CN211239458U - 一种远距离无线供电装置 - Google Patents

Abstract

一种远距离无线供电装置，属于供电装置领域，其特征在于：包括发射端、接收端、发射电路模块和整流滤波及稳压电路模块；所述发射端与接收端之间通过绝缘支柱相连接；所述接收端包括接收端绝缘外壳和接收端谐振电路模块；所述绝缘支柱上设置有若干绝缘伞；所述绝缘支柱的长度大于等于100mm。利用磁场共振技术形成电磁谐振耦合，实现高效的远距离能量传输。收、发一体结构既便于安装，又保证了工作稳定性。能够为高压端采集头提供足够功率的电能，且能长期、稳定、可靠工作，该系统绝缘性能高，维护简单，使用方便，成本较低，能安全可靠地工作在40kV以内的电力系统环境中。

Description

一种远距离无线供电装置

技术领域

本实用新型属于供电装置领域，尤其涉及一种远距离无线供电装置。

背景技术

电力系统中输电线路上的电压一般都比较高（从几千伏到几百万伏），如直接测量线路上的电压、电流是非常危险的，也是绝对不允许的。传统方式测量高压线路上的电压、电流是用互感器，一方面进行电气隔离，降低其危险，另一方面将高电压、大电流变成相应比例的低电压、小电流，也因此互感器的体积和重量都异常庞大。随着光电子技术、光纤通信技术以及计算机技术在电力系统中的广泛应用于，电子式电流互感器得到快速发展。

电子式互感器的高压端采集头通常都有电子电路，需要提供电源才能工作。而给处于高压环境的电路提供电源是非常困难的事情，第一是绝缘难，第二是既要功率足，又要稳定可靠难。给高压端采集头通过无线供电可以解决上述问题，其中在现有技术中以电磁感应方式实现无线供能是研究较多的一种方案。但是电磁感应的无线供电方式存在一个致命缺陷，就是距离太短，随着距离的增加，电能损耗将变得非常大。目前，从公开的产品和文献中可知，能够通过采用无线供电技术向用电端传输满足用电需求的主要表现在以下几个方面：1、近距离传输；能使受电部分获得 1 瓦以上电能的，通常发射线圈与接收线圈之间的距离只有几毫米或几十毫米；2、受电部分通常为移动装置；输电部分与受电部分是相互独立的个体，需要用电时，须将受电部分与输电部分靠近或置于一处；3、用于低压环境；受电产品主要是日常生活用品，或受电产品或装置都是应用在低压（220V及以下）环境下的。但针对高压（10KV及以上）输配电线路环境下，给高压端采集头提供足额功率，且长期、稳定、安全电能的问题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本实用新型旨在解决上述问题，提供一种能够为高压端采集头提供足够功率电能的远距离无线供电装置。

本实用新型所述远距离无线供电装置，包括发射端、接收端、发射电路模块和整流滤波及稳压电路模块；所述发射端与接收端之间通过绝缘支柱相连接；

所述发射端包括发射端绝缘外壳和发射端谐振电路模块；所述发射端谐振电路模块设置于发射端绝缘外壳内；所述发射端谐振电路模块与前述发射电路模块相电连接；

所述接收端包括接收端绝缘外壳和接收端谐振电路模块；所述接收端谐振电路模块和整流滤波及稳压电路模块均设置于接收端绝缘外壳内；所述接收端谐振电路模块与前述整流滤波及稳压电路模块相电连接；

所述绝缘支柱的一端与前述发射端绝缘外壳固定连接，另一端与前述接收端绝缘外壳固定连接；所述绝缘支柱上设置有若干绝缘伞，保证爬电距离的安全性。所述绝缘支柱的长度大于等于100mm，以保障绝对的电气绝缘。

本实用新型所述远距离无线供电装置，所述发射端绝缘外壳内设置有绝缘填充材料；所述发射端谐振电路模块置于绝缘填充材料内；所述接收端绝缘外壳内设置有绝缘填充材料；所述接收端谐振电路模块和整流滤波及稳压电路模块置于绝缘填充材料内。绝缘外壳以及绝缘填充材料为耐高压环氧树脂或高压硅橡胶。

本实用新型所述远距离无线供电装置，所述发射端谐振电路模块包括依次连接的发射线圈和发射谐振电容；所述接收端谐振电路模块包括依次连接的接收线圈和接收谐振电容；所述发射线圈形状为圆柱形；所述接收线圈为盘形；圆柱形的发射线圈用以聚焦和增强辐射方向的能量；盘形的接收线圈，类似于张开的天线，实现最大范围的接收能量。

