CN205901628U - 一种振动发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种振动发电装置，用于解决现有技术无法随时随地的便捷的获得设备所需的电量的问题。本实用新型提供的振动发电装置，包括至少一个振室和位于所述振室内的振子；振室包括至少一个压电组件和一个基座；压电组件和基座形成用于封闭振子的封闭空间；压电组件将与振子接触获得的形变转换成电能传递至所述的基座上。本实用新型利用压电材料的压电效应将手摇、行走、机械振动等产生的振动能转换为电能；可以有效的解决能量的收集、延长设备的使用时间，可以便捷的为设备供电，尤其是为手机、可穿戴设备、无线传感器节点等智能设备的能量补充和设备供电。

Description

一种振动发电装置

技术领域

本实用新型涉及发电技术领域，具体地，涉及一种振动发电装置。

背景技术

能量采集并非全新的创意，多年前就有人实用新型了由运动产生能量的手表。从广义上讲，能量采集包括各种能源来源，比如动能(风、波、重力、振动等)、电磁能(光、电磁波等)、热能(太阳热能、地热、温度变化、燃烧等)、原子能(原子核能、放射性衰变等)或生物能(生物燃料、生物质能等)。但是，当电子电路的能量消耗从毫瓦级降至微瓦级时，一个崭新现象出现了：为电路提供能量不再需要电网或电池，而是利用周围的各种环境能源，如人们身边微小的振动、光、热和电磁波等。振动在环境中无所不在，与其他能量收集相比应用更为广泛，压电材料作为一种理想的机械能转换材料，具有很高的能量密度，发出的电压高，无需变压器可直接为器件供电，同时没有电磁干扰等优点。

随着人们对智能设备的依赖，如何提高设备的工作能力和应用时间以及如何随时随地的便捷的获得设备所需的电量，将受到人们越来越重视，急需研发一种振动发电装置可以有效的解决能量的收集延长设备的使用时间，可以便捷的为设备供电，将为人们带来更多的体验和应用。

实用新型内容

解决上述问题所采用的技术方案是一种振动发电装置。

本实用新型提供的一种振动发电装置，包括至少一个振室和位于所述振室内的振子；

所述振室包括至少一个压电组件和一个基座；所述的压电组件和所述的基座形成用于封闭所述振子的封闭空间；

所述压电组件将与所述振子接触获得的形变转换成电能传递至所述的基座上。

优选的，所述压电组件包括：弹性体和位于所述弹性体周边的边框；

所述边框包括用于连接所述弹性体的边框电极；

所述弹性体包括弹性膜和设置在所述弹性膜上的压电膜；所述压电膜与所述边框上的边框电极电连接。

优选的，所述基座包括硅片和设置在所述硅片上的电极层；所述电极层包括正极和负极；所述正极和所述负极分别与所述压电组件的边框上的边框电极连接。

优选的，所述振室为多面体。

优选的，所述振室为立方体；所述立方体包括一个由所述基座形成的侧面和由所述压电组件组成的其余侧面。

优选的，所述振子为球形、正方体、圆柱体中的任意一种；所述振子材料选用铜、铁、玻璃、陶瓷中的任意一种。

本实用新型提供的振动发电装置，利用压电材料的压电效应将手摇、行走、机械振动等产生的振动能转换为电能；可以有效的解决能量的收集、延长设备的使用时间，可以便捷的为设备供电，尤其是为手机、可穿戴设备、无线传感器节点等智能设备的能量补充和设备供电。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1中振动发电装置的结构示意图。

图2为本实用新型的实施例1中振动发电装置的侧面剖视图。

图3为本实用新型的实施例1中振室的结构示意图。

图4为本实用新型的实施例1中振室的侧面剖视图。

图5为本实用新型的实施例1中边框侧面图。

图6为本实用新型的实施例1中弹性体的示意图。

图7为本实用新型实施例1中基座的侧面剖视图。

其中，1.基座；2.压电组件；3.边框；31.边框电极；4.正极；5.负极；6.弹性体；61.弹性膜；62.压电膜；7.振子；8.振室。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1：

如图1-7所示，本实施例提供一种振动发电装置，包括至少一个振室和位于所述振室8内的振子；

所述振室8包括至少一个压电组件2和一个基座1；所述的压电组件2和所述的基座1形成用于封闭所述振子的封闭空间；

所述压电组件2将与所述振子7接触获得的形变转换成电能传递至所述的基座1上。

为了介绍的方便本实施例的振动发电装置以具有立方体的振室为例进行介绍；应当理解的是，振室8为多面体也是可以的，其它形状的封闭空间也是适用的。

所述立方体包括一个由所述基座1形成的侧面和由所述压电组件2组成的其余侧面。

本实施例的振动发电装置利用压电组件的压电效应，可以将手摇、行走、机械振动等产生的振子的振动能转换为电能；可以有效的解决能量的收集、延长设备的使用时间，可以便捷的为设备供电，尤其是为手机、可穿戴设备、无线传感器节点等智能设备的能量补充和设备供电。

优选的，如图6所示，所述压电组件2包括：弹性体6和位于所述弹性体6周边的边框3；

如图5所示，所述边框3包括用于连接所述弹性体6的边框电极31；应当理解的是，上述连接一般可以采用金丝键合连接， 在图中没有示出。

如图2和6所示，所述弹性体6包括弹性膜61和设置在所述弹性膜61上的压电膜62；所述压电膜62与所述边框3上的边框电极31电连接。应当理解的是，上述电连接，一般可以采用金丝键合连接(图上没有示出)。

