CN113346791B - 集成自维持式电源 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种集成自维持式电源，该集成自维持式电源包括：压电能量收集(PEH)梁、位于PEH梁上的电源管理单元(PMU)电路、位于PEH梁上的可充电电池以及正稳压电源输出和负稳压电源输出。PMU电路包括电输入/输出。可充电电池包括负极接入垫和正极接入垫，它们与PMU电路的电输入/输出电连通。正稳压电源输出和负稳压电源输出也与PMU电路的电输入/输出电连通。
Description
技术领域
本发明总体上涉及一种集成自维持式电源模块，其可以被实施为医疗植入物、电子装置、传感系统、物联网(IoT)装置、监控贴片或设备和/或需要自备能源以运行的任何类型的设备的主电源。更具体地，本发明涉及一种作为与可充电电池和电源管理电路集成以向需要无线供电的电子系统供电的能量清除器的压电悬臂梁。
背景技术
图1和图2示出现有技术中所示的两种主要类型的压电能量收集(PEH)电源系统。图1是常规的PEH梁10的示意图，其包括组装在填隙片16的相对主表面上的两个等厚度的压电层12、14(诸如锆钛酸铅(PZT))。然后将PEH梁10在第一端部18(即，第一主要末端)处夹入结构20(即，安装PEH梁的结构)中，形成悬臂梁，并且第二端部22(即，相对的第二主要末端)安装有使悬臂以预定频率振动的激振块24。方向X、Y和Z分别对应于参考方向：沿着梁长度L的方向，沿着梁宽度W的方向和沿着梁厚度T的方向。压电层12、14以相同或相反的极性方向组装并且在压电层12、14的外部主表面上电镀有电极26、28。电极26、28电连接到电源管理单元(PMU)30。在图2中，方向X、Y和Z保持不变并且PEH梁10在第一端部18和第二端部22(相对的末端)处被夹住。激振块24安装在第一端部18和第二端部22之间的相等距离处。
以模式31(图3)或33(图4)运行的普通压电挠性多层或单晶型能量收集器为平行形状并且具有统一的设计。
当受到振动时，激振块24沿Z轴方向上下移动，并且使PEH梁10以根据所施加的加速力的幅度弯曲(偏转)。PEH梁的偏转以相反的方式(牵引/压缩)对压电层12、14施加应力。因此，在弯曲循环期间正电荷和负电荷将分别出现在电极26、28上，并且将由连接到电极26、28的PMU 30收集。无论PMU 30的极性如何，整流器32(图5)都将使PMU 30能够收集所产生的电能，并且将所收集的能量存储到存储单元34(电容器或电池)中。
大多数应用要求存储单元是可充电电池，以确保供电系统的稳定性和可靠性。迄今为止，常规的系统利用商业或定制的电池，这些电池由工厂包装，然后被组装到设备中并且连接到收集组件或其他电子组件。该方法在设计上直接且简单，但是在电池的能量密度和装置的小型化方面还远未优化。
发明内容
在本发明中，可充电电池和PMU电路被设计和制造为PEH装置的集成子组件，以最大化PEH装置的固有性能、小型化程度和定制化，进而适合各个应用并且优化制造成本。
本发明涉及用作挠性机械弹簧的具有一种或几种内部或外部复合的“填隙片”或“梁”材料的多层、双晶或单晶振动机械结构。该结构还集成可以作为附加的子组件组装在PEH装置上或整体地制造到悬臂梁上的固态可充电电池模块，以获得集成自维持式电源模块，其中可充电电池或悬臂梁都不需要独立包装。
本发明的实施例通常旨在被密封地结合到设备壳体中，在壳体中电源模块被固定并且不受外部环境影响。
一般而言，根据本发明的集成自维持式电源包括：压电能量收集(PEH)梁；电源管理单元(PMU)电路，位于PEH梁上并且包括电输入/输出；可充电电池，位于PEH梁上并且包括负极接入垫和正极接入垫，负极接入垫和正极接入垫与PMU电路的电输入/输出电连通；以及正稳压电源输出和负稳压电源输出，与PMU电路的电输入/输出电连通。
