一種壓電發(fā)電片與壓電陶瓷組合式發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種壓電發(fā)電片與壓電陶瓷組合式發(fā)電裝置，由Z字形壓電發(fā)電片與長方形壓電發(fā)電片中間夾放多個(gè)壓電陶瓷片，再連接鋰離子蓄電池組成一個(gè)組合式獨(dú)立發(fā)電模塊，相當(dāng)于三組發(fā)電器件串聯(lián)發(fā)電。當(dāng)具有高敏感性的發(fā)電片與壓電陶瓷受到壓力等機(jī)械應(yīng)力時(shí)，引起內(nèi)部正負(fù)電荷中心產(chǎn)生相對位移而發(fā)生極化，導(dǎo)致材料兩端表面出現(xiàn)符號相反的束縛電荷即壓電效應(yīng)，從而產(chǎn)生電能，隨后被儲存到鋰離子蓄電池中。鋰離子蓄電池又與補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器連接，對電壓進(jìn)行補(bǔ)償、放大等處理，最后將電能供給用電器使用。
【專利說明】—種壓電發(fā)電片與壓電陶瓷組合式發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及發(fā)電領(lǐng)域，具體為一種壓電發(fā)電片與壓電陶瓷組合式發(fā)電裝置。技術(shù)背景
[0002]近幾十年來，利用壓電材料將環(huán)境中的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的研究越來越受到重視，國內(nèi)外許多科學(xué)家對壓電材料的實(shí)驗(yàn)研究都已經(jīng)證明壓電材料有著廣泛的用途，對壓電材料特性及發(fā)電能力的研究與探索也已經(jīng)獲得了實(shí)質(zhì)性的成果，這些都為實(shí)現(xiàn)壓電材料發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。目前，關(guān)于壓電陶瓷發(fā)電與儲能技術(shù)的研究在美國、日本、荷蘭、以色列、西班牙等許多國家已經(jīng)逐步深入，并且取得了一定的成果。
[0003]為充分利用日常生活中豐富的壓力發(fā)電資源，緩解國家發(fā)電、供電壓力，已有一些國內(nèi)外學(xué)者和廠商對壓電裝置進(jìn)行研究，在國內(nèi)已申請的專利主要有申請?zhí)枮?01020278870.2,2011020541474.9,201220632851.4,201320148820.6 的專利。以上申請專利所涉及的“基于壓電陶瓷發(fā)電裝置”、“壓電陶瓷發(fā)電裝置”等裝置基本都采用搖桿、連桿，撥叉，曲柄，鉸鏈等器材的純機(jī)械連接設(shè)計(jì)，將壓電陶瓷直接利用壓應(yīng)力發(fā)電的功能復(fù)雜化了，且該種穩(wěn)定性不高的純機(jī)械連接使得裝置的安裝、維修變得困難。其中，有一類是在受力桿上固定壓桿，壓桿橫跨在多個(gè)壓電陶瓷塊上方，這種設(shè)計(jì)忽視了壓桿與陶瓷塊直接接觸而引起的相對滑動，極易造成磨損，降低了使用壽命。此外，有的裝置還引入了球和彈簧，球等其他機(jī)械件的摩擦以及彈簧彈性勢能的額外轉(zhuǎn)換過程分耗了原本微弱的能量，降低了效率，使得壓電陶瓷發(fā)電“入不敷出”。此外，申請?zhí)枮?01320148820.6的專利“壓電陶瓷發(fā)電裝置”采用了驅(qū)動輪，撞擊桿，旋轉(zhuǎn)軸的組合，撞擊所產(chǎn)生的震蕩可能會對裝置的穩(wěn)定性造成一定影響，長時(shí)間使用會使裝置的各個(gè)連接處產(chǎn)生松動、不貼合等問題，大大降低了裝置的可靠性和耐用性，且旋轉(zhuǎn)軸的應(yīng)用同樣復(fù)雜化了壓電陶瓷直接利用壓力的原理。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了克服傳統(tǒng)壓電陶瓷發(fā)電裝置多采用純機(jī)械桿件組合作用所導(dǎo)致的原器件摩擦損耗、使用壽命短以及發(fā)電效率不高等問題，本實(shí)用新型提供一種壓電發(fā)電片與壓電陶瓷組合式發(fā)電裝置。該裝置不僅結(jié)構(gòu)簡單，消除了不必要的損耗，而且兩種發(fā)電材料組合而成的獨(dú)立發(fā)電模塊形式使安裝、調(diào)節(jié)等變得方便高效。