供电装置和电子系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种供电装置和电子系统，其中，该供电装置包括：压电元件，具有可导电的表面，用于在所述表面有静电荷的情况下，在所述环境中交变电场的作用下，所述压电元件表面的静电荷运动，从而使压电元件变形产生电能。利用该供电装置和电子系统，能够把环境中的交变电场转换为电能。
【专利说明】供电装置和电子系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及供电装置和电子系统。
【背景技术】
[0002]有一些电子设备工作在变电站和高压电源传输塔这样的环境中。由于存在高压差，无法直接给这些电子设备供电，或者即使能供电但能供的电能有限，并不能满足这些电子设备的供电要求。
[0003]在例如变电站和高压电源传输塔这样的环境周围，存在着交变电场。如果能把该交变电场转换为电能并提供给在这些环境中工作的电子设备使用，则能够克服向在这样的环境中工作的电子设备供电的难题。
【发明内容】
[0004]本发明实施例的目的在于提供供电装置和电子系统，其能够把环境中的交变电场转换为电能。
[0005]按照本发明实施例的一种用于在具有交变电场的环境中提供电能的供电装置，包括:压电元件，具有可导电的表面，用于在所述表面有静电荷的情况下，在所述环境中交变电场的作用下，所述压电元件表面的静电荷运动，从而使压电元件变形产生电能。
[0006]其中，所述压电元件包括非导电的压电材料和覆盖在所述非导电的压电材料的表面的导电材料。
[0007]其中，所述压电元件包括导电的压电材料、覆盖在所述压电材料表面的绝缘材料和覆盖在所述绝缘材料表面的导电材料。
[0008]其中，所述非导电的压电材料是压电陶瓷纤维。
[0009]其中，所述供电装置还包括:电荷产生单元，用于产生所述静电荷并施加到所述压电元件的表面。
[0010]其中，所述供电装置还包括:支撑部件，用于支撑所述压电元件。
[0011]按照本发明实施例的一种电子系统，包括:电子模块，用于执行预定功能；以及，供电装置，用于向所述电子模块提供电能，其中，所述供电装置包括具有可导电的表面的压电元件，用于在所述表面有静电荷的情况下，把环境中交变电场的能量转换为电能。
[0012]其中，所述电子系统还包括:光电转换器，用于将接收到的光转换为电能并输出给所述电子模块。
[0013]其中，所述的电子系统还包括:电源转换器，连接在所述电子模块和所述供电装置之间，用于将所述供电装置所提供的电能转换为适用于所述电子模块的电能并把转换的电能输出给所述电子模块。
[0014]其中，所述压电元件包括非导电的压电材料和覆盖在所述非导电的压电材料的表面的导电材料。
[0015]其中，所述压电元件包括导电的压电材料、覆盖在所述压电材料的表面的绝缘材料和覆盖在所述绝缘材料的表面的导电材料。
[0016]其中，所述非导电的压电材料是压电陶瓷纤维。
[0017]其中，所述供电装置还包括:电荷产生单元，用于产生所述电荷并施加到所述压电元件的表面。
[0018]其中，所述供电装置还包括:支撑部件，用于支撑所述压电元件。
[0019]其中，所述电子模块是传感器，以及，所述电荷产生单元是所述传感器的电路板的地层。
[0020]其中，所述电子系统还包括:箝位设备，其连接在所述传感器的电路板的地层与地之间，用于使所述传感器电路板地层上静电荷的量保持在允许的范围之内。
[0021]从以上描述可以看出，本发明实施例使用在其可导电的表面施加有电荷的压电元件来根据环境的交变电场输出电能，从而能够实现把环境中的交变磁场转换为电能。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]本发明的其它特点、特征、优点和益处通过以下结合附图的详细描述将变得更加显而易见。其中:
[0023]图1A-1B示出了按照本发明一个实施例的供电装置的示意图；以及
[0024]图2示出了按照本发明一个实施例的电子系统的示意图。
【具体实施方式】
[0025]本发明实施例所公开的方案使用具有可导电的表面的压电元件来根据环境中的交变电场输出电能。当压电兀件的可导电的表面被施加有电荷的情况下，在环境中的交变电场的作用下，压电元件表面的电荷运动，导致压电元件产生振动从而发生变形，然后压电元件由于压电效应产生电能，从而把环境中的交变电场转换为电能。
[0026]下面，将结合附图详细描述本发明的各个实施例。
[0027]现在参见图1A-1B，其示出了按照本发明一个实施例的供电装置的示意图。如图1A-1B所示，供电装置100可以包括压电元件110，其中压电元件110可以包括作为非导电的压电材料的压电陶瓷材料120和导电材料130。导电材料130覆盖在压电陶瓷材料120的表面。
