用于由机械变形产生电能的弯曲换能器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于由变形产生电能的弯曲换能器装置，以及一种具有这类弯曲换能器的电路模块。按照本发明专利技术的弯曲换能器（１）至少包括压电元件（３）、用于接触该压电元件（３）的第一接触元件（７）和可弹性变形的、能够振动的、导电的支承结构（２），其中，导电的支承结构（２）具有用于支承结构（２）的夹入的第一夹入区域（６ａ）和第二夹入区域（６ｂ），压电元件（３）这样地设置和构造在支承结构（２）上，使得通过支承结构（２）的变形能够使压电元件（３）变形并且通过支承结构（２）形成或接触用于获取由压电元件（３）的变形产生的电压的第一电极，第一接触元件（７）在第一夹入区域（６ａ）和第二夹入区域（６ｂ）以外与支承结构（２）导电地连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于由机械变形产生电能的弯曲换能器。
技术介绍
为了由机械变形产生电能，可以使用压电式换能器装置、如弯曲换能 器。弯曲换能器除了压电元件之外一般还包括支承结构，压电元件牢固地 设置在支承结构上。机械变形可以通过支承结构、例如通过支承结构的振 动耦合到压电元件中。在此，该支承结构本身可以是第二压电元件。为了 获取由压电元件的变形产生的电压，可以在压电元件上设置电极，这些电 极又可以通过接触元件接触。压电式换能器装置尤其可以应用在传感器技 术和致动器
中。而例如DE 10 2005 062 872 Al描述了一种用于识别车轮滚动的装置， 在该装置中，压电元件以构造在其相对的侧面上的电极接触到芯片载体上， 其中，压电元件的上电极通过引线键合(Drahtbond)接触，并且芯片载体 与压电元件和引线键合浇铸在模塑料(moldcompound)中。在这种用于测 量加速度如振动的传感器中能够以低的耗费实现可靠的接触。此外，压电材料也越来越多地用于由外界能量、尤其是振动和变形产 生电能，这也称为能量收获。在此能够实现压电元件的弯曲变形，与浇铸 在模塑料中的压电元件的、例如在DE 10 2005 062 872A1中所许用的机械 应力相比，所述弯曲变形导致产生明显更高的能量。对于支承结构和压电元件都牢固地被夹紧的弯曲换能器，压电元件的 电接触可以相对简单地实现，因为压电元件牢固地与壳体连接。但是这种 结构一般需要使用面积足够大的并因此成本高的压电元件。此外尤其是压 电元件与壳体接合的区域受到机械应力，这会降低换能器的使用寿命。在压电元件并不是牢固地被夹紧时， 一般通过柔性的导线连接来实现 接触。但是这种导线连接同样受到所产生的机械负荷并且在面对反复变形 时仅具有有限的耐用性。DE 10 2007 006 994 Al公开了一种电路模块，尤其用在汽车轮胎中， 该电路模块具有一个用于由机械变形产生电能的弯曲换能器。该电路模块 所含有的弯曲换能器包括可弹性变形的、能够振动的支承结构和压电元件。 该支承结构具有第一夹入区域和第二夹入区域，该支承结构借助这些夹入 区域支承在电路模块的壳体中。压电元件这样地设置和构造在支承结构上， 使得通过由振动引起的支承结构变形可以使压电元件变形。压电元件在其 上侧和下侧以导电层覆层，所述导电层作为下电极或上电极。 一方面，支 承结构通过构造成金属弹簧装置而可以用于电接触并且尤其是接触下电 极。另一方面，构造在压电元件上侧的上电极可以通过其它接触装置、如 导线、柔性电路板或柔性金属板接触。
技术实现思路
