专利名称：用于微风发电装置的压电振子的制作方法
技术领域：
本发明涉及微风发电技术领域，具体是一种基于压电效应发电的压电振子结构。
背景技术：
无线传感器网络的大量应用，使得无线传感器的供能问题成为一种有待解决的问题，现有无线传感器网络主要采用电池供电的传统供电方式，而传统功能方式存在供能时间有限，经常需要更换电池的缺点；因此从自然界中汲取一切微小的能量，实现自供能系统装置成为一种非常有效的解决途径。由于无线传感器的低功耗需求，使得微小能量 的利用成为可能。本发明研制一种基于压电效应的磁浮式微风发电装置，利用风力驱动叶片带动发电机转子旋转，然后转子上的链轮轮齿带动定子上的压电振子振动，通过压电振子自由振动产生输出电荷，存储至蓄电器中。目前这方面的研究成果主要如下国际方面，美国德州大学的Shashank Priya教授和其他材料科学与工程计划的研究人员采用压电器件制造出了一种小型发电机[1]。这种发电机可由时速8 16公里的风力驱动，发电机的桨叶连到凸轮上，使围绕轴排成圆形的一串双压电晶片产生振荡。一个采用APC855陶瓷制造的双压电晶片可输出O. 935mff的功率，由11个压电晶片组成的单元可输出10. 2mW的功率。这种发电机要求风速较高，对环境要求苛刻，风速不稳定或者较低时，则不能发电或者发电极为不稳定。国内方面，重庆大学进行振动式MEMS微型发电机实用化关键技术研究，研制成功接近实用化的振动式压电微型发电机样机，其输出功率为50-500uW，输出电压大于3V[2]。[I] S. Priya, C. T. Chen, D. Fye and J. Zahnd, “Piezoelectric Windmill: A NovelSolution to Remote Sensing,，，Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 44, No. 3, pp. 104-107, 2005.[2]微型发电机，专利号200310111187. 4。
发明内容
发明目的本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种能够在能够提高发电效率发挥最大压电元件效能的压电振子。技术方案为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种用于微风发电装置的压电振子，包括夹持块、基板以及压电元件，其特征在于所述的基板一端为夹持端，该夹持端固定在所述的加持块上，在基板的中部设置有阵列孔，所述的压电元件设置在基板的中部的表面上，基板另一端为自由端。所述的阵列孔的孔径为I. 5 3mm,孔距为2 4mm。所述的压电元件为压电片或压电膜。在所述的夹持块上开设有调节槽，所述的基板固定在所述的调节槽内。
本发明压电振子的压电元件粘贴在基板中部的表面上，可以单面也可以两面都贴；同时，在基板上开有阵列孔，以减小弯曲所需应力。该结构压电振子可在满足压电陶瓷拉伸极限条件下，提高压电振子的刚性系数和固有频率，从而提高压电振子的发电效率。有益效果本发明与现有技术相比，具有如下优点I、基板采用了悬臂梁方式夹持，弯曲变形主要集中在中间部分(越靠近固定端，弯曲程度越大)。由于压电片产生电能主要依靠弯曲变形来产生，所以此处压电片只粘贴在中间部分。拨擦端的弯曲变形小，如果粘贴压电片则效果不明显，且增大了拨擦阻力。2、为了能够使基板的弯曲集中在中 间部分，同时减少弯曲所需的拨擦力，基板的中间部分采用了阵列小孔的结构。如果直接开一个大孔，则会影响到压电片与基板的贴合程度，使得压电片容易在振动过程中断裂。采用密集的阵列小孔，可以有效的避免应力集中，同时保证压电片与基板的贴合程度。在保证结构强度的情况下，采用密集阵列小孔的方式可以降低结构的固有频率，提高压电振子的发电效率。
图I是本发明压电振子结构示意图。图2是本发明压电振子与齿轮相互作用示意图。图3是本发明基板结构示意图。图4是本发明基板与压电片连接示意图。图中1、齿轮；2、转轴；3、基板；31、夹持端；32、自由端；33、阵列孔；4、压电片；5、夹持块；6、螺钉，7胶水。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明作详细说明本发明压电振子设置在齿轮I的外围，如图2所示。压电振子的结构如图I所示，包括夹持块5、基板3以及压电元件，其中压电原件可以是压电片4或者压电膜，基板3 —端为夹持端31,该夹持端31固定在夹持块5上,在基板3的中部设直有阵列孔33,压电片4或者压电膜设置在基板的中部的表面上，基板3另一端为自由端32，参见图3。如图4所示，压电振子的基板3和压电片4通过AB胶粘接。压电振子基板3采用80*20mm的O. 3mm厚不锈钢板切割而成，并在粘贴压电片位置打有3*2的孔径为3mm小孔的阵列孔33。压电片4采用25*20mm的O. 25mm厚PZT-5H压电材料。在粘贴前需要使用酒精清洗，保持表面无异物。AB胶的厚度应保持在O. Imm以内，并在压电片4的上下焊接正负极引出导线。压电振子安装在压电片夹持块9上后需要进行调整，保证齿轮I能够顺利拨动压电振子，达到3mm左右的振幅。
权利要求
1.一种用于微风发电装置的压电振子，包括夹持块、基板以及压电元件，其特征在于所述的基板一端为夹持端，该夹持端固定在所述的加持块上，在基板的中部设置有阵列孔，所述的压电元件设置在基板的中部的表面上，基板另一端为自由端。
2.根据权利要求I所述的用于微风发电装置的压电振子，其特征在于所述的阵列孔的孔径为I. 5 3mm,孔距为2 4mm。
3.根据权利要求I或2所述的用于微风发电装置的压电振子，其特征在于所述的压电元件为压电片或压电膜。
4.根据权利要求3所述的用于微风发电装置的压电振子，其特征在于在所述的夹持块上开设有调节槽，所述的基板固定在所述的调节槽内。
全文摘要
本发明公开了一种用于微风发电装置的压电振子，一种用于微风发电装置的压电振子，包括夹持块、基板以及压电元件，其特征在于所述的基板一端为夹持端，该夹持端固定在所述的加持块上，在基板的中部设置有阵列孔，所述的压电元件设置在基板的中部的表面上，基板另一端为自由端。与现有技术相比，本发明压电振子的压电元件粘贴在基板中部的表面上，可以单面也可以两面都贴；同时，在基板上开有阵列孔，以减小弯曲所需应力。该结构压电振子可在满足压电陶瓷拉伸极限条件下，提高压电振子的刚性系数和固有频率，从而提高压电振子的发电效率。
文档编号H02N2/18GK102857141SQ201210277509
公开日2013年1月2日 申请日期2012年8月7日 优先权日2012年8月7日
发明者曹丽洁, 叶明 , 周成锋 申请人:南京航空航天大学