(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 210985965 U(45)授权公告日 2020.07.10
(21)申请号 201920872657.5(22)申请日 2019.06.11
(73)专利权人 深圳信息职业技术学院
地址 518000 广东省深圳市龙岗区龙城街
道龙翔大道2188号(72)发明人 孙亚飞 陈勖
(74)专利代理机构 深圳中一联合知识产权代理
有限公司 44414
代理人 黄志云(51)Int.Cl.
H02N 2/18(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图2页
(54)实用新型名称
按压式自发电装置(57)摘要
本实用新型提供了一种按压式自发电装置，包括筒体、压电片组、弹性件和施压件，筒体的一端开设有与筒体内腔连通的开口，压电片组容置于筒体的内腔内，弹性件的一端从筒体的开口伸入筒体的内腔内，并与压电片组的一端抵接，弹性件的另一端与施压件紧固连接，施压件与压电片组之间具有间隙；压电片组包括多个锆钛酸铅压电陶瓷片，多个锆钛酸铅压电陶瓷片沿筒体内腔的轴线方向层叠设置。本实用新型采用了由多个锆钛酸铅压电陶瓷片层叠形成的压电片组，通过压电片组的压电效应将施压件和弹性件传递的外力转化为满足各类低功耗器件使用的电能，从而有效地解决了微型压电发电装置难以满足各类低功耗器件的用电需求的技术问题。
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权 利 要 求 书
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1.按压式自发电装置，其特征在于，包括筒体、压电片组、弹性件和施压件，所述筒体的一端开设有与所述筒体内腔连通的开口，所述压电片组容置于所述筒体的内腔内，所述弹性件的一端从所述筒体的开口伸入所述筒体的内腔内，并与所述压电片组的一端抵接，所述弹性件的另一端与所述施压件紧固连接，所述施压件与所述压电片组之间具有间隙，所述施压件挤压所述弹性件将外力沿所述压电片组的轴线方向传递到所述压电片组上，以使所述压电片组于受压方向的相对两个端面上产生电荷能量；所述按压式自发电装置还包括第一隔挡片，所述第一隔挡片贴覆于所述压电片组的靠近所述筒体开口的端面上，并与所述弹性件紧固连接，所述第一隔挡片的面积大于所述弹性件的横截面面积；所述压电片组包括多个锆钛酸铅压电陶瓷片，多个所述锆钛酸铅压电陶瓷片沿所述筒体内腔的轴线方向层叠设置。
2.如权利要求1所述的按压式自发电装置，其特征在于，所述第一隔挡片和所述施压件为刚性材料件。
3.如权利要求2所述的按压式自发电装置，其特征在于，还包括两导电件，两所述导电件分别与所述压电片组的相对两端连接。
4.如权利要求3所述的按压式自发电装置，其特征在于，所述筒体上开设有避让孔，所述避让孔与所述筒体的内腔连通，所述导电件的一端从所述避让孔伸出所述筒体外。
5.如权利要求1至4任一项所述的按压式自发电装置，其特征在于，所述弹性件为压缩弹簧。
6.如权利要求5所述的按压式自发电装置，其特征在于，所述施压件包括受压部和施压部，所述受压部的面积大于所述筒体开口的所占面积，所述施压部的面积小于或等于所述筒体开口的所占面积，所述施压部凸设于所述受压部的表面上，并与所述弹性件紧固连接。
7.如权利要求5所述的按压式自发电装置，其特征在于，还包括第二隔挡片，所述第二隔挡片的面积小于或等于所述筒体开口的所占面积，所述施压件的面积大于所述筒体开口的所占面积，所述第二隔挡片固定于所述施压件的表面上，并与所述弹性件紧固连接。
8.如权利要求7所述的按压式自发电装置，其特征在于，所述第一隔挡片和所述第二隔挡片的结构一致。
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说 明 书按压式自发电装置
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技术领域
[0001]本实用新型属于压电发电装置技术领域，更具体地说，是涉及一种按压式自发电装置。
背景技术
[0002]压电发电装置是利用压电材料的压电效应进行发电的装置，其中，压电效应是指某些电介质(压电材料)在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。[0003]目前，大部分的微型压电发电装置的瞬时发电电压较高，可以达到30～40V，但其发电功率和所产生的电能非常微弱，仍然难以满足各类低功耗器件的用电需求。实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种按压式自发电装置，包括但不限于解决微型压电发电装置难以满足各类低功耗器件的用电需求的技术问题。