一种振动、温差复合型压电俘能电池的制作方法

本发明属于压电发电领域，具体涉及一种振动、温差复合型压电俘能电池。

背景技术：

近年来，随着微机电设备(mems)在无线传感器网络节点、军事武器、航空航天、医疗等领域的应用，微机电设备供电问题引起人们广泛关注。传统化学电池存在电池寿命有限、不易于集成、环境适应性差和有污染等问题，传统线路直接供电并不能应用于特定场合的微机电设备。因此，自供电设备越来越受关注，利用太阳能发电、电磁发电、温差发电、振动发电、风力发电等设备已进入实用阶段，但其各有利弊。其中利用环境振动促使压电发电单元发电的自供电装置由于其便于集成、环境适应性强和无电磁干扰等优点成为热门研究方向。然而现有振动俘能装置只能利用环境振动发电，当布置该振动俘能装置的微机电设备不发生振动时，则不能正常发电，因此急需一种能同时利用多种环境能量发电的自供电装置。

技术实现要素：

为了解决目前利用振动的压电俘能装置只能利用单一环境振动发电的问题，提出了一种振动、温差复合型压电俘能电池。该振动、温差复合型压电俘能电池包括上电池外壳、下电池外壳、上弹簧、下弹簧、上压电悬臂梁、下压电悬臂梁、传动轴、碟形热双金属片和冷却塔。所述上电池外壳与下电池外壳连接组成了电池封闭密封腔体，上电池外壳用来感知外界温度，温度传递到碟形热双金属片使之温度不断上升，到达形变临界点时，碟形热双金属片向下变形，带动传动轴向下运动，则初始状态被上压电悬臂被释放，向下运动，压电悬臂梁发生上下振动，下压电悬臂梁由于受到碟形热双金属片冲击，随冷却塔一起向下运动，压电悬臂梁随之上下振动。碟形热双金属片贴合到冷却塔，冷却塔里冷却液体会使碟形热双金属片温度下降，下降一定温度时，碟形热双金属片会恢复变形，向上运动，此时下压电悬臂梁被放开发生振动，上压电悬臂梁受传动轴的冲击也会发生振动。同时该装置还可以利用环境振动发电，上弹簧与下弹簧均可敏感的感知外界环境振动，带动与之连接的压电悬臂梁发生振动。利用温差与振动发电，增加了能量俘获方式，提高了能量俘获效率。当将其布置到适用的微机电设备，可以满足微机电设备用电需求，具有结构简单、环境适应性强、俘能效率高和易于集成等优点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种振动、温差复合型压电俘能电池，包括：上电池外壳(1)、下电池外壳(2)、上弹簧(3)、下弹簧(4)、上压电悬臂梁(5)和下压电悬臂梁(6)、传动轴(7)，其特征在于还包括碟形热双金属片(8)和冷却塔(9)，其中：所述上电池外壳(1)和下电池外壳(2)均为带底的圆筒形壳体，圆筒壳底内表面正中布置有圆形沉槽，壳体上侧开口表面布置一周向沉槽形成一台肩；所述上电池外壳(1)为热的良导体，下电池外壳(2)为热的不良导体；所述上电池外壳(1)下表面与下电池外壳(2)上表面连接组成电池密封腔体；所述上弹簧(3)和下弹簧(4)均为螺旋弹簧，上弹簧(3)安装在上电池外壳(1)圆形沉槽中，下弹簧(4)安装在下电池外壳(2)圆形沉槽中；所述上压电悬臂梁(5)由弹性基板(51)、扇形压电片(52)和质量块(53)组成，弹性基板(51)由圆片及圆片外阵列的若干扇形悬臂梁组成，扇形压电片(52)粘贴在扇形悬臂梁上表面，质量块(53)粘贴在扇形悬臂梁外缘上表面；所述下压电悬臂梁(6)与上压电悬臂梁(5)为相同构件；所述传动轴(7)为一空心轴；所述碟形热双金属片(8)是由上下层为不同金属材料制成的碟形薄片构件，其中上层的金属材料热膨胀系数远大于下层金属的热膨胀系数，碟形薄片正中布置有通孔；所述传动轴(7)上表面与上压电悬臂梁(5)下表面接触，下端过盈配合安装在碟形热双金属片(8)通孔中，上压电悬臂梁(5)上表面连接到上弹簧(3)下端；所述冷却塔(9)由两个相通的圆柱形中空壳体组成，上圆柱形壳体体积远大于下圆柱形壳体体积且上圆柱形壳体上表面形状为内凹的球面；所述冷却塔(9)壳体内部充满冷却液体；所述冷却塔(9)上端与碟形热双金属片(8)留有间隙，下端连接在下压电悬臂梁(6)上表面，压电悬臂梁(6)下表面再连接到下弹簧(4)上端。

