專利名稱：用于使壓電彎曲元件彎曲的彎曲裝置、用于借助于彎曲裝置將機械能轉(zhuǎn)換成電能的壓電 ...的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及用于使壓電彎曲元件彎曲的彎曲裝置。此外，說明一種用于借助于彎曲裝置將機械能轉(zhuǎn)換成電能的壓電能量轉(zhuǎn)換器和一種用于將機械能轉(zhuǎn)換成電能的方法。
背景技術(shù)：
為了運行必須給傳感器系統(tǒng)和外圍電路(信號處理裝置、HF無線電)供應能量。常規(guī)地，由電池提供所述能量。當前存在通過能量自給自足的供電來替代電池的多樣化的研究和開發(fā)方案。為此有必要使用現(xiàn)有的環(huán)境能量并且轉(zhuǎn)換成以電的方式可用的形式。鑒于這樣的能量自給自足的系統(tǒng)，研究不同的技術(shù)。在此壓電能量轉(zhuǎn)換器形式的能量轉(zhuǎn)換器表明是特別有利的。在電壓能量轉(zhuǎn)換器的情況下，機械力被輸入耦合到壓電元件、例如壓電彎曲轉(zhuǎn)換器中。由于輸入耦合的機械力而發(fā)生彎曲元件的彎曲。由于此而出現(xiàn)電荷分離，所述電荷分離可以被利用來獲得電能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務是展示如何可以在充分利用壓電效應的情況下將機械能有效地轉(zhuǎn)換成電能的可能性。為了解決該任務，說明一種用于使壓電彎曲元件彎曲的彎曲裝置，具有帶有支承面的工件，該支承面帶有至少一個凸狀拱形結(jié)構(gòu)；帶有相對支承面的相對工件，該相對支承面帶有與支承面的凸狀拱形結(jié)構(gòu)基本上相反的凹狀拱形結(jié)構(gòu)；和用于將工件和相對工件相對彼此移動為使得能夠?qū)⒅С忻娴耐範罟靶谓Y(jié)構(gòu)引入到相對支承面的凹狀拱形結(jié)構(gòu)中的裝置。在此，能夠?qū)澢贾迷谥С忻婧拖鄬χС忻嬷g的中間空間中，使得由于工件和相對工件的相對彼此的移動而發(fā)生彎曲元件的彎曲。為了解決該任務也說明一種用于通過將由機械能所引起的機械力輸入耦合到至少一個壓電彎曲元件中將機械能轉(zhuǎn)換成電能的壓電能量轉(zhuǎn)換器，所述壓電能量轉(zhuǎn)換器具有彎曲裝置和壓電彎曲元件。在此，壓電彎曲元件這樣布置在支承面和相對支承面之間的中間空間中，使得由于工件和相對工件的相對彼此的移動而發(fā)生壓電彎曲元件的彎曲并且由于彎曲而能夠?qū)C械力輸入耦合到壓電彎曲元件中。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，說明一種用于在使用壓電能量轉(zhuǎn)換器的情況下通過彼此移動工件和相對工件來將機械能轉(zhuǎn)換成電能的方法。壓電彎曲元件具有由電極層、壓電層和其他電極層組成的層序列。多個這樣的層序列在此可以相疊地堆疊，使得得出具有相疊地堆疊的、交替布置的電極層和壓電層的多層結(jié)構(gòu)。電極層的電極材料可以由最大不同的金屬或金屬合金組成。電極材料的例子是鉬、鈦和鉬/鈦合金。非金屬的導電材料也是可設想的。
壓電層同樣可以由最大不同的材料組成。為此的例子是壓電陶瓷材料，如鋯鈦酸鉛(PZT)、氧化鋅(ZnO)和氮化鋁(A1N)。如聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)的壓電有機材料同樣是可設想的。電極層的層厚為幾個μπι。壓電層的層厚為幾個μ m直至mm。能量轉(zhuǎn)換器可以具有幾個mm直至幾個cm的橫向尺寸。同樣適用于膜的橫向尺寸。 膜的層的層厚從幾個μ m達到直至幾個mm。支承面和相對支承面的尺寸也來自該范圍。在此優(yōu)選地，支承面和相對支承面基本上大小相同。這意味著，在支承面的大小方面也可以有直至10%的偏差。但是也可設想的是，支承面之一明顯大于其他支承面。有利的是，拱形結(jié)構(gòu)和相對拱形結(jié)構(gòu)具有基本上數(shù)值相同的曲率。從數(shù)值來看，曲率具有幾乎相同的曲率半徑。在此，直至10%的偏差是可設想的。數(shù)值上相同的曲率半徑導致，可以使凸狀拱形結(jié)構(gòu)與凹狀相對拱形結(jié)構(gòu)精確配合地來布置。通過相對彼此地移動工件和相對工件，將凸狀拱形結(jié)構(gòu)引入到凹狀相對拱形結(jié)構(gòu)的凹處中。彎曲元件可以是具有矩形基面的傳統(tǒng)的彎曲轉(zhuǎn)換器(彎曲梁)。尤其是，壓電彎曲元件是具有圓形基面的壓電彎曲轉(zhuǎn)換器。壓電彎曲元件是圓盤彎曲機。圓盤彎曲機原則上適用于盡可能多地從機械能來獲得電能。這基于圓盤彎曲機的對轉(zhuǎn)換有益的幾何形狀。從彎曲梁的幾何參數(shù)，也即長度1、寬度b、總厚度hp、r、s和以及由彎曲得
