[发明专利]压电震动发电装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于微能源技术领域，具体涉及一种压电震动发电装置。

背景技术

微纳机电系统（MEMS、NEMS）技术的快速发展与应用，带动了无线传感网络技术的发展，并在工业、航天、通讯、商业、消费及军事领域逐步实现了商业化应用，但仍然面临一个十分严重的问题，即如何保障这些无线传感单元及移动通讯设备的电能供给。传统工业较为流行的做法是使用电池，由于构成无线传感网络及移动通讯设备的单元器件数量庞大，体积微小，位置分散，这就要求其供电器件具有体积小、效能高、易集成、无人值守及不需更换等特点。所以，采用传统电池已经不能满足无线传感网络及移动通讯设备的发展要求。

因此需要一种可为微纳系统提供长期可靠的自供电能的微型发电装置，通过吸收环境中的机械能（如震动、风能、气流能等）和/或热能、太阳能、静电能等，从而在其相应的系统中产生电力输出，而现有的微型发电装置一般包括压电震动发电装置、磁电震动发电装置或静电震动发电装置，尤其是压电震动发电装置。然而传统的压电震动发电装置将压电片装在悬臂梁上，当发生震动或者移动时，压电片在悬臂上因震动而发生形变，这样，往往由于悬臂弯曲产生的位移小，影响发电效率，而且由于悬臂梁尺寸受限，使得压电片大小受限，发电效率低。再者，现有的压电震动发电装置，由于悬臂的体积大，结构复杂，且效能低，使得整个压电震动发电装置的体积大，发电效率低。

因此，急需一种发电效率高、体积小、结构简单、成本低的压电震动发电装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种发电效率高、体积小、结构简单、成本低的压电震动发电装置。

本发明的再一目的是提供一种发电效率高、体积小、结构简单、成本低的压电震动发电装置的制造方法。

为了实现上述目的，本发明提供的压电震动发电装置包括支架、弹性板和压电片。所述弹性板呈薄片状，具有中心活动部、环绕所述中心活动部的至少一个弹性臂以及环绕所述弹性臂的外沿活动部，所述中心活动部、弹性臂及外沿活动部之间均有一定的间隙，所述间隙中均分布有支撑桥以连接相邻的中心活动部、弹性臂及外沿活动部；所述支架支撑所述弹性板；所述压电片设于所述弹性板上，并具有至少两个导电层、夹于两个导电层之间的压电层及至少两个可电连接于外部电子器件的焊盘。

为了实现上述目的，本发明提供的压电震动发电装置的制造方法，包括如下步骤：提供一薄片状弹性板，所述弹性板具有中心活动部、环绕所述中心活动部的至少一个弹性臂以及环绕所述弹性臂的外沿活动部，所述中心活动部、弹性臂及外沿活动部之间均有一定的间隙，所述间隙中均分布有支撑桥以连接相邻的中心活动部、弹性臂及外沿活动部；在所述弹性板上设置压电片，所述压电片具有至少两个导电层、夹于两个导电层之间的压电层及至少两个可电连接于外部电子器件的焊盘；以及提供一支架，将所述弹性板的外沿活动部或者中心活动部安装于所述支架上从而使所述支架支撑所述弹性板。

与现有技术相比，本发明所述压电震动发电装置的弹性板呈薄片状，所述压电片设于所述弹性板的表面，可设置面积大，提高发电效率；而且震动时，所述弹性板带动所述压电片沿其垂直方向震动，使得压电片保持有效形变和震动，机械能转换效率高，进一步提高发电效率。再者，本发明所述弹性板结构简单，体积小、厚度薄、效能高且成本低。

具体地，所述弹性臂有若干个，相邻的弹性臂之间均有一定的间隙，所述间隙中均分布有支撑桥以连接相邻的弹性臂，其弹性系数小，能感应微小的震动，提高了发电效率。

较佳地，每个间隙中的支撑桥至少有两个。同一间隙中的支撑桥沿所述中心活动部均匀分布，相邻间隙中的支撑桥沿所述中心活动部交错分布。

较佳地，所述支架具有一腔体，所述弹性板与所述腔体的上端面形状大小相对应，且所述弹性板的外沿活动部安装于所述支架的上端面，所述弹性板的中心活动部和弹性臂正对所述腔体。该方案使得本发明结构简单、紧凑，易于组装，且压电片的面积大。当然，所述支架也可以为其他具有中空腔室且上端具有开口的壳体，弹性板可支撑于该壳体的上端。更具体地，所述腔体内部安装有阻力系统，所述腔体下端安装有底座，所述阻力系统包括安装于所述中心活动部表面的第一磁铁块和安装于所述底座上的第二磁铁块，所述第一磁铁块与所述第二磁铁块相对面极性相同。当然，所述阻力系统也可以直接由拉伸弹簧构成。