(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211245528.6 (22)申请日 2022.10.12 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610031 四川省成 都市二环路北一段 111号 (72)发明人 李砚玲　桂藜　李勇　何正友　 (74)专利代理 机构 重庆敏创专利代理事务所 (普通合伙) 50253 专利代理师 陈千 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/10(2020.01) (54)发明名称 线圈侵入式的高性能绝缘子分层优化设计 方法和装置 (57)摘要 本申请涉及一种线圈侵入式的高性能绝缘 子分层优化 设计方法和装置， 属于绝缘子技术领 域， 以单片绝缘子的磁通密度、 电蚀损深度、 硬度 作为优化目标， 建立材料特性的底层优化模型， 确定绝缘材料； 以绝缘子整体的击穿强度、 击穿 电压、 拉伸强度作为优化目标， 建立伞裙结构的 中层优化模型， 确定伞裙结构； 以绝缘子的输出 功率和效率作为优化目标， 建立线圈结构的顶层 优化模型， 确定线圈结构； 通过改变或改进绝缘 材料、 改变伞裙结构和线圈结构参数， 利用有限 元数值分析手段和智能算法寻找使得绝缘子机 电特性和传能性能均满足要求的参数组合， 从而 保证绝缘子的高性能工作。 权利要求书3页 说明书10页 附图3页 CN 115495960 A 2022.12.20 CN 115495960 A 1.一种线圈侵入式的高性能绝缘子分层优化设计方法， 其特征在于， 所述高性能绝缘 子分层优化设计方法包括： (1)以单片绝缘子的磁通密度、 电蚀损深度、 硬度作为优化目标， 建立材料特性的底层 优化模型， 确定绝 缘材料； (2)以绝缘子整体的击穿强度、 击穿电压、 拉伸强度作为优化目标， 建立伞裙结构的中 层优化模型， 确定伞 裙结构； (3)以绝缘子的输出功率和效率作为优化目标， 建立线圈结构的顶层优化模型， 确定线 圈结构； (4)根据所述绝缘材料、 所述伞裙结构和所述线圈结构形成线圈侵入式的高性能绝缘 子， 检验其机电特性和传能特性， 如不满足设计性能要求， 则重复执行步骤(1)至步骤(4)直 至满足设计性能要求。 2.根据权利要求1所述的高性 能绝缘子分层优化设计方法， 其特征在于， 所述以单片绝 缘子的磁通密度、 电蚀损深度、 硬度作为优化目标， 建立材料特性的底层优化模型， 确定绝 缘材料包括： 根据磁导率μ、 电导率σ、 介电常数ε、 密度ρ建立绝缘材料的性能函数X1＝(μ, σ, ε, ρ,...)； 利用有限元软件仿真绝缘子磁场、 电场和应力场分布， 以单片绝缘子的磁通密度B、 电 蚀损深度De、 硬度Hv作为优化目标， 建立材料特性的底层优化模型y＝f[B(X1),De(X1),Ηv (X1),...]； 以B≥Br,De≤Der,Hv≥Hvr,...作为优化指标结果， 得到磁通密度B、 硬度Hv均大于预设目 标阈值、 电蚀损深度De小于预设目标阈值的绝 缘材料确定为选 定的优化 绝缘材料。 3.根据权利要求1所述的高性 能绝缘子分层优化设计方法， 其特征在于， 所述以绝缘子 整体的击穿强度、 击穿电压、 拉伸强度作为优化目标， 建立伞裙结构的中层优化模型， 确定 伞裙结构包括： 根据伞裙外径H、 厚度t、 相邻伞裙间距d、 大伞裙的个数Ai和小伞裙的个数Bj、 大小伞裙 排布方式 a建立的伞 裙结构的表征函数： X2＝(H,t,d,Ai,Bj,a,...),a∈Na； 其中， 伞裙外径H、 厚度t、 相邻伞裙间距d、 大伞裙的个数Ai和小伞裙Bj的个数的变化范 围为： Hmin≤H≤Hmax,tmin≤t≤tmax,dmin≤d≤dmax,Aimin≤Ai≤Aimax,Bjmin≤Bj≤Bjmax,...； Na为大小伞裙排布 方式的集合， 集合元素的个数采用 计算， a为集合中任意一个元 素； 利用有限元软件仿真绝缘子电场和应力场分布， 以绝缘子击穿强度Eb、 击穿电压Vb、 拉 伸强度Rm作为优化目标， 建立伞 裙结构的中层优化模型u＝g[Eb(X2),Vb(X2),Rm(X2),...]