根据本发明的一方面，该PEH梁包括：第一压电层；第二压电层；第一压电层上的第一压电层电极；第二压电层上的第二压电层电极；第一压电层电极上的中介层，由绝缘材料组成；以及导电轨道，位于中介层上。PMU电路位于中介层上，并且电输入/输出连接到导电轨道。可充电电池位于中介层上，并且负极接入垫和正极接入垫连接到导电轨道。PMU电路的电输入/输出可操作地：通过导电轨道连接到可充电电池的正极接入垫和可充电电池的负极接入垫；连接到第一压电层电极；并且连接到第二压电层电极。
在一种实施方案中，该PEH梁进一步包括：填隙片，具有平行六面体形式，填隙片其厚度尺寸小于宽度尺寸和长度尺寸。填隙片包括第一主表面、与第一主表面相对的第二主表面、近端以及与近端相对的远端。第一压电层层压在填隙片的第一主表面上并且具有第一压电层外表面。第二压电层层压在填隙片的第二主表面上并且具有第二压电层外表面。第一压电层电极具有第一压电层电极外表面。第二压电层电极在第二压电层外表面上。中介层层压在第一压电层电极的外表面上并且具有中介层外表面。导电轨道位于中介层外表面上。可充电电池附接到中介层外表面。PEH梁可以进一步包括沿厚度方向穿过中介层并且垂直于中介层外表面的导电通路，并且PMU电路的电输入/输出和第一压电层电极可以通过导电通路连接。
在一个实施例中，集成自维持式电源进一步包括导电夹具，并且PEH梁具有延伸到导电夹具中的近端。在本实施例中，可操作地连接到第二压电层电极的PMU电路的电输入/输出通过该夹具连接。
在另一实施例中，集成自维持式电源进一步包括绝缘夹具，并且PEH梁具有延伸到绝缘夹具中的近端。在本实施例中，可操作地连接到第二压电层电极的PMU电路的电输入/输出通过柔性印刷电路连接,该柔性印刷电路提供第二压电层电极和PMU电路之间的电连通。
在又一实施例中，填隙片由导电材料组成，第一压电层具有第一压电层内表面，并且第二压电层具有第二压电层内表面。因此，第一压电层内表面和第二压电层内表面通过填隙片电连接在一起。
在另一实施方案中，夹具限定穿过夹具的开口，并且PEH梁具有延伸到夹具中的近端。第一压电层具有第一压电层内表面，并且第一压电层电极是在第一压电层内表面上的第一压电层内表面电极。第一压电层内表面电极具有第一压电层内表面电极内表面。中介层在第一压电层内表面电极内表面上并且具有中介层内表面。中介层包括延伸经过夹具中的开口的延长部。延长部上具有正稳压电源输出和负稳压电源输出。导电轨道位于中介层内表面上。第二压电层与第一压电层间隔开并且具有与第一压电层内表面相对的第二压电层内表面。第二压电层内表面电极在第二压电层内表面上并且具有第二压电层内表面电极内表面。间隔物在第二压电层内表面电极内表面与中介层内表面之间延伸，使得空腔由第二压电层内表面电极内表面、中介层内表面和间隔物限定。PMU电路和可充电电池附接到中介层内表面。可充电电池可以具有电池厚度而间隔物可以具有间隔物高度，并且间隔物高度可以是电池厚度的至少120％。间隔物可以由规则地放置在除了PMU电路和可充电电池所在区域之外的整个第二压电层内表面电极内表面上的柱组成。可选地，间隔物可以由具有在PMU电路和电池所在的位置处形成空腔的块体材料组成。
一方面，PEH梁进一步包括：导电通路，沿厚度方向穿过中介层并且垂直于中介层内表面；以及导电脚，在中介层和第二压电层内表面电极之间延伸。在本实施例中，PMU电路的电输入/输出和第一压电层内表面电极通过导电通路连接，并且PMU电路的电输入/输出和第二压电层电极通过导电脚连接。
另一方面，第一压电层可以进一步具有第一压电层外表面，第二压电层可以进一步具有第二压电层外表面。然后，集成自维持式电源可以进一步包括在第一压电层外表面上的第一压电层外表面电极和在第二压电层外表面上的第二压电层外表面电极。
在一个实施例中，夹具是导电的，使得第一压电层外表面电极和第二压电层外表面电极通过夹具电连通。
在另一实施例中，夹具是绝缘的。在本实施例中，柔性印刷电路将第一压电层外表面电极和第二压电层外表面电极电连接。
本发明的其他特征和优点将在下文所示的本发明的示例性实施例的详细描述中阐明或变得显而易见。
附图说明
将在下文中结合附图和用于阐明而非限制权利要求书的范围的说明来描述本文中的实施例：
图1是常规的夹具式自由悬臂梁装置的立体图。
图2是经典的两端固定式悬臂梁装置的截面图。
图3是应变模式(d31)下的压电电流产生的示意图。
