CN109690902A - 电流互感器模块和包括该电流互感器模块的电源 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电流互感器模块及包括该电流互感器模块的电源，该电流互感器模块能够调节电力感应比以不管电力线中的电流变化如何都感生出恒定的电力，并且该电流互感器模块被配置成能够在不管电力线中的电流变化如何也也提供恒定的电力的同时使电力转换期间的损耗最小化。所公开的电流互感器模块包括：形成闭环的磁芯；卷绕在磁芯上的多个单元线圈；以及连接到多个单元线圈的开关单元，其中，所述多个单元线圈包括多个用于发电的单元线圈。

Description

电流互感器模块和包括该电流互感器模块的电源
技术领域
本公开涉及一种安装在电力线中并用于发电的电流互感器模块，以及包括该电流互感器模块的电源，更具体地，涉及一种具有能够根据电力线中电流的变化针对电力感应(power induetion)改变绕组比的结构的电流互感器模块，以及包括该电流互感器的电源，该电流互感器用于即使在电力线的电流状态改变时也提供恒定的输出。
背景技术
近来，随着物联网(IoT)的普及，各种类型的IoT装置涌现出来。这些IoT装置形成特定目的的传感器网络，例如智能电网。具体地，为了配置用于所有环境的网络，将IoT装置安装在在大多数情况下人们不容易接近的高层建筑物或地下室检查井等的外部。
在这种环境中，单独安装配电板或用于向IoT装置供电的插座(outlet)不仅成本高，而且考虑到IoT装置的不断扩展，电力线会被设置得非常复杂，因此通常使用电池。
然而，在电池寿命到达之后应该定期更换电池，这增加了维护成本(例如人员投入)并且增加了在人不容易接近的区域中安装或更换用于IoT装置的大容量电池的工作时间。因此，需要一种能够使针对这种IoT装置的维护最小化的电源方案。
同时，正在开发通过使用在电力线上的可拆卸的电流互感器(CT)感生电力来供电的技术。如上所述，使用电流互感器的电源被认为是IoT装置的替代物，因为它仅通过将电流互感器附接到电力线就可容易地感应电力。
然而，在从电力线感应电力的情况下，由于电力线的电流状态可能随时间大幅波动，不仅可能不会感应到恒定电力，而且当电力线的电流较大时，电力损耗也会增加，并且用于提供稳定电力的电力存储单元的容量增加，成为用作电源的阻碍。
因此，迫切需要开发一种技术，该技术能够通过使用电流互感器容易地从电力线感应电力，并且即使在电力线的电流状态改变时也通过感应出恒定的电力来发电。
发明内容
技术问题
本公开旨在解决上述问题，并且本公开的目的是提供一种电流互感器模块，该电流互感器模块能够调节电力感应比以即使在电力线的电流改变时也能够感应出恒定的电力，并且电源包括该电流互感器模块，以使得即使在电力线的电流改变时也能提供恒定的电力的同时使电力转换期间的损耗最小。
此外，本公开的另一目的是提供一种包括电流互感器模块的电源，用于对由电流互感器产生的AC电力进行整流及求和(或求和及整流)，从而使电力生产效率最大化。
技术方案
为了实现上述目的，根据本公开的实施例的电流互感器模块，其安装在电力线中并用于生成电力的电流互感器模块，可包括：构成闭环的磁芯；绕磁芯的卷绕多个单元线圈；以及连接到多个单元线圈的开关单元，其中，所述多个单元线圈包括多个用于发电的单元线圈。此时，多个单元线圈可包括用于传感器的单元线圈。
开关单元可切换使得多个单元线圈通过串联连接、并联连接及串联和并联组合连接中的一种方式进行连接。开关单元可切换使得所述多个用于发电的单元线圈中的至少一些串联连接。
当从多个单元线圈中的一个检测到的电压等于或小于参考值时，开关单元可切换使得所述多个单元线圈中的至少一些并联连接，并且当从多个单元线圈中的一个检测到的电压小于参考值时，开关单元可切换使得所述多个单元线圈中的至少一些串联连接。此时，基于从多个单元线圈中的一个检测到的电压和参考值之间的差，开关单元可切换使得所述多个单元线圈中的至少一些通过串联连接、并联连接及串联和并联组合连接中的一种方式进行连接。
开关单元可包括多个第一输入端子，其分别连接到多个单元线圈的一端；多个第二输入端子，其分别连接到多个单元线圈的另一端；第一输出端子；第二输出端子；多个第一开关，其用于切换以使多个第一输入端子和多个第二输入端子连接或断开；多个第二开关，其用于切换以使多个第一输入端子和第一输出端子连接或断开；以及多个第三开关，其用于切换以使多个第二输入端子和第二输出端子连接或断开。
此时，多个第一开关中的每一个的一端可连接到多个第一输入端子中的一个，并且多个第一开关中的每一个的另一端可连接到多个第二输入端子中的一个以进行切换，使得多个单元线圈中相邻的两个单元线圈串联连接，多个第二开关中的每一个的一端可连接到多个第一输入端子中的一个，并且多个第二开关中的每一个的另一端可连接到第一输出端子，并且多个第三开关中的每一个的一端可连接到多个第二输入端子中的一个，并且多个第三开关中的每一个的另一端可连接到第二输出端子。
根据本公开的实施例的用于实现上述目的的电源包括：电流互感器模块，其安装在电力线中并且包括多个单元线圈以及开关单元，其分别连接到多个单元线圈并用于使所述多个单元线圈切换；以及感测模块，其用于基于从多个单元线圈中的一个感应的电力控制开关单元，以使所述多个单元线圈通过串联连接、并联连接及串联和并联组合连接中的一种方式进行连接。
电流互感器模块可包括构成闭环的磁芯；以及绕磁芯卷绕的多个单元线圈，或者包括多个电流互感器，该电流互感器可包括卷绕有一个单元线圈的磁芯。此时，为了实现上述目的，根据本公开实施例的电源还可包括电力求和单元，用于对由多个电流互感器生成的AC电力求和以输出经求和的AC电力。
