CN111327083B - 一种抗磁饱和输电线磁能采集方法、装置和电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗磁饱和输电线磁能采集方法、装置和电路，包括：测量采集线圈的感应电压的数值；通过感应电压变化情况换算磁通密度，从而得出磁芯饱和度；判断磁芯饱和度是否达到阈值；若是，则闭合开关，释放磁芯中的能量；若否，则断开开关，继续收集能量；通过控制开关控制模块中的开关的开闭状态，当磁芯在达到磁饱和状态时，与磁电转化线圈并联抗磁饱和开关短时间闭合形成短路，磁芯内部的磁通密度下降到阈值后再打开抗磁饱和开关，采集线圈再次获得能源转化，重复上述过程，实现可持续的能源转化能力。

Description

一种抗磁饱和输电线磁能采集方法、装置和电路

技术领域

本发明涉及能源采集领域，特别是一种抗磁饱和输电线磁能采集方法和装置。

背景技术

能量收集技术作为电池或低功率应用的外部电源的替代品越来越流行，能量收集的来源很多，如热能、压电能和电磁能。一个能量收集系统应提供可靠的电力，以便在靠近驱动装置(如电源状态监测节点)的地方使用电磁感应。电力线路导致环境能量被收集，可用于为远程位置的监控设备供电，以避免持续更换电池。与许多其他方法相比，电磁能量收集是非常有吸引力的，因为它不依赖外部天气条件，如阳光或风。它没有任何运动部件，几乎是免维护的。国内外在输电线能量采集的装置研究中，多数选择放置在离输电线路几米远的独立磁能采集器，然而，采集的功率水平非常低。而近处的磁能采集装置由于体积以及材料的限制，磁饱和的问题是最主要的限制采集功率的问题之一，磁饱和以后能量收集装置将不再能够输出能量，导致能源收集的能力有限，不能满足现代化工业需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种抗磁饱和输电线磁能采集方法和装置，使得磁芯不再磁饱和，在开关断开时能继续收集、输出能量，提高能量收集的功率。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供了一种抗磁饱和输电线磁能采集方法，包括：

判断磁芯饱和度是否达到阈值；

若是，则闭合开关，释放磁芯中的能量；

若否，则断开开关，继续收集能量。

进一步，所述判断磁芯饱和度是否达到阈值之前还包括：

测量采集线圈的感应电压的数值；

通过感应电压变化情况换算磁通密度，从而得出磁芯饱和度。

第二方面，本发明提供了一种抗磁饱和输电线磁能采集装置，包括：

判断单元，用于判断磁芯饱和度是否达到阈值；

执行单元，用于执行若判断单元判断为是，则闭合开关，释放磁芯中的能量；若否，则断开开关，继续收集能量。

进一步，测量单元，用于测量采集线圈的感应电压的数值；

计算单元，用于通过感应电压变化情况换算磁通密度，从而得出磁芯饱和度。

第三方面，本发明提供了一种应用上述一种抗磁饱和输电线磁能采集方法的电路，包括：

磁能采集电路，用于输电线磁场能量与电能的转换与整流；

控制电路，用于感知磁饱和并控制开关以减轻磁饱和效应；

所述磁能采集电路与所述控制电路电连接。

进一步，所述磁能采集电路包括用于采集输电线周围磁场能量的磁电转化模块以及用于实现采集能量的AC-DC的转换的整流滤波模块。

进一步，所述控制电路包括用于感应采集线圈磁芯磁通密度变化的磁饱和感应模块以及用于控制与采集线圈并联的开关的开闭的开关控制模块。

第四方面，本发明提供了一种抗磁饱和输电线磁能采集的设备，包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如权利要求1-2任一项所述的抗磁饱和输电线磁能采集方法。

第五方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行如上所述的抗磁饱和输电线磁能采集方法。

第六方面，本发明还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使计算机执行如上所述的抗磁饱和输电线磁能采集方法。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：

根据磁芯饱和度的情况，通过控制开关的开闭状态，当磁芯在达到磁饱和状态时，与磁电转化线圈并联抗磁饱和开关短时间闭合形成短路，使得磁芯内部的磁通密度下降到阈值后再打开抗磁饱和开关，进一步使得采集线圈再次获得能源转化，重复以上步骤，实现可持续的能源转化能力。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一提供的一种抗磁饱和输电线磁能采集方法的一种实施方式的流程图；

