專利名稱：多線圈的電線能量采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種為低功耗電子監(jiān)測(cè)裝置提供能量的裝置，尤其涉及一種多線圈的電線能量采集器。
背景技術(shù)：
能量采集器可以采集周圍環(huán)境中的光能、熱能、電磁能、機(jī)械能等各種形式的能量并將其轉(zhuǎn)換成電能，從而成為一種可自我維持的新型電源。隨著科學(xué)技術(shù)逐漸發(fā)展，用電設(shè)備已經(jīng)深入人們生活的各個(gè)角落，并且種類越來越繁多，用電需求也呈逐年增加的趨勢(shì)，因此，供電設(shè)備以及用電環(huán)境的安全也越來越受到人們的重視，對(duì)輸/供電線狀態(tài)的監(jiān)測(cè)需求十分迫切；而電子監(jiān)測(cè)裝置的電源問題是電力線/網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用面臨的關(guān)鍵問題之一，采集電力線/網(wǎng)環(huán)境中的電磁能為電子監(jiān)測(cè)裝置提供電源，是一種可行的技術(shù)思路。采集交流電線周圍的電磁能，使用線圈是最有效可行的方法之一。線圈式的電流互感器在電流測(cè)量方面有廣泛的應(yīng)用，除了用作電流測(cè)試之外，電流互感器也可用于能量采集的換能器。但是用作能量采集時(shí)，互感器的負(fù)載不再像用作電流測(cè)量時(shí)的負(fù)載那樣小到可以基本忽略不計(jì)，由于充電過程中，換能器的負(fù)載阻抗呈現(xiàn)出時(shí)變特性，充電滿時(shí)互感器的輸出端近似開路。而且電流互感器在用作能量采集器時(shí)，需要電流互感器有較高的輸出電壓，才能驅(qū)動(dòng)后端的調(diào)諧、整流、穩(wěn)壓等電源管理電路為蓄能元件充電。對(duì)于確定尺寸和材料的磁芯，換能輸出的電流增益隨著線圈匝數(shù)的減小而增加， 輸出的電壓增益隨著匝數(shù)的增加而增大，所以一旦線圈的匝數(shù)選定后，換能輸出的電流增益和電壓增益的乘積基本為一確定值。電流互感器在用作能量采集的換能器時(shí)，往往需要電流互感器有較大的輸出電流，如果只通過匝數(shù)來調(diào)整輸出電流、電壓增益，就可能會(huì)在保持了要求的電流增益時(shí)，輸出電壓較低，導(dǎo)致無法驅(qū)動(dòng)后端的整流、穩(wěn)壓、充電等電源管理電路；反過來如果保持了較高的輸出電壓增益，則輸出電流低，通過電源管理電路對(duì)蓄能元件的充電時(shí)間會(huì)很長。在給定線圈匝數(shù)時(shí)，通過磁芯的磁通面面積改變，也可以調(diào)整換能器的輸出電流增益和電壓增益——改變磁通面面積，如果負(fù)載近似為零時(shí)，輸出電流增益基本不變，輸出電壓增益變化，而負(fù)載不能近似為零時(shí)，輸出電流和電壓增益都會(huì)變化，且變化情況除了與負(fù)載、線圈的阻抗有關(guān)之外，還和磁芯特性有關(guān)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)中的參數(shù)計(jì)算復(fù)雜，而且不便于調(diào)整。中國專利CN20111017^03. 1中，多個(gè)電流互感器的原邊被串聯(lián)接在220V交流電線上進(jìn)行能量采集，每個(gè)互感器的輸出和一路電源管理電路相連，事實(shí)上，這個(gè)方案只有在單個(gè)電流互感器的電流和電壓輸出足夠驅(qū)動(dòng)后端電路時(shí)才有效；同時(shí)該專利的方案中，需要將電流互感器接入交流電線，既增加了裝置設(shè)置的難度又在安裝時(shí)破壞了輸/供電線路的完整性。

發(fā)明內(nèi)容
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針對(duì)背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出了一種多線圈的電線能量采集器，它由2個(gè)或2個(gè)以上帶磁芯的線圈式感應(yīng)換能器結(jié)合電源管理電路和蓄能元件組成；感應(yīng)換能器套接在輸電線外，各個(gè)感應(yīng)換能器的輸出端以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接后輸入至電源管理電路，電源管理電路實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)換能器的輸出進(jìn)行調(diào)諧、整流、穩(wěn)壓并控制蓄能元件的充、放電動(dòng)作。