[0028]压电陶瓷材料120可以是利用任何陶瓷材料制作的具有压电效应的柔性材料。这里，可选用对轻微的振动能够产生压电效应的压电陶瓷纤维，并且可以根据所需输出的电压选择不同性能的压电陶瓷纤维。例如，压电陶瓷纤维可以是美国先进陶瓷公司生产的利用黏胶纺丝法(VSSP:Viscose Suspension Spinning Process)制备的直径可缩小至Ij10-250 μ m的陶瓷长纤维。
[0029]导电材料130可以是各种能够导电的材料。在本实施例中，压电元件110按照类似于卧倒的“U”形布置。显然，压电元件110也可以按照其它的方式来布置。
[0030]在供电装置100的压电元件110的表面被施加电荷的情况下，如果将供电装置200放置在具有交变电场的环境中，那么在环境中的交变电场的作用下，供电装置100中的压电元件110产生振动从而发生变形，然后利用压电效应根据所产生的变形输出电能，以供其它设备使用。[0031]现在参见图2，其示出了按照本发明一个实施例的电子系统的示意图。图2所示的电子系统可以安装在极高压(EHV)或超高压(UHV)电源传输塔的顶部以采样传输线的电压和电流。如图2所示，电子系统200可以包括传感器210、箝位设备220、光电转换器(PPC:Photovoltaic Power Converter) 230、电源转换器 240 和供电装置 100。
[0032]其中，传感器210用于检测EHV或UHV电源传输塔的传输线的实时电压和电流。传感器210所检测的传输线的电压和电流将被传送到EHV或UHV电源传输塔的地面站，以便维护人员根据所检测的电压和电流来查看EHV或UHV电源传输塔是否工作正常。此外，由于传感器210位于极高压或超高压中，所以传感器210的电路板的地层会聚集有大量的静电荷。
[0033]箝位设备220连接在传感器210的电路板的地层和地之间，其实现传感器210的电路板的地层接地并保持传感器210的电路板的地层上的静电荷的电量在允许的范围之内。
[0034]光电转换器230用于接收EHV或UHV电源传输塔的地面站经由光纤维传输的光，把所接收的光转换为电能并输出给传感器210作为工作电源。按照光电转换器320的规范，光电转换器230的额定功率可以达到500mW，但随着光电转换器230的工作功率变大，光电转换器230的温度将会逐渐升高，而光电转换器230的温度升高，光电转换器230的寿命会缩短。
[0035]供电装置100用于利用EHV或UHV电源传输塔周围的交变电场生成电能。供电装置100的结构在图1中已经详细描述，这里不再赘述。其中，供电装置100的压电元件110的表面连接到传感器210的电路板的地层，以从传感器210的电路板的地层获取电荷。换言之，供电装置100的压电元件110的表面被传感器210的电路板的地层施加电荷。
[0036]电源转换器240用于把供电装置100所生成的电能转换为适用于传感器210的电能并把转换的电能输出给传感器210作为工作电源。
[0037]在本实施例中，除了利用光电转换器230向传感器210提供工作电源之外，还采用供电装置100向传感器210提供工作电源。由于传感器210所需的工作电源是固定的，并且供电装置100已经向传感器210提供了部分工作电源，因此，可以降低光电转换器230的工作功率以向传感器210提供剩下部分的工作电源，从而降低了光电转换器230的温度，进而延长光电转换器230的寿命。
[0038]其它变型
[0039]本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，压电元件110所包括的非导电的压电材料是压电陶瓷纤维120，然而，在本发明中，非导电的压电材料并不局限于压电陶瓷纤维120，还可以是其它非导电的具有压电效应的材料。
[0040]本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，具有可导电的表面的压电元件110是通过在非导电的压电材料(例如压电陶瓷纤维120)上覆盖导电材料130而形成的，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，具有可导电的表面的压电兀件110也可以直接就使用导电的压电材料制造。或者，具有可导电的表面的压电元件110可以包括导电的压电材料、覆盖在导电材料表面的绝缘材料和覆盖在绝缘材料表面的导电材料。
[0041]本领域技术人员应当理解，供电装置100还包括支撑部件120以支撑压电元件110。
[0042]本领域技术人员应当理解，虽然在上面描述的实施例中，电子系统200包括电源转换器240以把供电装置100所生成的电能转换为适用于传感器210的电能，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它实施例中，例如在供电装置100所生成的电能本身就适用于传感器210的情况下，电子系统200也可以不包括电源转换器240。
