專利名稱：電磁感應(yīng)電源裝置和電氣測控設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電氣控制領(lǐng)域，尤其涉及一種電磁感應(yīng)電源裝 置和電氣測控i殳備。
背景技術(shù)：
隨著電力的廣泛應(yīng)用，電氣線路與設(shè)備已遍布城鄉(xiāng)，覆蓋各個(gè) 領(lǐng)域。與此同時(shí)，電氣安全也日益得到人們的重視。電氣線路與設(shè) 備的監(jiān)測、控制與保護(hù)(以下簡稱為電氣測控)正是提高電氣安全 管理，保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要方法與手段之一。
電氣測控設(shè)備主要包括執(zhí)行部分與控制部分兩大部分。其中，
執(zhí)4亍部分多工作于380V及以上電壓等級(以下統(tǒng)稱為高電壓)環(huán) 境下。通常，為了確保安全，執(zhí)行部分與控制部分之間能量與信號 傳遞要求進(jìn)行有效的電氣隔離。
電氣測控設(shè)備執(zhí)行部分受限于工作環(huán)境，不能采用通常的有線 方式進(jìn)4于供電。目前常用的供電方式包4舌電池供電、母線電流取 能供電、電容電流取能供電與激光供電，以及太陽能供電。
(1)電池供電
電池供電方式設(shè)計(jì)直觀、簡單。但是設(shè)備使用期限嚴(yán)重受限于 電池容量與性能，且更換設(shè)備或電池必須停電進(jìn)行，影響供電運(yùn)行。(2)母線電流取能供電
母線電流取能供電是利用高電壓母線(交流)周圍存在的交變 i茲場，通過電^茲感應(yīng)原理獲取能量，然后經(jīng)過處理提供給電氣測控 設(shè)備執(zhí)行部分的方法。其供電的能量來自高電壓母線電流，取能是 通過一個(gè)繞有線圈并穿套于高電壓母線的^f茲環(huán)來完成的。此供能方 式體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、絕緣封裝簡單、使用安全；供電比較可靠、 成本低。設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于母線電流不是穩(wěn)定值，且變化范圍非常大， 因此J茲感應(yīng)線圈必須同時(shí)兼顧最小、最大兩種才及限條件，后續(xù)處理 電路應(yīng)有保護(hù)功能，以確保電壓穩(wěn)定輸出。目前，現(xiàn)有的母線電流 取能供電裝置，采用封閉式,茲環(huán)作為感應(yīng)鐵芯，現(xiàn)場安裝時(shí)需要截 斷原有的高電壓母線或設(shè)備，不便于安裝和維護(hù)，很大程度制約。
(3)電容電流取能供電
電容電流取能供電是利用電容分壓器從高電壓母線周圍存在 的電場取能供電。這種供電方式與母線電流取能供電方式類似。由 于一次電壓相對電流來說比較穩(wěn)定，此方案的電源輸出也4交穩(wěn)定， 但是設(shè)計(jì)該方法面臨著比母線電流供電更大的困難。首先是如何保 證取能電路和后續(xù)工作電路之間的電氣隔離問題，這要求嚴(yán)格的過 電壓防護(hù)和電^茲兼容設(shè)計(jì)；其次就是這種方法有著更多的誤差來 源，溫度、雜散電容等多種因素都將影響該方法的性能；再次就是 采用這種方法得到的功率有限，雖可通過改變電容的大小來調(diào)整功 率輸出，但過大的電容將會帶來更多的問題。
(4)激光供電
雙兀孰頭'匕兀>力
光能量傳送到高電壓側(cè)，再由光電轉(zhuǎn)換器件將光能量轉(zhuǎn)換為電能 量，經(jīng)過DC-DC變換后提供穩(wěn)定的電源輸出。該方式突出優(yōu)點(diǎn)是能量以光的形式通過光纖傳輸?shù)礁唠妷簜?cè)，完全實(shí)現(xiàn)高、低電壓側(cè)
的電氣隔離，不受電》茲干擾的影響，穩(wěn)定可靠。^旦其i殳計(jì)的難點(diǎn)在 于激光的發(fā)光波長及輸出功率都受溫度影響，必須采取措施對溫度 進(jìn)行自動控制，這是其一。其二，受激光輸出功率的限制，特別是 光電轉(zhuǎn)換效率的影響，該方法提供的能量有限，制作成本高，制約 大規(guī)模商用。
(5)太陽能供電
太陽能供電是利用光伏效應(yīng)，將太陽能裝換為電能并存儲，以 供給高電壓側(cè)的電氣測控設(shè)備執(zhí)行部分。該方法環(huán)保、節(jié)能，但不 足之處在于電源的不穩(wěn)定性，受光強(qiáng)、外界環(huán)境溫度變化、季節(jié)變 化等因素的影響。另外太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率不高問題，使得該方 法提供的能量有限，從而制約了其應(yīng)用。
以上供電方式存在生產(chǎn)成本、使用壽命與安裝維護(hù)等方面的問 題。母線電流取能供電方式具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、絕緣封裝簡單、 使用安全等優(yōu)點(diǎn)。但是，現(xiàn)有母線電流取能供電取能裝置所用磁芯 都采用封閉式圓環(huán)結(jié)構(gòu)，工程安裝極不方便。
電氣測控設(shè)備執(zhí)行部分高電壓側(cè)與控制部分低電壓側(cè)的信號 傳遞目前主要采用光纖通信和紅外線通信方式。
(1 )光纖通信
電氣測控設(shè)備執(zhí)行部分與控制部分之間，通過電/光轉(zhuǎn)換器件， 借助光纖進(jìn)行信號傳遞，然后通過光/電轉(zhuǎn)換器件還原為電信號。光 纖本身具有通信容量大，絕緣性能良好等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)光纖具有容 易折斷，長期使用容易遭受污損，破壞絕緣性能等缺點(diǎn)。(2 )紅外線通信
