CN202085095U - 一种压电俘能器 - Google Patents

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孙春华
尚广庆
朱学超
沈利平
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Abstract

本实用新型适用于俘能器制造领域，提供了一种压电俘能器，包括：在水平面按阵列形式排列，垂直面内进行叠堆，用于传递外界应力的金属端帽；位于两层所述金属端帽之间，用于将环境机械能转换为电能的压电陶瓷片；位于单层相邻所述压电陶瓷片之间，用于绝缘的绝缘胶。本实用新型通过采用Cymbal结构金属端帽等结构，不仅利于压电俘能器的批量生产，提高压电俘能器的制造精度，极大提高压电俘能器的俘能效率，而且适宜于大面积环境机械能的俘获，拓展了压电换能器的使用范围。

Description

一种压电俘能器
技术领域
本实用新型属于俘能器制造领域，尤其涉及一种压电俘能器。
背景技术
近年来，随着全球气候变暖的加剧和石油、煤炭、天然气等不可再生资源的紧缺，寻求可再生、可持续的绿色能源成为人类文明可持续发展的重要挑战。
利用压电材料的压电效应，从环境中俘获能量的装置称之为压电俘能器。与静电式、电磁式将振动机械能转化为电能相比，压电俘能器具有俘能效率高、能量密度大、工作可靠、适应性强、无污染、成本低等突出优点，从环境振动或噪声中提取能量的性能最好，成为从环境机械能获取电能的一种行之有效的好方法，受到了广泛的重视。
目前，从网络节点微振动中俘获能量以实现微电子产品无线自供能的压电俘能器，多为悬臂梁单晶片或双晶片结构；利用人体运动能开发的压电俘能系统所采用的压电俘能器为施加了一定预应力的Rainbow结构。另外，为提高压电俘能效率，还有在悬臂梁基础上开发的螺旋式压电俘能器，包括单螺旋、双螺旋。
由于Cymbal结构，可以将施加在轴向的应力，转换并放大成切向和径向的应力，使得压电陶瓷的d33和d31压电常数都对复合结构的等效压电常数deff作出贡献，可提供较其他类型换能器高得多的等效压电常数deff。在相同激励条件及不改变d31的情况下，Cymbal压电俘能器的等效压电常数比PZT本身可高达40倍，因此在诸如水声换能器、电声或超声换能器、压力传感器、加速度传感器和执行器方面获得了广泛应用。随着研究的深入和拓展，近年来的研究表明：Cymbal结构可作为压电俘能器件，并更适用于低频率、大应力的环境能的俘获。
这种低频率、大应力的环境能，多见于汽车行驶时所形成的路面振动、火车运动时轨道的振动，以及机床操作时引起的地基振动。若要捕获这些能量，需要大面积铺设压电俘能器。但由于压电陶瓷制备技术的局限，所制备的压电陶瓷片尺寸较小。制作的单个Cymbal结构压电俘能器，不适宜于这种大面积环境能的俘获，使Cymbal结构压电俘能器的使用受到很大的限制。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种压电俘能器，旨在解决单个Cymbal结构压电俘能器，不适宜于大面积环境能的俘获，使Cymbal结构压电俘能器的使用受到很大限制的问题。
本实用新型是这样实现的，一种压电俘能器，该俘能器包括：在水平面按阵列形式排列，垂直面内进行叠堆，用于传递外界应力的金属端帽；位于两层所述金属端帽之间，用于将环境机械能转换为电能的压电陶瓷片；位于单层相邻所述压电陶瓷片之间，用于绝缘的绝缘胶。
进一步，所述俘能器的层与层间用导电胶或绝缘胶黏结。
进一步，所述金属端帽外形为方形或圆形，且其上有Cymbal阵列结构的凸台。
进一步，单层中使用的所述压电陶瓷片为单片或双片或多片。
进一步，层与层之间采用串联或并联连接。
本实用新型通过采用金属端帽、压电陶瓷片等结构，不仅利于压电俘能器的批量生产，提高压电俘能器的制造精度，可极大地提高压电俘能器的俘能效率，提高俘能性能，而且适宜于大面积环境能的俘获，拓展了压电换能器的使用范围。
附图说明
图1是本实用新型提供的压电俘能器的结构示意图；
图2是本实用新型提供的的压电俘能器的俯视图。
图中：1、压电陶瓷片；2、绝缘胶；3、金属端帽。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1示出了本实用新型实施例提供的压电俘能器的主视图。为了便于说明，仅仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。
该俘能器包括：
在水平面按阵列形式排列，垂直面内进行叠堆，用于传递外界应力的金属端帽3；
位于两层金属端帽3之间，用于将环境能转换为电能的压电陶瓷片1；
位于单层相邻压电陶瓷片1之间，用于绝缘的绝缘胶2。
作为本实用新型的一优选实施例，俘能器的层与层间用导电胶或绝缘胶黏结。
作为本实用新型的一优选实施例，金属端帽3的外形为方形。
作为本实用新型的一优选实施例，单层中使用的压电陶瓷片1为单片或双片或多片。
作为本实用新型的一优选实施例，多层之间使用的压电陶瓷采用串联或并联连接。
下面结合附图及具体实施例对本实用新型的应用原理作进一步描述。
如图2所示，金属端帽3按阵列形式排列，金属端帽3的外形可以是方形、圆形等任意形状，阵列形式是Cymbal结构；一对金属端帽3间的每个结构处用导电胶黏结压电陶瓷片1，单层中使用的压电陶瓷片1可以是单片、双片及多片，可以是圆形、环形等形状。单层中压电陶瓷片1之间用绝缘胶2来填充，层与层之间可通过导电胶或绝缘胶实现串联或并联连接。
当压电俘能器受到激励作用时，压电陶瓷片1就会产生电荷，一对金属端帽3形成电极，与能量采集电路相连，将产生的能量收集到存储装置中。
本实用新型通过采用金属端帽3、压电陶瓷片1等结构，不仅利于压电俘能器的批量生产，提高压电俘能器的制造精度，可极大地提高压电俘能器的俘能效率，提高俘能性能，而且适宜于大面积环境机械能的俘获，拓展了压电换能器的使用范围。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种压电俘能器，其特征在于，该俘能器包括：在水平面按阵列形式排列，垂直面内进行叠堆，用于传递外界应力的金属端帽；位于两层所述金属端帽之间，用于将环境机械能转换为电能的压电陶瓷片；位于单层相邻所述压电陶瓷片之间，用于绝缘的绝缘胶。
2.如权利要求1所述的俘能器，其特征在于，所述俘能器的层与层间用导电胶或绝缘胶黏结。
3.如权利要求1所述的俘能器，其特征在于，所述金属端帽外形为方形或圆形，且其上有Cymbal阵列结构的凸台。
4.如权利要求1所述的俘能器，其特征在于，单层中使用的所述压电陶瓷片为单片或双片或多片。
5.如权利要求1所述的俘能器，其特征在于，层与层之间采用串联或并联连接。
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