專利名稱：可用能量接收器供電的儀器的制作方法
技術領域：
本發明所稱的儀器是指測量用戶使用的電能(千瓦時數)的電能表、電 子式水表或電子式煤氣表等。
本發明所稱的能量接收器是指電磁場接收器或光電轉換器等，電磁場接 收器將電磁場轉換成電能，光電轉換器將光能轉換成電能，給儀器的電路供電 使其工作。
本發明涉及電能表、電子式水表或電子式煤氣表等，用能量接收器接收的 能量給它們的電路供電的技術方案。例如，在公共供電電網停電時，用能量接 收器接收的能量轉換成電能，給電能表、電子式水表或電子式煤氣表等的電路 供電使其正常工作，進行抄表。平時，公共供電電網有電時，電網電壓和光電 轉換器輸出的電壓共同給儀器的電路供電，.可.以節約公共供電電網能源。
背景技術：
電能表、電子式水表或電子式煤氣表等在抄表時，可能會碰到公共供電電 網停電的情況，抄表時停電，不能及時抄回用戶使用的電、水或氣的數量，增 加了抄表人員的工作量，不利于抄表人員提高工作效率，也不利于售電單位的 管理。另外，如果能把自然光源轉換成電能給電能表、電子式水表或電子式煤 氣表等的電路供電還可以節約公共供電電網能源。
發明內容
本發明正是為了解決現有技術中的上述問題而完成的，其目的是提供一種 可用能量接收器供電的儀器。
為了解決上述任務，本發明采用的技術方案是-
一種儀器，包括電網線，經由降壓元件經由整流電路連接儀器的電 源電路；電磁場接收器，經由整流電路連接儀器的電源電路，當電磁場接收器 接收到變化的電場或變化的磁場時輸出電能給儀器的電路供電；所述電磁場接
收器把外部的變化的電場或外部的變化的磁場轉換成電能給儀器的電路供電。
—種儀器，包括電網線，經由降壓元件盒S由整流電路連接儀器的電源電路；線圈，經由整流電路連接儀器的電源電路，當穿過線圈的磁通量變化時線 圈感應出電壓給儀器的電路供電；外部的能量使得穿過所述線圈的磁通量發生 變化；儲電器連接所述儀器的電源電路，所述線圈輸出的電能給儲電器充電； 使用所述線圈輸出的電能通信；使用了光電轉換器，把光能轉換成電能給儀器 的電路供電，光電轉換器連接儀器的電源電路，光電轉換器輸出的電能給儲電 器充電。
一種伩器，包括電網線，經由降壓元件經由整流電路連接儀器的電源電 路；線圈，經由整流電路連接儀器的電源電路，當穿過線圈的磁通量變化時線 圈感應出電壓給儀器的電路供電；磁鐵，用于在線圈中產生感應電壓。
—種儀器，包括電網線，經由降壓元件經由整流電路連接儀器的電源電 路；線圈，經由整流電路連接儀器的電源電路，當穿過線圈的磁通量變化時線 圈的感應出電壓給儀器的電路供電；光電轉換器，把光能轉換成電能給儀器的 電路供電，光電轉換器連接儀器的電源電路。
一種儀器，包括電網線，經由降壓元件經由整流電路連接儀器的電源電 路；線圈，經由整流電路連接儀器的電源電路，當穿過線圈的磁通量變化時線 圈的感應出電壓給儀器的電路供電；磁鐵，用于在線圈中產生感應電壓；光電 轉換器，把光能轉換成電能給儀器的電路供電，光電轉換器連接儀器的電源電 路。
圖1是單相電能表的示意圖2是移動磁鐵使得電磁場接收器輸出供電電壓的電路圖3是移動磁鐵使得電磁場接收器輸出供電電壓的電路圖4是交流電磁場使得電磁場接收器輸出供電電壓的電路圖5是移動磁鐵使得電磁場接收器輸出供電電壓的電能表的示意圖6是交流電磁場使得電磁場接收器輸出供電電壓的電能表的示意圖;圖7是光電轉換器的示意圖8是用光電轉換器供電的電路圖9是光電轉換器和電磁場接收器安裝在電能表上的示意圖； ,圖10是利用外部電磁場能和光能供電的電能表的示意圖； 圖11是磁鐵安裝在電能表上的示意圖； 圖12是磁鐵和光電轉換器安裝在電能表上的示意圖。
