供電裝置和電子系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種供電裝置和電子系統(tǒng)，其中，該供電裝置包括：壓電元件，具有可導(dǎo)電的表面，用于在所述表面有靜電荷的情況下，在所述環(huán)境中交變電場的作用下，所述壓電元件表面的靜電荷運動，從而使壓電元件變形產(chǎn)生電能。利用該供電裝置和電子系統(tǒng)，能夠把環(huán)境中的交變電場轉(zhuǎn)換為電能。
【專利說明】供電裝置和電子系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及供電裝置和電子系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]有一些電子設(shè)備工作在變電站和高壓電源傳輸塔這樣的環(huán)境中。由于存在高壓差，無法直接給這些電子設(shè)備供電，或者即使能供電但能供的電能有限，并不能滿足這些電子設(shè)備的供電要求。
[0003]在例如變電站和高壓電源傳輸塔這樣的環(huán)境周圍，存在著交變電場。如果能把該交變電場轉(zhuǎn)換為電能并提供給在這些環(huán)境中工作的電子設(shè)備使用，則能夠克服向在這樣的環(huán)境中工作的電子設(shè)備供電的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實施例的目的在于提供供電裝置和電子系統(tǒng)，其能夠把環(huán)境中的交變電場轉(zhuǎn)換為電能。
[0005]按照本發(fā)明實施例的一種用于在具有交變電場的環(huán)境中提供電能的供電裝置，包括:壓電元件，具有可導(dǎo)電的表面，用于在所述表面有靜電荷的情況下，在所述環(huán)境中交變電場的作用下，所述壓電元件表面的靜電荷運動，從而使壓電元件變形產(chǎn)生電能。
[0006]其中，所述壓電元件包括非導(dǎo)電的壓電材料和覆蓋在所述非導(dǎo)電的壓電材料的表面的導(dǎo)電材料。
[0007]其中，所述壓電元件包括導(dǎo)電的壓電材料、覆蓋在所述壓電材料表面的絕緣材料和覆蓋在所述絕緣材料表面的導(dǎo)電材料。
[0008]其中，所述非導(dǎo)電的壓電材料是壓電陶瓷纖維。
[0009]其中，所述供電裝置還包括:電荷產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生所述靜電荷并施加到所述壓電元件的表面。
[0010]其中，所述供電裝置還包括:支撐部件，用于支撐所述壓電元件。
[0011]按照本發(fā)明實施例的一種電子系統(tǒng)，包括:電子模塊，用于執(zhí)行預(yù)定功能；以及，供電裝置，用于向所述電子模塊提供電能，其中，所述供電裝置包括具有可導(dǎo)電的表面的壓電元件，用于在所述表面有靜電荷的情況下，把環(huán)境中交變電場的能量轉(zhuǎn)換為電能。
[0012]其中，所述電子系統(tǒng)還包括:光電轉(zhuǎn)換器，用于將接收到的光轉(zhuǎn)換為電能并輸出給所述電子模塊。
[0013]其中，所述的電子系統(tǒng)還包括:電源轉(zhuǎn)換器，連接在所述電子模塊和所述供電裝置之間，用于將所述供電裝置所提供的電能轉(zhuǎn)換為適用于所述電子模塊的電能并把轉(zhuǎn)換的電能輸出給所述電子模塊。
[0014]其中，所述壓電元件包括非導(dǎo)電的壓電材料和覆蓋在所述非導(dǎo)電的壓電材料的表面的導(dǎo)電材料。
[0015]其中，所述壓電元件包括導(dǎo)電的壓電材料、覆蓋在所述壓電材料的表面的絕緣材料和覆蓋在所述絕緣材料的表面的導(dǎo)電材料。
[0016]其中，所述非導(dǎo)電的壓電材料是壓電陶瓷纖維。
[0017]其中，所述供電裝置還包括:電荷產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生所述電荷并施加到所述壓電元件的表面。
[0018]其中，所述供電裝置還包括:支撐部件，用于支撐所述壓電元件。
[0019]其中，所述電子模塊是傳感器，以及，所述電荷產(chǎn)生單元是所述傳感器的電路板的地層。
[0020]其中，所述電子系統(tǒng)還包括:箝位設(shè)備，其連接在所述傳感器的電路板的地層與地之間，用于使所述傳感器電路板地層上靜電荷的量保持在允許的范圍之內(nèi)。
[0021]從以上描述可以看出，本發(fā)明實施例使用在其可導(dǎo)電的表面施加有電荷的壓電元件來根據(jù)環(huán)境的交變電場輸出電能，從而能夠?qū)崿F(xiàn)把環(huán)境中的交變磁場轉(zhuǎn)換為電能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本發(fā)明的其它特點、特征、優(yōu)點和益處通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將變得更加顯而易見。其中:
