CN101350577B - 采用压电陶瓷发电的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的采用压电陶瓷发电的装置，有压电陶瓷和与压电陶瓷电极连接的电能转换和储存电路，且有两片以上压电陶瓷堆砌在一起组成发电单元的芯件，发电单元芯件外包裹弹性材料构成发电单元，发电单元的形状为细长或扁长，发电单元一端有连接各压电陶瓷极点的电极，另一端为受力装置用以接受外界的作用力，另有一基板，发电单元安装在基板上，基板内有连接各发电单元电极的电能转换和储存电路的导体。其中发电单元受到外力作用时产生弯曲或扭曲变形，使压电陶瓷相互之间产生挤压产电，因为本发明没有任何转动或运动机构，不存在磨损等因运动而造成损坏的可能，且制造成本较低。
Description
技术领域 本发明涉及的是一种采用压电陶瓷发电的装置，属能量采集技术或电子技术。
背景技术 对某些电介质施加机械力而引起它们内部正负电荷中心相对位移，产生极化，从而导致介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。在一定应力范围内，机械力与电荷呈线性可逆关系，这种现象称为压电效应或正压电效应。具有压电效应的陶瓷称为压电陶瓷。末经过极化处理的铁电陶瓷的自发极化随机取向，故没有压电性，经极化处理使其自发极化沿极化方向择优取向。在撤去极化处理电场后，陶瓷体仍保留着一定的总体剩余极化，故使陶瓷体有了压电性，成为压电陶瓷。应用压电陶瓷的压电效应，可以将机械能转化为电能并作为电源使用，如据报道，德州大学采用压电器件制造出了一种小型发电机。该发电机的桨叶连到凸轮上，使围绕轴排成圆形的一串双压电晶片产生振荡。一个采用APC855陶瓷制造的双压电晶片可输出0.935mW的功率，由11个压电晶片组成的单元可输出10.2mW的功率。这种发电机可由时速8～16公里的风力驱动，能够为无线传感器网络中的独立节点提供最多50mW的功率。但这一形式的采用压电陶瓷发电的装置具有转动部件，由于转动部件有容易损坏和需要一定成本的特点，提高了这种发电装置的采购和使用成本。
发明内容 针对上述不足，本发明要解决的技术问题是如何使采用压电陶瓷发电的装置避免使用转动部件，从而提出一种不易损坏、费用低廉的采用压电陶瓷发电的装置。
本发明提供的采用压电陶瓷发电的装置，有压电陶瓷和与压电陶瓷电极连接的电能转换和储存电路，且有两片以上压电陶瓷堆砌在一起组成发电单元的芯件，发电单元芯件外包裹弹性材料构成发电单元，发电单元的形状为细长或扁长，发电单元一端有连接各压电陶瓷极点的电极，另一端为受力装置用以接受外界的作用力，另有一基板，发电单元安装在基板上，基板内有连接各发电单元电极的电能转换和储存电路的导体。
本发明提供的采用压电陶瓷发电的装置，发电单元的受力装置是固定翼以接受风力。当风力吹在固定翼上时，发电单元弯曲和扭曲变形，使内包的芯件中的压电陶瓷相互之间发生挤压而发电。由于风力不是均衡的，是有强弱、方向各种变化的，所以发电元件在这种有各种变化的风力的作用下有振荡形式的变形，压电陶瓷便在这种振荡中不断产生电量。这一形式可作为风力发电场覆盖于建筑物顶面或墙面，或其他任何能受到风力的地方。
本发明提供的采用压电陶瓷发电的装置，发电单元的受力装置是重力块以接受震动。因震动而使发电单元在重力块更大惯性的作用下弯曲或扭曲变形，进而使内包的芯件中的压电陶瓷相互之间发生挤压而发电。震动本身便是振荡形式的，因此发电单元在震动的场合里能不断地产生电量。这一形式可应用于车载形式或装载在有震动的其他机器上的发电装置。
本发明提供的采用压电陶瓷发电的装置，发电单元中的芯件是以压电陶瓷片与发电元件轴线倾斜层叠构成的，使在发电元件有弯曲变形时，芯件中的压电陶瓷之间的挤压作用更大，即挤压方向与压电陶瓷平面的夹角更小。
本发明提供的采用压电陶瓷发电的装置，发电单元的外形为圆柱状的，其包裹有芯件的部分的直径较其余部分小，以使此处易于弯曲变形而使压电陶瓷相互之间进行挤压。
本发明提供的采用压电陶瓷发电的装置，将多个压电陶瓷堆砌后封装在弹性材料内制成发电单元，发电单元受到外力作用时产生弯曲或扭曲变形，使压电陶瓷相互之间产生挤压产电，又由于外力不是均恒不变的，所以在外力和弹性材料本身的恢复力的作用下压电陶瓷受到脉冲或振荡形式的挤压，从而不断地向电能转换和储存电路发送电脉冲。本发明提供的采用压电陶瓷发电的装置，因为没有任何转动或运动机构，不存在磨损等因运动而造成损坏的可能，且制造成本较低。
附图说明 图1为本发明一实施例中发电单元的结构图，图中：1-风翼，2-包裹压电陶瓷段，3-安装段，4-电极导线；
图2为本发明另一实施例中发电单元的结构图，图中：11-重锤，2-包裹压电陶瓷段，3-安装段，4-电极导线；
图3为本发明实施例的发电单元中包裹压电陶瓷段的剖视图，图中：21-弹性材料，4-电极导线，5-压电陶瓷片。
具体实施方式 1、本实施例为利用风力发电的采用压电陶瓷发电的装置，如图1、3所示，发电元件的主杆部分为圆形截面的柱体，由橡胶制成的上下两段为实体、中间一段将压电陶瓷芯件嵌铸在其中。上一段安装有与柱体固定的风翼1，下一段为安装段3用以安装到基板上。中间包裹压电陶瓷段2内有50片压电陶瓷5倾斜相叠，每片压电陶瓷的两个电极由导线4并联连接后从柱体底部导出。所说基板是一可安装于建筑物表面或铺设于旷野上的平板，其上有安装柱体下端的孔和电极导线插孔，其中将各安装孔下的导线插孔并联连接并由总导线引导到电能转换和储存电路。该电路输出端连接用电器。
2、本实施例为车载的采用压电陶瓷发电的装置，如图2所示，基本结构与上例同，仅以重锤为重力块替代风翼，发电元件由重锤11、包裹压电陶瓷段2、安装段3、压电陶瓷和导线4构成。使用时基板安装于车辆或有震动机器的任何空余部位。
3、所说弹性材料也可采用如螺旋弹簧包裹防水材料的方案组成，防水材料内包裹芯件。
Claims (2)
1.一种采用压电陶瓷发电的装置，有压电陶瓷和与压电陶瓷电极连接的电能转换和储存电路，有两片以上压电陶瓷堆砌在一起组成发电单元的芯件，发电单元的形状为细长或扁长，另有一基板，发电单元一端安装在基板上，另一端为受力装置用以接受外界的作用力，其特征是发电单元芯件外包裹弹性材料构成发电单元，所说发电单元中的芯件是以压电陶瓷片与发电单元轴线倾斜层叠构成的，发电单元安装在基板上的一端有连接各压电陶瓷极点的电极，基板内有连接各发电单元电极的电能转换和储存电路的导体；所说发电单元的受力装置是固定翼以接受风力或是重力块以接受震动。
2.如权利要求1所述的采用压电陶瓷发电的装置，其特征是所说发电单元的外形为圆柱状的，其包裹有芯件的部分的直径较其余部分小。
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