CN107359027A - 一种新型复合绝缘子及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力设备领域，尤其涉及一种新型复合绝缘子及其制备方法。本发明提供了一种新型复合绝缘子，包括：PCB基板材料、线圈与电容；所述线圈、所述电容均与所述PCB基板材料的铜箔层焊接，所述线圈、所述电容与所述PCB基板材料构成一个共振结构；所述共振结构设置于所述复合绝缘子的伞裙内部。本发明还提供的新型复合绝缘子的制备方法，本发明的新型复合绝缘子一方面能够为高压在线监测设备的无线供电技术提供实际设备的支撑，解决输电线路上监测设备的就地电能供给的问题，另一方面能合理使谐振器与高压输电线结合使用，使得谐振器能在高压输电线上正常稳定的运行。

Description

一种新型复合绝缘子及其制备方法

技术领域

本发明属于电力设备领域，尤其涉及一种新型复合绝缘子及其制备方法。

背景技术

我国的输电线路在地理上跨度大，分布范围广，并常经过一些自然条件恶劣的地区，为保障输电线路的运行安全，需要有人员周期性的对线路进行巡检。随着技术的发展，在线监测设备在该领域得到了广泛应用，节省了大量的人力物力，受高压输电线路本身的环境影响以及成本限制，在高压输电线路周围，不可能再与平常电压变换一样采用变压器来进行高压到低压的变换，因此，输电线路上的供电设备市电的应用受到限制，在线监测设备本身的持续可靠供电问题一直没有得到非常妥善的解决。目前，在实际应用中，在能量收集端多是利用太阳能或者风能的形式来收集自然界中的能量，但是该种方式均易受天气等随机因数的影响，在光照或者风力较弱的情况下，收集到的能量有限，输出功率变化较大，因此在负载前端，均需要配置储能电池作为补充电源，以实现对负载的持续供电，但是蓄电池的充放电次数有限，需要定期更换，维护成本高，在极端天气以及长期阴雨情况下，电能耗尽后天法得到及时的补充，将会影响在线监测装置的正常工作。

目前，有学者提出在高压输电线上进行磁共振耦合无线电能传输，一边收集能量一边将能量传输。磁共振无线电能传输最基础的模块就是谐振器，谐振器是由线圈和电容电气连接形成，能够将高频的能量转换成为电磁场，并散发至其周围的环境当中，然而，谐振器中一般使用铜线将线圈与电容连接，铜线比较软，使得谐振器的结构不稳定，而且导线连接的谐振器本身并不能固定形状，特别是在高压输电线路的应用上，因此，整个线圈结构的固定就非常重要，现在还没有研发出一种使谐振器在高压输电线上的合理安装和固定的方法，特别是对于多谐振器的固定与高压输电线路现场安装，从而使高压输电线上进行多谐振器的磁共振耦合无线电能传输还处于理论研究阶段。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的内嵌谐振器的新型复合绝缘子有效解决了谐振器在实际高压线路上的放置与固定问题，使得谐振器能在高压输电线上能稳定、正常的运行。