[0005]为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种按压式自发电装置，包括筒体、压电片组、弹性件和施压件，所述筒体的一端开设有与所述筒体内腔连通的开口，所述压电片组容置于所述筒体的内腔内，所述弹性件的一端从所述筒体的开口伸入所述筒体的内腔内，并与所述压电片组的一端抵接，所述弹性件的另一端与所述施压件紧固连接，所述施压件与所述压电片组之间具有间隙；所述压电片组包括多个锆钛酸铅压电陶瓷片，多个所述锆钛酸铅压电陶瓷片沿所述筒体内腔的轴线方向层叠设置。[0006]进一步地，所述按压式自发电装置还包括第一隔挡片，所述第一隔挡片贴覆于所述压电片组的靠近所述筒体开口的端面上，并与所述弹性件紧固连接。[0007]进一步地，所述第一隔挡片和所述施压件为刚性材料件。[0008]进一步地，所述按压式自发电装置还包括两导电件，两所述导电件分别与所述压电片组的相对两端连接。[0009]进一步地，所述筒体上开设有避让孔，所述避让孔与所述筒体的内腔连通，所述导电件的一端从所述避让孔伸出所述筒体外。[0010]进一步地，所述弹性件为压缩弹簧。[0011]可选地，所述施压件包括受压部和施压部，所述受压部的面积大于所述筒体开口的所占面积，所述施压部的面积小于或等于所述筒体开口的所占面积，所述施压部凸设于所述受压部的表面上，并与所述弹性件紧固连接。[0012]可选地，所述按压式自发电装置还包括第二隔挡片，所述第二隔挡片的面积小于或等于所述筒体开口的所占面积，所述施压件的面积大于所述筒体开口的所占面积，所述第二隔挡片固定于所述施压件的表面上，并与所述弹性件紧固连接。[0013]可选地，第一隔挡片和所述第二隔挡片的结构一致。[0014]本实用新型提供的按压式自发电装置的有益效果在于：采用了由多个锆钛酸铅压
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电陶瓷片层叠形成的压电片组，通过压电片组的压电效应将施压件和弹性件传递的外力转化为满足各类低功耗器件使用的电能，从而有效地解决了微型压电发电装置难以满足各类低功耗器件的用电需求的技术问题，提高了按压式自发电装置的发电能力和发电效率。附图说明
[0015]为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0016]图1为本实用新型实施例提供的按压式自发电装置的立体示意图；[0017]图2为本实用新型实施例提供的按压式自发电装置的立体分解示意图。[0018]其中，图中各附图标记：[0019]1—按压式自发电装置、10—筒体、20—压电片组、30—弹性件、40—施压件、50—第一隔挡片、60—导电件、70—第二隔挡片、41—受压部、42—施压部、100—开口、200—锆钛酸铅压电陶瓷片。
具体实施方式
[0020]为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。[0021]需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。术语“第一”、“第二”等仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。术语“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。[0022]现对本实用新型提供的按压式自发电装置进行说明。[0023]实施例一：
[0024]请参阅图1和图2，该按压式自发电装置1包括筒体10、压电片组20、弹性件30和施压件40，其中，筒体10的一端开设有与筒体10的内腔连通的开口100，压电片组20容置在筒体10的内腔内，弹性件30的一端从筒体10的开口100伸入筒体10的内腔内，并且与压电片组20的一端抵接，弹性件30的另一端与施压件40紧固连接，施压件40与压电片组20之间具有间隙。
[0025]当施压件40受到外力施压时，施压件40挤压弹性件30将外力传递到压电片组20上，压电片组20受压后在其轴线方向上会发生变形，导致内部产生极化现象，并且在其受压方向的相对两个端面上产生电荷能量。这样只要通过施压件40向压电片组20反复施压，压电片组20就可以源源不断地输出电能。本按压式自发电装置1可以安装于鞋底、机械开关、