； 以Eb≥Ebr,Vb≥Vbr,Rm≥Rmr,...作为优化指标结果， 得到击穿强度Eb、 击穿电压Vb、 拉伸 强度Rm均大于预设目标阈值的伞 裙结构确定为选 定的优化伞 裙结构。 4.根据权利要求1所述的高性 能绝缘子分层优化设计方法， 其特征在于， 所述以绝缘子 的输出功率和效率作为优化目标， 建立线圈结构的顶层优化模型， 确定线圈结构包括：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115495960 A 2绝缘子大伞裙中放置大线圈， 小伞裙中放置小线圈。 结构参数中线圈内径Xin大于芯棒 直径Cr， 大线圈外径 Xout_g小于大伞裙直径Hg， 小线圈外径 Xout_s小于小伞裙直径Hs， 且大线圈 个数Cm与小线圈个数Dn受到伞裙个数的约束为Ai≥Cm,Bj≥Dn， 设定输出功 率、 电压和效率分 别满足Po≥Pr,Vo≥Vr, η ≥ηr； 根据绝缘子系统的线圈内径Xin、 线圈外径Xout＝[Xout_g,Xout_s]、 大线圈的个数Cm、 小线圈 的个数Dn和线圈排布方式b建立线圈结构的表征函数 X3＝(Xin,Xout,Cm,Dn,b,...),b∈Nb； 利用有限元数值计算方法得到各种 线圈内外径大小、 大小线 圈的个数及排布方式下线 圈的电感、 电阻参数， 进 而求出系统输出功率、 输出电压和效率z＝h[ Po(X3),Vo(X3), η(X3)]； 以Po≥Pr,Vo≥Vr, η≥ηr作为优化指标结果， 得到系统输出功率、 输出电压和效率均大于 预设目标阈值的线圈结构确定为选 定的优化线圈结构。 5.根据权利要求4所述的高性能绝缘子分层优化设计方法， 其特征在于， Nb为线圈排布 方式的集 合， 集合元素的个数采用采用公式 计算， b为 集合中任意 一个元素。 6.根据权利要求1所述的高性 能绝缘子分层优化设计方法， 其特征在于， 所述根据 所述 绝缘材料、 所述伞裙结构和所述线圈结构形成线圈侵入式的高性能绝缘子， 检验其机电特 性和传能特性， 如不满足设计性能要求， 则重复执行步骤(1)至步骤(4)直至满足设计性能 要求包括： 检验所设计绝缘子结构的额定机械负荷、 重量和结构高度是否满足设计性能要求， 是 则进行下一步检验， 否则重复执 行步骤(1)至步骤(4)直至满足设计性能要求； 检验所设计绝缘子结构的额定电压、 绝缘距离、 最小公称爬电距离是否满足设计性能 要求， 是则进行 下一步检验， 否则重复执 行步骤(1)至步骤(4)直至满足设计性能要求； 检验所设计绝缘子结构的能量输出特性是否满足设计性能要求， 是则结束设计， 否则 重复执行步骤(1)至步骤(4)直至满足设计性能要求。 7.一种线圈侵入式的高性能绝缘子分层优化设计装置， 其特征在于， 所述高性能绝缘 子分层优化设计装置包括： 第一确定模块， 用于以单片绝缘子的磁通密度、 电蚀损深度、 硬度作为优化目标， 建立 材料特性的底层优化模型， 确定绝 缘材料； 第二确定模块， 用于以绝缘子整体的击穿强度、 击穿电压、 拉伸强度作为优化目标， 建 立伞裙结构的中层优化模型， 确定伞 裙结构； 第三确定模块， 用于以绝缘子的输出功率和效率作为优化目标， 建立线圈结构的顶层 优化模型， 确定线圈结构； 判断模块， 用于根据所述绝缘材料、 所述伞裙结构和所述线圈结构形成线圈侵入式的 高性能绝缘子， 检验其机电特性和传能特性， 如不满足设计性能要求， 则重复执行第一确定 模块、 第二确定模块和第三确定模块 直至满足设计性能要求。 8.一种非易失性存储设备， 其特征在于， 包括： 处理器， 以及与所述处理器通信连接的 存储器； 所述存储器存储计算机执 行指令； 所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令， 以实现如权利要求1 ‑6中任一项 所述的方法。 9.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机可读存储介质中存储有计算机权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115495960 A 3