本发明提供一种新型复合绝缘子，包括：PCB基板材料、线圈与电容；

所述线圈、所述电容均与所述PCB基板材料的铜箔层焊接，所述线圈、所述电容与所述PCB基板材料构成一个共振结构；

所述共振结构设置于所述复合绝缘子的伞裙内部。

作为优选，所述共振结构上表面压接有保护层；所述保护层为PCB基板材料层。

作为优选，还包括：绝缘垫片；所述绝缘垫片用于将所述共振结构固定在所述复合绝缘子的伞裙内部。

其中，所述绝缘垫片为使用绝缘材料制备得到的垫片；所述绝缘垫片的大小形状不做限制。

作为优选，所述线圈与电容共振电路结构置于所述复合绝缘子大伞裙内部。

作为优选，所述线圈的数量为一个或多个。

其中，所述线圈的数量由高压环境下的能量传输距离与功率大小而定。

作为优选，所述电容为贴片电容。

其中，电容为现有技术的电容，本发明选择的贴片电容为优选方案，其他电容不一一赘述。

作为优选，所述PCB基板材料具体为PCB电路板。

更为优选，所述PCB基板材料为FR4。

本发明还公开了一种新型复合绝缘子的制备方法，包括：

步骤1)将线圈和电容焊接在PCB基板材料的铜箔层中，使得所述线圈通过PCB基板材料上的铜箔层与所述电容电气连接，得到共振结构；

步骤2)将所述共振结构安装于复合绝缘子伞裙模具的预置位置中，得到复合绝缘子伞裙模具，对所述复合绝缘子伞裙模具进行注胶、硫化和脱模后，得到初级复合绝缘子，再对所述初级复合绝缘子进行压接和包装后得到所述新型复合绝缘子。

其中，所述共振结构为线圈与电容通过PCB基板材料的铜箔层电气连接的电路结构。

作为优选，所述PCB基板材料为FR4。

作为优选，所述步骤1)还包括：在所述共振结构的表面压接保护层。

其中，所述共振结构的表面的保护层为PCB基板材料层。

作为优选，还包括：对所述复合绝缘子伞裙模具进行抽真空操作；所述步骤2)具体包括：将所述共振结构安装于复合绝缘子伞裙模具的预置位置中，得到复合绝缘子伞裙模具，对所述复合绝缘子伞裙模具进行抽真空操作，再对所述真空处理后的复合绝缘子伞裙模具进行注胶、硫化并脱模后，得到初级复合绝缘子，再对所述初级复合绝缘子进行压接、包装后得到所述新型复合绝缘子。

作为优选，所述电容为贴片电容。

作为优选，所述将所述共振结构置安装于复合绝缘子伞裙模具的预置位置中具体为：通过绝缘垫片将所述共振结构固定安装于复合绝缘子伞裙模具的预置位置中。

其中，所述绝缘垫片对所述共振结构在绝缘子模具中进行固定，保证了所述共振结构不会在胶料的强冲击下导致的外露从而影响绝缘子的外绝缘性能问题。

其中，所述绝缘垫片为使用绝缘材料制备得到的垫片；所述绝缘垫片的大小形状不做限制。

作为优选，所述步骤2)注胶为：以对称注射的方式注射复合绝缘子的硅橡胶胶料。

作为优选，所述步骤2)注胶为：以缓慢注射的方式注射复合绝缘子的硅橡胶胶料。

作为优选，增大所述步骤2)的注射硅橡胶胶料口的横向面积。

其中，所述步骤2)采用对称注射的方式注射复合绝缘子的硅橡胶胶料，同时适当减少胶料注射速度以及增加注射口的横向面积，以减少对芯棒产生的冲击与破坏。

作为优选，所述步骤1)得到共振结构后对共振结构进行清洁与适度打磨，有利于使硅橡胶胶料与PCB基板材料界面完美粘接。

作为优选，所述步骤2)的注胶、硫化、脱模和压接后制得所述新型复合绝缘子过程中采用整体成型的方式，有利于减少硅橡胶胶料的粘接界面，提高产品质量。

其中，所述新型复合绝缘子的伞裙大小可按照无线电能传输的距离重新设计，以方便更大尺寸线圈结构的嵌入。

其中，所述共振结构中的线圈的个数可以根据能量传输大小来确定，并非每一个新型复合绝缘子的伞裙均需要嵌入线圈，即线圈个数由实际传能要求确定，在满足要求的情况下尽量减少线圈个数，以减少生产制造的时间及材料成本。

其中，所述共振结构中的线圈形状不做限定。

作为优选，所述线圈具体形状为平面螺旋、垂直螺旋或伞状发射螺旋中的一种。

其中，所述共振结构中的线圈的几何参数不作限制。

作为优选，所述线圈的匝间距，线径，几何半径不作限制。

当前，对于磁共振耦合线圈来说，要达到各线圈共振的效果，每一个线圈都必须串联一个相应的电容，形成谐振器，如图2所示。因此，在嵌入绝缘子伞裙当中时，除了要嵌入线圈，还必须嵌入相应的电容器，而且，线圈与电容两者之间应由导线相接组成一个整体，但是，由于线圈、电容与绝缘子结合生成时会在高温高压下产生形变，甚至功能完全遭到破坏，连接导线比较细而软，硬度小，在绝缘子伞裙整体注入胶料成型的过程中，来自胶料的强冲击力可能使导线产生断裂等一系列问题，使得整个线圈与电容的整体结构不能完整地嵌入绝缘子当中。

