CN101540538B

CN101540538B - 可用能量接收器供电的仪器

Info

Publication number: CN101540538B
Application number: CN200910137415.2A
Authority: CN
Inventors: 吴嘉懿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-19
Filing date: 2009-04-19
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-04-19
Also published as: CN101540538A

Abstract

一种仪器，包括：电网线，经由降压元件和整流电路连接仪器的电源电路；电磁场接收器，经由整流电路连接仪器的电源电路，当电磁场接收器接收到变化的电场或变化的磁场时输出电能给仪器的电路供电；光电转换器把光能转换成电能给仪器的电路供电，光电转换器连接仪器的电源电路；储电器连接所述仪器的电源电路；使用所述电磁场接收器输出的电能通信。当供电电网停电时，将能量接收器接收的能量转换成电能和将光电转换器接收的光能转换成电能给仪器的电路供电使仪器正常工作，仪器与外部正常通信。平时供电电网有电时，电网电压和光电转换器输出的电压共同给仪器的电路供电，可以节约公共供电电网的能源。

Description

可用能量接收器供电的仪器

技术领域

本发明所称的仪器是指：测量用户使用的电能(千瓦时数)的电能表、电子式水表或电子式煤气表等。

本发明所称的能量接收器是指：电磁场接收器或光电转换器等，电磁场接收器将电磁场转换成电能，光电转换器将光能转换成电能，给仪器的电路供电使其工作。

本发明涉及电能表、电子式水表或电子式煤气表等，用能量接收器接收的能量给它们的电路供电的技术方案。例如，在公共供电电网停电时，用能量接收器接收的能量转换成电能，给电能表、电子式水表或电子式煤气表等的电路供电使其正常工作，进行抄表。平时，公共供电电网有电时，电网电压和光电转换器输出的电压共同给仪器的电路供电，可以节约公共供电电网能源。

背景技术

电能表、电子式水表或电子式煤气表等在抄表时，可能会碰到公共供电电网停电的情况，抄表时停电，不能及时抄回用户使用的电、水或气的数量，增加了抄表人员的工作量，不利于抄表人员提高工作效率，也不利于售电单位的管理。另外，如果能把自然光源转换成电能给电能表、电子式水表或电子式煤气表等的电路供电还可以节约公共供电电网能源。

发明内容

本发明正是为了解决现有技术中的上述问题而完成的，其目的是提供一种可用能量接收器供电的仪器。

为了解决上述任务，本发明采用的技术方案是：

一种仪器，包括：电网线，经由降压元件经由整流电路连接仪器的电源电路；电磁场接收线圈，经由整流电路连接仪器的电源电路，当电磁场接收线圈接收到仪器外部的可靠近仪器的电磁场发生线圈产生的变化的电场或变化的磁场时输出电能给仪器的电路供电。当电网线停电时把所述电磁场发生线圈靠近所述仪器；在所述仪器的外部电磁场发生器把电池的直流电转换成交流电流流经所述电磁场发生线圈产生变化的电场或变化的磁场；所述电磁场接收线圈是线圈，当穿过线圈的磁通量变化时线圈感应出电压给仪器的电路供电。所述电磁场发生线圈产生电磁场信号即产生无线电信号，所述电磁场接收线圈接收电磁场信号即接收无线电信号。储电器连接所述仪器的电源电路。使用所述电磁场接收线圈输出的电能通信。使用了光电转换器，把光能转换成电能给仪器的电路供电，光电转换器连接仪器的电源电路。所述电磁场接收线圈与电容组成谐振电路。仪器可以是：电能表或电能监测仪或电网监测仪或水表或气表。

一种仪器，包括：电网线，经由降压元件经由整流电路连接仪器的电源电路；电磁场接收线圈，经由整流电路连接仪器的电源电路，当电磁场接收线圈接收到仪器外部的可靠近仪器的电磁场发生线圈产生的变化的电场或变化的磁场时输出电能给仪器的电路供电；光电转换器，是发光二极管，使用发光二极管把光能转换成电能给仪器的电路供电，光电转换器连接仪器的电源电路。