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键盘等器件的内部，通过压电片组20将用户行走、按压机械开关、敲击键盘等过程中产生的动能转化为电能，来满足安装于鞋子上的传感器、机械开关内的通信元件、键盘上的提示灯等低功耗器件的用电需求。可以理解的是，按压式自发电装置1向低功耗器件输出稳定的电压和电流时，需要外接整流稳压电路来实现。[0026]在本实施例中，压电片组20包括多个锆钛酸铅压电陶瓷片(PZT)200，多个锆钛酸铅压电陶瓷片200沿筒体10的内腔的轴线方向层叠设置。此处，相邻的两个锆钛酸铅压电陶瓷片200可以通过胶粘剂粘接在一起，或者整个压电片组20可以通过包装膜包裹形成。[0027]本实用新型提供的按压式自发电装置1，采用了由多个锆钛酸铅压电陶瓷片200层叠形成的压电片组20，通过压电片组20的压电效应将施压件40和弹性件30传递的外力转化为满足各类低功耗器件使用的电能，从而有效地解决了微型压电发电装置难以满足各类低功耗器件的用电需求的技术问题，提高了按压式自发电装置1的发电能力和发电效率。[0028]进一步地，请参阅图2，在本实施例中，按压式自发电装置1还包括第一隔挡片50，该第一隔挡片50贴覆在压电片组20的靠近筒体10的开口100的端面上，并且第一隔挡片50与弹性件30紧固连接。具体地，第一隔挡片50的面积大于弹性件30的横截面面积，并且第一隔挡片50的面积可以等于或者略小于或者略大于锆钛酸铅压电陶瓷片200的面积，这样通过第一隔挡片50有效地增大了弹性件30与压电片组20的接触面积，有利于将弹性件30传递的外力均匀地分散在压电片组20的端面上，使得压电片组20受力更加均匀，防止因外力局部集中导致锆钛酸铅压电陶瓷片200碎裂的情况发生。[0029]进一步地，在本实施例中，第一隔挡片50和施压件40为刚性材料件，即第一隔挡片50和施压件40都不具有缓冲性能，有利于减少施加于施压件40上的外力的能量损失，确保该外力产生的能量通过弹性件30和第一隔挡片50大部分地传递给压电片组20，有效地提高了按压式自发电装置1的灵敏度和发电效率。[0030]进一步地，请参阅图1和图2，在本实施例中，按压式自发电装置1还包括两个导电件60，两个导电件60分别与压电片组20的相对两端连接。具体地，导电件60可以为电线或者金属片等，导电件60的一端与压电片组20的端面接触，用于将锆钛酸铅压电陶瓷片200形变过程中产生的电荷导出。[0031]进一步地，请参阅图1，在本实施例中，在筒体10上开设有避让孔(未图示)，该避让孔与筒体10的内腔连通，导电件60的一端从避让孔伸出筒体10外。具体地，此处导电件60为电线，避让孔贯穿筒体10的筒壁，并且在筒体10的筒壁上开设有两个避让孔，避让孔与电线一一对应，即每个避让孔上穿设有一根电线，有利于导电件60伸出筒体10外与外部整流稳压电路连接。当然，根据具体情况和需求，在本实用新型的其它实施例中，在筒体10的筒壁上可以开设一个避让孔，两根电线可以通过一个避让孔伸出筒体10外，此处不作唯一限定。[0032]进一步地，请参阅图1和图2，在本实施例中，弹性件30为压缩弹簧，用于在外力撤除的情况下驱使施压件40回复到原始位置，确保施压件40与压电片组20或第一隔挡片50之间保留一定的活动空间，进而保证了按压式自发电装置1实现循环发电。[0033]进一步地，请参阅图1，在本实施例中，施压件40包括受压部41和施压部42，其中，受压部41的面积大于筒体10的开口100所占的面积，施压部42的面积小于或者等于筒体10的开口100所占的面积，施压部42凸设在受压部41的表面上，并且施压部42与弹性件30紧固连接。具体地，受压部41和施压部42一体成型，施压部42自受压部41的表面垂直向外凸起，
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当受压部41受到外力按压时，施压部42可以伸入筒体10的内腔内，对压电片组20施加压力，当受压部41受到的外力较大时，受压部41的底面边缘会抵靠在筒体10的开口100的边缘上，从而防止施压件40对压电片组20施加的压力超出压电片组20可以承受的压力极限，有利于延长按压式自发电装置1的使用寿命。[0034]实施例二：[0035]请参阅图2，本实施例提供的按压式自发电装置与实施例一的基本一致，不同之处在于：按压式自发电装置1还包括第二隔挡片70，该第二隔挡片70的面积小于或者等于筒体10的开口100所占的面积，同时，施压件40的面积大于筒体10的开口100所占的面积，第二隔挡片70固定在施压件40的表面上，并且第二隔挡片70与弹性件30紧固连接。具体地，第二隔挡片70可以通过胶粘或者焊接的方式与施压件40紧固连接，并且第二隔挡片70突出在施压件40的表面上，当施压件40受到外力按压时，第二隔挡片70可以伸入筒体10的内腔内，对压电片组20施加压力，当施压件40受到的外力较大时，施压件40的底面边缘会抵靠在筒体10的开口100的边缘上，从而防止施压件40对压电片组20施加的压力超出压电片组20可以承受的压力极限，有利于延长按压式自发电装置1的使用寿命。[0036]进一步地，在本实施例中，第一隔挡片50和第二隔挡片70的结构一致。这样有利于降低第一隔挡片50和第二隔挡片70的设计成本和加工难度，提高了第一隔挡片50和第二隔挡片70的生产效率。
[0037]以上仅为本实用新型的可选实施例而已，并不用于本实用新型。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
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