一种铁电发电装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种铁电发电装置。现有压电发电装置发电效率低。本实用新型专利技术包括金属悬臂梁、质量块、基座和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和下表面分别排列设置铁电薄膜，每片铁电薄膜的顶部和底部呈矩阵设置有电量采集点，顶部的所有采集点通过引线与顶部电极线连接，底部的所有采集点通过引线与底部电极线连接。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。由于本实用新型专利技术采用了铁电材料作为发电装置机－电转换器，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。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于能源和电子
，具体涉及一种铁电发电装置。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种铁电发电装置。 本技术包括基座、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K,片铁电薄膜，3《Id 《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。3所述的铁电薄膜的顶部和底部呈矩阵设置有mXn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. 2腿《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Cl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Dl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Dl正极和 第四整流二极管D4正极与滤波电容Cl的一端和超级电容器C2 —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Cl的另一 端和超级电容器C2另一端连接。本技术的有益效果与普通的压电材料相比，由于本技术采 用了铁电材料作为发电装置机一电转换器，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l为本技术结构示意图2为图1中A部分的放大图3为图1中金属悬臂梁部分的俯视图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4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lmm。金属悬臂梁4采用高弹 性模量的Al/SiNx构成的双材料弯折梁，长为60mm，宽15腿，厚0. 5mm。当基座1随外界环境振动时，质量块5相对于基座1产生相对运动， 引起金属悬臂梁4弯曲变形。由于金属悬臂梁4的弯曲变形，使铁电薄膜 3也产生一定的变形，铁电薄膜3受到应变变化的影响，发生电极化与极 化翻转，从而使铁电薄膜3产生的电量集中在铁电薄膜3的顶部和底部， 此时铁电薄膜3会有峰值不定的交流电输出。输出的交流电流过整流桥， 再经过滤波电容C1滤波，最后储存在超级电容器C2中，达到充电的目的。 为确保发电量最大，也可采用在基座的各个表面设置铁电发电装置。如图3所示，铁电薄膜3顶部和底部呈矩阵设置有4 X 6个电量采集点， 采集点为盲孔，孔深为0. 2mm，铁电薄膜3顶部所有采集点6通过引线连 接，并通过引线与顶部电极线连接；铁电薄膜3底部所有采集点6通过引 线连接，并通过引线与底部电极线连接。如图4所示，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 Dl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Dl 正极和第四整流二极管D4正极与滤波电容Cl和超级电容器C2 —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Cl和超级 电容器C2另一端连接。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均采用低压降的锗管构成整流桥，铁电 薄膜电极化产生的电量通过整流滤波后储存在超级电容器C2中。含铁电薄膜的悬臂梁是铁电发电装置的核心元件之一，在铁电发电装 置中，铁电薄膜通过悬臂梁振动产生的应变，在铁电薄膜内诱发电极化翻 转，产生电场，电极化产生的电荷集中分布于铁电薄膜的顶部和底部。权利要求1.一种铁电发电装置，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，其特征在于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负极连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁电发电装置，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，其特征在于：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和超级电容器Ｃ２另一端连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王林翔，周昌全，冯长水，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：86[]