[實用新型]壓電振動電池裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020173424.5
• 申請日: 2010-04-27
• 公開（公告）號: CN201904739U
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發(fā)明（設計）人: 邊義祥
• 申請（專利權）人: 邊義祥
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐小紅

技術領域

本實用新型涉及壓電發(fā)電裝置，一種這樣的裝置，可以將環(huán)境的振動機械能轉換成電能。

背景技術

壓電發(fā)電裝置可以將周圍環(huán)境或人體的振動機械能轉換成電能，為電子設備供電，使電子設備無需頻繁更換電池，或頻繁為電池充電，提高了電子設備的免維護性。其典型應用包括為無線傳感器或無線傳感網(wǎng)絡等無線電子設備，或手機、手電筒等可移動式電子設備提供電能，在國防領域和民用領域都具有重要的應用價值。

壓電發(fā)電的工作原理是基于正壓電效應，將環(huán)境或人體的振動機械能轉換成為電能。根據(jù)壓電發(fā)電裝置的結構不同，有碰撞式壓電發(fā)電和彎曲式壓電發(fā)電兩種發(fā)電方式。碰撞式發(fā)電是利用壓電元件受到碰撞時，應力發(fā)生變化，產(chǎn)生電能。而彎曲式壓電發(fā)電是利用壓電元件彎曲的時候，應力發(fā)生變化，產(chǎn)生電能。

彎曲式壓電發(fā)電裝置中，壓電材料一般都是制成壓電懸臂梁結構。比如中國專利CN?100414808C提出了一種壓電俘能器，自由端懸掛集中質(zhì)量塊的懸臂梁兩面粘貼壓電材料，懸臂梁振動時由壓電材料輸出電能并存儲起來，但產(chǎn)生的電能較小，主要用于微電子器件的供電。中國專利CN101017989A也公開了一種為微型無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點供電的壓電懸臂梁發(fā)電系統(tǒng)，其中壓電材料仍然粘貼在懸臂梁的上下兩面。中國專利CN?101262189A公開了一種利用懸臂梁的壓電發(fā)電裝置，其中壓電材料還是粘貼在金屬懸臂梁的上下兩面。美國專利WO2007121092也描述了主要用于微機電系統(tǒng)(MEMS)供電的的懸臂梁結構的壓電能量回收裝置。上述的發(fā)明專利都是利用單個的壓電懸臂梁的機械振動產(chǎn)生電能，由于系統(tǒng)的結構限制，只能把外界的某一頻率的機械振動轉換成電能，發(fā)電效率低，頻率范圍窄，只能用于微型電子系統(tǒng)的供電。中國專利CN?101272109A公開了一種利用兩組叉指型的多個壓電懸臂梁，進行寬頻發(fā)電裝置；其中的壓電懸臂梁是由壓電元件直接制成，或是由壓電元件粘接制成的。中國專利CN?1696499A公開了一種壓電發(fā)電系統(tǒng)，利用壓電元件和碰撞機構發(fā)生碰撞時，壓電元件發(fā)生形變，從而產(chǎn)生電能。在上述的壓電發(fā)電裝置中，壓電懸臂梁由兩種結構形式，一種是直接用元件粘貼在一起，形成壓電雙晶片懸臂梁結構；另一種是把壓電元件粘貼在其它材料懸臂梁的兩面，形成三明治結構壓電懸臂梁。

美國專利US?7521842B2公開了一種磁致伸縮/壓電電池，把壓電材料粘貼在磁致伸縮材料上，當周圍的磁場發(fā)生變化時，磁致伸縮材料發(fā)生變形，使壓電材料由于變形產(chǎn)生電能。這種電池必須置于變化的磁場中才能產(chǎn)生電能，而且由于磁致伸縮材料變形量小，電池產(chǎn)生的電能也較小。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是將壓電發(fā)電裝置制成電池形狀，把自然環(huán)境或人體的振動機械能轉換成電能，儲存在儲能元件中，代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學電池，安裝在電子設備中，為設備供電。由于環(huán)境和人體的振動隨處可得，且振動導致壓電材料的變形量較大，本實用新型的壓電振動電池裝置發(fā)電量大、應用范圍廣。

一種壓電振動電池裝置，其特征在于：包括外殼、安裝于外殼內(nèi)側的若干懸壁板、通過上述懸壁板與外殼相連的質(zhì)量塊；上述懸壁板中其中多個平行的懸壁板組成一列，多列懸臂板環(huán)繞質(zhì)量塊排列；上述懸壁板兩面均粘貼有至少一片壓電元件；上述壓電元件由第一電極、壓電材料、第二電極組成；上述外殼內(nèi)還安裝有用于將所述懸臂板上壓電元件產(chǎn)生的交流電轉換成直流電的整流器、用于將整流器轉換的直流電對儲能元件裝置充電，控制充電電壓和電流，并防止儲能元件對壓電元件反向充電的充電控制器、用于儲存電能并通過電極向外供電的儲能元件；所有壓電元件采用并聯(lián)或串聯(lián)方式依次與上述整流器、充電控制器、儲能元件相連；上述外殼的一端與與儲能元件相連作為電池正極、另一端與儲能元件相連作為電池負極。

目前的壓電發(fā)電專利中，壓電元件是整塊貼在懸臂梁或懸臂板的兩面，本實用新型中懸臂板的兩面粘貼多片壓電片，一方面降低了懸臂板的一階彎曲諧振頻率，另一方面也使壓電元件在使用過程不易損壞，增加了裝置的使用壽命。由于單個懸臂板表面粘貼的壓電元件數(shù)量有限，面積較小，所發(fā)的電量也較少，本實用新型將多個兩面貼有多片壓電片的懸臂板平行排成一列，將個列環(huán)繞質(zhì)量塊排列，提高了發(fā)電量和空間利用率。