電氣測控i殳備執(zhí)行部分與控制部分之間通過紅外線進(jìn)行信號 傳遞。該方式中電氣測控設(shè)備執(zhí)行部分與控制部分之間不存在任何 有線連接方式，隔離性能良好。但是紅外線通信也存在受限于近距 離直視傳播的嚴(yán)重缺陷。
總體上，現(xiàn)有的電氣測控設(shè)備執(zhí)行部分高電壓側(cè)的供能問題， 執(zhí)行部分與控制部分的安全可靠信號傳輸問題，是目前電氣測控所
面臨的一大問題。 發(fā)明內(nèi)容
針對以上一個(gè)或多個(gè)問題，本實(shí)用新型提供了一種電》茲感應(yīng)電 源裝置和電氣測控設(shè)備，能夠降低電氣測控設(shè)備的技術(shù)復(fù)雜度、制 造成本與設(shè)備體積，提高其工程實(shí)用性。
本實(shí)用新型的電》茲感應(yīng)電源裝置套在高電壓交流傳導(dǎo)線上以 感應(yīng)電能，該裝置包括
取能磁芯，包括第一半環(huán)形取能磁芯和第二半環(huán)形取能磁芯， 第一半環(huán)形取能》茲芯的第一端部和第二半環(huán)形取能^茲芯的第一端 部交疊并形成固定的軸連接，第一半環(huán)形取能^茲芯的第二端部和第 二半環(huán)形取能f茲芯的第二端部能夠交疊并連接，使第一半環(huán)形取能 》茲芯和第二半環(huán)形取能》茲芯形成封閉的環(huán)形；耳又能線圏，繞制在第 一半環(huán)形取能》茲芯上，用于從高電壓交流傳導(dǎo)線感應(yīng)電能，并將電 能傳輸至處理和供應(yīng)單元；處理和供應(yīng)單元，安裝在第一半環(huán)形取 能磁芯或第二半環(huán)形取能磁芯的外側(cè)，用于將對取能線圏感應(yīng)出的 電能進(jìn)行處理并供應(yīng)穩(wěn)定的電能；其中，取能磁芯、取能線圈和處 理和供應(yīng)單元凈皮去i"裝形成密閉的環(huán)形。本實(shí)用新型的電氣測控設(shè)備用于測量高電壓傳導(dǎo)線上的電氣
參數(shù)，該電氣測控設(shè)備包括本實(shí)用新型的電磁感應(yīng)電源裝置，用 于進(jìn)行供電；執(zhí)行部，包括被封裝在電磁感應(yīng)電源裝置的磁芯外側(cè)， 并通過電石茲感應(yīng)電源裝置供電；以及控制部，用于與執(zhí)行部進(jìn)行無 線通信，并控制執(zhí)行部測量高電壓傳導(dǎo)線上的電氣參數(shù)。
本實(shí)用新型的目的在打破傳統(tǒng)的封閉式取能磁芯，而采用開啟 式萬茲芯^之。開啟式》茲芯結(jié)構(gòu)的電》茲感應(yīng)電源裝置，直徑安裝于一 次導(dǎo)線上并緊固，且安裝時(shí)不需要截?cái)嘁淮螌?dǎo)線。在一次電流不低 于20A時(shí)，提供不低于lOOmw的穩(wěn)定電源輸出，供給電磁裝置的 其他部分^f吏用。同時(shí)，還可根據(jù)需要，利用該-磁芯結(jié)構(gòu)測量一次電 流的大小。


此處所i兌明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申 請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并 不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中
圖1是電氣測控設(shè)備的總體組成結(jié)構(gòu)的框圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的磁片結(jié)構(gòu)的示意圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的磁片交錯(cuò)疊片形成的半磁芯的示意
圖4是#4居本實(shí)用新型的可開啟的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖5A和圖5B是根據(jù)本實(shí)用新型的磁芯結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖6是^f艮據(jù)本實(shí)用新型的單個(gè)^t芯的示意圖；圖7是^4居本實(shí)用新型的整體^ 茲芯的示意圖8是根據(jù)本實(shí)用新型的電磁感應(yīng)電源裝置的典型安裝結(jié)構(gòu)的 示意圖9A和圖9B是根據(jù)本實(shí)用新型的彈簧片及其安裝的示意圖； 圖10是才艮據(jù)本實(shí)用新型的^ 茲芯容室空間的布局的示意圖； 圖IIA和圖IIB是根據(jù)本實(shí)用新型的磁片結(jié)構(gòu)B的示意圖； 圖12A和圖12B是根據(jù)本實(shí)用新型的磁片結(jié)構(gòu)C的示意圖； 圖13A至圖13D是^f艮據(jù)本實(shí)用新型的隔離片結(jié)構(gòu)C的示意圖； 圖14是根據(jù)本實(shí)用新型的整體外形C的示意圖； 圖15A至圖15D是根據(jù)本實(shí)用新型的磁片結(jié)構(gòu)D的示意圖； 圖16A至圖16F是4艮據(jù)本實(shí)用新型的隔離片結(jié)構(gòu)D的示意以及
圖17是根據(jù)本實(shí)用新型的整體外形D的示意圖。
^實(shí)施方式
下面參考附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
