本发明属于无线带电监测技术领域，具体涉及一种基于谐振绝缘子串新结构的高效率无线电能传输系统。
背景技术：
目前高电压线路上的监测设备普遍采用太阳能或风能的供电方式，由于风光具有随机性，导致供能不稳定，进而影响监测设备的运行稳定性和工作性能。近年来随着无线电能传输技术的发展，有学者将无线电能传输技术引入给高压监测设备供电，从线路上通过感应取电，然后在绝缘子两端安装线圈进行能量的传递，这种方式虽然能够提供持续的电能，但不能提供持续稳定的电能，难以达到监测设备对传输功率、效率和距离的要求。
技术实现要素：
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为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供一种基于谐振绝缘子串新结构的高效率无线电能传输系统，可利用带导磁材料的支撑芯棒，谐振绝缘子串，为高电压线路监测设备提供持续稳定的电能功率。
为了解决上述技术问题本发明的所采用的技术方案为：
一种基于谐振绝缘子串新结构的高效率无线电能传输系统，功率发送端接收来自高压线路的电能，功率发送端通过发射线圈、谐振绝缘子串和接收线圈传输电能至功率接收端，功率接收端为负载供电，谐振绝缘子串包括带有导磁材料的支撑芯棒，支撑芯棒的一端套设发射线圈，另一端套设接收线圈，在发射线圈和接收线圈之间的支撑芯棒上套设有绝缘子套，在绝缘子套中沿支撑芯棒轴线方向依次间隔设置数个中继单元。
较佳地，每个中继单元包括串联的一个中继线圈和一个谐振电容；中继单元的频率与功率发射端的频率相同。
较佳地，绝缘子套包括绝缘子增爬裙套和绝缘子伞裙套，数个绝缘子增爬裙套或绝缘子伞裙套依次搭接套设在支撑芯棒上，每个绝缘子增爬裙套或绝缘子伞裙套中设置一个中继线圈以及对应连接于中继线圈的谐振电容。
较佳地，绝缘子套和支撑芯棒之间设有绝缘填充物。
较佳地，功率发送端包括依次连接高压线路的工频整流器和高频逆变器，工频整流器的输入端通过感应线圈连接高压线路，高频逆变器的一个输出端连接发射线圈的一端，高频逆变器的另一端通过发射电容连接发射线圈的另一端。
较佳地，功率接收端包括高频变换器，高频变换器的一个输入端连接接收线圈的一端，高频变换器的另一个输入端通过接收电容连接接收线圈的另一端，高频变换器的输出端用于连接负载。
较佳地，导磁材料包括磁粉、铁芯、永磁体。
较佳地，绝缘子套的材料包括陶瓷、玻璃绝缘子和符合绝缘子。
较佳地，支撑芯棒的两端均设有金具密封件。
较佳地，支撑芯棒用于套设接收线圈的一端接地；支撑芯棒用于套设发射线圈的一端的金具密封件设有夹线槽。
本发明的有益效果在于：利用带导磁材料的支撑芯棒，谐振绝缘子串，为高电压线路监测设备提供持续稳定的电能功率。一方面提高无线电能传输的效率，有效的增大电能传输功率，提高供电稳定性，保障监测装置运行的稳定性与可靠性，另一方面延长电能传输距离，适用于无法采用线路供电的场合，尤其对高电压线路工作无影响。
附图说明
图1为本发明实施例的整体电路结构示意图；
图2为本发明实施例绝缘子套为绝缘子伞裙套时的整体结构示意图；
图3为本发明实施例绝缘子套为绝缘子增爬裙套时的整体结构示意图；
图4为本发明实施例绝谐振绝缘子的磁力线示意图；
图5为本发明实施例绝缘子伞裙套的俯视图；
图6为本发明实施例绝缘子伞裙套的立体图；
图7为本发明实施例绝缘子伞裙套的正视图；
图8为本发明实施例绝缘子增爬裙套的俯视图；
图9为本发明实施例绝缘子增爬裙套的斜视图；
图10为本发明实施例绝缘子增爬裙套的正视图；
图11为本发明实施例支撑芯棒内导磁材料以条状分布时的结构示意图；
图12为本发明实施例支撑芯棒内导磁材料以不均匀形状分布时的结构示意图；
图13为本发明实施例支撑芯棒内导磁材料以粉状非均匀状分布时的结构示意图。