單個(gè)換能器的結(jié)構(gòu)由“C”形磁芯、線圈和磁閉合裝置組成；線圈纏繞在“C”形磁芯上，各個(gè)感應(yīng)換能器上的線圈的輸出端以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接后與電源管理電路的輸入端相連；輸電線從“C”形磁芯上的缺口處套入“C”形磁芯內(nèi)；磁閉合裝置連接在“C”形磁芯上缺口處位置，磁閉合裝置閉合后，“C”形磁芯和磁閉合裝置組成的結(jié)構(gòu)體形成封閉的磁回路；輸/供電交流電線作為感應(yīng)換能器的原邊，線圈形成感應(yīng)換能器的次級(jí)，電線周圍的交變磁場(chǎng)被由“C”形磁芯和磁閉合裝置組成的閉合磁路匯聚并在線圈上感應(yīng)出電輸出。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是通過改變感應(yīng)換能器的數(shù)量，來控制能量采集器轉(zhuǎn)化的能量總量；通過調(diào)整多個(gè)感應(yīng)器輸出的連接方式，來調(diào)整換能輸出的電流和電壓增益 串聯(lián)時(shí)，換能器的總輸出電流增益保持為單個(gè)換能器的輸出電流增益，輸出電壓增益隨串聯(lián)的感應(yīng)器個(gè)數(shù)增多而增大，并聯(lián)時(shí)換能器的總輸出電壓增益保持單個(gè)換能器的輸出電壓增益基本不變，輸出電流增益隨并聯(lián)的感應(yīng)器個(gè)數(shù)增多而增大；換能器無需接入輸電線， 結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)置方便、檢修、維護(hù)方便，輸出參數(shù)的可調(diào)節(jié)性好。


圖1、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖一(圖中標(biāo)記1所示為交流電線)； 圖2、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖二；
圖3、串聯(lián)方式連接時(shí)，本發(fā)明的電氣原理圖； 圖4、并聯(lián)方式連接時(shí)，本發(fā)明的電氣原理圖5、在IArms電線電流下，分別由N=I和N=2的1000匝線圈組成的電線能量采集器對(duì) 50V470mF電容進(jìn)行充電的結(jié)果；
圖6、在IArms電線電流下，分別由N=I和N=2的3000匝線圈組成的電線能量采集器對(duì) 50V470mF電容進(jìn)行充電的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的方案為一種多線圈的電線能量采集器，它由2個(gè)或2個(gè)以上的感應(yīng)換能器2、電源管理電路和蓄能元件組成；感應(yīng)換能器2套接在輸電線外，各個(gè)感應(yīng)換能器2的輸出端以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接后輸入至電源管理電路，電源管理電路實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)換能器 2的輸出進(jìn)行調(diào)諧、整流、穩(wěn)壓并控制蓄能元件的充、放電動(dòng)作；
單個(gè)感應(yīng)換能器2的結(jié)構(gòu)由“C”形磁芯2-1、線圈2-2和磁閉合裝置2-3組成；線圈2_2 纏繞在“C”形磁芯2-1外，各個(gè)感應(yīng)換能器2上的線圈2-2的輸出端以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接后與電源管理電路的輸入端相連；輸電線從“C”形磁芯2-1上的缺口處套入“C”形磁芯2-1內(nèi)；磁閉合裝置2-3連接在“C”形磁芯2-1上缺口處位置，磁閉合裝置2-3閉合后， “C”形磁芯2-1和磁閉合裝置2-3組成的結(jié)構(gòu)體形成封閉的磁回路，同時(shí)，磁閉合裝置2-3 還起到了防止輸電線從“C”形磁芯2-1內(nèi)脫出的作用；交流輸/供電線作為感應(yīng)換能器2的原邊，線圈2-2形成感應(yīng)換能器2的次級(jí)，電線周圍的交變磁場(chǎng)被由“C”形磁芯2-1和磁閉合裝置2-3組成的閉合磁路匯聚并在線圈2-2上感應(yīng)出電輸出。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的創(chuàng)新之處有兩點(diǎn)1)感應(yīng)換能器2數(shù)量為多個(gè)，多個(gè)感應(yīng)換能器2可根據(jù)需要選擇并聯(lián)或串聯(lián)的連接方式，組合方式靈活多變，可根據(jù)不同的設(shè)備需要靈活調(diào)整參數(shù)。例如每個(gè)感應(yīng)換能器的匝數(shù)可以設(shè)計(jì)為較小，以增大感應(yīng)電流輸出，通過串聯(lián)的感應(yīng)換能器的個(gè)數(shù)增加來提高換能輸出的電壓?