[實用新型]一種復合壓電微能源發生器

有效

• 申請號: 201220426357.2
• 申請日: 2012-08-27
• 公開（公告）號: CN202797092U
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 余厲陽
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01L41/113
• 分類號: H01L41/113;H02N2/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本實用新型屬于壓電技術領域，涉及一種復合壓電微能源發生器，具體是一種給傳感系統、致動系統、智能系統等各種嵌入式微系統提供能源的裝置。

背景技術

壓電微能源發生器是一種通過自動采集環境中的振動能量，供給電路系統、傳感器系統能量的裝置，可用于植入人體的生物傳感器、置于汽車輪胎內部的胎壓監測系統、工廠電機中的分布式傳感器系統等。利用環境的振動能來給系統供電的微能源裝置，相對于傳統的鋰電池具有輸出功率密度不隨時間變化的特點，如：使用一年，壓電式微能源發生器的輸出功率密度為250μW/?cm³，不可充電鋰離子電池的輸出功率密度為45μW/?cm³；使用十年，壓電微能源發生器的輸出功率密度依然為250μW/?cm³，不可充電Li離子電池的輸出功率密度則為35μW/?cm³。從中可以看出，壓電式微能源發生器的輸出功率密度高于鋰離子電池的輸出功率密度，且不會像鋰離子電池那樣，輸出功率密度隨時間的推移而降低。

目前壓電式微能源發生器多采用懸梁結構。采用懸梁結構會導致應變在懸梁上分布的不均，通常在懸梁自由端應變最小，固定端應變最大。壓電懸梁式微能源發生器通常有基于d33和d31模式兩種，基于d33模式的壓電懸梁微能源發生器的輸出電壓高，但電荷低；而基于d31模式的壓電懸梁微能源發生器的電荷高，但輸出電壓低。

發明內容

本實用新型的目的就是克服現有技術的不足，提供一種高輸出功率密度的壓電復合式微能源發生器，適合在生物傳感器、胎壓監測、電機檢測等系統中使用。

本實用新型包括基座、基板、壓電片、全電極和插指電極。

所述的基座的截面為L形，包括水平底座和豎直設置在水平底座上的安裝座。

所述的基板的固定端固定設置在安裝座上、自由端懸空；所述的基板為長條形的金屬片，采用彈性金屬材料；基板的兩面分別設置有壓電片，壓電片的一面完全覆蓋基板表面，另一面設置有全電極和插指電極。

所述全電極為導電金屬片或金屬膜，覆蓋在壓電片上，其一端位于基板的固定端，全電極的寬度與基板的寬度相同，長度h為基板長度L的30﹪～50﹪。

所述插指電極為導電金屬片或金屬膜，覆蓋在壓電片上；每個插指電極包括兩個單邊電極，每個單邊電極包括多個平行的金屬指條，多金屬指條通過匯集金屬條連接；兩個單邊電極的金屬指條交錯設置，形成插指電極；每個金屬指條的寬度a與兩個相鄰金屬指條的間隙b相等。

基板兩面的全電極和插指電極在基板上的投影安全重合。

所述基板的材料為磷青銅，所述壓電片的材料為摻雜鋯鈦酸鉛陶瓷、或ZnO、或AlN、或PVDF。

工作時，基板自由端在受力或者共振的情況下上下移動，壓電片彎曲，引起水平軸向和垂直軸向的形變，采用兩種不同的電極可以同時利用兩個方向形變，進行發電。

本實用新型在d33模式、d31模式壓電式微能源發生器結構的基礎上，結合懸梁式結構應力分布的特點，提出復合d31與d33模式復合壓電微能源發生器，在一個整體結構下，能夠同時利用兩種模式發電，提高了輸出功率密度。

附圖說明

????圖1為本實用新型的剖面結構示意圖；

圖2為本實用新型的俯視結構示意圖。

具體實施方式

如圖1和2所示，復合壓電微能源發生器包括基座、基板、壓電片、全電極和插指電極。

所述的基座的截面為L形，包括水平底座1-1和豎直設置在水平底座1-1上的安裝座1-2。

基板2的固定端固定設置在安裝座1-2上、自由端懸空。基板2為長條形的金屬片，采用彈性金屬材料，如磷青銅。基板2的兩面分別設置有壓電片3-1和3-2，壓電片的一面完全覆蓋基板2表面，另一面設置有全電極和插指電極，壓電片的材料為摻雜鋯鈦酸鉛陶瓷、或ZnO、或AlN、或PVDF。

全電極4-1和4-2為導電金屬片或金屬膜，分別覆蓋在壓電片3-1和3-2上，其一端位于基板2的固定端，全電極的寬度與基板的寬度相同，長度h為基板長度L的30﹪～50﹪。

插指電極5-1和5-2為導電金屬片或金屬膜，分別覆蓋在壓電片3-1和3-2上；每個插指電極包括兩個單邊電極，每個單邊電極包括多個平行的金屬指條，多金屬指條通過匯集金屬條連接；兩個單邊電極的金屬指條交錯設置，形成插指電極；每個金屬指條的寬度a與兩個相鄰金屬指條的間隙b相等。