附图说明

图1是单相电能表的示意图；

图2是电磁场接收器输出供电电压的电路图；

图3是交流电磁场使得电磁场接收器输出供电电压的电路图；

图4是交流电磁场使得电磁场接收器输出供电电压的电能表的示意图；

图5是光电转换器的示意图；

图6是用光电转换器供电的电路图；

图7是光电转换器和电磁场接收器安装在电能表上的示意图；

图8是利用外部电磁场能和光能供电的电能表的示意图；

具体实施方式

本发明的实施例1：

以单相电能表为例说明。单相电能表的电原理图如图1所示。L是电网线的火线Live，N是电网线的地线Neutral，电网线是指公共供电电网线路。电网线的火线L与地线N之间的电压是交流220V，频率是50Hz。电阻Load是用户负载Load。电阻Rs是用户负载电流采样电阻，一般用锰铜电阻，例如阻值300uΩ。负载Load与电阻Rs串联连接在电网线的火线L与地线N之间。计量部U1的一对电流采样端I1p和I1n分别连接在电阻Rs的两端，计量部U1通过测量电阻Rs上的电压计算出流经负载Load的电流。计量部U1的一对电压采样端V1p和V1n分别连接在电阻R2的两端。电阻R2和电阻R1串联，电阻R1的一端连接电网线的地线N，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接电网线的火线L。电阻R1和电阻R2组成分压电路，对电网电压进行分压，计量部U1通过测量电阻R2两端的电压计算出电网电压。计量部U1根据流经负载Load的电流和电网电压计算出负载Load消耗的电能，通过数据线把数据传输到显示器LCD，显示器LCD显示负载Load消耗的电能。

电源15(虚线框中)包括：电源变压器T1，整流电路U2，滤波电容C1和C2，储电器C3，稳压块U3，滤波电容C4和C5。

变压器T1的初级的两个输入引脚分别连接电网线的火线L和电网线的地线N。变压器T1的次级的两个输出引脚分别连接整流电路U2的输入引脚1和输入引脚2。变压器T1是“降压元件”，把电网电压(例如交流220V)降压到预定电压(例如交流12V)。降压元件还可以是电容、电阻或电感，把电网电压降压到预定电压。整流电路U2的输出端3是正极输出端，连接电容C1的一端，还连接电容C2的一端，还连接储电器C3的一端和连接稳压块U3的输入引脚1。整流电路U2的输出端4是负极输出端，接公共端(GND)。电容C1的另一端接公共端(GND)，电容C2的另一端接公共端(GND)，储电器C3的另一端接公共端(GND)，稳压块U3的引脚2接公共端(GND)。稳压块U3的输出引脚3输出电能表的工作电压Vcc，也称电源Vcc。电源Vcc在本实施例中是5V。稳压块U3的输出引脚3连接电容C4的一端，还连接电容C5的一端，还连接计量部U1的电源引脚Vcc。电容C4的另一端接公共端(GND)，电容C5的另一端接公共端(GND)。稳压块U3是三端稳压块，例如7805。本实施例中，电容C1＝0.1uF，电容C2＝2200uF／25V，电容C4＝0.1uF，电容C5＝100uF。

稳压块U3的输入引脚1的连接端称为Vsd端，Vsd端称为“仪器的电源电路”的连接端，也就是电能表的电源电路的连接端。电网线L(或N)经由降压元件(变压器T1)经由整流电路(U2)连接仪器(电能表)的电源电路(Vsd端)。

整流电路U2是桥式整流电路。储电器C3是电容量较大的电容，例如法拉电容(也称为超级电容)。储电器C3还可以是可充电电池。

线圈Ls的一个输出端连接整流电路U4的一个输入端1，如图2，或图3所示；线圈Ls的另一个输出端连接整流电路U4的另一个输入端2。线圈Ls在本实施例中也称为“电磁场接收器”。整流电路U4的输出端3是正极输出端，连接稳压块U3的输入引脚1，即连接电能表的电源电路(Vsd端)。整流电路U4的输出端4是负极输出端接公共端(GND)。这就是权利要求书中所述的：“电磁场接收器，经由整流电路连接仪器的电源电路”；“线圈，经由整流电路连接仪器的电源电路”。仪器在本实施例中是电能表。

线圈Ls的一个输出端经由整流电路U4的输出端3连接稳压块U3的输入引脚1，即连接电能表的电源电路(Vsd端)，是为了给电能表的电路供电。也可以，线圈Ls的一个输出端经由整流电路U4的输出端3不是连接稳压块U3的输入引脚1，而是线圈Ls的一个输出端经由整流电路U4的输出端3连接稳压块U3的输出引脚3(Vcc端)，稳压块U3的输出引脚3(Vcc端)也是仪器(电能表)的电源电路，同样可以给电能表的电路供电。储电器C3也可以连接在稳压块U3的输出引脚3(Vcc端)。