当从多个单元线圈中的任一个感应的电压的平均值等于或大于参考值时，感测模块可控制开关单元以使多个单元线圈中的至少一些并联连接，或者当从多个单元线圈中的任何一个感应的电压的平均值小于参考值时，感测模块可控制开关单元以使多个单元线圈中的至少一些串联连接。此时，感测模块可基于从多个单元线圈中的任何一个感应的电压与参考值控制开关单元，以使多个单元线圈通过串联连接、并联连接及串联和并联组合连接中的一种方式连接，并且感测模块可基于从多个单元线圈中的任一个感应的电压来设置通过串联连接、并联连接及串联和并联组合连接中的一种方式连接的单元线圈的数量。
开关单元可包括：多个第一输入端子，其分别连接到多个单元线圈的一端；多个第二输入端子，其分别连接到多个单元线圈的另一端；第一输出端子；第二输出端子；多个第一开关，其用于切换以使多个第一输入端子和多个第二输入端子连接或断开；多个第二开关，其用于切换以使多个第一输入端子和第一输出端子连接或断开；以及多个第三开关，其用于切换以使多个第二输入端子和第二输出端子连接或断开。
根据本公开的实施例的电源还可包括发电单元，所述发电单元连接到开关单元的输出并用于通过从多个单元线圈感应的电压生成电力；并且发电单元可包括：电力转换单元，其用于将开关单元的输出转换为DC电力；以及调节器，其用于调节经转换的DC电力的输出。
为了实现上述目的，根据本公开实施例的电源还可包括多个电力转换部件，所述多个电力转换部件插置于多个单元线圈和开关元件之间，并且用于将从多个单元线圈中的每一个感应的AC电力转换为DC电力。
技术效果
根据本公开的实施例的电流互感器模块可包括在磁芯中的多个单元线圈，以根据电力线的电流的变化将单元线圈的连接方式切换为串联或并联，从而根据电力线的电流随时间的变化调节电力感应比。
此外，根据本公开的实施例的电流互感器模块可调节电力感应比，使得即使在电力线的电流改变时也感应出恒定的电力，由此降低用于在电流互感器的后端处生成并存储电力的电路的复杂性或容量，从而容易地实现最佳系统，降低制造成本。
此外，包括根据本公开实施例的电流互感器模块的电源可包括多个电流互感器模块，以根据电力线的电流状态将电流互感器模块的连接方式切换为串联或并联，由此根据电力线的电流随时间的变化来调节电力感应比，从而提供恒定的电力。
此外，包括根据本公开实施例的电流互感器模块的电源可调整电力感应比，使得即使在电力线的电流变化时感应出恒定的电力，由此降低在电流互感器模块的后端处的发电单元电路和电力存储单元的复杂性或容量，从而容易地实现最佳系统，降低制造成本。
此外，包括根据本公开实施例的电流互感器模块的电源可被配置为将从单元线圈感应的电力转换为DC电力，然后将单元线圈串联或并联连接，并且可降低电流路径上的地阿里损耗因数以使电力感应和转换过程中的能量损失最小，从而减少单元线圈的数量和所使用的部件的数量，同时提高电力转换效率以节省制造成本。
此外，根据本公开的实施例的电流互感器模块及包括该电流互感器模块的电源可在大电流流动时的时间区域将多个单元线圈并联连接到电力线，并且可在小电流流动时的时间区域将多个单元线圈串联连接到电力线，从而使大电流时间区域的电力损耗最小并使用于在小电流时间区域存储电力的电力存储容量最小，以增强电源效率。
此外，包括根据本公开的实施例的电流互感器模块的电源可对由电流互感器生成的AC电流求和，然后将经求和的AC电流转换为DC电力，从而即使在小电流流过线时也提供所需的消耗电力。也就是说，磁感应电源可并联地耦合在多个电流互感器中产生的AC电流，从而即使在低输入电流(即，流过线的电流)下也提供所需的消耗电力。
此外，包括根据本公开实施例的电流互感器模块的电源可对通过多个电流互感器中的磁感应生成的AC电力求和，然后将经求和的AC电流转换为DC电力，这相比整流电路被一一对应地连接到多个电流互感器中的每一个的现有技术而言，减少了在整流期间引起的损耗，从而增加了电力获取效率(或电力增益特性)。
附图说明
图1至图11是用于说明根据本公开的实施例的电流互感器模块的视图；
图12至15是用于说明根据本公开的实施例的电源的视图；以及
图16至19是用于说明根据本公开的实施例的电源的改型示例的视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本公开的最优选的实施例，使得本公开所属领域的技术人员可容易地实践本公开的技术精神。首先，在向每个附图中的组件添加附图标记时，应该注意的是，相同的组件由相同的附图标记表示，即使在不同的附图中示出了相同的元件，该相同的元件也具有相同的附图标记。另外，在本公开的以下描述中，如果对已知配置或功能的详细描述可能使本公开的要点模糊不清时，将省略该详细描述。
参照图1，根据本公开的实施例的电流互感器模块100包括磁芯110和多个单元线圈114a、114b。这里，磁芯110和多个单元线圈114a、114b对应于一个电流互感器。
电流互感器模块100是施加到用于向IoT装置供电的电源的模块，并且通过从电力线感应电力生成待供应给IoT装置的电力。这里，电力线可以是暴露于外以可接入的电力线，例如安装在电线杆中或嵌入地下的电力线。
磁芯110通过将其分成两个而配置为一对，使得电流互感器模块100可以可拆卸地附接到电力线。此时，一对磁芯110被设置成彼此构成闭环。
例如，磁芯110形成为一对半圆形状，并且分别设置在电流互感器模块100的上本体100a和下本体100b上(参见图10)。这里，该对磁芯110中的每一个具有相同的尺寸，并且其两端彼此相接触以构成圆形闭环。
这里，尽管已经将磁芯110示出并描述为圆形，但是磁芯的形状不限于此，并且当满足形成诸如矩形形状的闭环的条件时，磁芯的形状不限于圆形形状。
多个单元线圈114a、114b卷绕在一对磁芯110上。这里，多个单元线圈114a、114b中的任一个单元线圈114b是用于检测电力线中的电流的量的用于测量的单元线圈，并且剩余的单元线圈114a是用于通过从电力线感应电力来产生电力的用于发电的单元线圈。
图1示出并描述了多个单元线圈114a、114b为两个(即，用于传感器114b的单元线圈和用于发电的单元线圈114a)，但是用于发电的单元线圈114a可配置为多个。
