[发明专利]一种电磁式振动能量收集器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种电磁式振动能量收集器及其制备方法，相互堆叠的第一衬底和第二衬底；所述第一衬底经刻蚀形成悬臂梁结构，其中，所述第一衬底的下表面形成有第一凹槽、所述第一凹槽上方为悬臂梁结构；所述第二衬底的上表面形成有第二凹槽；所述第二凹槽中设置有永磁体；所述第一凹槽与所述第二凹槽相对堆叠且形成腔体；所述第一悬臂梁结构的外侧表面设置有第一电磁拾振结构，所述第二衬底的下表面设置有第二电磁拾振结构。通过本发明的制备方法制备的电磁式振动能量收集器具有较高的能量收集效率、输出功率和输出功率密度(W/cm²)，还具有尺寸小、精度高、一致性好、易于批量制造、制造成本低以及易于小型化的优点。

【技术领域】

本发明涉及一种收集环境中振动能量的能量收集器及其制备方法，特别地涉及一种基于电磁感应原理的谐振型振动能量收集器及其制备方法。

【背景技术】

能量收集器可拾取环境能量(如辐射、温差、振动等)并转化为电能为系统供电。与传统的电化学电池比较，能量收集器具有经济、环保且理论上无寿命限制等优点，因此符合能源的未来发展趋势，非常适合于为物联网、可穿戴设备等新兴领域提供电能。太阳能、电磁辐射、温差、振动等都是可拾取的环境能源，与其它环境能源相比，振动是一种分布广泛的能量源，因此，振动能量收集器具有广阅的发展和应用前景。

在各种类型的振动能量收集器中，基于法拉第电磁感应原理的电磁式振动能量收集器的发展最为成熟。一个典型的电磁式能量收集器主要由电感线圈和永磁体两部分构成，其中，电感线圈(或永磁体)设置在悬臂梁等可动结构上，而永磁体(或电感线圈)则设置在固定结构上，在振动环境中，电感线圈和永磁体发生相对运动，进而在电感线圈中产生感应电流。为了提高能量收集效率，要求该类电磁式能量收集器工作在谐振状态附近(即要求收集器中拾振结构(如悬臂梁、薄膜等)的固有频率接近外界环境中的振动频率)，但是，环境中的振动具有频带宽且多变的特点，另一方面，目前的电磁式振动能量收集器通常只存在单一的谐振结构(或谐振频率)，它的能量收集效率较低。因此，有必要提出一种新的电磁式振动能量收集器。

【发明内容】

基于上述问题，本发明提供了一种电磁式振动能量收集器，其包括：

相互堆叠的第一衬底和第二衬底；所述第一衬底经刻蚀形成悬臂梁结构，其中，所述第一衬底的下表面形成有第一凹槽、所述第一凹槽上方为悬臂梁结构；所述第二衬底的上表面形成有第二凹槽；

所述第二凹槽中设置有永磁体；所述第一凹槽与所述第二凹槽相对堆叠且形成腔体；

所述第一悬臂梁结构的外侧表面设置有第一电磁拾振结构，所述第二衬底的下表面设置有第二电磁拾振结构。

优选地，还包括设置在所述悬臂梁结构末端的质量块。

优选地，所述第一电磁拾振结构包括设置在所述第一悬臂梁表面的第一电感线圈层；和/或所述第二电磁拾振结构包括设置在所述第二衬底的下表面的第二电感线圈层。

优选地，所述第一电感线圈层与所述第一衬底之间、所述第二电感线圈层与所述第二衬底之间设置有绝缘层。

优选地，所述第一凹槽、所述第二凹槽的表面设置有绝缘层。

本发明还提供了一种电磁式振动能量收集器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

选择第一衬底，刻蚀所述第一衬底的下表面，形成第一凹槽结构；

在所述第一衬底的上表面沉积并刻蚀形成第一电感线圈层；

刻蚀所述第一衬底的上表面，形成悬臂梁结构；

选择第二衬底，刻蚀所述第二衬底的上表面，形成第二凹槽结构；

在所述第二衬底的上表面形成的所述第二凹槽结构内安装永磁体；

在所述第二衬底的下表面沉积形成第二电感线圈层；