专利名称：一种改进的多层压电换能元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压电换能元件，特别是涉及一种多层压电换能元件。
背景技术：
利用压电效应将振动等机械能转化为电能的压电发电装置已为人们所公知，而压电换能器件是其中最为核心的器件。压电换能器件通常是由如图I和图2所示的基片I和粘贴在基片I单面或双面的压电换能元件2构成，在基片I振动时，压电换能元件2则因为压电效应而产生电能，这些电能被直接输出利用或者是收集储存起来。现有的压电发电方案通过多个压电换能元件2之间的连接进行输出电压和电流的调整，但由于这些压电换能元件2的振动相位并不相同，采用多个压电换能元件2连接进行输出电压和电流的调整的过程中的电能损耗较大，至今仍无理想的解决方案。目前，存在一种多层换能元件，其具体结构和原理可参考申请人的在先专利申请CN102208526A。然而，该多层换能元件所解决的主要技术问题是如何降低驱动电压或增加响应带宽，即其本质上是解决电能向机械能转换过程中的问题，并不涉及被应用到压电发电机中从而解决现有的压电换能元件在机械能转换为电能时由于振动相位的不同而存在的电能损耗问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多层压电换能元件，其单独可以进行输出电压和电流的调整，并且在振动频率等于一阶固有频率或低于元件一阶固有振动频率的条件下，还能够解决使用多换能器件的压电发电装置因为多个压电换能元件振动相位不同造成的能量损耗问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一种改进的多层压电换能元件，该多层压电换能元件整体呈条状，包括多层压电陶瓷和多层电极层由上至下依次层叠的多层结构，这些电极层被分隔为相同的若干段，位于奇数层的在同一段的电极层相互电连接，位于偶数层的在同一段的电极层相互电连接。由于条状状结构以一阶固有频率或低于一阶固有频率的频率振动时，压电换能元件内的所有换能段的变形都是同相的，所有换能段的电信号输出也是同相的。作为上述技术方案的改进，位于偶数层的同一段的电极层和位于奇数层的同一段的电极层互相错开一段距离，且位于偶数层的同一段的电极层均在同一个竖直区域内，位于奇数层的同一段的电极层均在同一个竖直区域内。所述电极层相互电连接是通过内部设置的贯穿孔内灌注导电介质实现的。作为上述技术方案的进一步改进，所述多层压电陶瓷中相邻两层的极化方向相反。作为上述技术方案的进一步改进，所述多层结构的最上一层和最下一层均是分段的电极层。
作为上述技术方案的进一步改进，所述最上层的若干段电极层互相电连接起来作为一个输出端，所述最下层的若干段电极层互相电连接起来作为一个输出端。作为上述技术方案的进一步改进，所述最上层的电极层与最下层的电极层依次电连接，位于一端的最下层的电极层与另一端的最上层的电极层作为两个输出端。作为上述技术方案的进一步改进，在该最上一层和/或最下一层的两层电极层的表面上烧结有陶 瓷保护面层。作为上述技术方案的进一步改进，所述陶瓷保护面层分段覆盖在各段的电极层表面上。作为上述技术方案的进一步改进，所述陶瓷保护面层整体覆盖在电极层表面上。相对于现有技术，本发明的有益效果是本发明把多个多层压电元件集成为一个整体，基于这种结构，通过不同极化方式、方向的设置和串并联的连接方式的选择，在单个压电元件上即可进行电压或电流输出、调整。这样，本发明在应用到压电发电装置中时，在该多层压电换能元件的振动频率等于一阶固有频率或低于一阶固有振动频率的条件下，该多层压电换能元件中的多个换能器件既相互独立，又可以同相振动和输出电信号，从而可以有效避免因为振动相位不同造成的能量损耗。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明
图I是现有技术中压电换能器件的结构示意 图2是现有技术中另一种压电换能器件的结构示意 图3是本发明实施例的结构示意 图4是图3中实施例的一种极化和连线方式示意 图5是图3中实施例的另一种极化和连线方式示意图。