此外，用于发电的单元线圈114a被配置为多个，使得单元线圈的连接可进行任意配置以根据电力线中的电流的变化来调节电流互感器模块100的感应比。
参见图2，多个单元线圈114-1至114-4可卷绕在一对磁芯110上以彼此不重叠。也就是说，当多个单元线圈114-1至114-4卷绕在磁芯110上时，它们可设置在不同的区域中而彼此不重叠以使得每个单元线圈114的卷绕工作容易。
参见图3，多个单元线圈114-1至114-4中的至少一些114-1、114-2可绕磁芯110卷绕以在至少一些区域中重叠。
例如，在多个单元线圈114-1至114-4设置在磁芯110上的情况下，当在不同区域中的卷绕根据单元线圈114和磁芯110的规格受到限制时，或者当由于单元线圈114的数量增加而不容易划分磁芯110的区域时，单元线圈114可以以重叠的方式卷绕在至少一些区域中。此时，由于多个单元线圈114的表面涂覆有绝缘材料，因此不会发生相互干扰。也就是说，一定数量的单元线圈114可卷绕在相同的区域中。
参见图4，多个单元线圈114-1、114-2可彼此堆叠并且卷绕在磁芯110上的相同区域中。这里，尽管已经示出并描述了绕磁芯110卷绕的多个单元线圈114-1、114-2是两个或四个，但是单元线圈114的数量不特别限于此。
如上所述，具有形成在一对磁芯110上的多个单元线圈114a、114b的电流互感器模块100可由多个电流互感器组成。此时，电流互感器具有形成在一对磁芯110上的一个单元线圈114，并且多个电流互感器可具有不同的功能(例如，用于测量的电流互感器和用于发电的电流互感器)。
电流互感器模块100还可包括开关单元120。
开关单元120可连接到多个单元线圈114a、114b中的每一个进行切换，使得多个单元线圈114a、114b以串联、并联或串联和并联组合的方式进行连接。
这里，开关单元120可通过感测模块的控制进行切换，使得多个单元线圈114-1至114-4中的至少一些以串联、并联或串联-并联组合的方式连接，因为感测模块通过由多个单元线圈中任一个用于测量的线圈114b感应的电压来感测电力线的电流的变化。
例如，如图5所示，开关单元120包括多个第一输入端子C11至Cn1、多个第二输入端子C12至Cn2、第一输出端子C01、第二输出端子C02、多个第一开关S11至Sn-11、多个第二开关S12至Sn2以及多个第三开关S13至Sn3。
多个第一输入端子C11至Cn1和多个第二输入端子C12至Cn2分别连接至多个单元线圈114-1至114-n。也就是说，第一输入端子C11和第二输入端子C12分别连接到单元线圈114-1的两端，第一输入端子C21和第二输入端子C22分别连接到单元线圈114-2的两端，并且以同样的方式，第一输入端子Cn1和第二输入端子Cn2分别连接到单元线圈114-n的两端。
多个第一开关S11至Sn-11被切换(即，闭合ON或断开OFF)以连接或断开第二输入端子C12至Cn-12和第一输入端子C21至Cn1。此时，多个第一开关S11至Sn-11用作串联连接单元线圈114-1至114-n的开关。
多个第二开关S22至Sn2被切换(即，闭合或断开)以连接或断开第一输入端子C11至Cn1和第一输出端子C01。此时，第二开关S12可始终保持闭合或可忽略不计。结果，单元线圈114-1的一端(即C11)保持与第一输出端子C01的连接状态。
多个第三开关S13至Sn3被切换(即，闭合或断开)以连接或断开第二输入端子C12至Cn2和第二输出端子C02。此时，第三开关Sn3可始终保持闭合或可忽略不计。结果，单元线圈114-n的另一端(即，Cn2)保持与第二输出端子C02的连接状态。
当单元线圈114以串联-并联组合的方式连接时，多个第一开关S11至Sn-11仅部分地闭合以将单元线圈114中的一些串联连接。
例如，参考图6，当开关单元120被配置为使得所有单元线圈114-1至114-n彼此串联连接时，多个第一开关S11至Sn-11全部闭合以将单元线圈114-n-1的第二输入端子Cn-12和相邻的单元线圈114-n的第一输入端子Cn1相连接。此时，第二开关S22至Sn2和第三开关S13至Sn-13保持断开。
因此，开关单元120将所有单元线圈114-1至114-n串联连接。
另外，当多个单元线圈114-1至114-n中仅一些串联连接时，连接至最后的单元线圈的第三开关Sn3接通以连接至第二输出端子C02。
例如，当多个单元线圈114-1至114-n中仅上面两个单元线圈114-1、114-2串联连接时，连接至单元线圈114-1、114-2的第一开关S11和连接至单元线圈114-2的第三开关S23闭合。
因此，开关单元120将单元线圈114-1的第一输入端子C11连接到第一输出端子C01，并且将单元线圈114-2的第二输入端子C22连接到第二输出端子C02，以仅将上面两个单元线圈114-1、114-2串联连接。
开关单元120可闭合或断开多个第二开关S12至Sn2以及多个第三开关S13至Sn3，以并联连接多个单元线圈114-1至114-n。
例如，参考图7，当开关单元120被配置为使得多个单元线圈114-1至114-n并联连接时，多个第一开关S11至Sn-11全部关断以断开各单元线圈114-1到114-n之间的串联连接。多个第二开关S12至Sn2全部闭合，以将多个第一输入端子C11至Cn1连接至第一输出端子C01。多个第三开关S13至Sn3全部闭合，以将多个第二输入端子C12至Cn2连接至第二输出端子C02。
因此，开关单元120将多个单元线圈114-1至114-n并联连接。
同时，当多个单元线圈114-1至114-n中仅一些并联连接时，开关单元120接通连接到单元线圈114的多个第二开关S12至Sn2和多个第三开关S13至Sn3，以进行并联连接，由此仅并联连接对应的单元线圈114。