图2是本发明实施例一提供的一种抗磁饱和输电线磁能采集方法的装置示意图；

图3是本发明实施例二提供的一种抗磁饱和输电线磁能采集方法的电路示意图；

图4是本发明实施例二提供的一种抗磁饱和输电线磁能采集方法的磁电转化线圈的感应电压与环形磁芯通过的电流的关系示意图；

图5是本发明实施例三提供的一种抗磁饱和输电线磁能采集方法的采集效率示意图；

图6是本发明实施例三提供的一种压紧控制的设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。

参照图1，本发明第一实施例的一种抗磁饱和输电线磁能采集方法，包括：

S1：测量采集线圈的感应电压的数值；

S2：通过感应电压变化情况换算磁通密度，从而得出磁芯饱和度；

S3：判断磁芯饱和度是否达到阈值；

S31：若是，则闭合开关，释放磁芯中的能量；

S32：若否，则断开开关，继续收集能量。

即实现缓解磁饱和状态，提升磁能采集电路的能量采集率的方法分为三个步骤：

1、通过磁饱和感应模块30，对磁电转化线圈的感应电压进行感应及比较，得出感应电压的电压值以及变化趋势。

2、通过开关控制模块40分析感应电压的变化情况得出磁芯趋向于磁饱和状态的程度。

3、通过控制开关控制模块40中的开关的开闭状态，当磁芯在达到磁饱和状态时，与磁电转化线圈并联抗磁饱和开关短时间闭合形成短路，磁芯内部的磁通密度下降到阈值后再打开抗磁饱和开关，采集线圈再次获得能源转化，重复上述过程，实现可持续的能源转化能力。

通过优化抗磁饱和开关控制电路的响应时机可进一步提高磁能采集电路的采集效率，其改进结果如图5所示。其综合提升磁能采集量约27％。

参照图2，本发明实施例还提供了一种应用上的一种抗磁饱和输电线磁能采集方法的装置，包括：

判断单元1100，用于判断磁芯饱和度是否达到阈值；

执行单元1200，用于执行若判断单元1100判断为是，则闭合开关，释放磁芯中的能量；若否，则断开开关，继续收集能量。

测量单元1300，用于测量采集线圈的感应电压的数值；

计算单元1400，用于通过感应电压变化情况换算磁通密度，从而得出磁芯饱和度。

需要说明的是，由于本实施例中的一种抗磁饱和输电线磁能采集装置与上述的压紧控制的方法基于相同的发明构思，因此，方法实施例中的相应内容同样适用于本装置实施例，此处不再详述。

参照图3，本发明实施例还提供了一种应用上的一种抗磁饱和输电线磁能采集方法的电路，包括：

磁能采集电路，用于输电线磁场能量与电能的转换与整流；

控制电路，用于感知磁饱和并控制开关以减轻磁饱和效应；

磁能采集电路与控制电路电连接。

磁能采集电路包括用于采集输电线周围磁场能量的磁电转化模块10以及用于实现采集能量的AC-DC的转换的整流滤波模块20。

控制电路包括用于感应采集线圈磁芯磁通密度变化的磁饱和感应模块30以及用于控制与采集线圈并联的开关的开闭的开关控制模块40。

一种抗磁饱和输电线磁能采集方法的电路的实施例如下：

磁电转化模块10由环形的高磁导率磁芯以及均匀缠绕在磁芯表面的漆包线组成。其安装方式为嵌套式的套在输电线的外面，其中圆环环面与输电线方向水平。其感应电压为V(t)可根据法拉第电磁感应定律，计算公式如下：

其中V(t)是磁电转化模块10的感应电压，Flux(t)是磁芯内部磁通密度的瞬时值，Bsat是磁芯磁通密度，1/α是电流灵敏度系数，其中当磁芯趋向于饱和状态时，电流灵敏度系数随之降低，N是单位时间内抗磁饱和开关断开的次数，I是输电线的电流。

其中磁电转化线圈的感应电压与环形磁芯通过的电流的关系如图4所示：

其中当磁芯电流增大到某一值时，磁芯达到了磁饱和状态，通过磁芯内部的磁通密度的变化量趋向于零，使得磁电转化模块10的感应电压趋向于0V。

可以实现在贴近输电线位置进行大功率的能量采集，同时由于采用了抗磁饱和的电路控制，使得该磁能采集装置能够不受到材料的磁通密度饱和上限的限制，在一个交流电变化周期内持续的进行能源的采集，较大的提升了磁能采集总量。

本发明基于电磁转化原理，在输电线近距离范围能进行电磁能的采集，以达到自供电的效果；大多数材料在一定磁通密度范围内都会达到磁饱和，而磁通密度的变化直接影响能量的采集能力，通过改变饱和态时磁芯的磁通密度，实现采集器可持续能源采集的能力；磁能采集装置适用范围广，采取输电线近距离嵌套安装方式，适用于各类输电线环境。

