一種小型熱釋電變壓器的制造方法
【專利摘要】一種小型熱釋電變壓器，基于熱電材料和熱釋電材料的小型熱釋電變壓器，該裝置對(duì)交流電有顯著的升壓作用。本發(fā)明使用熱電材料作為電-熱轉(zhuǎn)換單元，熱釋電材料作為熱-電轉(zhuǎn)換單元，利用電熱-熱電耦合機(jī)制，輸入交流電可得到持續(xù)穩(wěn)定的高壓交流輸出。該裝置還可經(jīng)過(guò)整流、穩(wěn)壓、濾波后獲得直流高壓，從而實(shí)現(xiàn)直流高壓電源的功能。
【專利說(shuō)明】一種小型熱釋電變壓器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種小型電壓變壓器領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 電壓變壓器是一種改變交流電壓的裝置，在電器設(shè)備和無(wú)線電路中得到廣泛應(yīng) 用，常用于升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。按照電壓變壓器的工作原理來(lái)劃分，現(xiàn)有變壓 器可分為兩大類：一類是人們熟知的基于電磁感應(yīng)原理的電-磁轉(zhuǎn)換和磁-電轉(zhuǎn)換稱合的 電磁變壓器，工作頻帶寬，效率高，但存在電磁干擾和噪聲；另一類是近三十年來(lái)發(fā)展而成 的基于壓電材料的電-機(jī)轉(zhuǎn)換和機(jī)-電轉(zhuǎn)換稱合的壓電變壓器，其轉(zhuǎn)換效率高、無(wú)電磁福 射，但只能在諧振狀態(tài)下工作，該工作頻率由器件的尺寸決定，因此工作頻帶較窄。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種不同于傳統(tǒng)電磁變壓器和壓電變壓器的熱釋電變壓 器。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：提供一種小型熱釋電變壓器裝置， 該裝置是由電-熱轉(zhuǎn)換單元和熱-電轉(zhuǎn)換單元組成；電-熱轉(zhuǎn)換單元由熱電材料制備而成； 熱-電轉(zhuǎn)換單元由熱釋電材料制備而成；電-熱轉(zhuǎn)換單元和熱-電轉(zhuǎn)換單元之間固定連接， 連接的材料可使用導(dǎo)熱膠粘結(jié)。
[0005] 本發(fā)明將電-熱轉(zhuǎn)換單元作為電壓的輸出端，當(dāng)在電-熱轉(zhuǎn)換單元上輸入電壓時(shí)， 由于熱電材料的帕爾帖效應(yīng)致使電_熱轉(zhuǎn)換單元的溫度發(fā)生改變，隨之通過(guò)熱傳導(dǎo)方式的 熱能交換之后熱-電轉(zhuǎn)換單元相應(yīng)地發(fā)生溫度改變，由于熱釋電材料的熱釋電效應(yīng)致使 熱-電轉(zhuǎn)換單兀成為電壓的輸出端而輸出一定的電壓。本發(fā)明中，在作為輸入端的電-熱 轉(zhuǎn)換單元上輸入的是一個(gè)周期性交變的電壓，隨著電壓周期性變化，電-熱轉(zhuǎn)換單元發(fā)生 周期性溫度升高-降低的變化，與之相連接的熱-電轉(zhuǎn)換單元也發(fā)生周期性溫度升高-降 低的變化，從而使得熱-電轉(zhuǎn)換單元輸出一個(gè)周期性交變電壓。本發(fā)明中，電-熱轉(zhuǎn)換單 元的熱電材料是半導(dǎo)體而具有較低的阻抗，熱-電轉(zhuǎn)換單元的熱釋電材料是絕緣體或準(zhǔn)絕 緣體而具有較高的阻抗，因此可以在輸入端輸入一個(gè)較低電壓時(shí)而在輸出獲得一個(gè)較高電 壓，從而實(shí)現(xiàn)電壓的升壓作用。
[0006] 有益效果
[0007] 1.本發(fā)明是基于熱電材料的電_熱能量轉(zhuǎn)換機(jī)理和熱釋電材料的熱-電能量轉(zhuǎn)換 機(jī)理的一種新型變壓器，在工作中不產(chǎn)生傳統(tǒng)變壓器中機(jī)械振動(dòng)引起的噪聲和電磁能量轉(zhuǎn) 換引起的電磁輻射等問(wèn)題。
[0008] 2.本發(fā)明中熱電材料在輸入交流時(shí)具有致熱和致冷的雙重特性，在較大的頻率范 圍內(nèi)，可以保證系統(tǒng)始終處于安全溫度范圍內(nèi)，不需要額外的散熱裝置。
[0009] 3.本發(fā)明中熱釋電材料對(duì)溫度變化響應(yīng)靈敏，且系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量具有可累積 性，即熱量在一段時(shí)間內(nèi)的持續(xù)增加或減少會(huì)變現(xiàn)為溫度的變化，因此本發(fā)明的工作頻帶 較寬，尤其能在極低頻（〇. 1Hz)下工作。
[0010] 4.本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、小巧，極大地降低裝置的復(fù)雜性，容易實(shí)現(xiàn)裝置的小型化和低 成本化。
[0011] 5.本發(fā)明可作為個(gè)體單元自由串并聯(lián)，具有高度可定制性和靈活性，可滿足各類 用電器的用電需求。
[0012] 附圖內(nèi)容
[0013] 圖1為本發(fā)明的小型熱釋電變壓器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明的小型熱釋電變壓器的等效電路圖。
