[发明专利]一种非侵入式磁场取能装置及输出功率提升方法

权利要求书

1.一种非侵入式磁场取能装置输出功率提升方法，其特征在于，包括：

构建非侵入式磁场取能装置功率密度评估模型，所述非侵入式磁场取能装置包括磁芯及缠绕在所述磁芯上的取能线圈；

将所述非侵入式磁场取能装置功率密度评估模型进行功率密度对于所述磁芯的叠片边长与磁柱直径比例系数的函数求导；

根据所述导函数求解所述叠片边长与所述磁柱直径的最优比例；

根据所述最优比例设计所述非侵入式磁场取能装置；

所述非侵入式磁场取能装置功率密度评估模型为：

其中，为功率密度，P为输出功率，V为磁芯的体积，为负载电阻，ω为导体电流的角频率，为真空磁导率，为磁芯相对磁导率，l_core为磁柱长度，I为导体电流，a_core为磁柱直径，k为叠片边长与磁柱直径的比例系数，为取能线圈中心到导体的距离，d_W为线圈线径，K=2l_eq/a_core，d=[1-(2/K)²]^0.5，l_eq为磁路长度，b为叠片厚度，λ为取能线圈材料电阻率。

2.根据权利要求1所述的非侵入式磁场取能装置输出功率提升方法，其特征在于，所述构建非侵入式磁场取能装置功率密度评估模型，包括：

将所述磁芯等效为长直磁芯，计算等效后的磁路长度；

基于所述磁芯的退磁系数及所述磁芯的相对磁导率，计算所述磁芯的有效磁导率，所述退磁系数根据所述磁路长度与所述磁柱直径确定；

获取缠绕所述磁芯的取能线圈匝数、取能线圈有效截面积及取能线圈所处位置的磁感应强度；

基于法拉第电磁感应定律，计算所述取能线圈两端产生的感应电压；

根据所述感应电压、负载电阻及取能线圈内阻计算所述非侵入式磁场取能装置的输出功率；

根据所述输出功率及磁芯的体积，计算所述非侵入式磁场取能装置的功率密度，得到非侵入式磁场取能装置功率密度评估模型。

3.根据权利要求2所述的非侵入式磁场取能装置输出功率提升方法，其特征在于，所述感应电压的表达式为：

其中，U_S为取能线圈两端产生的感应电压，a为叠片边长。

4.一种非侵入式磁场取能装置，其特征在于，所述非侵入式磁场取能装置包括磁芯，所述磁芯采用叠片边长与磁柱直径最优比例设计，所述最优比例根据权利要求1-3任一项所述的非侵入式磁场取能装置输出功率提升方法确定。

5.根据权利要求4所述的非侵入式磁场取能装置，其特征在于，所述非侵入式磁场取能装置，包括：能量转换装置、补偿网络装置及电能变换装置，其中，

所述能量转换装置包括磁芯及缠绕在所述磁芯上的取能线圈，所述取能线圈用于将导体所产生磁场的能量转换为工频交流电压，所述磁芯用于提高感应电压；

所述补偿网络装置包括补偿电容，所述补偿电容用于与取能线圈自感谐振；

所述电能变换装置包括整流模块，所述整流模块用于将工频交流电变换为直流电，对输电线路传感器电池进行供电。