图4是压缩模式(d33)下的压电电流产生的示意图。
图5是具有整流器的悬臂梁装置的示意图。
图6是根据本发明的集成自维持式电源的示例性实施例的切除所选择的部分的立体图。
图7是详细示出与下部电极的示例性电连接的第一示例性实施例的立体图。
图8是详细示出与下部电极的另一示例性电连接的第一示例性实施例的立体图。
图9是根据本发明的另一示例性集成自维持式电源的立体图。
图10是以夹具绝缘的配置示出的图9的示例性集成自维持式电源的不同立体图。
具体实施方式
在本文件中阐述了当前公开的主题的一个或多个实施例的细节。在研究本文件中所提供的信息之后，对于本领域普通技术人员而言，对在本文件中描述的实施例的修改以及其他实施例将是显而易见的。本文件中提供的信息，尤其是所描述的示例性实施例的具体细节，主要用于清楚地理解并且不应由此认为存在不必要的限制。如果发生冲突，以本文件的说明(包括定义)为准。
尽管认为本领域普通技术人员将很好地理解下列术语，但是阐述定义以便于解释当前公开的主题。
除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与当前公开的主题所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管类似于或等同于本文中描述的那些方法、装置和材料的任何方法、装置和材料都可以用于实践或测试当前公开的主题，但是现在描述有代表性的方法、装置和材料。
遵循存在已久的专利法惯例，当在本申请(包括权利要求书)中使用时，术语“一”、“一个”和“该”指的是“一个或多个”。因此，例如，对“电轨道”的引用包括多个这种轨道，等等。
除非另有说明，否则在本说明书和权利要求书中使用的所有表示组成成分、诸如频率的属性等等的数字将被理解为在所有情况下由术语“大约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则在本说明书和权利要求书中陈述的数字参数是近似值，该近似值可以根据目前公开的主题寻求获得的期望属性而变化。
在本文中使用时，术语“大约”在涉及值或量时意味在一些实施例中包含指定量±20％的变化，在一些实施例中包含指定量±10％的变化，在一些实施例中包含指定量±5％的变化，在一些实施例中包含指定量±1％的变化，在一些实施例中包含指定量±0.5％的变化，在一些实施例中包含指定量±0.1％的变化，因为这种变化适合于执行所公开的主题。
在本文中使用时，范围可以表示为从“大约”一个特定值和/或到“大约”另一特定值。还应理解的是，本文中公开了许多值，并且除了值本身之外，每个值在本文中还公开为“大约”该特定值。例如，如果公开了值“10”，那么也公开了“大约10”。还应理解的是，也公开了两个特定单位之间的每个单位。例如，如果公开了10和15，那么也公开了11、12、13和14。
在本文中使用时，“电源管理单元(PMU)电路”是指执行电源管理的各种功能的一类集成电路，各种功能包括电池管理、电压调节和充电功能。PMU电路可以将低损耗全波桥式整流器与高效降压转换器集成，以形成针对诸如压电的高输出阻抗能量源而优化的完整能量收集解决方案。
在本文中使用时，“可充电电池”是指可以被充电、放电到负载并且多次被充电的一种电池。它也可以被称为蓄电池或二次电池。可充电电池通过可逆的电化学反应累积并且存储能量。
本发明公开了若干优选实施例以将PMU电路和可充电电池与压电能量收集(PEH)梁集成。在下文中描述的实施例中，为了清楚起见，将采用与图1所指示的相同的定向方向：沿着梁长度(L)的纵轴(X)，沿着梁宽度(W)的横轴(Y)即平行于压电层的主表面并且垂直于X轴，以及沿梁厚度(T)的垂直轴(Z)。X、X轴、纵向或纵轴是指相同的方向并且将在下文中无差别地使用；对于Y/横向和Z/垂直也是分别如此。