图中：1-高压线路、2-功率发送端，2.1-工频整流器，2.2-高频逆变器，3-功率接收端，3.1-高频变换器，4-谐振绝缘子，5-中继单元，6-负载，7-支撑芯棒，8-绝缘子增爬裙套，9-绝缘子伞裙套，10-填充物，11-导磁材料，12-夹线槽，13-金具密封件。
具体实施方式
一种基于谐振绝缘子串新结构的高效率无线电能传输系统，功率发送端(2)接收来自高压线路(1)的电能，功率发送端(2)通过发射线圈、谐振绝缘子(4)串和接收线圈传输电能至功率接收端(3)，功率接收端(3)为负载(6)供电，谐振绝缘子(4)串包括带有导磁材料的支撑芯棒(7)，支撑芯棒(7)的一端套设发射线圈，另一端套设接收线圈，在发射线圈和接收线圈之间的支撑芯棒(7)上套设有绝缘子套，在绝缘子套中沿支撑芯棒(7)轴线方向依次间隔设置数个中继单元(5)。
每个中继单元(5)包括串联的一个中继线圈和一个谐振电容；中继单元(5)的频率与功率发射端的频率相同。
绝缘子套包括绝缘子增爬裙套(8)和绝缘子伞裙套(9)，数个绝缘子增爬裙套(8)或绝缘子伞裙套(9)依次搭接套设在支撑芯棒(7)上，每个绝缘子增爬裙套(8)或绝缘子伞裙套(9)中设置一个中继线圈以及对应连接于中继线圈的谐振电容。
绝缘子套和支撑芯棒(7)之间设有绝缘填充物(10)。
功率发送端(2)包括依次连接高压线路(1)的工频整流器(2.1)和高频逆变器，工频整流器(2.1)的输入端通过感应线圈连接高压线路(1)，高频逆变器的一个输出端连接发射线圈的一端，高频逆变器的另一端通过发射电容连接发射线圈的另一端。
功率接收端(3)包括高频变换器(3.1)，高频变换器(3.1)的一个输入端连接接收线圈的一端，高频变换器(3.1)的另一个输入端通过接收电容连接接收线圈的另一端，高频变换器(3.1)的输出端用于连接负载(6)。
导磁材料包括磁粉、铁芯、永磁体。
绝缘子套的材料包括陶瓷、玻璃绝缘子和符合绝缘子。
支撑芯棒(7)的两端均设有金具密封件(13)。
支撑芯棒(7)用于套设接收线圈的一端接地；支撑芯棒(7)用于套设发射线圈的一端的金具密封件(13)设有夹线槽(12)。
本实施例的具体方案如下：
绝缘子串是由一根芯棒、两端的金具和中间的若干绝缘子伞裙套(9)构成，绝缘子含伞裙套和护套两部分，内部封装线圈，引出线两端接电容器。所有绝缘子伞裙套(9)首尾连接、相互嵌套黏贴，由磁芯棒串起来，两端采用金具密封，内部填充并固定电容器。
每个绝缘子套中的线圈ln和连接的电容cn串联构成一个回路，接收线圈电感lre与接收电容cre串联，且满足(ltrctr＝l1c1＝l2c2＝…＝lncn＝lrecre)，回路中感应出的高频电流，将高频能量接入功率接收端(3)，经ac/dc高频变换器(3.1)变换成直流向用电设备(负载(6))提供电能。
绝缘子套内封装的线圈向内引出两端接一个电容构成lc串联回路，该回路在能量传输中起到中继的作用，因此对应的线圈和电容分别称为中继线圈和谐振电容。
串联谐振中继单元(5)：在绝缘子伞裙套(9)和绝缘子增爬裙中的串联谐振中继单元(5)有所不同，①把合格的中继线圈按要求整形并抽出头、尾引线，将该线圈封装在绝缘子伞裙套(9)内与串接谐振电容构成lc串联回路；②或将该线圈用硅胶压制成型呈开口环状，在开口处将谐振电容与谐振(中继)线圈的首、尾连接，嵌套在现有伞裙上并用搭接片粘合环形开口处闭合增爬裙。
谐振绝缘子(4)：将若干绝缘子伞裙套(9)在绝缘子支撑磁芯棒上在伞裙套两两首尾相连注入硅胶粘贴好，或在绝缘子伞裙套(9)搭接处接好增爬裙即构成谐振绝缘子(4)串，绝缘子伞裙套(9)、增爬裙和绝缘子本体均具有良好的绝缘。
功率发送端(2)还包括发送电容cdi，功率接收端(3)还包括接收电容cdo。功率发送端(2)的工频整流器(2.1)将高压电能整流，输出电压udcin，电压udcin经高频逆变器你变输出电压uacin；功率接收端(3)的高频变换器(3.1)将从接收线圈lre接收到的电能uacout变换为电压udcout输出，为负载(6)供电。
