用于产生电压的自容式压电设备制造技术

用于产生电压的压电设备，包括振动叶片（１），所述振动叶片（１）具有紧固于固定基体（６）的第一端，和能够通过在其上施加机械脉冲而移动的第二自由端（８），其中在叶片（１）的一侧设置有至少一个单独的压电元件（１０），使得压电元件（１０）通过叶片在施加所述机械脉冲后的振荡而变形，并由此产生电压。该设备的特征在于，叶片（１）为大致Ｕ形，且具有通过弯曲的中间部分（４）连接在一起的两个基本平板的臂（２、３），其中第一臂（３）紧固于基体而第二臂（２）具有自由端（８）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于产生电力的i殳备的领域，所述电力通过利用压电 元件进行的机械能或电能的转化而产生。更具体地，本专利技术涉及这种设备的新的机械结构，其特别在效率和 实施方面具有主要优势。
技术介绍
一般来说，许多使用电气或电子元件的系统需要在能量方面是可自 给的，特别是如果它们不能被联接或连接于外部能源时。这种系统的示 例包括移动设备，以及安装在布置电力电缆困难、复杂或过于昂贵的位 置的静止设备或装置。因而，许多装置配备有提供电力的蓄电池或干电池。然而，这种蓄 电池具有有限的电池工作时间，而这意味着必须定期更换蓄电池。已经有人提议为一些装置配备能够通过转化该装置附近的可用能 量而产生电能的设备。示例包括转化光能的光电设备和基于压电元件的 设备，该基于压电元件的设备由于压电元件的变形而能够将机械能转化 为电能。已经提出许多通过用于利用压电效应产生电能的设备。这些设备通 常包括振动叶片，该振动叶片通过其一端固定于固定的基体，另一自由 端由于施加至其上的机械力的作用而能够移动。例如如果能量从振动系 统中回收，则该力可由附连于叶片端部的配重的运动而产生，或者由向 叶片的端部施加点力因而引起叶片振荡的外部机械设备产生。一个或多个压电元件安装在叶片的一侧或两侧，并因此在叶片振荡 时变形。因此该变形产生压电元件端子之间的电压。然后该电压可被整流，以便为电容器类的电容元件充电，从而为负栽提供动力。例如，文献US 2005/0280561, EP 0 725 452, DE 296 14 851U以及US 7 005 778 中描述了这种设备。所有这些机构的共同特征在于，其操作由在一端或两端固定的基本 直的梁的变形引起。这种设计具有许多缺点。事实上，从能源的观点来 看，这些系统具有相对较低的效率，最多为百分之几的量级。采用术语 "效率"指的是从压电元件供应到下游的电容元件的电能与输送到系统 的机械能之比。因此，为了获得令人满意的数量的电能，这种低效率通常使得必须 增加转化系统的数量，因而增加了转化设备的总体尺寸及其成本。振动梁系统的另一个缺点在于，由于端部约束处产生的力矩以及传 播到基体中的振动，所以与固定基体的固定点要承受相当大的机械应 力。因此，这些机械应力使得必须确保机械上牢固的、体积大的端部约 束，这增加了系统的成本并对其性能有影响。本专利技术的目的之一是制造一种系统，其设计简单但可以提供显著优 于现有系统的效率，而且能够以合理的成本制造。
技术实现思路
因此，本专利技术涉及一种用于产生电压的压电设备。这种设备以已知 的方式包括振动叶片，该振动叶片具有紧固于固定的基体的第一端。该 叶片具有第二自由端，该自由端能够通过在其上施加机械力而移动。该 叶片包括设置在叶片 一侧的至少 一个单独的压电元件。该元件通过叶片 在施加所述机械力后的振荡而变形，由此产生电压。该力可以是通过外 部机构施加至叶片的机械脉沖。该力还可以涉及通过系统外产生的振动 而振荡的叶片。根据本专利技术，该设备的特征在于，叶片呈大致V形，且具有通过弯曲的中间部分连接在一起的两个基本呈平板的臂。笫一臂紧固于基体而 第二臂具有自由端。5换句话说，本专利技术使用的叶片并不像现有技术的情况那样，具有基本平直的几何形状；而是具有变弯或弯曲成U形或V形的构造。该弯 曲叶片的其中一个臂受到机械脉冲，或者制成通过外部振动而振荡，由 此引起通过相对的臂紧固于基体的叶片发生变形。两个臂连接在一起的 区域由于优先变形而用作弹簧，这显著限制了叶片固定至固定基体的固 定点处的机械应力。在两个臂具有相似长度的情况下，这些应力，特别是力矩，可以几 乎为零。然而在某些情况下，为了影响基本振荡模与谐波模之比，这些 臂可以具有不同的长度。