感应取能装置的制作方法

本发明主要涉及电力技术领域，具体是一种感应取能装置。

背景技术：

智能配电柜中需要对电压质量、电压、电流、设备运行温度、环境温湿度、开关状态等物理量进行监测，以保障供电的可靠性。为了给工作在配电柜中的监测传感器供电，需研制一种长期稳定可靠的电源。此类用途电源一般有四种实现方式：蓄电池、光伏-蓄电池供电、激光供电和感应取能供电。蓄电池更换不便且不能保证持续性，光伏电源不能工作在没有阳光或阳光强度不足的地方，而激光供电传输的功率较小，成本昂贵。感应取能供电的装置具有体积小、结构紧凑的特点，而且使用时安全性高，从而成为配电柜中传感器供电的最佳方式。

但是现有的感应取能装置存在原边电流波动范围大以及大电流时取能磁芯深度饱和的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种感应取能装置，通过控制模块能够改变取能线圈和补偿线圈的连接方式，使取能线圈与补偿线圈配合，从而使得感应取能模块处于不同的取能模式下，能够抑制磁通量的变化，可以有效地抑制取能铁芯的饱和，并且在一定程度上稳定了经整流滤波模块整流后的电压，进而克服了原边电流波动范围大的问题。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

感应取能装置，包括壳体，所述壳体内设置感应取能模块和电路板，所述感应取能模块包括取能铁芯、取能线圈和补偿线圈，所述取能铁芯套在配电柜母线上，所述取能线圈和补偿线圈均缠绕在取能铁芯上，所述电路板上设置控制模块和依次连接的过压保护模块、整流滤波模块、DC-DC模块、稳压模块，所述感应取能模块用于从配电柜母线上获取交流电，所述控制模块与感应取能模块、过压保护模块、整流滤波模块连接并控制补偿线圈与取能线圈的连接方式，所述过压保护模块与感应取能模块连接，用于保护与其连接的器件免受感应取能模块的冲击，所述整流滤波模块用于将取能模块输出的交流电整流为直流电，所述DC-DC模块用于对所述整流滤波模块输出的直流电进行电压转换，所述稳压模块用于对DC-DC模块输出的转换后的电压进行稳压保护并产生与负载相匹配的直流恒压，所述壳体上还设有供配电柜母线穿过的通孔。

还包括EMI滤波器，所述EMI滤波器连接在感应取能模块的取能线圈和过压保护模块之间，所述EMI滤波器用于滤除从取能线圈输出端输出的电源信号中的共模干扰和差模干扰。

还包括与控制模块连接的超级电容和锂电池，所述超级电容连接在整流滤波模块和DC-DC模块之间，所述控制模块根据超级电容的电压与控制模块设定的第一基准电压和第二基准电压相比较以控制补偿线圈与取能线圈的连接方式，所述锂电池连接在DC-DC模块和稳压模块之间。

还包括充电保护模块，所述充电保护模块连接在DC-DC模块和锂电池之间。

所述取能线圈与补偿线圈的绕制方向相反。

所述补偿线圈的回路中设有PWM控制器。

所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体的一端转动连接，所述上壳体和下壳体的另一端通过锁紧装置活动连接，所述上壳体的侧壁上设有第一半圆形通孔，所述下壳体的侧壁上设有第二半圆形通孔，所述第一半圆形通孔和第二半圆形通孔相配合形成供配电柜母线穿过的通孔；所述取能铁芯包括第一半圆弧型取能铁芯和第二半圆弧型取能铁芯，所述第一半圆弧型取能铁芯和第二半圆弧型取能铁芯拼接成一环型取能铁芯，所述第一半圆弧型取能铁芯安装于上壳体内，所述第二半圆弧型取能铁芯安装于下壳体内，所述电路板设置于下壳体内。

所述上壳体内设有上固定板，所述上固定板与上壳体之间设置弹簧，所述第一半圆弧型取能铁芯镶嵌于上固定板内；所述下壳体内设置下固定板，所述第二半圆弧型取能铁芯镶嵌于下固定板内。

所述锁紧装置包括设置于上壳体上的上定位座和设置于下壳体上的下定位座，所述上定位座上设有螺柱，所述螺柱与上定位座滑动连接，所述下定位座上设有与螺柱相配合的锁紧通孔，所述螺柱穿过锁紧通孔并设有与螺柱相配合的拧紧螺母。

