[发明专利]压电电磁复合式微能源装置

说明书

技术领域

本发明属于压电技术领域，涉及一种压电电磁复合式微能源装置，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

微能源装置是一种通过自动采集环境中的振动能量，供给电子电路能量的装置，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，压电式微能源装置的输出功率密度为250μW/ cm³，电磁式微能源装置的输出功率密度为10μW/cm³，不可充电锂离子电池的输出功率密度为45μW/ cm³；使用十年，压电微能源装置的输出功率密度依然为250μW/ cm³，电磁式微能源装置的输出功率密度依然为10μW/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，锂离子电池的输出功率密度随时间的推移，会降低。而采集环境振动能的微能源装置则不会，同时以压电式微能源装置的输出功率密度为最高。目前压电式微能源装置多为悬梁结构，通常在悬梁顶端设置质量块，以降低其频率。但质量块本身并不发电，会降低输出功率密度。

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电磁复合式微能源装置，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、压电发电组和磁性发电组。

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压电发电组安装座。

所述的压电发电组包括基板、压电片和金属电极层，基板的固定端固定设置在压电发电组安装座上、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，压电片的一面与基板固定连接，另一面覆有金属电极层；金属电极层上连接有压电发电组正极引线，基板上连接有压电发电组负极引线。

所述的磁性发电组包括铁芯和磁铁，铁芯外缠有漆包线，漆包线的两头分别连接有磁性发电组正极引线和磁性发电组负极引线；磁性发电组正极引线与压电发电组正极引线连接，作为微能源装置的正极引线；磁性发电组负极引线与压电发电组负极引线连接，作为微能源装置的负极引线。

所述的铁芯或磁铁固定设置在基板自由端的下表面；如果铁芯固定在基板上，两个磁铁固定设置在水平底座上，且两个磁铁分设在铁芯在水平底座投影上的两边，当铁芯运行到最低时，铁芯上的线圈完全处于两个磁铁之间；如果磁铁固定在基板上，两个铁芯固定设置在水平底座上，且两个铁芯分设在磁铁在水平底座投影上的两边，当磁铁运行到最低时，磁铁完全处于两个铁芯上的线圈之间。

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，基板的自由端在受力或者共振的情况下上下移动，压电发电组的压电片发生弯曲形变，产生电荷；同时磁性发电组通过切割磁力线进行发电；设置在基板自由端的铁芯或磁铁作为压电发电组的质量块，增加了压电片弯曲程度。

本发明在充分考虑压电式微能源装置结构的基础上，提出在压电式微能源装置上复合电磁式微能源装置，使质量块本身也发电的微能源装置，提高了装置的输出功率密度。

附图说明

图1为本发明一个实施例的侧面结构示意图；

图2为图1的正面结构示意图；

图3为本发明另一实施例的侧面结构示意图；

图4为图2的正面结构示意图。

具体实施方式

实施例1.

如图1和2所示，压电电磁复合式微能源装置包括基座、压电发电组和磁性发电组。

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1-1的压电发电组安装座1-2。

压电发电组包括基板2、压电片和金属电极层，基板2的固定端固定设置在压电发电组安装座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，如磷青铜材料。基板的两面分别设置有压电片3-1和3-2，压电片采用采用掺杂锆钛酸铅材料，一面与基板2固定连接，另一面分别覆有金属电极层4-1和4-2。金属电极层4-1和4-2上连接有压电发电组正极引线，基板2上连接有压电发电组负极引线。