[發明專利]一種面向架空線路的風驅式高效復合型自驅動系統

在審

• 申請號: 202210785394.0
• 申請日: 2022-07-04
• 公開（公告）號: CN115013240A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 馮運;王季宇;雍順;劉睿;朱柏宇;廖文龍;駱欣瑜;謝茜;張宗喜;馬小敏;周電波
• 申請（專利權）人: 國網四川省電力公司電力科學研究院;重慶大學
• 主分類號: F03D5/00
• 分類號: F03D5/00;F03D9/25;H02N1/04;H02K7/18;H02J7/14;H02J7/32;H02J7/34;H02J1/10
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

1.一種面向架空線路的風驅式高效復合型自驅動系統，其特征在于：該系統包括依次連接的：

摩擦-電磁復合型風能采集器，用于自切換的兩檔式高效環境風能收集并轉換成電能；

雙源能量管理電路，用于對摩擦-電磁復合型風能采集器的兩路交流輸出進行整流、濾波、降壓、儲能的管理；

環境信號傳感器，作為自供能系統的負載用于采集所需的環境信號。

2.根據權利要求1所述的一種面向架空線路的風驅式高效復合型自驅動系統，其特征在于：所述摩擦-電磁復合型風能采集器包含個雙檔位風力驅動模塊和復合式發電模塊；

所述雙檔位風力驅動模塊由兩個不同轉動半徑的風杯組成，兩個風杯之間垂直疊放并保持一定距離，使結構緊湊的同時確保風杯在旋轉中不發生摩擦與碰撞；

所述兩個風杯的杯體直徑均為6cm，旋轉半徑分別為6cm和9cm；其中，旋轉半徑9cm的風杯固定于一根細長實心軸的頂端，而旋轉半徑6cm的風杯則固定在一根空心軸的頂部；所述空心軸的內徑應不小于實心軸外徑，使實心軸能穿透空心軸內部空腔并通過絕緣軸承進行支撐和固定，形成兩個能各自獨立轉動的旋轉體；

所述實心軸和空心軸的底部向下延伸并與復合式發電模塊的兩個發電部分相連接，驅動復合發電模塊運轉并將機械能轉化為電能。

3.根據權利要求2所述的一種面向架空線路的風驅式高效復合型自驅動系統，其特征在于：所述復合式發電模塊包括：摩擦納米發電機部分和電磁式發電機部分；

所述摩擦納米發電機部分為轉盤型摩擦納米發電機，采用軟摩擦模式；

所述軟摩擦模式是指在傳統轉盤式摩擦納米發電機的結構上進行改進，將摩擦部分由傳統的硬材料更換為柔性介質為基礎的軟性接觸材料，減少摩擦損耗并降低轉矩，以提高轉子的動力性能，降低啟動風速并提升材料耐久性；

所述摩擦納米發電機部分為雙層圓盤形結構，包含轉子、定子兩個部分，其中，轉子由圓形轉盤與柔性聚合物薄膜組成，定子由定子基板和兩個圖形互補的扇形電極陣列組成；

所述圓形轉盤由12個圓心角15°、半徑6cm的扇形單元按15°等圓心角間隔呈披薩狀排列組成，所有扇形單元的頂角通過一個法蘭盤固定在實心軸底部；

所述柔性聚合物薄膜為圓心角25°、半徑6cm的扇形，扇形薄膜的兩側被分別固定于扇形單元的兩端；薄膜面積比扇形單元大，薄膜在張力和重力的共同作用下自然向下拱起并與定子接觸；

所述圖形互補的扇形電極陣列由24個圓心角15°、半徑6cm的扇形電極組成，相鄰扇形電極彼此絕緣，而相間的扇形電極并聯，形成兩個彼此嵌合、圖形互補且極性相反的扇形電極陣列，每個陣列對外等效為摩擦納米發電機的一個電極；

所述摩擦納米發電機部分在安裝中應調整轉子與定子間的高度，使柔性聚合物薄膜拱起的部分剛好覆蓋其中一個扇形電極陣列而不與另一個陣列接觸。

4.根據權利要求3所述的一種面向架空線路的風驅式高效復合型自驅動系統，其特征在于：所述電磁式發電機部分為雙層圓環形結構，同樣由轉子和定子兩個部分組成，其中，轉子由圓環形轉盤與矩形磁鐵塊組成，定子由定子基板和多個矩形線圈組成；

所述圓環形轉盤通過三根輻條與空心軸底部連接，其內直徑為12cm、外直徑為16cm；圓環一周以45°等圓心角間隔對稱分布著8個長×寬20mm×10mm的矩形孔槽，每個孔槽內鑲嵌著一枚長×寬×高20mm×10mm×3mm的矩形磁鐵塊，磁鐵塊的底部與圓環形轉盤的底部齊平；

所述矩形線圈與矩形磁鐵塊數量相等、大小相當，所有線圈以45°等圓心角均勻對稱鑲嵌于定子基板一周，使矩形磁鐵塊的垂直投影剛好覆蓋在矩形線圈的內部；

所述電磁式發電機部分在安裝中應使圓環形轉盤與定子之間應保持約1mm的間隙，以避免轉子在轉動過程中與定子發生碰撞；

所述摩擦納米發電機部分與電磁式發電機部分共用一塊定子基板，其中，摩擦納米發電機的扇形電極陣列固定于定子基板12cm直徑的圓周內部，而電磁式發電機的矩形線圈固定于外側的圓環形區域。