針對目前電氣測控設(shè)備執(zhí)行部分高電壓側(cè)供電方式、結(jié)構(gòu)以及 由此帶來的工程安裝與維護(hù)困難，不適應(yīng)現(xiàn)代電力工業(yè)高速發(fā)展的 要求等問題。本實(shí)用新型從工程應(yīng)用的角度，對現(xiàn)有電氣測控設(shè)備 執(zhí)行部分高電壓側(cè)供電方式和結(jié)構(gòu)、執(zhí)行部分與控制部分的信號傳遞方式進(jìn)行改革。本實(shí)用新型主要適用于各種高電壓交流傳導(dǎo)線
(簡稱一次導(dǎo)線，流經(jīng)一次導(dǎo)線的電流簡稱一次電流)，如高電 壓母線、高電壓線排、高電壓引線接頭與高電壓隔離開關(guān)等。該設(shè) 計(jì)可降低電氣測控設(shè)備的技術(shù)復(fù)雜度、制造成本與設(shè)備體積，提高 其工程實(shí)用性。
圖1示出了電氣測控設(shè)備的總體組成結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的電氣 測控設(shè)備包括電磁感應(yīng)電源裝置102,用于進(jìn)行供電；執(zhí)行部104, 包括被封裝在電i茲感應(yīng)電源裝置的i茲芯外側(cè)，并通過電i茲感應(yīng)電源 裝置供電；以及控制部106，用于與執(zhí)行部進(jìn)行無線通信，并控制 執(zhí)行部測量高電壓傳導(dǎo)線上的電氣參凄t。
執(zhí)行部104包括執(zhí)行單元104-2，用于在控制部的控制下， 根據(jù)電源裝置的電流感應(yīng)線圏感應(yīng)到的電流計(jì)算高電壓傳導(dǎo)線上 的電氣參lt;以及第一通信單元104-4,用于將執(zhí)4亍單元所計(jì)算出 的電氣參數(shù)通過無線通信方式發(fā)送至控制部，以及用于接收來自控 制部的控制信息。
控制部106包括控制單元106-2,用于對執(zhí)行部進(jìn)行控制并 處理來自執(zhí)行部的電氣參數(shù)；第二通信單元106-4，用于與執(zhí)行部 的第 一通信單元進(jìn)行通信。
電磁感應(yīng)電源裝置主要包括取能單元。電磁感應(yīng)電源裝置的取 能單元從各種一次導(dǎo)線提取能量，經(jīng)過處理，然后供給本裝置的執(zhí) 行單元。取能單元中包括了取能所需的取能磁芯、補(bǔ)償磁芯與其他 構(gòu)成取能單元所需的元器件。
才丸4亍部的第一通信單元與控制部的第二通信單元通過無線通 信方式連接，完成命令與^:據(jù)的傳遞。執(zhí)行部在控制部的協(xié)調(diào)和控制下，進(jìn)行監(jiān)測、控制和保護(hù)。電 磁感應(yīng)電源裝置執(zhí)行單元根據(jù)需要可包括用于電流測量的電流傳 感》茲芯與其他構(gòu)成執(zhí)4亍單元所需的其他元器件。
本實(shí)用新型的電^ 茲感應(yīng)電源裝置能夠套在高電壓交流傳導(dǎo)線
上以感應(yīng)電能，該裝置包括取能磁芯，包括第一半環(huán)形取能磁芯 和第二半環(huán)形取能i茲芯，第一半環(huán)形取能》茲芯的第一端部和第二半 環(huán)形取能i茲芯的第一端部交疊并形成固定的軸連4妄，第一半環(huán)形取 能^f茲芯的第二端部和第二半環(huán)形取能》茲芯的第二端部能夠交疊并 連接，使第一半環(huán)形取能磁芯和第二半環(huán)形取能》茲芯形成封閉的環(huán) 形；取能線圏，繞制在第一半環(huán)形取能》茲芯上，用于從高電壓交流 傳導(dǎo)線感應(yīng)電能，并將電能傳輸至處理和供應(yīng)單元；處理和供應(yīng)單 元，安裝在第一半環(huán)形取能磁芯或第二半環(huán)形取能磁芯的外側(cè)，用 于將對取能線圈感應(yīng)出的電能進(jìn)行處理并供應(yīng)穩(wěn)定的電能；其中， 取能^f茲芯、取能線圈和處理和供應(yīng)單元被封裝形成密閉的環(huán)形。
該裝置還包括第一固定單元，為一個(gè)或多個(gè)彈性件，安裝在 所形成的環(huán)形內(nèi)，用于在第一半環(huán)形取能磁芯和第二半環(huán)形取能磁 芯套在高電壓交流傳導(dǎo)線上形成封閉環(huán)形后，按壓高電壓交流傳導(dǎo) 線以固定電》茲感應(yīng)電源裝置。
第一半環(huán)形取能i茲芯和第二半環(huán)形取能i茲芯均由N個(gè)半環(huán)形 》茲片交疊并固定連4妄形成，第一半環(huán)形取能i茲芯和第二半環(huán)形取能 /磁芯的第一端部和第二端部在半環(huán)形》茲片的交疊方向上均呈沖危狀， N為正整數(shù)。
第一半環(huán)形取能f茲芯與第二半環(huán)形取能》茲芯的第一端部和第 二端部均向外凸起，僅J尋第一半環(huán)形取能》茲芯的第一端部和第二半 環(huán)形取能》茲芯的第 一端部交疊的面積以及第 一半環(huán)形取能i茲芯的第二端部與第二半環(huán)形取能^茲芯的第二端部交疊的面積均大于預(yù) 定面積。
第一半環(huán)形取能》茲芯能夠繞其第一端部的軸相對于第二半環(huán)
形取能磁芯旋轉(zhuǎn)并形成0-60度的開口 。
第一半環(huán)形取能f茲芯和第二半環(huán)形取能》茲芯可以均為對稱的 半圓環(huán)。第一半環(huán)形取能》茲芯和第二半環(huán)形取能》茲芯可以均為對稱 的半橢圓環(huán)。第一半環(huán)形取能i茲芯和第二半環(huán)形取能^茲芯可以均為 對稱的長方形半環(huán)。第一半環(huán)形取能磁芯和第二半環(huán)形取能磁芯可 以均為對稱的三角形半環(huán)。
