一种提高功率输出的磁场能量收集装置制造方法及图纸

本申请涉及一种提高功率输出的磁场能量收集装置，包括6个能量收集棒根据电缆周围磁场分布规律布置于三芯电力电缆周围的特定位置，6个能量收集棒上缠绕感应线圈，用于感应三芯电力电缆周围的磁场能量并输出交流电压；半波整流升压电路与6个能量收集棒的感应线圈连接，半波整流升压电路用于将6个能量收集棒的感应线圈输出的交流电压转换为6个直流电压，并将6个直流电压进行串联输出；能量收集管理芯片包括

【技术实现步骤摘要】
一种提高功率输出的磁场能量收集装置


[0001]本申请涉及磁场能量收集
，具体涉及一种提高功率输出的磁场能量收集装置
。

技术介绍

[0002]在电网的进一步改造升级过程中，有越来越多的应用场景选择使用电力电缆，尤其对于大型城市的电网建设
。
电缆作为城市能源互联网中能量传输的主要载体，其运行状态监测得到系统运行的密切关注
。
电缆监测系统应用无线传感器实时监测电流
、
电压
、
湿度
、
温度等状态参数，同时具备成本低
、
布置灵活的优势
。
然而，传感器
、
网络终端的能量供给成为制约其大量装设的重要环节
。
[0003]电力电缆在运行过程中，周围空间存在丰富的磁场能量，如果可以对电缆周围空间的磁场能量实现有效收集，那么可以作为传感器节点的供电电源，从而解决电缆状态监测网络的能量供给问题
。
在电缆周围布置取能模块，根据电磁场理论将磁场能量转换成电能输出，理论上只要电力电缆处于工作状态，那么就可以持续提供传感器负载所需能量，从而无需考虑电源寿命问题
。
[0004]对于电力电缆应用场景下的磁场能量收集问题，目前已有大量相关研究
。
现有的研究主要针对单芯电力电缆的应用场景，利用取能装置收集电缆周围的磁场能量并实现
3.3/5V
的直流电压输出，但这种取能装置对于三芯电力电缆的应用场景并不适用r/>。
单芯电力电缆的结构较简单，只有单根导体，周围磁场也较均匀，因此大多选择布置一个感应线圈收集磁场能量
。
然而三芯电缆内部由三个导体组成，分别通入正序三相电流，使得周围磁场更加复杂，布置单个感应线圈不能得到输出电压，并且由于三根导体产生的磁场相互叠加，导致磁感应强度模值降低，更不利用取能装置收集能量，最终导致取能装置无法输出功率或者输出功率低，不能满足负载需求
。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提出一种提高功率输出的磁场能量收集装置，以收集三芯电缆的磁场能量，并将磁场能量转换成电能输出
。
[0006]为实现上述目的，本申请实施例提供一种提高功率输出的磁场能量收集装置，包括多个取能线圈和半波整流升压电路；
[0007]每个取能线圈均包括分离式铁芯和设置于所述分离式铁芯的预设位置的三个感应线圈，所述多个取能线圈的相同预设位置的感应线圈被划分为一组，一组感应线圈并联输出；
[0008]所述半波整流升压电路与多组感应线圈连接，所述半波整流升压电路用于将所述多组感应线圈并联输出的交流电压转换为多个直流电压，并将所述多个直流电压进行串联输出
。
[0009]优选地，三芯电缆周围磁场分布满足下式函数关系：
[0010][0011][0012][0013]其中，分别为
A、B、C
三相导线在场点
P
产生的磁感应强度，分别为
A、B、C
三相导线的负载电流，
ρ
和
θ
分别为场点
P
在极坐标系下的坐标，
a
为电缆中心到导线中心的距离，
μ0为真空磁导率，为场点
P
总的磁感应强度
。
[0014]优选地，每个取能线圈的三个感应线圈分别对应三芯电缆周围切向磁感应强度最大的三个位置
。
[0015]优选地，所述铁芯采用铁氧体材料，相对磁导率约
5000
，铁芯截面积为
30mm
×
40mm。
[0016]优选地，所述铁芯为环形铁芯，环形铁芯设计为开合式，整个铁芯分为两块，每一块对应圆心角