具體實施例方式
本發明的實施例l:
以單相電能表為例說明。單相電能表的電原理圖如圖l所示。L是電網線的 火線Live, N是電網線的地線Neutral,電網線是指公共供電電網線路。電網線 的火線L與地線N之間的電壓是交流220V，頻率是50Hz。電阻Load是用戶負 載Load。電阻Rs是用戶負載電流采樣電阻，一般用錳銅電阻，例如阻值300uQ。 負載Load與電阻Rs串聯連接在電網線的火線L與地線N之間。計量部Ul的一 對電流采樣端Ilp和Iln分別連接在電阻Rs的兩端，計量部Ul通過測量電阻 Rs上的電壓計算出流經負載Load的電流。計量部Ul的一對電壓釆樣端Vlp和 Vln分別連接在電阻R2的兩端。電阻R2和電阻R1串聯，電阻Rl的一端連接電 網線的地線N，.電阻Rl的另一端連接電阻R2的一端，電阻R2的另一端接電網 線的火線L。電阻Rl和電阻R2組成分壓電路，對電網電壓進行分壓，計量部 Ul通過測量電阻R2兩端的電壓計算出電網電壓。計量部Ul根據流經負載Load 的電流和電網電壓計算出負載Load消耗的電能，通過數據線把數據傳輸到顯示 器LCD，顯示器LCD顯示負載Load消耗的電能。
電源15 (虛線框中)包括電源變壓器T1，整流電路U2，濾波電容C1和 C2,儲電器C3，穩壓塊U3，濾波電容C4和C5。
變壓器T1的初級的兩個輸入引腳分別連接電兩線的火線L和電網線的地線 N。變壓器Tl的次級的兩個輸出引腳分別連接整流電路U2的輸入引腳1和輸入 引腳2。變壓器T1是"降壓元f "，把電網電壓(例如交流220V)降壓到預定 電壓(例如交流12V〉。降壓元^還可以是電容、電阻或電感，把電網電壓降壓 到預定電壓。整流電路U2的輸出端3是正極輸出端，連接電容C1的一端，還 連接電容C2的一端，還連接儲電器C3的一端和連接穩壓塊U3的輸入引腳1。 整流電路U2的輸出端4是負極輸出端，接公共端(GND)。電容C1的另一端接公共端(GND)，電容C2的另一端接公共端(GND)，儲電器C3的另一端接公共 端(GND)，穩壓塊U3的引腳2接公共端(GND)。穩壓塊U3的輸出引腳3輸出 電能表的工作電壓Vcc，也稱電源Vcc。電源Vcc在本實施例中是5V。穩壓塊 U3的輸出引腳3連接電容C4的一端，還連接電容C5的一端，還連接計量部U1 的電源引腳Vcc。電容C4的另一端接公共端(GND)，電容C5的另一端接公共端 (GND)。穩壓塊U3是三端穩壓塊，例如7805。本實施例中，電容C1=0. 電容C2二2200uP/25V，電容C4=0. luF，電容C5:100uF。
穩壓塊U3的輸入引腳l的連接端稱為Vsd端，Vsd端稱為"儀器的電源電 路"的連接端，也就是電能表的電源電路的連接端。電網線L(或N)經由降壓 元件(變壓器Tl)經由整流電路(U2)連接儀器(電能表)的電源電路(Vsd
端)o
整流電路U2是橋式整流電路。儲電器C3是電容量較大的電容，例如法拉 電容(也稱為超級電容)。儲電器C3還可以是可充電電池。
