CN110707207B - 一种压电转换器的封装装置及压电转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电转换器的封装装置和压电转换系统，涉及压电换能器的路面振动能量回收领域，包括上壳体、中间板和下壳体，上壳体扣合于下壳体形成封闭盒体并将中间板封闭于封闭盒体内，且封闭盒体内形成容置腔室；中间板上设有若干个模型通孔，容置腔室的底面上对应每个模型通孔处设有一个模型槽；封闭盒体的侧壁上设有两个能够连通外界与容置腔室的导线孔，压电叠堆置于模型孔和模型槽内，且先串联后并联连接，该压电转换系统的电能收集效率高，且抗渗、抗摩擦、抗老化、防潮，有效提高了压电转换器的耐久性，适用性。

Description

一种压电转换器的封装装置及压电转换系统

技术领域

本发明涉及压电换能器的路面振动能量回收领域，具体涉及一种压电转换器的封装装置及压电转换系统。

背景技术

由于路面每天都要经受行车的重复荷载作用，其产生的能量是不可估量的，若能将其产生的能量加以利用，必然能产生很好的经济与环保效益。而对于路面压电能量收集技术的研究，就是把行车荷载带给路面的机械能加以利用，通过压电装置将这部分机械能转化为电能，而不致其以路面当中热能的形式白白消散掉。

现有的压电装置，大多未做任何保护处理，而是直接埋设于路面下。但压电装置在实际使用过程中，往往需要考虑一些其他因素。以沥青路面为例，若要将压电装置正式投入到路面中使用，则必须要适应沥青路面的使用环境。例如，由于气候的影响，路面全年的温度变化较大，除此以外，路面还要受到风霜雨雪的影响，尤其是雨水的渗入会对路面造成一定的破坏，那么对于埋设于路面的压电装置必然也同样面临着被雨雪侵袭的问题，因此，有必要对压电装置进行封装，以保护压电装置，增强其耐久性。

另外，在交通荷载作用下，压电叠堆中产生的是振荡电压和电流，需要通过带有整流桥的收集电路才能变成稳定的直流电；而单个压电叠堆产生的振荡电压太小，需要先串联3～4个以上的压电叠堆，才能超过收集电路的门槛值，然后采用并联的方式，增大收集电路中的电流，提高整个压电转换器的功率。

发明内容

本发明的目的是提供一种压电转换器的封装装置及压电转换系统，以解决上述现有技术存在的问题，使得压电转换系统的电能收集效率高，且能够将压电转换系统更加稳妥的埋入路面，并适应路面坏境，从而在一定程度上保护压电转换器，提高其适应性与耐用性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种压电转换器的封装装置，包括上壳体、中间板和下壳体；所述上壳体中部设有上壳体凸出块，所述上壳体在所述上壳体凸出块外的周向设有上环形凸起外框，所述上壳体凸出块外壁与所述上环形凸起外框内壁之间形成一圈扣合面凹槽，所述下壳体周向设有下环形凸起外框，所述下环形凸起外框能够嵌入所述扣合面凹槽内，以使所述上壳体扣合于所述下壳体形成封闭盒体并将所述中间板封闭于所述封闭盒体内，且所述封闭盒体内形成容置腔室，所述中间板放置于所述容置腔室内且所述中间板的下底面与所述容置腔室的底面贴合；所述中间板上设有若干个模型通孔，所述容置腔室的底面上对应每个所述模型通孔处设有一个模型槽；所述上环形凸起外框侧壁上设有两个上壳体导线孔，所述下环形凸起外框侧壁上对应每个所述上壳体导线孔处设有一个下壳体导线孔，所述上壳体导线孔与所述下壳体导线孔连通外界与所述容置腔室。

优选地，所述上壳体与所述下壳体均为矩形壳体，所述上壳体外框为二级阶梯结构，由所述容置腔室向外依次为上壳体第一阶梯和上壳体第二阶梯，所述下壳体外框为三级阶梯结构，由所述容置腔室向外依次为下壳体第一阶梯、下壳体第二阶梯和下壳体第三阶梯，所述下壳体第一阶梯能够嵌入至所述扣合面凹槽内，所述下壳体第二阶梯与所述上壳体第一阶梯的上表面能够贴合，且所述下壳体第二阶梯与所述上壳体第一阶梯的外壁能够对齐形成一平面。

优选地，所述中间板厚度为3-5mm，所述模型通孔深度为3-5mm，且所述中间板厚度与所述模型通孔深度相同，所述模型槽深度为2-4mm。

优选地，所述上壳体与所述下壳体扣合后，在所述上壳体第一阶梯与所述下壳体第二阶梯外壁粘有一圈硅胶垫，所述硅胶垫通过中性硅酮胶固定。

本发明还提供了一种压电转换系统，包括前面所述压电转换器的封装装置以及压电叠堆组，所述压电叠堆组为若干个串联组并联组成，每个所述串联组均为若干个压电叠堆串联组成，且每个所述压电叠堆均能够放置于所述模型通孔与所述模型槽内。