按照本专利技术的用于由机械变形产生电能的弯曲换能器包括至少一个可 弹性变形的、能够振动的、导电的支承结构，该支承结构直接形成第一电 极或接触第一电极。该支承结构在两个夹入区域中被接收，其中，第一接 触元件在夹入区域以外与支承结构导电地连接。接触元件具有如下用途能够建立支承结构尤其与负载、例如电子装 置的电连接。通过使第一接触元件在两个夹入区域以外与支承结构导电地 连接，能够减小这种接触元件对包括支承结构和压电元件的能够振动的系 统的影响。这不仅对于支承结构的牢固夹紧而且对于支承结构的松弛夹入 都是可行的。在此，松弛夹入指的是没有机械力施加在支承结构上的夹入。 例如当支承结构的夹入区域支承在足够大的容纳部中时就是这种情况。本专利技术的特别有利的改进方案规定，弯曲换能器附加地具有第二接触 元件，该第二接触元件与用于获取由压电元件的变形产生的电压的第二电 极导电地连接，或者第二接触元件本身形成这样的第二电极，其中，该第 二接触元件相对于第一接触元件这样地设置和构造，使得第一和第二接触 元件之间在支承结构振动时在第一和第二电极的接触区域中基本不产生相 对运动。第一和第二接触元件的这种用于获取由压电元件的变形产生的电压的 结构减少了在支承结构振动时由接触元件施加在支承结构和压电元件上的 机械应力，这样的结构防止所述的相对运动。因此可以使接触元件对能够5振动的系统的影响保持很小。按照本专利技术的弯曲换能器尤其能够用作在能量方面自给自足的电路模块的供电装置的组成部分，其中，弯曲换能器构造成用于产生压电电压的、能够振动的系统。这能够省去附加的能源、如电池。这样的电路模块例如可以构造成轮胎传感器模块，例如用于测量轮胎内压和域温度和域加速度。附图说明下面借助于通过多幅图所示的实施例详细阐述本专利技术。附图中图1示出按照本专利技术的弯曲换能器的第一实施方式，该弯曲换能器是按照本专利技术的第一电路模块的组成部分；图2示出第一电路模块；图3示出弯曲换能器的第二实施方式，该弯曲换能器是第二电路模块的组成部分；图4示出第二电路模块；图5示出弯曲换能器的第三实施方式；和图6示出第三电路模块，该第三电路模块具有按照第三实施方式的弯曲换能器。在附图中，相同的和相互对应的构件配有相同的附图标记。具体实施例方式图1示出按照本专利技术的弯曲换能器1的第一实施方式。该弯曲换能器是第一电路模块20 (见图2)的组成部分并且设置在该电路模块壳体的壳体底板21上。该电路模块20被构造成在能量上自给自足的传感器模块，其中，弯曲换能器1构成用于产生压电电压的、能够振动的系统并且是电路模块20的供电装置的组成部分。在该实施例中，电路模块被构造成用于测量轮胎内压的轮胎传感器模块。替代地，例如构造成用于测量温度或加速度的轮胎传感器模块也是可行的。除了弯曲换能器1和壳体底板21以外，电路模块20还具有支撑环22，在该支撑环22上放置具有不同电子元件的电路板23。弯曲换能器1安置在支撑环22和壳体底板21之间，电路板23与壳体底板621相对地固定在支撑环22上。在图2中没有示出配属于电路模块20的壳 体盖。弯曲换能器1由变形产生电能。该弯曲换能器1包括压电元件3、第一 接触元件7、第二接触元件8和可弹性变形的、能够振动的、导电的支承结 构2。该支承结构2具有梁状区域5，该梁状区域5具有第一端部区域6a 和与第一端部区域6a相对的第二端部区域6b。第一端部区域6a构成第一 夹入区域6a，第二端部区域6b构成第二夹入区域6b。在该实施例中，夹入区域6a、 6b被构造成镰刀状的，支承结构2通过 这些夹入区域6a、 6b松弛地夹入到壳体底板21和配属于电路模块20的支 撑环22之间。所述松弛夹入通过如下方式建立壳体底板21和支撑环22 构成一个槽，该槽在其尺寸上选择为稍大于夹入区域6a和6b的尺寸，使 得支承结构2不能离开这样构成的槽，但是也没有机械力施加到支承结构2 上。替代地，支承结构2的牢固夹紧也是可行的。