整流电路U4是桥式整流电路。整流电路是由单向导通元件制做成；单向导通元件可以是二极管或三极管等。整流电路可以是半波整流电路、倍压整流电路、全波整流电路或桥式整流电路等。整流电路也称为检波电路。整流电路(检波电路)把交流电转换成直流电。

在图3中，交流源Up的两个输出端分别连接线圈Lm的两个输入端。交流源Up输出的交流电流流经线圈Lm时，在线圈Lm周围产生变化的电磁场，产生变化的电场，产生变化的磁场(交变磁场)。线圈Lm产生的变化的磁场使得穿过线圈Ls的磁通量发生变化，使得线圈Ls输出感应电压。线圈Ls输出的感应电压经整流电路U4整流后给电能表的电源电路(Vsd端)供电，给储电器C3充电。交流源Up和线圈Lm安装在一个便携式装置中，该便携式装置由抄表人员携带，抄表时，当电网停电时，将该便携式装置靠近电能表，如图3或图4所示，将该便携式装置靠近线圈Ls，线圈Lm产生的变化磁场(交变磁场)使得穿过线圈Ls的磁通量发生变化，使得线圈Ls输出感应电压给电能表的电源电路(Vsd端)供电，给储电器C3充电，使电能表工作，使显示器LCD显示用户消耗的电能进行抄表。电磁场接收器(线圈Ls)把外部的变化的电场或外部的变化的磁场转换成电能给仪器的电路供电。外部的能量(线圈Lm)使得穿过线圈Ls的磁通量发生变化。

交流源Up可以由电池和逆变器组成。逆变器把电池的直流电转换成交流电输出给线圈Lm。也就是，电池连接逆变器，逆变器连接线圈Lm。流经线圈Lm的电流是交流电流，在线圈Lm周围产生变化的磁场，产生变化的电磁场。

图3中的线圈Ls可以是图2中的线圈Ls。图3中的电容Cs与线圈Ls组成谐振电路，谐振频率设置在交流源Up的工作频率上，与交流源Up的输出电压的频率相同；设交流源Up的工作频率f0＝1MHz，根据LC谐振电路频率计算公式f0＝1／2JI√LsCs，计算出电容Cs。有了线圈Ls和电容Cs组成的谐振电路，可以使线圈Ls接收谐振频率的电磁场的效率更高，输出的电压值更大。也可以不安装电容Cs，图2是没有安装电容Cs的情况，图2的电路同样可以使用交流源Up和线圈Lm组成的交流电磁场发生器在线圈Ls中感应出电压给电能表供电使电能表工作。

权利要求书中的，“使用所述线圈输出的电能通信”，指使用线圈Ls输出的电能抄表。在停电时，在线圈Ls的外部，或在电能表的外部施加变化的电磁场，施加变化的电场，施加变化的磁场；例如使用交流源Up和线圈Lm组成的交流电磁场发生器产生的变化的电磁场或变化的磁场，使得穿过线圈Ls的磁通量发生变化，在线圈Ls的输出端产生感应电压，线圈Ls输出的电压经整流电路U4整流后给电能表的电源(Vsd端)供电，给储电器C3充电，使电能表工作，使显示器LCD显示。抄表是指：读显示器LCD显示的数据；用红外通信抄表；用RS485串口通信抄表；用无线电(射频)通信抄表；或用电网线载波通信抄表等。

图4表示使用交流源Up和线圈Lm组成的交流电磁场发生器在电能表的外部靠近线圈Ls时，外部的能量(线圈Lm)使得穿过线圈Ls的磁通量发生变化，使线圈Ls产生感应电压给电能表供电。电磁场接收器(线圈Ls)把外部的变化的电场或外部的变化的磁场转换成电能给仪器的电路供电。

本实施例同样可以应用于三相电能表。

本发明的实施例2：

以单相电能表为例说明。图5表示一个光电转换器PHOTO，当有光线(光能)照射在光电转换器PHOTO上时，在电转换器PHOTO的两端会有电压Vp输出，“+”表示正极输出端，“-”表示负极输出端。

光电转换器PHOTO可以是太阳能电池，也可以是发光二极管，还可以是其它光电转换元件。例如，在发光二极管上施加正向电压，有额定电流流过发光二极管时会发光；而当有光线(光能)照射在发光二极管上时，发光二极管的两端将有电压输出，发光二极管的正极端输出正电压。可以用多个发光二极管的异性端相连接串联起来获得所需要的输出电压；当有光线(光能)照射在太阳能电池上时，太阳能电池将有电压输出。