在实践中，弯曲叶片可以具有这样的构型其中两个臂实际上平行 以形成U形构型，且至少相对于彼此形成小于45°的角以具有V形构 型。就压电元件的位置而言，能够设想不同的变型。优选地，压电元件可定位在第二臂上，即接收机械脉冲的臂上。在 这种情况下，该元件可以有利地定位在该臂的外侧，优选定位在该臂靠 近弯曲的中间部分的一侧。更确切地，该压电元件可定位在第二臂中从 中间弯曲部延伸到距离等于第二臂的长度的20%至50%、且优选为 25%至35。/。的点的区域中。换句话说，压电元件优选地定位在第二臂的 位于靠近中间部分的那一半。该优选的定位区域对于第二臂发生变形的 脉冲操作特别有利。在另一种变型中，压电元件可以定位在第一臂上，即紧固于固定基 体的臂上.虽然与压电元件定位在第二臂上时相比降低了效率，但在某 些情况下可以采用该解决方案。该压电元件可以定位在该臂的内侧或外侧。出于实际的原因，将压 电元件定位在叶片外侧也是优选的。选择将压电元件定位为靠近弯曲的 中间部分也可以是有利的。在这种情况下，可以为压电元件选择各种位置，将其定位在更靠近 或较不靠近中间部分，或者甚至更靠近固定基体上的固定点和端部约 束。因而，在实际中，压电元件可定位在第一臂上从中间部分延伸到距 离等于第一臂的长度的20%至50%，优选为25%至35%的点的区域中。在振动操作模式中，即当该设备定位在传播至压电元件的振动源上 时，由于设备长时间接收一定的能量，所以优选的定位区域的范围可以减少。因此仅仅利用一个延伸其定位所在的臂的长度5%至10%的压电 元件，即可获得显著水平的能量回收。此外，在振动操作模式中，为了 限制施加在压电元件上的机械应力，并由此延长其使用寿命而不折损其 效率，能够设想将压电元件定位在距中间部分一定距离处。还能够通过在振动叶片上布置几个压电元件、将它们定位在第一臂 和第二臂上而对这些不同的变型进行组合。与在根据现有技术的系统上 得到的低于3%的效率相比，这种组合能够获得超过25%的极有益的效 率。在实践中，为了效率考虑，优选一个或多个压电元件至少定位在第 二个叶片上的解决方案。在实践中，压电元件可由多种材料制成，特别是锆钛酸铅(PZT) 基材料，以及任何其它压电材料，特别是单晶材料，如铌镁酸铅-钛酸 铅(PNM-PT)。为了优化效率，选择延伸几乎整个叶片宽度的压电元 件，所述叶片由这样的材料制成其具有允许应用为弹簧型的动力弹性 强度特性，以及对于产生振荡状态和促进振动的传播有传导性的尺寸特 性。示例包括具有"钢琴弦"型组分的钢，特别是例如XC75S钢，或 者具有超过1100MPa的断裂强度(Rm )的X10C R Ni 18 8 ( T4 )冷作 不锈钢。还可使用聚合材料，例如聚苯硫醚(PPS)。附图说明从以下实施方式的描述中，本专利技术的实施方式和其产生的优点将显 而易见，参照附图，其中图l是根据第一种变型构建的本专利技术设备的总体视图2是图1中的设备的侧视图3和4是两种替代性实施方式的侧视图。具体实施例方式一般来说，图1中所示的根据本专利技术的设备为弯曲成U形或V形的7叶片(1)形式，该叶片(1)由刚性材料制成。更确切地，叶片(1)包括形成U形的臂的两个基本平板的部分(2、 3)，这两个基本平板的 部分(2、 3)通过弯曲的中间部分(4)连接在一起。第一臂(3)通过 端部约束(5)紧固于固定的基体(6)。第二臂(2)具有端部(8),该 端部(8)能够接收引起叶片变形，特别是弯曲区域(4)处的变形的机 械脉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生电压的压电设备，包括振动叶片（１），所述振动叶片（１）具有紧固于固定的基体（６）的第一端，和能够通过在其上施加机械力（Ｆ）而移动的第二自由端（８），其中在所述叶片（１）的一侧设置有至少一个单独的压电元件（１０），使得所述压电元件（１０）通过叶片（１）在施加所述机械力后的振荡而变形，并由此产生电压，所述压电设备的特征在于：所述叶片（１）呈大致Ｖ形，且具有通过弯曲的中间部分（４）连接在一起的两个基本平板的臂（２，３），其中第一臂（３）紧固于所述基体而第二臂（２）具有自由端（８）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：让弗雷德里克马丁，
申请(专利权)人：让弗雷德里克马丁，
类型：发明
国别省市：FR[法国]