为了解决单谐振器难以安装在高压输电线上的技术缺陷，本发明对线圈与电容组成的谐振器结构进行了处理，对谐振器进行PCB基板材料来固定。

本发明提供的新型复合绝缘子除了能够实现绝缘子本身的绝缘作用以外，还可以通过内嵌在伞裙当中的谐振器来为高压输电线上的在线监测设备稳定地提供能量，实现绝缘与能量提供两个功能的完美结合。

本发明的新型复合绝缘子采用绝缘子的伞裙包裹线圈与电容组装的共振结构，该新型复合绝缘子能安装在输电线路上，其中将线圈与电容共振电路的结构焊接在PCB基板材料上，得到共振结构。将共振结构置于绝缘子伞裙内部，其中，PCB基板材料能对线圈和电容起到优良的固定与保护作用；在线圈长期的生产运行当中，绝缘子伞裙对内嵌固定在PCB基板材料的线圈与电容共振电路的结构起到固定与保护作用，不会对线圈和电容产生位置偏移与交错，因此能有效保证能量的传输效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示内嵌线圈与电容的PCB板层材料结构剖面示意图；

图2示磁共振耦合线圈结构；

图3示含有内嵌线圈的伞裙剖面示意图；

其中，附图标记，线圈1；PCB基板材料2；大伞裙3；电容4；芯棒5；小伞裙6；铜箔层7；保护层8。

具体实施方式

本发明提供了一种绝缘子及其制备方法，使得内嵌谐振器的新型复合绝缘子能在高压输电线上实现绝缘与无线电能传输两个功能。

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种新型复合绝缘子，实施例1包括PCB基板材料2、线圈1与电容4；所述线圈1、所述电容4均与所述PCB基板材料2的铜箔层7焊接，所述线圈1、所述电容4与所述PCB基板材料2构成一个共振结构；所述共振结构设置于所述复合绝缘子的伞裙内部。

其中，如果直接将磁共振耦合线圈1在不经过任何处理的情况下嵌入绝缘子的伞裙的硅橡胶当中，则线圈1本身在高温固化以及高压成型的环境下，容易产生严重形变与移位，而线圈1本身的形变与移位等问题会对谐振器的运行产生较大影响，而且，线圈1形变之后在某些地方可能形成尖的表面，不利于伞裙的无缝结合。因此，本发明提供的新型复合绝缘子中线圈1与电容4焊接在PCB基板材料2的铜箔层上，所述线圈1与所述电容4通过PCB基板材料2上的铜箔层7进行电气连接，该结构嵌入绝缘子的伞裙时不会因为高温固化以及高压成型的环境下，产生形变与移位。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种新型复合绝缘子，实施例2包括PCB基板材料2、线圈1与电容4；所述线圈1、所述电容4均与所述PCB基板材料2的铜箔层7焊接，所述线圈1、所述电容4与所述PCB基板材料2构成一个共振结构；所述共振结构设置于所述的复合绝缘子的伞裙内部；所述共振结构上表面还包括保护层8，所述保护层8压接在固定在共振结构上表面。

