一种面向高压输电线路的复合互补型微风自供能装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种面向高压输电线路的复合互补型微风自供能装置，属于能量转换领域。本方案结合电磁发电技术和摩擦发电技术在启动风速和高效俘能区间上的互补性，提升了宽风速区间的能量转化效率，并通过结合电力输电线路周围微风能量的长期监测数据，合理设计了装置尺寸、以及两种不同类型发电机的结构、性能匹配，提供了一种基于LTC3588

【技术实现步骤摘要】
一种面向高压输电线路的复合互补型微风自供能装置


[0001]本专利技术属于能量转换领域，涉及一种面向高压输电线路的复合互补型微风自供能装置。

技术介绍

[0002]高压输电线路作为电力网络中的重要基础设施，对其运行环境和安全情况具有重要的监测传感需求。在实际应用中，受到复杂电网环境因素(昼夜交替、天气变化、地理位置等)的影响，单一能源及技术可能无法全方位、全天候满足电网环境中各类传感器的供能需求。因此，亟需开展针对多源微纳能量的复合收集技术研究，并以此为基础设计多模式能量采集与管理系统，实现稳定、持续的能量供应技术将成为未来电网环境中传感器供能的可行之路。
[0003]目前，用于收集风能的能量收集与转换技术主要包括电磁式、压电式和摩擦式等发电机，通过将收集的能量转换成电能并存储在储能电容或锂电池中，并对用电设备进行供能。但单一的风能收集与转换技术具有局限性，例如：压电式发电机对能量变化敏感，但是转换效率过低；电磁式发电机在高风速下具有较高的转换率却需要较高的启动风速(通常>4m/s)；摩擦式发电机适合于低频能量收集，在高频下的转换效率不如电磁式。这些技术在单独使用时，能够通过合理的设计使其在某个特定的风速区间拥有较优的电气性能，但保持高效率的风速区间过窄，难以满足用电设备在不同时段下的稳定供能需求。
[0004]为解决上述技术问题，现有技术提出了结合多种收集技术的复合型装置，但该技术面临阻抗失配且缺乏合适的能量管理电路的问题。现有的开关方法的拓扑结构缺乏包含自适应性和单板完整性的功能，当风能采集系统在慢风和快风条件下切换时，可能会出现不同风能收集技术之间匹配阻抗和输出特性的巨大变化。同时，电源管理拓扑结构中，自主开关操作消耗能量的需求难以兼容于现有的损耗显著的分立式器件设计。
[0005]因此，为满足电网环境中传感器自驱化技术的供能需求，本方案研制多源能量管理电路提高取能装置的瞬时输出功率、稳定运行电压及能量转换效率，以满足在线监测传感器的自供能具有重要的实际应用价值。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种面向高压输电线路的复合互补型微风自供能装置，结合摩擦纳米发电机优异的低频工作性能与电磁式发电机在高频区间下优异的转换效率，提出一种结构简单、成本低廉的摩擦
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电磁式复合互补型微风自供能装置来解决高压输电线路电力应用场景下大量分布式感知终端的供能问题。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种面向高压输电线路的复合互补型微风自供能装置，包括动力装置、发电装置和多源电能调理电路；所述动力装置包括联动转轴以及通过支撑臂与所述联动转轴固定连接的风机叶片；所述发电装置包括以联动转轴为轴线，从上至下同轴心设置的外环转子、内
环转子和定子；
[0009]所述定子包括内侧圆形区域和外侧环形区域；所述内环转子由多个同等大小的辐射状扇形单元组成；辐射状扇形单元的下表面固定贴合有相同形状的柔性聚合物薄膜；所述内侧圆形区域设有与柔性聚合物薄膜数量相同，且形状大小均相配合的电极网络；
[0010]所述外环转子为圆环形结构，所述外环转子通过多根辐条与联动转轴连接，外环转子的圆环上沿圆周均匀分布有多个孔槽；所述孔槽中均平铺嵌有一块与孔槽形状大小相同的强磁磁块，使强磁磁块的两极分别位于外环转子的上下两侧，并满足相邻磁块位于外环转子同侧的极性相反；所述外侧环形设有与所述强磁磁块数量相同的电磁线圈，所述电磁线圈沿环形均匀分布，使强磁磁块的垂直投影与电磁线圈的位置一一对应；所述电磁线圈按照相邻电磁线圈反向连接的方式串联；
[0011]所述多源电能调理电路包括第一整流桥、第二整流桥、低压变频器、第一分压二极管、第二分压二极管、储能电容、稳压器和分布式传感器；所述电极网络连接第一整流电桥，所述第一整流器串联第一分压二极管作为第一路输出；所述电磁线圈连接低压变频器的低压端，低压变频器的高压端连接第二整流桥的输入端，第二整流电桥串联第二分压二极管作为第二路输出；所述第一路输出、第二路输出和储能电容两两并联后经过稳压器将电压输出给分布式传感器。
[0012]优选的，整流桥为DB104与DB102型号的桥式整流器。第一整流桥为DB104型号，其输入端与摩擦纳米发电机的扇形电极相连，整流桥的耐受电压应不低于350V；第二整流桥为DB102型号，用于电磁式发电机部分的交
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直流转换，其耐受电压应不低于150V。所述分压二极管需能承受至少20V反向电压。
