採用壓電陶瓷發電的裝置的製作方法
2023-05-24 02:31:36 2
專利名稱：採用壓電陶瓷發電的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種採用壓電陶瓷發電的裝置，屬能量採集技術或電
子技術。
背景技術：
對某些電介質施加機械力而引起它們內部正負電荷中心相對位移，產
生極化，從而導致介質兩端表面內出現符號相反的束縛電荷。在一定應力範圍內，機械力 與電荷呈線性可逆關係，這種現象稱為壓電效應或正壓電效應。具有壓電效應的陶瓷稱為
壓電陶瓷。末經過極化處理的鐵電陶瓷的自發極化隨積4又向，故沒有壓電性，經極化處理 使其自發極化沿極化方向擇優取向。在撤去極化處理電場後，陶瓷體仍保留著一定的總體 剩餘極化，故使陶資體有了壓電性，成為壓電陶瓷。應用壓電陶瓷的壓電效應，可以將機 械能轉化為電能並作為電源使用，如據報導，德州大學採用壓電器件製造出了一種小型發 電機。該發電機的槳葉連到凸輪上，使圍繞軸排成圓形的一串雙壓電晶片產生振蕩。 一個 採用APC855陶瓷製造的雙壓電晶片可輸出0.935mW的功率，由11個壓電晶片組成的單 元可輸出10.2mW的功率。這種發電機可由時速8-16公裡的風力驅動，能夠為無線傳感 器網絡中的獨立節點提供最多50mW的功率。但這一形式的採用壓電陶瓷發電的裝置具有 轉動部件，由於轉動部件有容易損壞和需要一定成本的特點，提高了這種發電裝置的釆購 和使用成本
發明內容
針對上述不足，本發明要解決的技術問題是如何使採用壓電陶瓷發電 的裝置避免使用轉動部件，從而提出一種不易損壞、費用低廉的採用壓電陶瓷發電的裝置。
本發明提供的採用壓電陶瓷發電的裝置，有壓電陶瓷和與壓電陶瓷電極連接的電能轉 換和儲存電路，且有兩片以上壓電陶瓷堆砌在一起組成發電單元的芯件，發電單元芯件外 包裹彈性材料構成發電單元，發電單元的形狀為細長或扁長，發電單元一端有連接各壓電 陶資極點的電極，另一端為受力裝置用以接受外界的作用力，另有一基板，發電單元安裝 在基板上，基板內有連接各發電單元電極的電能轉換和儲存電路的導體。
本發明提供的採用壓電陶瓷發電的裝置，發電單元的受力裝置是固定翼以接受風力。 當風力吹在固定翼上時，發電單元彎曲和扭曲變形，使內包的芯件中的壓電陶瓷相互之間 發生擠壓而發電。由於風力不是均衡的，是有強弱、方向各種變化的，所以發電元件在這 種有各種變化的風力的作用下有振蕩形式的變形，壓電陶瓷便在這種振蕩中不斷產生電 量。這一形式可作為風力發電場覆蓋於建築物頂面或牆面，或其他任何能受到風力的地方。
本發明提供的採用壓電陶瓷發電的裝置，發電單元的受力裝置是重力塊以接受震動。 因震動而使發電單元在重力塊更大慣性的作用下彎曲或扭曲變形，進而使內包的芯件中的 壓電陶瓷相互之間發生擠壓而發電。震動本身便是振蕩形式的，因此發電單元在震動的場 合裡能不斷地產生電量。這一形式可應用於車載形式或裝載在有震動的其他機器上的發電
裝置。
本發明提供的採用壓電陶瓷發電的裝置，發電單元中的芯件是以壓電陶瓷片與發電元 件軸線傾斜層疊構成的，使在發電元件有彎曲變形時，芯件中的壓電陶瓷之間的擠壓作用 更大，即擠壓方向與壓電陶瓷平面的夾角更小。
本發明提供的採用壓電陶瓷發電的裝置，發電單元的外形為圓柱狀的，其包裹有芯件 的部分的直徑較其餘部分小，以使此處易於彎曲變形而使壓電陶瓷相互之間進行擠壓。
