壓電元件、供電裝置和電子系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及壓電元件、供電裝置和電子系統(tǒng)，其中，該供電裝置包括：壓電材料；和覆蓋在所述壓電材料表面的磁性材料，當(dāng)所述壓電元件被放置在具有交變磁場的環(huán)境的情況下，所述壓電元件在所述磁性材料受到的磁力的作用下運(yùn)動，從而使所述壓電材料產(chǎn)生電能。利用該壓電元件、供電裝置和電子系統(tǒng)，能夠把環(huán)境中的交變磁場轉(zhuǎn)換為電能。
【專利說明】壓電元件、供電裝置和電子系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓電元件、供電裝置和電子系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在一些環(huán)境中,例如變電站和高壓電源傳輸塔的周圍,存在著交變磁場。但是目前還沒有能夠方便地利用這些交變磁場能量的技術(shù)。同時(shí)，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，或者即使能給這些電子設(shè)備供電但能提供的電能有限，不能滿足這些電子設(shè)備的供電要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是利用環(huán)境中的交變磁場產(chǎn)生電能，從而提高能量的利用率。同時(shí)，把產(chǎn)生的電能提供給在這些環(huán)境中工作的電子設(shè)備使用，從而克服向在這樣的環(huán)境中工作的電子設(shè)備供電的難題。
[0004]本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供壓電元件、供電裝置和電子系統(tǒng)，其能夠把環(huán)境中的交變磁場轉(zhuǎn)換為電能。
[0005]按照本發(fā)明實(shí)施例的一種壓電元件，包括:壓電材料和磁性材料，所述磁性材料覆蓋在所述壓電材料的表面，當(dāng)所述壓電元件被放置在具有交變磁場的環(huán)境的情況下，所述壓電元件在所述磁性材料受到的磁力的作用下產(chǎn)生運(yùn)動，從而使所述壓電材料產(chǎn)生電能。
[0006]優(yōu)選，所述壓電材料是壓電陶瓷纖維。
[0007]按照本發(fā)明實(shí)施例的一種供電裝置，包括:至少一個(gè)壓電元件，用于利用環(huán)境中的交變磁場產(chǎn)生電能，其中，所述至少一個(gè)壓電兀件的每一個(gè)包括壓電材料和磁性材料。
[0008]其中，所述至少一個(gè)壓電元件為多個(gè)，其按照陣列方式布置并且首尾連接串聯(lián)在一起。
[0009]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。
[0010]其中，所述支撐部件包括:基座；以及，在所述基座上形成的多個(gè)按照陣列方式布置的溝槽，每一個(gè)溝槽由兩個(gè)槽壁形成，其中，所述壓電元件放置在所述多個(gè)溝槽中。
[0011]其中，所述基座是利用磁導(dǎo)率小于第一指定值的材料制造的，以及，所述槽壁是利用磁導(dǎo)率大于第二指定值的材料制造的。
[0012]其中，所述壓電材料是壓電陶瓷纖維。
[0013]按照本發(fā)明實(shí)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，所述供電裝置包括至少一個(gè)壓電元件，用于利用環(huán)境中的交變磁場產(chǎn)生電能，其中，所述至少一個(gè)壓電元件包括壓電材料和覆蓋在所述壓電材料的表面上的磁性材料。其中，所述電子系統(tǒng)還包括:光電轉(zhuǎn)換器，用于將接收到的光源轉(zhuǎn)換為電能并輸出給所述電子模塊。
[0014]其中，所述電子系統(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。
[0015]其中，所述電子系統(tǒng)安裝在極高壓或超高壓電源傳輸塔的頂部以采樣電源傳輸線的電壓和電流。
[0016]從以上描述可以看出，在本發(fā)明的實(shí)施例中，壓電元件包括壓電材料和磁性材料，因此，當(dāng)壓電元件被放置在具有交變磁場的環(huán)境中時(shí)，磁性材料和交變磁場相互作用，磁性材料受到磁力的作用，從而使壓電元件在磁力的作用下運(yùn)動，從而使壓電元件中的壓電材料產(chǎn)生變形，壓電元件中的壓電材料由于壓電效應(yīng)產(chǎn)生電能，從而就實(shí)現(xiàn)了利用環(huán)境中的交變磁場產(chǎn)生電能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]本發(fā)明的其它特點(diǎn)、特征、優(yōu)點(diǎn)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:
