[发明专利]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，具体涉及一种发电效率高的震动发电装置。

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，然而这类发电装置中往往将震动介质装在悬臂梁上，这样，往往由于悬臂弯曲产生的位移小，使得发电效应有限，且悬臂梁尺寸受限也使得震动介质，尤其使得压电震动发电中的压电片大小受限，影响发电效率。

因此，急需一种发电效率高的微型发电装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种震动发电装置，该震动发电装置可采用不同或者多种方式发电，且发电效率高。

本发明的另一目的是提供一种震动发电装置的制造方法，该震动发电装置的制造方法可制造出可采用不同或者多种方式发电，且发电效率高的震动发电装置。

为了实现上述目的，本发明提供的震动发电装置包括支架、弹性板、导电焊针和发电部件，所述支架具有具有腔体，且该腔体的一端具有开口；所述弹性板安装于所述腔体的开口处并使所述腔体支撑所述弹性板的周沿，且所述弹性板的中心安装有一质量块，受到震动时所述弹性板和所述质量块沿垂直所述弹性板的方向运动，所述腔体为所述弹性板和质量块提供运动空间；所述导电焊针至少有两根且安装于所述支架上；所述发电部件包括压电部件、磁电部件、静电部件和驻极体部件中的一个、两个或两个以上的组合；其中，所述压电部件包括设于所述弹性板上的压电片，所述压电片与所述导电焊针电性连接以输出电能；所述磁电部件包括设于所述腔体上的至少一组绕组线圈和所述质量块，所述质量块为磁铁，所述绕组线圈与所述导电焊针电性连接以输出电能；所述静电部件包括设于所述腔体内且环绕所述质量块的第一导电膜和设于所述腔体内且以一定间距环绕所述第一导电膜的第二导电膜，所述第二导电膜与所述导电焊针电性连接以输出电能；所述驻极体部件包括设于所述腔体内且环绕所述质量块的第一极化膜和设于所述腔体内且以一定间距环绕所述第一极化膜的第二极化膜，所述第二极化膜与所述导电焊针电性连接以输出电能。

与现有技术相比，一方面，对于无线传感单元及器件、便携式设备、植入或分布式系统等许多不能或不便于采用有线供电或无法实现电池充电或燃料更换的电子系统，本发明所述震动发电装置可通过自供电模式，解决了其能源供给问题，符合无线传感网络技术发展的要求。另一方面，本发明所述震动发电装置的发电部件可包括压电部件、磁电部件、静电部件和驻极体部件中的一个、两个或两个以上的组合，因此本发明可将这些相对独立的输出电力集成在一起对外供电，通过吸收环境中的机械能（如震动、风能、气流能等）、静电能等产生电力输出，为微纳系统提供长期可靠的自供电能，延长了器件的使用寿命，大大提高了发电效率，降低了成本，同时也使得该装置具有微小型化、重量轻的特点，并具有经济、安全、环保的特点。再一方面，所述弹性板的边沿支撑于所述支架的腔体上，受到震动或者运动时所述弹性板和所述质量块沿其垂直方向运动（轴向运动），发电效果好，而且在压电发电中，可有效增加压电片的面积，发电效率高。

较佳地，所述腔体呈空心柱状。

较佳地，所述震动发电装置还包括安装于所述腔体内部的阻力系统，所述阻力系统在所述弹性板来回弯曲时对所述弹性板提供阻力，即所述阻力系统在所述弹性板向下弯曲时对所述弹性板提供向上的推力，在所述弹性板向上弯曲时对所述弹性板提供向下的拉力。这样，受到震动时弹性板带动质量块沿垂直弹性板的方向上下震动，当弹性板向下弯曲到下极限位置时，所述阻力系统对所述弹性板提供向上的推力，防止过分位移而损坏弹性板和压电片，反之，当弹性板向上弯曲到上极限位置时，所述阻力系统对所述弹性板提供向下的拉力以形成一谐振腔，该简谐振动使得所述质量块带动所述弹性板及压电片往复震动，从而不断向系统供电。