TWI415370B - 壓電發電機 - Google Patents

Description

壓電發電機

本發明涉及一種發電機，尤其涉及一種壓電發電機。

隨著有限傳統資源不斷消耗，能源問題變得越來越突出。隨之而來係尋找新的替代能源，例如，風能、水能及太陽能等。然而，自然界存在許多容易被人忽略之能量形式，例如人體運動、肌肉收縮等所產生之機械能；聲波產生之震動能等等。如果可以將這些微小動能轉化為電能，則可以節省大量不可再生能源。

有鑒於此，有必要提供一種利用微小動能實現發電之壓電發電機。

一種壓電發電機，其包括第一框架、第二框架、第一導體、第二導體、一奈米線陣列及一微電極陣列，所述第一框架與所述第二框架由絕緣材料製成，所述第一框架及第二框架相對設置，並通過彈性件連接，所述第一導體固定於第一框架面向第二框架一側，所述第二導體固定於第二框架面向第一框架一側，所述奈米線陣列由壓電材料製成，所述奈米線陣列從所述第一導體面向第二框架之表面向第二框架方向延伸形成，所述微電極陣列由導電材料製成，所述微電極陣列呈柱狀且從所述第二導體面向第一框架 之表面垂直向第一框架方向延伸形成，所述微電極陣列與所述奈米線陣列一一對應，所述微電極陣列之硬度大於所述奈米線陣列之硬度。

由於當該壓電發電機之一個框架固定，有外界震動波傳到另一個框架上時，會使另一框架不斷產生相對靠近與遠離之震動，從而不斷壓迫奈米線產生電荷進行發電。利用該壓電發電機可以於存在微小震動之環境中提供電能，減少對現有能源之消耗。

1‧‧‧壓電發電機

10‧‧‧第一框架

11‧‧‧第一側壁

11a‧‧‧導槽11a

11b‧‧‧卡口

11c‧‧‧卡鉤

12‧‧‧底板

12a‧‧‧第一內表面

20‧‧‧第二框架

21‧‧‧第二側壁

21a‧‧‧卡合部

21b‧‧‧第二卡鉤

22‧‧‧頂板

22a‧‧‧第二內表面

30‧‧‧第一導體

31‧‧‧第一表面

32‧‧‧第二表面

40‧‧‧第二導體

41‧‧‧第三表面

42‧‧‧第四表面

50‧‧‧奈米線陣列

60‧‧‧微電極陣列

70‧‧‧蓋片

80‧‧‧彈性件

圖1為本發明提供之壓電發電機示意圖；圖2為圖1之壓電發電機受壓前之狀態示意圖；圖3為圖1之壓電發電機受壓後之狀態示意圖；圖4為圖1之壓電發電機之立體組合示意圖。

下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步之詳細描述。

請參閱圖1及圖4，為本發明提供之壓電發電機1，其包括第一框架10、第二框架20、第一導體30、第二導體40、奈米線陣列50、微電極陣列60、蓋片70及彈性件80。

所述第二框架20採用絕緣材料製成。所述第二框架20由兩個相對之第二側壁21及一個頂板22組成。所述頂板22具有第二內表面22a。所述第二側壁21端部具有台階形卡合部21a。在卡合部21a的下表面具有四個第二卡鉤21b。該第二卡鉤21b可以直接形成於所述卡合部21a上或利用膠粘於所述卡合部21a上。本實施方式中 ，採用直接於所述卡合部21a上製成第二卡鉤21b。

所述第一框架10與所述第二框架20相對設置，所述第一框架10採用絕緣材料製成。所述第一框架10由兩個相對之第一側壁11及一個底板12組成。所述底板12具有第一內表面12a。所述第一框架10之第一側壁11開有導槽11a，所述導槽11a開口處設有內凹之卡口11b，所述導槽11a底部具有四個第一卡鉤11c。所述第一卡鉤11c之位置與所述第二卡鉤21b相對應。該第一卡鉤11c可以直接形成於所述導槽11a底部或利用膠粘於所述導槽11a底部。本實施方式中，採用直接於所述導槽11a底部製成第一卡鉤11c。所述導槽11a寬度M與所述第二側壁21之台階形卡合部21a寬度N相當，所述卡口11b開口寬度P小於所述第二側壁21之台階形卡合部21a寬度N。保證所述第一框架10與所述第二框架20相對滑動時不會脫開。本實施方式中，所述卡口11b開口寬度P與所述第二側壁21璧厚S相當。

所述第一導體30具有第一表面31及第二表面32。所述第一導體30固定於所述第一框架10面向第二框架20一側。本實施方式中，利用膠將所述第一導體30之第二表面32粘結於所述第一框架10底板12之第一內表面12a上。所述奈米線陣列50從所述第一表面31向遠離第一表面31的方向延伸形成，其由複數個相同長度之奈米線排列而成，所述奈米線陣列50由壓電材料製成，壓電材料可以係氧化鋅、氮化鋁或鋯鈦酸鉛。本實施方式中採用於第一表面31上生長出氧化鋅奈米線陣列。