；蛘撸總€(gè)感應(yīng)換能器的匝數(shù)可以設(shè)計(jì)為較大，以增大感應(yīng)電壓輸出，通過并聯(lián)的感應(yīng)換能器的個(gè)數(shù)增加來提高換能輸出的電流。不同匝數(shù)的感應(yīng)換能器2的充電差異，以及多個(gè)線圈的輸出端串、并聯(lián)后的充電效果可由如下分析來說明1個(gè)1000匝線圈的感應(yīng)換能器2 (其充電效果由圖5中實(shí)線所示)、兩個(gè)1000匝線圈的感應(yīng)換能器2串聯(lián)(其充電效果由圖5中虛線所示)、1個(gè)3000匝線圈的感應(yīng)換能器2 (其充電效果由圖6中實(shí)線所示)以及2個(gè)3000匝線圈的感應(yīng)換能器 2 (其充電效果由圖6中虛線所示)并聯(lián)時(shí)的充電效果分別由圖5和圖6示出。充電結(jié)果表明，線圈2-2匝數(shù)越小，充電時(shí)間越快，但電容上可充得的最大電壓隨之減??；多個(gè)線圈2-2 以串聯(lián)方式進(jìn)行輸出能夠成倍增大電容上可充得的最大電壓；多個(gè)線圈2-2以并聯(lián)方式進(jìn)行輸出能夠減少充電時(shí)間。所以在實(shí)際使用中，只有采用小匝數(shù)線圈2-2以串聯(lián)方式輸出、 大匝數(shù)線圈2-2以并聯(lián)方式輸出才能達(dá)到較好的輸出效果，從而保證感應(yīng)換能器2輸出的電流和電壓數(shù)值同時(shí)都滿足要求，從而在較大電流范圍內(nèi)均能夠驅(qū)動(dòng)后端負(fù)載。2)本發(fā)明的裝置無需接入輸電線，保護(hù)了輸/供電線路的完整性，也減少了安裝設(shè)備時(shí)的難度。
權(quán)利要求
1. 一種多線圈的電線能量采集器，其特征在于它由2個(gè)或2個(gè)以上的感應(yīng)換能器 (2)、電源管理電路和蓄能元件組成；感應(yīng)換能器(2)套接在輸電線外，各個(gè)感應(yīng)換能器(2) 的輸出端以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接后輸入至電源管理電路的輸入端，電源管理電路對(duì)感應(yīng)換能器(2)的輸出進(jìn)行調(diào)諧、整流、穩(wěn)壓并控制蓄能元件的充、放電動(dòng)作；單個(gè)感應(yīng)換能器(2)的結(jié)構(gòu)由“C”形磁芯(2-1)、線圈(2-2)和磁閉合裝置(2-3)組成； 線圈(2-2)纏繞在“C”形磁芯(2-1)上，各個(gè)感應(yīng)換能器(2)上的線圈(2-2)的輸出端以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接后與電源管理電路的輸入端相連；輸電線從“C”形磁芯(2-1)的缺口處套入“C”形磁芯(2-1)內(nèi)；磁閉合裝置(2-3)連接在“C”形磁芯(2-1)缺口處位置，磁閉合裝置(2-3)閉合后，“C”形磁芯(2-1)和磁閉合裝置(2-3)組成的結(jié)構(gòu)體形成封閉的磁回路；交流輸/供電線作為感應(yīng)換能器(2)的原邊，線圈(2-2)形成感應(yīng)換能器(2)的次級(jí)， 電線周圍的交變磁場(chǎng)被由“C”形磁芯(2-1)和磁閉合裝置(2-3)組成的閉合磁路匯聚并在線圈(2-2)上感應(yīng)出電輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多線圈的電線能量采集器，它由2個(gè)或2個(gè)以上的感應(yīng)換能器、電源管理電路和蓄能元件組成；感應(yīng)換能器套接在輸電線外，各個(gè)感應(yīng)換能器的輸出端以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接后輸入至電源管理電路的輸入端，電源管理電路對(duì)感應(yīng)換能器的輸出進(jìn)行調(diào)諧、整流、穩(wěn)壓并控制蓄能元件的充、放電動(dòng)作；本發(fā)明的有益技術(shù)效果是通過改變感應(yīng)換能器的數(shù)量，來控制能量采集器轉(zhuǎn)化的能量總量；通過調(diào)整多個(gè)感應(yīng)器輸出的連接方式，來調(diào)整換能輸出的電流和電壓增益；換能器無需接入輸電線，結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)置方便、檢修、維護(hù)方便，輸出參數(shù)的可調(diào)節(jié)性好。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102437657SQ20111043618
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者吳治嶧, 文玉梅, 李平, 楊進(jìn) 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)