該裝置還可以包括與取能磁芯的形狀和結(jié)構(gòu)相同的補(bǔ)償磁 芯，包括第一半環(huán)形補(bǔ)償^f茲芯和第二半環(huán)形補(bǔ)償^ 茲芯，分別與取能 f茲芯的第一半環(huán)形取能磁芯和第二半環(huán)形取能i茲芯并行交疊并形 成軸連接，補(bǔ)償》茲芯和取能》茲芯的端部通過預(yù)定厚度的隔離片隔 離，使得環(huán)形磁芯部分間隔預(yù)定厚度；補(bǔ)償線圏，繞制在補(bǔ)償磁芯 的第一半環(huán)形補(bǔ)償磁芯或第二半環(huán)形補(bǔ)償磁芯上，用于遏制取能線 圏產(chǎn)生的功率增量，產(chǎn)生穩(wěn)定的功率輸出；其中，補(bǔ)償磁芯和補(bǔ)償 線圈與取能i茲芯、取能線圏和處理和供應(yīng)單元一起進(jìn)4亍封裝。
該裝置還可以包括第二固定單元，為一個(gè)或多個(gè)彈性薄片， 安裝在所形成環(huán)形內(nèi)，用于在第一半環(huán)形補(bǔ)償^茲芯和第二半環(huán)形補(bǔ) 償磁芯套在高電壓交流傳導(dǎo)線上形成封閉環(huán)形后，按壓高電壓交流 傳導(dǎo)線以固定電》茲感應(yīng)電源裝置。
第一半環(huán)形補(bǔ)償》茲芯和第二半環(huán)形補(bǔ)償》茲芯均由M個(gè)半環(huán)形 》茲片交疊并固定連"^妻形成，第一半環(huán)形補(bǔ)償i茲芯和第二半環(huán)形補(bǔ)償 》茲芯的第一端部和第二端部在交疊方向上均呈橋d犬，M為正整數(shù)。該裝置還可以包括與取能磁芯的形狀和結(jié)構(gòu)相同的電流傳感 f茲芯，包4舌第 一半環(huán)形電流傳感f茲芯和第二半環(huán)形電流傳感i茲芯， 分別與取能磁芯的第一半環(huán)形取能磁芯和第二半環(huán)形取能磁芯并 4亍交疊并形成軸連4婁，電流傳感f茲芯和取能》茲芯的端部通過預(yù)定厚 度的隔離片隔離，使得環(huán)形磁芯部分間隔預(yù)定厚度；電流傳感線圈， 繞制在電流傳感》茲芯的第 一半環(huán)形電流傳感f茲芯或第二半環(huán)形電 流傳感i茲芯上，用于感應(yīng)高電壓交流傳導(dǎo)線上的電流；電流傳感》茲 芯、電流傳感線圏與取能f茲芯、取能線圈和處理和供應(yīng)單元一起進(jìn) 行封裝。
該裝置還可以包括第三固定單元，為一個(gè)或多個(gè)彈性薄片， 安裝在第一半環(huán)形電流傳感》茲芯或第二半環(huán)形電流傳感f茲芯內(nèi)，用 于在第 一 半環(huán)形電流傳感i茲芯和第二半環(huán)形電流傳感f茲芯套在高 電壓交流傳導(dǎo)線上形成封閉環(huán)形后，按壓高電壓交流傳導(dǎo)線以固定 電》茲感應(yīng)電源裝置。
第一半環(huán)形電流傳感》茲芯和第二半環(huán)形電流傳感f茲芯均由Q 個(gè)半環(huán)形f茲片交疊并固定連4^形成，第一半環(huán)形電流傳感》茲芯和第 二半環(huán)形電流傳感f茲芯的第一端部和第二端部在交疊方向上均為 梳狀，Q為正整凄史。間隔的預(yù)定厚度為2mm至20mm。
以上所提到的電磁感應(yīng)電源裝置的各組成中，取能單元的取能 磁芯是構(gòu)成本實(shí)用新型的必需部分；根據(jù)取能功率的大小，補(bǔ)償磁 芯作為構(gòu)成本實(shí)用新型的可選部分；根據(jù)電流測量的需要，電流傳 感磁芯作為構(gòu)成本實(shí)用新型的可選部分。作為本電磁感應(yīng)電源裝置 的重要組成部分，磁芯(無特別說明時(shí)，磁芯泛指取能磁芯、補(bǔ)償 石茲芯與電流傳感f茲芯)采用以下結(jié)構(gòu)i殳計(jì)。目前， 一次導(dǎo)線4艮據(jù)截面形狀分為圓形(或近圓形)和矩形等 形狀，其中又以圓形居多。因此，本實(shí)用新型主要才艮據(jù)圓形截面的 一次導(dǎo)線i殳計(jì)，^旦也可以為其他形狀。
f茲芯采用圓形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，雙容室(容室指用于纏繞線圈，放置 電子元器件等的空間)，取能磁芯、補(bǔ)償磁芯和電流傳感磁芯任兩 者之間采用非i茲性材料隔離。該結(jié)構(gòu)適用于圓形或近圓形結(jié)構(gòu)的高 電壓線纜。
該磁芯結(jié)構(gòu)可采用單磁芯模具加工磁片，磁片正反交錯(cuò)疊片成
形。圖2為i茲片結(jié)構(gòu)(標(biāo)注的尺寸為典型的尺寸)，孔徑3mm的為 鉚4丁孔，用于固定》茲片形成半》茲芯；孔徑5mm的為螺孔，用于將 兩個(gè)半磁芯合為整體磁芯。圖2中所標(biāo)注的尺寸為本實(shí)用新型的優(yōu) 選尺寸。
圖3為i茲片交錯(cuò)疊片形成的半》茲芯，然后將兩部分半》茲芯的一 端用螺絲固定，形成圖4所示的可開啟的^t轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型》茲芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參照變壓器;茲芯的結(jié)構(gòu)，借鑒了環(huán) 形穿心式電流互感器的設(shè)計(jì)。采用》茲片重疊的方式可以減小》茲芯的 渦流損耗，降低鐵損。交錯(cuò)面積(磁片半圓片一側(cè))較大，目的在 于增大接觸面積，降低^f茲阻，提高^茲導(dǎo)率。通過螺孔將重疊好的兩 個(gè)半圓形/磁芯的一端固定，形成最大可;^走轉(zhuǎn)60度的^l甘形結(jié)構(gòu)，不 用截?cái)嘣幸淮螌?dǎo)線，就可方便安裝。
