一种电场耦合与摩擦复合取能装置的制作方法

本发明涉及电网取能，具体涉及一种电场耦合与摩擦复合取能装置。

背景技术：

1、在电网监测网络中，分布着大量的无线传感器，这些传感器的供能大多数是由锂电池提供，这种供能方式不能满足长期应用要求，同时又不能对电池进行及时的充电，并且需要大量的人力物力去更换电池以及换下来的电池对环境造成污染。这使得去电池化驱动传感器成为了一种广泛得研究方向。

2、高压输电线周围存在着丰富的电场能和风能，而现有的收集装置只考虑电场能的收集，不能够负担起传感器的消耗功率，同时主流的电路管理方案是通过整流器对电容进行充电，由于阻抗匹配、电容大小等原因，使能量收集的效率低下。

3、电场耦合取能装置由于只收集电场能量，现有的管理电路对能量提取的效率不高，不能够负担得起智能电网中无线传感器的消耗功率，使其不能持续供能来检测电网状况。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术存在的不足，本发明采用一种电场耦合与摩擦复合取能装置。

2、本发明提出的技术方案为：

3、一种电场耦合与摩擦复合取能装置，包括：

4、复合取能模块，用于对电场耦合与摩擦复合进行取能；

5、互感取能电路，用于对复合取能模块进行电场耦合取能；

6、整流电路，用于对复合取能模块的电能进行整流；

7、峰值检测电路，用于判断检测电路是否可以进行取能；

8、控制电路，接收峰值检测电路并控制互感取能电路取能；

9、电源电路，用于对峰值检测电路和控制电路供电；

10、所述复合取能模块的输出端连接整流电路，所述整流电路的输出端连接峰值检测电路，所述复合取能模块上设置互感取能电路，所述峰值检测电路和互感取能电路与控制电路连接，所述电源电路与峰值检测电路和控制电路连接。

11、作为本发明的进一步技术方案为，所述复合取能模块包括：

12、第一金属板、第二金属板和风动装置，所述第一金属板的底部设置摩擦材料，所述第一金属板与第二金属板设置于高压线的下方，所述第二金属板设置于第一金属板的下方，第一金属板和第二金属板与风动装置连接。

13、作为本发明的进一步技术方案为，所述第一金属板与高压线之间为第四等效电容，所述第一金属板与第二金属板之间为第五等效电容，所述第二金属板与地之间为第六等效电容。

14、作为本发明的进一步技术方案为，所述第一金属板的下方设置摩擦层。

15、作为本发明的进一步技术方案为，所述整流电路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；第一二极管的阳极与复合取能模块的第一金属板、第二二极管阴极相连，第一二极管的阴极与第四二极管的阴极相连，第二二极管阳极与第三二极管的阳极连接并接地，第三二极管的阴极与第四二极管阳极、复合取能模块的第二金属板相连。

16、作为本发明的进一步技术方案为，所述峰值检测电路包括第一电阻、第一电容以及第一比较器；第一电容与第一电阻、第一二极管的阴极、第二二极管的阳极串联连接，第一电容与第一电阻的连接处与第一比较器的正极输入端相连，第一比较器的负极输入端与第二二极管的阳极连接。

17、作为本发明的进一步技术方案为，所述控制电路包括第一反相器、第二电阻、第二电容、第二反相器、第一与门、第一mos管；第一比较器的输出端与第一反相器的输入端连接，第一反相器的输出端与第一与门的第一输入端连接，第一反相器的输入端通过第二电阻与第二反相器的输入端连接，第二反相器的输入端通过第二电容与第二二极管的阳极连接，第二反相器的输出端与第一与门的第二输入端相连，第一与门的输出端与第一mos管的栅极相连，第一mos管的漏极与互感复合取能模块连接，第一mos管的源极与第二二极管的阳极连接。

18、作为本发明的进一步技术方案为，所述互感取能电路由初级线圈、次级线圈、第五二极管、第三电容、第三电感组成；第一mos管的漏极与初级线圈的异名端相连，初级线圈的同名端与第一二极管的阴极连接，第五二极管的阳极与次级线圈的异名端相连，第五二极管的阴极通过第三电容与次级线圈的同名端连接，所述第三电感并联于第三电容的两端。

