專利名稱：一種雙叉指電極式壓電微能源發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于壓電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙叉指壓電微能源發(fā)生器，具體是一種給傳感系統(tǒng)、致動(dòng)系統(tǒng)、智能系統(tǒng)等各種嵌入式微系統(tǒng)提供能源的裝置。
背景技術(shù)：
壓電微能源發(fā)生器是一種通過自動(dòng)采集環(huán)境中的振動(dòng)能量，供給電路系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)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(nèi)部的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)、工廠電機(jī)中的分布式傳感器系統(tǒng)等。利用環(huán)境的振動(dòng)能來給系統(tǒng)供電的微能源裝置，相對于傳統(tǒng)的鋰電池具有輸出功率密度不隨時(shí)間變化的特點(diǎn)，如使用一年，壓電式微能源發(fā)生器的輸出功率密度為25(^W/ cm3，不可充電鋰離子電池的輸出功率密度為45PW/ cm3 ;使用十年，壓電微能源發(fā)生器的輸出功率密度依然為25(^W/ cm3，不可充電Li離子電池的輸出功率密度則為35PW/ cm3。從中可以看出，壓電式微能源發(fā)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(huì)像鋰離子電池那樣，輸出功率密度隨時(shí)間的推移而降低。目前壓電式微能源發(fā)生器多采用懸梁結(jié)構(gòu)，通?；赿33和d31兩種模式?；赿33模式的壓電懸梁微能源發(fā)生器的具有高輸出電壓的特點(diǎn)，但電荷低。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高輸出功率密度的雙叉指電極式壓電微能源發(fā)生器，適合在生物傳感器、胎壓監(jiān)測、電機(jī)檢測等系統(tǒng)中使用。本實(shí)用新型包括基座、基板、壓電片、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(shè)置在水平底座上的安裝座。所述的基板的固定端固定設(shè)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(shè)置有壓電片，壓電片的一面完全覆蓋基板表面，另一面設(shè)置有插指電極。所述插指電極為導(dǎo)電金屬片或金屬膜，覆蓋在壓電片上；每個(gè)插指電極包括兩個(gè)單邊電極，每個(gè)單邊電極包括多個(gè)平行的金屬指條，多根金屬指條通過匯集金屬條連接。位于同一壓電片上的兩個(gè)單邊電極的金屬指條交錯(cuò)設(shè)置，形成插指電極；所有金屬指條的寬度a相等，同一插指電極的兩個(gè)相鄰金屬指條的間隙b為金屬指條寬度a的I. 5 5倍。每個(gè)單邊電極連接有引線。位于基板兩側(cè)的兩個(gè)插指電極的金屬指條在基板上的投影交錯(cuò)設(shè)置，形成柵狀，相鄰兩個(gè)金屬指條在基板上的投影的間隙c相同。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A1N、或 PVDF。工作時(shí)，基板自由端在受力或者共振的情況下上下移動(dòng)，壓電片彎曲，水平軸向形變產(chǎn)生的電能由同層的插指電極取出(即利用d33振動(dòng)模式發(fā)電)，垂直軸向形變產(chǎn)生的電能由對向插指電極取出(即利用d31振動(dòng)模式發(fā)電)。本實(shí)用新型在充分考慮懸梁式壓電微能源發(fā)生器應(yīng)力分布的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，提出雙叉指電極形式的壓電微能源發(fā)生器，提高了輸出功率密度。