圖5A和圖5B所示的》茲芯結(jié)構(gòu)，f茲芯的兩側(cè)預(yù)留了足夠的容 室空間，用于繞制線圈和放置元器件，結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高。
取能磁芯作用在于借助纏繞在取能磁芯上的取能線圏，從一次 導(dǎo)線上提取能量，經(jīng)處理后供給電磁裝置的通信單元和執(zhí)行單元使用。補(bǔ)償磁芯的作用在于借助繞制在補(bǔ)償磁芯上的補(bǔ)償線圏與相關(guān) 電路遏制取能線圈產(chǎn)生功率的增加，使本裝置可在一次電流較大時(shí) 提供比較穩(wěn)定的功率輸出。電流傳感^ 茲芯的作用在于借助繞制在其 上的電流傳感線圈提取信號，經(jīng)過信號調(diào)理轉(zhuǎn)換為電壓信號，轉(zhuǎn)換、 計(jì)算后，測算出一次電流的大小。
取能^茲芯、補(bǔ)償》茲芯與電流傳感》茲芯中，取能》茲芯必須，補(bǔ)償 萬茲芯與電流傳感》茲芯可選。在存在補(bǔ)償萬茲芯或電流傳感石茲芯，或二 者都存在時(shí)，磁芯并行重疊放置。需要各磁芯上繞制線圏，各磁芯 間必須存在一定的間距。為了避免各個(gè)磁芯之間的相互影響，磁芯 之間需采用非磁材料隔離。隔離片可采用鋁片等非磁材料制作，鋁
片厚度一般在0.3mm至l.Omm之間，為了4更于兩部分半石茲芯固定， 首選0.5mm厚度的鋁片制作，隔離片的結(jié)構(gòu)如圖5A和圖5B所示。 隔離片可用制作》茲片的^t具制作，然后剪去中間部分即可。
若干片磁芯交錯(cuò)疊片成為半磁芯，然后將半磁芯合在一起，形 成圖6所示的單個(gè)i茲芯。半》茲芯之間的固定4吏用直徑為5mm的不 銹鋼螺絲或銅螺絲穿過螺孔進(jìn)4亍固定。螺絲直徑的選擇出于固定強(qiáng) 度的考慮。兩部分半磁芯合在一起時(shí)，合面上均勻涂抹硅膠。圖6 中，h表示磁片的厚度，H表示磁芯的高度。另圖6說明了線圈在 單個(gè)f茲芯的纏繞方法。
磁芯與隔離片之間分別通過4個(gè)鉚釘固定，形成半磁芯。鉚釘 直徑優(yōu)選3mm，出于固定強(qiáng)度和減少導(dǎo)石茲面積的損失考慮，形成圖 7所示的整體》茲芯。
圖7中Hl、 H3與H5分別表示補(bǔ)償萬茲芯702、取能》茲芯704 與電流傳感i茲芯706的高度，才艮據(jù)實(shí)際情況確定。H2、 H4表示隔 離層708,高度在2.0mm至20.0mm之間，本實(shí)用新型優(yōu)選5.0mm。針對高電壓側(cè)感應(yīng)取能電源的特點(diǎn)，對^茲芯有一些特殊的要 求，》茲芯的選取必須具有4交高的能量傳遞效率，提高效率的有效辦 法就是最大可能降低勵(lì)石茲電流，選用高磁導(dǎo)率，低損耗的材料。其 次，受磁片疊放方式和磁片寬度的限制，所選材料必須具備容易加 工成型，且容易疊放、固定成磁芯。對目前常用的》茲材研究分析,
并折中考慮，本實(shí)用新型首選0.5mm厚度的冷軋珪鋼帶沖壓成磁片。
目前， 一次導(dǎo)線的截面為圓形或近圓形占很大比例。為了使電 磁裝置能被一次導(dǎo)線穿過，要考慮磁芯的窗口要大于一次導(dǎo)線截面 積、絕緣層、固化骨架以及二次繞線厚度四者之和。目前變電站中 的一次導(dǎo)線截面積、絕緣層、固化骨架以及二次繞線厚度四者厚度 之和一般不超過60mm。因此，按照整體封裝完成后，整個(gè)電磁裝 置的窗口約64mm設(shè)計(jì)，可安裝于目前多數(shù)的一次導(dǎo)線上，比較具 備通用性和代表性。
圖8為電》茲感應(yīng)電源裝置的典型安裝結(jié)構(gòu)。考慮到高電壓的電 氣安全要求， 一次導(dǎo)線之間的間距有限，電磁裝置的徑向不宜過大。 因其取能的功率取決于磁芯的截面積，故在要求截面積一定的情況 下，增加磁芯的高度來實(shí)現(xiàn)。另外取能磁芯的截面積也不宜過大， 這樣即使飽和，沖擊電壓能量小，容易吸收和耗散。因此，在適宜 工程安裝和電子元器件等空間安排的前提下,兼顧實(shí)際的一次導(dǎo)線 的線徑、磁片導(dǎo)磁性能與加工實(shí)現(xiàn)，磁片的寬度取6mm為宜，通 過增加疊放i茲片的高度來保證》茲芯的截面積。線包的繞制需要漆包 銅線，漆包銅線存在著電阻，電流流過時(shí)會消耗一定的功率，而發(fā) 熱消津毛，產(chǎn)生銅損。電》茲感應(yīng)電源裝置的溫升除受一次導(dǎo)線的溫度 影響外，主要由鐵損和銅損產(chǎn)生的。鐵損由f茲芯決定；銅損由線包 決定，取決于漆包線的線徑和長度。電》茲裝置二次線圏漆包銅線截 面積的確定主要取決于熱計(jì)算，漆包銅線長期工作的電流密度應(yīng)限制在2-3A/mm2之內(nèi)。本實(shí)用新型選取直徑0.5mm的漆包銅線，截 面積0.20mm2,可持續(xù)承載不超過500mA的電流。同時(shí)，選擇 0.50mm的漆包線也是出于減小銅損和i茲芯容室的空間限制的綜合 考慮。按取能》茲芯高度40mm,》茲芯寬度6mm，截面積240mm2, 取能線圏80匝漆包銅線，線徑0.5mm，無補(bǔ)償/磁芯計(jì)，在一次電 流20A時(shí)，試-驗(yàn)表明可感應(yīng)不l氐于100mw (DC 3.3Vx30mA)的 功率。
如果一次電流較小(例如30A 200A),且取能功率4交小(例如 約100mw)，取能單元可保留取能磁芯及取能電路，省去補(bǔ)償磁芯 及補(bǔ)償電路，簡化電路設(shè)計(jì)。如杲一次電流較大，或變化范圍較大 的情況(例如30A 1000A)，取能單元要求保留取能》茲芯及后端電 路，以保證電磁裝置在一次電流較大時(shí)，仍然能夠正常工作。當(dāng)需 要補(bǔ)償?shù)囊淮坞娏鬏^大時(shí)，補(bǔ)償線圈的內(nèi)阻較大，為了減小其發(fā)熱， 要求采用較粗的漆包銅線制作補(bǔ)償線圈， 一般不'J、于取能線圏的線 徑。