在环境振动下，PEH梁理论上可以根据若干种振荡模式进行振荡。但是仅优选第一纵向振荡模式(即，在给定时间，平行于Y方向对齐的梁的任何点以相同的位移方向和幅度移动，并且梁的所有点沿着Z轴的位移幅度具有相同的正方向或负方向)。考虑到梁长度(L)明显大于梁宽度(W)并且远大于梁厚度(T)，该主振荡模式具有最低频率并且通常忽略所有其他振荡模式。此外，变形区域(DZ)被定义为梁的可以自由弯曲以发电的部分。通常，DZ是梁在其夹紧区域和激振块之间的部分。PEH梁的第一振荡模式的谐振频率与环境振动频率(通常为1Hz至1kHz)匹配。为此，根据激振块的重量(通常在1克与100克之间)，梁的长度范围通常在几毫米到200毫米。根据系统规格，也可以省略激振块。为了以下描述清楚起见，将不提及激振块。
1.第一实施例
图6是根据本发明的包括PEH梁101的集成自维持式电源100的第一示例性实施例的立体图，该PEH梁101包括夹在第一压电层104和第二压电层106之间的填隙片102。在一个实施例中，第一压电层104和第二压电层106相对于填隙片102对称地设置。填隙片包括第一主表面108和与第一主表面相对的第二主表面110。第一压电层104层压在填隙片102的第一主表面108上并且第二压电层106层压在填隙片102的第二主表面110上。第一压电层104具有第一压电层外表面112并且第二压电层106具有第二压电层外表面114。第一压电层104具有沉积在第一压电层外表面112上的第一压电层电极116。第二压电层106具有沉积在第二压电层外表面114上的第二压电层电极118。
填隙片102优选地尽可能薄，以在将总厚度保持在合理的比例的同时最大化装置的压电材料比率。为了方便制造过程，填隙片102的厚度通常在2-20μm内并且优选地在十(10)微米以下。压电层104、106通常具有相同的厚度，以在填隙片102的厚度内保持中和层(neutral)纤维(梁材料在梁弯曲期间不会经受纵向膨胀或压缩的所有点)。基于工作频率和功率考虑来限定压电层104、106的厚度。对于一般的频率范围(从几赫兹到几百赫兹)，最小厚度通常大约为几微米，而最大厚度则高达几百微米。对于给定的厚度，能量转化率达到最大值。确定最佳厚度通常需要进行初步的模型计算。通常，对于一百赫兹的振动频率，压电层的最佳厚度为八十(80)微米。
填隙片102的材料是导电的。为了在不损坏的情况下承受所施加的弯曲，填隙片102的导电材料是黄铜或是选自金属、有机物或无机物的组并且具有期望的优选在从数十GPa至数百Gpa的范围中的杨氏模量值的任何其他材料。
第一压电层104和第二压电层106的材料通常是锆钛酸铅(PZT)或任何其他表现出压电特性的材料。
特别地，填隙片102具有近端120，近端120延伸到锚或夹具122中并且连接到锚或夹具122。优选地，夹具122的材料是诸如铜、铝、钨的金属材料，或者表现出杨氏模量超过50GPa的任何有机或无机材料。优选地，如下面所述，夹具122是导电的。填隙片102具有与附接激振块的近端相对的远端124(图6中未示出，见图1)。
中介层126层压在第一压电层电极116的外表面上。中介层126由诸如聚酰亚胺的具有软机械特性的电绝缘材料制成。中介层126的厚度通常为25μm。中介层126的外表面128包括平行于中介层外表面128的若干导电轨道130和垂直于中介层外表面128的至少一个导电通路132。如下所述，导电轨道130连接子组件和收集器电极。
中介层126通过现有的柔性印刷电路板制造工艺而获得。在该示例性实施例中，中介层126仅由一层绝缘层组成，该绝缘层具有彼此隔离或彼此连接的电轨道。然而，根据子组件之间电互连的复杂性，具有垂直通路的交替的绝缘/导电层的多层结构也在本公开的范围内。
PMU电路134具有电输入/输出136。PMU电路134的电输入/输出136通过，例如焊接工艺或粘性导电膜或胶水来机械连接到和电连接到导电轨道130。PMU电路134包括至少四个电输入/输出(用于从收集器输入的2条导线和2条输出导线)，但是电池连接和其他电路控制需要另外的输入/输出。例如，来自Analog Devices(美国马萨诸塞州诺伍德)的LTC3588具有10个输入/输出并且被封装在尺寸(3x3x1mm3)合适的10导线DFN外壳中。
