專利名稱：采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，屬能量采集技術(shù)或電
子技術(shù)。
背景技術(shù)：
對某些電介質(zhì)施加機械力而引起它們內(nèi)部正負電荷中心相對位移，產(chǎn)
生極化，從而導致介質(zhì)兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號相反的束縛電荷。在一定應力范圍內(nèi)，機械力 與電荷呈線性可逆關(guān)系，這種現(xiàn)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(jīng)過極化處理的鐵電陶瓷的自發(fā)極化隨積4又向，故沒有壓電性，經(jīng)極化處理 使其自發(fā)極化沿極化方向擇優(yōu)取向。在撤去極化處理電場后，陶瓷體仍保留著一定的總體 剩余極化，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(zhuǎn)化為電能并作為電源使用，如據(jù)報道，德州大學采用壓電器件制造出了一種小型發(fā) 電機。該發(fā)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(chǎn)生振蕩。 一個 采用APC855陶瓷制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(fā)電機可由時速8-16公里的風力驅(qū)動，能夠為無線傳感 器網(wǎng)絡中的獨立節(jié)點提供最多50mW的功率。但這一形式的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置具有 轉(zhuǎn)動部件，由于轉(zhuǎn)動部件有容易損壞和需要一定成本的特點，提高了這種發(fā)電裝置的釆購 和使用成本
發(fā)明內(nèi)容
針對上述不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何使采用壓電陶瓷發(fā)電 的裝置避免使用轉(zhuǎn)動部件，從而提出一種不易損壞、費用低廉的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置。
本發(fā)明提供的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，有壓電陶瓷和與壓電陶瓷電極連接的電能轉(zhuǎn) 換和儲存電路，且有兩片以上壓電陶瓷堆砌在一起組成發(fā)電單元的芯件，發(fā)電單元芯件外 包裹彈性材料構(gòu)成發(fā)電單元，發(fā)電單元的形狀為細長或扁長，發(fā)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(fā)電單元安裝 在基板上，基板內(nèi)有連接各發(fā)電單元電極的電能轉(zhuǎn)換和儲存電路的導體。
本發(fā)明提供的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，發(fā)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(fā)電單元彎曲和扭曲變形，使內(nèi)包的芯件中的壓電陶瓷相互之間 發(fā)生擠壓而發(fā)電。由于風力不是均衡的，是有強弱、方向各種變化的，所以發(fā)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(chǎn)生電 量。這一形式可作為風力發(fā)電場覆蓋于建筑物頂面或墻面，或其他任何能受到風力的地方。
本發(fā)明提供的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，發(fā)電單元的受力裝置是重力塊以接受震動。 因震動而使發(fā)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(nèi)包的芯件中的 壓電陶瓷相互之間發(fā)生擠壓而發(fā)電。震動本身便是振蕩形式的，因此發(fā)電單元在震動的場 合里能不斷地產(chǎn)生電量。這一形式可應用于車載形式或裝載在有震動的其他機器上的發(fā)電
裝置。
本發(fā)明提供的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，發(fā)電單元中的芯件是以壓電陶瓷片與發(fā)電元 件軸線傾斜層疊構(gòu)成的，使在發(fā)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(fā)明提供的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，發(fā)電單元的外形為圓柱狀的，其包裹有芯件 的部分的直徑較其余部分小，以使此處易于彎曲變形而使壓電陶瓷相互之間進行擠壓。
本發(fā)明提供的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，將多個壓電陶瓷堆砌后封裝在彈性材料內(nèi)制 成發(fā)電單元，發(fā)電單元受到外力作用時產(chǎn)生彎曲或扭曲變形，使壓電陶瓷相互之間產(chǎn)生擠 壓產(chǎn)電，又由于外力不是均恒不變的，所以在外力和彈性材料本身的恢復力的作用下壓電 陶瓷受到脈沖或振蕩形式的擠壓，從而不斷地向電能轉(zhuǎn)換和儲存電路發(fā)送電脈沖。本發(fā)明 提供的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，因為沒有任何轉(zhuǎn)動或運動^L構(gòu)，不存在磨損等因運動而 造成損壞的可能，且制造成本較低。


圖1為本發(fā)明一實施例中發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)圖，圖中l(wèi)-風翼，2-包裹壓 電陶瓷段，3-安裝段，4-電極導線；
圖2為本發(fā)明另一實施例中發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)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(fā)明實施例的發(fā)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(fā)電的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，如圖1、 3所示，發(fā)電元件的主桿部分為圓形截面的柱體，由橡膠制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(nèi)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并聯(lián)連接后從柱體底部導出。所說基板是一可安裝于建筑物表面或鋪 設(shè)于曠野上的平板，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 插孔并聯(lián)連接并由總導線51導到電能轉(zhuǎn)換和儲存電路。該電路輸出端連接用電器。
2、 本實施例為車載的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，如圖2所示，基本結(jié)構(gòu)與上例同， 僅以重錘為重力塊替代風翼，發(fā)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(gòu)成。使用時基板安裝于車輛或有震動機器的任何空余部位。
3、 所說彈性材料也可采用如螺旋彈簧包裹防水材料的方案組成，防水材料內(nèi)包裹芯件。
權(quán)利要求
1、一種采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，有壓電陶瓷和與壓電陶瓷電極連接的電能轉(zhuǎn)換和儲存電路，其特征是有兩片以上壓電陶瓷堆砌在一起組成發(fā)電單元的芯件，發(fā)電單元芯件外包裹彈性材料構(gòu)成發(fā)電單元，發(fā)電單元的形狀為細長或扁長，發(fā)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(fā)電單元安裝在基板上，基板內(nèi)有連接各發(fā)電單元電極的電能轉(zhuǎn)換和儲存電路的導體。
2、 如權(quán)利要求1所述的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，其特征是所說發(fā)電單元的受力裝 置是固定翼以接受風力。
3、 如權(quán)利要求1所述的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，其特征是所說發(fā)電單元的受力裝 置是重力塊以接受震動。
4、 如權(quán)利要求1或2或3所述的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，其特征是所說發(fā)電單元 中的芯件是以壓電陶瓷片與發(fā)電元件軸線傾斜層疊構(gòu)成的。
5、 如權(quán)利要求4所述的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，其特征是所說發(fā)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余部分小。
全文摘要
本發(fā)明提供的采用壓電陶瓷發(fā)電的裝置，有壓電陶瓷和與壓電陶瓷電極連接的電能轉(zhuǎn)換和儲存電路，且有兩片以上壓電陶瓷堆砌在一起組成發(fā)電單元的芯件，發(fā)電單元芯件外包裹彈性材料構(gòu)成發(fā)電單元，發(fā)電單元的形狀為細長或扁長，發(fā)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(fā)電單元安裝在基板上，基板內(nèi)有連接各發(fā)電單元電極的電能轉(zhuǎn)換和儲存電路的導體。其中發(fā)電單元受到外力作用時產(chǎn)生彎曲或扭曲變形，使壓電陶瓷相互之間產(chǎn)生擠壓產(chǎn)電，因為本發(fā)明沒有任何轉(zhuǎn)動或運動機構(gòu)，不存在磨損等因運動而造成損壞的可能，且制造成本較低。
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(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者范明玥, 陳少宇 申請人:陳少宇;范明玥