[發明專利]從鐵路采集功率的設備系統及方法

無效

• 申請號: 200880128519.0
• 申請日: 2008-12-04
• 公開（公告）號: CN102084062A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: H·阿布拉莫維奇;E·哈拉希;C·米爾格龍;U·阿米特;L·埃德里阿蘇萊
• 申請（專利權）人: 因諾瓦科技有限公司
• 主分類號: E01B26/00
• 分類號: E01B26/00;H01L41/113;B61L1/02
• 代理公司: 北京金信立方知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 黃威

技術領域

本發明涉及使用壓電發生器從鐵路采集功率的設備系統和方法。

背景技術

壓電現象是某些晶體材料正比于所施加的機械壓力產生電荷的能力。相反的效應也可在這些材料中看到，即正比于所施加的電場產生應變。這初始由居里在1880年代發現。目前，用于工業應用的壓電材料為可廣泛獲得的含鉛陶瓷。壓電材料為最眾所周知的、通常用于傳感器和自適應結構的活性材料。

原始陶瓷材料必須首先進行極化以利用其完全的壓電效應。極化包括向材料施加高電場。在極化過程期間，材料中的晶體偶極子與所施加的電場對準及材料按電場的方向展開。通過施加相反方向的電場，觀察到相反符號的應變。如果增大該相反電場的大小，材料首先去極化并最終重新極化。

極化后的壓電材料被認為橫觀各向同性，即：一個平面各向同性，同時平面外方向具有不同的性質。由IEEE[IEEE?Standard?on?Piezoelectricity，176-1978]采用的標準坐標協定將1-2平面分配為對稱平面及將3向分配為平面外極化方向。對于小的所施加電場，壓電陶瓷的響應可通過下面的線性壓電構成[Jaffe，B.，Cook?Jr.，W.R.，and?H.Jaffe，1971，″Piezoelectric?Ceramics″，Academic?Press]進行建模，按工程矩陣記法表示為：

SD=SE(d)TdϵTTE---(1)]]>

其中D為電位移，S為應變，E為電場，T為壓力，ε^T為恒壓力(無衰減)電介質，d為引起的應變常數，s^E為恒電場柔量。

極化的壓電陶瓷元件上的機械壓縮或拉伸改變偶極子力矩，從而產生電壓。沿極化方向的壓縮或垂直于極化方向的拉伸產生與極化電壓相同極性的電壓。沿極化方向的拉伸或垂直于極化方向的壓縮產生極性與極化電壓的極性相反的電壓。這些作用為發生器作用，即陶瓷元件將壓縮或拉伸的機械能轉換為電能。該性態用在燃料點火裝置、固態電池、力傳感裝置、及其它產品中。壓縮力的值及因向壓電陶瓷元件施加壓力產生的電壓(或場強)成線性比例，直到材料特有壓力。對于施加的電壓和產生的應變同樣如此。

如果向陶瓷元件施加與極化電壓相同極性的電壓，在極化電壓的方向，陶瓷元件將變長及其直徑將變得更小。如果施加與極化電壓相反極性的電壓，陶瓷元件將變得更短和更寬。如果施加交流電流，則陶瓷元件將以所施加的電壓的頻率循環變長和變短。這是電動機作用，即電能轉換為機械能。該原理適合壓電電動機、聲或超聲發電裝置、及許多其它產品。

圖1a示意性地示出了本領域已知的壓電元件的發生器作用。

壓電材料對傳感器可達到的性能有相當大的影響。通常使用的壓電材料基于鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷。

假設PZT元件直接用作傳感器，重要的材料參數可進行略述以提供材料品質因數。這些為許多影響PZT成分的選擇的因素。在低壓力(T)水平下線性壓電材料的構成方程可寫作

x＝s^DT+gD????????(2)

及

E＝-gT+β^xD??????(3)