專利名稱:高承載的壓電發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種高承載的壓電發(fā)電裝置,屬于電力領(lǐng)域。
技術(shù)背景能源問題是當(dāng)今最為關(guān)注的問題之一,各國科技工作者一直在努力尋找和開發(fā)新能源來 解決能源缺乏和使用傳統(tǒng)能源時存在的問題。目前,對于大多數(shù)微電子產(chǎn)品,電池供電以其 電量穩(wěn)定,易滿足微電子產(chǎn)品能量需求等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛應(yīng)用。但是,傳統(tǒng)電池仍然具有一 些無法改變的缺點(diǎn),體積大,質(zhì)量大,供能壽命有限,需要定期更換,以及由此所帶來的材 料浪費(fèi),環(huán)境污染等問題不容忽視,尤其對于目前發(fā)展迅速的無線網(wǎng)絡(luò)和嵌入式系統(tǒng)來說時 ,電池供電的這種缺陷更明顯。隨著網(wǎng)絡(luò)分布的廣泛,微器件數(shù)目越來越龐大,并且由于有 些微器件的工作位置難以再觸及(比如人體內(nèi),戰(zhàn)場,動物群體等),電池更換變得極為不 便甚至于不可能,除此之外,在許多不能提供能源或者易燃易爆等危險場合,電池更換問題 難以解決。因此,如何向微電子產(chǎn)品無線供能已經(jīng)成為當(dāng)前迫切需要解決的問題。 一個有效 的方法就是直接從微電子器件的工作環(huán)境中俘獲能量并為其供能。通過能量轉(zhuǎn)化裝置把自然 界的振動能俘獲并轉(zhuǎn)化為電能,同時進(jìn)行電能存儲并為微電子器件供能。壓電材料具有良好 的力電轉(zhuǎn)換特性,是制造這類微電子器件供能器件的最優(yōu)選擇,由壓電材料制造成的發(fā)電裝 置具有結(jié)構(gòu)簡單、不發(fā)熱、無電磁干擾、無污染、易于加工制作和實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的微小化、集成 化等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。目前常見報道的壓電發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)為懸臂梁型。但是,這類懸臂梁型 壓電發(fā)電裝置承載能力小,在高載的情況下很容易折斷致使不能正常工作,且結(jié)構(gòu)尺寸較大 ,不能滿足現(xiàn)代微電子器件的微型化發(fā)展需要。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決懸臂梁型壓電發(fā)電裝置承載能力小,在高載的情況下很容易折斷致 使不能正常工作,且結(jié)構(gòu)尺寸較大,不能滿足現(xiàn)代微電子器件的微型化發(fā)展需要的問題,提 供了一種高承載的壓電發(fā)電裝置。本發(fā)明包括金屬環(huán)、金屬薄片、壓電元件和金屬槽鈸片,沿金屬環(huán)的上環(huán)面和下環(huán)面由 內(nèi)向外依次對稱設(shè)置有金屬薄片、壓電元件和金屬槽鈸片,金屬環(huán)的上下環(huán)面分別與一個金 屬薄片固定連接,所述金屬薄片與壓電元件固定連接,所述壓電元件與金屬槽鈸片固定連接 ,金屬槽鈸片為中間向外側(cè)凸起的金屬槽鈸片,金屬環(huán)引出線作為一個電極,兩個金屬槽鈸載能力大;采用圓盤夾心式結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)尺寸小,穩(wěn)定性好。
圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖,圖2是圖1的俯視圖,圖3是圖1的A-A剖視圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1至圖3說明本實(shí)施方式,本實(shí)施方式包括金屬環(huán)l、金屬 、壓電元件3和金屬槽鈸片4,沿金屬環(huán)l的上環(huán)面和下環(huán)面由內(nèi)向外依次對稱設(shè)置有金屬 薄片2、壓電元件3和金屬槽鈸片4,金屬環(huán)1的上下環(huán)面分別與一個金屬薄片2固定連接,所 述金屬薄片2與壓電元件3固定連接,所述壓電元件3與金屬槽鈸片4固定連接,金屬槽鈸片4 為中間向外側(cè)凸起的金屬槽鈸片,金屬環(huán)l引出線作為一個電極,兩個金屬槽鈸片4的引出線 連接在一起作為另一個電極,兩個壓電元件3縱向極化且極化方向相反。金屬環(huán)l采用鋼或鋁材質(zhì)進(jìn)行加工;金屬薄片2采用鈹青銅材質(zhì)進(jìn)行加工,鈹青銅材質(zhì)具 有彈性模量大、高導(dǎo)電性、抗腐蝕性強(qiáng)及彈性滯后小等優(yōu)點(diǎn);壓電元件3采用PZT-5H型壓電 陶瓷片或者其他壓電材料;金屬槽鈸片4采用鋼或銅材質(zhì)進(jìn)行加工制造。本實(shí)施方式中各部件之間進(jìn)行固定連接的方式采用膠粘接。