[0018]圖1A-1B示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的壓電元件的示意圖；
[0019]圖2A-2B示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的供電裝置的示意圖；以及
[0020]圖3示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電子系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]按照本發(fā)明實(shí)施例的方案，通過利用壓電材料和磁性材料來形成壓電元件，當(dāng)該壓電兀件被放置在具有交變磁場的環(huán)境中時(shí)，在環(huán)境中的交變磁場和該壓電兀件中的磁性材料的相互作用下，該壓電元件發(fā)生振動從而該導(dǎo)致壓電元件中的壓電材料產(chǎn)生變形，該壓電兀件中的壓電材料由于壓電效應(yīng)產(chǎn)生電能，從而能夠利用環(huán)境中的交變磁場產(chǎn)生電倉泛。
[0022]下面，將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。
[0023]現(xiàn)在參見圖1A-1B，其示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的壓電元件的示意圖。如圖1A-1B所示，壓電元件100可以包括一種壓電材料壓電陶瓷纖維120和磁性材料130，其中，磁性材料130覆蓋在壓電陶瓷纖維120的表面。
[0024]壓電陶瓷纖維120可以是利用任何陶瓷材料制作的具有壓電效應(yīng)的纖維。這里，優(yōu)先選擇對壓電元件的輕微運(yùn)動就能夠產(chǎn)生壓電效應(yīng)的壓電陶瓷纖維。而且，根據(jù)實(shí)際需要的輸出電壓可以選擇不同性能的壓電陶瓷纖維。例如，壓電陶瓷纖維120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)制備的直徑可縮小到10-250 μ m的陶瓷長纖維。
[0025]磁性材料130可以是任何具有磁性的材料，例如但不局限于永磁材料或者被磁化后具有磁性的材料。
[0026]現(xiàn)在參見圖2A-2B，其示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的供電裝置的示意圖。如圖2A-2B所示，供電裝置200可以包括多個(gè)壓電元件100和支撐部件220。
[0027]該多個(gè)壓電元件100用于利用環(huán)境中的交變磁場產(chǎn)生電能。如上所述，壓電元件100包括壓電陶瓷纖維120和覆蓋在壓電陶瓷纖維120表面上的磁性材料130。在本實(shí)施例中，該多個(gè)壓電元件100按照陣列方式布置，并利用導(dǎo)線首尾連接串聯(lián)在一起。
[0028]支撐部件220可以包括基座222和多個(gè)溝槽224。其中，基座222可以用磁導(dǎo)率小于第一指定值的材料制造，這里，磁導(dǎo)率小于第一指定值的材料具有較低的磁導(dǎo)率，可以根據(jù)實(shí)際需要確定基座材料的磁導(dǎo)率的大小(即第一指定值的大小)。優(yōu)選，基座材料的磁導(dǎo)率為零。溝槽224形成在基座222之上并且按照陣列方式布置，每一個(gè)溝槽224由兩個(gè)槽壁226形成，其中形成溝槽224的槽壁226可以由磁導(dǎo)率大于第二指定值的材料制造，這里，磁導(dǎo)率大于第二指定值的材料具有較高的磁導(dǎo)率?？梢愿鶕?jù)實(shí)際需要確定槽壁226材料的磁導(dǎo)率的大小(即第二指定值的大小)。這樣，交變磁場中的大部分磁力線就會穿過壓電元件100和槽壁224。按照陣列方式布置的壓電元件100放置在支撐部件240的溝槽244中。
[0029]當(dāng)將供電裝置200放置在具有交變磁場的環(huán)境中時(shí)，只要供電裝置200壓電元件100的壓電陶瓷纖維120的軸線與交變磁場的方向不平行，那么供電裝置200中的壓電元件100就可以利用環(huán)境中的交變磁場產(chǎn)生電能，以為其它設(shè)備提供工作電源。
[0030]現(xiàn)在參見圖3，其示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電子系統(tǒng)的示意圖。圖3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電源傳輸線的電壓和電流。
