布是不 均匀的，通过有限元仿真结果可知，此时的磁链集中在线圈下方即磁芯中心的地 方，磁通密度在磁芯中心位置最高，在线圈覆盖下的磁芯外围磁通迅速降低，此 时在磁芯边缘仍采用同等厚度的磁芯使得磁芯利用率低。

综上，需要研究一种适用于500kV输电线路远距离传输的在线监测设备用 无线电能传输耦合机构。

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，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。

本发明采用如下的技术方案。

一种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。

本发明提出的无线电能传输耦合机构中，发射线圈包括串联连接的第一线圈 和第二线圈；

发射端磁芯包括第一磁芯块、第二磁芯块、第三磁芯块、第四磁芯块和第五 磁芯块；

第一线圈绕制在第一磁芯块的一端，第二线圈绕制在第一磁芯块的另一端；