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于,金屬槽鈸片4包括圓臺面 4-l和環(huán)形面4-2,環(huán)形面4-2的內(nèi)環(huán)面連接圓臺面4-l的大端環(huán)面,圓臺面4-l和環(huán)形面4-2為 一體件,其它組成和連接結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與實(shí)施方式二的不同之處在于,金屬槽鈸片4還包括環(huán)形 槽4-3,環(huán)形槽4-3設(shè)置在圓臺面4-l和環(huán)形面4-2的連接處,其它組成和連接結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式 二相同。金屬槽鈸片4通過沖壓一次成型,再利用電火花腐蝕加工的方法進(jìn)行環(huán)形槽4-3的加工, 環(huán)形槽4-3位置位于金屬槽鈸片4的圓臺面4-l和環(huán)形面4-2結(jié)合處,槽寬和槽深可根據(jù)需要進(jìn) 行合理設(shè)計。由于金屬槽鈸片4加工了環(huán)形槽4-3,減小了環(huán)向機(jī)械應(yīng)力損耗,提高了機(jī)電能量轉(zhuǎn)換率 工作原理本發(fā)明的壓電發(fā)電裝置, 一端的金屬槽鈸片4固定,另一端的金屬槽鈸片4與外載相互作 用。當(dāng)所述另一端的金屬槽鈸片4受到外載作用時,金屬槽鈸片4將發(fā)生徑向收縮變形,使得兩個壓電元件3產(chǎn)生以d31模式為主的徑向收縮變形,由于正壓電效應(yīng),壓電元件3將機(jī)械能 轉(zhuǎn)化為電能。產(chǎn)生的電能由兩個電極引出。
本發(fā)明裝置的兩個電極與電能存儲裝置連接,將其產(chǎn)生的電能通過電能存儲裝置儲存起 來,以供低耗能的微電子器件使用,電能存儲裝置可以選用電容或電池。
采用金屬槽鈸片4與外載荷接觸,承載能力大;采用圓盤夾心式結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)尺寸小,穩(wěn) 定性好。
權(quán)利要求
1.高承載的壓電發(fā)電裝置,其特征在于,它包括金屬環(huán)(1)、金屬薄片(2)、壓電元件(3)和金屬槽鈸片(4),沿金屬環(huán)(1)的上環(huán)面和下環(huán)面由內(nèi)向外依次對稱設(shè)置有金屬薄片(2)、壓電元件(3)和金屬槽鈸片(4),金屬環(huán)(1)的上下環(huán)面分別與一個金屬薄片(2)固定連接,所述金屬薄片(2)與壓電元件(3)固定連接,所述壓電元件(3)與金屬槽鈸片(4)固定連接,金屬槽鈸片(4)為中間向外側(cè)凸起的金屬槽鈸片,金屬環(huán)(1)引出線作為一個電極,兩個金屬槽鈸片(4)的引出線連接在一起作為另一個電極,兩個壓電元件(3)縱向極化且極化方向相反。
2 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高承載的壓電發(fā)電裝置,其特征在于,金屬 槽鈸片(4)包括圓臺面(4-1)和環(huán)形面(4-2),環(huán)形面(4-2)的內(nèi)環(huán)面連接圓臺面( 4-1)的大端環(huán)面,圓臺面(4-1)和環(huán)形面(4-2)為一體件。
3 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高承載的壓電發(fā)電裝置,其特征在于,金屬 槽鈸片(4)還包括環(huán)形槽(4-3),環(huán)形槽(4-3)設(shè)置在圓臺面(4-1)和環(huán)形面(4-2) 的連接處。
4 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高承載的壓電發(fā)電裝置,其特征在于,金屬 環(huán)(1)采用鋼或鋁材質(zhì)。
5 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高承載的壓電發(fā)電裝置,其特征在于,金屬 薄片(2)采用鈹青銅材質(zhì)。
6 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高承載的壓電發(fā)電裝置,其特征在于,壓電 元件(3)采用PZT-5H型壓電陶瓷片。
7 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高承載的壓電發(fā)電裝置,其特征在于,金屬 槽鈸片(4)采用鋼或銅材質(zhì)。
全文摘要
高承載的壓電發(fā)電裝置,屬于電力領(lǐng)域,本發(fā)明為了解決懸臂梁型壓電發(fā)電裝置承載能力小,在高載的情況下很容易折斷致使不能正常工作,且結(jié)構(gòu)尺寸較大,不能滿足現(xiàn)代微電子器件的微型化發(fā)展需要的問題。本發(fā)明包括金屬環(huán)、金屬薄片、壓電元件和金屬槽鈸片,沿金屬環(huán)的上環(huán)面和下環(huán)面由內(nèi)向外依次對稱設(shè)置有金屬薄片、壓電元件和金屬槽鈸片,金屬環(huán)的上下環(huán)面分別與一個金屬薄片固定連接,所述金屬薄片與壓電元件固定連接,所述壓電元件與金屬槽鈸片固定連接,金屬槽鈸片中間向外側(cè)凸起,金屬環(huán)引出線作為一個電極,兩個金屬槽鈸片的引出線連接在一起作為另一個電極,兩個壓電元件縱向極化且極化方向相反。本發(fā)明用于給低耗能的微電子器件供電。
文檔編號H02N2/18GK101656494SQ20091030725
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者單小彪, 袁江波, 濤 謝, 陳維山 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)