目前各個(gè)變電站中很對導(dǎo)線最大線徑不足60mm的情形，在新 型裝置繞有取能線圈的一側(cè)，增加方便拆卸的彈簧片，以適應(yīng)在不 同線徑的一次導(dǎo)線上安裝本電磁感應(yīng)電源裝置的需要。彈簧片采用 錳鋼片或其他不銹鋼片制作，厚度0.5mm為宜，根據(jù)彈簧片的強(qiáng)度 決定，經(jīng)過氧化、防腐蝕處理，形成彈簧片。彈簧片的大小取決于 整體磁芯的尺寸。圖9A和圖9B是彈簧片及安裝的示意圖。
對于雙容室結(jié)構(gòu)磁芯設(shè)計(jì)，考慮到二次線圈從一次導(dǎo)線提取能 量后的處理電路中，包括諸如穩(wěn)壓二極管、電阻等發(fā)熱元件。同時(shí)， 二次線圈、補(bǔ)償線圈本身也會有發(fā)熱。 一方面，為了利于上述發(fā)熱 元器件的散熱，提高取能單元的工作穩(wěn)定性；另一方面，為了提高 通信單元、執(zhí)行單元的電A茲兼容，降低通信單元、執(zhí)4亍單元的工作 環(huán)境溫度；最后，降^f氐了整個(gè)電^茲感應(yīng)電源裝置的內(nèi)部工作溫度，可延長其使用壽命。因此，在空間與電氣安全允許的前提下，將取 能線圈、補(bǔ)償線圈、穩(wěn)壓二極管、電阻等發(fā)熱元件安排在》茲芯的一 側(cè)容室，而將通信單元與執(zhí)行單元安排在磁芯的另側(cè)容室。除線圈 外的穩(wěn)壓二極管、電阻等發(fā)熱元件緊貼電》茲裝置的外殼，以利于散
熱?！菲澬救菔铱臻g的布局如圖10所示。圖中深色部分表示/茲芯的
兩個(gè)容室空間與填充。整個(gè)/ 茲芯結(jié)構(gòu)， 一側(cè)取能線圈繞取能磁芯上， 補(bǔ)償線圈(如果存在)繞在補(bǔ)償磁芯上，另側(cè)電流傳感線圈(如果 存在)繞在電流傳感f茲芯上。取能單元提取的能量通過耐高溫電纜 傳導(dǎo)至整個(gè)^f茲芯的另 一側(cè)，供給通信單元和執(zhí)行單元。
稍作 丈動，以上f茲芯可由兩片不同的f茲芯構(gòu)成，該結(jié)構(gòu)中f茲芯
需采用雙/磁芯才莫具加工成形，f茲芯交^^疊片成形。圖10為》茲片結(jié) 構(gòu)的示意圖，整體外形與圖6相似。該結(jié)構(gòu)的渦流損耗與前一結(jié)構(gòu) 的渦流損耗相同，但導(dǎo)磁性能略優(yōu)于前一結(jié)構(gòu)。
圖IIA和圖11B是》茲片結(jié)構(gòu)B的示意圖。4十對一次導(dǎo)線截面 積為矩形的情況，v磁芯也采用矩形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，雙容室(容室指用于 纏繞線包，放置電子元器件等的空間)，取能磁芯、補(bǔ)償磁芯和電 流傳感^f茲芯采用非^f茲性材料隔離。本結(jié)構(gòu)適用于矩形或近矩形結(jié)構(gòu) 的線纜，且前后兩方向上有專交大安全距離。
該》茲芯結(jié)構(gòu)采用雙f茲芯才莫具制作》茲芯，/磁芯交替疊片成形。圖 12A和圖12B為》茲片結(jié)構(gòu)C,圖13A至圖13D為隔離片結(jié)構(gòu)C, 圖14為整體外形C。
一次導(dǎo)線截面同為矩形，但一次導(dǎo)線僅有一面存在較大的安全 距離情況，》茲芯采用矩形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，單容室(容室指用于纏繞線包， 放置電子元器件等的空間)，取能^f茲芯、補(bǔ)償》茲芯和電流傳感》茲芯 采用非磁性材料隔離。該磁芯結(jié)構(gòu)多片磁芯模具，正反交錯(cuò)疊片成型。圖15A至圖 15D為^茲片結(jié)構(gòu)D,圖16A至圖16F為隔離片結(jié)構(gòu)D,圖17為整 體外形的示意圖，其中A2近似等于A1。該結(jié)構(gòu)適用于矩形或近矩 形結(jié)構(gòu)的線纜，且單一方向上有專交大安全距離。
以上方案中，只是例舉了開啟式^f茲芯設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的幾種典型情 況，凡采用開啟式》茲芯結(jié)構(gòu)與本實(shí)用新型所述結(jié)構(gòu)相似、雷同或變 形，均為本實(shí)用新型保護(hù)之列。
本實(shí)用新型所提出的開啟式交錯(cuò)重疊取能磁芯、補(bǔ)償磁芯與電 流傳感》茲芯設(shè)計(jì)、電磁感應(yīng)電源裝置與控制部的無線通信已經(jīng)通過 了實(shí)現(xiàn)室和高壓環(huán)境下的現(xiàn)場測試，并取4f歲文果良好。