[实用新型]一种双叉指电极式压电微能源发生器

说明书

技术领域

本实用新型属于压电技术领域，涉及一种双叉指压电微能源发生器，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250μW/ cm³，不可充电锂离子电池的输出功率密度为45μW/ cm³；使用十年，压电微能源发生器的输出功率密度依然为250μW/ cm³，不可充电Li离子电池的输出功率密度则为35μW/ 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，通常基于d33和d31两种模式。基于d33模式的压电悬梁微能源发生器的具有高输出电压的特点，但电荷低。

发明内容

本实用新型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双叉指电极式压电微能源发生器，适合在生物传感器、胎压监测、电机检测等系统中使用。

本实用新型包括基座、基板、压电片、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，另一面设置有插指电极。

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，多根金属指条通过汇集金属条连接。位于同一压电片上的两个单边电极的金属指条交错设置，形成插指电极；所有金属指条的宽度a相等，同一插指电极的两个相邻金属指条的间隙b为金属指条宽度a的1.5～5倍。每个单边电极连接有引线。

位于基板两侧的两个插指电极的金属指条在基板上的投影交错设置，形成栅状，相邻两个金属指条在基板上的投影的间隙c相同。

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AlN、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，水平轴向形变产生的电能由同层的插指电极取出（即利用d33振动模式发电），垂直轴向形变产生的电能由对向插指电极取出（即利用d31振动模式发电）。本实用新型在充分考虑悬梁式压电微能源发生器应力分布的特点基础上，提出双叉指电极形式的压电微能源发生器，提高了输出功率密度。

附图说明

    图1为本实用新型的剖面结构示意图；

图2为本实用新型的俯视结构示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，双叉指电极式压电微能源发生器包括基座、基板、压电片、插指电极。

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。基板为长条形的金属片，采用弹性金属材料，如磷青铜。基板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，另一面设置有插指电极，压电片的材料为掺杂锆钛酸铅陶瓷、或ZnO、或AlN、或PVDF。

插指电极为导电金属片或金属膜，覆盖在压电片上。位于基板2上部的插指电极（图2中实线所画）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4-1-1，多根金属指条4-1-1通过汇集金属条4-1-2连接。位于基板2下部的插指电极同样包括两个单边电极（图2中虚线所画），每个单边电极包括多个平行的金属指条4-2-1，多根金属指条4-2-1通过汇集金属条4-2-2连接。

位于同一压电片上的两个单边电极的金属指条交错设置，形成插指电极，如图2中的实线金属指条和虚线金属指条；所有金属指条的宽度a相等，同一插指电极的两个相邻金属指条的间隙b为金属指条宽度a的1.5～5倍。每个单边电极连接有引线。

位于基板两侧的两个插指电极的金属指条在基板上的投影交错设置，形成栅状，相邻两个金属指条在基板上的投影的间隙c相同。

工作时，基板自由端在受力或者共振的情况下上下移动，压电层弯曲形变，导致压电表面束缚电荷的改变，引起电场的变化，推动自由电子的移动，此时压电层两侧的叉指电极层中就会有交流电输出。将输出的交流电流经整流、滤波后存储起来可供给电子装置。