專利名稱：壓電發(fā)電充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種充電器，具體涉及一種壓電發(fā)電充電器。
背景技術(shù)：
充電器是一種將交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電的設(shè)備。充電器在各個領(lǐng)域用途廣泛，特別是在生活領(lǐng)域被廣泛用于手機、相機等等 常見電器。傳統(tǒng)的充電器是采用電力電子半導(dǎo)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。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(zhuǎn)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(chǎn)生電位差(稱之為正壓電效應(yīng))，反之施加電壓，則產(chǎn)生機械應(yīng)力(稱為逆壓電效應(yīng))。壓電陶瓷具有機械能與電能之間的轉(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換的功能，壓電陶瓷發(fā)電裝置的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)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(shè)備的供電能源，能夠使電子設(shè)備適應(yīng)環(huán)境進(jìn)行自供電，提高設(shè)備的免維護(hù)性。基于這幾點的思考我們提出了基于壓力發(fā)電的充電器。它把壓力轉(zhuǎn)換成電能存儲起來供外設(shè)充電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種壓電發(fā)電充電器，其具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約能耗的特點。為解決上述問題，本發(fā)明所設(shè)計的一種壓電發(fā)電充電器，主要由壓電發(fā)電體、整流及穩(wěn)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(gòu)成。上述壓電發(fā)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(shè)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(nèi)部，每個壓電陶瓷片平水平設(shè)置在柱形壁的內(nèi)部、且壓電片的其中一端固定在活動柱的外側(cè)壁上、另一端則固定在活動壁的內(nèi)側(cè)壁上；多個壓電陶瓷片的輸出電極相互并聯(lián)構(gòu)成壓電發(fā)電體的電源輸出端。整流及穩(wěn)壓電路輸入端連接在壓電發(fā)電體的電源輸出端上，整流及穩(wěn)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(jīng)過升壓電路與自動極性判別及充電電路相連接。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(gòu)成，2片壓電晶體片分別膠合在金屬墊片的上下2個側(cè)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。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(cè)壁和活動壁的內(nèi)側(cè)壁相連。上述方案中，所述壓電發(fā)電充電器最好還進(jìn)一步包括雙擲開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、控制器和液晶顯示器；儲能充電電池的輸出端經(jīng)過雙擲開關(guān)的其中一個端與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，雙擲開關(guān)的另一個端接在控制器上；模數(shù)轉(zhuǎn)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。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用壓電陶瓷設(shè)計并制作一個壓電發(fā)電體，把腳下或者其它的壓力通過壓電陶瓷轉(zhuǎn)換成電能并存儲。利用壓電陶瓷正壓電效應(yīng)的特點及原理，將壓電陶瓷通過正壓電效應(yīng)產(chǎn)生電能，通過選擇合適的壓電片，并設(shè)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(lián)壓電片懸梁發(fā)電結(jié)構(gòu)，連接好的壓電陶瓷片，通過濾波、整流、穩(wěn)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(jìn)行充電。此外，若想在充電過程中查看充電狀態(tài)，把開關(guān)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。


·圖I為一種壓電發(fā)電充電器的電路原理圖。圖2為壓電發(fā)電體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為壓電陶瓷片結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為整流及穩(wěn)壓電路原理圖。圖5為升壓電路原理圖。圖6為自動極性判別及充電電路原理圖。圖中標(biāo)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。
具體實施例方式參見圖I，一種壓電發(fā)電充電器主要由壓電發(fā)電體、整流及穩(wěn)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(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、控制器和液晶顯示器構(gòu)成。壓電發(fā)電體能夠?qū)⑼饨绲膲毫D(zhuǎn)換為電能，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。在本實施例中，壓電發(fā)電體主要由活動柱I、固定壁2、壓電陶瓷片3和回位彈簧4構(gòu)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(shè)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(nèi)部，每個壓電陶瓷片3平水平設(shè)置在柱形壁的內(nèi)部、且壓電片的其中一端固定在活動柱I的外側(cè)壁上、另一端則固定在活動壁的內(nèi)側(cè)壁上；多個壓電陶瓷片3的輸出電極相互并聯(lián)構(gòu)成壓電發(fā)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(cè)壁和活動壁的內(nèi)側(cè)壁相連。當(dāng)要發(fā)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(nèi)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(fā)電會持續(xù)一段時間，不用一直施加壓力，從而極大地提高了發(fā)電效率。
上述壓電陶瓷片3可以采用現(xiàn)有技術(shù)已知的壓電陶瓷片3，在本實施例中，所述壓電陶瓷片3結(jié)構(gòu)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(gòu)成，2片壓電晶體片分別膠合在金屬墊片的上下2個側(cè)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。設(shè)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(chǎn)生的X方向撓度為h=Hsinwt。輸出電流
權(quán)利要求
1.壓電發(fā)電充電器，其特征在于其主要由壓電發(fā)電體、整流及穩(wěn)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(fā)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(shè)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(nèi)部，每個壓電陶瓷片(3)平水平設(shè)置在柱形壁的內(nèi)部、且壓電片的其中一端固定在活動柱(I)的外側(cè)壁上、另一端則固定在活動壁的內(nèi)側(cè)壁上；多個壓電陶瓷片(3)的輸出電極相互并聯(lián)構(gòu)成壓電發(fā)電體的電源輸出端； 整流及穩(wěn)壓電路輸入端連接在壓電發(fā)電體的電源輸出端上，整流及穩(wěn)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(jīng)過升壓電路與自動極性判別及充電電路相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓電發(fā)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(gòu)成，2片壓電晶體片分別膠合在金屬墊片的上下2個側(cè)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(jù)權(quán)利要求I所述的壓電發(fā)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(cè)壁和活動壁的內(nèi)側(cè)壁相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任意一項所述的壓電發(fā)電充電器，其特征在于還進(jìn)一步包括雙擲開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、控制器和液晶顯示器；儲能充電電池的輸出端經(jīng)過雙擲開關(guān)的其中一個端與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，雙擲開關(guān)的另一個端接在控制器上；模數(shù)轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求I所述的壓電發(fā)電充電器，其特征在于所述儲能充電電池為鎳鎘充電電池。
全文摘要
本發(fā)明公開一種壓電發(fā)電充電器，主要由壓電發(fā)電體、整流及穩(wěn)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(gòu)成。上述壓電發(fā)電體包括活動柱、固定壁、壓電陶瓷片和回位彈簧。整流及穩(wěn)壓電路輸入端連接在壓電發(fā)電體的電源輸出端上，整流及穩(wěn)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(jīng)過升壓電路與自動極性判別及充電電路相連接。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約能耗的特點。
文檔編號H02J7/32GK102801203SQ20121032110
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月3日
發(fā)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(xué)