优选地，所述压电叠堆、所述模型通孔和所述模型槽均呈矩形阵列分布。

优选地，所述压电叠堆、所述模型通孔和所述模型槽均为12个，且所述压电叠堆组为三个串联组并联组成，每个所述串联组均为四个压电叠堆串联组成。

优选地，若干个所述压电叠堆均是用双面导电铜箔胶将改性锆钛酸铅薄片通过压实后得到，每片所述改性锆钛酸铅薄片的面积为10mm×10mm，厚度为0.2mm。

优选地，每组所述压电叠堆的厚度为8-8.5cm。

优选地，所述上壳体与所述下壳体均为矩形壳体，两个所述上壳体导线孔分别位于所述上壳体第一阶梯相对的两个侧壁上，两个所述下壳体导线孔分别位于所述下壳体第一阶梯相对的两个侧壁上，所述上壳体导线孔与所述下壳体导线孔均位于与所述串联组延伸方向垂直的一侧，所述上壳体导线孔与所述下壳体导线孔的最低点高度均与所述中间板上平面保持一致。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的压电转换器的封装装置，包括上壳体、中间板和下壳体；上壳体中部设有上壳体凸出块，上壳体在上壳体凸出块外的周向设有上环形凸起外框，上壳体凸出块外壁与上环形凸起外框内壁之间形成一圈扣合面凹槽，下壳体周向设有下环形凸起外框，下环形凸起外框能够嵌入扣合面凹槽内，以使上壳体扣合于下壳体形成封闭盒体并将中间板封闭于封闭盒体内，使得上壳体与下壳体的扣合更加稳固且严密，有效保护压电转换器，封闭盒体内形成容置腔室，中间板放置于容置腔室内且中间板的下底面与容置腔室的底面贴合，中间板不仅能够用来联结所有压电叠堆，还可以将压电转换器内部导线通过环氧树脂胶固定在中间板上空余处；中间板上设有若干个模型通孔，容置腔室的底面上对应每个模型通孔处设有一个模型槽，模型槽用来容置压电叠堆的下底面，防止压电叠堆在日常使用过程中位置发生偏移，影响电能的收集；上环形凸起外框侧壁上设有两个上壳体导线孔，下环形凸起外框侧壁上对应每个上壳体导线孔处设有一个下壳体导线孔，上壳体导线孔与下壳体导线孔连通外界与容置腔室，通过上壳体导线孔与下壳体导线孔引出导线，避免导线承受路面传递的行车载荷，有效地保护了导线，同时也有利于整个压电装置的外部封装。本发明还提供了一种压电转换系统，包括前面提到的压电转换器的封装装置以及压电叠堆组，压电叠堆组为若干个串联组并联组成，每个串联组均为若干个压电叠堆串联组成，有效解决单个压电叠堆产生的振荡电压太小的问题，在实际生产过程中，先串联3～4个以上的压电叠堆，超过收集电路的门槛值，然后采用并联的方式，增大收集电路中的电流，提高整个压电转换系统的功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的压电转换器的封装装置的外部结构示意图；

