[发明专利]基于压电晶体频率转换机构的微型发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微机电技术领域的发电装置，具体是一种基于压电晶体 频率转换机构的微型发电装置。

背景技术

近年来，随着集成电路技术和微/纳机电系统(MEMS/NEMS)技术的不断发展， 无线传感网络节点及便携式微电子产品的应用越来越广泛，目前微器件的电源供 给主要是靠化学电池，利用微型化学电池供电存在一个明显的不足就是电池总能 量有限，使用寿命短，但随着节点体积减小和使用数量迅速增加，更换大量的耗 尽电池变得非常困难，微机电系统由于具有体积小、能耗低的优点而得到了广泛 的应用，因此利用微机电系统来进行发电具有广泛的应用前景。

如果能够利用自然界的振动来产生器件工作的电量，那将使得能量来源极 为广泛，目前主要有三种能量转换形式可以实现环境振动能到电能的转换，即： 压电转换、电磁转换和静电转换。目前自然界中的振动多为低频振动，要想利用 这些振动来产生电力，有必须把低频振动转化为高频振动来提高转换利用效率。

通过对现有技术文献的检索发现，中国专利授权公告号CN 2505614Y，公开 了一种基于电磁转换的振动发电装置，此装置直接利用自然界的振动来发电，然 而自然界的振动多为低频振动，要想得到较高的发电效率，需要利用必要的频率 转换机构来升高频率，此外基于电磁转换的发电装置具有输出电压低、兼容性差、 存在电磁干扰等缺点。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于压电晶体频率转换机构 的微型发电装置，具有输出电压高、转换密度高、工作可靠、适应性强的突出优 点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：基体、频率转换机构和 一组或多组发电机构，其中：频率转换机构固定设置于基体的顶部，发电机构固 定设置于基体的内部并与基体相接触，频率转换机构和发电机构相互平行。

所述的基体为无顶矩形体结构；

所述的频率转换机构包括：上层平面弹簧、上表面永磁体、永磁体支撑平 台和下表面永磁体，其中：上层平面弹簧的两端分别连接基体和顶部和永磁体支 撑平台，上表面永磁体和下表面永磁体分别位于永磁体支撑平台的上下两侧并在 竖直方向上下振动。

所述的发电机构包括：压电材料、金属电极、弹性支撑层和软磁金属层， 其中：弹性支撑层的一端固定设置于基体内部，弹性支撑层的另一端的上表面设 有软磁金属层，压电材料的上下表面分别与金属电极和弹性支撑层固定连接。

所述的该软磁金属层的位置在下表面永磁体的竖直方向的投影范围内，且 软磁金属层的竖直方向有效面积小于等于下表面永磁体的竖直方向有效面积。

本发明通过频率转换机构能有效地利用自然界中的低频振动能量，由上层 平面弹簧和永磁体组成的结构在受到外界振动特别是垂直于弹簧所在的平面的 振动作用时，永磁体将会产生振动，永磁体与弹性支撑层上的软磁金属层材料具 有相互之间的吸引力，因而永磁体的振动可以带动下面的软磁金属层材料的振 动，软磁金属层材料与弹性支撑层连为一体，因而弹性支撑层也随之振动，并且 弹性支撑层有更高的共振频率，因此实现了频率转换的目的；而当弹性支撑层上 下往复振动时，其表面的压电材料层也将不断的受到压缩或拉伸，根据材料的正 压电效应，两个金属电极上不断的吸收或释放电性相反的电荷，接入外电路时， 自由释放电荷在电路中不停的往复运动形成电流，从而达到了发电的目的。

本发明利用压电材料的压电效应来产生电力，相对于利用电磁方式发电， 具有输出电压高、能量密度高、工作可靠、适应性强等突出优点。

附图说明

图1为本发明侧面剖视图。

图2为本发明俯视图。

图3为发电机构俯视图；

其中：a为实施例1示意图，b为实施例2示意图，c为实施例3示意图。

图4为实施例2示意图；

其中：a为侧面剖视图，b为发电机构俯视图。

图5为实施例3示意图；

其中：a为侧面剖视图，b为发电机构俯视图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。

实施例1