CN101656494A - 高承载的压电发电装置 - Google Patents

Abstract

高承载的压电发电装置，属于电力领域，本发明为了解决悬臂梁型压电发电装置承载能力小，在高载的情况下很容易折断致使不能正常工作，且结构尺寸较大，不能满足现代微电子器件的微型化发展需要的问题。本发明包括金属环、金属薄片、压电元件和金属槽钹片，沿金属环的上环面和下环面由内向外依次对称设置有金属薄片、压电元件和金属槽钹片，金属环的上下环面分别与一个金属薄片固定连接，所述金属薄片与压电元件固定连接，所述压电元件与金属槽钹片固定连接，金属槽钹片中间向外侧凸起，金属环引出线作为一个电极，两个金属槽钹片的引出线连接在一起作为另一个电极，两个压电元件纵向极化且极化方向相反。本发明用于给低耗能的微电子器件供电。

Description

高承载的压电发电装置

技术领域

本发明涉及一种高承载的压电发电装置，属于电力领域。

背景技术

能源问题是当今最为关注的问题之一，各国科技工作者一直在努力寻找和开发新能源来解决能源缺乏和使用传统能源时存在的问题。目前，对于大多数微电子产品，电池供电以其电量稳定，易满足微电子产品能量需求等优点而受到广泛应用。但是，传统电池仍然具有一些无法改变的缺点，体积大，质量大，供能寿命有限，需要定期更换，以及由此所带来的材料浪费，环境污染等问题不容忽视，尤其对于目前发展迅速的无线网络和嵌入式系统来说时，电池供电的这种缺陷更明显。随着网络分布的广泛，微器件数目越来越庞大，并且由于有些微器件的工作位置难以再触及(比如人体内，战场，动物群体等)，电池更换变得极为不便甚至于不可能，除此之外，在许多不能提供能源或者易燃易爆等危险场合，电池更换问题难以解决。因此，如何向微电子产品无线供能已经成为当前迫切需要解决的问题。一个有效的方法就是直接从微电子器件的工作环境中俘获能量并为其供能。通过能量转化装置把自然界的振动能俘获并转化为电能，同时进行电能存储并为微电子器件供能。压电材料具有良好的力电转换特性，是制造这类微电子器件供能器件的最优选择，由压电材料制造成的发电装置具有结构简单、不发热、无电磁干扰、无污染、易于加工制作和实现机构的微小化、集成化等优点而备受关注。目前常见报道的压电发电装置结构为悬臂梁型。但是，这类悬臂梁型压电发电装置承载能力小，在高载的情况下很容易折断致使不能正常工作，且结构尺寸较大，不能满足现代微电子器件的微型化发展需要。

发明内容

本发明的目的是解决悬臂梁型压电发电装置承载能力小，在高载的情况下很容易折断致使不能正常工作，且结构尺寸较大，不能满足现代微电子器件的微型化发展需要的问题，提供了一种高承载的压电发电装置。

本发明包括金属环、金属薄片、压电元件和金属槽钹片，沿金属环的上环面和下环面由内向外依次对称设置有金属薄片、压电元件和金属槽钹片，金属环的上下环面分别与一个金属薄片固定连接，所述金属薄片与压电元件固定连接，所述压电元件与金属槽钹片固定连接，金属槽钹片为中间向外侧凸起的金属槽钹片，金属环引出线作为一个电极，两个金属槽钹片的引出线连接在一起作为另一个电极，两个压电元件纵向极化且极化方向相反。

本发明的优点：采用金属槽钹片与外载荷接触，承载能力大；采用圆盘夹心式结构，结构尺寸小，稳定性好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图2是图1的俯视图，图3是图1的A-A剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式包括金属环1、金属？？、压电元件3和金属槽钹片4，沿金属环1的上环面和下环面由内向外依次对称设置有金属薄片2、压电元件3和金属槽钹片4，金属环1的上下环面分别与一个金属薄片2固定连接，所述金属薄片2与压电元件3固定连接，所述压电元件3与金属槽钹片4固定连接，金属槽钹片4为中间向外侧凸起的金属槽钹片，金属环1引出线作为一个电极，两个金属槽钹片4的引出线连接在一起作为另一个电极，两个压电元件3纵向极化且极化方向相反。