[0015] 圖3為本發(fā)明中熱電材料的電-熱轉(zhuǎn)換示意圖，圖3(a)和圖3(b)分別對(duì)應(yīng)熱電 材料在輸入相反極性電壓后的電-熱轉(zhuǎn)換示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明中熱釋電材料的熱-電轉(zhuǎn)換示意圖。
[0017]圖5為本發(fā)明的小型熱釋電變壓器的電壓輸入輸出特性曲線圖。
[0018]圖6為本發(fā)明的小型熱釋電變壓器的接口電路示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明不同于【背景技術(shù)】中兩種現(xiàn)有的變壓器，該變壓器基于熱電材料的電-熱轉(zhuǎn) 換和熱釋電材料的熱-電轉(zhuǎn)換之間的耦合而實(shí)現(xiàn)電壓變壓變換，在此稱之為熱釋電變壓 器。本發(fā)明與電磁變壓器相比，在實(shí)現(xiàn)極高變壓比的情況下可顯著減小裝置的體積，且不產(chǎn) 生噪聲和電磁輻射；本發(fā)明與電磁變壓器與壓電變壓器相比，工作頻帶更寬，可以在更低頻 率（0. 1Hz)下工作。
[0020] 以下結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0021] 本發(fā)明是利用熱電材料在通電情況下的致熱/致冷特性，以及熱釋電材料在受熱 或冷卻過(guò)程中的熱釋電特性，通過(guò)電熱-熱電耦合的方式，將低壓交流輸入轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏航?流輸出的一種小型熱釋電變壓器。

【具體實(shí)施方式】 [0022] 如下：
[0023] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種小型熱釋電變壓器，該裝置是由電-熱轉(zhuǎn)換單元和 熱-電轉(zhuǎn)換單元組成；電-熱轉(zhuǎn)換單元以熱電材料為主要材料制備而成，熱-電轉(zhuǎn)換單元以 熱釋電材料為主要材料制備而成；所述熱電材料使用有較大熱電效應(yīng)的半導(dǎo)體熱電材料； 所述熱釋電材料使用有較大熱釋電系數(shù)的壓電陶瓷或壓電單晶。電-熱轉(zhuǎn)換單元與熱-電 轉(zhuǎn)換單元之間通過(guò)導(dǎo)熱膠粘結(jié)固定連接；在單個(gè)該裝置中，所述的熱-電轉(zhuǎn)換單元有兩個(gè)， 它們分別依附于電-熱轉(zhuǎn)換單元的致冷和致熱面上。
[0024] 如圖2所示，本發(fā)明中的電-熱轉(zhuǎn)換單元將輸入的電能轉(zhuǎn)化為熱能，經(jīng)由熱傳 導(dǎo)，迅速到達(dá)熱_電轉(zhuǎn)換單元，熱電轉(zhuǎn)化單元再將熱能轉(zhuǎn)化為電能輸出；由于熱_電轉(zhuǎn)換 單元的等效阻抗R2遠(yuǎn)大于電-熱轉(zhuǎn)換單元的等效阻抗R1，根據(jù)電路中的功率守恒定律

【權(quán)利要求】
1. 一種小型熱釋電變壓器，其特征在于：所述裝置是由電-熱轉(zhuǎn)換單元和熱-電轉(zhuǎn)換 單元組成，電-熱轉(zhuǎn)換單元是電壓輸入端，熱-電轉(zhuǎn)換單元的電壓輸出端，電-熱轉(zhuǎn)換單元 和熱-電轉(zhuǎn)換單元之間固定連接；在所述裝置中，兩個(gè)熱-電轉(zhuǎn)換單元分別依附于電-熱轉(zhuǎn) 換單元的致熱端和致冷端，輸出極性相反的電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型熱釋電變壓器，其特征在于：所述電-熱轉(zhuǎn)換單元 的主要成分是熱電材料；所述熱-電轉(zhuǎn)換單元的主要成分是熱釋電材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型熱釋電變壓器，其特征在于：所述熱電材料使用有 較大熱電效應(yīng)的半導(dǎo)體熱電材料；所述熱釋電材料使用有較大熱釋電系數(shù)的壓電陶瓷或壓 電單晶。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型熱釋電變壓器，其特征在于：所述電-熱轉(zhuǎn)換單元 和熱-電轉(zhuǎn)換單元之間用導(dǎo)熱膠粘結(jié)固定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型熱釋電變壓器，其特征在于：將大于或等于2個(gè)的 該裝置串并聯(lián)連接，獲取合適電流和電壓，從而滿足不同的用電需求。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型熱釋電變壓器，其特征在于：該裝置輸出的高電壓 過(guò)接口電路完成電壓的整流、穩(wěn)壓、濾波等步驟而輸出直流高壓。
【文檔編號(hào)】H02M5/02GK104410284SQ201410699800
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】曹自平, 時(shí)錦程, 王永進(jìn), 朱洪波 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)