所述上壳体上第一半圆形通孔处设有锁紧环，所述锁紧环与上壳体的滑动连接，所述锁紧环与第二半圆形通孔相配合固定配电柜母线，所述锁紧环上还设有垂直于锁紧环的柱体，所述上壳体上设有与柱体相配合的通槽，所述柱体伸出通槽外部并设有限位环，所述限位环与柱体螺纹连接。

对比现有技术，本发明有益效果在于：

1、本发明通过控制模块能够改变取能线圈和补偿线圈的连接方式，使取能线圈与补偿线圈配合，从而使得感应取能模块处于在不同的取能模式下，当能够抑制磁通量的变化，可以有效地抑制取能铁芯的饱和，并且在一定程度上稳定了经整流滤波模块整流后的电压，进而克服了原边电流波动范围大的问题。

2、壳体包括上壳体和下壳体，取能铁芯由能够拼接成一环型取能铁芯的相互配合的第一半圆弧型取能铁芯和第二半圆弧型取能铁芯构成，同时第一半圆弧型取能铁芯固定在上壳体的上固定板内，第二半圆弧型取能铁芯固定在下壳体的下固定板内，使得取能铁芯连接牢固且可以拆卸的安装于配单柜母线上，便于本发明的使用。

3、锁紧环的设置可以使得本发明能够稳定的固定在不同型号的配电柜母线上。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明实施例的结构示意图。

附图3控制模块的电路示意图。

附图4是壳体的剖示结构示意图。

附图5是壳体的结构示意图。

附图中所示标号：1、感应取能模块；2、电路板；3、配电柜母线；4、取能铁芯；5、取能线圈；6、补偿线圈；7、控制模块；8、过压保护模块；9、整流滤波模块；10、DC-DC模块；11、稳压模块；12、EMI滤波器；13、超级电容；14、锂电池；15、充电保护模块；16、上壳体；17、下壳体；18、第一半圆形通孔；19、第二半圆形通孔；20、第一半圆弧型取能铁芯；21、第二半圆弧型取能铁芯；22、上固定板；23；弹簧；24、下固定板；25、上定位座；26、下定位座；27、螺柱；28、拧紧螺母；29、锁紧环；30、柱体；31、通槽；32、限位环。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

感应取能装置，包括壳体，所述壳体内设置感应取能模块1和电路板2，所述感应取能模块1包括取能铁芯4、取能线圈5和补偿线圈6，所述取能铁芯4套在配电柜母线3上，取能铁芯4可以采用卷绕式取能铁芯，具有噪声低、空载损耗低、能量转换率高、抗短路能力强等优点。所述取能线圈5和补偿线圈6均缠绕在取能铁芯4上。所述电路板2上设置控制模块7和依次连接的过压保护模块8、整流滤波模块9、DC-DC模块10、稳压模块11。所述感应取能模块1用于从配电柜母线3上获取交流电，所述控制模块7与感应取能模块1、过压保护模块8、整流滤波模块9连接并控制补偿线圈6与取能线圈5的连接方式，控制模块7控制感应取能单元1中的取能铁芯4、取能线圈5以及补偿线圈6利用电磁感应原理，从配电柜母线3上获取交流电，具体地，当配电柜母线3上有电流通过时，取能铁芯4中的磁通就可以在取能线圈5和补偿线圈6上产生电动势。当配电柜母线3上的电流变化时，取能铁芯4内部的磁通量发生变化，致使感应取能模块1获取的电压也会发生变化。控制模块7可以控制改变补偿线圈6与取能线圈5的连接方式。优选的，所述取能线圈5与补偿线圈6的绕制方向相反，当配电柜母线3上的电流过大时，取能铁芯4饱和，控制模块7控制补偿线圈6断开，只有取能线圈5工作，为后续电路供电；当配电柜母线3上的电流继续增大，取能铁芯4严重饱和时，控制模块7控制补偿线圈6与取能线圈5并联，补偿线圈5中的大电流产生较大的反向磁通，可有效抑制铁芯饱和。所述过压保护模块8与感应取能模块1连接，所述过压保护模块8用于保护与其连接的器件免受感应取能模块1的冲击，过压保护模块8可以快速吸收感应取能模块1饱和时产生的脉冲尖峰，缓冲高频能量，同时能够起到防雷作用，并且可以保护感应取能模块1不被浪涌损坏。所述整流滤波模块9用于将取能模块输出的交流电整流为直流电。所述DC-DC模块10用于对所述整流滤波模块9输出的直流电进行电压转换，由于感应取能模块1输出的交流电经整流滤波模块9后得到的直流电会随电压、电流的波动、负载和温度的变化而变化，因此需要经DC-DC模10处理以维持输出的直流电的稳定，从而满足配电柜中负载的供电需求。所述稳压模块11用于对DC-DC模块10输出的转换后的电压进行稳压保护并产生与负载相匹配的直流恒压，通过该直流恒压为配电柜中的负载进行供电。所述壳体上还设有供配电柜母线3穿过的通孔。本发明中控制模块7能够改变取能线圈5和补偿线圈6的连接方式，使取能线圈5与补偿线圈6配合，从而使得感应取能模块1处于在不同的取能模式下，能够抑制磁通量的变化，可以有效地抑制取能铁芯4的饱和，并且在一定程度上稳定了经整流滤波模块9整流后的电压，进而能够克服原边电流波动范围大的问题。

