[發明專利]基于壓電晶體頻率轉換機構的微型發電裝置

無效

• 申請號: 200910055962.6
• 申請日: 2009-08-06
• 公開（公告）號: CN101621258A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 張衛平;秦奎;陳文元;吳校生;崔峰;劉武
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種微機電技術領域的發電裝置，具體是一種基于壓電晶體 頻率轉換機構的微型發電裝置。

背景技術

近年來，隨著集成電路技術和微/納機電系統(MEMS/NEMS)技術的不斷發展， 無線傳感網絡節點及便攜式微電子產品的應用越來越廣泛，目前微器件的電源供 給主要是靠化學電池，利用微型化學電池供電存在一個明顯的不足就是電池總能 量有限，使用壽命短，但隨著節點體積減小和使用數量迅速增加，更換大量的耗 盡電池變得非常困難，微機電系統由于具有體積小、能耗低的優點而得到了廣泛 的應用，因此利用微機電系統來進行發電具有廣泛的應用前景。

如果能夠利用自然界的振動來產生器件工作的電量，那將使得能量來源極 為廣泛，目前主要有三種能量轉換形式可以實現環境振動能到電能的轉換，即： 壓電轉換、電磁轉換和靜電轉換。目前自然界中的振動多為低頻振動，要想利用 這些振動來產生電力，有必須把低頻振動轉化為高頻振動來提高轉換利用效率。

通過對現有技術文獻的檢索發現，中國專利授權公告號CN?2505614Y，公開 了一種基于電磁轉換的振動發電裝置，此裝置直接利用自然界的振動來發電，然 而自然界的振動多為低頻振動，要想得到較高的發電效率，需要利用必要的頻率 轉換機構來升高頻率，此外基于電磁轉換的發電裝置具有輸出電壓低、兼容性差、 存在電磁干擾等缺點。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基于壓電晶體頻率轉換機構 的微型發電裝置，具有輸出電壓高、轉換密度高、工作可靠、適應性強的突出優 點。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：基體、頻率轉換機構和 一組或多組發電機構，其中：頻率轉換機構固定設置于基體的頂部，發電機構固 定設置于基體的內部并與基體相接觸，頻率轉換機構和發電機構相互平行。

所述的基體為無頂矩形體結構；

所述的頻率轉換機構包括：上層平面彈簧、上表面永磁體、永磁體支撐平 臺和下表面永磁體，其中：上層平面彈簧的兩端分別連接基體和頂部和永磁體支 撐平臺，上表面永磁體和下表面永磁體分別位于永磁體支撐平臺的上下兩側并在 豎直方向上下振動。

所述的發電機構包括：壓電材料、金屬電極、彈性支撐層和軟磁金屬層， 其中：彈性支撐層的一端固定設置于基體內部，彈性支撐層的另一端的上表面設 有軟磁金屬層，壓電材料的上下表面分別與金屬電極和彈性支撐層固定連接。

所述的該軟磁金屬層的位置在下表面永磁體的豎直方向的投影范圍內，且 軟磁金屬層的豎直方向有效面積小于等于下表面永磁體的豎直方向有效面積。

本發明通過頻率轉換機構能有效地利用自然界中的低頻振動能量，由上層 平面彈簧和永磁體組成的結構在受到外界振動特別是垂直于彈簧所在的平面的 振動作用時，永磁體將會產生振動，永磁體與彈性支撐層上的軟磁金屬層材料具 有相互之間的吸引力，因而永磁體的振動可以帶動下面的軟磁金屬層材料的振 動，軟磁金屬層材料與彈性支撐層連為一體，因而彈性支撐層也隨之振動，并且 彈性支撐層有更高的共振頻率，因此實現了頻率轉換的目的；而當彈性支撐層上 下往復振動時，其表面的壓電材料層也將不斷的受到壓縮或拉伸，根據材料的正 壓電效應，兩個金屬電極上不斷的吸收或釋放電性相反的電荷，接入外電路時， 自由釋放電荷在電路中不停的往復運動形成電流，從而達到了發電的目的。

本發明利用壓電材料的壓電效應來產生電力，相對于利用電磁方式發電， 具有輸出電壓高、能量密度高、工作可靠、適應性強等突出優點。

附圖說明

圖1為本發明側面剖視圖。

圖2為本發明俯視圖。

圖3為發電機構俯視圖；

其中：a為實施例1示意圖，b為實施例2示意圖，c為實施例3示意圖。

圖4為實施例2示意圖；

其中：a為側面剖視圖，b為發電機構俯視圖。

圖5為實施例3示意圖；

其中：a為側面剖視圖，b為發電機構俯視圖。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下 進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限 于下述的實施例。

實施例1