[发明专利]一种电磁式振动能量收集器及制作方法

说明书

本发明涉及电磁技术与MEMS技术领域，公开了一种电磁式振动能量收集器及制作方法。电磁式振动能量收集器包括：永磁体、三维线圈、弹性元件和铁芯，三维线圈分别位于沿永磁体振动方向的两侧，铁芯分别穿过三维线圈内，弹性元件固定于永磁体上，且弹性元件的四边分别连接于硅衬底的四边。制作方法包括：在沿永磁体的振动方向的两侧固定三维线圈，在永磁体上设置弹性元件，将铁芯插入到三维线圈中，采用可与IC工艺兼容的三维线圈结构，束磁能力更强，效率和输出功率更高；得益于三维线圈的应用，首次在MEMS电磁式振动能量收集器中采用了与线圈轴线相垂直的振动形式，与之前沿线圈轴线的振动形式相比，磁通量变化梯度更大，输出功率更高。

技术领域

本发明涉及电磁技术与MEMS技术领域，特别是涉及一种电磁式振动能量收集器及制作方法。

背景技术

电磁式振动能量收集器可解决各类型微小型传感器、执行器在复杂环境、特殊工况下的能量自给问题。可为无线传感网络提供可持续的绿色能源，在物联网、便携/可穿戴设备、植入式医疗等前沿科学领域具有重要的应用前景，可解决传统电池寿命有限、续航时间有限、污染环境等能源和环境问题。

提高电磁式振动能量收集器的功率输出密度、频率带宽，以及发展微型化、集成化的制造技术，是微型电磁式振动能量收集器的重要发展方向。当前电磁式振动能量收集器大多采用机械绕线的方式，限制了振动能量收集器的微型化和集成化的发展；采用微机电系统(即Micro-Electro-Mechanical System，简称：MEMS)工艺制造的集成线圈，虽然可与集成电路(即integrated circuit，简称：IC)工艺相兼容，但其大多为平面螺旋式线圈，如图1所示，其结构包括：永磁体1、平面弹簧/弹性薄膜101、硅衬底2和MEMS平面线圈102，这种电磁式振动能量收集器漏磁较大，降低了输出功率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明实施例的目的是提供一种电磁式振动能量收集器及制作方法，以解决现有技术中的电磁式振动能量收集器存在的漏磁较大的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电磁式振动能量收集器，包括：永磁体、三维线圈、弹性元件和铁芯，所述三维线圈分别位于沿所述永磁体振动方向的两侧，所述铁芯分别穿过所述三维线圈内，所述弹性元件一端连接于所述永磁体上，另一端固定。

其中，所述电磁式振动能量收集器还包括硅衬底，所述硅衬底包括第一硅片和第二硅片，所述第一硅片和所述第二硅片的上表面均构造有导线槽，下表面均构造有铁芯槽，所述第一硅片和所述第二硅片均构造有由其上表面贯穿于其下表面的通孔，所述第一硅片的所述铁芯槽与所述第二硅片的所述铁芯槽相对并连接，且所述第一硅片的通孔与所述第二硅片的通孔一一对应设置。

其中，所述三维线圈包括上层导线、下层导线和垂直导线，所述上层导线设置于所述第一硅片的所述导线槽内，所述下层导线设置于所述第二硅片的所述导线槽内，所述垂直导线设置于所述第一硅片和所述第二硅片的所述通孔内，所述上层导线通过所述垂直导线与所述下层导线连接。

其中，所述弹性元件为弹簧片，所述弹簧片包括第一固定端、弹簧片本体和四个第二固定端，所述第一固定端固定于所述永磁体上，四个所述第二固定端分别连接于所述硅衬底的四边，所述弹簧片本体设置于所述第一固定端与所述第二固定端之间。

其中，所述弹簧片包括第一弹簧片和第二弹簧片，所述第二弹簧片固定于沿所述永磁体振动方向的上表面，所述第一弹簧片固定于沿所述永磁体振动方向的下表面。

其中，所述铁芯的材质为硅钢。

其中，所述电磁式振动能量收集器还包括两个E型硅钢片，所述铁芯为所述E型硅钢片的中央突出部，两个所述E型硅钢片分别位于所述永磁体的两侧且相对设置。

本发明还公开了一种电磁式振动能量收集器的制作方法，包括：