专利名称：一种能量采集装置、以及用于能量采集的振动装置和制造方法
技术领域：
本发明涉及能量采集技术，特别涉及一种利用周围环境的振动能量产生电能的能 量采集装置，更具体地说，涉及具有紧凑的双层振动结构的微型电磁能量采集装置。
背景技术：
对无线传感器的需求不断增加，增强了业界进一步发展该技术及其配套设备的兴 趣。大多数无线传感器目前由电池供电，电池虽然可以提供大量的电力，但是寿命有限，需 要频繁更换。由于越来越多的无线传感器被部署到难以达到或者无法进入的地点，更换电 池或为电池充电将成为一个十分劳工费时且昂贵的维护任务。因此，有必要通过在无线传 感器上集成一个可以从周边能量源(比如光线、温差、振动等)提取能量并转换成有用电能 的能量采集系统，实现具有自供电能力、免维护的无线传感器。在可用能量源中，振动是最 有希望被使用的，因为它们无处不在。其他能量源往往是受限的，要么不存在，要么可能太 阳光和热梯度不足。所有基于振动的能量采集装置都遵循类似的从振动到电能的转换原理，该原理可 以采用通用的“质量弹簧阻尼(spring-mass-damper) ”模型来描述，其中在电阻尼中消耗的 能量相当于所生成的电能，表示为公式(1)。
权利要求
1.一种能量采集装置，其特征在于，包括第一振动单元，用于在周边环境产生的低频振动的触发下进行振动，并将该振动传递 给位于所述第一振动单元下方的第二振动单元；所述第二振动单元，用于在所述第一振动单元所产生振动的触发下，在磁场中进行高 频振动，生成电能。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二振动单元包括绝缘薄膜、一组 或者多组串联连接的金属线圈、以及软磁材料；其中，所述金属线圈和软磁材料附在所述绝缘薄膜上。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一振动单元包括平面弹簧和附在 所述平面弹簧底面的第一磁铁；所述平面弹簧，用于捕获周边环境产生的低频振动，并带动所述第一磁铁进行振动；所述第一磁铁，用于根据该第一磁铁和所述软磁材料之间的距离、该第一磁铁的吸力 大小，以及所述第二振动单元的刚度力，吸引或者释放所述软磁材料，从而带动所述绝缘薄 膜上的一组或者多组金属线圈进行高频振动。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述一组或者多组金属线圈分布在一个 或者多个层上，每层使用绝缘薄膜作为支撑平面，并设置连接不同层上金属线圈的通孔；且所述软磁材料附在距离所述第一振动单元最近的支撑平面上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，进一步包括设置在所述一组或 者多组金属线圈下方的第二磁铁；所述一组或者多组串联连接的金属线圈具有两个焊点抽头，用于输出在所述第二磁铁 产生的磁场中运动产生的感应电流。
6.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，进一步包括用于放置所述第二 磁铁的基板，以及用于固定所述绝缘薄膜的保护外壳。
7.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述第一磁铁为钕铁硼永磁体， 所述软磁材料为铁镍合金，所述绝缘薄膜为聚酰亚胺薄膜。
8.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述第一磁铁设置在所述平面 弹簧的底面中心，所述软磁材料设置在所述支撑平面的中心位置。
9.一种用于能量采集的振动装置，其特征在于，包括绝缘薄膜、一组或者多组串联连接的金属线圈、以及软磁材料；其中，所述金属线圈和 软磁材料附在所述绝缘薄膜上；所述软磁材料，用于在外部磁力作用下振动，带动所述绝缘薄膜上的一组或者多组金 属线圈；所述一组或者多组串联连接的金属线圈，用于在磁场中进行高频振动，生成电能。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述一组或者多组金属线圈分布在一个 或者多个层上，每层包括至少一组金属线圈；所述每层使用绝缘薄膜作为支撑平面，并设置连接不同层上金属线圈的通孔；且所述软磁材料附在距离外部磁力作用最近的支撑平面上。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述一组或者多组串联连接的金属 线圈具有两个焊点抽头，用于输出在磁场中运动产生的感应电流。
12.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述软磁材料为铁镍合金，所述绝 缘薄膜为聚酰亚胺薄膜。
13.一种用于能量采集的振动装置的制造方法，其特征在于，包括 在第一绝缘薄膜上喷涂第一种子层；将一组或者多组第一金属线圈电镀在所述第一种子层上，并将软磁材料附在所述第一 种子层上；为所述第一种子层、一组或者多组第一金属线圈以及软磁材料覆盖第二绝缘薄膜，形 成所述振动装置。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在形成所述振动装置之前，进一步包括在所述第二绝缘薄膜上喷涂第二种子层；将一组或者多组第二金属线圈电镀在所述第二种子层上，并电镀出用于将所述一组或 者多组第一金属线圈和所述一组或者多组第二金属线圈串联连接的一个或者多个通孔； 为所述第二种子层以及一组或者多组第二金属线圈覆盖第三绝缘薄膜。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，进一步包括在牺牲层上形成所 述第一绝缘薄膜，并在所述振动装置形成之后去除所述牺牲层。
全文摘要
本发明公开了一种能量采集装置，包括第一振动单元，用于在周边环境产生的低频振动的触发下进行振动，并将该振动传递给位于所述第一振动单元下方的第二振动单元；所述第二振动单元，用于在所述第一振动单元所产生振动的触发下，在磁场中进行高频振动，生成电能。本发明还公开了一种用于能量采集的振动装置及其制造方法。应用本发明能够在较宽的环境振动频率范围内实现高功率输出而无需任何额外的电能输入。
文档编号H02K35/00GK102118095SQ200910215849
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者李明, 赖胜 申请人:西门子公司