專利名稱：壓電發電充電器的制作方法
技術領域：
壓電發電充電器 技術領域[0001 ] 本實用新型涉及一種充電器，具體涉及一種壓電發電充電器。
背景技術：
[0002]充電器是一種將交流電轉換為低壓直流電的設備。充電器在各個領域用途廣泛， 特別是在生活領域被廣泛用于手機、相機等等常見電器。傳統的充電器是采用電力電子半 導體器件，將電壓和頻率固定不變的市電交流電變換為直流電的一種靜止變流裝置。雖然 充電器所需的供電功耗較少，但長時間采用市電作為供電電源，仍然是一筆不小的開銷。[0003]我們都知道壓力無處不在，壓力也是一種能量。如果能把這些我們無意識間略掉 的能量收集起來轉換成電能的形式加以利用，是對人類社會日益匱乏的能源將是一個補 充。如果對壓電材料施加壓力，它便會產生電位差(稱之為正壓電效應)，反之施加電壓，則 產生機械應力(稱為逆壓電效應)。壓電陶瓷具有機械能與電能之間的轉換和逆轉換的功 能，壓電陶瓷發電裝置的優點在于結構簡單、無污染、能量密度大、易于加工等。壓電陶瓷換 能器通過一定的工藝加工可以制成各種電子設備的供電能源，能夠使電子設備適應環境進 行自供電，提高設備的免維護性。基于這幾點的思考我們提出了基于壓力發電的充電器。它 把壓力轉換成電能存儲起來供外設充電。實用新型內容[0004]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種壓電發電充電器，其具有結構簡單、 節約能耗的特點。[0005]為解決上述問題，本實用新型所設計的一種壓電發電充電器，主要由壓電發電體、 整流及穩壓電路、升壓電路、以及自動極性判別及充電電路、以及儲能充電電池構成。上述 壓電發電體包括活動柱、固定壁、壓電陶瓷片和回位彈簧；其中固定壁為中空的柱形壁，長 條形的活動柱貫穿設于柱形壁的中部、且活動組的軸心與柱形壁的軸心重合，活動柱的一 端為施力端、另一端則固定有回位彈簧，上述彈簧的一端與活動柱相連、一端與柱形壁的底 面相連，多個壓電陶瓷片以活動柱為中心、固定壁的徑向為延伸方向、呈放射狀分布在固定 壁的內部，每個壓電陶瓷片平水平設置在柱形壁的內部、且壓電片的其中一端固定在活動 柱的外側壁上、另一端則固定在活動壁的內側壁上；多個壓電陶瓷片的輸出電極相互并聯 構成壓電發電體的電源輸出端。整流及穩壓電路輸入端連接在壓電發電體的電源輸出端 上，整流及穩壓電路輸出端連接儲能充電電池的輸入端；儲能充電電池的輸出端經過升壓 電路與自動極性判別及充電電路相連接。[0006]上述方案中，壓電陶瓷片最好由2片壓電晶體片和金屬墊片構成，2片壓電晶體片 分別膠合在金屬墊片的上下2個側面上；2片壓電晶體片的極化方向相同、即均沿垂直于金 屬墊片平面方向極化；2片壓電晶體片相互短接形成壓電陶瓷片的其中一個輸出電極、金 屬墊片作形成壓電陶瓷片的其中另一個輸出電極。[0007]上述方案中，壓電陶瓷片的兩端最好分別通過固定夾具與活動柱的外側壁和活動壁的內側壁相連。[0008]上述方案中，所述壓電發電充電器最好還進一步包括雙擲開關、模數轉換電路、控 制器和液晶顯示器；儲能充電電池的輸出端經過雙擲開關的其中一個端與模數轉換電路的 輸入端相連，雙擲開關的另一個端接在控制器上；模數轉換電路的輸出端連接控制器的輸 入端，控制器的輸出端與液晶顯示器相連。[0009]與現有技術相比，本實用新型利用壓電陶瓷設計并制作一個壓電發電體，把腳下 或者其它的壓力通過壓電陶瓷轉換成電能并存儲。利用壓電陶瓷正壓電效應的特點及原 理，將壓電陶瓷通過正壓電效應產生電能，通過選擇合適的壓電片，并設計壓電陶瓷片的壓 電方式以及連接方式。壓電方式采用電極并聯壓電片懸梁發電結構，連接好的壓電陶瓷片， 通過濾波、整流、穩壓，先把能量暫存在儲能充電電池中，然后通過DC-DC升壓電路以及充 電電路輸出給外部進行充電。此外，若想在充電過程中查看充電狀態，把開關閉合接上輔助 電路，通過控制器控制A/D模塊采集電壓信號，并通過IXD顯示。
[0010]圖1為一種壓電發電充電器的電路原理圖。[0011]圖2為壓電發電體結構示意圖。[0012]圖3為壓電陶瓷片結構示意圖。[0013]圖4為整流及穩壓電路原理圖。[0014]圖5為升壓電路原理圖。[0015]圖6為自動極性判別及充電電路原理圖。[0016]圖中標不1、活動柱；2、固定壁；3、壓電陶瓷片；4、回位彈黃；5、固定夾具。
具體實施方式