例如，当多个单元线圈114-1至114-n中仅上面两个单元线圈114-1、114-2并联连接时，连接至对应的单元线圈114-1、114-2的第一开关S11被关断以断开单元线圈114-1、114-2之间的串联连接。第二开关S12、S22闭合以将第一输入端子C11、C21连接到第一输出端子C01。第三开关S13、S23闭合，以将第二输入端子C12、C22连接到第二输出端子C02。
因此，开关单元120将单元线圈114-1、114-2并联连接。
开关单元120断开多个第一开关S11至Sn-11中的至少一个、多个第二开关S12至Sn2中的至少一个以及多个第三开关S13至Sn3中的至少一个，以当多个单元线圈114-1至114-n以串联-并联组合的方式连接时，以串并联组合的方式连接多个单元线圈114-1至114-n。
例如，参考图8，当多个单元线圈114-1至114-4以串并联组合的方式连接时，第一开关S11、S31接通并且第一开关S21断开，以分别串联连接上面两个单元线圈114-1、114-2和下面两个单元线圈114-3、114-4。第二开关S12、S32闭合，第二开关S22、S42断开，第三开关S23、S43闭合，并且第三开关S13、S33断开，以并联连接两个单元线圈组。
因此，开关单元120可形成m个串联连接的单元线圈组，并且可切换为使得所述m个单元线圈组可彼此并联连接。这里，串联或并联连接的单元线圈的数量由感测模块根据电力线的电流大小确定。
如此配置的电流互感器模块100以夹具式安装在电线中。例如，参见图9至图11，电流互感器模块100包括上本体100a、下本体100b、铰链(hinge)单元102和夹具式锁定装置。
上本体100a容置一对磁芯110中的任一个磁芯110a。例如，上本体100a包括壳体110a-1、110a-2，在所述壳体中容置半圆形磁芯110a。
这里，壳体110a-1、110a-2中的每一个被设置为具有半圆形的内表面和外表面，并且可通过紧固装置耦接到彼此。壳体110a-1、110a-2可具有用于在其中容置磁芯110a的空间。此时，磁芯110a被容置使得其两端暴露于壳体110a-1、110a-2外。
下本体100b容置一对磁芯110中的另一个磁芯110b。例如，下本体100b包括壳体110b-1、110b-2，在所述壳体中容置半圆形磁芯110b。
这里，壳体110b-1、110b-2中的每一个被设置为具有半圆形的内表面和外表面，并且可通过紧固装置彼此耦接。壳体110b-1、110b-2可具有用于在其中容置磁芯110b的空间。此时，磁芯110b被容置使得其两端暴露于壳体110b-1、110b-2外。
也就是说，当上本体100a和下本体100b耦接形成如图10所示的圆形时，磁芯110a和磁芯110b可使暴露的两端彼此相接触以形成闭合环。
这里，开关单元120可嵌入上本体100a或下本体100b中的任何一个中。此时，上本体100a和下本体100b可分别形成通孔，使得绕磁芯110a、110b卷绕的多个单元线圈114-1至114-4分别连接到开关单元120。
例如，当开关单元120嵌入上本体100a中时，可在壳体110b-1中设置通孔，使得绕下本体100b的磁芯110b卷绕的多个单元线圈的两端向外拉出到上本体100a。此时，通孔也可设置在上本体100a的壳体110a-1中对应于壳体110b-1的位置处。
铰链单元102设置在上本体100a和下本体100b的一侧以枢转地连接上本体100a和下本体100b。也就是说，铰链单元102设置在一对壳体110a-1/110a-2、110b-1/110b-2的一侧。
夹具型锁定装置设置在上本体100a和下本体100b的另一侧以固定上本体100a和下本体100b。也就是说，夹具型锁定装置设置在该对壳体110a-1/110a-2、110b-1/110b-2的与铰链单元102的相对侧。
夹具型锁定装置包括固定单元103和夹具105。
固定单元103设置在上本体100a中与铰链单元102的相对侧，并且其中形成有用于固定夹具105的凹槽单元103a。
夹具105设置在下本体100b中与铰链单元102的相对侧，并且耦接到固定单元103以固定上本体100a和下本体100b。夹具105包括锁定环104和枢轴单元106。
锁定环104插入并固定到固定单元103的凹槽单元103a。锁定环104示出为矩形形状，但不限于矩形形状。
枢轴单元106可枢转地支撑锁定环104。枢轴单元106在其枢轴处与锁定环104连接，使得锁定环104可枢转。
根据上述配置，如图10所示，电流互感器模块100可安装成使得电力线12插置于上本体100a和下本体100b之间。
此时，当锁定环104插入并固定到凹槽单元103a并且夹具105朝向下本体100b旋转时，对锁定环104在插入凹槽单元103a中的状态下向下加压，以将上本体100a和下本体100b耦接并固定在锁定状态。
当夹具105如上所述在锁定状态下朝向下本体100b的外侧旋转时，锁定环104从加压状态释放而被释放到凹槽单元103a的上侧，或者使得锁定环104可在凹槽单元103a中活动。
此时，当锁定环104枢转到上本体100a的外部并且上本体100a向上枢转时，其通过铰链单元102旋转以将电流互感器模块100与电力线12分离。
参照图12，包括根据本公开的实施例的电流互感器模块的电源200(下文中称为电源200)向物联网装置14(下文中称为IoT装置14)供电。具体地，电源200用于向安装在不容易靠近的区域中的IoT装置14供电。此时，电源200可通过线向IoT装置14供电。这里，电力线12是暴露于外以可接入的电力线12，例如安装在电线杆中或嵌入地下的电力线12。
为此，电源200包括电流互感器模块100和感测模块210。
电流互感器模块100可拆卸地安装到电力线12，并且被配置为夹具式。也就是说，电流互感器模块100通过将内磁芯110分成两部分以易于从电力线12拆卸的上磁线圈和下磁线圈构成，并且多个单元线圈114a、114b卷绕在每个磁芯110上。