[0013]优选的，所述储能电容为10～1000μF的电解电容或超级电容器，额定电压大于等于20V。
[0014]优选的，所述稳压器为LTC3588
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1型号。LTC3588
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1芯片由储能电容提供能量并驱动运行，是一种常用于压电或摩擦式发电机的微功率低损耗降压器，该芯片提供了1.8V、2.5V、3.3V和3.6V四种典型的电压输出，通过引脚进行选择与控制。在输出预备过程中，LTC3588
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1芯片宽迟滞窗口的超低静态电流欠压闭锁模式允许电荷在电容上积累，直至LTC3588
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1的降压型转换器能将电荷转移至输出端。当储能电容两端的电压超过5V，LTC3588
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1开始启动并将储能电容上的电荷转移到输出端。根据端口的反馈信号，LTC3588
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1通过超低静态电流欠压闭锁模式控制输出电压保持在3.3V。
[0015]优选的，还包括封装外壳，所述封装外壳为密闭的圆筒结构，所述圆筒四周引出三对电气接口，分别连接所述第一路输出、第二路输出，以及分布式传感器的供能端。
[0016]优选的，外环转子的圆环面积与外侧圆环区域的面积相等。本方案使得强磁磁块和线圈的位置更容易对准，同时更加便于封装。
[0017]优选的，所述强磁磁铁块为钐钴磁铁、汝铁硼磁铁或铁氧体磁铁中的任意一种。
[0018]优选的，所述电磁线圈为金、银、铝或铜中的任意一种。
[0019]优选的，所述柔性聚合物薄膜的中部向下拱起与电极网络中对应的电极接触，而不与其互补且相邻的电极发生接触。
[0020]优选的，柔性聚合物薄膜为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或聚酰亚胺。相比于其他材料，本方案对电磁发电的干扰较小。
[0021]名词解释：
[0022]电极网络：现有技术，可参考公告号为CN113374632B的专利技术专利。电极网络由若干同等大小的扇形单元组成，彼此相邻的扇形单元具有相反的电极性，属于摩擦纳米发电机的不同电极；相对的，彼此相间的扇形单元则拥有相同的电极性，它们各自在一侧的辐条连接下彼此并联，共同组成摩擦纳米发电机的一个电极，通过两根导线将两个电极引出。
[0023]本专利技术的有益效果在于：
[0024]本方案结合电磁发电技术和摩擦发电技术在启动风速和高效俘能区间上的互补性，以及电力输电线路周围风能量的长期监本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向高压输电线路的复合互补型微风自供能装置，包括动力装置、发电装置和多源电能调理电路；所述动力装置包括联动转轴以及通过支撑臂与所述联动转轴固定连接的风机叶片；所述发电装置包括以联动转轴为轴线，从上至下同轴心设置的外环转子、内环转子和定子；所述定子包括内侧圆形区域和外侧环形区域；所述内环转子由多个同等大小的辐射状扇形单元组成；辐射状扇形单元的下表面固定贴合有相同形状的柔性聚合物薄膜；所述内侧圆形区域设有与柔性聚合物薄膜数量相同，且形状大小均相配合的电极网络；其特征在于：所述外环转子为圆环形结构，所述外环转子通过多根辐条与联动转轴连接，外环转子的圆环上沿圆周均匀分布有多个孔槽；所述孔槽中均平铺嵌有一块与孔槽形状大小相同的强磁磁块，使强磁磁块的两极分别位于外环转子的上下两侧，并满足相邻磁块位于外环转子同侧的极性相反；所述外侧环形区域固定连接有与所述强磁磁块数量相同的电磁线圈，所述电磁线圈沿环形均匀分布，使强磁磁块的垂直投影与电磁线圈的位置一一对应；所述电磁线圈按照相邻电磁线圈反向连接的方式串联；所述多源电能调理电路包括第一整流桥、第二整流桥、低压变频器、第一分压二极管、第二分压二极管、储能电容、稳压器和分布式传感器；所述电极网络连接第一整流电桥，所述第一整流器串联第一分压二极管作为第一路输出；所述电磁线圈连接低压变频器的低压端，低压变频器的高压端连接第二整流桥的输入端，第二整流电桥串联第二分压二极管作为第二路输出；所述第一路输出、第二路输出和储能电容两两并联后经过稳压器将电压输出给分布式传感器。2.根据权利要求1所述的一种面向高压输电线...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凡，王季宇，朱柏宇，冯运，张宗喜，刘睿，骆欣瑜，廖文龙，谢茜，龙震泽，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：