如果PMU电路134最低程度地干扰梁变形，则这种电路可以放置在中介层外表面128上变形区域内的任何位置。在一个实施例中，PMU电路134是横向尺寸少于几毫米的裸硅管芯电路。在一个实施例中，PMU电路134靠近夹具122放置，在夹具122处PEH梁101变形极小，以避免由于机械应力可能造成的磨损。在另一实施例中，PMU电路134(例如，包装在箱体中的电路)由于PMU电路134的尺寸或刚度而轻微干扰PEH梁101的位移，因此将PMU电路134放置在变形区域外面。
电池138也附接到中介层126。在一个实施例中，电池138具有主要由第一正极140、电解质层142和负极144组成的薄膜结构。负极144电连接到电池138外面的负极接入垫146。正极140电连接到正极接入垫148。负极接入垫146和正极接入垫148均电接合到中介层126的导电轨道130。在不同的实施例中电池138是超薄固态电池、层状聚合物电池、印刷电池或具有低机械刚度以适应梁变形的另一薄膜电池。电池138通过，例如胶粘带或胶水附接到中介层126的外表面128。在不同的实施例中，电池138覆盖变形区域之内或之外的中介层126的可用表面的部分或全部。在其他实施例中，刚性电池覆盖变形区域外面的中介层126的可用表面。
现在考虑示例性实施例的电连接，PMU电路134的电输入/输出136：
a.)连接到电池138的正极接入垫148，并且通过中介层126的外表面128上单独的导电轨道130，连接到电池138的负极接入垫146；
b.)通过导电通路132和中介层126的外表面128上的导电轨道130，连接到第一压电层104的第一压电层电极116；
c.)通过中介层126的朝向PMU电路134的一个输入136的外表面128上的导电夹具122和导电轨道130，连接到第二压电层106的第二压电层电极118。这在图7中更详细地示出。
d.)来自PMU电路134的两个稳压电源输出电连接到中介层126的外表面128上的两个不同的导电轨道130，该两个不同的导电轨道130电连接到柔性印刷电路板150上的正极轨道152和负极轨道154。这些轨道152、154是本发明的主要输出，其然后可以进一步连接到用户的装置。
在图8所示的可选实施例中，夹具122绝缘并且第二压电层106的第二压电层电极118通过在第二压电层电极118和中介层126之间延伸的另一柔性印刷电路155，连接到中介层126的导电轨道130。
另外注意的是，第一压电层104具有第一压电层内表面156并且第二压电层106具有第二压电层内表面158。第一压电层内表面156和第二压电层内表面158通过填隙片102电连接在一起。
2.第二实施例
现在参照图9，示出根据本发明的集成自维持式电源200的第二示例性实施例的立体图，其中PMU电路202和电池204现在放置在第一压电层206和第二压电层208之间。该实施例特别有利于保护这些子组件免受电源200(即压电能量收集器装置)外部的影响，因为这些子组件嵌入在电源200(压电能量收集器装置)内。此外，该实施例考虑了电池204的厚度变化。对于薄膜电池，这种变化是众所周知的现象。随着电池充电状态的增加，离子成分积聚在电池的电极上并且导致厚度增加。
在本实施例中，中介层210附接到第一压电层206的电极214的内表面212。中介层210由绝缘材料(例如，聚酰亚胺)组成并且具有内表面216。导电轨道218位于内表面216上。中介层210具有与第一压电层206相同的总长度尺寸、总宽度尺寸和形状，但是包括延伸部分220，延伸部分220朝向夹具222并且穿过由夹具222限定的开口224，第一压电层206和第二压电层208通过开口224突出。在一些实施例中，延伸部分220的宽度尺寸小于第一压电层206的宽度尺寸。在其他实施例中，延伸部分220的宽度尺寸等于第一压电层206的宽度尺寸。
PMU电路202包括电输入/输出226。在不同的实施例中，电输入/输出226通过焊料、粘性导电膜或胶水电连接到导电轨道218。如果PMU电路202最低程度地干扰梁变形，则这种电路可以放置在变形区域内中介层内表面216上的任何位置，或者变形区域之外的中介层内表面216上的任何位置。在一个实施例中，PMU电路202是裸硅管芯电路，优选地横向尺寸小于几毫米。在一个实施例中，PMU电路202靠近导电夹具222放置，在导电夹具222处梁变形极小以避免由于机械应力可能造成的磨损。然而，对于同一X位置，由于PMU电路202更接近整个收集器结构的中和层纤维，因此PMU电路202将比上述第一实施例更少地经受机械应力。在本文中使用时，术语“内”和“外”是相对于中和层纤维而定义的，“内”更接近中和层纤维，而“外”更远离中和层纤维。在另一实施例中，PMU电路202(例如，封装在外壳中的电路)由于其尺寸或刚度而轻微干扰梁位移。在那种情况下，PMU电路202被放置在变形区域外面。