[0031]如圖3所示，電子系統(tǒng)300可以包括傳感器310、光電轉(zhuǎn)換器(PPC:PhotovoltaicPower Converter) 320、電源轉(zhuǎn)換器330和供電裝置200。
[0032]其中，傳感器310用于檢測EHV或UHV電源傳輸塔傳輸線的電壓和電流。傳感器310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。
[0033]光電轉(zhuǎn)換器320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310作為工作電源?，F(xiàn)有的光電轉(zhuǎn)換器320的額定功率可以達(dá)到500mW，但隨著光電轉(zhuǎn)換器320的工作功率變大，其溫度將會逐漸升高，這會縮短光電轉(zhuǎn)換器320的壽命。
[0034]供電裝置200用于利用EHV或UHV電源傳輸塔周圍的交變磁場生成電能。供電裝置200的結(jié)構(gòu)在圖2中已經(jīng)詳細(xì)描述，這里不再贅述。
[0035]電源轉(zhuǎn)換器330用于把供電裝置200所生成的電能轉(zhuǎn)換為適用于傳感器310的電能并把轉(zhuǎn)換的電能輸出給傳感器310作為其工作電源。
[0036]在本實(shí)施例中，除了利用光電轉(zhuǎn)換器320向傳感器310提供工作電源之外，還采用供電裝置200向傳感器310提供工作電源。由于傳感器310所需的工作電源是固定的，并且供電裝置200已經(jīng)向傳感器310提供了部分工作電源，因此，可以降低光電轉(zhuǎn)換器320的工作功率以向傳感器310提供剩下部分的工作電源，從而降低了光電轉(zhuǎn)換器320的溫度，進(jìn)而可以延長其壽命。
[0037]其它變型
[0038]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面實(shí)施例中，供電裝置200所包括的多個(gè)壓電元件100按照陣列方式布置，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其它一些實(shí)施例中，供電裝置200所包括的多個(gè)壓電元件100也可以按照其它方式進(jìn)行布置，例如按照直線方式進(jìn)行布置。
[0039]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面實(shí)施例中，對于每一個(gè)壓電元件100所包括的壓電材料120和磁性材料130，磁性材料130覆蓋在壓電材料120的表面從而使得壓電元件100具有磁性，然而，本發(fā)明并不局限于此。磁性材料130還可以摻雜在壓電材料120中形成壓電元件100，通過極化磁性材料130可以使磁性材料和環(huán)境中的交變磁場產(chǎn)生相
互作用。。
[0040]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面描述的實(shí)施例中，支撐部件220中的基座222和槽壁226分別由具有低磁導(dǎo)率的材料和高磁導(dǎo)率的材料制造，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其它一些實(shí)施例中，支撐部件220中的基座222和/或槽壁226也可以使用其它的材料來制作，例如，支撐部件220中的基座222可以使用具有高磁導(dǎo)率的材料來制作，支撐部件220中的槽壁226可以使用具有低磁導(dǎo)率的材料來制作。
[0041]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面實(shí)施例中，供電裝置200包括多個(gè)壓電元件100，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其它一些實(shí)施例中，供電裝置200也可以只包括一個(gè)壓電元件100。
[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(shí)施例中，供電裝置200包括支撐部件220來支撐壓電元件100，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其它一些實(shí)施例中，也可以不支撐壓電元件100，從而供電裝置200可以不包括支撐部件220。
[0043]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面描述的壓電元件100中，使用壓電陶瓷纖維作為壓電材料，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其它一些實(shí)施例中，壓電元件100也可以使用除了壓電陶瓷纖維之外的其它壓電材料，只要壓電元件100能夠?qū)ξ⑿〉恼駝赢a(chǎn)生電能即可。