線圏Ls的一個輸出端連接整流電路U4的一個輸入端1，如圖2，圖3或圖 4所示；線圈Ls的另一個輸出端連接整流電路U4的另一個輸入端2。線圈Ls 在本實施例中也稱為"電磁場接收器"。整流電路U4的輸出端3是正極輸出端， 連接穩壓塊U3的輸入引腳l，即連接電能表的電源電路(Vsd端)。整流電路U4 的輸出端4是負極輸出端接公共端(GND)。這就是權利要求書中所述的"電磁 場接收器，經由整流電路連接儀器的電源電路"；"線圈，經由整流電路連接儀 器的電源電路"。儀器在本實施例中是電能表。
線圈Ls的一個輸出端經由整流電路U4的輸出端3連接穩壓塊U3的輸入引 腳1，即連接電能表的電源電路(Vsd端)，是為了給電能表的電路供電。也可 以，線圈Ls的一個輸出端經由整流電路U4的輸出端3不是連接穩壓塊U3的輸 入引腳1，而是線圈Ls的一個輸出端經由整流電路IM的輸出端3連接穩壓塊 U3的輸出引腳3 (Vcc端)，穩壓塊U3的輸出引腳3 (Vcc端)也是儀器(電能 表)的電源電路，同樣可以給電能表的電路供電。儲電器C3也可以連接在穩壓 塊U3的輸出引腳3 〈Vcc端)。
整流電路U4是橋式整流電路。整流電路是由單向導通元件制做成；單向導 通元件可以是二極管或三極管等。整流電路可以是半波整流電路、倍壓整流電 路、全波整流電路或橋式整流電路等。整流電路也稱為檢波電路。整流電路(檢 波電路)把交流電轉換成直流電。在圖2中，將磁鐵MGN靠近線圈Ls，并將磁鐵MGN上下移動，使線圈Ls切 割磁鐵MGN產生的磁感線，或使穿過線圈Ls中的磁通量發生變化，則在線圈U 中產生感應電動勢，在線圈Ls的兩個輸出端產生感應電壓。線圈Ls輸出端輸 出的電壓經整流電路U4整流后，給電能表的電源電路(Vsd端)供電，給儲電 器C3充電。儲電器C3儲存的電能可以維持電能表正常工作。
當電網停電時，使用磁鐵MGN，在線圈Ls的外部，或在電能表的外部，如 圖5所示，將磁鐵MGN靠近線圈Ls，磁鐵MGN上下移動，使線圈Ls切割磁鐵 MGN產生的磁感線，或使穿過線圈Ls中的磁通量發生變化，外部的能量使得穿 過線圈Ls的磁通量發生變化，使線圈Ls產生感應電壓供電能表工作，使電能 表的顯示器LCD顯示出用戶負載消耗的電能，進行抄表。平時電網有電時，不 使用磁鐵MGN，不移動磁鐵MGN，線圈Ls將沒有電壓輸出。
圖3的電路原理與圖2相同，圖3是表示磁鐵MGN的運動是插入或拔出線 圈Ls，使穿過線圈Ls的磁通量發生變化，使線圈Ls產生感應電壓供電能表工 作。
圖4的電路原理與圖2相同，在圖4中用交流電磁鐵代替圖2中的磁鐵MGN, 交流電磁鐵由交流源Up和線圈Lm組成。在圖4中，交流源Up的兩個輸出端分 別連接線圈Lm的兩個輸入端。交流源Up輸出的交流電流流經線圈Lm時，在線 圈Lm周圍產生變化的電磁場，產生變化的電場，產生變化的磁場(交變磁場)。 線圈Lm產生的變化的磁場使得穿過線圈Ls的磁通量發生變化，使得線圈Ls輸 出感應電壓。線圈Ls輸出的感應電壓經整流電路U4整流后給電能表的電源電 路(Vsd端)供電，給儲電器C3充電。交流源Up和線圈Lm安裝在一個便攜式 裝置中，該便攜式裝置由抄表人員攜帶，抄表時，當電網停電時，將該便攜式 裝置靠近電能表，如圖4或圖6所示，將該便攜式裝置靠近線圈Ls,線圈Lm產 生的變化磁場(交變磁場)使得穿過線圈Ls的磁通量發生變化，使得線圈Ls 輸出感應電壓給電能表的電源電路(Vsd端)供電，給儲電器C3充電，使電能 表工作，使顯示器LCD顯示用戶消耗的電能進行抄表。電磁場接收器(線圈Ls) 把外部的變化的電場或外部的變化的磁場轉換成電能給儀器的電路供電。外部 的能量(線圈Lm)使得穿過線園Ls的磁通量發生變化。