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:本實(shí)用新型包括發(fā)電單元、彈性樹脂外殼和補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器；所述發(fā)電單元包括若干個(gè)組合式獨(dú)立發(fā)電模塊；所述組合式獨(dú)立發(fā)電模塊包括Z字形壓電發(fā)電片、長方形壓電發(fā)電片、壓電陶瓷片、彈性導(dǎo)線和鋰離子蓄電池，Z字形壓電發(fā)電片包括正極鋁箔層和負(fù)極，長方形壓電發(fā)電片包括正極和負(fù)極，長方形壓電發(fā)電片上帶有通孔，Z字形壓電發(fā)電片與長方形壓電發(fā)電片中間夾放一組壓電陶瓷片，彈性導(dǎo)線一端連接Z字形壓電發(fā)電片的正電極，另一端穿過通孔與鋰離子蓄電池的正電極相連，鋰離子蓄電池的負(fù)電極與長方形壓電發(fā)電片的負(fù)極相連，以此形成一個(gè)組合式獨(dú)立發(fā)電模塊；每個(gè)組合式獨(dú)立發(fā)電模塊的Z字形壓電發(fā)電片的正極鋁箔層之間搭嵌相連，每個(gè)組合式獨(dú)立發(fā)電模塊的鋰離子蓄電池通過導(dǎo)線相連，由此組成發(fā)電單元；發(fā)電單元外部裝有彈性樹脂外殼；發(fā)電單元通過導(dǎo)線與補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器相連，補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器再與用電器相連向用電器輸出電能。
[0006]當(dāng)彈性樹脂外殼表面受到壓力時(shí)，引起具有高敏感性的壓電發(fā)電片與壓電陶瓷內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對位移而發(fā)生極化，導(dǎo)致材料兩端表面出現(xiàn)符號相反的束縛電荷即壓電效應(yīng)，從而產(chǎn)生電能并被儲存在鋰離子蓄電池中。鋰離子蓄電池又與補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器連接，對電壓進(jìn)行補(bǔ)償、放大等處理，最后將符合要求的電能供給就近的用電器使用，達(dá)到發(fā)電供電的目的。
[0007]本實(shí)用新型中Z字形壓電發(fā)電片的特殊Z字形狀，使得各獨(dú)立發(fā)電模塊上部可以巧妙地?zé)o縫搭嵌連接，且裝置所用導(dǎo)線均具有彈性，提高了實(shí)用性；鋰離子蓄電池兼作底座，并在發(fā)電后第一時(shí)間儲存電能，避免了不必要的損耗；壓電發(fā)電片與壓電陶瓷片串聯(lián)構(gòu)成獨(dú)立發(fā)電模塊，提高了發(fā)電效率及集成度，使得裝置更便于安裝、調(diào)節(jié)和更換，且模塊尺寸可根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)制造；金屬壓電發(fā)電片的塑性變形可以匹配應(yīng)用于多種平/曲面形的承壓面。
[0008]在具體的實(shí)際應(yīng)用方面，該裝置除了可應(yīng)用在類似荷蘭鹿特丹利用跳舞壓力發(fā)電的迪廳等處，還可應(yīng)用于道路上鋪設(shè)的減速板下，由過往行人及車輛碾壓而產(chǎn)生的電能可被就近的路燈及交通信號燈等使用。另外，在人流量巨大的廣場、汽車站、火車站、地鐵站、飛機(jī)場等處的地面、階梯下均可安裝此發(fā)電裝置，考慮到巨大的人流量，發(fā)電效果會更加顯著。同時(shí)，考慮到公路面和其他地面覆蓋面積巨大，可采取隔段安裝或選取重點(diǎn)位置安裝的方式，以此來節(jié)約成本，最大化獲得有益效果。此外，若將此裝置的尺寸小型化，由于采用的是模塊化設(shè)計(jì)，故可將此裝置安裝于體育健身器材上，利用人在運(yùn)動時(shí)捏壓所產(chǎn)生的壓力來發(fā)電，又或者發(fā)展為可穿戴發(fā)電裝置，例如置于鞋底等處，在行走、運(yùn)動時(shí)滿足給小型電子設(shè)備充電等需求。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0010]1、可以有效利用生活中豐富的壓應(yīng)力資源，一定程度上節(jié)約了能源。
[0011]2、組合了兩種發(fā)電材料，直接利用壓力發(fā)電，相較于傳統(tǒng)利用機(jī)械件轉(zhuǎn)換能量的裝置，原理、結(jié)構(gòu)都更為簡單，且不會發(fā)生由于相對滑動而產(chǎn)生的摩擦損耗，故在一定程度上提高了使用壽命及發(fā)電效率。
[0012]3、采用模塊化設(shè)計(jì)，提高了裝置的獨(dú)立性和集成度，使安裝和使用更為方便。同時(shí)，適應(yīng)多種面形(平/曲)的特點(diǎn)也提高了該裝置的實(shí)用性。