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對 于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本 發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均 應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種電磁感應(yīng)電源裝置，其特征在于，所述裝置用于套在高電壓交流傳導(dǎo)線上以感應(yīng)電能，所述裝置包括取能磁芯，包括第一半環(huán)形取能磁芯和第二半環(huán)形取能磁芯，所述第一半環(huán)形取能磁芯的第一端部和所述第二半環(huán)形取能磁芯的第一端部交疊并形成固定的軸連接，所述第一半環(huán)形取能磁芯的第二端部和所述第二半環(huán)形取能磁芯的第二端部能夠交疊并連接，使所述第一半環(huán)形取能磁芯和所述第二半環(huán)形取能磁芯形成封閉的環(huán)形；取能線圈，繞制在所述第一半環(huán)形取能磁芯上，用于從所述高電壓交流傳導(dǎo)線感應(yīng)電能，并將所述電能傳輸至處理和供應(yīng)單元；所述處理和供應(yīng)單元，安裝在所述第一半環(huán)形取能磁芯或第二半環(huán)形取能磁芯的外側(cè)，用于將對所述取能線圈感應(yīng)出的電能進(jìn)行處理并供應(yīng)穩(wěn)定的電能；其中，所述取能磁芯、所述取能線圈和所述處理和供應(yīng)單元被封裝形成密閉的環(huán)形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁感應(yīng)電源裝置，其特征在于，所述 裝置包括第一固定單元，為一個(gè)或多個(gè)彈性件，安裝在所形 成的環(huán)形內(nèi)，用于在所述第一半環(huán)形耳又能;茲芯和所述第二半環(huán) 形取能f茲芯套在所述高電壓交流傳導(dǎo)線上形成封閉環(huán)形后，按 壓所述高電壓交流4專導(dǎo)線以固定所述電；茲感應(yīng)電源裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁感應(yīng)電源裝置，其特征在于所述第一半環(huán)形取能》茲芯和所述第二半工不形耳又能》茲芯均 由N個(gè)半環(huán)形》茲片交疊并固定連4妄形成，所述第一半環(huán)形:f又 能磁芯和所述第二半環(huán)形取能磁芯的第一端部和第二端部在 所述半環(huán)形》茲片的交疊方向上均呈橋^夫，N為正整^:。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁感應(yīng)電源裝置，其特征在于所述第一半環(huán)形取能磁芯與所述第二半環(huán)形取能磁芯的 第一端部和第二端部均向外凸起，使得所述第一半環(huán)形取能f茲芯的第一端部和所述第二半環(huán)形耳又能,茲芯的第一端部交疊的 面積以及所述第一半環(huán)形取能磁芯的第二端部與所述第二半 環(huán)形取能》茲芯的第二端部交疊的面積均大于予貞定面積。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電磁感應(yīng)電源裝置，其特征在于所述第一半環(huán)形:取能》茲芯能夠繞其第一端部的軸相對于 所述第二半環(huán)形取能》茲芯旋轉(zhuǎn)并形成0-60度的開口 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電磁感應(yīng)電源裝置，其特征在于所述第一半環(huán)形取能^t芯和所述第二半環(huán)形取能^"茲芯均 為對稱的半圓環(huán)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電磁感應(yīng)電源裝置，其特征在于所述第一半環(huán)形耳又能;茲芯和所述第二半環(huán)形取能;茲芯均 為對稱的半橢圓環(huán)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電磁感應(yīng)電源裝置，其特征在于所述第一半環(huán)形取能磁芯和所述第二半環(huán)形取能磁芯均 為對稱的長方形半環(huán)。
9. 才艮據(jù)4又利要求5所述的電》茲感應(yīng)電源裝置，其特4i在于所述第一半環(huán)形取能磁芯和所述第二半環(huán)形取能-茲芯均 為對稱的三角形半環(huán)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的電磁感應(yīng)電源裝置，其特 4正在于，還包4舌與所述取能i茲芯的形狀和結(jié)構(gòu)相同的4卜償磁芯，包括第 一半環(huán)形補(bǔ)^f嘗》茲芯和第二半環(huán)形補(bǔ)j嘗石茲芯，分別與所述耳又能》茲 芯的第一半環(huán)形取能》茲芯和第二半環(huán)形取能磁芯并行交疊并 形成軸連接，所述補(bǔ)償磁芯和所述取能磁芯的端部通過預(yù)定厚 度的隔離片隔離，使得環(huán)形磁芯部分間隔所述預(yù)定厚度；補(bǔ)償線圏，.繞制在所述補(bǔ)償f茲芯的第 一半環(huán)形補(bǔ)償f茲芯 或所述第二半環(huán)形補(bǔ)償f茲芯上，用于遏制所述耳又能線圏產(chǎn)生的 功率增量，產(chǎn)生穩(wěn)定的功率輸出；其中，所述補(bǔ)償石茲芯和所述補(bǔ)償線圈與所述耳又能石茲芯、 所述取能線圈和所述處理和供應(yīng)單元一起進(jìn)4亍封裝。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電磁感應(yīng)電源裝置，其特征在于，所 述裝置還包4舌第二固定單元，為一個(gè)或多個(gè)彈性薄片，安裝,在所形成 環(huán)形內(nèi)，用于在所述第一半環(huán)形補(bǔ)〗嘗^茲芯和所述第二半環(huán)形補(bǔ) 償磁芯套在所述高電壓交流傳導(dǎo)線上形成封閉環(huán)形后，按壓所 述高電壓交流4專導(dǎo)線以固定所述電》茲感應(yīng)電源裝置。