本发明的原理为，利用电磁感应原理通过感应取能模块1从配电柜母线3获取交流电，然后将获取到交流电经过压保护模块8、整流滤波模块9后输出直流电，直流电再通过DC-DC模块10、稳压模块11后得到可以为配电柜中的负载进行供电的直流恒压。且控制模块7可以控制取能线圈5和补偿线圈6的连接方式，使感应取能模块1处于在不同的取能模式下，能够抑制磁通量的变化，可以有效地抑制取能铁芯4的饱和，并且在一定程度上稳定了经整流滤波模块9整流后的电压，进而能够克服原边电流波动范围大的问题。

进一步的，还包括EMI滤波器12，所述EMI滤波器12连接在感应取能模块1的取能线圈5和过压保护模块8之间，所述EMI滤波器12用于滤除从取能线圈5输出端输出的电源信号中的共模干扰和差模干扰。

进一步的，还包括与控制模块7连接的超级电容13和锂电池14，所述超级电容13连接在整流滤波模块9和DC-DC模块10之间，所述控制模块7根据超级电容13的电压与控制模块7设定的第一基准电压和第二基准电压相比较以控制补偿线圈6与取能线圈5的连接方式，所述锂电池14连接在DC-DC模块10和稳压模块11之间。当流经配电柜母线的电流比较小时，容易造成感应取能模块1取能不足，或者短时间内停电时，感应取能模块1无法正常取能，此时，超级电容13和锂电池14相互配合能够为负载继续供电，保证了本发明为负载供电的连续性和稳定性。具体的，超级电容13和锂电池14的配合有三种不同的工作模式：1)当配电柜母线3的电流足够大时，即超级电容13的充电功率大于输出功率，为负载供电的同时也为锂电池14充电；2)当配电柜母线3电流减小时，超级电容13放电，此时超级电容13与锂电池14充电电路断开，只为负载供电不为锂电池14充电；3)若配电柜母线3电流继续减小，超级电容13与负载断开，负载由锂电池14供电。而且采用超级电容器13和锂电池14配合为负载供电和储能的方式，可以使负载适应能力有较大的提高，尤其是大功率脉动负载，可以增加锂电池14的使用寿命，并且可以缩小电源的体积、改善可靠性和经济性。当流经配电柜母线3的电流较大时，会造成取能铁芯4高度饱和，此时感应电压波形发生严重畸变，成为尖顶脉冲波，其峰可达到几百伏，对本发明中的器件造成损害。为了解决上述问题，如图2、图3所示，控制模块7连接在超级电容13和补偿线圈5之间，通过比较超级电容13上的电压与第一基准电压和第二基准电压的大小关系，分别控制晶闸管1(TRIAC1)和晶闸管2(TRIAC2)的通断。当配电柜母线3的电流在正常范围内时，TRIAC1闭合，TRIAC2关断，只有取能线圈5工作，为后续电路供电。当超级电容13上的电压升高大于控制模块7设定的第一基准电压时，TRIAC1关断，TRIAC2闭合，补偿线圈6接通，且补偿线圈6与取能线圈5串联，可以降低取能铁芯4的饱和程度。当配电柜母线3的电流继续增大时，使得取能铁芯4严重饱和，控制模块7输入到超级电容13上的电压达到控制模块7设定的第二基准电压时，TRIAC1闭合，TRIAC2闭合，取能线圈5与补偿线圈6并联，补偿线圈6中的大电流产生较大的反向磁通，可有效抑制铁芯饱和。