[0023]圖1A-1B示出了按照本發(fā)明一個實施例的供電裝置的示意圖；以及
[0024]圖2示出了按照本發(fā)明一個實施例的電子系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明實施例所公開的方案使用具有可導(dǎo)電的表面的壓電元件來根據(jù)環(huán)境中的交變電場輸出電能。當(dāng)壓電兀件的可導(dǎo)電的表面被施加有電荷的情況下，在環(huán)境中的交變電場的作用下，壓電元件表面的電荷運動，導(dǎo)致壓電元件產(chǎn)生振動從而發(fā)生變形，然后壓電元件由于壓電效應(yīng)產(chǎn)生電能，從而把環(huán)境中的交變電場轉(zhuǎn)換為電能。
[0026]下面，將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的各個實施例。
[0027]現(xiàn)在參見圖1A-1B，其示出了按照本發(fā)明一個實施例的供電裝置的示意圖。如圖1A-1B所示，供電裝置100可以包括壓電元件110，其中壓電元件110可以包括作為非導(dǎo)電的壓電材料的壓電陶瓷材料120和導(dǎo)電材料130。導(dǎo)電材料130覆蓋在壓電陶瓷材料120的表面。
[0028]壓電陶瓷材料120可以是利用任何陶瓷材料制作的具有壓電效應(yīng)的柔性材料。這里，可選用對輕微的振動能夠產(chǎn)生壓電效應(yīng)的壓電陶瓷纖維，并且可以根據(jù)所需輸出的電壓選擇不同性能的壓電陶瓷纖維。例如，壓電陶瓷纖維可以是美國先進(jìn)陶瓷公司生產(chǎn)的利用黏膠紡絲法(VSSP:Viscose Suspension Spinning Process)制備的直徑可縮小至Ij10-250 μ m的陶瓷長纖維。
[0029]導(dǎo)電材料130可以是各種能夠?qū)щ姷牟牧?。在本實施例中，壓電元?10按照類似于臥倒的“U”形布置。顯然，壓電元件110也可以按照其它的方式來布置。
[0030]在供電裝置100的壓電元件110的表面被施加電荷的情況下，如果將供電裝置200放置在具有交變電場的環(huán)境中，那么在環(huán)境中的交變電場的作用下，供電裝置100中的壓電元件110產(chǎn)生振動從而發(fā)生變形，然后利用壓電效應(yīng)根據(jù)所產(chǎn)生的變形輸出電能，以供其它設(shè)備使用。[0031]現(xiàn)在參見圖2，其示出了按照本發(fā)明一個實施例的電子系統(tǒng)的示意圖。圖2所示的電子系統(tǒng)可以安裝在極高壓(EHV)或超高壓(UHV)電源傳輸塔的頂部以采樣傳輸線的電壓和電流。如圖2所示，電子系統(tǒng)200可以包括傳感器210、箝位設(shè)備220、光電轉(zhuǎn)換器(PPC:Photovoltaic Power Converter) 230、電源轉(zhuǎn)換器 240 和供電裝置 100。
[0032]其中，傳感器210用于檢測EHV或UHV電源傳輸塔的傳輸線的實時電壓和電流。傳感器210所檢測的傳輸線的電壓和電流將被傳送到EHV或UHV電源傳輸塔的地面站，以便維護(hù)人員根據(jù)所檢測的電壓和電流來查看EHV或UHV電源傳輸塔是否工作正常。此外，由于傳感器210位于極高壓或超高壓中，所以傳感器210的電路板的地層會聚集有大量的靜電荷。
[0033]箝位設(shè)備220連接在傳感器210的電路板的地層和地之間，其實現(xiàn)傳感器210的電路板的地層接地并保持傳感器210的電路板的地層上的靜電荷的電量在允許的范圍之內(nèi)。
[0034]光電轉(zhuǎn)換器230用于接收EHV或UHV電源傳輸塔的地面站經(jīng)由光纖維傳輸?shù)墓猓阉邮盏墓廪D(zhuǎn)換為電能并輸出給傳感器210作為工作電源。按照光電轉(zhuǎn)換器320的規(guī)范，光電轉(zhuǎn)換器230的額定功率可以達(dá)到500mW，但隨著光電轉(zhuǎn)換器230的工作功率變大，光電轉(zhuǎn)換器230的溫度將會逐漸升高，而光電轉(zhuǎn)換器230的溫度升高，光電轉(zhuǎn)換器230的壽命會縮短。
[0035]供電裝置100用于利用EHV或UHV電源傳輸塔周圍的交變電場生成電能。供電裝置100的結(jié)構(gòu)在圖1中已經(jīng)詳細(xì)描述，這里不再贅述。其中，供電裝置100的壓電元件110的表面連接到傳感器210的電路板的地層，以從傳感器210的電路板的地層獲取電荷。換言之，供電裝置100的壓電元件110的表面被傳感器210的電路板的地層施加電荷。
