专利名称：复合压电微能源发生器的制作方法
技术领域：
本发明属于压电技术领域，涉及一种复合压电微能源发生器，具体是一种给传感系统、致动系统、智能系统等各种嵌入式微系统提供能源的装置。
背景技术：
压电微能源发生器是一种通过自动采集环境中的振动能量，供给电路系统、传感器系统能量的装置，可用于植入人体的生物传感器、置于汽车轮胎内部的胎压监测系统、工厂电机中的分布式传感器系统等。利用环境的振动能来给系统供电的微能源装置，相对于传统的锂电池具有输出功率密度不随时间变化的特点，如使用一年，压电式微能源发生器的输出功率密度为25(^W/ cm3，不可充电锂离子电池的输出功率密度为45PW/ cm3 ;使用十年，压电微能源发生器的输出功率密度依然为25(^W/ cm3，不可充电Li离子电池的输出功率密度则为35PW/ cm3。从中可以看出，压电式微能源发生器的输出功率密度高于锂离子电 池的输出功率密度，且不会像锂离子电池那样，输出功率密度随时间的推移而降低。目前压电式微能源发生器多采用悬梁结构。采用悬梁结构会导致应变在悬梁上分布的不均，通常在悬梁自由端应变最小，固定端应变最大。压电悬梁式微能源发生器通常有基于d33和d31模式两种，基于d33模式的压电悬梁微能源发生器的输出电压高，但电荷低；而基于d31模式的压电悬梁微能源发生器的电荷高,但输出电压低。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供一种高输出功率密度的压电复合式微能源发生器，适合在生物传感器、胎压监测、电机检测等系统中使用。本发明包括基座、基板、压电片、全电极和插指电极。所述的基座的截面为L形，包括水平底座和竖直设置在水平底座上的安装座。所述的基板的固定端固定设置在安装座上、自由端悬空；所述的基板为长条形的金属片，采用弹性金属材料；基板的两面分别设置有压电片，压电片的一面完全覆盖基板表面，另一面设置有全电极和插指电极。所述全电极为导电金属片或金属膜，覆盖在压电片上，其一端位于基板的固定端，全电极的宽度与基板的宽度相同，长度h为基板长度L的30 % 50 %。所述插指电极为导电金属片或金属膜，覆盖在压电片上；每个插指电极包括两个单边电极，每个单边电极包括多个平行的金属指条，多金属指条通过汇集金属条连接；两个单边电极的金属指条交错设置，形成插指电极；每个金属指条的宽度a与两个相邻金属指条的间隙b相等。基板两面的全电极和插指电极在基板上的投影安全重合。所述基板的材料为磷青铜，所述压电片的材料为掺杂锆钛酸铅陶瓷、或ZnO、或A1N、或 PVDF。工作时，基板自由端在受力或者共振的情况下上下移动，压电片弯曲，引起水平轴向和垂直轴向的形变，采用两种不同的电极可以同时利用两个方向形变，进行发电。本发明在d33模式、d31模式压电式微能源发生器结构的基础上，结合悬梁式结构应力分布的特点，提出复合d31与d33模式复合压电微能源发生器，在一个整体结构下，能够同时利用两种模式发电，提高了输出功率密度。
图I为本发明的剖面结构示意图2为本发明的俯视结构示意图。
具体实施例方式如图I和2所示，复合压电微能源发生器包括基座、基板、压电片、全电极和插指电极。 所述的基座的截面为L形，包括水平底座1-1和竖直设置在水平底座1-1上的安装座1-2。基板2的固定端固定设置在安装座1-2上、自由端悬空。基板2为长条形的金属片，采用弹性金属材料，如磷青铜。基板2的两面分别设置有压电片3-1和3-2，压电片的一面完全覆盖基板2表面，另一面设置有全电极和插指电极，压电片的材料为掺杂锆钛酸铅陶瓷、或ZnO、或A1N、或PVDF。全电极4-1和4-2为导电金属片或金属膜,分别覆盖在压电片3-1和3_2上,其一端位于基板2的固定端,全电极的宽度与基板的宽度相同,长度h为基板长度L的30 % 50 % ο插指电极5-1和5-2为导电金属片或金属膜，分别覆盖在压电片3-1和3_2上；每个插指电极包括两个单边电极，每个单边电极包括多个平行的金属指条，多金属指条通过汇集金属条连接；两个单边电极的金属指条交错设置，形成插指电极；每个金属指条的宽度a与两个相邻金属指条的间隙b相等。基板两面的全电极4-1和4-2在基板上的投影安全重合，基板两面的插指电极5-1和5-2在基板上的投影安全重合。 基板和两个全电极以及每个单边电极连接有引线。本发明的工作原理与过程
已知压电微能源发电装置具有基于d31和d33两种模式，其发电时产生的电荷同电压之间由如下关系式描述
Q=CtotalV
总电容Ctotal包含有压电层本征电容Ctl和压电响应电容(；；
压电微能源发电装置的最大输出功率为
P - Υ /
麗I 2
R0为本征电阻；
对于基于d33模式的压电微能源发电装置来说,其压电层的本征电容Ctl可表达为
权利要求
1.复合压电微能源发生器，包括基座、基板、压电片、全电极和插指电极，其特征在于: 所述的基座的截面为L形，包括水平底座和竖直设置在水平底座上的安装座； 所述的基板的固定端固定设置在安装座上、自由端悬空；所述的基板为长条形的金属片，采用弹性金属材料；基板的两面分别设置有压电片，压电片的一面完全覆盖基板表面，另一面设置有全电极和插指电极； 所述全电极为导电金属片或金属膜，覆盖在压电片上，其一端位于基板的固定端，全电极的宽度与基板的宽度相同，长度h为基板长度L的30 % 50 % ; 所述插指电极为导电金属片或金属膜，覆盖在压电片上；每个插指电极包括两个单边电极，每个单边电极包括多个平行的金属指条，多金属指条通过汇集金属条连接；两个单边电极的金属指条交错设置，形成插指电极；每个金属指条的宽度a与两个相邻金属指条的间隙b相等； 基板两面的全电极和插指电极在基板上的投影安全重合。
2.如权利要求I所述的复合压电微能源发生器，其特征在于所述基板的材料为磷青铜，所述压电片的材料为掺杂锆钛酸铅陶瓷、或ZnO、或A1N、或PVDF。
全文摘要
本发明涉及复合压电微能源发生器。现有压电悬梁式微能源发生器均采用单一模式。本发明中基板的固定端固定设置在安装座上、自由端悬空，基板的两面分别设置有压电片。全电极覆盖在压电片上，一端位于基板的固定端，其宽度与基板宽度相同，长度为基板长度的30﹪～50﹪。插指电极覆盖在压电片上，每个插指电极包括两个单边电极，每个金属指条的宽度与两个相邻金属指条的间隙相等。基板两面的全电极和插指电极在基板上的投影安全重合。本发明提出复合d31与d33模式复合压电微能源发生器，在一个整体结构下，能够同时利用两种模式发电，提高了输出功率密度。
文档编号H02N2/18GK102820423SQ20121030655
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者余厉阳 申请人:杭州电子科技大学