本發明提供的採用壓電陶瓷發電的裝置，將多個壓電陶瓷堆砌後封裝在彈性材料內製 成發電單元，發電單元受到外力作用時產生彎曲或扭曲變形，使壓電陶瓷相互之間產生擠 壓產電，又由於外力不是均恆不變的，所以在外力和彈性材料本身的恢復力的作用下壓電 陶瓷受到脈衝或振蕩形式的擠壓，從而不斷地向電能轉換和儲存電路發送電脈衝。本發明 提供的採用壓電陶瓷發電的裝置，因為沒有任何轉動或運動^L構，不存在磨損等因運動而 造成損壞的可能，且製造成本較低。
圖1為本發明一實施例中發電單元的結構圖，圖中l-風翼，2-包裹壓 電陶瓷段，3-安裝段，4-電極導線；
圖2為本發明另一實施例中發電單元的結構圖，圖中11-重4垂，2-包裹壓電陶瓷段， 3-安裝段，4-電極導線；
圖3為本發明實施例的發電單元中包裹壓電陶瓷段的剖視圖，圖中21 -彈性材料，4-電極導線，5-壓電陶瓷片。
具體實施方式
1、本實施例為利用風力發電的採用壓電陶瓷發電的裝置，如圖1、 3所示，發電元件的主杆部分為圓形截面的柱體，由橡膠製成的上下兩段為實體、中間一 段將壓電陶瓷芯件嵌鑄在其中。上一段安裝有與柱體固定的風翼1，下一段為安裝段3用 以安裝到基板上。中間包裹壓電陶瓷段2內有50片壓電陶瓷5傾斜相疊，每片壓電陶瓷 的兩個電極由導線4並聯連接後從柱體底部導出。所說基板是一可安裝於建築物表面或鋪 設於曠野上的平板，其上有安裝柱體下端的孔和電極導線插孔，其中將各安裝孔下的導線 插孔並聯連接並由總導線51導到電能轉換和儲存電路。該電路輸出端連接用電器。
2、 本實施例為車載的採用壓電陶瓷發電的裝置，如圖2所示，基本結構與上例同， 僅以重錘為重力塊替代風翼，發電元件由重錘ll、包裹壓電陶瓷段2、安裝段3、壓電陶 瓷和導線4構成。使用時基板安裝於車輛或有震動機器的任何空餘部位。
3、 所說彈性材料也可採用如螺旋彈簧包裹防水材料的方案組成，防水材料內包裹芯件。
權利要求
1、一種採用壓電陶瓷發電的裝置，有壓電陶瓷和與壓電陶瓷電極連接的電能轉換和儲存電路，其特徵是有兩片以上壓電陶瓷堆砌在一起組成發電單元的芯件，發電單元芯件外包裹彈性材料構成發電單元，發電單元的形狀為細長或扁長，發電單元一端有連接各壓電陶瓷極點的電極，另一端為受力裝置用以接受外界的作用力，另有一基板，發電單元安裝在基板上，基板內有連接各發電單元電極的電能轉換和儲存電路的導體。
2、 如權利要求1所述的採用壓電陶瓷發電的裝置，其特徵是所說發電單元的受力裝 置是固定翼以接受風力。
3、 如權利要求1所述的採用壓電陶瓷發電的裝置，其特徵是所說發電單元的受力裝 置是重力塊以接受震動。
4、 如權利要求1或2或3所述的採用壓電陶瓷發電的裝置，其特徵是所說發電單元 中的芯件是以壓電陶瓷片與發電元件軸線傾斜層疊構成的。
5、 如權利要求4所述的採用壓電陶瓷發電的裝置，其特徵是所說發電單元的外形為 圓柱狀的，其包裹有芯件的部分的直徑較其餘部分小。
全文摘要
本發明提供的採用壓電陶瓷發電的裝置，有壓電陶瓷和與壓電陶瓷電極連接的電能轉換和儲存電路，且有兩片以上壓電陶瓷堆砌在一起組成發電單元的芯件，發電單元芯件外包裹彈性材料構成發電單元，發電單元的形狀為細長或扁長，發電單元一端有連接各壓電陶瓷極點的電極，另一端為受力裝置用以接受外界的作用力，另有一基板，發電單元安裝在基板上，基板內有連接各發電單元電極的電能轉換和儲存電路的導體。其中發電單元受到外力作用時產生彎曲或扭曲變形，使壓電陶瓷相互之間產生擠壓產電，因為本發明沒有任何轉動或運動機構，不存在磨損等因運動而造成損壞的可能，且製造成本較低。
文檔編號H02N2/18GK101350577SQ200710070180
公開日2009年1月21日 申請日期2007年7月20日 優先權日2007年7月20日
發明者範明玥, 陳少宇 申請人:陳少宇;範明玥