[0036]電源轉(zhuǎn)換器240用于把供電裝置100所生成的電能轉(zhuǎn)換為適用于傳感器210的電能并把轉(zhuǎn)換的電能輸出給傳感器210作為工作電源。
[0037]在本實施例中，除了利用光電轉(zhuǎn)換器230向傳感器210提供工作電源之外，還采用供電裝置100向傳感器210提供工作電源。由于傳感器210所需的工作電源是固定的，并且供電裝置100已經(jīng)向傳感器210提供了部分工作電源，因此，可以降低光電轉(zhuǎn)換器230的工作功率以向傳感器210提供剩下部分的工作電源，從而降低了光電轉(zhuǎn)換器230的溫度，進(jìn)而延長光電轉(zhuǎn)換器230的壽命。
[0038]其它變型
[0039]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面的實施例中，壓電元件110所包括的非導(dǎo)電的壓電材料是壓電陶瓷纖維120，然而，在本發(fā)明中，非導(dǎo)電的壓電材料并不局限于壓電陶瓷纖維120，還可以是其它非導(dǎo)電的具有壓電效應(yīng)的材料。
[0040]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面的實施例中，具有可導(dǎo)電的表面的壓電元件110是通過在非導(dǎo)電的壓電材料(例如壓電陶瓷纖維120)上覆蓋導(dǎo)電材料130而形成的，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其它一些實施例中，具有可導(dǎo)電的表面的壓電兀件110也可以直接就使用導(dǎo)電的壓電材料制造。或者，具有可導(dǎo)電的表面的壓電元件110可以包括導(dǎo)電的壓電材料、覆蓋在導(dǎo)電材料表面的絕緣材料和覆蓋在絕緣材料表面的導(dǎo)電材料。
[0041]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，供電裝置100還包括支撐部件120以支撐壓電元件110。
[0042]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面描述的實施例中，電子系統(tǒng)200包括電源轉(zhuǎn)換器240以把供電裝置100所生成的電能轉(zhuǎn)換為適用于傳感器210的電能，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其它實施例中，例如在供電裝置100所生成的電能本身就適用于傳感器210的情況下，電子系統(tǒng)200也可以不包括電源轉(zhuǎn)換器240。
[0043]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面描述的實施例中，電子系統(tǒng)200包括光電轉(zhuǎn)換器230以向傳感器210提供工作電源，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其它一些實施例中，例如在電子系統(tǒng)200所包括的供電裝置100已經(jīng)能夠向傳感器210提供充足的工作電源的情況下，電子系統(tǒng)200也可以不包括光電轉(zhuǎn)換器230。
[0044]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面描述的實施例中，使用傳感器210的電路板的地層向供電裝置100中的壓電元件110的表面施加電荷，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其它一些實施例中，也可以不是使用傳感器210的電路板的地層向供電裝置100中的壓電元件110的表面施加電荷，而是供電裝置100包括電荷產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生電荷并把所產(chǎn)生的電荷施加給供電裝置100中的壓電元件110的表面。或者，也可以使用傳感器210的外殼向供電裝置100中的壓電元件110的表面施加電荷，因為在極高壓或超高壓的環(huán)境中，傳感器210的外殼也會聚集有靜電荷。
[0045]本領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面描述的實施例中，電子系統(tǒng)200應(yīng)用于具有交變電場的極高壓或超高壓電源傳輸塔中，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其它一些實施例中，電子系統(tǒng)200也可以應(yīng)用于具有交變電場的其它場合中，在這種情況下,可以使用用于執(zhí)行預(yù)定功能的其它電子模塊來取代傳感器210以使得電子系統(tǒng)200適用于該具有交變電場的其它場合。
