本申請涉及能量收集，特別涉及一種用于輸電線路的能量收集裝置及監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術：

1、輸電線路作為能源傳輸?shù)年P鍵基礎設施，對于現(xiàn)代社會的穩(wěn)定運行至關重要。然而，它面臨著戶外惡劣環(huán)境和復雜工況條件所帶來的嚴峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)由于依賴外部電源，存在布線難度大、成本高以及覆蓋范圍有限等問題。

2、目前，光伏和電流互感器（current?transformer，ct）是較為成熟的能量收集方法。但是，光伏系統(tǒng)受光照和天氣影響較大，而ct則可能受到磁芯飽和等因素的限制。輸電線路周圍蘊含著豐富的風能和振動能，但傳統(tǒng)的風力發(fā)電機對風速的穩(wěn)定性要求較高，難以適應輸電線路的振動環(huán)境。此外，輸電線路的振動具有間歇性，這在微風振動中尤為明顯。這種間歇性主要受風場特性，尤其是風向的影響。研究發(fā)現(xiàn)，微風振動主要發(fā)生在垂直風方向，而在斜風和順風條件下，振動則相對較弱甚至不發(fā)生。這種對風向的依賴性導致了能量收集的間歇性，也就是所謂的“能量收集差距”問題，這嚴重影響了自供電傳感器的穩(wěn)定運行。

3、因此，解決風向變化導致的間歇性振動造成的能量收集空白問題，將是實現(xiàn)輸電線路全天候能量收集的關鍵。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請公開了一種用于輸電線路的能量收集裝置及監(jiān)測系統(tǒng)，以解決由風向隨機性導致的輸電線路能量收集間歇性的技術問題。

2、為達到上述目的，本申請?zhí)峁┮韵录夹g方案：

3、第一方面，本申請?zhí)峁┮环N用于輸電線路的能量收集裝置，能量收集裝置包括夾持組件、第一發(fā)電單元和第二發(fā)電單元，夾持組件用于夾持輸電線路；第一發(fā)電單元包括第一殼體和設于第一殼體內的至少一個第一摩擦納米發(fā)電機，第一殼體與夾持組件連接，第一摩擦納米發(fā)電機的振動方向垂直于輸電線路的軸向，以用于收集輸電線路的振動能量；第二發(fā)電單元包括發(fā)電機構和擺動片，發(fā)電機構包括第二殼體和至少一個第二摩擦納米發(fā)電機，第二殼體為鈍體，第二摩擦納米發(fā)電機設于第二殼體內；擺動片的固定端與夾持組件和/或第一殼體連接，擺動片的自由端與第二殼體連接，擺動片的安裝方向與輸電線路的軸向平行，第二摩擦納米發(fā)電機的振動方向與擺動片的擺動方向平行。

4、其中，通過夾持組件將第一發(fā)電單元和第二發(fā)電單元連接到輸電線路上，當風向與輸電線路之間的夾角大于等于第一角度時，輸電線路容易發(fā)生微風振動，第一摩擦納米發(fā)電機內的摩擦層進行振動，產生靜電感應，以收集輸電線路的振動能量；相反，當風向與輸電線路之間的夾角小于第一角度時，輸電線路的振動很微弱或者趨于停止，此時，在風力作用下，第二殼體是鈍體，其會沿垂直于輸電線路軸向的方向進行擺動，即相對擺動片的固定端左右擺動，從而使第二摩擦納米發(fā)電機進行發(fā)電，從而可以收集風能。本申請中的能量收集裝置通過自適應風向互補機制，可以實現(xiàn)輸電線路的風能和振動能量的協(xié)同收集，填補由于風向改變輸電線不振動時的俘能缺口，為智能輸電線路全天候高熵能量收集提供了創(chuàng)新路徑。

5、進一步地，第一摩擦納米發(fā)電機包括第一摩擦電極組件、第二摩擦電極組件和彈性件，彈性件設于第一摩擦電極組件和第二摩擦電極組件之間，以使輸電線路振動時，第一摩擦電極組件和第二摩擦電極組件能夠交替地接觸和分離。

6、進一步地，至少一個第一摩擦納米發(fā)電機包括多個沿彈性件的伸縮方向層疊設置的第一摩擦納米發(fā)電機。

7、進一步地，第二發(fā)電單元包括n對發(fā)電機構，其中，n為正整數(shù)；沿輸電線路的軸向，每對發(fā)電機構對稱設置在夾持組件的兩側。

8、進一步地，擺動片為彈簧片，和/或，擺動片的固定端與第一殼體連接。

9、進一步地，第二摩擦納米發(fā)電機包括層疊設置的第一摩擦電極單元和第二摩擦電極單元以及設于二者之間的多個摩擦球，第一摩擦電極單元和第二摩擦電極單元層疊設置的方向垂直于擺動片，且第一摩擦電極單元和第二摩擦電極單元之間的垂直間距大于摩擦球的直徑。

10、進一步地，第二摩擦納米發(fā)電機還包括第一隔板和第二隔板，第一隔板、第二隔板、第一摩擦電極單元和第二摩擦電極單元圍設形成容納腔，摩擦球位于容納腔內；至少一個第二摩擦納米發(fā)電機包括多個沿擺動片的擺動方向層疊設置的第二摩擦納米發(fā)電機。

11、進一步地，第一隔板的朝向容納腔的表面設有多個沿垂直方向排列的第一容納孔，和/或，第二隔板的朝向容納腔的表面設有多個沿垂直方向排列的第二容納孔，和/或，第一摩擦電極單元的朝向容納腔的表面設有多個沿垂直方向排列的第三容納孔，和/或，第二摩擦電極單元的朝向容納腔的表面設有多個沿垂直方向排列的第四容納孔；第一容納孔、第二容納孔、第三容納孔、第四容納孔均用于限制摩擦球沿垂直方向的位移。