这里，单元线圈114a、114b可在磁芯110上的不同位置卷绕，或者可以以重叠方式在相同位置卷绕。此时，单元线圈114a、114b的表面涂覆有绝缘材料。
如上所述，通过将多个单元线圈114a、114b卷绕在磁芯110上来配置电流互感器模块100。此时，多个单元线圈114a、114b中的一个单元线圈114b用于传感器以检测电力线12的电流量，并且剩余的单元线圈114a用于供电以通过从电力线12感应电力来发电。
也就是说，电流互感器模块100具有绕磁芯110卷绕的多个单元线圈114a、114b，从而基本上用作多个电流互感器。
尽管图12示出了两个单元线圈114a、114b绕磁芯110卷绕，作为用于发电的线圈的单元线圈114a可配置为多个。
电流互感器模块100包括连接到多个单元线圈114a、114b中的每一个的开关单元120，以根据感测模块210进行切换。
开关单元120包括分别连接到多个单元线圈114a、114b的输入端子和转换开关，并且每个转换开关可切换，使得多个单元线圈114a、114b以串联、并联或串-并联组合的方式连接。此时，开关单元120不限于包括输入端子和转换开关，并且可配置为逻辑装置。这里，尽管示出了开关单元120整体地形成在电流互感器模块100中，但是不限于这种形成方式，电流互感器模块100可由具有绕磁芯110卷绕的多个单元线圈114的电流互感器构成，并且开关单元120可与电流互感器模块100分离而包括在电源200中。
感测模块210检测从多个单元线圈114-1至114-n中的任一个单元线圈114b感应到的电压，以监控电力线12的电流状态。此时，感测模块210可检测从单元线圈114b感应的电压，并计算与所感应到的电压对应的电流，以根据单元线圈114b的匝数比计算电力线12的电流。
感测模块210根据从单元线圈114b检测到的电压控制开关单元120，使得多个单元线圈114-1至114-n中的至少一些以串联或并联方式连接。例如，当用于发电的单元线圈114b由两个单元线圈组成时，感测模块210控制开关单元120，使得一个或两个单元线圈选择性地串联连接。
此时，感测模块210可针对从单元线圈114b感应的电压计算特定时间的平均值，并且可控制开关单元120使得当所计算的平均值等于或大于预定参考值时，多个单元线圈114-1至114-n中的至少一些可以并联方式连接。这里，参考值可被设置为与在电力线12中产生的电流的大小对应的电压值。
例如，当电力线12的电流随着白天电力损耗的增加而大大增大时，感测模块210可控制开关单元120，使得多个单元线圈114-1至114-n可并联连接以使电力转换损耗最小。
另外，当所计算的平均值小于参考值时，感测模块210可控制开关单元120，使得多个单元线圈114-1至114-n中的至少一些串联连接。
例如，当电力线的电流随着夜间电力损耗的降低而减小时，感测模块210可控制开关单元120，使得多个单元线圈114-1至114-n串联连接在一起以节省更多的电力。
此时，感测模块210可根据检测到的电压的大小确定以串联、并联或串并联组合的方式连接的多个单元线圈114-1至114-n的数量。也就是说，感测模块210可控制开关单元120，以根据检测电压和参考值之间的差在多级中以串联或并联方式配置多个单元线圈114-1至114-n。这里，感测模块210可设置多个参考值，所述多个参考值具有与多个单元线圈114-1至114-n的并联配置、串联配置或串-并联组合配置的数量对应的不同的大小。
例如，在一定数量的单元线圈串联或并联连接的状态下，感测模块210可控制开关单元120以增加或减少根据电力线12的电流的变化以串联或并联方式配置的多个单元线圈114-1至114-n的数量。
此时，感测模块210可控制开关单元120以增加或减少多个单元线圈114-1至114-n的串-并联配置的数量，而不是根据多级配置仅增加或减少串联或并联配置的数量。
如上所述，可将多个单元线圈114-1至114-n串联或并联配置，以调整所述多个单元线圈的比，使得即使在电力线12的电流改变时也能感应出恒定的电力，从而降低用于生成或存储多个单元线圈后端的电力的电路的复杂性或容量，以容易地实现最佳系统，降低制造成本。
同时，如图13所示，电流互感器模块100可由多个电流互感器组成。也就是说，电流互感器110a-1、110a-2......110a-n和110b中的每一个具有绕一个磁芯110卷绕的一个单元线圈114。
这里，一个电流互感器110b被连接到感测模块210以监控电力线12的电流状态，并且剩余的电流互感器110a-1、110a-2......110a-n可被连接至开关单元120，以根据感测模块210进行串联或并联配置。
电源200还可包括发电单元220和电力存储单元230。
发电单元220可通过从电流互感器模块100感应的电压生成电力。发电单元220可被连接到电流互感器模块100的开关单元120的输出，并且可包括电力转换单元222和调节器226。
电力转换单元222可将电流互感器模块100的输出转换为DC电力。例如，电力转换单元222可以是由桥式二极管组成的整流电路，但不限于该整流电路。此时，电力转换单元222可包括在其输出端子处由电容器组成的平滑电路224。
调节器226可调节使得由电力转换单元222转换的电力恒定地输出。调节器226可将输出恒定地调节至与IoT装置14的电力对应的水平。
电力存储单元230可存储由电力生成单元220生成的电力。电力存储单元230可包括超级电容器或电池。
这里，能够根据电力线12的电流状态以串联或并联方式配置多个单元线圈114-1至114-n，从而调节电力感应比以即使当电力线12的电流改变时也提供恒定的电力。
另外，电力线12可在大电流时间期间并联连接多个单元线圈114-1至114-n，并且在小电流时间期间串联连接多个单元线圈114-1至114-n，由此使大电流时间的电力损耗最小，并且使电力存储单元230在低电力时间的电力存储的容量最小。