图2为图1中压电转换器的封装装置的M-M′剖视图；

图3为本发明提供的压电转换器的封装装置的上壳体结构示意图；

图4为图3中压电转换器的封装装置的上壳体的A-A′剖视图；

图5为本发明提供的压电转换器的封装装置的下壳体结构示意图；

图6为图5中压电转换器的封装装置的下壳体的B-B′剖视图；

图7为本发明提供的压电转换器的封装装置的中间板结构示意图；

图8为图7中压电转换器的封装装置的中间板的C-C′剖视图；

图9为本发明提供的压电转换系统的压电叠堆结构示意图；

图中：1-上壳体，11-上壳体导线孔，12-上壳体凸出块，13-上壳体第一阶梯，14-上壳体第二阶梯，15-扣合面凹槽，2-中间板，21-模型通孔，3-下壳体，31-下壳体导线孔，32-模型槽，33-下壳体第一阶梯，34-下壳体第二阶梯，35-下壳体第三阶梯，4-压电叠堆，41-导线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种压电转换器的封装装置及压电转换系统，以解决压电转换系统易被破坏，且压电转换系统的电能收集效率低的技术问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-8所示，本实施例提供了一种压电转换器的封装装置，包括上壳体1、中间板2和下壳体3；上壳体1中部设有上壳体凸出块12，上壳体1在上壳体凸出块12外的周向设有上环形凸起外框，上壳体凸出块12外壁与上环形凸起外框内壁之间形成一圈扣合面凹槽15，下壳体3周向设有下环形凸起外框，下环形凸起外框能够嵌入扣合面凹槽15内，以使上壳体1扣合于下壳体3形成封闭盒体并将中间板2封闭于封闭盒体内，使得上壳体1与下壳体3的扣合更加稳固且严密，有效保护压电转换器，封闭盒体内形成容置腔室，中间板2放置于容置腔室内且中间板2的下底面与容置腔室的底面贴合，中间板2不仅能够用来联结所有压电叠堆4，还可以将压电转换器内部导线41通过环氧树脂胶固定在中间板2上空余处；中间板2上设有若干个模型通孔21，容置腔室的底面上对应每个模型通孔21处设有一个模型槽32，模型槽32用来容置压电叠堆4的下底面，防止压电叠堆4在日常使用过程中位置发生偏移，影响电能的收集；上环形凸起外框侧壁上设有两个上壳体导线孔11，下环形凸起外框侧壁上对应每个上壳体导线孔11处设有一个下壳体导线孔31，上壳体导线孔11与下壳体导线孔31连通外界与容置腔室，通过上壳体导线孔11与下壳体导线孔31引出导线41，避免导线41承受路面传递的行车载荷，有效地保护了导线41，同时也有利于整个压电装置的外部封装。

具体地，上壳体1与下壳体3均为矩形壳体，上壳体1外框为二级阶梯结构，由容置腔室向外依次为上壳体第一阶梯13和上壳体第二阶梯14，下壳体3外框为三级阶梯结构，由容置腔室向外依次为下壳体第一阶梯33、下壳体第二阶梯34和下壳体第三阶梯35，下壳体第一阶梯33能够嵌入至扣合面凹槽15内，嵌入式扣合方式能够使得该压电转换系统在日常工作中，上壳体1与下壳体3不易发生错位，而导致该压电转换器的封装装置被破坏，下壳体第二阶梯34与上壳体第一阶梯13的上表面能够贴合，且下壳体第二阶梯34与上壳体第一阶梯13的外壁能够对齐形成一平面，使得后期封装简单方便。

中间板2厚度为3-5mm，优选为4mm，模型通孔21深度为3-5mm，优选为4mm，且中间板2厚度与模型通孔21深度相同，模型槽32深度为2-4mm，优选为2mm，固定压电叠堆4和内部导线41的位置，且不会影响压电叠堆4的电能收集，但本发明中压电转换器的封装装置的中间板2厚度不限于3-5mm，模型通孔21深度不限于3-5mm，模型槽32深度不限于2-4mm，在实际生产制造中，根据实际需要以及压电叠堆4的厚度可进行相应的改变。

上壳体1与下壳体3扣合后，在上壳体第一阶梯13与下壳体第二阶梯34外壁粘有一圈硅胶垫，硅胶垫通过中性硅酮胶固定，使得整个压电转换器的封装装置封装严密，雨水不会进入压电转换器的封装装置内部，实现压电转换系统的抗渗、防潮、抗摩擦与抗老化。

实施例二

如图1-9所示，本实施例提供了一种压电转换系统，包括实施例一中的压电转换器的封装装置以及压电叠堆组，压电叠堆组为若干个串联组并联组成，每个串联组均为若干个压电叠堆4串联组成，且每个压电叠堆4均能够放置于模型通孔21与模型槽32内有效解决单个压电叠堆4产生的振荡电压太小的问题，在实际生产过程中，先串联3～4个以上的压电叠堆4，超过收集电路的门槛值，然后采用并联的方式，增大收集电路中的电流，提高整个压电转换系统的功率。

具体地，压电叠堆4、模型通孔21和模型槽32均呈矩形阵列分布，方便多个压电叠堆4并联或串联时导线41的连接。

压电叠堆4、模型通孔21和模型槽32均为12个，且压电叠堆组为三个串联组并联组成，每个串联组均为四个压电叠堆4串联组成，既能够达到收集电路的门槛值，又显著提高电流强度，产生高达20mA的电流，且电能易被收集，但本发明中压电转换系统的压电叠堆4、模型通孔21和模型槽32的数量均不限于12个，只要压电叠堆4、模型通孔21和模型槽32的数量均相等，且每个串联组均为3～4个以上的压电叠堆4串联组成即可。

若干个压电叠堆4均是用双面导电铜箔胶将改性锆钛酸铅薄片通过压实后得到，每片改性锆钛酸铅薄片的面积为10mm×10mm，厚度为0.2mm，双面导电铜箔胶具有耐高温、导电、防干扰性能。