所述碟形热双金属片(8)可由形状记忆合金制成的碟形金属薄片代替。

工作时，该振动、温差复合型压电俘能电池布置的微机电设备所处环境受热时，上电池外壳会将外界温度传递到碟形热双金属片使之温度不断上升，到达形变临界点时，碟形热双金属片向下变形，带动传动轴向下运动，则初始状态被上压电悬臂被放开，向下运动，压电悬臂梁发生上下振动，下压电悬臂梁由于受到碟形热双金属片冲击，随冷却塔一起向下运动，压电悬臂梁随之上下振动。碟形热双金属片贴合到冷却塔，冷却塔里冷却液体会使碟形热双金属片温度下降，下降一定温度时，碟形热双金属片会恢复变形，向上运动，此时下压电悬臂梁被释放发生振动，上压电悬臂梁受传动轴的冲击也会发生振动。同时该装置还可以利用环境振动发电，上弹簧与下弹簧均可敏感的感知外界环境振动，带动与之连接的压电悬臂梁发生振动。利用温差与振动发电，增加了能量俘获方式，提高了能量俘获效率。当将其布置到适用的微机电设备，可以满足微机电设备用电需求，具有结构简单、环境适应性强、俘能效率高和易于集成等优点。

附图说明

图1是本发明的一种振动、温差复合型压电俘能电池装配关系示意图。

图2是本发明的一种振动、温差复合型压电俘能电池初始状态剖视图。

图3是本发明的一种振动、温差复合型压电俘能电池受热变形状态剖视图。

具体实施方式

参照图1、图2和图3，本发明一种振动、温差复合型压电俘能电池包括：上电池外壳(1)、下电池外壳(2)、上弹簧(3)、下弹簧(4)、上压电悬臂梁(5)和下压电悬臂梁(6)、传动轴(7)，其特征在于还包括碟形热双金属片(8)和冷却塔(9)，其中：所述上电池外壳(1)和下电池外壳(2)均为带底的圆筒形壳体，圆筒壳底内表面正中布置有圆形沉槽，壳体上侧开口表面布置一周向沉槽形成一台肩；所述上电池外壳(1)为热的良导体，下电池外壳(2)为热的不良导体；所述上电池外壳(1)下表面与下电池外壳(2)上表面焊接组成电池密封腔体；所述上弹簧(3)和下弹簧(4)均为螺旋弹簧，上弹簧(3)安装在上电池外壳(1)圆形沉槽中，下弹簧(4)安装在下电池外壳(2)圆形沉槽中；所述上压电悬臂梁(5)由弹性基板(51)、扇形压电片(52)和质量块(53)组成，弹性基板(51)由圆片及圆片外阵列的若干扇形悬臂梁组成，扇形压电片(52)粘贴在扇形悬臂梁上表面，质量块(53)粘贴在扇形悬臂梁外缘上表面；所述下压电悬臂梁(6)与上压电悬臂梁(5)为相同构件；所述传动轴(7)为一空心轴；所述碟形热双金属片(8)是由上下层为不同金属材料制成的碟形薄片构件，其中上层的金属材料热膨胀系数远大于下层金属的热膨胀系数，碟形薄片正中布置有通孔；所述传动轴(7)上表面与上压电悬臂梁(5)下表面接触，下端过盈配合安装在碟形热双金属片(8)通孔中，上压电悬臂梁(5)上表面焊接到上弹簧(3)下端；所述冷却塔(9)由两个相通的圆柱形中空壳体组成，上圆柱形壳体体积远大于下圆柱形壳体体积且上圆柱形壳体上表面形状为内凹的球面；所述冷却塔(9)壳体内部充满冷却液体；所述冷却塔(9)上端与碟形热双金属片(8)留有间隙，下端焊接在下压电悬臂梁(6)上表面，压电悬臂梁(6)下表面再焊接到下弹簧(4)上端。

所述碟形热双金属片(8)可由形状记忆合金制成的碟形金属薄片代替。

工作时，该振动、温差复合型压电俘能电池布置的微机电设备所处环境受热时，上电池外壳会将外界温度传递到碟形热双金属片使之温度不断上升，到达形变临界点时，碟形热双金属片向下变形，带动传动轴向下运动，则初始状态被上压电悬臂被放开，向下运动，压电悬臂梁发生上下振动，下压电悬臂梁由于受到碟形热双金属片冲击，随冷却塔一起向下运动，压电悬臂梁随之上下振动。碟形热双金属片贴合到冷却塔，冷却塔里冷却液体会使碟形热双金属片温度下降，下降一定温度时，碟形热双金属片会恢复变形，向上运动，此时下压电悬臂梁被放开发生振动，上压电悬臂梁受传动轴的冲击也会发生振动。同时该装置还可以利用环境振动发电，上弹簧与下弹簧均可敏感的感知外界环境振动，带动与之连接的压电悬臂梁发生振动。利用温差与振动发电，增加了能量俘获方式，提高了能量俘获效率。当将其布置到适用的微机电设备，可以满足微机电设备用电需求，具有结构简单、环境适应性强、俘能效率高和易于集成等优点。