本实用新型所述远距离无线供电装置，所述接收线圈的背侧设置有若干高频铁氧体磁条；通过设置高频铁氧体磁条进一步提高无线电信号的接收效率。

本实用新型所述远距离无线供电装置，所述发射电路模块包括依次电连接的高频振荡电路、功率驱动电路和功率放大电路；所述功率放大电路与前述发射线圈和发射谐振电容相电连接，发射电路模块工作时由开关电源供电。

本实用新型所述远距离无线供电装置，所述整流滤波及稳压电路模块包括依次电连接的整流滤波电路和稳压输出电路；所述整流滤波电路与前述接收谐振电容相电连接。

本实用新型所述远距离无线供电装置，所述绝缘支柱为实心圆柱状，具有强度高、耐压绝缘性好、易于制造的优点。

本实用新型所述远距离无线供电装置，所述绝缘伞等间距设置于绝缘支柱上。

本实用新型所述远距离无线供电装置，包括发射端、接收端、发射电路模块和整流滤波稳压电路模块；利用磁场共振技术形成电磁谐振耦合，实现高效的远距离能量传输。收、发一体结构既便于安装，又保证了工作稳定性。能够为高压端采集头提供足够功率的电能，且能长期、稳定、可靠工作，该系统绝缘性能高，维护简单，使用方便，成本较低，能安全可靠地工作在 40kV 以内的电力系统环境中。

附图说明

图1为本实用新型所述远距离无线供电装置结构示意图；

图2为本实用新型所述发射部分电路结构示意图；

图3为本实用新型所述接收和整流滤波稳压电路部分结构示意图；

图4为本实用新型所述发射线圈结构示意图；

图5为本实用新型所述接收线圈结构示意图；

其中1-发射线圈、2-发射谐振电容、3-发射端绝缘外壳、4-发射电路模块、5-高压绝缘导线、6-绝缘支柱、7-绝缘伞、8-接收线圈、9-整流滤波及稳压电路模块、10-接收谐振电容、11-磁条、12-接收端绝缘外壳。

具体实施方式

下面通过附图及实施例对本实用新型所述远距离无线供电装置进行详细说明。

本实用新型所述远距离无线供电装置，如图1所示包括发射端、接收端、发射电路模块4和整流滤波及稳压电路模块9；所述发射端与接收端之间通过绝缘支柱6相连接；发射端包括发射端绝缘外壳3和发射端谐振电路模块；所述发射端谐振电路模块设置于发射端绝缘外壳3内；所述发射端谐振电路模块与前述发射电路模块4相电连接；接收端包括接收端绝缘外壳12和接收端谐振电路模块；所述接收端谐振电路模块和整流滤波及稳压电路模块9均设置于接收端绝缘外壳12内；在本实施例中绝缘支柱6为实心圆柱状；绝缘支柱6的一端与前述发射端绝缘外壳3固定连接，另一端与前述接收端绝缘外壳12固定连接；所述绝缘支柱6的长度为100mm；所述绝缘支柱6上设置有五个绝缘伞7；绝缘伞7等间距设置于绝缘支柱6上。

发射端谐振电路模块包括依次电连接的发射线圈1和发射谐振电容2；如图4所示，发射线圈1形状为圆柱形；圆柱形的发射线圈1用以聚焦和增强辐射方向的能量。发射线圈1绕制成空心圆柱形，与发射谐振电容2相串接，其激励信号来自于由耐高压绝缘导线5连的发射电路模块4；接收端谐振电路模块包括依次并联相接的接收线圈8和接收谐振电容10；如图5所示，接收线圈8为盘形，盘形的接收线圈8，类似于张开的天线，实现最大范围的接收能量。接收线圈8绕制成盘形，背面固定六个高频铁氧体磁条11；如图2所示发射电路模块4包括依次电连接的高频振荡电路、功率驱动电路和功率放大电路；功率放大电路与前述发射线圈1和发射谐振电容2相电连接。如图3所示整流滤波及稳压电路模块9包括依次电连接的整流滤波电路和稳压输出电路；整流滤波电路与前述接收谐振电容10相电连接。

发射端绝缘外壳3和接收端绝缘外壳12内均设置有耐高压环氧树脂；发射谐振电路和接收谐振电路均被浇注在耐高压环氧树脂内，以此便于安装和保证安全性。在进行浇注时，首先，将调试好的电路放入浇注模具中，保持发射和接收线圈8不可发生明显变形，避免影响到谐振频率，再参照高压绝缘产品工艺加工要求进行灌封浇注。最后，对固化后的产品要进行耐压和局放测试，保证其满足应用电力系统线路上电压等级的安全要求。

