[实用新型]一种铁电发电装置

说明书

技术领域

本实用新型属于能源和电子技术领域，具体涉及一种铁电发电装置。

背景技术

随着集成电路和微机电系统技术的发展，对基于振动机械能量捕获与转换的发电装置的研究越来越多。对发电装置输出电压，要求越大越好，也就是要求尽可能多地将振动机械能转换到电能。传统的振动式压电发电装置采用压电材料作为机一电转换器，由于压电材料的线性本构关系，振动机械能只有一小部分转换成了电能，从而使得输出电压小，发电效率低。同时要求输入的振动频率与发电装置的共振频率匹配，应用范围受到较大限制。因此，如何使振动式发电装置能在更广的外部环境下工作、使机械能向电能的转换更高效、输出电压更高，是急需解决的问题。

随着材料技术的发展，智能材料在发电装置领域的应用受到越来越多的重视。特别是铁电材料，在外力的作用下，由于形变而导致正负电荷中心不再重合，在材料内部诱发电极化和极化翻转，使铁电材料两端表面带电。铁电材料的电极化和输入应变呈现一定的非线性滞回特性，而且不管是拉应变还是压应变均可产生电极化。而目前的压电发电装置以压电材料为机一电转换器，在相同的应变条件下，压电材料中没有诱发电极化和极化翻转，材料内由应变诱发的电极化较小，机械能向电能的转换也较少，对发电装置的发电效率影响很大。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种铁电发电装置。

本实用新型包括基座、金属悬臂梁、质量块、铁电薄膜和蓄电电路。基座能够上下振动，条形片状的金属悬臂梁的一端与基座固定连接，另一端与质量块固定连接。金属悬臂梁的上表面排列设置K₁片铁电薄膜，3≤K₁≤10，金属悬臂梁下表面排列设置K₂片铁电薄膜，3≤K₂≤10。每片铁电薄膜的顶部设置有顶部电极线、底部设置有底部电极线，顶部电极线与蓄电电路输入的一端连接、底部电极线与蓄电电路输入的另一端连接。

所述的铁电薄膜的顶部和底部呈矩阵设置有m×n个电量采集点，其中3≤m≤10，3≤n≤10，采集点为盲孔，孔深为h，0.2mm≤h≤0.3mm；铁电薄膜顶部所有采集点通过引线连接，并通过引线与顶部电极线连接；铁电薄膜底部所有采集点通过引线连接，并通过引线与底部电极线连接。

所述的蓄电电路包括桥式整流电路、滤波电容C1和超级电容器C2。桥式整流电路包括第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第三整流二极管D3和第四整流二极管D4。蓄电电路输入的一端为第一整流二极管D1负极和第二整流二极管D2正极连接端，蓄电电路输入的另一端为第三整流二极管D3正极和第四整流二极管D4负极连接端；第一整流二极管D1正极和第四整流二极管D4正极与滤波电容C1的一端和超级电容器C2一端连接，第二整流二极管D2负极和第三整流二极管D3负极与滤波电容C1的另一端和超级电容器C2另一端连接。

本实用新型的有益效果：与普通的压电材料相比，由于本实用新型采用了铁电材料作为发电装置机-电转换器，从而大幅度地提高了电极化率，可以获得大的输出电压和发电效率。另外，并不一定要求输入振动频率与发电装置的共振频率匹配。该发电装置具有结构简单、输出电压大、易于微型化、工作范围广的优点。可广泛应用于手机电池充电、遥控器电池充电、野外电子器件充电等。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为图1中A部分的放大图；

图3为图1中金属悬臂梁部分的俯视图；

图4为蓄电电路示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种铁电发电装置包括基座1、金属悬臂梁4、质量块5、铁电薄膜3和蓄电电路2。基座1能够上下振动，条形片状的金属悬臂梁4的一端与基座1固定连接，另一端与质量块5固定连接。金属悬臂梁4的上表面均匀排列设置5片铁电薄膜3，金属悬臂梁4下表面排列设置5片铁电薄膜。每片铁电薄膜3的顶部设置有顶部电极线、底部设置有底部电极线，顶部电极线与蓄电电路输入的一端连接、底部电极线与蓄电电路输入的另一端连接。铁电薄膜3采用掺有杂质的电钛酸锶钡铁电薄膜，铁电薄膜3的长为10mm，宽为10mm，厚1mm。金属悬臂梁4采用高弹性模量的A1/SiNx构成的双材料弯折梁，长为60mm，宽15mm，厚0.5mm。