金属环1采用钢或铝材质进行加工；金属薄片2采用铍青铜材质进行加工，铍青铜材质具有弹性模量大、高导电性、抗腐蚀性强及弹性滞后小等优点；压电元件3采用PZT-5H型压电陶瓷片或者其他压电材料；金属槽钹片4采用钢或铜材质进行加工制造。

本实施方式中各部件之间进行固定连接的方式采用胶粘接。

具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，金属槽钹片4包括圆台面4-1和环形面4-2，环形面4-2的内环面连接圆台面4-1的大端环面，圆台面4-1和环形面4-2为一体件，其它组成和连接结构与实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与实施方式二的不同之处在于，金属槽钹片4还包括环形槽4-3，环形槽4-3设置在圆台面4-1和环形面4-2的连接处，其它组成和连接结构与实施方式二相同。

金属槽钹片4通过冲压一次成型，再利用电火花腐蚀加工的方法进行环形槽4-3的加工，环形槽4-3位置位于金属槽钹片4的圆台面4-1和环形面4-2结合处，槽宽和槽深可根据需要进行合理设计。

由于金属槽钹片4加工了环形槽4-3，减小了环向机械应力损耗，提高了机电能量转换率。

工作原理：

本发明的压电发电装置，一端的金属槽钹片4固定，另一端的金属槽钹片4与外载相互作用。当所述另一端的金属槽钹片4受到外载作用时，金属槽钹片4将发生径向收缩变形，使得两个压电元件3产生以d31模式为主的径向收缩变形，由于正压电效应，压电元件3将机械能转化为电能。产生的电能由两个电极引出。

本发明装置的两个电极与电能存储装置连接，将其产生的电能通过电能存储装置储存起来，以供低耗能的微电子器件使用，电能存储装置可以选用电容或电池。

采用金属槽钹片4与外载荷接触，承载能力大；采用圆盘夹心式结构，结构尺寸小，稳定性好。

Claims (7)

1.高承载的压电发电装置，其特征在于，它包括金属环(1)、金属薄片(2)、压电元件(3)和金属槽钹片(4)，

沿金属环(1)的上环面和下环面由内向外依次对称设置有金属薄片(2)、压电元件(3)和金属槽钹片(4)，

金属环(1)的上下环面分别与一个金属薄片(2)固定连接，所述金属薄片(2)与压电元件(3)固定连接，所述压电元件(3)与金属槽钹片(4)固定连接，金属槽钹片(4)为中间向外侧凸起的金属槽钹片，

金属环(1)引出线作为一个电极，两个金属槽钹片(4)的引出线连接在一起作为另一个电极，

两个压电元件(3)纵向极化且极化方向相反。

2.根据权利要求1所述的高承载的压电发电装置，其特征在于，金属槽钹片(4)包括圆台面(4-1)和环形面(4-2)，环形面(4-2)的内环面连接圆台面(4-1)的大端环面，圆台面(4-1)和环形面(4-2)为一体件。

3.根据权利要求2所述的高承载的压电发电装置，其特征在于，金属槽钹片(4)还包括环形槽(4-3)，环形槽(4-3)设置在圆台面(4-1)和环形面(4-2)的连接处。

4.根据权利要求1所述的高承载的压电发电装置，其特征在于，金属环(1)采用钢或铝材质。

5.根据权利要求1所述的高承载的压电发电装置，其特征在于，金属薄片(2)采用铍青铜材质。

6.根据权利要求1所述的高承载的压电发电装置，其特征在于，压电元件(3)采用PZT-5H型压电陶瓷片。

7.根据权利要求1所述的高承载的压电发电装置，其特征在于，金属槽钹片(4)采用钢或铜材质。

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