[发明专利]一种无线电能传输机构及高压取电无线电能传输系统

说明书

本发明属于磁耦合无线电能传输技术领域，具体涉及一种无线电能传输机构及高压取电无线电能传输系统。所述机构包括依次设置的发射单元、多个中继单元和接收单元，发射单元的发射线圈通过中继单元的中继线圈将电能传输给接收单元的接收线圈；每个中继线圈均为双层结构，包括由一根导线绕制而成的前中继子线圈和后中继子线圈；前中继子线圈靠近接收线圈，后中继子线圈远离接收线圈，不同单元间的相邻线圈耦合，不同单元间的非相邻线圈解耦。本发明的多级中继单元中的每个中继线圈均采用双层线圈结构，且不同单元间的相邻线圈耦合，不同单元间的非相邻线圈解耦，从而消除非相邻线圈间的交叉耦合，提升了无线电能传输系统的传输性能。

技术领域

本发明属于磁耦合无线电能传输技术领域，具体涉及一种无线电能传输机构及高压取电无线电能传输系统。

背景技术

目前高压线路在线监测设备的供电方式多采用蓄电池、太阳能电池板或风能发电等。蓄电池定期更换会耗费大量的人力物力，安全隐患也较大；风光发电会受到自然环境条件的限制，应用局限性较大。近年来，一种将无线电能传输（Wireless Power Transfer,WPT）技术与电流互感器（Current Transformer，CT）结合的新型高压输电线路在线监测设备供电解决方案受到广泛关注，被认为是解决线路柱上设备供电电源问题的一种有效解决方案。该方案即通过取电CT在高压线路上感应取能，然后通过无线传能的方式将能量传输至低压侧的用电设备，同时将无线传能系统的耦合机构绕制于绝缘子的伞裙上以实现高低压绝缘。

为满足一定绝缘等级，无线电能传输距离应大于绝缘距离，同时由于应用环境的限制，耦合机构尺寸也十分有限，所以为保证系统在提升传输距离的同时效率较高，现大多采用将多中继的磁耦合机构绕制于绝缘子的伞裙上。然而，WPT系统中多中继结构的出现增加了系统的复杂性，由于多线圈间存在的交叉耦合，在系统中引入了一系列新的设计问题：1）由于交叉耦合的影响，系统谐振参数的配置变得复杂；2）由于交叉耦合增大了系统的非线性，系统会出现频率分裂现象，且分裂情况十分复杂；3）由交叉耦合带来的功率多径传输，对系统传输功率、效率带来了极大的影响。

目前，针对交叉耦合问题，已有的解决措施包括：插入补偿电抗、频率跟踪技术以及阻抗匹配技术。但是由于这些方法只是被动地应对交叉耦合问题，并没有从根本上消除交叉耦合，所以结果并不是十分理想。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种无线电能传输机构及高压取电无线电能传输系统，多级中继单元中的每个中继线圈均采用双层线圈结构，且不同单元间的相邻线圈耦合，不同单元间的非相邻线圈解耦，从而消除非相邻线圈间的交叉耦合，提升了无线电能传输系统的传输性能。

第一方面，本发明提供了一种无线电能传输机构，包括发射单元、接收单元、以及依次设置于发射单元和接收单元之间的多个中继单元，所述发射单元的发射线圈通过中继单元的中继线圈将无线电能传输给接收单元的接收线圈；

每个中继单元的中继线圈均采用双层线圈结构，每个中继线圈包括由一根导线绕制而成的前中继子线圈和后中继子线圈；

一中继单元的前中继子线圈与发射单元的发射线圈或上一中继单元的后中继子线圈相邻，一中继单元的后中继子线圈与接收单元的接收线圈或下一中继单元的前中继子线圈相邻；不同单元间的相邻线圈耦合，不同单元间的非相邻线圈解耦。

优选地，所述发射线圈采用圆形线圈或上下双D形线圈或左右双D形线圈；

所述前中继子线圈采用圆形线圈或上下双D形线圈或左右双D形线圈；

所述后中继子线圈采用圆形线圈或上下双D形线圈或左右双D形线圈；

所述接收线圈采用圆形线圈或上下双D形线圈或左右双D形线圈；

不同单元间相邻的两个线圈采用相同结构的线圈，一单元内的前中继子线圈和后中继子线圈采用不同结构的线圈，一单元内的前中继子线圈与下一单元内的后中继子线圈采用不同结构的线圈。