[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(shí)施例中，電子系統(tǒng)300包括電源轉(zhuǎn)換器330以把供電裝置200所生成的電能轉(zhuǎn)換為適用于傳感器310的電能，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，例如在供電裝置200所生成的電能本身就適用于傳感器310的情況下，電子系統(tǒng)300也可以不包括電源轉(zhuǎn)換器330。
[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(shí)施例中，電子系統(tǒng)300包括光電轉(zhuǎn)換器320，由光電轉(zhuǎn)換器320和供電裝置200兩者向傳感器310提供電能作為工作電源，然而，本發(fā)明并不局限于此。在本發(fā)明的其它一些實(shí)施例中，例如在電子系統(tǒng)300所包括的供電裝置200已經(jīng)能夠向傳感器310提供充足的工作電源的情況下，電子系統(tǒng)300也可以不包括光電轉(zhuǎn)換器320。
[0046]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面描述的實(shí)施例中，電子系統(tǒng)300應(yīng)用于具有交變磁場的極高壓(EHV)或超高壓(UHV)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(shí)施例中，電子系統(tǒng)300也可以應(yīng)用于具有交變磁場的其它場合中，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310以使得電子系統(tǒng)300適用于該具有交變磁場的其它場合。
[0047]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上面所公開的各個(gè)實(shí)施例可以在不偏離發(fā)明實(shí)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】
1.一種壓電兀件，包括: 壓電材料；和 磁性材料，覆蓋在所述壓電材料的表面， 當(dāng)所述壓電元件被放置在具有交變磁場的環(huán)境的情況下，所述壓電元件在所述磁性材料受到的磁力的作用下產(chǎn)生運(yùn)動，從而使所述壓電材料產(chǎn)生電能。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電元件，其中，所述壓電材料是壓電陶瓷纖維。
3.一種供電裝置，包括: 至少一個(gè)壓電兀件，用于利用環(huán)境中的交變磁場產(chǎn)生電能， 其中，所述至少一個(gè)壓電元件包括壓電材料和磁性材料，所述磁性材料覆蓋在所述壓電材料的表面。
4.如權(quán)利要求3所述的供電裝置，其中， 所述至少一個(gè)壓電元件為多個(gè)，其按照陣列方式布置并且首尾連接串聯(lián)在一起。
5.如權(quán)利要求4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。
6.如權(quán)利要求5所述的供電裝置，其中，所述支撐部件包括: 基座；以及 在所述基座上形成的多個(gè)按照陣列方式布置的溝槽，每一個(gè)溝槽由兩個(gè)槽壁形成， 其中，所述壓電元件放置在所述多個(gè)溝槽中。
7.如權(quán)利要求6所述的供電裝置，其中 所述基座是利用磁導(dǎo)率小于第一指定值的材料制造的，以及 所述槽壁是利用磁導(dǎo)率大于第二指定值的材料制造的。
8.如權(quán)利要求3所述的供電裝置，其中 所述壓電材料是壓電陶瓷纖維。
9.一種電子系統(tǒng),包括: 電子模塊，用于執(zhí)行預(yù)定功能；以及 如權(quán)利要求3-8中的任意一個(gè)所述的供電裝置，用于向所述電子模塊提供電能。
10.如權(quán)利要求9所述的電子系統(tǒng)，其中，還包括: 光電轉(zhuǎn)換器，用于將接收到的光源轉(zhuǎn)換為電能并輸出給所述電子模塊。
11.如權(quán)利要求9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。
12.如權(quán)利要求9所述的電子系統(tǒng)，其中， 所述電子系統(tǒng)安裝在極高壓或超高壓電源傳輸塔的頂部，以采樣電源傳輸線的電壓和電流。
【文檔編號】H02N2/18GK103682079SQ201210363771
【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