一種橋拱狀壓電發電裝置的製作方法

2023-05-21 09:46:11 3

專利名稱：一種橋拱狀壓電發電裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及能源技術領域，特別是涉及一種橋拱狀壓電發電裝置。
背景技術：
隨著可攜帶電子器件和無線傳感網絡在過去幾十年的快速發展，依靠傳統的電化學電池提供能量存在諸多弊端。隨著複雜數字系統集成技術的高速發展，微電子器件在尺寸和能耗方面大大減小，然而這些器件的電源由於體積較大，成為其發展的瓶頸之一。而電池相對於微電子器件而言體積龐大、壽命短、化學毒性汙染嚴重，而且需要定期更換，這給處於遠距離需要長時間提供能量的無線傳感器帶來了很多的不便和經濟負擔；尤其對於嵌入在衣服、人體和動物體內的電子系統，更換電池是相當困難甚至是不可能的事情。因此，為了獲得長期甚至無限生命周期的自主供電系統，各國研究者研究從周圍環境中收集能量以便給電子器件供電，目的是取代傳統電池為MEMS和低功耗的無線傳感網絡供電。把周圍環境存在的能量(包括熱能、風能、聲能、水能、太陽能、電磁波、光、機械振動能和人類活動能等)的一種或者多種收集起來轉換成電能，然後直接給電子器件供電或者存儲在電容器、超級電容器或可充電的電池等儲能器件中，這個過程即為能量收集。從各種能量源中收集能量的方法有電磁式、靜電式和壓電式等三類。與其他的發電原理相比，壓電發電具有結構簡單、不發熱、無電磁幹擾、無汙染和易於實現機構的微小化、集成化等諸多優點，且能滿足此類低耗能產品的供能需求。
在壓電發電領域目前使用較多的是懸臂梁式壓電發電裝置、Moonie型和Cymbal型壓電發電裝置。從目前研究來看，懸臂梁式壓電發電裝置具有低頻、能量轉換效率高等優點，但其承載能力有限，在大應力作用下容易斷裂。Moonie型壓電發電裝置粘結和製作簡單，但其粘結層邊緣處由於厚度過大而產生較大的應力集中，影響能量轉換效率。Cymbal型壓電發電裝置相比懸臂梁式承載能力有所提高，彎曲變形較大，應用比較廣泛。Cymbal型壓電發電裝置由於其凸形結構及薄金屬端帽結構，因此其耐壓能力有限，當壓力過大時，金屬端帽將發生永久變形，空腔塌陷而失效。因此在一些大應力使用環境下，就需要尋求一種能夠承受較大載荷並且有較高發電效率的壓電發電裝置。發明內容
本發明主要解決的技術問題是提供一種橋拱狀壓電發電裝置，能夠放置在路面下，承受來自路面車輛較大的軸載作用，剛度較好，能量轉換效率較高，使用壽命長。
為解決上述技術問題，本發明採用的一個技術方案是:提供一種橋拱狀壓電發電裝置，包括:壓電陶瓷和對稱粘結在壓電陶瓷上下兩面的金屬外殼，所述金屬外殼呈橋拱狀變截面形狀，金屬外殼中部較薄，靠近與所述壓電陶瓷粘結處較厚。
優選的是，所述金屬外殼通過環氧樹脂與所述壓電陶瓷粘結在一起。
本發明的有益效果是:本發明能夠放置在路面下，承受來自路面車輛較大的軸載作用，剛度較好，能量轉換效率較高，使用壽命長。


圖1是本發明一種橋拱狀壓電發電裝置的主視結構示意圖；圖2是所示一種橋拱狀壓電發電裝置的A-A截面示意圖；附圖中各部件的標記如下:1、金屬外殼；2、壓電陶瓷。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特徵能更易於被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護範圍做出更為清楚明確的界定。
請參閱圖1和圖2，本發明實施例包括: 一種橋拱狀壓電發電裝置，包括:壓電陶瓷2和通過環氧樹脂對稱粘結在壓電陶瓷2上下兩面的金屬外殼1，所述金屬外殼I呈橋拱狀變截面形狀，金屬外殼I中部較薄，靠近與所述壓電陶瓷2粘結處較厚。金屬外殼I設計成橋拱狀，一方面減少其厚度，還使其厚度沿著徑向連續變化，相應減少與壓電陶瓷2粘結邊緣的應力，同時還可以提高金屬外殼I軸向振動位移轉換為徑向振動位移的比率。
路面在使用過程中要承受車輛軸載的反覆作用，從而產生應力、應變以及一定程度的振動。壓電材料的正壓電效應就是受到外力產生變形時，會引起材料內部正負電荷中心發生相對位移而產生電的極化，從而導致材料兩個表面上出現符號相反的束縛電荷，可以把機械能轉化成電能。本發明放置在路面下，承受來自路面車輛較大的軸載作用，剛度較好，能量轉換效率較高，使用壽命長。
以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在 本發明的專利保護範圍內。
權利要求
1.一種橋拱狀壓電發電裝置，其特徵在於，包括:壓電陶瓷(2)和對稱粘結在壓電陶瓷(2)上下兩面的金屬外殼(I )，所述金屬外殼(I)呈橋拱狀變截面形狀，金屬外殼(I)中部較薄，靠近與所述壓電陶瓷(2)粘結處較厚。
2.根據權利要求1所述的一種橋拱狀壓電發電裝置，其特徵在於:所述金屬外殼(I)通過環氧樹脂與所述壓電陶瓷(2)粘結在一起。
全文摘要
本發明公開了一種橋拱狀壓電發電裝置，包括壓電陶瓷和對稱粘結在壓電陶瓷上下兩面的金屬外殼，所述金屬外殼呈橋拱狀變截面形狀，金屬外殼中部較薄，靠近與所述壓電陶瓷粘結處較厚。通過上述方式，本發明能夠放置在路面下，承受來自路面車輛較大的軸載作用，剛度較好，能量轉換效率較高，使用壽命長。
文檔編號H02N2/18GK103138627SQ20131010351
公開日2013年6月5日 申請日期2013年3月27日 優先權日2013年3月27日
發明者汪紅兵, 孫春華, 李志榮, 李振興 申請人:蘇州市職業大學