在下文中，将参考图14和图15描述根据本公开的实施例的电源200的操作。
首先，电源200通过计算S601从用于传感器的单元线圈114b感应的电压的平均值来监控电力线12的电流状态。这里，用于传感器的单元线圈114b可与用于发电的单元线圈114a中的任何一个一起使用。
感测模块210确定S602所计算的平均电压是否大于参考值Vset，并当确定所计算的平均电压大于参考值Vset时，控制开关单元120使得多个单元线圈114-1至114-n并联连接S603。
作为S602中确定的结果，当确定平均电压小于参考值Vset时，感测模块210控制开关单元120使得多个单元线圈114-1至114-n串联连接S604。
如上所述，感测模块210控制开关单元120的切换，使得发电单元220从串联或并联配置的多个单元线圈114-1至114-n感应并生成电力，并将所生成的电力存储在电力存储单元230中以向IoT装置14供电S605。
同时，当多个单元线圈114-1至114-n并联连接或串联连接时，可根据平均电压和参考值Vset之间的差逐渐地控制多个单元线圈114-1至114-n的并联或串联配置。
如图15中所示，首先，感测模块210计算平均电压与参考值Vset之间的差S701。
此时，感测模块210根据平均电压和参考值Vset之间的差来计算具有串联或并联配置的多个单元线圈114-1至114-n的数量S702。也就是说，感测模块210可控制使得多个单元线圈114-1至114-n的并联或串联数量根据电力线12的当前电流状态逐渐增大或减小。
然后，感测模块210通过控制开关单元120执行切换，使得根据所计算的数量并联或串联配置S703所述多个单元线圈114-1至114-n。
参照图16，根据本公开的实施例的电源200还可包括电力求和单元240，用于对从多个电流互感器模块100输出的电力求和。也就是说，电力求和单元240对由多个电流互感器模块100生成的输出电力求和。这时，电力求和单元240对由多个电流互感器模块100生成的AC电力求和，以将具有增加的峰值的经求和的AC电力输出到发电单元220。
例如，当本公开由第一电流互感器模块100至第四电流互感器模块100组成并且从每个电流互感器模块100感应出大约1A的输出电流时，电力求和单元240将每个电流互感器模块100的输出电流转换为AC电力，并输出具有小于约4A的AC电流的AC电力，将所输出的AC电力相加。此时，多个电流互感器模块100的输出电流根据安装位置具有相位差，但是当所述多个电流互感器模块彼此相邻安装时，该相位差也可忽略不计。
电力求和单元240还可根据所需的电力的量对通过使用从多个电流互感器模块100中的一些电流互感器模块100感应的AC电流产生的输出电力求和。例如，在电连接多个电流互感器模块100和电力求和单元240的线路上设置开关，并且电力求和单元240根据IoT装置14所需的电力(电压)驱动开关，以将经求和的AC电力输出至发电单元220，该经求和的AC电力是仅对通过使用从一些电流互感器模块100感应的AC电流所生成的输出电力求和。
由电力求和单元240输出的经求和的AC电力通过发电单元220被转换为DC电力，以存储在电力存储单元230中。电力存储单元230将所存储的DC电力提供给IoT装置14。
因此，电源200将对由电流互感器模块100生成的AC电力求和得到的经求和的AC电力转换为DC电力，以将该DC电力提供给IoT装置14。
参考图17，根据本公开的实施例的电源200还可包括连接到电流互感器模块100和电力求和单元240的滤波器单元250。此时，滤波器单元250被配置为包括多个滤波器252，该多个滤波器安装在用于连接电流互感器模块100和电力求和单元240的线路中。滤波器252从电流互感器模块100输出的输出电力中去除诸如电磁干扰(EMI)之类的噪声。滤波器252将去除噪声的输出电力输出到电力求和单元240。
参照图18，根据本公开的实施例的电源200可包括包含多个电力转换部件130的电流互感器模块100，所述多个电力转换部件插置于多个单元线圈114和开关单元120之间并且用于将从单元线圈感应到的AC电力转换为DC电力。
电力转换单元130连接到多个单元线圈114-1至114-n中的每一个并且被配置为多个。电力转换单元130将从多个单元线圈114-1至114-n中的每一个感应的电力转换为DC电力。这里，多个单元线圈114可绕一个磁芯110卷绕，或者可分别绕独立的磁芯110卷绕。当多个单元线圈114绕一个磁芯110卷绕时，开关单元120可设置在电流互感器模块100或电源200中的一个中。当多个单元线圈114分别绕独立的磁芯110卷绕时，开关单元120可分别设置在电源200中。
此时，电力转换单元130在电流路径上仅包括一个二极管，以在转换为DC电力时使电力损耗最小。也就是说，如图19所示，电力转换单元130可包括半桥整流单元和电容器C。
半桥整流单元可包括第一二极管D1和第二二极管D2。第一二极管D1可连接到相应的单元线圈114的一侧，第二二极管D2可连接到相应的单元线圈114的另一侧。
这里，第一二极管D1和第二二极管D2可分别连接到电容器C的一侧，并且相应的单元线圈114的中间抽头114a可连接到电容器C的另一侧。
此时，当在相应的单元线圈114上感应出正电压时，在图中相应的单元线圈114的上端处的电压高，使得电容器C根据由第一二极管D1、电容器C和中间抽头114a组成电流路径充电。
类似地，当在相应的单元线圈114上感应出负电压时，在图中相应的单元线圈114的下端处的电压高，使得电容器C根据第二二极管D2、电容器C和中间抽头114a组成的电流路径充电。
电容器C对通过第一二极管D1和第二二极管D2的半波整流的电力执行平滑功能，以存储经转换的DC电力。