还包括充电保护模块15，所述充电保护模块15连接在DC-DC模块10和锂电池14之间。

所述取能线圈5与补偿线圈6的绕制方向相反。

所述补偿线圈6的回路中设有PWM控制器，用以控制补偿线圈6中的电流大小，从而控制反向磁通的大小。补偿线圈6后端的电压变化将改变PWM波的占空比，进而控制晶体管的开断时间，产生交流断续电流。变化的电流在取能铁芯4中产生反向磁通，使主磁通大小发生变化，形成负反馈，进一步稳定整流后的电压。

进一步的，为了方便本发明安装在配电柜母线上，所述壳体包括上壳体16和下壳体17，所述上壳体16和下壳体17的一端转动连接，所述上壳体16和下壳体17的另一端通过锁紧装置活动连接，所述上壳体16的侧壁上设有第一半圆形通孔18，所述下壳体17的侧壁上设有第二半圆形通孔19，所述第一半圆形通孔18和第二半圆形通孔19相配合形成供配电柜母线3穿过的通孔；所述取能铁芯4包括第一半圆弧型取能铁芯20和第二半圆弧型取能铁芯21，所述第一半圆弧型取能铁芯20和第二半圆弧型取能铁芯21拼接成一环型取能铁芯4，所述第一半圆弧型取能铁芯20安装于上壳体16内，所述第二半圆弧型取能铁芯21安装于下壳体17内，所述电路板2设置于下壳体17内。

所述上壳体16内设有上固定板22，所述上固定板22与上壳体16之间设置弹簧23，所述第一半圆弧型取能铁芯20镶嵌于上固定板22内，可以使得第一半圆弧型取能铁芯20固定牢固，且方便第一半圆弧型取能铁芯20和第二半圆弧型取能铁芯21的分开和拼接。所述下壳体17内设置下固定板24，所述第二半圆弧型取能铁芯21镶嵌于下固定板24内，可以使得第二半圆弧型取能铁芯21固定牢固。

所述锁紧装置包括设置于上壳体16上的上定位座25和设置于下壳体17上的下定位座26，所述上定位座25上设有螺柱27，所述螺柱27与上定位座25滑动连接，所述下定位座26上设有与螺柱27相配合的锁紧通孔，所述螺柱27穿过锁紧通孔并设有与螺柱27相配合的拧紧螺母28。当需要将本发明安装在配电柜母线3上时，打开上壳体16、下壳体17即可，安装完成后盖合上壳体16、下壳体17，然后滑动螺柱27至锁紧通孔内，并拧紧螺柱27上的拧紧螺母28，即可使上壳体16、下壳体17盖合牢固，防止了上壳体16、下壳体17的打开。

进一步的，为了使得本发明能够固定在不同型号的配电柜母线3上，所述上壳体16上第一半圆形通孔18处设有锁紧环29，所述锁紧环29与上壳体16的滑动连接，所述锁紧环29与第二半圆形通孔19相配合固定配电柜母线3，所述锁紧环29上还设有垂直于锁紧环29的柱体30，所述上壳体16上设有与柱体30相配合的通槽31，所述柱体30伸出通槽31外部并设有限位环32，所述限位环32与柱体30螺纹连接。根据不同型号的配电柜母线3，当将本发明安装在配电柜母线3上后，根据不同型号的配电柜母线3，移动调节锁紧环29使其与第二半圆形通孔19夹紧配电柜母线3，然后拧紧限位环32使锁紧环29固定即可。

