输电线路微风振动采集方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种输电线路微风振动采集方法与装置。采用弹簧谐振型摩擦纳米发电结构、电荷辅助电路及电能管理单元，发电结构的一个发电元件提供电荷，通过电荷辅助电路为其他发电元件注入电荷，再通过电能管理电路将电能存储到蓄电池中。本发明专利技术的电网输电线风致微振动能量采集方案具有较高的能量转化效率和充电速率，装置具备体积小、质量轻、发电过程对输电线无附加影响的特点。输电线无附加影响的特点。输电线无附加影响的特点。

【技术实现步骤摘要】
输电线路微风振动采集方法与装置


[0001]本专利技术涉及能源转化
，尤其是一种输电线路微风振动采集方法与装置。

技术介绍

[0002]电网输电线路因受环境影响而运行状态复杂多变,覆冰、舞动和雷击等现象均会引起基础参量(如温度、应变和振动等)的有规律变化,输电线路的运行安全需要传感设备对其温度、应变、振动状态进行监测，以提前做到安全预警的作用。然而，目前对于这些传感节点的能源供给主要还是采用电池供电和太阳能电池板的形式。传统电池的有限寿命使得无线传感节点需要不定期的维护，提高了其运行成本和部署难度，已无法满足长时间可持续性户外工作的能源需求；太阳能电池技术受天气、环境和时间的限制，无法实现全天候的能源自补给功能。相关研究表明，高压输电线路普遍存在振动，在风速0.5～10m/s下，会产生高频微幅的微风振动，振动幅值最大达10mm，频率为3～120Hz。这部分由于输电线风致微振动的机械能为输电线监测的传感设备提供了另外一种可行的能量来源。然而在这种微振动情况下，电磁感应发电和压电发电技术均存在效率低的问题，要得到较大的电能输出需要较大的器件体积和质量。另外电磁感应发电技术中使用的磁性元件对于传感器设备本身会造成一定的干扰。