图6是在图2或图3的基础上安装了光电转换器PHOTO和二极管D1。光电转换器PHOTO的正极接二极管D1的正极，如图6所示，二极管D1的负极连接电能表的电源电路(Vsd端)，光电转换器PHOTO的负极端接公共端(GND)。这就是权利要求书中所述的“光电转换器连接仪器的电源电路”。光电转换器PHOTO经由二极管D1连接电能表的电源电路(Vsd端)是为了给电能表的电路供电；电能表的电源电路可以是Vsd端，也可以是稳压块U3的输出引脚3的Vcc端，都是电能表的电源电路。

当电网停电时，当有光线(光能)照射在光电转换器PHOTO上时，光电转换器PHOTO输出的电压(电能)给电能表的电路供电，给储电器C3充电，使电能表工作，使显示器LCD显示数据，进行抄表。

在电网没停电时，当有光线(光能)照射在光电转换器PHOTO上时，光电转换器PHOTO输出的电压(电能)给电能表的电路辅助供电，减少电能表自身消耗电网的电能，可以节约能源。也就是，电网电压经由变压器T1和光电转换器PHOTO输出的电压共同给电能表供电，减少电能表自身消耗电网的电能，节约能源。

图7是安装了光电转换器PHOTO，光电转换器PHOTO的连接电路如图6所示，光电转换器PHOTO安装在电能表的可视区内，光线可以照射到的地方。

图8是在图4的基础上安装了光电转换器PHOTO。

本实施例同样可以应用于三相电能表。

可以用变化的磁场或变化的光线或使用按键激活电能表的某些功能。例如，当电能表进入睡眠状态后，可以用交流源Up和线圈Lm组成的交流电磁场发生器的方法，或用光电转换器PHOTO的方法，在电能表的电源电路(Vsd端)产生电压，唤醒电能表。再例如，当要激活电能表的防窃电功能时，可以用交流源Up和线圈Lm组成的交流电磁场发生器的方法，或用光电转换器PHOTO的方法，在电能表的电源电路(Vsd端)产生电压，激活电能表的防窃电功能，使电能表的防窃电模块工作。也可以用按动按键的方法唤醒电能表或激活电能表的防窃电功能。

本发明的使用能量接收器供电的方案，还可以用于电能监测仪、电网监测仪、水表或气表。

当然，本专利的保护范围不限于上面所举的实施例子，所有等同技术及等同技术的替换物，都包括在本专利权利要求的保护范围之内。分解和合并本发明技术特征都属于等同技术的替换物。

线圈(Lm或Ls)也称为电感(Lm或Ls)，可以绕在磁性材料上，例如绕在磁芯上，也可以不绕在磁性材料上。

Claims

1.一种仪器是指：测量电能的电能表、电子式水表或电子式煤气表，其特征在于，包括：

电网线，经由降压元件经由整流电路连接仪器的电源电路；

电磁场接收线圈和电容组成的谐振电路；

电磁场接收线圈，经由整流电路连接仪器的电源电路，当电磁场接收线圈接收到仪器外部的可靠近仪器的电磁场发生线圈产生的变化的电场或变化的磁场时输出电能给仪器的电路供电；

电磁场接收线圈把仪器的外壳外部的变化的电场或仪器的外壳外部的变化的磁场转换成电能给仪器的电路供电；

使用电磁场接收线圈输出的电能通信；

在仪器的外壳外部流经电磁场发生线圈[Lm]的电流是交流电流，在电磁场发生线圈[Lm]周围产生变化的磁场，产生变化的电磁场。

2.如权利要求1所述的仪器，其特征在于，当电网线停电时把所述电磁场发生线圈靠近所述仪器；在所述仪器的外部电磁场发生器把电池的直流电转换成交流电流流经所述电磁场发生线圈产生变化的电场或变化的磁场。

3.如权利要求1所述的仪器，其特征在于，储电器连接所述仪器的电源电路。

4.如权利要求1所述的仪器，其特征在于，使用了光电转换器，把光能转换成电能给仪器的电路供电，光电转换器连接仪器的电源电路。

5.一种仪器是指：测量电能的电能表、电子式水表或电子式煤气表，其特征在于，包括：

电网线，经由降压元件经由整流电路连接仪器的电源电路；

电磁场接收线圈和电容组成的谐振电路；

使用电磁场接收线圈输出的电能通信；

在仪器的外壳外部流经电磁场发生线圈[Lm]的电流是交流电流，在电磁场发生线圈[Lm]周围产生变化的磁场，产生变化的电磁场；

光电转换器，是发光二极管，使用发光二极管把光能转换成电能给仪器的电路供电，光电转换器连接仪器的电源电路。