專利名稱：變寬度的彎折或螺旋結構的壓電發電裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于壓電發電技術領域，特別涉及一種變寬度的彎折或螺旋結構的壓電發電裝置。
背景技術：
按提供電能的方式可以將微型電子產品分為有源和無源兩種。前者由于采用電池供電，電量比較穩定，容易滿足微電子產品的能量需求，目前已被廣泛應用。然而，對于許多不能提供電源、電池不易更換或者易燃易爆等危險場合，電池更換問題難以解決，必須采用無源方式實現。因此，人們開始尋求電池的替代品，其目的是在某些特殊的應用領域替代電池或自動為電池充電。用于微功率電子產品的各種自供電技術的研究已成為國際上一個研
近年來自供能技術發展迅速，存在多種不同的自供能技術可以將環境能量轉換為電能。但是由于各種條件的制約，可提供的能量較低(幾乎都在yw級別)，除了一些特定的應用環境，當前自供能技術所提供的能量還不足以滿足大多數電子設備的需求。如何提高機械能-電能的轉化效率已成為無源電子技術迫在眉睫的問題。機電能量轉換有3種典型的方法電磁感應法、靜電(電容)轉換、壓電轉換。現有技術條件下，電磁發電裝置的技術比較成熟，能量轉換效率相對較高。它是根據電磁感應產生感應電力的。由于它是通過磁鐵和線圈的相對運動產生電能，因此結構復雜、體積相對較大，為獲得0. 5mJ能量，要使Φ 6x5mm的磁鐵和Φ 8x10mm的線圈相對運動4 5mm。線圈上的最大開路電壓在15 30mV左右，需要一個轉換比量級在IO2的變壓器才能用作電源。 靜電轉換可以直接產生幾伏的電壓，可以方便地和微機電系統結合。但靜電轉換需要一個獨立電壓源初始化轉換過程。而壓電轉換不需要，且發生電壓較高，無需變壓器。壓電材料在外力作用下可以產生電荷(或電壓)，當所生成的電荷量較大時，可用來構造微型發電裝置或直接為電子器件提供動力供應。壓電發電裝置的優點在于結構簡單、不發熱、無電磁干擾、易于加工制作和實現結構上的小型化、集成化等，尤其適用于各類傳感及監測系統。目前典型的壓電發電裝置為等寬度的壓電懸臂梁結構，其基本結構如附圖
I(A) 和附圖I(B)所示。其主要包括夾持裝置1、壓電陶瓷片2、振動基板3、電荷引出端4、質量塊5。振動基板端部受到垂直于基板面的力或者位移的作用時，由于基板連同與之粘結在一起的壓電陶瓷片發生了撓曲變形，壓電效應使壓電陶瓷的表面激發出電荷，通過電荷引出端可以收集激發出的電荷。然而，目前的這種等寬度的壓電懸臂梁結構的壓電發電裝置存在電壓和電荷輸出較小的缺點，機械能-電能的轉化效率較低。而且，為了使壓電發電裝置具有與周圍環境振動相匹配的諧振頻率，往往要求懸臂結構比較狹長，這樣才能獲得較低的諧振頻率，導致發電裝置不夠緊湊，實際應用中常常浪費空間
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的是鑒于已有技術的不足，針對性地提出一種變寬度的彎折或螺旋結構的壓電發電裝置。本實用新型的技術方案為該壓電發電裝置的結構包括夾持裝置、壓電陶瓷片、振動基板、電荷引出端；壓電陶瓷片與振動基板緊密粘結在一起，夾持裝置夾持住振動基板的一端，質量塊固連在振動基板的自由端，可降低諧振頻率和提高發電效率，電荷引出端收集激發出的電荷。振動基板和壓電陶瓷片的形狀為多段彎折或者螺旋結構，且各段寬度是變化的，按離夾持裝置的距離，由近至遠逐漸變窄。所述振動基板和壓電陶瓷片的寬度平緩漸變或者為階梯變化，且壓電陶瓷片的寬度不大于振動基板的寬度。所述振動基板和壓電陶瓷片的形狀為直角彎折或圓角彎折結構，或者是直角螺旋結構或圓角螺旋結構。所述壓電陶瓷片粘貼于振動基板的一側或者兩側，電路上為并聯連接。所述壓電陶瓷片的結構為單層結構或者多層結構。所述壓電陶瓷片采用與振動基板形狀匹配的整體結構，或者采用多塊分離結構。本實用新型的有益效果為在壓電懸臂梁結構的壓電發電裝置基礎上，在保證壓電陶瓷片和振動基板材質、 厚度和面積不變的基礎上，給出了等寬度彎折結構和變寬度彎折結構的壓電發電裝置。通過對比以上三種結構的發電效果，其參數及效果列于表1。表1壓電懸臂結構、等寬度彎折結構、變寬度彎折結構對比
權利要求1.一種彎折或螺旋結構的壓電發電裝置，其結構包括夾持裝置(1)、壓電陶瓷片O)、 振動基板(3)、電荷引出端；壓電陶瓷片( 與振動基板C3)緊密粘結在一起，夾持裝置⑴夾持住振動基板⑶的一端，質量塊(5)固連在振動基板(3)的自由端，電荷引出端 (4)收集激發出的電荷，其特征在于，振動基板C3)和壓電陶瓷片O)的形狀為多段彎折或者螺旋結構，且各段寬度是變化的，按離夾持裝置(1)的距離，由近至遠逐漸變窄。
2.根據權利要求1所述的一種彎折或螺旋結構的壓電發電裝置，其特征在于，所述振動基板C3)和壓電陶瓷片( 的寬度平緩漸變或者為階梯變化，且壓電陶瓷片O)的寬度不大于振動基板(3)的寬度。
3.根據權利要求1所述的一種彎折或螺旋結構的壓電發電裝置，其特征在于，所述振動基板(3)和壓電陶瓷片O)的形狀為直角彎折或圓角彎折結構，或者是直角螺旋結構或圓角螺旋結構。
4.根據權利要求1所述的一種彎折或螺旋結構的壓電發電裝置，其特征在于，所述壓電陶瓷片( 粘貼于振動基板(3)的一側或者兩側，電路上為并聯連接。
5.根據權利要求1所述的一種彎折或螺旋結構的壓電發電裝置，其特征在于，所述壓電陶瓷片(2)的結構為單層結構或者多層結構。
6.根據權利要求1所述的一種彎折或螺旋結構的壓電發電裝置，其特征在于，所述壓電陶瓷片(2)采用與振動基板(3)形狀匹配的整體結構，或者采用多塊分離結構。
專利摘要本實用新型屬于壓電發電技術領域，特別涉及一種變寬度的彎折或螺旋結構的壓電發電裝置。壓電陶瓷片與振動基板緊密粘結在一起，夾持裝置夾持住振動基板的一端，質量塊固連在振動基板的自由端，電荷引出端收集激發出的電荷，其特征在于，振動基板和壓電陶瓷片的形狀為多段彎折或者螺旋結構，且各段寬度是變化的，按離夾持裝置的距離，由近至遠逐漸變窄。這種結構不僅具有壓電發電裝置的一般優點，還可以提高壓電發電裝置的發電效果和空間利用率。
文檔編號H02N2/18GK202221970SQ201120320528
公開日2012年5月16日 申請日期2011年8月30日 優先權日2011年8月30日
發明者褚祥誠 申請人:清華大學