具体的，线圈的两个端口引出焊接在PCB基板材料层2的铜箔层7上，电容是焊接在PCB基板材料层2的铜箔层7上，然后电容和线圈之间是通过铜箔层上的铜来电气接通的。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种新型复合绝缘子，实施例3包括PCB基板材料2、线圈1与电容4；所述线圈1、所述电容4均与所述PCB基板材料2的铜箔层7焊接，所述线圈1、所述电容4与所述PCB基板材料2构成一个共振结构；所述共振结构设置于所述复合绝缘子的伞裙内部；所述焊接在PCB基板材料2的线圈1与电容4的共振结构上表面还包括保护层8；所述线圈1与电容4共振电路为线圈1与电容4通过PCB基板材料的铜箔层7进行电气连接的电路结构；所述固定在PCB基板材料2的线圈1与电容4共振电路的结构具体为线圈焊接在所述PCB基板材料2的铜箔层7上，线圈通过PCB基板材料2上的铜箔层7与所述电容4电气连接，采用线圈1和电容4焊接于铜箔层7可以实现线圈1与电容4之间的无导线连接。

实施例3中的PCB基板材料优选为FR4。

其中实施例3的可以不用再添加导线来连接电容4与线圈1，从而可以实现更加稳定的电气连接。电容锡焊在铜箔层7上，使电路结构完整。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种新型复合绝缘子，实施例4包括PCB基板材料2、线圈1与电容4；所述线圈1、所述电容4均与所述PCB基板材料2的铜箔层7焊接，所述线圈1、所述电容4与所述PCB基板材料2构成一个共振结构；所述共振结构设置于所述的复合绝缘子的伞裙内部。所述共振结构与所述绝缘子之间还包括绝缘垫片，所述绝缘垫片使得共振结构固定在所述绝缘子大伞裙3内部。

其中，所述绝缘垫片对固定在PCB基板材料的线圈与电容共振电路的结构进行固定，以防止基板在胶料注入过程中，因冲力的作用使基板出现水平倾斜或者出现基板最下层材料裸露在外的情况，从而影响绝缘子的外绝缘性能，同时也会因为线圈水平对应面积的改变而影响无线电能传输的效率。

请参阅图1和图3，本发明实施例提供了一种新型复合绝缘子，实施例5包括PCB基板材料2、线圈1与电容4；所述线圈1、所述电容4均与所述PCB基板材料2的铜箔层7焊接，所述线圈1、所述电容4与所述PCB基板材料2构成一个共振结构；所述共振结构设置于所述的复合绝缘子的伞裙内部；所述共振结构上表面还包括保护层8，所述保护层8压接在共振结构的上表面；所述共振结构具体为线圈焊接在所述PCB基板材料2的铜箔层7上；所述共振结构与所述绝缘子之间还包括绝缘垫片，所述绝缘垫片使得共振结构固定在所述绝缘子大伞裙3内部。

其中的电容4采用贴片电容，因为电容在长期的运行过程中，可能会漏液干涸爆炸，而全固态贴片电容可靠性高寿命长，体积小，且没有极性，能够在绝缘子较薄的伞裙当中极大的减少体积，更有利于新型复合绝缘子伞裙胶料的紧密粘接。

实施例1～实施例5的新型复合绝缘子，用绝缘子的伞裙包括线圈与电容组装的共振结构，该新型复合绝缘子能安装在输电线路上，其中将线圈与电容共振电路的结构焊接在PCB基板材料上，得到共振结构。将共振结构置于绝缘子伞裙内部，其中，PCB基板材料能对线圈和电容起到优良的固定与保护作用；在线圈长期的生产运行当中，绝缘子伞裙对内嵌固定在PCB基板材料的线圈与电容共振电路的结构起到固定与保护作用，不会对线圈和电容产生位置偏移与交错，因此能保证谐振器能有效固定在高压输电线路上。

上述实施例提供的新型复合绝缘子的制备方法，步骤包括：

步骤1)将线圈和电容焊接在PCB基板材料的铜箔层中，使得所述线圈通过PCB基板材料上的铜箔层与所述电容电气连接，得到共振结构后，对所述共振结构进行清洁与适度打磨；将清洁和打磨后的共振结构的表面压接保护层；

步骤2)将所述共振结构安装于复合绝缘子伞裙模具的预置位置中，得到复合绝缘子伞裙模具，对所述复合绝缘子伞裙模具进行抽真空操作后，再对所述真空处理后的复合绝缘子伞裙模具进行注胶、硫化并脱模后，得到初级复合绝缘子，再对所述初级复合绝缘子进行压接和包装后得到所述新型复合绝缘子。