磁芯棒内导磁材料的分布、尺寸和含量等的合理设计，增大谐振绝缘子串内中继单元的耦合系数，从而提高电能传输效能。导磁材料分布包括“条状”、“不均匀形状”和“粉状非均匀”等形式。
高电压线路取能互感器内部的电磁感应线圈依次连接工频整流器(2.1)、高频整流器和功率发射线圈ltr；谐振绝缘子(4)、伞裙套或增爬裙的内部封装有中继线圈l1～ln和谐振电容c1～cn串联电路的中继单元(5)；从功率发射线圈、中继线圈中继线圈l1～ln到功率接收线圈lre，用含磁性材料(11)的绝缘子支撑芯棒(7)(以下称磁芯棒)依次嵌套和固定，构成电能无线传输的通道；采用含磁支撑芯棒(7)的谐振绝缘子(4)串，增强所有谐振线圈之间的电磁耦合系数，提高传输的效率，增大电能功率。功率接收线圈连接至ac/dc电能变换器和用电设备(负载(6))。
串联谐振中继单元(5)(电路)中的中继线圈l和谐振电容c要与功率发射线圈中高频功率流的频率相匹配，必须符合串联谐振要求，谐振电流(磁力线密度)达到最大。每个中继单元(5)的谐振频率均与功率发射端的频率相同。
绝缘子伞裙套(9)中的中继线圈l1～ln的中心轴与绝缘子本体中心轴重合。
高电压原端感应线圈获取的电能经过电能变换器变换后供给功率发射线圈，功率发射线圈将电能转换成磁场能量，通过磁芯支撑棒与谐振绝缘子(4)的传输通道将电能用无线的方式传递给功率接收端(3)，接收线圈将接收到的磁场能量转换成电能供给副端电能变换器，副端电能变换器将接收到的电能按照要求进行变换，供给高压线路(1)用电设备。
由于绝缘子伞裙套(9)中串联谐振电路的谐振频率是khz或者mhz，对高电压线路本身的电磁场分布没有影响。
高电压感应获取的电能经过工频整流器(2.1)和高频逆变器变换后供给功率发射线圈ltr，发射线圈ltr将电能转换成磁能，通过带有磁性材料(11)的支撑芯棒(7)，与谐振绝缘子(4)和接收线圈lre进行电磁无线传递，接收线圈lre将接收到的磁能转换成电能供给副端的高频变换器(3.1)，副端电能高频变换器(3.1)将连接到的电能按照要求进行变换，供给高电压线路负载(6)也即用电设备。
由磁芯棒支撑谐振绝缘子(4)，将多个谐振绝缘子(4)伞裙套或增爬裙依次嵌套安装构成。在具体实施方案中，谐振绝缘子(4)伞裙套或增爬裙的个数和连接方式根据实际需求而定。
谐振绝缘子(4)串中的串联谐振中继单元(5)的中继线圈l1～ln，采用线径为1mm，匝间距离绝缘为2mm，半径以实用绝缘子为主顺时针绕制线圈，其线圈的起头与收尾定在绝缘子伞裙套(9)的搭接片处，在具体实施过程中，导线的线径、绕制的形状、起始半径等可根据实际需求而定。
高电压线路取能互感器内部的电磁感应线圈依次连接工频整流器(2.1)、高频整流器和功率发射线圈ltr；谐振绝缘子(4)、伞裙套或增爬裙的内部封装有中继线圈l1和谐振电容c1串联电路的中继单元(5)；从功率发射线圈、中继线圈到功率接收线圈lre，用含磁性材料(11)的绝缘子支撑芯棒(7)(以下称磁芯棒)依次嵌套和固定，构成电能无线传输的通道；采用含磁芯棒支撑的谐振绝缘子(4)串，增强所有谐振线圈之间的电磁耦合系数，提高传输的效率，增大电能功率。功率接收线圈连接至ac/dc电能变换器、用电设备。
上述中的谐振绝缘子(4)串和磁芯棒为无线电能传输系统中的主要部件，包括若干谐振绝缘子(4)、伞裙套或增爬裙以磁芯棒为轴，沿轴线分布，每个谐振绝缘子(4)、伞裙套或增爬裙对应一个电能传输中继单元(5)，每个中继单元(5)由中继线圈l与谐振电容c串联而成，两者的参数匹配并满足串联谐振条件，且每个中继单元(5)的谐振频率均与功率发射端的频率相同。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。