如上所述，由于在将由相应的单元线圈114感应的电力转换为DC电力的过程中，在电流路径上第一二极管D1和第二二极管D2中仅用于对电容器C充电的任一个二极管包括在其中，与使用诸如全桥的两个二极管的情况相比，仅使用一个二极管可降低电力损耗，从而使能量损失最小化，提高了电力转换效率。
此外，通过减少电力损耗因数来提高电力转换效率，根据电力线12的状态变化，仅需要更少的单元线圈来提供相同的电力，并且由于电力损耗因数减少了，由此可减少部件的数量，从而节省制造成本。
开关单元120被连接到多个电力转换部件130-1至130-n的输出中的每一个以切换，使得多个电力转换部件130-1至130-n的输出根据感测模块210串联或并联地连接。
此时，当感测模块210所计算的平均值大于参考值时，开关单元120可切换成使得多个电力转换部件130-1至130-n中的输出中的至少一些并联连接。
另外，当感测模块210所计算的平均值小于参考值时，开关单元120可切换成使得多个电力转换部件130-1至130-n的输出中至少一些串联连接。
如上所述，当切换成使得多个电力转换部件130的输出串联连接时，开关单元120输出电力转换单元130-1的输出Vdc1和电力转换单元130-2的输出Vdc2的总和Vdct。
因此，当电力线12的电流如在夜间那样减小时，多个电力转换部件130的输出可串联连接以增加总电压，由此感生出更多的电力。
另外，当电力转换单元130由n个部件组成并且这n个部件中仅一些串联连接时，可切换提供在第一输入端子处的第二开关可切换成被连接到第一输出端子C01，并且设置在最后的输入端子处的第二开关可切换成被连接到第二输出端子C02。
另外，当开关单元120切换成使得多个电力转换部件130的输出并联连接时，设置在第一输入端子Cn1处的第二开关Sn2可切换成被连接到第一输出端子C01，并且设置在第二输入端子Cn2处的第三开关Sn3可切换成被连接到第二输出端子C02。
如上所述，当开关单元120切换成使得多个电力转换部件130的输出并联连接时，总电压Vdct与电力转换单元130-1的输出Vdc1或者电力转换单元130-2的输出Vdc2相同。
因此，当电力线12的电流如白天那样增大时，多个电力转换部件130的输出可并联连接以将整个电压保持在低状态，由此使电力损耗最小化。
此外，当电力转换单元130由n个部件组成且这n个部件中仅一些并联连接时，设置在连接到配置并联连接的电力转换单元130的第一输入端子Cn1处的第二开关Sn2和第三开关Sn3被切换为分别连接到第一输出端子C01和第二输出端子C02，并且设置在连接到不配置剩余的并联连接的电力转换单元130的输入端子处的第二开关和第三开关可保持在断开状态。
此时，当开关单元120被配置为使得多个电力转换部件130-1至130-n的输出以串-并联组合方式连接时，m个电力转换部件130的输出可分别串联连接，并且如上所述，串联连接的m个电力转换部件130的输出组可切换成使得多个输出组彼此并联连接。这里，串联或并联连接的单元线圈114的数量由感测模块210根据电力线12的电流大小确定。
感测模块210检测从多个单元线圈114-1至114-n中的任何一个单元线圈114n感应的电压，以监控电力线12的电流状态。此时，感测模块210可检测从单元线圈114n感应的电压并计算与所感应的电压对应的电流，以根据单元线圈114n的匝数比计算电力线12的电流。
感测模块210根据从单元线圈114n检测到的电压控制开关单元120，使得多个电力转换部件130-1至130-n的输出中的至少一些串联或并联连接。
另外，相应的单元线圈114可将其转换为DC电力，然后开关单元120可以以并联、串联或串并联组合的方式配置经转换的DC电力，从而进一步减轻了开关单元120和DC/DC转换器240以及位于其后端的电力存储单元230的电路复杂性。
如上所述，电源200还可包括DC/DC转换器240和电力存储单元230。
DC/DC转换器240将开关单元120的输出转换为特定的电平。也就是说，DC/DC转换器240将开关单元120的DC输出转换为与IoT装置14的电力相对应的电平。DC/DC转换器240可以是降压转换器。
电力存储单元230可存储由DC/DC转换器240生成的电力。电力存储单元230可包括超级电容器或电池。
这里，通过根据电力线12的电流状态以串联或并联方式配置多个电力转换部件130-1至130-n的输出，可调节电力感应比，从而即使在电力线的电流改变时也提供特定的电力。
此外，电力线可在大电流时间期间使多个电力转换部件130-1至130-n的输出并联连接，并且在小电流时间期间使多个电力转换部件130-1至130-n的输出串联连接，从而使大电流时间期间的电力损耗最小，并使用于在小电流时间内进行电力存储的电力存储单元230的容量最小。
接下来解释如此配置的电源200的操作。首先，感测模块210计算从用于传感器的单元线圈114n感应的电压的平均值，以监控电力线12的电流状态。
感测模块210确定所计算的平均电压是否大于参考值Vset，并且当确定平均电压大于参考值Vset时，感测模块210控制开关单元120使得多个电力转换部件130-1至130-n的输出并联连接。
作为上述确定的结果，当确定平均电压小于参考值Vset时，感测模块210控制开关单元120使得多个电力转换部件130-1至130-n的输出串联连接。
如上所述，感测模块210控制开关单元120的切换以从以串联或并联方式配置的多个电力转换部件130-1至130-n的输出生成一定的电力，并将所生成的电力存储在电力存储单元230中以向IoT装置14供电。
同时，当多个电力转换部件130-1至130-n的输出并联或串联连接时，所述多个电力转换部件130-1至130-n的输出的并联或串联配置可根据平均电压和参考值Vset之间的差来逐渐控制。
例如，感测模块210计算平均电压和参考值Vset之间的差。此时，感测模块210根据平均电压和参考值Vset之间的差来计算具有串联或并联配置的多个电力转换部件130-1至130-n的输出的数量。也就是说，感测模块210可根据电力线12的当前的电流状态进行控制使得多个单元线圈114-1至114-n的并联或串联数量逐渐增大或减小。
