[发明专利]用于低电位与高电位之间的无线功率传递的系统、以及高压断路器

说明书

本发明涉及用于无线功率传递的系统(1)，该系统包括功率传递设备(2)，该功率传递设备(2)包括电容器单元(6)和电感器单元(4)，电容器单元(6)和电感器单元(4)串联连接以形成LC谐振电路。电感器单元(4)被设计为形成具有环形形状的包络(5)，该包络形成了具有至少一匝的电感线圈，其在包络外部生成了用于无线功率传递的振荡磁场。每一匝的端部借助于绝缘间隙而彼此电气绝缘，并且通过包络内部的导线而适当地连接。在包络内部配置电容器单元(6)，使得包络包裹电容器单元以及电容器单元与电感器单元之间的导线。

技术领域

本发明涉及一种用于无线功率传递的系统，该系统包括至少一个功率传递设备，该功率传输设备包括串联连接以形成LC谐振电路的电容器单元和电感器单元。特别地，本发明涉及一种适用于在高压环境中功率传递的系统。本发明还涉及一种使用这种系统的高压断路器。

背景技术

在高压系统中，在通常位于离地面一定高度、相对于地面电位很高(高达几百kV)的区域，需要辅助电源的情况并不少见。这是操作各种设备所必需的，其中一些设备涉及基本功能，诸如为断路器供电、为电池充电或维护用于状态监测的通信。例如，致动高压断路器的一种标准方法是利用电机充能弹簧结构(位于地面电位)与绝缘杆一起操作。通常，电机较为庞大，机构较为复杂，并且绝缘杆在一定时间内只传输单个机械脉冲。将电力无线传递到处于高电位的系统的部分、以容易地操作断路器(例如，通过处于高电位的电机或致动器、以及其他设备)将是非常方便的。因此，需要能够无线供电的设备，诸如位于高电位的断路器、传感器和能源存储装置等等。

这里的高电位是指相对于地面1kV以上的电压。为了避免闪络，高电位区域通常位于离地面电位一定距离的地方，最高可达几米。电压越高，需要离地的距离越远，例如，在空气中150kV需要1.2m的间隙。因此，问题在于如何在如此大的距离从地面传递功率以便到达要供电的设备。

进行这样的功率传递的已知方法原理上是通过使用磁耦合的LC谐振器的磁感应。然而，在高压环境下，尖锐的边缘和金属部件的细节可能发生严重问题，诸如，部分由放电引起的问题，并且最坏的情况是由于尖锐的边缘周围的电场梯度过大而产生电弧。为了将能量带上高电位区域，必须解决该问题。CN205355968公开了一种使用LC谐振电路的、用于在高压环境中的无线功率传输的系统。该功率传输系统包括发射线圈、接收线圈和重复线圈。发射线圈和接收线圈分别设置在高电位和地电位。重复线圈设置在发射线圈与接收线圈之间。重复线圈具有沿着等电位表面的曲线形状，以在发射线圈与接收线圈之间形成平滑的电场分布。该文件中没有提到电容器在系统中的使用。在高压环境下使用电容器的问题是，除非采取适当的屏蔽措施，否则电容器的导电内部结构和连接导线可能有尖锐的边缘，这导致上述电场梯度过大。因此，这种屏蔽措施是任何可接受的设计解决方案的必要组成部分。

US2016/284459A1公开了一种空气磁芯装置，其具有由在螺旋形状中包裹的板状结构形成的第一环形，并且包括空气芯。该装置进一步具有第二环形，该第二环形以同心方式包络第一环形。本文件描述了一个实施例，其中该装置用于传递功率。然后，该环形被两个地方的绕组环绕，其中一个绕组将功率传递给环形，并且另一个绕组将该功率接收。由于绕组的存在，该装置不能用于高压环境下不同电位之间的功率传递。此外，由于绕组环绕着环形，不能认为功率传递是无线的，因为发射器和接收器像传统的变压器那样是物理上分离的实体。

发明内容

本发明的目的是至少部分地克服上述问题，并提供一种适合于在高压环境下的无线功率传递的系统。

该目的通过权利要求1所定义的用于无线功率传递的系统来实现。

该系统包括功率传递设备，该功率传递设备包括串联连接的电容器单元和电感器单元，以形成适用于无线功率传递的LC谐振电路。根据本发明，电感器单元被设计为形成具有环形形状的包络，该包络形成了具有至少一匝的电感器线圈，并且每一匝的端部借助于绝缘间隙而彼此电气绝缘。在包络内部配置电容器单元，使得包络包裹电容器单元以及电容器单元与电感器单元之间的导线。