12、進一步地，鈍體的橫截面的形狀包括圓形、矩形、圓形和矩形的耦合圖形。

13、進一步地，包括第一整流器、第二整流器、電源管理模塊和儲能裝置，其中，第一整流器與第一發(fā)電單元電連接，第二整流器與第二發(fā)電單元電連接，電源管理模塊分別與第一整流器、第二整流器電連接，電源管理模塊用于提升儲能效率，儲能裝置與電源管理模塊電連接，儲能裝置用于儲存第一發(fā)電單元和第二發(fā)電單元產生的電能。

14、第二方面，本申請?zhí)峁┮环N用于輸電線路的監(jiān)測系統(tǒng)，該監(jiān)測系統(tǒng)包括傳感器、開關組件以及第一方面的能量收集裝置，開關組件用于控制傳感器和儲能裝置之間電連接的通斷，傳感器用于監(jiān)測輸電線路的性能和/或狀態(tài)。

技術特征：

1.一種用于輸電線路的能量收集裝置，其特征在于，所述能量收集裝置包括夾持組件、第一發(fā)電單元和第二發(fā)電單元，所述夾持組件用于夾持所述輸電線路；

2.根據(jù)權利要求1所述的能量收集裝置，其特征在于，所述第一摩擦納米發(fā)電機包括第一摩擦電極組件、第二摩擦電極組件和彈性件，所述彈性件設于所述第一摩擦電極組件和所述第二摩擦電極組件之間，以使所述輸電線路振動時，所述第一摩擦電極組件和所述第二摩擦電極組件能夠交替地接觸和分離。

3.根據(jù)權利要求2所述的能量收集裝置，其特征在于，所述至少一個第一摩擦納米發(fā)電機包括多個沿所述彈性件的伸縮方向層疊設置的第一摩擦納米發(fā)電機。

4.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的能量收集裝置，其特征在于，所述第二發(fā)電單元包括n對發(fā)電機構，其中，n為正整數(shù)；

5.根據(jù)權利要求4所述的能量收集裝置，其特征在于，所述擺動片為彈簧片，和/或，所述擺動片的固定端與所述第一殼體連接。

6.根據(jù)權利要求4所述的能量收集裝置，其特征在于，所述第二摩擦納米發(fā)電機包括層疊設置的第一摩擦電極單元和第二摩擦電極單元以及設于二者之間的多個摩擦球，所述第一摩擦電極單元和所述第二摩擦電極單元層疊設置的方向垂直于所述擺動片，且所述第一摩擦電極單元和所述第二摩擦電極單元之間的垂直間距大于所述摩擦球的直徑。

7.根據(jù)權利要求6所述的能量收集裝置，其特征在于，所述第二摩擦納米發(fā)電機還包括第一隔板和第二隔板，所述第一隔板、所述第二隔板、所述第一摩擦電極單元和所述第二摩擦電極單元圍設形成容納腔，所述摩擦球位于所述容納腔內；

8.根據(jù)權利要求7所述的能量收集裝置，其特征在于，所述第一隔板的朝向所述容納腔的表面設有多個沿垂直方向排列的第一容納孔，和/或，所述第二隔板的朝向所述容納腔的表面設有多個沿垂直方向排列的第二容納孔，和/或，所述第一摩擦電極單元的朝向所述容納腔的表面設有多個沿垂直方向排列的第三容納孔，和/或，所述第二摩擦電極單元的朝向所述容納腔的表面設有多個沿垂直方向排列的第四容納孔；

9.根據(jù)權利要求7所述的能量收集裝置，其特征在于，所述鈍體的橫截面的形狀包括圓形、矩形、圓形和矩形的耦合圖形。

10.根據(jù)權利要求1-3，5-9任一項所述的能量收集裝置，其特征在于，包括第一整流器、第二整流器、電源管理模塊和儲能裝置，其中，所述第一整流器與所述第一發(fā)電單元電連接，所述第二整流器與所述第二發(fā)電單元電連接，所述電源管理模塊分別與所述第一整流器、所述第二整流器電連接，所述電源管理模塊用于提升儲能效率，所述儲能裝置與所述電源管理模塊電連接，所述儲能裝置用于儲存所述第一發(fā)電單元和所述第二發(fā)電單元產生的電能。

11.一種用于輸電線路的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括傳感器、開關組件以及如權利要求10所述的能量收集裝置，所述開關組件用于控制所述傳感器和所述儲能裝置之間電連接的通斷，所述傳感器用于監(jiān)測所述輸電線路的性能和/或狀態(tài)。

技術總結
本申請涉及能量收集技術領域，特別涉及一種用于輸電線路的能量收集裝置及監(jiān)測系統(tǒng)。能量收集裝置包括夾持組件、第一發(fā)電單元和第二發(fā)電單元，夾持組件用于夾持輸電線路；第一發(fā)電單元包括第一殼體和設于第一殼體內的第一摩擦納米發(fā)電機，第一殼體與夾持組件連接，第一摩擦納米發(fā)電機的振動方向垂直于輸電線路的軸向，以用于收集輸電線路的振動能量；第二發(fā)電單元包括發(fā)電機構和擺動片，發(fā)電機構包括第二殼體和至少一個設于第二殼體內的第二摩擦納米發(fā)電機，第二殼體為鈍體；擺動片的固定端與夾持組件和/或第一殼體連接，擺動片的自由端與第二殼體連接，擺動片的安裝方向與輸電線路平行，第二摩擦納米發(fā)電機的振動方向與擺動片的擺動方向平行。

技術研發(fā)人員：程廷海,李恒禹,程小軍,張曉松
受保護的技術使用者：北京納米能源與系統(tǒng)研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15