专利名称：变宽度的弯折或螺旋结构的压电发电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于压电发电技术领域，特别涉及一种变宽度的弯折或螺旋结构的压电发电装置。
背景技术：
按提供电能的方式可以将微型电子产品分为有源和无源两种。前者由于采用电池供电，电量比较稳定，容易满足微电子产品的能量需求，目前已被广泛应用。然而，对于许多不能提供电源、电池不易更换或者易燃易爆等危险场合，电池更换问题难以解决，必须采用无源方式实现。因此，人们开始寻求电池的替代品，其目的是在某些特殊的应用领域替代电池或自动为电池充电。用于微功率电子产品的各种自供电技术的研究已成为国际上一个研
近年来自供能技术发展迅速，存在多种不同的自供能技术可以将环境能量转换为电能。但是由于各种条件的制约，可提供的能量较低(几乎都在yw级别)，除了一些特定的应用环境，当前自供能技术所提供的能量还不足以满足大多数电子设备的需求。如何提高机械能-电能的转化效率已成为无源电子技术迫在眉睫的问题。机电能量转换有3种典型的方法电磁感应法、静电(电容)转换、压电转换。现有技术条件下，电磁发电装置的技术比较成熟，能量转换效率相对较高。它是根据电磁感应产生感应电力的。由于它是通过磁铁和线圈的相对运动产生电能，因此结构复杂、体积相对较大，为获得0. 5mJ能量，要使Φ 6x5mm的磁铁和Φ 8x10mm的线圈相对运动4 5mm。线圈上的最大开路电压在15 30mV左右，需要一个转换比量级在IO2的变压器才能用作电源。 静电转换可以直接产生几伏的电压，可以方便地和微机电系统结合。但静电转换需要一个独立电压源初始化转换过程。而压电转换不需要，且发生电压较高，无需变压器。压电材料在外力作用下可以产生电荷(或电压)，当所生成的电荷量较大时，可用来构造微型发电装置或直接为电子器件提供动力供应。压电发电装置的优点在于结构简单、不发热、无电磁干扰、易于加工制作和实现结构上的小型化、集成化等，尤其适用于各类传感及监测系统。目前典型的压电发电装置为等宽度的压电悬臂梁结构，其基本结构如附图
I(A) 和附图I(B)所示。其主要包括夹持装置1、压电陶瓷片2、振动基板3、电荷引出端4、质量块5。振动基板端部受到垂直于基板面的力或者位移的作用时，由于基板连同与之粘结在一起的压电陶瓷片发生了挠曲变形，压电效应使压电陶瓷的表面激发出电荷，通过电荷引出端可以收集激发出的电荷。然而，目前的这种等宽度的压电悬臂梁结构的压电发电装置存在电压和电荷输出较小的缺点，机械能-电能的转化效率较低。而且，为了使压电发电装置具有与周围环境振动相匹配的谐振频率，往往要求悬臂结构比较狭长，这样才能获得较低的谐振频率，导致发电装置不够紧凑，实际应用中常常浪费空间
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的是鉴于已有技术的不足，针对性地提出一种变宽度的弯折或螺旋结构的压电发电装置。本实用新型的技术方案为该压电发电装置的结构包括夹持装置、压电陶瓷片、振动基板、电荷引出端；压电陶瓷片与振动基板紧密粘结在一起，夹持装置夹持住振动基板的一端，质量块固连在振动基板的自由端，可降低谐振频率和提高发电效率，电荷引出端收集激发出的电荷。振动基板和压电陶瓷片的形状为多段弯折或者螺旋结构，且各段宽度是变化的，按离夹持装置的距离，由近至远逐渐变窄。所述振动基板和压电陶瓷片的宽度平缓渐变或者为阶梯变化，且压电陶瓷片的宽度不大于振动基板的宽度。所述振动基板和压电陶瓷片的形状为直角弯折或圆角弯折结构，或者是直角螺旋结构或圆角螺旋结构。所述压电陶瓷片粘贴于振动基板的一侧或者两侧，电路上为并联连接。所述压电陶瓷片的结构为单层结构或者多层结构。所述压电陶瓷片采用与振动基板形状匹配的整体结构，或者采用多块分离结构。本实用新型的有益效果为在压电悬臂梁结构的压电发电装置基础上，在保证压电陶瓷片和振动基板材质、 厚度和面积不变的基础上，给出了等宽度弯折结构和变宽度弯折结构的压电发电装置。通过对比以上三种结构的发电效果，其参数及效果列于表1。表1压电悬臂结构、等宽度弯折结构、变宽度弯折结构对比
权利要求1.一种弯折或螺旋结构的压电发电装置，其结构包括夹持装置(1)、压电陶瓷片O)、 振动基板(3)、电荷引出端；压电陶瓷片( 与振动基板C3)紧密粘结在一起，夹持装置⑴夹持住振动基板⑶的一端，质量块(5)固连在振动基板(3)的自由端，电荷引出端 (4)收集激发出的电荷，其特征在于，振动基板C3)和压电陶瓷片O)的形状为多段弯折或者螺旋结构，且各段宽度是变化的，按离夹持装置(1)的距离，由近至远逐渐变窄。
2.根据权利要求1所述的一种弯折或螺旋结构的压电发电装置，其特征在于，所述振动基板C3)和压电陶瓷片( 的宽度平缓渐变或者为阶梯变化，且压电陶瓷片O)的宽度不大于振动基板(3)的宽度。
3.根据权利要求1所述的一种弯折或螺旋结构的压电发电装置，其特征在于，所述振动基板(3)和压电陶瓷片O)的形状为直角弯折或圆角弯折结构，或者是直角螺旋结构或圆角螺旋结构。
4.根据权利要求1所述的一种弯折或螺旋结构的压电发电装置，其特征在于，所述压电陶瓷片( 粘贴于振动基板(3)的一侧或者两侧，电路上为并联连接。
5.根据权利要求1所述的一种弯折或螺旋结构的压电发电装置，其特征在于，所述压电陶瓷片(2)的结构为单层结构或者多层结构。
6.根据权利要求1所述的一种弯折或螺旋结构的压电发电装置，其特征在于，所述压电陶瓷片(2)采用与振动基板(3)形状匹配的整体结构，或者采用多块分离结构。
专利摘要本实用新型属于压电发电技术领域，特别涉及一种变宽度的弯折或螺旋结构的压电发电装置。压电陶瓷片与振动基板紧密粘结在一起，夹持装置夹持住振动基板的一端，质量块固连在振动基板的自由端，电荷引出端收集激发出的电荷，其特征在于，振动基板和压电陶瓷片的形状为多段弯折或者螺旋结构，且各段宽度是变化的，按离夹持装置的距离，由近至远逐渐变窄。这种结构不仅具有压电发电装置的一般优点，还可以提高压电发电装置的发电效果和空间利用率。
文档编号H02N2/18GK202221970SQ201120320528
公开日2012年5月16日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者褚祥诚 申请人:清华大学