实施例

感应取能装置，包括壳体，所述壳体内设置感应取能模块1和电路板2，所述感应取能模块1包括取能铁芯4、取能线圈5和补偿线圈6，所述取能铁芯4套在配电柜母线3上，所述取能线圈5和补偿线圈6均缠绕在取能铁芯4上，所述取能线圈5与补偿线圈6的绕制方向相反。所述补偿线圈6的回路中设有PWM控制器。所述电路板2上设置控制模块7和依次连接的过压保护模块8、整流滤波模块9、DC-DC模块10、稳压模块11。所述感应取能模块1用于从配电柜母线3上获取交流电，所述控制模块7与感应取能模块1、过压保护模块8、整流滤波模块9连接并控制补偿线圈6与取能线圈5的连接方式。所述过压保护模块8与感应取能模块1连接，所述过压保护模块8用于保护与其连接的器件免受感应取能模块1的冲击。所述整流滤波模块9用于将取能模块输出的交流电整流为直流电，所述DC-DC模块10用于对所述整流滤波模块9输出的直流电进行电压转换，所述稳压模块11用于对DC-DC模块10输出的转换后的电压进行稳压保护并产生与负载相匹配的直流恒压，所述壳体上还设有供配电柜母线3穿过的通孔。还包括EMI滤波器12、超级电容13、锂电池14和充电保护模块15，所述EMI滤波器12连接在感应取能模块1的取能线圈5和过压保护模块8之间，所述EMI滤波器12用于滤除从取能线圈5输出端输出的电源信号中的共模干扰和差模干扰。所述超级电容13连接在整流滤波模块9和DC-DC模块10之间，所述超级电容13还与控制模块7连接且所述控制模块7根据超级电容13的电压与控制模块7设定的第一基准电压和第二基准电压相比较以控制补偿线圈6与取能线圈5的连接方式，所述锂电池14连接在DC-DC模块10和稳压模块11之间，所述锂电池14还与控制模块7连接。所述充电保护模块15连接在DC-DC模块10和锂电池14之间。所述壳体包括上壳体16和下壳体17，所述上壳体16和下壳体17的一端转动连接，所述上壳体16和下壳体17的另一端通过锁紧装置活动连接，所述上壳体16的侧壁上设有第一半圆形通孔18，所述下壳体17的侧壁上设有第二半圆形通孔19，所述第一半圆形通孔18和第二半圆形通孔19相配合形成供配电柜母线3穿过的通孔；所述取能铁芯4包括第一半圆弧型取能铁芯20和第二半圆弧型取能铁芯21，所述第一半圆弧型取能铁芯20和第二半圆弧型取能铁芯21拼接成一环型取能铁芯4，所述第一半圆弧型取能铁芯20安装于上壳体16内，所述第二半圆弧型取能铁芯21安装于下壳体17内，所述电路板2设置于下壳体17内。所述上壳体16内设有上固定板22，所述上固定板22与上壳体16之间设置弹簧23，所述第一半圆弧型取能铁芯20镶嵌于上固定板22内；所述下壳体17内设置下固定板24，所述第二半圆弧型取能铁芯21镶嵌于下固定板24内。所述锁紧装置包括设置于上壳体16上的上定位座25和设置于下壳体17上的下定位座26，所述上定位座25上设有螺柱27，所述螺柱27与上定位座25滑动连接，所述下定位座26上设有与螺柱27相配合的锁紧通孔，所述螺柱27穿过锁紧通孔并设有与螺柱27相配合的拧紧螺母28。所述上壳体16上第一半圆形通孔18处设有锁紧环29，所述锁紧环29与上壳体16的滑动连接，所述锁紧环29与第二半圆形通孔19相配合固定配电柜母线3，所述锁紧环29上还设有垂直于锁紧环29的柱体30，所述上壳体16上设有与柱体30相配合的通槽31，所述柱体30伸出通槽31外部并设有限位环32，所述限位环32与柱体30螺纹连接。本实施例的有益效果在于：控制模块能够改变取能线圈和补偿线圈的连接方式，使取能线圈与补偿线圈配合，从而使得感应取能模块处于在不同的取能模式下，能够抑制磁通量的变化，可以有效地抑制取能铁芯的饱和，并且在一定程度上稳定了经整流滤波模块整流后的电压，进而能够克服原边电流波动范围大的问题；且本发明可拆卸的安装于不同型号的配电柜母线上，安装简单方便。