[0046]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上面所公開的各個實施例可以在不偏離發(fā)明實質(zhì)的情況下作出各種變形和改變，這些變形和改變都應(yīng)該落入在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書來定義。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在具有交變電場的環(huán)境中提供電能的供電裝置，包括: 壓電元件，具有可導(dǎo)電的表面，用于在所述表面有靜電荷的情況下，在所述環(huán)境中交變電場的作用下，所述壓電元件表面的靜電荷運動，從而使壓電元件變形產(chǎn)生電能。
2.如權(quán)利要求1所述的供電裝置，其中，所述壓電元件包括非導(dǎo)電的壓電材料，和覆蓋在所述非導(dǎo)電的壓電材料表面的導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料形成所述可導(dǎo)電的表面。
3.如權(quán)利要求1所述的供電裝置，其中，所述壓電元件包括導(dǎo)電的壓電材料、覆蓋在所述壓電材料表面的絕緣材料和覆蓋在所述絕緣材料表面的導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料形成所述可導(dǎo)電的表面。
4.如權(quán)利要求2所述的供電裝置，其中，所述非導(dǎo)電的壓電材料是壓電陶瓷纖維。
5.如權(quán)利要求1所述的供電裝置，其中，還包括: 電荷產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生所述靜電荷并將靜電荷施加到所述壓電元件的表面。
6.如權(quán)利要求1所述的供電裝置，其中，還包括: 支撐部件，用于支撐所述壓電元件。
7.—種電子系統(tǒng),包括: 電子模塊，用于執(zhí)行預(yù)定功能；以及 供電裝置，用于向所述電子模塊提供電能， 其中，所述供電裝置包括具有可導(dǎo)電的表面的壓電元件，用于在所述可導(dǎo)電的表面有靜電荷的情況下，在環(huán)境中交變電場的作用下，所述壓電元件表面的靜電荷運動，從而使壓電元件變形產(chǎn)生電能。
8.如權(quán)利要求7所述的電子系統(tǒng)，其中，還包括: 光電轉(zhuǎn)換器，用于將接收到的光轉(zhuǎn)換為電能并輸出給所述電子模塊。
9.如權(quán)利要求7所述的電子系統(tǒng)，其中，還包括: 電源轉(zhuǎn)換器，連接在所述電子模塊和所述供電裝置之間，用于將所述供電裝置提供的電能轉(zhuǎn)換為適用于所述電子模塊的電能并把轉(zhuǎn)換的電能輸出給所述電子模塊。
10.如權(quán)利要求7所述的電子系統(tǒng)，其中，所述壓電元件包括非導(dǎo)電的壓電材料和覆蓋在所述非導(dǎo)電的壓電材料的表面的導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料形成所述可導(dǎo)電的表面。
11.如權(quán)利要求7所述的電子系統(tǒng)，其中，所述壓電元件包括導(dǎo)電的壓電材料、覆蓋在所述壓電材料表面的絕緣材料和覆蓋在所述絕緣材料表面的導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料形成所述可導(dǎo)電的表面。
12.如權(quán)利要求10所述的電子系統(tǒng)，其中，所述非導(dǎo)電的壓電材料是壓電陶瓷纖維。
13.如權(quán)利要求7所述的電子系統(tǒng)，其中，所述供電裝置還包括: 電荷產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生所述靜電荷并將靜電荷施加到所述壓電元件的表面。
14.如權(quán)利要求7所述的電子系統(tǒng)，其中，所述供電裝置還包括: 支撐部件，用于支撐所述壓電元件。
15.如權(quán)利要求13所述的電子系統(tǒng)，其中，所述電子模塊是傳感器，以及 所述電荷產(chǎn)生單元是所述傳感器的電路板的地層。
16.如權(quán)利要求13所述的電子系統(tǒng)，其中，還包括: 箝位設(shè)備，其連接在所述傳感器的電路板的地層與地之間，用于使所述傳感器電路板地層上的靜電荷量保持在允許的范圍之內(nèi)。
【文檔編號】H02N2/18GK103684045SQ201210363683
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月26日
【發(fā)明者】宋英華, 姚吉隆, 趙研峰, 楊超, 王瀾錦 申請人:西門子公司