[发明专利]基于电磁感应原理的非线性谐振式磁场能量采集装置

说明书

本发明公开了一种基于电磁感应原理的非线性谐振式磁场能量采集装置，包括：固定框架；旋转单元，包括可旋转永磁体和至少一个轴；至少一组环绕线圈；至少一个固定永磁体，将可旋转永磁体约束在平衡位置，工作时，可旋转永磁体受载流导线产生的磁场作用围绕平衡位置作周期性摆动，其摆动时产生的运动磁场在至少一组环绕线圈中可感应出足以支撑传感节点正常工作的电能，通过调节直流偏置磁场的大小，使得可旋转永磁体在工频条件下达谐振状态，该谐振状态具有非线性特性。该采集装置具有高功率密度、宽频带、高可靠性、非侵入式和低成本等优点，更能适应导线周围磁场能量采集的应用需求，可实现传感装置的可靠供能。

技术领域

本发明涉及能量采集技术领域，特别涉及一种基于电磁感应原理的非线性谐振式磁场能量采集装置。

背景技术

新型智能电网以坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化为其主要特征，对故障检测定位技术、电网动态评估技术、广域监测技术、高速实时通信技术和大数据获取分析等技术提出了新的要求。无线智能化传感节点作为支撑上述技术的基本单元对电网安全稳定运行、系统潮流优化调配、运行数据积累分析及其它新型智能电网应用起着至关重要的作用。

目前，考虑到新型智能电网需求及传感节点安装和维护的难度，无线智能化传感节点需具备以下特点：自供能、长使用寿命、高性能及稳定性、高集成度、廉价、可远距离无线通讯、非侵入式配置。无线传感节点通常由传感模块、无线通讯模块及供能模块组成。随着新材料的运用、微加工技术的发展和前沿物理研究的实用化，传感技术和无线通讯技术迅猛发展，新型传感器的性能、可靠性、集成度、性价比、使用寿命等指标被极大地提高。但与之相匹配的长寿命、高可靠性和非侵入式的供能技术却发展迟缓。供能手段的缺乏也成为限制智能化无线传感节点发展的主要瓶颈。

相关技术中，为解决无线传感节点的供能问题，人们将目光投向环境能量采集技术。通过对环境中的风、光、热、电、磁和振动等能量进行收集为新型传感器供电。其中，除工频电场磁场能量外，其它能量形式均不稳定，需配套电池等储能元件方能稳定工作。考虑到电池有限的使用寿命、传感节点数量及维护难度，需要配合电池使用的其它能量形式的能量采集技术难以契合智能电网监测的实际需要。传统传感器供能方式包括电容分压器母线取能和CT母线取能。两种供能方式虽然充分地利用了输电系统周围广泛弥散且非常稳定的工频电场、磁场能量，但它们也有着难以克服的固有缺点。其中，电容分压器母线取能方式具有低功率密度和侵入式能量采集的缺点；而CT母线取能方式具有安装不便(需环绕导线配置)和暂态大电流下易损坏等缺点。

因此，无线传感节点的供能技术仍然是开放式热点议题。非侵入、小型化、高功率密度、可靠稳定、低成本的先进传感器供能技术亟待研究。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现作出的：

相比于以CT母线取能为代表的非谐振式能量采集方式(输出与输入成正比)，谐振式能量采集方式对高频暂态电流有很强的抵抗力。谐振式能量采集方式包括线性谐振式和非线性谐振式能量采集。其中，非线性谐振式能量采集方式具有更高的功率密度和更宽的带宽(典型的非线性谐振式和谐振式能量采集方式的频响曲线示意图如图1所示)，能够更好的适应电网电流的幅值和频率波动。因此，非线性谐振式能量采集装置能够很好的适应智能电网无线传感节点的供能需求。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于电磁感应原理的非线性谐振式磁场能量采集装置，该装置可以更能适应导线周围磁场能量采集的应用需求，可实现传感装置的可靠供能。