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专利号: 2022102224853
申请人: 南京师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种绝缘子中继式无线供电系统线圈参数优化方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、根据绝缘子盘直径大小以及外嵌线圈牢固性,确定线圈直径D,线圈包括发射线圈、中继线圈和接收线圈,且各线圈具有相同的尺寸参数;

S2、根据绝缘子串自身外绝缘特性及线圈品质因数Q的要求,选取线圈匝数N和导线线径a;线圈品质因数Q为:其中,ω为工作角频率,L为线圈自感,R为线圈内阻,f为工作频率,μ0为真空系数,a为导线线径,σ为电导率;

S3、以满足在线监测设备的最小供电需求PLmin为前提,以提升传输效率为目标,对中继线圈数量n和线圈排列位置进行优化,方法为:对绝缘子中继式无线供电系统进行建模,通过绝缘子中继式无线供电系统等效电路列写KVL方程:其中, 是高频逆变电压源,ω为工作角频率,RL是等效负载,Ls,Cs,Rs分别是发射线圈的自感,补偿电容和等效内阻,Lr,Cr,Rr分别为接收线圈的自感,补偿电容和等效内阻,Li,Ci,Ri分别是中继线圈i的自感,补偿电容和等效内阻,i∈1,2,…,n; 为发射端的电流,为流过负载RL的电流, 为流过各中继线圈i的电流;Msi是发射线圈和中继线圈i之间的互感,Mir为中继线圈i和接收线圈之间的互感,Mij为中继线圈i和j之间的互感,i≠j,Msr是发射线圈和接收线圈之间的互感;

求解KVL方程得到各线圈回路电流,进一步求解得到系统传输功率和传输效率与各线圈参数的具体表达式;

根据线圈排列位置的限制条件,以满足在线监测设备的最小供电需求PLmin为前提,以提升传输效率为目标,对中继线圈数量n和线圈排列位置进行优化。

2.根据权利要求1所述的一种绝缘子中继式无线供电系统线圈参数优化方法,其特征在于,步骤S1中线圈直径D的选取范围为:D0≤D≤Dmax

其中,D0为绝缘子盘直径,Dmax为不影响线圈外嵌牢固性的最大线圈直径。

3.根据权利要求1所述的一种绝缘子中继式无线供电系统线圈参数优化方法,其特征在于,系统传输功率PL和传输效率η与中继线圈数量n和线圈排列位置的关系表示为:其中,dsi是发射线圈和中继线圈i之间的距离,i∈1,2,…,n;dir为中继线圈i和接收线圈之间的距离,dij为中继线圈i和j之间的距离,j∈1,2,…,n,i≠j;dsr是发射线圈和接收线圈之间的距离;

线圈排列位置存在如下限制:

其中,l为相邻可外嵌线圈位置的绝缘子盘距离,n0为绝缘子盘数量,m为可外嵌中继线圈的绝缘子盘数量,k=1,2,3,…。

4.根据权利要求1所述的一种绝缘子中继式无线供电系统线圈参数优化方法,其特征在于,中继线圈数量为n时的线圈排列方式优化方法为:绝缘子串上中继线圈可外嵌位置分别标记为①,②,…,m,用J1,J2,…,Jn指向的绝缘子串位置分别代表中继线圈1,2,…,n的外嵌位置,n≤m;

当中继线圈数量为n时,初始化k1=1,PL=0,η=0;接着执行以下几个步骤:(1)若k1≤m‑n+1,则J1→k1,k2=k1+1,执行下一步,否则结束;

(2)若k2≤m‑n+2,则J2→k2,k3=k2+1,执行下一步,否则k1=k1+1,返回上一步;

……

……

(n‑1)若kn‑1≤m‑1,则Jn‑1→kn‑1,kn=kn‑1+1,执行下一步,否则kn‑2=kn‑2+1,返回上一步;

(n)若kn≤m,则Jn→kn,利用系统传输功率和传输效率与中继线圈数量和线圈排列位置的关系式计算此时J1,J2,…,Jn‑1,Jn指向绝缘子串中继线圈外嵌位置时对应的系统传输功率PL,传输效率η,记为方案{J1→k1,J2→k2,…,Jn‑1→kn‑1,Jn→kn},对比不同方案性能,保存PL>PLmin且效率最优的线圈位置排列方式,kn=kn+1,继续执行步骤(n),否则kn‑1=kn‑1+1,返回上一步;

其中k1,k2,…,kn‑1,kn的值代表绝缘子串上标记的中继线圈可外嵌位置序号;通过以上步骤,直到k1>m‑n+1,对比当中继线圈数量为n时的所有线圈排列方案性能,得到满足PL>PLmin且效率最优的线圈位置排列方式;

采用上述方式,逐一得到当中继线圈数量n分别为1,2,…,m时对应的最佳线圈排列方式,最后对比各方案性能,确定最佳中继线圈数量n和线圈排列位置。

5.根据权利要求1所述的一种绝缘子中继式无线供电系统线圈参数优化方法,其特征在于,所述绝缘子中继式无线供电系统包括:绝缘子串、发射线圈、中继线圈和接收线圈,绝缘子串包括多个绝缘子盘,发射线圈外嵌于第一个绝缘子盘上,接收线圈外嵌于最后一个绝缘子盘上,中继线圈外嵌于中间部分的绝缘子盘上。

6.根据权利要求5所述的一种绝缘子中继式无线供电系统线圈参数优化方法,其特征在于,发射线圈、中继线圈和接收线圈的形状为空间螺旋型结构,且各线圈具有相同的尺寸参数。

7.根据权利要求5所述的一种绝缘子中继式无线供电系统线圈参数优化方法,其特征在于,中继线圈有多个,且中继线圈数量n不超过中间部分绝缘子盘的数量。