[发明专利]采集电器供电线磁场能量的装置及供电线状态监测系统

说明书

技术领域

    本发明涉及一种磁场能量采集装置，尤其涉及一种采集电器供电线磁场能量的装置及供电线状态监测系统。

背景技术

电流产生磁场是一种基本的物理现象，输/供电线中流过交流电流时，会同时产生环绕电线的交变磁场。通过电磁感应，可以将交变的磁场转换成电流。也就是说不需直接接入电线，就可以取得电能。根据电磁感应原理，交变磁场产生的感生电动势和导线闭合回路中的磁通量的变化率成正比。对于给定频率的交变磁场，也可以表述为和闭合回路中的磁通量成正比。

文献【1】和【2】提出在单根供电线上安装电流变换器，可以采集电磁场能量，为输/供电本身的检测电子系统提供电源。（【1】J. Ahola, T. Ahonen, V. Sarkimaki, A. Kosonen, et al., Design considerations for current transformer based energy harvesting for electronics attached to electric motor，Proc. Of International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, Page(s):901– 905, 2008. 【2】H. Zangl, T. Bretterklieber, G. Brasseur, Energy harvesting for online condition monitoring of high voltage overhead power lines, IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference Victoria, Vancouver Island, Canada, 2008.）在这个变换过程中，供电线就是变换器的输入（初级），变换器的次级就是电能的输出。

为电器（如家用电器，办公电器等等）供电的电线电缆随处可见，普遍情况是一个电器的供电电流不大，一般在100 A 以下。单相供电是常规电器普遍采用的供电方式。在单相供电时，采用的供电电线电缆通常是通过绝缘层包裹着相线和中性线两条导线，或者是还包括有地线的三条导线。前者称为拉链式电线，后者称为三线电缆。在单相供电时，一条拉链式电线或者一条三线电缆中有两条方向完全相反的电流线，这两条电流线在空间位置的距离由导电线的直径和包层厚度确定。因为在一个闭合区域中有两条相反方向的电流，产生的磁场不再具有相同的旋转方向，在一个包含电缆横截面的区域内的磁通量相互抵消或者基本抵消。如图1示。这样如果不改变电线的结构，将双线或者三线电缆直接作为电流变换器的初级采集电线的磁场能量，基本上得不到输出。

日本先进工业科学与技术国家研究所的研究者提出在交流供电线的插头处，用电磁感应的方法采集电线的辐射能量为监测电线工作状态（温度、电流）的无线传感器供电（见文献【3】Y. Zhang, J. Lu, H. Hiroshima, et al., Simulation and design of micro inductor for electromagnetic energy scavenging at low AC frequency in wireless sensor network, PowerMEMS 2009, Washington DC, USA, Page(s):253-256, 2009.）。由于插头导体是分开的，电流线的空间距离较在包层中增加若干倍，在插头一个金属叉的小的邻域范围内，可以看成是一条独立电流线形成的磁场，环绕插头叉的磁通量就没有被抵消。但是这种能量采集方式应用受限（只能用在插头处），而且由于插头叉之间的实际距离有限，还是存在电磁感应回路磁通量被抵消的情况，实际采集到的能量远低于理论值。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种可采集供电线电流激发的磁场能量的装置，其结构为：在电线电缆外部的磁场区域设置多个具备磁电转换功能的换能器，换能器的磁场作用方向与换能器所在位置处的电线电缆激发磁场的方向平行；换能器沿电线电缆周长方向的尺寸小于电线电缆横截面周长的1/4。