12. 才艮據(jù)外又利要求9所述的電萬茲感應(yīng)電源裝置，其特4正在于，所述第一半環(huán)形補(bǔ)償i茲芯和所述第二半環(huán)形外卜償》茲芯均 由M個(gè)半環(huán)形f茲片交疊并固定連4矣形成，戶斤述第一半環(huán)形#卜償^t芯和所述第二半環(huán)形補(bǔ)償;茲芯的第一端部和第二端部在交疊方向上均呈橋d夫，M為正整凄史。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的電磁感應(yīng)電源裝置，其特 4正在于，還包4"舌與所述取能磁芯的形狀和結(jié)構(gòu)相同的電流傳感磁芯，包 括第一半環(huán)形電流傳感》茲芯和第二半環(huán)形電流傳感》茲芯，分別 與所述取能i茲芯的第 一 半環(huán)形取能》茲芯和第二半環(huán)形取能》茲 芯并行交疊并形成軸連接，所述電流傳感；茲芯和所述耳又能磁芯 的端部通過預(yù)定厚度的隔離片隔離，^f吏得環(huán)形》茲芯部分間隔所 述預(yù)定厚度；電流傳感線圈，繞制在所述電流傳感f茲芯的第 一半環(huán)形 電流傳感石茲芯或所述第二半環(huán)形電流傳感；茲芯上，用于感應(yīng)所 述高電壓交流傳導(dǎo)線上的電流；以及所述電流傳感^茲芯、電流傳感線圈與所述取能；茲芯、所 述取能線圈和所述處理和供應(yīng)單元一起進(jìn)4亍封裝。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電》茲感應(yīng)電源裝置，其特征在于，所 述裝置還包4舌第三固定單元，為一個(gè)或多個(gè)彈性薄片，安裝在所述第 一半環(huán)形電流傳感》茲芯或所述第二半環(huán)形電:i;危傳感f茲芯內(nèi)，用 于在所述第一半環(huán)形電流傳感f茲芯和所述第二半環(huán)形電流傳 感磁芯套在所述高電壓交流傳導(dǎo)線上形成封閉環(huán)形后，按壓所 述高電壓交流傳導(dǎo)線以固定所述電》茲感應(yīng)電源裝置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電磁感應(yīng)電源裝置，其特征在于，所述第一半環(huán)形電流傳感》茲芯和所述第二半環(huán)形電流傳 感》茲芯均由Q個(gè)半環(huán)形》茲片交疊并固定連4妄形成，所述第一半環(huán)形電流傳感i茲芯和所述第二半環(huán)形電流傳感磁芯的第一端部和第二端部在交疊方向上均為梳狀，Q為正整數(shù)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電磁感應(yīng)電源裝置，其特征在于，間隔的所述預(yù)定厚度為2mm至20mm。
17. —種電氣測控設(shè)備，用于測量高電壓傳導(dǎo)線上的電氣參數(shù)，其 特征在于，所述電氣測控設(shè)備包括根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的電磁感應(yīng)電源裝 置，用于進(jìn)行供電；執(zhí)行部，包括4皮封裝在所述電磁感應(yīng)電源裝置的磁芯外 側(cè)，并通過所述電磁感應(yīng)電源裝置供電；以及控制部，用于與所述執(zhí)4于部進(jìn)4于無線通4言，并控制所述 執(zhí)行部測量所述高電壓傳導(dǎo)線上的電氣參數(shù)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電氣測控設(shè)備，其特征在于，所述執(zhí) 4亍部包4舌執(zhí)4亍單元，用于在所述控制部的控制下，4艮據(jù)所述電源 裝置的電流感應(yīng)線圏感應(yīng)到的電流計(jì)算所述高電壓傳導(dǎo)線上 的電氣參數(shù)；以及第一通信單元，用于將所述執(zhí)行單元所計(jì)算出的電氣參 數(shù)通過無線通信方式發(fā)送至所述控制部，以及用于接收來自所 述控制部的控制信息。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的電氣測控設(shè)備，其特征在于，所述控 制部包4舌控制單元，用于對所述執(zhí)行部進(jìn)4亍控制并處理來自執(zhí)4亍 部的電氣參數(shù)；第二通信單元，用于與所述執(zhí)行部的第一通信單元進(jìn)行 通信。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種電磁感應(yīng)電源裝置和采用其的電氣測控設(shè)備，該裝置包括取能磁芯，包括第一和第二半環(huán)形取能磁芯，第一半環(huán)形取能磁芯和第二半環(huán)形取能磁芯的第一端部交疊并形成固定的軸連接，第一半環(huán)形取能磁芯和第二半環(huán)形取能磁芯的第二端部能夠交疊并連接，使第一第二半環(huán)形取能磁芯形成封閉的環(huán)形；取能線圈，繞制在第一半環(huán)形取能磁芯上，用于從高電壓交流傳導(dǎo)線感應(yīng)電能，并將電能傳輸至處理和供應(yīng)單元；處理和供應(yīng)單元，安裝在第一半環(huán)形取能磁芯或第二半環(huán)形取能磁芯的外側(cè)，用于將對取能線圈感應(yīng)出的電能進(jìn)行處理并供應(yīng)穩(wěn)定的電能；其中，取能磁芯、取能線圈和處理和供應(yīng)單元被封裝形成密閉的環(huán)形。
文檔編號H01F38/00GK201233804SQ20082000442
公開日2009年5月6日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者燕 任, 延慧君, 李光權(quán), 明 梁, 赟 王, 陳海彬 申請人:明 梁