优选的，如图1和图2所示，所述基座1包括硅片(图中没有示出)和设置在所述硅片上的电极层；所述电极层包括正极4和负极5；所述正极4和所述负极5分别于所述压电组件2的边框3上的边框电极31连接(图上没有示出)。

优选的，所述振子7为球形、正方体、圆柱体中的任意一种；应当理解的是其它形状的也可以，振子7的尺寸与所述振室8的尺寸相配合即可。

所述振子7材料选用铜、铁、玻璃、陶瓷中的任意一种。应当理解的是，上述振子7只要形成质量块即可，可通过多方向冲击弹性体6，弹性体6产生振动，压电薄膜62产生压电效应而产生电能。

实施例2

本实施例提供一种上述振动发电装置的制备方法，包括如下步骤：

1)制备基座的步骤：

在硅片上通过光刻工艺制作正极4、负极5及所述正极4、负极5的连接线路；

具体地，在硅片上溅射10nm铜作为电路层，通过打胶、光刻、去胶制作正极4、负极5；通过电镀工艺制作焊盘，便于与电极的连接。其中，基座1的尺寸可以为4000um×4000um×400um。

应当理解的是，上述电路层还可以采用钛、金、银、锡等金属进行溅射、沉积或电镀形成。

应当理解的是，硅片可以是单晶硅或多晶硅。

2)制备压电组件的步骤：

在硅片上通过刻蚀工艺制作位于所述硅片周边的边框3和位于所述边框3内部的弹性膜61；

在硅片上通过溅射和光刻工艺制作位于所述边框3区域的边框电极31；

在所述硅片上形成压电膜62，所述压电膜62与所述的边框电极31连接；

对所述压电膜62进行极化处理，形成正极侧和负极侧；

具体地，采用单晶硅作为基本材料通过刻蚀工艺制作所述压电组件2周边的边框3和位于所述边框3内部的弹性膜61；边框3的尺寸可以为500um×500um×4000um。弹性膜61厚度为150um，可以在厚度为100～500um的范围内选取。

继续在该硅片上溅射10nm的铜作为电路层，并延伸至弹性膜61的左右边缘，通过光刻工艺制作边框电极31；应当理解的是，边框电极31可以设置在边框3的中部，也可以设置在边框3的端部，可以根据后续组装的方便进行选择。

应当理解的是，边框3的厚度一般是弹性体3～5倍，边框的长度是根据发电装置的体积大小确定的，体积越大制作难度越低发电量越大。

边框电极31制作完成后，在弹性膜61上溅射55nm(可以在50～150nm的范围内选择)压电陶瓷，此时遮挡边框3的外围部分，边框3靠内的部分及弹性膜61形成压电膜62；其中，压电膜62在边框电极31的延长部分可以通过接触孔相连，上述的接触孔可以为5个；优选的，接触孔沿接触区域的长度方向上平局分布；

对压电薄膜62经过高温极化处理。具体地，压电陶瓷上加一足够高的直流电场，并保持一定的温度和时间，迫使其电畴转向，或者说迫使其自发极化作定向排列，形成正极侧和负极侧；应当理解的是，该极化处理可以采用现有的方法和设备进行。

3)振室8组装的步骤：

将压电组件2通过硅硅键合完成相互的连接形成半封闭的振室8；其中，使极性相同的相邻压电组件2的边框电极31相接触。

将振子7置于所述半封闭的振室8中；振子7直径可以为500um。

将基座1和所述半封闭的振室8通过硅硅键合完成振室8的组装；其中，基座1的正极4、负极5朝向振室8的外侧。

通过金属键合完成压电组件2的边框电极31分别与基座1上正极4、负极5的连接。

应当理解的是金属键合工艺为现有技术范畴在此不再一一赘述。

优选的，可以根据待供电设备所述电量的情况，还包括将若干个振室8通过并联或串联的方式进行连接的步骤，这样可以对需电量不同的设备进行供电。

本实用新型微型振动发电装置的工作流程如下：在感受外力作用时振子7向带有压电薄膜62的弹性体6产生撞击，弹性体6和压电膜62产生形变和振动，利用压电效应产生电势差，电流通过边框3上的边框电极31流向基座1上的正电极4和负电极5，然后给设备供电。封闭的振室8保证了振子7受任何一个方向的作用都可以产生动能撞击弹性体6产生电能，可以提高效率增加发电量。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种振动发电装置，其特征在于，包括至少一个振室和位于所述振室内的振子；

所述振室包括至少一个压电组件和一个基座；所述的压电组件和所述的基座形成用于封闭所述振子的封闭空间；

所述压电组件将与所述振子接触获得的形变转换成电能传递至所述的基座上。

2.如权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，

所述压电组件包括：弹性体和位于所述弹性体周边的边框；

所述边框包括用于连接所述弹性体的边框电极；

所述弹性体包括弹性膜和设置在所述弹性膜上的压电膜；所述压电膜与所述边框上的边框电极电连接。

3.如权利要求2所述的振动发电装置，其特征在于，

所述基座包括硅片和设置在所述硅片上的电极层；所述电极层包括正极和负极；所述正极和所述负极分别与所述压电组件的边框上的边框电极连接。

4.如权利要求1-3任一所述的振动发电装置，其特征在于，所述振室为多面体。

5.如权利要求4所述的振动发电装置，其特征在于，所述振室为立方体；所述立方体包括一个由所述基座形成的侧面和由所述压电组件组成的其余侧面。

6.如权利要求1-3任一所述的振动发电装置，其特征在于，所述振子为球形、正方体、圆柱体中的任意一种；所述振子材料选用铜、铁、玻璃、陶瓷中的任意一种。