电池204也附接到中介层210。在一个实施例中，电池204具有主要由第一正极228、电解质层230和负极232组成的薄膜结构。负极232电连接到电池204外面的负极接入垫234。正极228电连接到正极接入垫236。负极接入垫234和正极接入垫236均电接合到中介层210的导电轨道218。在不同的实施例中，电池204的技术是具有低机械刚度以适应梁变形的薄膜电池技术。在不同的实施例中，电池204通过胶粘带或胶水附接到中介层210的内表面216。
第二压电层208具有内表面238。电极240沉积在第二压电层208的内表面238上。第二压电层内表面电极240具有内表面242。空腔形成在第二压电层电极240的内表面242和电池204面向第二压电层内表面电极240的内表面244之间。该空腔旨在适应电池204的厚度变化。在一个实施例中，空腔的高度为电池204的厚度的20％。例如，对于100μm厚的电池，空腔应为大约20μm。
通过在第二压电层内表面电极240的内表面242和中介层210的内表面216之间插入间隔物来形成空腔。在一个实施例中，间隔物高度比电池204的厚度大至少大约20％。例如，对于100μm的电池，间隔物高度为至少大约120μm。为了使梁保持适当的挠性，间隔物的抗张强度理想地应在Z方向上高而在X方向上低。在特别有趣的实施例中，间隔物由规则地放置在除了电池204和PMU电路202所在区域中之外的第二压电层内表面电极240的整个内表面242上的柱246组成。因此电池204和PMU电路202在梁的横向尺寸上居中，以保持对称或在横向尺寸上保持柱。电池204和PMU电路202在梁的纵向尺寸上放置在变形区域内的任何位置。在不同的实施例中，柱246的截面形状为正方形、矩形或圆形，并且柱246的横向尺寸为50μm至300μm。在PMU电路202和电池204的位置处具有开口空腔的块体间隔物也在本公开的范围内。在一个实施例中，通过减法工艺获得柱246，在减法工艺中柱材料的主体层附接到第二压电层内表面电极240的内表面242，然后通过蚀刻、切割或铣削过程在柱246之间和放置电池204和PMU电路202的区域中去除材料。在一个实施例中，两个相邻柱之间的距离为50μm到三(3)毫米。在一个实施例中，柱的材料是与上述制造工艺兼容的金属材料或有机材料。
现在考虑本实施例的电连接，PMU电路202的电输入/输出226：
a.)连接到电池204的正极接入垫236，并且通过中介层210的内表面216上单独的电轨道218，连接到电池204的负极接入垫234；
b.)通过电通路248和中介层210的内表面216上的电轨道218，连接到第一压电层206的电极214；
c.)通过中介层210的内表面216上的导电脚250和电轨道218，连接到第二压电层内表面电极240；
d.)来自PMU电路202的两个稳压电源输出通过由导电夹具222限定的开口224沿着延长部分220电连接到中介层210的内表面216上的两个不同的导电轨道218。
另外注意到的是，第一压电层206的外部电极252和第二压电层208的外部电极254电连接在一起。在一个实施例中，夹具222是导电的并且与第一压电层206的外部电极252和第二压电层208的外部电极254电接触。在另一实施例中，如图10所示，夹具222是绝缘的，并且第一压电层206的外部电极252和第二压电层208的外部电极254与柔性印刷电路256电连接。
Claims (7)
1.一种集成自维持式电源(100)，包括：
压电能量收集梁，-即PEH梁(101)；
电源管理单元电路，即PMU电路(134)，包括电输入/输出(136)；