技术实现思路

[0003]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种输电线路微风振动采集方法与装置，以基于摩擦纳米发电技术，在保证小体积和小质量的情况下，提供一种将微振动高效率转换为电能的解决方案。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]一种输电线路微风振动采集装置，包括摩擦纳米发电单元、电荷辅助电路和电能管理单元，摩擦纳米发电单元和电荷辅助电路数量相等，均至少为一个；摩擦纳米发电单元包括第一摩擦发电单元和至少一个可变电容器；
[0006]第一摩擦发电单元为弹簧谐振型摩擦纳米发电结构，第一摩擦发电单元包括第一电极、第一介电薄膜和第二电极，第一介电薄膜带负电，第一介电薄膜设置于第一电极上；
[0007]电荷辅助电路包括第一二极管、第二二极管和第一电容，第一二极管的正极与第二二极管的负极连接到第一电极，第一二极管的负极连接第一电容的第一端，第一电容的第二端与第二二极管的正极连接到第二电极；第一电容的第一端作为电荷辅助电路的第一输出端，第一电容的第二端作为电荷辅助电路的第二输出端；
[0008]各可变电容器的两个电极中，一个电极经整流桥后连接电荷辅助电路的第一输出端，另一个电极连接电荷辅助电路的第二输出端；
[0009]电能管理单元包括整流桥，以及连接整流桥的滤波电路。
[0010]上述设计的装置，增加了电荷辅助电路以及可变电容器，电荷辅助电路可以不断为可变电容器补充电荷，可变电容器在振动过程中释放电荷，其电荷量不受摩擦纳米发电
机介电薄膜初始电荷量的限制，可以更高功率、更高效率地输出电流。
[0011]进一步的，滤波电路包括第二电容、晶体闸流管、稳压二极管、第三二极管、第一电感和第三电容；第二电容与整流桥的两个直流输出端并联，晶体闸流管的阳极和稳压二极管的负极连接第二电容的第一端，晶体闸流管的阴极连接第三二极管的负极，晶体闸流管的门极连接稳压二极管的正极，第三二极管的负极通过第一电感连接第三电容的第一端，第三二极管的正极和第三电容的第二端连接到第二电容的第二端。
[0012]进一步的，可变电容器包括第三电极和第四电极，第三电极连接第一电容的第二端，第四电极经整流桥连接第一电容的第一端，在第四电极上，设置有第二介电薄膜，该第二介电薄膜不注入电荷。
[0013]进一步的，各可变电容器均与第一摩擦发电单元堆叠设置。
[0014]进一步的，各可变电容器的第三电极均与第二电极保持相对静止。
[0015]进一步的，摩擦纳米发电单元为两个。
[0016]进一步的，两个摩擦纳米发电单元包括：第一摩擦纳米发电单元和第二摩擦纳米发电单元，第一摩擦纳米发电单元包括第一可变电容器，第二摩擦纳米发电单元包括第二可变电容器；两个摩擦纳米发电单元的设计结构为：
[0017]包括固定框架，固定架由第一层板、第二层板、第三层板成上中下结构间隔排列，通过两侧的第一侧板和第二侧板固定而成；在第一层板的下表面，向下逐层设置第一摩擦纳米发电单元的第一电极、第一介电薄膜，第二层板的上表面，向上逐层设置第一可变电容器的第四电极、第二介电薄膜；第二层板的下表面，向下逐层设置第二摩擦纳米发电单元的第一电极、第一介电薄膜；第三板层的上表面，向上逐层设置第二可变电容器的第四电极、第二介电薄膜；在固定框架内，设置有活动构件，该活动构件上下两侧通过共振弹簧连接于固定框架上；活动构件包括第四层板、第五层板，第四层板位于第一层板和第二层板之间，第五层板位于第二层板和第三层板之间，第四层板和第五层板通过两侧的第三侧板和第四侧板固定为一体；第四层板上表面设置第一摩擦纳米发电单元的第二电极，第四层板下表面设置第一可变电容器的第三电极；第五层板上表面设置第二摩擦纳米发电单元的第二电极，第五层板下表面设置第二可变电容器的第三电极。
[0018]进一步的，贯穿第四层板及其上下表面的电极(即第一摩擦纳米发电单元的第二电极、第一可变电容器的第三电极)，设置有第一气孔，贯穿第五层板及其上下表面的电极(即第二摩擦纳米发电单元的第二电极、第一可变电容器的第三电极)，设置有第二气孔。
[0019]本专利技术还提供了一种输电线路微风振动采集方法，采用如上述的输电线路微风振动采集装置安装于输电线上，将电能管理单元的输出端连接蓄电池。
[0020]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0021]1、本专利技术的输电线路微风振动采集装置设计了电荷辅助电路以及相适配的可变电容器，能够高效率地将微振动机械能转换为电能。基于摩擦纳米发电技术设计的能量采集装置具有体积小、质量轻的特点。
[0022]2、本专利技术的电能管理单元所设计的晶体闸流管及稳压二极管，不需要借助外部供电即可实现对电流的整型。
[0023]3、本专利技术的摩擦纳米发电单元的振子部分设计气孔，可以避免在振动时电极与介电薄膜粘贴在一起。
[0024]4、本专利技术的发电、输电过程不会对输电线产生附加影响。
附图说明
[0025]本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0026]图1是输电线路微风振动采集装置的构造示意图。
[0027]图2是电荷辅助电路的结构图。
[0028]图3是电能管理单元的电路图。
[0029]图4是采用两个摩擦纳米发电单元构造电网输电线风致微振动能量采集装置的实施例。
[0030]图5是采用一个摩擦纳米发电单元构造电网输电线风致微振动能量采集装置的实施例。
[0031]图6是电荷辅助电路及可变电容器工作状态图。
[0032]图7是摩擦纳米发电单元结构的一个实施例。
具体实施方式
[0033]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输电线路微风振动采集装置，其特征在于，包括摩擦纳米发电单元(1)、电荷辅助电路(2)和电能管理单元(3)，所述摩擦纳米发电单元(1)和电荷辅助电路(2)数量相等，均至少为一个；所述摩擦纳米发电单元(1)包括第一摩擦发电单元(11)和至少一个可变电容器(12)；所述第一摩擦发电单元(11)为弹簧谐振型摩擦纳米发电结构，所述第一摩擦发电单元(11)包括第一电极(11a)、第一介电薄膜(11b)和第二电极(11c)，所述第一介电薄膜(11b)带负电，所述第一介电薄膜(11b)设置于所述第一电极(11a)上；所述电荷辅助电路(2)包括第一二极管(21)、第二二极管(22)和第一电容(23)，所述第一二极管(21)的正极与所述第二二极管(22)的负极连接到所述第一电极(11a)，所述第一二极管(21)的负极连接第一电容的第一端(23a)，第一电容的第二端(23b)与所述第二二极管(22)的正极连接到所述第二电极(11c)；所述第一电容的第一端(23a)作为所述电荷辅助电路(2)的第一输出端，所述第一电容的第二端(23b)作为电荷辅助电路(2)的第二输出端；各所述可变电容器(12)的两个电极中，一个电极经整流桥(31)后连接电荷辅助电路(2)的第一输出端，另一个电极连接电荷辅助电路(2)的第二输出端；所述电能管理单元(3)包括所述整流桥(31)，以及连接所述整流桥(31)的滤波电路。2.如权利要求1所述的输电线路微风振动采集装置，其特征在于，所述滤波电路包括第二电容(32)、晶体闸流管(33)、稳压二极管(34)、第三二极管(35)、第一电感(36)和第三电容(37)；第二电容(32)与整流桥(31)的两个直流输出端并联，晶体闸流管(33)的阳极和稳压二极管(34)的负极连接第二电容的第一端(32a)，晶体闸流管(33)的阴极连接第三二极管(35)的负极，晶体闸流管(33)的门极连接稳压二极管(34)的正极，第三二极管(35)的负极通过第一电感(26)连接第三电容的第一端(37a)，第三二极管(25)的正极和第三电容的第二端(37b)连接到第二电容的第二端(32b)。3.如权利要求1所述的输电线路微风振动采集装置，其特征在于，所述可变电容器(12)包括第三电极(12a)和第四电极(12b)，第三电极(12a)连接第一电容的第二端(23b)，第四电极(12b)经整流桥(31)连接第一电容的第一端(23a)，在第四电极(12b)上，设置有第二介电薄膜(12c)，该第二介电薄膜(12c)不注入电荷。4.如权利要求3所述的输电线路微风振动采集装置，其特征在于，各所述可变电容器(12)均与所述第一摩擦发电单元(11)堆叠设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永福，侯兴哲，蒋西平，龙英凯，王谦，廖玉祥，李思全，罗骁枭，张海兵，包健康，吴海涛，陈伟，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：