其中，所述线圈和电容焊接在所述PCB基板材料的铜箔层上。

其中，对所述共振结构进行清洁与适度打磨，有利于使硅橡胶胶料与PCB基板材料界面完美粘接。

进一步的，本发明的新型复合绝缘子的制备方法中，所述将所述共振结构置安装于复合绝缘子伞裙模具的预置位置中具体为：

通过绝缘垫片将所述共振结构固定安装于复合绝缘子伞裙模具的预置位置中。

其中，所述绝缘垫片对共振结构在绝缘子模具中进行固定，保证了共振结构不会在胶料的强冲击下而导致的外露从而影响绝缘子的外绝缘性能问题。

进一步的，本发明的新型复合绝缘子的制备方法中，所述步骤2)注胶为：以对称注射的方式注射复合绝缘子的硅橡胶胶料。

进一步的，本发明的新型复合绝缘子的制备方法中，所述步骤2)注胶为：以缓慢注射的方式注射复合绝缘子的硅橡胶胶料。

进一步的，本发明的新型复合绝缘子的制备方法中，增大所述步骤2)的注射硅橡胶胶料口的横向面积。

进一步的，本发明的新型复合绝缘子的制备方法中，所述步骤2)采用对称注射的方式注射复合绝缘子的硅橡胶胶料，同时适当减少胶料注射速度以及增加注射口的横向面积，以减少对芯棒产生的冲击与破坏。

进一步的，本发明的新型复合绝缘子的制备方法中，所述步骤2)的注胶、硫化、脱模后压接制得所述复合绝缘子过程中采用整体成型的方式，有利于减少硅橡胶胶料的粘接界面，提高产品质量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，即无论模具具体大小尺寸，新型复合绝缘子的几何结构，线圈几何结构及大小设计，大小伞位置以及大小比例等都不受限制，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型复合绝缘子，其特征在于，包括：PCB基板材料、线圈与电容；

所述线圈、所述电容均与所述PCB基板材料的铜箔层焊接，所述线圈、所述电容与所述PCB基板材料构成一个共振结构；

所述共振结构设置于所述复合绝缘子的伞裙内部。

2.根据权利要求1所述的新型复合绝缘子，其特征在于，所述共振结构上表面压接有保护层。

3.根据权利要求1所述的新型复合绝缘子，其特征在于，还包括：绝缘垫片；

所述绝缘垫片用于将所述共振结构固定在所述复合绝缘子的伞裙内部。

4.根据权利要求1所述的新型复合绝缘子，其特征在于，所述线圈的数量为一个或多个。

5.根据权利要求1所述的新型复合绝缘子，其特征在于，所述电容为贴片电容。

6.一种新型复合绝缘子的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1)将线圈和电容焊接在PCB基板材料的铜箔层中，使得所述线圈通过PCB基板材料上的铜箔层与所述电容电气连接，得到共振结构；

步骤2)将所述共振结构安装于复合绝缘子伞裙模具的预置位置中，得到复合绝缘子伞裙模具，对所述复合绝缘子伞裙模具进行注胶、硫化和脱模后，得到初级复合绝缘子，再对所述初级复合绝缘子进行压接和包装后得到所述新型复合绝缘子。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，还包括：

在所述共振结构的表面压接保护层。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，还包括：对所述复合绝缘子伞裙模具进行抽真空操作；

所述步骤2)包括：将所述共振结构安装于复合绝缘子伞裙模具的预置位置中，得到复合绝缘子伞裙模具，对所述复合绝缘子伞裙模具进行抽真空操作，再对所述真空处理后的复合绝缘子伞裙模具进行注胶、硫化和脱模后，得到初级复合绝缘子，再对所述初级复合绝缘子进行压接和包装后得到所述新型复合绝缘子。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述电容为贴片电容。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述将所述共振结构置安装于复合绝缘子伞裙模具的预置位置中具体为：

通过绝缘垫片将所述共振结构固定安装于复合绝缘子伞裙模具的预置位置中。