180
°
。
[0017]优选地，每一组感应线圈与所述整流升压电路之间设有过电压保护电路，用于预防雷击或短路导致的过电流
。
[0018]本申请实施例具有以下有益效果：
[0019]本申请实施例根据三芯电力电缆的内部结构以及实际运行工况，设计一种更高功率输出的磁场能量收集装置，通过对电缆周围磁场分布进行分析，建立整个取能装置的电路模型，从而对取能装置进行优化设计，提高其输出功率，最终实现从电缆周围环境中收集能量并形成稳定输出，为电缆运行状态检测所需设备提供可靠电源，从而实现免维护长期稳定运行
。
本申请实施例可以从根本上解决电缆状态监测网络的能量供给问题，从而可以极大地推进整个电缆状态监测网络的发展，具有十分重要的现实意义
。
[0020]本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述
。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0022]图1为本申请的实施例中三芯电缆内部结构示意图
。
[0023]图2为本申请的实施例中针对于计算三芯电缆周围磁场分布的简化计算模型示意图
。
[0024]图3为本申请的实施例中三芯电缆周围切向磁感应强度径向分布图
。
[0025]图4为本申请的实施例中三芯电缆周围切向磁感应强度分布图
。
[0026]图5为本申请的实施例中一种磁场能量收集装置示意图
。
[0027]图6为本申请的实施例中感应线圈分组示意图
。
[0028]图7为本申请的实施例中取能线圈电路模型示意图
。
[0029]图8为本申请的实施例中半波整流升压电路示意图
。
[0030]图9为本申请的实施例中取能装置输出功率示意图
。
[0031]附图标记：
[0032]1‑
三芯电缆；2‑
铁芯；3‑
感应线圈
。
具体实施方式
[0033]附图的详细说明意在作为本申请的当前优选实施例的说明，而非意在代表本申请能够得以实现的仅有形式
。
应理解的是，相同或等同的功能可以由意在包含于本申请的精神和范围之内的不同实施例完成
。
[0034]参阅图1‑9，本申请的实施例提供一种提高功率输出的磁场能量收集装置，包括多个取能线圈和半波整流升压电路，在电缆工作状态下，有效收集电缆周围磁场能量实现稳定的功率输出，并且可以输出更高功率
。
[0035]每个取能线圈均包括分离式铁芯和设置于所述分离式铁芯的预设位置的三个感应线圈，所述多个取能线圈的相同预设位置的感应线圈被划分为一组，一组感应线圈并联输出；
[0036]所述半波整流升压电路与多组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种提高功率输出的磁场能量收集装置，其特征在于，包括多个取能线圈和半波整流升压电路；每个取能线圈均包括分离式铁芯和设置于所述分离式铁芯的预设位置的三个感应线圈，所述多个取能线圈的相同预设位置的感应线圈被划分为一组，一组感应线圈并联输出；所述半波整流升压电路与多组感应线圈连接，所述半波整流升压电路用于将所述多组感应线圈并联输出的交流电压转换为多个直流电压，并将所述多个直流电压进行串联输出
。2.
根据权利要求1所述的提高功率输出的磁场能量收集装置，其特征在于，三芯电缆周围磁场分布满足下式函数关系：围磁场分布满足下式函数关系：围磁场分布满足下式函数关系：其中，分别为
A、B、C
三相导线在场点
P
产生的磁感应强度，分别为
A、B、C
三相导线的负载电流，
ρ
和
θ
分别为场点
P
在极坐标系下的坐标，
a
为电缆中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢旭，胡冉，田杰，赵志斌，许志锋，李智，余英，
申请(专利权)人：深圳供电局有限公司，
类型：发明
国别省市：