[0013]4、裝置所用材料綠色環(huán)保，彈性導(dǎo)線及樹脂保護(hù)外殼的應(yīng)用也使得裝置更加穩(wěn)定耐用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型的組合式獨(dú)立發(fā)電模塊的結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖3是本實(shí)用新型中Z字形壓電發(fā)電片之間的搭嵌結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖中:1、Z字形壓電發(fā)電片；2、長方形壓電發(fā)電片；3、壓電陶瓷片；4、彈性導(dǎo)線；
5、鋰離子蓄電池；6、正極鋁箔層；7、通孔；8、導(dǎo)線；9、彈性樹脂外殼；10、補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器。
【具體實(shí)施方式】
[0018]參照附圖對本實(shí)用新型作以下具體的說明。如圖1所示，本實(shí)用新型包括發(fā)電單元、彈性樹脂外殼9和補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器10 ;所述發(fā)電單元包括若干個(gè)組合式獨(dú)立發(fā)電模塊；如圖2所示，所述組合式獨(dú)立發(fā)電模塊包括Z字形壓電發(fā)電片1、長方形壓電發(fā)電片2、壓電陶瓷片3、彈性導(dǎo)線4和鋰離子蓄電池5，Z字形壓電發(fā)電片I包括正極鋁箔層6和負(fù)極，長方形壓電發(fā)電片2包括正極和負(fù)極，長方形壓電發(fā)電片2上帶有通孔7，Z字形壓電發(fā)電片I與長方形壓電發(fā)電片2中間夾放一組壓電陶瓷片3，彈性導(dǎo)線4 一端連接Z字形壓電發(fā)電片I的正電極，另一端穿過通孔7與鋰離子蓄電池5的正電極相連，鋰離子蓄電池5的負(fù)電極與長方形壓電發(fā)電片2的負(fù)極相連，以此形成一個(gè)組合式獨(dú)立發(fā)電模塊；每個(gè)組合式獨(dú)立發(fā)電模塊的Z字形壓電發(fā)電片I的正極鋁箔層6之間搭嵌相連(如圖3所示)，每個(gè)組合式獨(dú)立發(fā)電模塊的鋰離子蓄電池5通過導(dǎo)線8相連，由此組成發(fā)電單元；發(fā)電單元外部裝有彈性樹脂外殼9 ;發(fā)電單元通過導(dǎo)線8與補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器10相連，補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器10再與用電器相連向用電器輸出電能。
【權(quán)利要求】
1.一種壓電發(fā)電片與壓電陶瓷組合式發(fā)電裝置，其特征是:包括發(fā)電單元、彈性樹脂外殼(9)和補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器(10);所述發(fā)電單元包括若干個(gè)組合式獨(dú)立發(fā)電模塊；所述組合式獨(dú)立發(fā)電模塊包括Z字形壓電發(fā)電片(I)、長方形壓電發(fā)電片(2)、壓電陶瓷片(3)、彈性導(dǎo)線(4)和鋰離子蓄電池(5)，Z字形壓電發(fā)電片(I)包括正極鋁箔層(6)和負(fù)極，長方形壓電發(fā)電片(2)包括正極和負(fù)極，長方形壓電發(fā)電片(2)上帶有通孔(7)，Z字形壓電發(fā)電片(I)與長方形壓電發(fā)電片(2)中間夾放一組壓電陶瓷片(3)，彈性導(dǎo)線(4) 一端連接Z字形壓電發(fā)電片(I)的正電極，另一端穿過通孔(7)與鋰離子蓄電池(5)的正電極相連，鋰離子蓄電池(5)的負(fù)電極與長方形壓電發(fā)電片(2)的負(fù)極相連，以此形成一個(gè)組合式獨(dú)立發(fā)電模塊；每個(gè)組合式獨(dú)立發(fā)電模塊的Z字形壓電發(fā)電片(I)的正極鋁箔層(6)之間搭嵌相連，每個(gè)組合式獨(dú)立發(fā)電模塊的鋰離子蓄電池(5)通過導(dǎo)線(8)相連，由此組成發(fā)電單元；發(fā)電單元外部裝有彈性樹脂外殼(9);發(fā)電單元通過導(dǎo)線(8)與補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器(10)相連，補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器(10)再與用電器相連向用電器輸出電能。
【文檔編號】H02N2/18GK203747694SQ201420027709
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】段科, 李寒劍, 董濤濤 申請人:江蘇大學(xué)