可充电电池(138)，包括负极接入垫(146)和正极接入垫(148)，所述负极接入垫(146)和所述正极接入垫(148)与所述PMU电路(134)的所述电输入/输出(136)电连通；以及
正稳压电源输出和负稳压电源输出，与所述PMU电路(134)的所述电输入/输出(136)电连通，所述集成自维持式电源(100)的特征在于，
中介层(126)，层压在所述PEH梁(101)的第一压电层电极(116)上并且由绝缘材料组成，其中所述中介层(126)具有外表面(128)，
所述PMU电路(134)和所述可充电电池(138)位于所述PEH梁(101)上，在所述中介层(126)的外表面(128)上，并且
所述中介层(126)的外表面(128)包括导电轨道(130)，所述导电轨道(130)联接到所述PMU电路(134)和所述可充电电池(138)。
2.根据权利要求1所述的集成自维持式电源(100)，
其中所述PEH梁(101)包括：
第一压电层(104)；
第二压电层(106)；
所述第一压电层电极(116)，在所述第一压电层(104)上；
第二压电层电极(118)，在所述第二压电层(106)上；以及
所述导电轨道(130)；
其中所述电输入/输出(136)连接到所述导电轨道(130)；并且
其中所述负极接入垫(146)和所述正极接入垫(148)连接到所述导电轨道(130)；
其中所述PMU电路(134)的电输入/输出(136)可操作地：
通过所述导电轨道(130)连接到所述可充电电池(138)的所述正极接入垫(148)和所述可充电电池(138)的所述负极接入垫(146)；
连接到所述第一压电层电极(116)；并且
连接到所述第二压电层电极(118)。
3.根据权利要求2所述的集成自维持式电源(100)，
其中所述PEH梁(101)进一步包括：填隙片(102)，具有平行六面体形式，所述填隙片的厚度尺寸(T)小于宽度尺寸(W)和长度尺寸(L)并且包括第一主表面(108)、与所述第一主表面(108)相对的第二主表面(110)、近端和与所述近端相对的远端；
其中所述第一压电层(104)层压在所述填隙片(102)的所述第一主表面上并且具有第一压电层外表面(112)；
其中所述第二压电层(106)层压在所述填隙片(102)的所述第二主表面(110)上并且具有第二压电层外表面(114)；
其中所述第一压电层电极(116)具有第一压电层电极外表面；
其中所述第二压电层电极(118)在所述第二压电层外表面上。
4.根据权利要求3所述的集成自维持式电源(100)，
其中所述PEH梁(101)进一步包括：导电通路(132)，沿厚度方向(T)穿过所述中介层(126)并且垂直于所述中介层外表面(128)；并且
其中所述PMU电路(134)的所述电输入/输出(136)和所述第一压电层电极(116)通过所述导电通路(132)连接。
5.根据权利要求4所述的集成自维持式电源(100)，进一步包括导电夹具(122)；
其中所述PEH梁(101)具有延伸到所述导电夹具(122)中的近端；
其中可操作地连接到所述第二压电层电极(118)的所述PMU电路(134)的所述电输入/输出(136)通过所述导电夹具(122)连接。
6.根据权利要求4所述的集成自维持式电源(100)，进一步包括绝缘夹具(122)；
其中所述PEH梁(101)具有延伸到所述绝缘夹具中的近端；
其中可操作地连接到所述第二压电层电极(118)的所述PMU电路(134)的所述电输入/输出(136)通过柔性印刷电路(155)连接，所述柔性印刷电路提供所述第二压电层电极(118)和所述PMU电路(134)之间的电连通。
7.根据权利要求4所述的集成自维持式电源(100)，
其中所述第一压电层(104)具有第一压电层内表面(156)并且所述第二压电层(106)具有第二压电层内表面(158)；并且
其中所述填隙片(102)由导电材料组成，使得所述第一压电层内表面(156)和所述第二压电层内表面(158)通过所述填隙片(102)电连接在一起。
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