交流源Up可以由電池和逆變器組成。逆變器把電池的直流電轉換成交流電 輸出給線圈bn。也就是，電池連接逆變器，逆變器連接線圈Lm。流經線圈Lm 的電流是交流電流，在線圈Lm周圍產生變化的磁場，產生變化的電磁場。
8圖4中的線圈Ls可以是圖2中的線圈Ls。圖4中的電容Cs與線圈Ls組成 諧振電路，諧振頻率設置在交流源Up的工作頻率上，與交流源Up的輸出電壓 的頻率相同；設交流源Up的工作頻率fO二lMHz,根據LC諧振電路頻率計算公式 fO二:l/2Jl VLsCs，計算出電容Cs。有了線圈Ls和電容Cs組成的諧振電路，可 以使線圈Ls接收諧振頻率的電磁場的效率更髙，輸出的電壓值更大。也可以不 安裝電容Cs，圖2是沒有安裝電容Cs的情況，圖2的電路同樣可以使用交流源 Up和線圈Lm組成的交流電磁場發生器在線圈Ls中感應出電壓給電能表供電使 電能表工作。圖4的電路可以像圖2或圖3那樣使用磁鐵MGN，移動磁鐵MGN在 線圈Ls中感應出電壓給電能表供電使電能表工作。
權利要求書中的，"使用所述線圈輸出的電能通信"，指使用線圈Ls輸出的 電能抄表。在停電時，在線圈Ls的外部，或在電能表的外部施加變化的電磁場， 施加變化的電場，施加變化的磁場；例如移動磁鐵MGN產生的變化的磁場，或 使用交流源Up和線圈Lm組成的交流電磁場發生器產生的變化的電磁場或變化 的磁場，使得穿過線圈Ls的磁通置發生變化，在線圈Ls的輸出端產生感應電 壓，線圈Ls輸出的電壓經整流電路U4整流后給電能表的電源(Vsd端)供電， 給儲電器C3充電，使電能表工作，使顯示器LCD顯示。抄表是指讀顯示器LCD 顯示的數據；用紅外通信抄表；用RS485串口通信抄表；用無線電(射頻)通 信抄表；或用電網線載波通信抄表等。
圖5表示一個單相電能表，電能表的外殼IO，在外殼10中的電路按照圖1 和圖2連接。端子11連接電網線的火線L的進線，端子12連接電網線的火線L 的出線，端子13連接電網線的地線N的進線，端子14連接電網線的地線N的 出線。圖5的外殼10中的電原理圖如圖1和圖2所示。當在電能表的外部靠近 線圈Ls的位置，上下移動磁鐵MGN時，外部的能量使得穿過線圈Ls的磁通量 發生變化，使線圈Ls的輸出的感應電壓給電表的電源電路供電。在圖5中，在 線圈Ls的下部，在外殼10的下部對著線圈Ls軸線的位置開了一個孔，磁鐵MGN 可以穿過外殼10的這個孔，插入或拔出線圈Ls (如圖3所示)，使線圈Ls產生 感應電壓給電能表供電。
圖6的結構和電原理與圖5相同。圖6表示使用交流源Up和線圈Lm組成 的交流電磁場發生器在電能表的外部靠近線圈Ls時，外部的能量 <線圈Lin〉使 得穿過線圈Ls的磁通量發生變化，使線圈Ls產生感應電壓給電能表供電。電 磁場接收器(線圈Ls)把外部的變化的電場或外部的變化的磁場轉換成電能給儀器的電路供電。
本實施例同樣可以應用于三相電能表。
.本發明的實施例2: 以單相電能表為例說明。圖7表示一個光電轉換器PHOTO，當有光線(光能)
照射在光電轉換器ra0T0上時,在電轉換器PH0T0的兩端會有電壓Vp輸出，"+ " 表示正極輸出端，"-"表示負極輸出端。