[0043]本领域技术人员应当理解，虽然在上面描述的实施例中，电子系统200包括光电转换器230以向传感器210提供工作电源，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，例如在电子系统200所包括的供电装置100已经能够向传感器210提供充足的工作电源的情况下，电子系统200也可以不包括光电转换器230。
[0044]本领域技术人员应当理解，虽然在上面描述的实施例中，使用传感器210的电路板的地层向供电装置100中的压电元件110的表面施加电荷，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，也可以不是使用传感器210的电路板的地层向供电装置100中的压电元件110的表面施加电荷，而是供电装置100包括电荷产生单元，用于产生电荷并把所产生的电荷施加给供电装置100中的压电元件110的表面。或者，也可以使用传感器210的外壳向供电装置100中的压电元件110的表面施加电荷，因为在极高压或超高压的环境中，传感器210的外壳也会聚集有静电荷。
[0045]本领域技术 人员应当理解，虽然在上面描述的实施例中，电子系统200应用于具有交变电场的极高压或超高压电源传输塔中，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，电子系统200也可以应用于具有交变电场的其它场合中，在这种情况下,可以使用用于执行预定功能的其它电子模块来取代传感器210以使得电子系统200适用于该具有交变电场的其它场合。
[0046]本领域技术人员应当理解，上面所公开的各个实施例可以在不偏离发明实质的情况下作出各种变形和改变，这些变形和改变都应该落入在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书来定义。
【权利要求】
1.一种用于在具有交变电场的环境中提供电能的供电装置，包括: 压电元件，具有可导电的表面，用于在所述表面有静电荷的情况下，在所述环境中交变电场的作用下，所述压电元件表面的静电荷运动，从而使压电元件变形产生电能。
2.如权利要求1所述的供电装置，其中，所述压电元件包括非导电的压电材料，和覆盖在所述非导电的压电材料表面的导电材料，该导电材料形成所述可导电的表面。
3.如权利要求1所述的供电装置，其中，所述压电元件包括导电的压电材料、覆盖在所述压电材料表面的绝缘材料和覆盖在所述绝缘材料表面的导电材料，该导电材料形成所述可导电的表面。
4.如权利要求2所述的供电装置，其中，所述非导电的压电材料是压电陶瓷纤维。
5.如权利要求1所述的供电装置，其中，还包括: 电荷产生单元，用于产生所述静电荷并将静电荷施加到所述压电元件的表面。
6.如权利要求1所述的供电装置，其中，还包括: 支撑部件，用于支撑所述压电元件。
7.—种电子系统,包括: 电子模块，用于执行预定功能；以及 供电装置，用于向所述电子模块提供电能， 其中，所述供电装置包括具有可导电的表面的压电元件，用于在所述可导电的表面有静电荷的情况下，在环境中交变电场的作用下，所述压电元件表面的静电荷运动，从而使压电元件变形产生电能。
8.如权利要求7所述的电子系统，其中，还包括: 光电转换器，用于将接收到的光转换为电能并输出给所述电子模块。
9.如权利要求7所述的电子系统，其中，还包括: 电源转换器，连接在所述电子模块和所述供电装置之间，用于将所述供电装置提供的电能转换为适用于所述电子模块的电能并把转换的电能输出给所述电子模块。
10.如权利要求7所述的电子系统，其中，所述压电元件包括非导电的压电材料和覆盖在所述非导电的压电材料的表面的导电材料，该导电材料形成所述可导电的表面。
11.如权利要求7所述的电子系统，其中，所述压电元件包括导电的压电材料、覆盖在所述压电材料表面的绝缘材料和覆盖在所述绝缘材料表面的导电材料，该导电材料形成所述可导电的表面。
12.如权利要求10所述的电子系统，其中，所述非导电的压电材料是压电陶瓷纤维。
13.如权利要求7所述的电子系统，其中，所述供电装置还包括: 电荷产生单元，用于产生所述静电荷并将静电荷施加到所述压电元件的表面。
14.如权利要求7所述的电子系统，其中，所述供电装置还包括: 支撑部件，用于支撑所述压电元件。
15.如权利要求13所述的电子系统，其中，所述电子模块是传感器，以及 所述电荷产生单元是所述传感器的电路板的地层。
16.如权利要求13所述的电子系统，其中，还包括: 箝位设备，其连接在所述传感器的电路板的地层与地之间，用于使所述传感器电路板地层上的静电荷量保持在允许的范围之内。
【文档编号】H02N2/18GK103684045SQ201210363683
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2012年9月26日
【发明者】宋英华, 姚吉隆, 赵研峰, 杨超, 王澜锦 申请人:西门子公司