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權(quán)利要求
1.用于使壓電彎曲元件(2)彎曲的彎曲裝置(1)，具有-帶有支承面(111)的工件(11)，所述支承面帶有至少一個凸狀拱形結(jié)構(gòu)(1111)，-帶有相對支承面(121)的相對工件(12)，所述相對支承面帶有與所述支承面的凸狀拱形結(jié)構(gòu)基本上相反的凹狀拱形結(jié)構(gòu)(1211)，和-用于將工件和相對工件相對于彼此移動為使得能夠?qū)⒅С忻娴耐範罟靶谓Y(jié)構(gòu)引入到相對支承面的凹狀拱形結(jié)構(gòu)中的裝置(4，1M)，其中-能夠?qū)澢贾迷谒鲋С忻婧退鱿鄬χС忻嬷g的中間空間(13)中，使得由于移動而發(fā)生彎曲元件的彎曲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎曲裝置，其中所述支承面和/或所述相對支承面基本上大小相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的彎曲裝置，其中所述拱形結(jié)構(gòu)和所述相對拱形結(jié)構(gòu)具有基本上數(shù)值相同的曲率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的彎曲裝置，其中所述凸狀拱形結(jié)構(gòu)和/或所述凹狀拱形結(jié)構(gòu)具有圓形的根部周長。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的彎曲裝置，其中所述彎曲元件在工件的支承面的連接位置(122)處與工件和/或在相對工件的相對支承面的連接位置處與相對工件通過材料接合(14)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的彎曲裝置，其中所述材料接合具有粘合劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的彎曲裝置，其中所述工件具有用于接納所述相對工件的接納空間(123)，并且所述工件與所述相對工件通過支架(124)彼此連接為使得能夠執(zhí)行工件和相對工件的相對于彼此的移動。
8.用于通過將由機械能所引起的機械力輸入耦合到至少一個壓電彎曲元件中將機械能轉(zhuǎn)換成電能的壓電能量轉(zhuǎn)換器，具有-按照前述權(quán)利要求之一的彎曲裝置，和-壓電彎曲元件，其中-所述壓電彎曲元件被這樣布置在支承面和相對支承面之間的中間空間中，使得由于工件和相對工件的相對彼此的移動而發(fā)生壓電彎曲元件的彎曲并且由于彎曲而能夠?qū)C械力輸入耦合到壓電彎曲元件中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電能量轉(zhuǎn)換器，其中壓電彎曲元件是具有圓形基面的壓電彎曲轉(zhuǎn)換器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的壓電能量轉(zhuǎn)換器，其中所述彎曲元件在工件的支承面的連接位置(122)處與工件通過材料接合(14)連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓電能量轉(zhuǎn)換器，其中所述材料接合具有粘合劑。
12.用于在使用根據(jù)權(quán)利要求8至11之一的壓電能量轉(zhuǎn)換器的情況下通過彼此移動工件和相對工件來將機械能轉(zhuǎn)換成電能的方法。 全文摘要
本發(fā)明說明一種用于使壓電彎曲元件(2)彎曲的彎曲裝置(1)，具有帶有支承面(111)的工件(11)，該支承面帶有至少一個凸狀拱形結(jié)構(gòu)(1111)；帶有相對支承面(121)的相對工件(12)，該相對支承面帶有與支承面的凸狀拱形結(jié)構(gòu)基本上相反的凹狀拱形結(jié)構(gòu)(1212)；和用于將工件和相對工件相對彼此移動為使得能夠?qū)⒅С忻娴耐範罟靶谓Y(jié)構(gòu)引入到相對支承面的凹狀拱形結(jié)構(gòu)中的裝置。為了能量轉(zhuǎn)換，將彎曲元件、優(yōu)選圓盤彎曲機布置在支承面和相對支承面之間的中間空間(13)中，使得由于工件和相對工件的相對彼此的移動而發(fā)生彎曲元件的彎曲。通過使用圓盤彎曲機，將機械能以高的效率轉(zhuǎn)換成電能。通過設計工件連同其支承面保證了過載保護。本發(fā)明被使用在用于將機械能轉(zhuǎn)換成電能的能量自給自足的系統(tǒng)中。
文檔編號B81B3/00GK102473839SQ201080033342
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者弗里 A., 屈內(nèi) I. 申請人:西門子公司