光電轉換器PH0T0可以是太陽能電池，也可以是發光二極管，還可以是其 它光電轉換元件。例如，在發光二極管上施加正向電壓，有額定電流流過發光 二極管時會發光；而當有光線(光能)照射在發光二極管上時，發光二極管的 兩端將有電壓輸出，發光二極管的正極端'輸出正電壓。可以用多個發光二極管 的異性端相連接串聯起來獲得所需要的輸出電壓；當有光線(光能)照射在太 陽能電池上時，太陽能電池將有電壓輸出。
圖8是在圖2或圖4的基礎上安裝了光電轉換器PH0T0和二極管Dl 。光電 轉換器PH0T0的正極接二極管Dl的正極，如圖8所示，二極管Dl的負極連接 電能表的電源電路(Vsd端)，光電轉換器PHOTO的負極端接公共端(GND)。-這 就是權利要求書中所述的"光電轉換器連接儀器的電源電路"。光電轉換器PHOTO 經由二極管D1連接電能表的電源電路(Vsd端)是為了給電能表的電路供電； 電能表的電源電路可以是Vsd端，也可以是穩壓塊U3的輸出引腳3的Vcc端， 都是電能表的電源電路。
當電網停電時，當有光線(光能)照射在光電轉換器PH0T0上時，光電轉 換器PH0T0輸出的電壓(電能)給電能表的電路供電，給儲電器C3充電，使電 能表工作，使顯示器LCD顯示數據，進行抄表。
在電網沒停電時，當有光線(光能)照射在光電轉換器PH0T0上時，光電 轉換器PH0T0輸出的電壓(電能)給電能表的電路輔助供電，減少電能表自身 消耗電網的電能，可以節約能源。也就是，電網電壓經由變壓器T1和光電轉換 器PH0T0輸出的電壓共同給電熊表供電，減少電能表自身消耗電網的電能，節 約能源。
圖9是在圖5的基礎上安裝了光電轉換器PHOTO，光電轉換器PHOTO的連接 電路如圖8所示，光電轉換器PH0T0安裝在電能表的可視區內，光線可以照射 到的地方。圖10是在圖6的基礎上安裝了光電轉換器PH0T0。本實施例同樣可以應用于三相電能表。
,本發明的實施例3:以單相電能表為例說明。可以把磁鐵MGN安裝在電能表上連同電能表一同出廠。磁鐵MGN可以安裝在電能表的適當位置，使得移動磁鐵MGN可以在線圈Ls中產生最大程度的磁通量變化。圖11表示磁鐵MGN放置在線圈U的下部，放置在外殼10的磁鐵放置槽內。磁鐵MGN放置在外殼10的磁鐵放置槽內后不會掉出電能表。這樣每個電能表都放置一個磁鐵MGN。當需要使用磁鐵MGN時，用推桿從外殼10下部的開孔伸入，推動磁鐵MGN插入或拔出線圈Ls，使線圈Ls感應出電壓給電能表的電路供電。
也可以用聲波推動磁鐵MGN運動。用聲波發生器對著磁鐵MGN的下部，聲波推動磁鐵MGN上下移動，使得穿過線圈Ls的磁通量發生變化，在線圏Ls中產生感應電壓給電能表的電路供電。還可以用聲波推動線圈Ls做相對于磁鐵MGN的運動。
圖12是在圖11的基礎上安裝了光電轉換器PHOTO的示意圖。本實施例同樣可以應用于三相電能表。
可以用變化的磁場或變化的光線或使用按鍵激活電能表的某些功能。例如，當電能表進入睡眠狀態后，可以用移動磁鐵MGN的方法，或用交流源Up和線圈Lm組成的交流電磁場發生器的方法，或用光電轉換器PH0T0的方法，在電能表的電源電路(Vsd端)產生電壓，喚醒電能表。再例如，當要激活電能表的防竊電功能時，可以用移動磁鐵MGN的方法，或用交流源Up和線圈L邁組成的交流電磁場發生器的方法，或用光電轉換器PHOTO的方法，在電能表的電源電路(Vsd端)產生電壓，激活電能表的防竊電功能，使電能表的防竊電模塊工作。也可以用按動按鍵的方法喚醒電能表或激活電能表的防竊電功能。