所述第二導體40具有第三表面41及第四表面42。所述第二導體40 固定於所述第二框架20面向第一框架10一側。本實施方式中，利用膠將所述第二導體40之第四表面42粘結於所述第二框架20頂板22之第二內表面22a上。可以理解，所述第一表面31及所述第三表面41可以為兩平行之曲面。所述微電極陣列60從所述第三表面41向遠離第三表面41方向延伸形成，其由複數個相同長度之電極體排列而成，所述微電極陣列60由超精加工之金屬柱組成。所述微電極陣列60由導電材料製成，導電材料可以係金或銅。本實施方式中採用超精加工之金質金屬柱組成微電極陣列60。所述微電極陣列60之硬度大於所述奈米線陣列50之硬度。所述微電極陣列60於第三表面41上之排列位置與所述奈米線陣列50於所述第一表面31上之排列位置一一對應。由於採用微電極陣列60作為電極，而不係一整塊金屬板作為電極，所以於微電極陣列60與所述奈米線陣列50衝擊時，微電極陣列60具有剛性小優點，對奈米線陣列50衝擊強度小，從而可以延長奈米線陣列50使用壽命。

所述第一框架10及第二框架20通過所述彈性件80連接。本實施方式中，所述彈性件80為四個彈簧，所述彈性件80容置於所述導槽11a內，並且所述彈性件80一端勾於所述第一卡鉤11c上，另一端勾於所述第二卡鉤21b上。可以理解，所述彈性件80還可以為彈片等彈性元件。蓋片70用於封閉所述導槽11a兩側，保證所述第二框架20之第二側壁21於所述導槽11a中沿一個方向滑動。本實施方式中，所述蓋片70採用四個薄片粘於所述導槽11a兩側。

請參閱圖2及圖3，受壓前所述微電極陣列60與所述奈米線陣列50之間有一間隙h，使得所述奈米線陣列50能夠進行一定程度上之 振動或形變。所述間隙h小於所述第一框架10與第二框架20之間之相對位移量，從而保證當受到外界震動時，所述微電極陣列60可以壓迫到所述奈米線陣列50。由於所述微電極陣列60之硬度大於所述奈米線陣列50之硬度，所以使得所述奈米線陣列50彎曲變形。所述奈米線陣列50受壓產生電荷，通過第一導體30及第二導體40輸出電流，實現發電。

所述彈性件80還用於當所述微電極陣列60與所述奈米線陣列50之間出現間隙時為第一框架10及第二框架20提供拉力；當所述奈米線陣列50彎曲到最大程度時，為第一框架10及第二框架20提供彈力，使得所述第一框架10及第二框架20之間震動更加連續。

由於當該壓電發電機之一個框架固定，有外界震動波傳到另一個框架上時，會使另一框架不斷產生相對靠近與遠離的震動，從而不斷壓迫奈米線產生電荷進行發電。利用該壓電發電機可以於存在微小震動之環境中提供電能，減少對現有能源之消耗。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

1‧‧‧壓電發電機

10‧‧‧第一框架

11‧‧‧第一側壁

11a‧‧‧導槽11a

11b‧‧‧卡口

11c‧‧‧卡鉤

12‧‧‧底板

12a‧‧‧第一內表面

20‧‧‧第二框架

21‧‧‧第二側壁

21a‧‧‧卡合部

21b‧‧‧第二卡鉤

22‧‧‧頂板

22a‧‧‧第二內表面

30‧‧‧第一導體

31‧‧‧第一表面

32‧‧‧第二表面

40‧‧‧第二導體

41‧‧‧第三表面

42‧‧‧第四表面

50‧‧‧奈米線陣列

60‧‧‧微電極陣列

70‧‧‧蓋片

80‧‧‧彈性件

Claims (7)

1. 一種壓電發電機，其包括第一框架、第二框架、第一導體、第二導體、一奈米線陣列及一微電極陣列，所述第一框架與所述第二框架由絕緣材料製成，所述第一框架及第二框架相對設置，並通過彈性件連接，所述第一導體固定於第一框架面向第二框架一側，所述第二導體固定於第二框架面向第一框架一側，所述奈米線陣列由壓電材料製成，所述奈米線陣列從所述第一導體面向第二框架之表面向第二框架方向延伸形成，所述微電極陣列由導電材料製成，所述微電極陣列呈柱狀且從所述第二導體面向第一框架之表面垂直向第一框架方向延伸形成，所述微電極陣列與所述奈米線陣列一一對應，所述微電極陣列之硬度大於所述奈米線陣列之硬度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之壓電發電機，其中，所述奈米線陣列由複數個長度相同之奈米線排列而成，所述微電極陣列由複數個長度相同之電極體排列而成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之壓電發電機，其中，所述彈性件為彈簧。
4. 如申請專利範圍第1項所述之壓電發電機，其中，所述奈米線陣列由氧化鋅、氮化鋁或鋯鈦酸鉛製成。
5. 如申請專利範圍第1項所述之壓電發電機，其中，所述微電極陣列由金或銅製成。
6. 如申請專利範圍第1項所述之壓電發電機，其中，所述微電極陣 列之電極體為超精加工的金屬柱。
7. 如申請專利範圍第1項所述之壓電發電機，其中，所述第一導體及所述第二導體為金屬板。