然后，感测模块210通过控制开关单元120根据所计算的数量执行切换，使得多个电力转换部件130-1至130-n的输出以并联或串联方式配置。
如上所述，尽管已经描述了根据本公开的优选实施例，但是应该理解的是，可以进行各种改型，并且在不脱离本公开的范围的情况下，本领域技术人员可以实践各种改型和变化。

Claims (20)

1.一种电流互感器模块，安装在电力线中并用于生成电力，所述电流互感器模块包括：
构成闭环的磁芯；
绕所述磁芯卷绕的多个单元线圈；以及
连接到所述多个单元线圈的开关单元，
其中，所述多个单元线圈包括多个用于发电的单元线圈。
2.根据权利要求1所述的电流互感器模块，其中，所述多个单元线圈包括用于传感器的单元线圈。
3.根据权利要求1所述的电流互感器模块，其中，所述开关单元切换使得所述多个单元线圈通过串联连接、并联连接及串联和并联组合连接中的一种方式进行连接。
4.根据权利要求1所述的电流互感器模块，其中，所述开关单元切换使得所述多个用于发电的单元线圈中的至少一些串联连接。
5.根据权利要求1所述的电流互感器模块，其中，当从所述多个单元线圈中的一个检测到的电压等于或小于参考值时，所述开关单元切换使得所述多个单元线圈中的至少一些并联连接。
6.根据权利要求1所述的电流互感器模块，其中，当从所述多个单元线圈中的一个检测到的电压小于参考值时，所述开关单元切换使得所述多个单元线圈中的至少一些串联连接。
7.根据权利要求1所述的电流互感器模块，其中，基于从所述多个单元线圈中的一个检测到的电压与参考值之间的差，所述开关单元切换使得所述多个单元线圈中的至少一些单元线圈通过串联连接、并联连接及串联和并联组合连接中的一种方式进行连接。
8.根据权利要求1所述的电流互感器模块，其中，所述开关单元包括：
多个第一输入端子，其分别连接到所述多个单元线圈的一端；
多个第二输入端子，其分别连接到所述多个单元线圈的另一端；
第一输出端子；
第二输出端子；
多个第一开关，其用于切换以使所述多个第一输入端子和所述多个第二输入端子连接或断开；
多个第二开关，其用于切换以使所述多个第一输入端子和所述第一输出端子连接或断开；以及
多个第三开关，其用于切换以使所述多个第二输入端子和所述第二输出端子连接或断开。
9.根据权利要求8所述的电流互感器模块，其中，所述多个第一开关中的每一个的一端连接到所述多个第一输入端子中的一个，并且所述多个第一开关中的每一个的另一端连接到所述多个第二输入端子中的一个以进行切换，使得所述多个单元线圈中相邻的两个单元线圈串联连接，
所述多个第二开关中的每一个的一端连接到所述多个第一输入端子中的一个，并且所述多个第二开关中的每一个的另一端连接到所述第一输出端子，并且
所述多个第三开关中的每一个的一端连接到所述多个第二输入端子中的一个，并且所述多个第三开关中的每一个的另一端连接到所述第二输出端子。
10.一种电源，包括：
电流互感器模块，其安装在电力线上并且包括：
多个单元线圈；以及
开关单元，其分别连接到所述多个单元线圈并用于使所述多个单元线圈切换；以及
感测模块，其用于基于从所述多个单元线圈中的一个感应的电力控制所述开关单元，以使所述多个单元线圈通过串联连接、并联连接及串联和并联组合连接中的一种方式进行连接。
11.根据权利要求10所述的电源，其中，所述电流互感器模块包括：
构成闭环的磁芯；以及
绕所述磁芯卷绕的多个单元线圈。
12.根据权利要求10所述的电源，其中，所述电流互感器模块包括多个电流互感器，并且所述电流互感器包括卷绕有一个单元线圈的磁芯。
13.根据权利要求12所述的电源，还包括电力求和单元，所述电力求和单元用于对由所述多个电流互感器生成的AC电力求和以输出经求和的AC电力。
14.根据权利要求10所述的电源，其中，当从所述多个单元线圈中的任一个感应的电压的平均值等于或大于参考值时，所述感测模块控制所述开关单元以使所述多个单元线圈中的至少一些并联连接。
15.根据权利要求10所述的电源，其中，当从所述多个单元线圈中的任一个感应的电压的平均值小于参考值时，所述感测模块控制所述开关单元以使所述多个单元线圈中的至少一些串联连接。
16.根据权利要求10所述的电源，其中，所述感测模块基于从所述多个单元线圈中的任一个感应的电压和参考值控制所述开关单元，以使所述多个单元线圈通过串联连接、并联连接和以及串联和并联组合连接中的一种方式连接。
17.根据权利要求10所述的电源，其中，所述感测模块基于从所述多个单元线圈中的任一个感应的电压来设置通过串联连接、并联连接及串联和并联组合连接中的一种方式连接的单元线圈的数量。
18.根据权利要求10所述的电源，其中，所述开关单元包括：
多个第一输入端子，其分别连接到所述多个单元线圈的一端；
多个第二输入端子，其分别连接到所述多个单元线圈的另一端；
第一输出端子；
第二输出端子；
多个第一开关，其用于切换以使所述多个第一输入端子和所述多个第二输入端子连接或断开；
多个第二开关，其用于切换以使所述多个第一输入端子和所述第一输出端子连接或断开；以及
多个第三开关，其用于切换以使所述多个第二输入端子和所述第二输出端子连接或断开。
19.根据权利要求10所述的电源，还包括发电单元，所述发电单元连接到所述开关单元的输出并用于通过从所述多个单元线圈感应的电压生成电力，
其中，所述发电单元包括：
电力转换单元，其用于将所述开关单元的输出转换为DC电力；以及
调节器，其用于调节经转换的DC电力的输出。
20.根据权利要求10所述的电源，还包括多个电力转换部件，所述多个电力转换部件插置于所述多个单元线圈和所述开关元件之间，并且用于将从所述多个单元线圈中的每一个感应的AC电力转换为DC电力。
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