但是由此可能影响弯曲 换能器1的振动特性，例如弹簧常数。压电元件3设置在梁状区域5上并且在第一端部区域6a和第二端部区 域6b之间，但是并不覆盖夹入区域6a、 6b。通过支承结构2因振动引起的 变形，压电元件3随之变形。该压电元件3被构造成带的形状。该压电元 件3在上侧和下侧具有导电的金属层，这些金属层形成第一电极和构成反 电极的第二电极，用于获取由压电元件3的变形而产生的电压。支承结构2具有第一翼形区域9a，该第一翼形区域9a与梁状区域5 通过配属于支承结构2的第一短臂10a连接。此外，支承结构2具有第二 翼形区域9b，该第二翼形区域9b与梁状区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于由变形产生电能的弯曲换能器（１），至少包括压电元件（３）、用于接触该压电元件（３）的第一接触元件（７）和能弹性变形的、能够振动的、导电的支承结构（２），　其中，导电的支承结构（２）具有用于所述支承结构（２）夹入的第一夹入区域（６ａ ）和第二夹入区域（６ｂ），　其中，压电元件（３）这样地设置和构造在支承结构（２）上，使得通过支承结构（２）的变形能够使压电元件（３）变形并且通过支承结构（２）形成或接触用于获取由压电元件（３）的变形产生的电压的第一电极，　其中，第一接触 元件（７）在第一夹入区域（６ａ）和第二夹入区域（６ｂ）以外与支承结构（２）导电地连接。

【技术特征摘要】
DE 2008-8-8 102008041132.91.一种用于由变形产生电能的弯曲换能器(1)，至少包括压电元件(3)、用于接触该压电元件(3)的第一接触元件(7)和能弹性变形的、能够振动的、导电的支承结构(2)，其中，导电的支承结构(2)具有用于所述支承结构(2)夹入的第一夹入区域(6a)和第二夹入区域(6b)，其中，压电元件(3)这样地设置和构造在支承结构(2)上，使得通过支承结构(2)的变形能够使压电元件(3)变形并且通过支承结构(2)形成或接触用于获取由压电元件(3)的变形产生的电压的第一电极，其中，第一接触元件(7)在第一夹入区域(6a)和第二夹入区域(6b)以外与支承结构(2)导电地连接。2. 如权利要求1所述的弯曲换能器，其中，支承结构(2)具有梁状区域(5)，该梁状区域(5)具有第一端部区域(6a)和与第一端部区域(6a)相对置的第二端部区域(6b)，第一端部区域(6a)形成第一夹入区域(6a)，第二端部区域(6b)形成第二夹入区域(6b)，并且，压电元件(3)设置在梁状区域(5)上并且在第一和第二端部区域(6a、 6b)之间。3. 如权利要求2所述的弯曲换能器，其中，支承结构(2)具有第一翼形区域(9a)，该第一翼形区域(9a)通过配属于支承结构(2)的第一短臂(10a)与梁状区域(5)连接，并且，第一接触元件(7)借助第一翼形区域(9a)与支承结构(2)导电地连接。4. 如上述权利要求中任一项所述的弯曲换能器，其中，压电元件(3)被构造成带的形状，并且压电元件(3)在上侧和下侧具有能够导电的、优选金属的覆层，这些覆层形成用于获取由压电元件(3)的变形产生的电压的第一电极和第二电极。5. 如上述权利要求中任一项所述的弯曲换能器，附加地具有第二接触元件(8)，该第二接触元件(8)与用于获取由压电元件(3)的变形产生的电压的第二电极导电地连接，或者该第二接触元件(8)构成这样的第二电极，其中，所述第二接触元件(8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：F拉尔默，T潘内克，R赖兴巴赫，M凯克，
申请(专利权)人：罗伯特博世有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]