具体实施例方式以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。图3示出了本发明所提供的压电换能器件的实施例，该多层压电换能元件整体呈条状，其包括多层压电陶瓷3和多层电极层4由上至下依次层叠的多层结构20，这些电极层4被分隔为相同的若干段，位于奇数层的在同一段的电极层4相互电连接，位于偶数层的在同一段的电极层4相互电连接。优选地，多层结构20的最上一层和最下一层均是分段的电极层4，例如，如图3中所示，压电陶瓷3共层叠有5层，因此，层间加上上下表面共计有6层电极层4，且这些电极层4都被分割为了 4段。基于上述结构，通过压电陶瓷3的不同极化方式、方向的设置和串并联的连接方式的选择，在单个压电元件上即可进行电压或电流输出、调整，这样，具体应用在压电发电装置中时，压电发电装置中的多个换能器件相互独立而互不影响，可以有效避免因为振动相位不同造成的能量损耗。结合图4，多层的压电陶瓷3中相邻两层的极化方向相反，如图中箭头所指的方向极化，且这时采用的连接方式是最上层表面的若干段电极层4互相电连接起来作为第一输出端41，最下层表面的若干段电极层4互相电连接起来作为第二输出端42，形成并联连接，从而得到较大的电流输出。结合图5，多层的压电陶瓷3中相邻两层的极化方向相反，如图中箭头所指的方向极化，且这时采用的连接方式是所述最上层表面的电极层4与最下层表面的电极层4依次电连接，位于左端的最下层表面的电极层4与图中右端的最上层表面的电极层4作为两个输出端43、44，形成串联连接，从而得到较大的电压输出。结合图3至图5，在本实施例中，优选地，位于偶数层的同一段的电极层4和位于奇数层的同一段的电极层4互相错开一段距离，且位于偶数层的同一段的电极层4均在同一个竖直区域内，位于奇数层的同一段的电极层4均在同一个竖直区域内。这样，可以方便地实现奇数层和偶数层的在同一段的电极层4之间的电连接。更优选地，本实施例中，电极层4相互电连接是通过内部设置的贯穿孔5内灌注导电介质实现的。为了有效保护本实施例的压电元件，在该最上一层和/或最下一层的两层电极层4的表面上烧结有陶瓷保护面层。陶瓷保护面层可以是分段覆盖在各段的电极层表面上，也 可以是整体覆盖在电极层表面上的。当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
权利要求
1.一种改进的多层压电换能元件，其特征在于该多层压电换能元件整体呈条状，包括多层压电陶瓷和多层电极层由上至下依次层叠的多层结构，这些电极层被分隔为相同的若干段，位于奇数层的在同一段的电极层相互电连接，位于偶数层的在同一段的电极层相互电连接。
2.根据权利要求I所述的改进的多层压电换能元件，其特征在于位于偶数层的同一段的电极层和位于奇数层的同一段的电极层互相错开一段距离，且位于偶数层的同一段的电极层均在同一个竖直区域内，位于奇数层的同一段的电极层均在同一个竖直区域内。
3.根据权利要求I或2所述的改进的多层压电换能元件，其特征在于所述电极层相互电连接是通过内部设置的贯穿孔内灌注导电介质实现的。
4.根据权利要求I或2所述的改进的多层压电换能元件，其特征在于所述多层压电陶瓷中相邻两层的极化方向相反。
5.根据权利要求4所述的改进的多层压电换能元件，其特征在于所述多层结构的最上一层和最下一层均是分段的电极层。
6.根据权利要求5所述的改进的多层压电换能元件，其特征在于所述最上层的若干段电极层互相电连接起来作为一个输出端，所述最下层的若干段电极层互相电连接起来作为一个输出端。
7.根据权利要求5所述的改进的多层压电换能元件，其特征在于所述最上层的电极层与最下层的电极层依次电连接，位于一端的最下层的电极层与另一端的最上层的电极层作为两个输出端。
8.根据权利要求5所述的改进的多层压电换能元件，其特征在于在该最上一层和/或最下一层的两层电极层的表面上烧结有陶瓷保护面层。
9.根据权利要求8所述的改进的多层压电换能元件，其特征在于所述陶瓷保护面层分段覆盖在各段的电极层表面上。
10.根据权利要求8所述的改进的多层压电换能元件，其特征在于所述陶瓷保护面层整体覆盖在电极层表面上。
全文摘要
一种改进的多层压电换能元件。其包括多层压电陶瓷和多层电极层由上至下依次层叠的多层结构，这些电极层被分隔为相同的若干段，位于奇数层的在同一段的电极层相互电连接，位于偶数层的在同一段的电极层相互电连接。本发明把多个多层压电元件集成为一个整体，基于这种结构，通过不同极化方式、方向的设置和串并联的连接方式的选择，在单个压电元件上即可进行电压或电流输出、调整。这样，本发明在应用到压电发电装置中时，多个换能器件独立而互不影响，在振动频率等于或低于一阶固有振动频率的条件下可以有效避免因为振动相位不同造成的能量损耗。
文档编号H01L41/083GK102723433SQ20121018024
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者张曙光, 梅术华, 王秋军 申请人:广州市番禺奥迪威电子有限公司