專利名稱：一種壓電電磁復(fù)合式微能源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于壓電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種壓電電磁復(fù)合式微能源裝置，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)：
微能源裝置是一種通過自動(dòng)采集環(huán)境中的振動(dòng)能量，供給電子電路能量的裝置，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(duì)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，壓電式微能源裝置的輸出功率密度為250μ / cm3，電磁式微能源裝置的輸出功率密度為10 μ 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，壓電微能源裝置的輸出功率密度依然為250μ / cm3，電磁式微能源裝置的輸出功率密度依然為lOyW/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，鋰離子電池的輸出功率密度隨時(shí)間的推移，會(huì)降低。而采·集環(huán)境振動(dòng)能的微能源裝置則不會(huì)，同時(shí)以壓電式微能源裝置的輸出功率密度為最高。目前壓電式微能源裝置多為懸梁結(jié)構(gòu)，通常在懸梁頂端設(shè)置質(zhì)量塊，以降低其頻率。但質(zhì)量塊本身并不發(fā)電，會(huì)降低輸出功率密度。
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壓電電磁復(fù)合式微能源裝置，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、壓電發(fā)電組和磁性發(fā)電組。所述的基座的截面為L形，包括水平底座和豎直設(shè)置在水平底座上的壓電發(fā)電組安裝座。所述的壓電發(fā)電組包括基板、壓電片和金屬電極層，基板的固定端固定設(shè)置在壓電發(fā)電組安裝座上、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，壓電片的一面與基板固定連接，另一面覆有金屬電極層；金屬電極層上連接有壓電發(fā)電組正極弓I線，基板上連接有壓電發(fā)電組負(fù)極弓I線。所述的磁性發(fā)電組包括鐵芯和磁鐵，鐵芯外纏有漆包線，漆包線的兩頭分別連接有磁性發(fā)電組正極引線和磁性發(fā)電組負(fù)極引線；磁性發(fā)電組正極引線與壓電發(fā)電組正極引線連接，作為微能源裝置的正極引線；磁性發(fā)電組負(fù)極引線與壓電發(fā)電組負(fù)極引線連接，作為微能源裝置的負(fù)極引線。所述的鐵芯或磁鐵固定設(shè)置在基板自由端的下表面；如果鐵芯固定在基板上，兩個(gè)磁鐵固定設(shè)置在水平底座上，且兩個(gè)磁鐵分設(shè)在鐵芯在水平底座投影上的兩邊，當(dāng)鐵芯運(yùn)行到最低時(shí)，鐵芯上的線圈完全處于兩個(gè)磁鐵之間；如果磁鐵固定在基板上，兩個(gè)鐵芯固定設(shè)置在水平底座上，且兩個(gè)鐵芯分設(shè)在磁鐵在水平底座投影上的兩邊，當(dāng)磁鐵運(yùn)行到最低時(shí)，磁鐵完全處于兩個(gè)鐵芯上的線圈之間。[0009]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)，基板的自由端在受力或者共振的情況下上下移動(dòng)，壓電發(fā)電組的壓電片發(fā)生彎曲形變，產(chǎn)生電荷；同時(shí)磁性發(fā)電組通過切割磁力線進(jìn)行發(fā)電；設(shè)置在基板自由端的鐵芯或磁鐵作為壓電發(fā)電組的質(zhì)量塊，增加了壓電片彎曲程度。本實(shí)用新型在充分考慮壓電式微能源裝置結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出在壓電式微能源裝置上復(fù)合電磁式微能源裝置，使質(zhì)量塊本身也發(fā)電的微能源裝置，提高了裝置的輸出功率
山/又O

圖I為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I的正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型另一實(shí)施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖2的正面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I.如圖I和2所示，壓電電磁復(fù)合式微能源裝置包括基座、壓電發(fā)電組和磁性發(fā)電組?；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1-1的壓電發(fā)電組安裝座1-2。壓電發(fā)電組包括基板2、壓電片和金屬電極層，基板2的固定端固定設(shè)置在壓電發(fā)電組安裝座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，如磷青銅材料?；宓膬擅娣謩e設(shè)置有壓電片3-1和3-2，壓電片采用采用摻雜鋯鈦酸鉛材料，一面與基板2固定連接，另一面分別覆有金屬電極層4-1和4-2。金屬電極層4-1和4-2上連接有壓電發(fā)電組正極引線，基板2上連接有壓電發(fā)電組負(fù)極引線。磁性發(fā)電組包括鐵芯5和磁鐵7，鐵芯5外纏有漆包線6，漆包線的兩頭分別連接有磁性發(fā)電組正極引線和磁性發(fā)電組負(fù)極引線；磁性發(fā)電組正極引線與壓電發(fā)電組正極引線連接，作為微能源裝置的正極引線；磁性發(fā)電組負(fù)極引線與壓電發(fā)電組負(fù)極引線連接，作為微能源裝置的負(fù)極引線。