[实用新型]一种压电发电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及能源技术领域，特别是涉及一种压电发电装置。 

背景技术

    随着可携带电子器件和无线传感网络在过去几十年的快速发展，依靠传统的电化学电池提供能量存在诸多弊端。随着复杂数字系统集成技术的高速发展，微电子器件在尺寸和能耗方面大大减小，然而这些器件的电源由于体积较大，成为其发展的瓶颈之一。而电池相对于微电子器件而言体积庞大、寿命短、化学毒性污染严重，而且需要定期更换，这给处于远距离需要长时间提供能量的无线传感器带来了很多的不便和经济负担；尤其对于嵌入在衣服、人体和动物体内的电子系统，更换电池是相当困难甚至是不可能的事情。因此，为了获得长期甚至无限生命周期的自主供电系统，各国研究者研究从周围环境中收集能量以便给电子器件供电，目的是取代传统电池为MEMS和低功耗的无线传感网络供电。把周围环境存在的能量（包括热能、风能、声能、水能、太阳能、电磁波、光、机械振动能和人类活动能等）的一种或者多种收集起来转换成电能，然后直接给电子器件供电或者存储在电容器、超级电容器或可充电的电池等储能器件中，这个过程即为能量收集。从各种能量源中收集能量的方法有电磁式、静电式和压电式等三类。与其他的发电原理相比，压电发电具有结构简单、不发热、无电磁干扰、无污染和易于实现机构的微小化、集成化等诸多优点，且能满足此类低耗能产品的供能需求。 

    在压电发电领域目前使用较多的是悬臂梁式压电发电装置、Moonie型和Cymbal型压电发电装置。从目前研究来看，悬臂梁式压电发电装置具有低频、能量转换效率高等优点，但其承载能力有限，在大应力作用下容易断裂。Moonie型压电发电装置粘结和制作简单，但其粘结层边缘处由于厚度过大而产生较大的应力集中，影响能量转换效率。Cymbal型压电发电装置相比悬臂梁式承载能力有所提高，弯曲变形较大，应用比较广泛。Cymbal型压电发电装置由于其凸形结构及薄金属端帽结构，因此其耐压能力有限，当压力过大时，金属端帽将发生永久变形，空腔塌陷而失效。因此在一些大应力使用环境下，就需要寻求一种能够承受较大载荷并且有较高发电效率的压电发电装置。 

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种压电发电装置，能够放置在路面下，承受来自路面车辆较大的轴载作用，刚度较好，能量转换效率较高，使用寿命长。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种压电发电装置，包括：压电陶瓷和对称粘结在压电陶瓷上下两面的金属外壳，所述金属外壳呈变截面形状，金属外壳中部较薄，靠近与所述压电陶瓷粘结处较厚。 

优选的是，所述金属外壳通过环氧树脂与所述压电陶瓷粘结在一起。 

本实用新型的有益效果是：本实用新型能够放置在路面下，承受来自路面车辆较大的轴载作用，刚度较好，能量转换效率较高，使用寿命长。 

附图说明

    图1是本实用新型一种压电发电装置的主视结构示意图； 

    图2是所示一种压电发电装置的A-A截面示意图；

    附图中各部件的标记如下：1、金属外壳；2、压电陶瓷。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。 

请参阅图1和图2，本实用新型实施例包括： 

一种压电发电装置，包括：压电陶瓷2和通过环氧树脂对称粘结在压电陶瓷2上下两面的金属外壳1，所述金属外壳1呈变截面形状，金属外壳1中部较薄，靠近与所述压电陶瓷2粘结处较厚。一方面减少其厚度，还使其厚度沿着径向连续变化，相应减少与压电陶瓷2粘结边缘的应力，同时还可以提高金属外壳1轴向振动位移转换为径向振动位移的比率。

路面在使用过程中要承受车辆轴载的反复作用，从而产生应力、应变以及一定程度的振动。压电材料的正压电效应就是受到外力产生变形时，会引起材料内部正负电荷中心发生相对位移而产生电的极化，从而导致材料两个表面上出现符号相反的束缚电荷，可以把机械能转化成电能。本实用新型放置在路面下，承受来自路面车辆较大的轴载作用，刚度较好，能量转换效率较高，使用寿命长。 

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。