参照图6，本发明实施例还提供了一种抗磁饱和输电线磁能采集设备，该抗磁饱和输电线磁能采集设备200可以是任意类型的智能终端，例如手机、平板电脑、个人计算机等。

具体地，该压紧控制的设备200包括：一个或多个控制处理器201和存储器202，图6中以一个控制处理器201为例。

控制处理器201和存储器202可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

存储器202作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的压紧控制的方法对应的程序指令/模块，例如，图2中所示的判断单元1100、执行单元1200、测量单元1300、计算单元1400。控制处理器201通过运行存储在存储器202中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行抗磁饱和输电线磁能采集装置1000的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的抗磁饱和输电线磁能采集的方法。

存储器202可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据压紧控制的装置1000的使用所创建的数据等。此外，存储器202可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器202可选包括相对于控制处理器201远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该抗磁饱和输电线磁能采集的设备200。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

一个或者多个模块存储在存储器202中，当被一个或者多个控制处理器201执行时，执行上述方法实施例中的抗磁饱和输电线磁能采集的方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S1至S32，实现图2中的单元1100-1400的功能。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个控制处理器执行，例如，被图6中的一个控制处理器201执行，可使得上述一个或多个控制处理器201执行上述方法实施例中的抗磁饱和输电线磁能采集的方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S1至S32，实现图2中的单元1100-1400的功能。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述方法的实施例的流程。其中，的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ReadOnly Memory,ROM)或随机存储记忆体(RandomAccess Memory,RAM)等。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种抗磁饱和输电线磁能采集方法，其特征在于，包括：

测量采集线圈的感应电压的数值；其中，所述采集线圈缠绕在环形的磁芯表面，抗磁饱和开关与所述采集线圈并联，所述磁芯嵌套在输电线上，且所述磁芯的圆环环面与输电线方向水平；

通过感应电压变化情况换算磁通密度，从而得出磁芯饱和度；

判断磁芯饱和度是否达到阈值；

若是，则闭合抗磁饱和开关，形成短路，释放磁芯中的能量以使所述磁芯内部的磁通密度下降；

若否，则断开抗磁饱和开关，使所述采集线圈进行能源转换，继续收集能量；

所述通过感应电压变化情况换算磁通密度的公式包括：

其中V(t)是磁电转化模块的感应电压，Bsat是磁芯磁通密度，1/α是电流灵敏度系数，其中当磁芯趋向于饱和状态时，电流灵敏度系数随之降低，N是单位时间内抗磁饱和开关断开的次数，I是输电线的电流。

2.一种抗磁饱和输电线磁能采集装置，其特征在于，包括：

判断单元，用于判断磁芯饱和度是否达到阈值；其中，所述采集线圈缠绕在环形的磁芯表面，抗磁饱和开关与所述采集线圈并联，所述磁芯嵌套在输电线上，且所述磁芯的圆环环面与输电线方向水平；执行单元，用于执行若判断单元判断为是，则闭合抗磁饱和开关，形成短路，释放磁芯中的能量以使所述磁芯内部的磁通密度下降；若否，则断开抗磁饱和开关，使所述采集线圈进行能源转换，继续收集能量；测量单元，用于测量采集线圈的感应电压的数值；

计算单元，用于通过感应电压变化情况换算磁通密度，从而得出磁芯饱和度；

所述通过感应电压变化情况换算磁通密度的公式包括：

其中V(t)是磁电转化模块的感应电压，Bsat是磁芯磁通密度，1/α是电流灵敏度系数，其中当磁芯趋向于饱和状态时，电流灵敏度系数随之降低，N是单位时间内抗磁饱和开关断开的次数，I是输电线的电流。

3.一种应用权利要求1的一种抗磁饱和输电线磁能采集方法的电路，其特征在于，包括：

磁能采集电路，用于输电线磁场能量与电能的转换与整流；

控制电路，用于感知磁饱和并控制抗磁饱和开关以减轻磁饱和效应；所述磁能采集电路与所述控制电路电连接。

4.根据权利要求3中所述的抗磁饱和输电线磁能采集方法的电路，其特征在于：所述磁能采集电路包括用于采集输电线周围磁场能量的磁电转化模块以及用于实现采集能量的AC-DC的转换的整流滤波模块。

5.根据权利要求3中所述的抗磁饱和输电线磁能采集方法的电路，其特征在于：所述控制电路包括用于感应采集线圈磁芯磁通密度变化的磁饱和感应模块以及用于控制与采集线圈并联的抗磁饱和开关的开闭的开关控制模块。

6.一种抗磁饱和输电线磁能采集的设备，其特征在于：包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如权利要求1任一项所述的抗磁饱和输电线磁能采集方法。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1任一项所述的抗磁饱和输电线磁能采集方法。