在浇注灌封前需对本实用新型所述无线供电装置进行电路调试。首先，将发射线圈1与接收线圈8保持在同一轴线上，相距100mm。开启发射端电源，通过示波器观察发射线圈1两端电压，调整发射电路，使其电压幅值达到最大。其次，通过示波器调整接收谐振电路，使其与发射端同频率，同时观察接收信号波形幅度，调整两线圈间距离，使接收信号峰峰值在30V左右。然后断掉发射端电源，将接收线圈8与整流滤波、稳压输出电路相接，在稳压输出电路输出端接一测试用5W电阻（根据高压采集头电路所需电压和功率计算其阻值）。再次开启发射端电源，测量5W电阻上电压或电流，计算输出功率是否符合要求。如不满足，调整两线圈间距离（不得小于100mm），或增大功率放大电路供电电压（须考虑发射功率放大电路元器件和谐振电容的耐压，以免因电压过高击穿损坏）。

灌封固化后的产品经安全测试达标后，将发射端引线接到发射电路，输出端引线接测试电阻，再次通电，测量测试电阻上电压、电流，证实其输出电压、电流、功率满足使用要求。

在进行实际远距离无线供电时，如图2所示，开关电源从配电柜上给仪表供电的接线端子上取电，生成两路输出，其中一路为12V，接到高频振荡电路和功率驱动电路上；高频振荡电路产生1MHz左右高频信号，经功率驱动电路转换成互为反向的两路脉冲，驱动功率放大电路的两只功率管交替工作。开关电源的另一路输出加到功率放大电路的功率管上（电压越高，发射功率越大，发射距离就越远，但对功率管的性能要求也越高，发射线圈1线间绝缘以及谐振电容的耐压要求也越高）。功率管的输出加到由发射线圈1和发射谐振电容2组成的串联谐振电路，生成高频电磁场和高频电磁波将能量辐射出去。

接收端的无线接收电路由接收线圈8和接收谐振电容10组成，其被调整到与发射端同频率上，与发射电路形成谐振耦合，此时获取能量最大。接收的电信号经整流滤波电路将高频交流信号变成直流信号。稳压输出电路进行电压调整，并输出满足高压采集头电路工作所需的电能。

Claims (8)

1.一种远距离无线供电装置，其特征在于：包括发射端、接收端、发射电路模块（4）和整流滤波及稳压电路模块（9）；所述发射端与接收端之间通过绝缘支柱（6）相连接；

所述发射端包括发射端绝缘外壳（3）和发射端谐振电路模块；所述发射端谐振电路模块设置于发射端绝缘外壳（3）内；所述发射端谐振电路模块与前述发射电路模块（4）相电连接；

所述接收端包括接收端绝缘外壳（12）和接收端谐振电路模块；所述接收端谐振电路模块和整流滤波及稳压电路模块（9）均设置于接收端绝缘外壳（12）内；所述接收端谐振电路模块与前述整流滤波及稳压电路模块（9）相电连接；

所述绝缘支柱（6）的一端与前述发射端绝缘外壳（3）固定连接，另一端与前述接收端绝缘外壳（12）固定连接；所述绝缘支柱（6）上设置有若干绝缘伞（7）；所述绝缘支柱（6）的长度大于等于100mm。

2.根据权利要求1所述远距离无线供电装置，其特征在于：所述发射端绝缘外壳（3）内设置有绝缘填充材料；所述发射端谐振电路模块置于绝缘填充材料内；所述接收端绝缘外壳（12）内设置有绝缘填充材料；所述接收端谐振电路模块和整流滤波及稳压电路模块（9）置于绝缘填充材料内。

3.根据权利要求1或2所述远距离无线供电装置，其特征在于：所述发射端谐振电路模块包括依次连接的发射线圈（1）和发射谐振电容（2）；所述接收端谐振电路模块包括依次连接的接收线圈（8）和接收谐振电容（10）；所述发射线圈（1）形状为圆柱形；所述接收线圈（8）为盘形。

4.根据权利要求3所述远距离无线供电装置，其特征在于：所述接收线圈（8）的背侧设置有若干高频铁氧体磁条（11）。

5.根据权利要求4所述远距离无线供电装置，其特征在于：所述发射电路模块（4）包括依次电连接的高频振荡电路、功率驱动电路和功率放大电路；所述功率放大电路与前述发射线圈（1）和发射谐振电容（2）相电连接。

6.根据权利要求5所述远距离无线供电装置，其特征在于：所述整流滤波及稳压电路模块（9）包括依次电连接的整流滤波电路和稳压输出电路；所述整流滤波电路与前述接收谐振电容（10）相电连接。

7.根据权利要求6所述远距离无线供电装置，其特征在于：所述绝缘支柱（6）为实心圆柱状。

8.根据权利要求7所述远距离无线供电装置，其特征在于：所述绝缘伞（7）等间距设置于绝缘支柱（6）上。

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