[0017]參見圖1，一種壓電發電充電器主要由壓電發電體、整流及穩壓電路、升壓電路、自 動極性判別及充電電路、儲能充電電池、雙擲開關、模數轉換電路、控制器和液晶顯示器構 成。[0018]壓電發電體能夠將外界的壓力轉換為電能，其結構如圖2所示。在本實施例中，壓 電發電體主要由活動柱1、固定壁2、壓電陶瓷片3和回位彈簧4構成。其中固定壁2為中 空的柱形壁，長條形的活動柱I貫穿設于柱形壁的中部、且活動組的軸心與柱形壁的軸心 重合，活動柱I的一端為施力端、另一端則固定有回位彈簧4，上述彈簧的一端與活動柱I相 連、一端與柱形壁的底面相連，多個壓電陶瓷片3以活動柱I為中心、固定壁2的徑向為延 伸方向、呈放射狀分布在固定壁2的內部，每個壓電陶瓷片3平水平設置在柱形壁的內部、 且壓電片的其中一端固定在活動柱I的外側壁上、另一端則固定在活動壁的內側壁上；多 個壓電陶瓷片3的輸出電極相互并聯構成壓電發電體的電源輸出端。為了能夠讓壓電陶瓷 片3能夠更好地固定，壓電陶瓷片3的兩端還分別通過固定夾具5與活動柱I的外側壁和 活動壁的內側壁相連。當要發電時，向活動柱I施加向下的力。釋放后，由于存在回位彈簧 4的原因，活動柱I會在固定壁2的內腔中上下振動一段時間。此時壓電陶瓷片3中固定在 活動柱I上的那一端會隨著活動柱I 一塊振動，而固定在固定壁2上的一端則固定不動，因 此壓電陶瓷片3發電會持續一段時間，不用一直施加壓力，從而極大地提高了發電效率。[0019]上述壓電陶瓷片3可以采用現有技術已知的壓電陶瓷片3，在本實施例中，所述壓電陶瓷片3結構如圖3所示，即壓電陶瓷片3由2片壓電晶體片和金屬墊片構成，2片壓電晶體片分別膠合在金屬墊片的上下2個側面上；2片壓電晶體片的極化方向相同、即均沿垂直于金屬墊片平面方向極化(圖中X所示方向)；2片壓電晶體片相互短接形成壓電陶瓷片 3的其中一個輸出電極、金屬墊片作形成壓電陶瓷片3的其中另一個輸出電極。本實施例所使用的壓電晶體片為PZT陶瓷，原材料=PbZrxTi {l-x}03鋯鈦酸鉛。[0020]設梁的長度為L，寬度為a，金屬墊片厚度為tsh，晶片厚度為t。，受外力作用，產生的X方向撓度為h=Hsinwt。[0021]輸出電流
權利要求1.壓電發電充電器，其特征在于其主要由壓電發電體、整流及穩壓電路、升壓電路、自動極性判別及充電電路、以及儲能充電電池組成； 上述壓電發電體包括活動柱(I)、固定壁(2)、壓電陶瓷片(3)和回位彈簧(4);其中固定壁(2)為中空的柱形壁，長條形的活動柱(I)貫穿設于柱形壁的中部、且活動組的軸心與柱形壁的軸心重合，活動柱(I)的一端為施力端、另一端則固定有回位彈簧(4)，上述彈簧的一端與活動柱(I)相連、一端與柱形壁的底面相連，多個壓電陶瓷片(3)以活動柱(I)為中心、固定壁(2)的徑向為延伸方向、呈放射狀分布在固定壁(2)的內部，每個壓電陶瓷片(3)平水平設置在柱形壁的內部、且壓電片的其中一端固定在活動柱(I)的外側壁上、另一端則固定在活動壁的內側壁上；多個壓電陶瓷片(3)的輸出電極相互并聯構成壓電發電體的電源輸出端； 整流及穩壓電路輸入端連接在壓電發電體的電源輸出端上，整流及穩壓電路輸出端連接儲能充電電池的輸入端；儲能充電電池的輸出端經過升壓電路與自動極性判別及充電電路相連接。
2.根據權利要求1所述的壓電發電充電器，其特征在于上述壓電陶瓷片(3)由2片壓電晶體片和金屬墊片構成，2片壓電晶體片分別膠合在金屬墊片的上下2個側面上；2片壓電晶體片的極化方向相同、即均沿垂直于金屬墊片平面方向極化；2片壓電晶體片相互短接形成壓電陶瓷片(3)的其中一個輸出電極、金屬墊片作形成壓電陶瓷片(3)的其中另一個輸出電極。
3.根據權利要求1所述的壓電發電充電器，其特征在于壓電陶瓷片(3)的兩端分別通過固定夾具(5)與活動柱(I)的外側壁和活動壁的內側壁相連。
4.根據權利要求1 3中任意一項所述的壓電發電充電器，其特征在于還進一步包括雙擲開關、模數轉換電路、控制器和液晶顯示器；儲能充電電池的輸出端經過雙擲開關的其中一個端與模數轉換電路的輸入端相連，雙擲開關的另一個端接在控制器上；模數轉換電路的輸出端連接控制器的輸入端，控制器的輸出端與液晶顯示器相連。
5.根據權利要求1所述的壓電發電充電器，其特征在于所述儲能充電電池為鎳鎘充電電池。
專利摘要本實用新型公開一種壓電發電充電器，主要由壓電發電體、整流及穩壓電路、升壓電路、以及自動極性判別及充電電路、以及儲能充電電池構成。上述壓電發電體包括活動柱、固定壁、壓電陶瓷片和回位彈簧。整流及穩壓電路輸入端連接在壓電發電體的電源輸出端上，整流及穩壓電路輸出端連接儲能充電電池的輸入端；儲能充電電池的輸出端經過升壓電路與自動極性判別及充電電路相連接。本實用新型具有結構簡單、節約能耗的特點。
文檔編號H02J7/32GK202856432SQ20122044435
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者胡聰, 周明亮, 周甜, 李智, 許川佩, 張鍇 申請人:桂林電子科技大學