本發明的使用能量接收器供電的方案，還可以用于電能監測儀、電網監測儀、水表或氣表。
當然，本專利的保護范圍不限于上面所舉的實施例子，所有等同技術及等同技術的替換物，都包括在本專利權利要求的保護范圍之內。分解和合并本發 明技術特征都屬于等同技術的替換物。
.線圈(Lm或Ls)也稱為電感(Lni或Ls),可以繞在磁性材料上，例如繞在 磁芯上，也可以不繞在磁性材料上。
權利要求
1.一種儀器，其特征在于，包括電網線，經由降壓元件經由整流電路連接儀器的電源電路；電磁場接收器，經由整流電路連接儀器的電源電路，當電磁場接收器接收到變化的電場或變化的磁場時輸出電能給儀器的電路供電。
2. 如權利要求1所述的儀器，其特征在于，所述電磁場接收器把外部的 變化的電場或外部的變化的磁場轉換成電能給儀器的電路供電。
3. —種儀器，其特征在于，包括-電網線，經由降壓元件經由整流電路連接儀器的電源電路； 線圈，經由整流電路連接儀器的電源電路，當穿過線圈的磁通量變化時線 圈感應出電壓給儀器的電路供電。
4. 如權利要求3所述的儀器，其特征在于，外部的能量使得穿過所述線 圈的磁通量發生變化。
5. '如權利要求3或4所述的儀器，其特征在于，儲電器連接所述儀器的 電源電路。
6. 如權利要求3或4所述的儀器，其特征在于，使用所述線圈輸出的電 能通信。
7.如權利要求3或4所述的儀器，其特征在于，使用了光電轉換器，把 光能轉換成電能給儀器的電路供電，光電轉換器連接儀器的電源電路。
8. —種儀器，其特征在于，包括-電網線，經由降壓元件經由整流電路連接儀器的電源電路； 線圈，經由整流電路連接儀器的電源電路，當穿過線圈的磁通量變化時線 圈感應出電壓給儀器的電路供電；磁鐵，用于在線圈中產生感應電壓。
9. 一種儀器，其特征在于，包括電網線，經由降壓元件經由整流電路連接儀器的電源電路；線圏，經由整流電路連接儀器的電源電路，當穿過線圏的磁通量變化時線圈的感應出電壓給儀器的電路供電；光電轉換器，把光能轉換成電能給儀器的電路供電，光電轉換器連接儀器的電源電路。
10. —種儀器，其特征在于，包括電網線，經由降壓元件經由整流電路連接儀器的電源電路； 線圈，經由整流電路連接儀器的電源電路，當穿過線圈的磁通量變化時線 圈的感應出電壓給儀器的電路供電；磁鐵，用于在線圈中產生感應電壓；光電轉換器，把光能轉換成電能給儀器的電路供電，光電轉換器連接儀器 的電源電路。
全文摘要
一種儀器，包括電網線，經由降壓元件和整流電路連接儀器的電源電路；電磁場接收器，經由整流電路連接儀器的電源電路，當電磁場接收器接收到變化的電場或變化的磁場時輸出電能給儀器的電路供電；光電轉換器把光能轉換成電能給儀器的電路供電，光電轉換器連接儀器的電源電路；儲電器連接所述儀器的電源電路；使用所述電磁場接收器輸出的電能通信。當供電電網停電時，將能量接收器接收的能量轉換成電能和將光電轉換器接收的光能轉換成電能給儀器的電路供電使儀器正常工作，儀器與外部正常通信。平時供電電網有電時，電網電壓和光電轉換器輸出的電壓共同給儀器的電路供電，可以節約公共供電電網的能源。
文檔編號G01F15/00GK101540538SQ20091013741
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月19日 優先權日2009年4月19日
發明者吳嘉懿 申請人:吳嘉懿