每组压电叠堆4的厚度为8-8.5cm，优选为8.2cm，但本发明中压电转换系统的压电叠堆4厚度不限于8-8.5cm，在实际生产制造中，根据实际需要可进行相应的改变。

上壳体1与下壳体3均为矩形壳体，两个上壳体导线孔11分别位于上壳体第一阶梯13相对的两个侧壁上，两个下壳体导线孔31分别位于下壳体第一阶梯33相对的两个侧壁上，上壳体导线孔11与下壳体导线孔31均位于与串联组延伸方向垂直的一侧，上壳体导线孔11与下壳体导线孔31的最低点高度均与中间板2上平面保持一致，以便于引出内部导线41，且防止导线41因道路车辆的频繁振动而发生损坏。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种压电转换器的封装装置，其特征在于：包括上壳体、中间板和下壳体；

所述上壳体中部设有上壳体凸出块，所述上壳体在所述上壳体凸出块外的周向设有上环形凸起外框，所述上壳体凸出块外壁与所述上环形凸起外框内壁之间形成一圈扣合面凹槽，所述下壳体周向设有下环形凸起外框，所述下环形凸起外框能够嵌入所述扣合面凹槽内，以使所述上壳体扣合于所述下壳体形成封闭盒体并将所述中间板封闭于所述封闭盒体内，且所述封闭盒体内形成容置腔室，所述中间板放置于所述容置腔室内且所述中间板的下底面与所述容置腔室的底面贴合；

所述中间板上设有若干个模型通孔，所述容置腔室的底面上对应每个所述模型通孔处设有一个模型槽；

所述上环形凸起外框侧壁上设有两个上壳体导线孔，所述下环形凸起外框侧壁上对应每个所述上壳体导线孔处设有一个下壳体导线孔，所述上壳体导线孔与所述下壳体导线孔均连通外界与所述容置腔室。

2.根据权利要求1所述的压电转换器的封装装置，其特征在于：所述上壳体与所述下壳体均为矩形壳体，所述上壳体外框为二级阶梯结构，由所述容置腔室向外依次为上壳体第一阶梯和上壳体第二阶梯，所述下壳体外框为三级阶梯结构，由所述容置腔室向外依次为下壳体第一阶梯、下壳体第二阶梯和下壳体第三阶梯，所述下壳体第一阶梯能够嵌入至所述扣合面凹槽内，所述下壳体第二阶梯与所述上壳体第一阶梯的上表面能够贴合，且所述下壳体第二阶梯与所述上壳体第一阶梯的外壁能够对齐形成一平面。

3.根据权利要求1所述的压电转换器的封装装置，其特征在于：所述中间板厚度为3-5mm，所述模型通孔深度为3-5mm，且所述中间板厚度与所述模型通孔深度相同，所述模型槽深度为2-4mm。

4.根据权利要求2所述的压电转换器的封装装置，其特征在于：所述上壳体与所述下壳体扣合后，在所述上壳体第一阶梯与所述下壳体第二阶梯外壁粘有一圈硅胶垫，所述硅胶垫通过中性硅酮胶固定。

5.一种压电转换系统，其特征在于：包括权利要求1～4中任一项所述压电转换器的封装装置以及压电叠堆组，所述压电叠堆组为若干个串联组并联组成，每个所述串联组均为若干个压电叠堆串联组成，且每个所述压电叠堆均能够放置于所述模型通孔与所述模型槽内。

6.根据权利要求5所述的压电转换系统，其特征在于：所述压电叠堆、所述模型通孔和所述模型槽均呈矩形阵列分布。

7.根据权利要求6所述的压电转换系统，其特征在于：所述压电叠堆、所述模型通孔和所述模型槽均为12个，且所述压电叠堆组为三个串联组并联组成，每个所述串联组均为四个压电叠堆串联组成。

8.根据权利要求5所述的压电转换系统，其特征在于：若干个所述压电叠堆均是用双面导电铜箔胶将改性锆钛酸铅薄片通过压实后得到，每片所述改性锆钛酸铅薄片的面积为10mm×10mm，厚度为0.2mm。

9.根据权利要求5所述的压电转换系统，其特征在于：每组所述压电叠堆的厚度为8-8.5cm。

10.根据权利要求5所述的压电转换系统，其特征在于：所述上壳体与所述下壳体均为矩形壳体，两个所述上壳体导线孔分别位于所述上壳体第一阶梯相对的两个侧壁上，两个所述下壳体导线孔分别位于所述下壳体第一阶梯相对的两个侧壁上，所述上壳体导线孔与所述下壳体导线孔均位于与所述串联组延伸方向垂直的一侧，所述上壳体导线孔与所述下壳体导线孔的最低点高度均与所述中间板上平面保持一致。

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