鐵芯5采用一塊，固定設(shè)置在基板2自由端的下表面；磁鐵采用兩個(gè)，分別固定設(shè)置在水平底座1-1上，且兩個(gè)磁鐵7-1和7-2分設(shè)在鐵芯5在水平底座1-1投影上的兩邊，當(dāng)鐵芯運(yùn)行到最低時(shí)，鐵芯5上的漆包線6構(gòu)成的線圈完全處于兩個(gè)磁鐵7-1和7-2之間。實(shí)施例2.如圖3和4所示，壓電電磁復(fù)合式微能源裝置包括基座、壓電發(fā)電組和磁性發(fā)電組。基座的截面為L形，包括水平底座1-1和豎直設(shè)置在水平底座上1-1的壓電發(fā)電組安裝座1-2。壓電發(fā)電組包括基板2、壓電片和金屬電極層，基板2的固定端固定設(shè)置在壓電發(fā)電組安裝座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，如磷青銅材料?；宓膬擅娣謩e設(shè)置有壓電片3-1和3-2，壓電片采用采用摻雜鋯鈦酸鉛材料，一面與基板2固定連接，另一面分別覆有金屬電極層4-1和4-2。金屬電極層4-1和4-2上連接有壓電發(fā)電組正極引線，基板2上連接有壓電發(fā)電組負(fù)極引線。磁性發(fā)電組包括鐵芯5和磁鐵7，鐵芯5外纏有漆包線6，漆包線的兩頭分別連接有磁性發(fā)電組正極引線和磁性 發(fā)電組負(fù)極引線；磁性發(fā)電組正極引線與壓電發(fā)電組正極引線連接，作為微能源裝置的正極引線；磁性發(fā)電組負(fù)極引線與壓電發(fā)電組負(fù)極引線連接，作為微能源裝置的負(fù)極引線。磁鐵7采用一個(gè)，固定設(shè)置在基板2自由端的下表面；鐵芯采用兩塊，分別固定設(shè)置在水平底座1-1上，且兩個(gè)鐵芯5-1和5-2分設(shè)在磁鐵7在水平底座1-1投影上的兩邊，當(dāng)磁鐵7運(yùn)行到最低時(shí)，磁鐵7完全處于兩個(gè)鐵芯5-1和5-2上的漆包線6-1和6_2構(gòu)成的線圈之間。實(shí)施例I和2中，基板的長度、寬度、厚度之比為a:b:c=20 40:5:1 ;壓電片同基板的長度比為d:e=2:2. 2 3. 5，厚度比為f :g=2 4:1 ;磁鐵對(duì)(或鐵芯對(duì))的距離同鐵芯線圈(或磁鐵)的寬度之比為x:y=l:0.98。磁鐵的高度與鐵芯線圈的高度比為z w=l :1。本實(shí)用新型的工作原理與工作過程對(duì)于本實(shí)用新型中的壓電電磁式復(fù)合微能源裝置來說，其自由端的撓度W同自由端所施加的力F之間應(yīng)該滿足如下關(guān)系式
權(quán)利要求1.一種壓電電磁復(fù)合式微能源裝置，包括基座、壓電發(fā)電組和磁性發(fā)電組，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)置在水平底座上的壓電發(fā)電組安裝座； 所述的壓電發(fā)電組包括基板、壓電片和金屬電極層，基板的固定端固定設(shè)置在壓電發(fā)電組安裝座上、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，壓電片的一面與基板固定連接，另一面覆有金屬電極層；金屬電極層上連接有壓電發(fā)電組正極弓I線，基板上連接有壓電發(fā)電組負(fù)極弓I線； 所述的磁性發(fā)電組包括鐵芯和磁鐵，鐵芯外纏有漆包線，漆包線的兩頭分別連接有磁性發(fā)電組正極引線和磁性發(fā)電組負(fù)極引線；磁性發(fā)電組正極引線與壓電發(fā)電組正極引線連接，作為微能源裝置的正極引線；磁性發(fā)電組負(fù)極引線與壓電發(fā)電組負(fù)極引線連接，作為微能源裝置的負(fù)極引線； 所述的鐵芯或磁鐵固定設(shè)置在基板自由端的下表面；如果鐵芯固定在基板上，兩個(gè)磁鐵固定設(shè)置在水平底座上，且兩個(gè)磁鐵分設(shè)在鐵芯在水平底座投影上的兩邊，當(dāng)鐵芯運(yùn)行到最低時(shí)，鐵芯上的線圈完全處于兩個(gè)磁鐵之間；如果磁鐵固定在基板上，兩個(gè)鐵芯固定設(shè)置在水平底座上，且兩個(gè)鐵芯分設(shè)在磁鐵在水平底座投影上的兩邊，當(dāng)磁鐵運(yùn)行到最低時(shí)，磁鐵完全處于兩個(gè)鐵芯上的線圈之間。
2.如權(quán)利要求I所述的一種壓電電磁復(fù)合式微能源裝置，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)用新型涉及一種壓電電磁復(fù)合式微能源裝置。現(xiàn)有裝置中的質(zhì)量塊本身并不發(fā)電，會(huì)降低輸出功率密度。本實(shí)用新型包括基座、壓電發(fā)電組和磁性發(fā)電組。壓電發(fā)電組包括基板，基板的兩面設(shè)置有壓電片，壓電片的外表面覆有金屬電極層。磁性發(fā)電組包括鐵芯和磁鐵，鐵芯外纏有漆包線，鐵芯和磁鐵中的一個(gè)固定設(shè)置在基板自由端的下表面，另一個(gè)采用一對(duì)，設(shè)置在水平底座上。壓電發(fā)電組通過壓電片彎曲形變發(fā)電，磁性發(fā)電組通過切割磁力線發(fā)電。本實(shí)用新型在充分考慮壓電式微能源裝置結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在壓電式微能源裝置上復(fù)合電磁式微能源裝置，使質(zhì)量塊本身也發(fā)電的微能源裝置，提高了裝置的輸出功率密度。
文檔編號(hào)H02N2/18GK202713190SQ20122042633
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)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(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)