圖I為本實(shí)用新型的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖I和2所示，雙叉指電極式壓電微能源發(fā)生器包括基座、基板、壓電片、插指電極?；慕孛鏋長形，包括水平底座1-1和豎直設(shè)置在水平底座上的安裝座1-2。基板2的固定端固定設(shè)置在安裝座1-2上、自由端懸空?；鍨殚L條形的金屬片，采用彈性金屬材料，如磷青銅?；宓膬擅娣謩e設(shè)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(shè)置有插指電極，壓電片的材料為摻雜鋯鈦酸鉛陶瓷、或ZnO、或A1N、或 PVDF。插指電極為導(dǎo)電金屬片或金屬膜，覆蓋在壓電片上。位于基板2上部的插指電極(圖2中實(shí)線所畫)包括兩個(gè)單邊電極，每個(gè)單邊電極包括多個(gè)平行的金屬指條4-1-1，多根金屬指條4-1-1通過匯集金屬條4-1-2連接。位于基板2下部的插指電極同樣包括兩個(gè)單邊電極(圖2中虛線所畫)，每個(gè)單邊電極包括多個(gè)平行的金屬指條4-2-1，多根金屬指條4-2-1通過匯集金屬條4_2_2連接。位于同一壓電片上的兩個(gè)單邊電極的金屬指條交錯(cuò)設(shè)置，形成插指電極，如圖2中的實(shí)線金屬指條和虛線金屬指條；所有金屬指條的寬度a相等，同一插指電極的兩個(gè)相鄰金屬指條的間隙b為金屬指條寬度a的I. 5 5倍。每個(gè)單邊電極連接有引線。位于基板兩側(cè)的兩個(gè)插指電極的金屬指條在基板上的投影交錯(cuò)設(shè)置，形成柵狀，相鄰兩個(gè)金屬指條在基板上的投影的間隙c相同。工作時(shí)，基板自由端在受力或者共振的情況下上下移動(dòng)，壓電層彎曲形變，導(dǎo)致壓電表面束縛電荷的改變，弓I起電場的變化，推動(dòng)自由電子的移動(dòng)，此時(shí)壓電層兩側(cè)的叉指電極層中就會(huì)有交流電輸出。將輸出的交流電流經(jīng)整流、濾波后存儲(chǔ)起來可供給電子裝置。
權(quán)利要求1.一種雙叉指電極式壓電微能源發(fā)生器，包括基座、基板、壓電片、插指電極，其特征在于 所述的基座的截面為L形，包括水平底座和豎直設(shè)置在水平底座上的安裝座； 所述的基板的固定端固定設(shè)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(shè)置有壓電片，壓電片的一面完全覆蓋基板表面，另一面設(shè)置有插指電極； 所述插指電極為導(dǎo)電金屬片或金屬膜，覆蓋在壓電片上；每個(gè)插指電極包括兩個(gè)單邊電極，每個(gè)單邊電極包括多個(gè)平行的金屬指條，多根金屬指條通過匯集金屬條連接；位于同一壓電片上的兩個(gè)單邊電極的金屬指條交錯(cuò)設(shè)置，形成插指電極；所有金屬指條的寬度a相等，同一插指電極的兩個(gè)相鄰金屬指條的間隙b為金屬指條寬度a的I. 5 5倍；每個(gè)單邊電極連接有引線； 位于基板兩側(cè)的兩個(gè)插指電極的金屬指條在基板上的投影交錯(cuò)設(shè)置，形成柵狀，相鄰兩個(gè)金屬指條在基板上的投影的間隙c相同。
2.如權(quán)利要求I所述的一種雙叉指電極式壓電微能源發(fā)生器，其特征在于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A1N、或PVDF。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種雙叉指壓電微能源發(fā)生器。現(xiàn)有懸梁式壓電器輸出電荷量低。本實(shí)用新型中基板的固定端固定設(shè)置在安裝座上、自由端懸空，基板的兩面分別設(shè)置有壓電片，壓電片的一面完全覆蓋基板表面，另一面設(shè)置有插指電極。每個(gè)插指電極包括兩個(gè)單邊電極，每個(gè)單邊電極包括多個(gè)通過匯集金屬條連接的金屬指條，位于同一壓電片上的兩個(gè)單邊電極的金屬指條交錯(cuò)設(shè)置。所有金屬指條的寬度相等，同一插指電極的兩個(gè)相鄰金屬指條的間隙為金屬指條寬度的1.5～5倍，相鄰兩個(gè)金屬指條在基板上的投影的間隙相同。本實(shí)用新型在充分考慮懸梁式壓電微能源發(fā)生器應(yīng)力分布的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，提出雙叉指電極形式的壓電微能源發(fā)生器，提高了輸出功率密度。
文檔編號(hào)H02N2/18GK202713189SQ20122042630
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者余厲陽 申請人:杭州電子科技大學(xué)