19、本发明的有益效果为：

20、本发明的复合取能模块位于高压线与塔之间，在电场耦合与风能的作用下同时收集电场能量和摩擦能量，电场耦合与摩擦复合取能装置通过高压线下的时变电场和风能的共同作用下收集能量，在金属板之间即管理电路中产生位移电流，实现能量传输；通过复合取能模块和电路相结合，利用电阻和电容组成的无源微分电路进行峰值检测，通过比较器、反相器、与门实现信号控制，对复合能量进行高效率的收集；通过峰值检测电路实现电路是否进行取能；互感电路通过控制电路的信号收集取能装置中的复合能量；电源电路的输出端分别与峰值检测电路和控制电路相连接，峰值检测电路用于检测峰值来完成电荷转移，提高取能效率以及减少能量损耗。

技术特征：

1.一种电场耦合与摩擦复合取能装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种电场耦合与摩擦复合取能装置，其特征在于，所述复合取能模块包括：

3.根据权利要求2所述的一种电场耦合与摩擦复合取能装置，其特征在于，所述第一金属板与高压线之间为第四等效电容，所述第一金属板与第二金属板之间为第五等效电容，所述第二金属板与地之间为第六等效电容。

4.根据权利要求2所述的一种电场耦合与摩擦复合取能装置，其特征在于，所述第一金属板的下方设置摩擦层。

5.根据权利要求1所述的一种电场耦合与摩擦复合取能装置，其特征在于，所述整流电路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；第一二极管的阳极与复合取能模块的第一金属板、第二二极管阴极相连，第一二极管的阴极与第四二极管的阴极相连，第二二极管阳极与第三二极管的阳极连接并接地，第三二极管的阴极与第四二极管阳极、复合取能模块的第二金属板相连。

6.根据权利要求1所述的一种电场耦合与摩擦复合取能装置，其特征在于，所述峰值检测电路包括第一电阻、第一电容以及第一比较器；第一电容与第一电阻、第一二极管的阴极、第二二极管的阳极串联连接，第一电容与第一电阻的连接处与第一比较器的正极输入端相连，第一比较器的负极输入端与第二二极管的阳极连接。

7.根据权利要求1所述的一种电场耦合与摩擦复合取能装置，其特征在于，所述控制电路包括第一反相器、第二电阻、第二电容、第二反相器、第一与门、第一mos管；第一比较器的输出端与第一反相器的输入端连接，第一反相器的输出端与第一与门的第一输入端连接，第一反相器的输入端通过第二电阻与第二反相器的输入端连接，第二反相器的输入端通过第二电容与第二二极管的阳极连接，第二反相器的输出端与第一与门的第二输入端相连，第一与门的输出端与第一mos管的栅极相连，第一mos管的漏极与互感复合取能模块连接，第一mos管的源极与第二二极管的阳极连接。

8.根据权利要求1所述的一种电场耦合与摩擦复合取能装置，其特征在于，所述互感取能电路由初级线圈、次级线圈、第五二极管、第三电容、第三电感组成；第一mos管的漏极与初级线圈的异名端相连，初级线圈的同名端与第一二极管的阴极连接，第五二极管的阳极与次级线圈的异名端相连，第五二极管的阴极通过第三电容与次级线圈的同名端连接，所述第三电感并联于第三电容的两端。

技术总结
本发明公开一种电场耦合与摩擦复合取能装置，涉及电网取能技术领域，包括：复合取能模块，用于对电场耦合与摩擦复合进行取能；互感取能电路，用于对复合取能模块进行电场耦合取能；整流电路，用于对复合取能模块的电能进行整流；峰值检测电路，用于判断检测电路是否可以进行取能；控制电路，接收峰值检测电路并控制互感取能电路取能；电源电路，用于对峰值检测电路和控制电路供电；复合取能模块的输出端连接整流电路，整流电路的输出端连接峰值检测电路，复合取能模块上设置互感取能电路，峰值检测电路和互感取能电路与控制电路连接，电源电路与峰值检测电路和控制电路连接。本发明通过复合取能模块提高取能效率以及减少能量损耗。

技术研发人员：曹留,绳飞,崔用江,薛鹏,刘玉龙,米新,贺婷,王志鹏,居来提·阿不力孜,缪刚,胡健民,刘龙,徐思行,丁长明,郑东平,陈赦,胡东阳,黄小龙,吴祖汾
受保护的技术使用者：国网新疆电力有限公司乌鲁木齐供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12