基于电镀铜平面弹簧的微型电磁式振动能量采集器VIP免费

第14卷第1期2008年2月功能材料与器件学报JOURNALOFFUNCTIONALMATERIAI5ANDDEVICESVo1．14，No．1Feb．，2008文章编号：1007—4252(2008)01—0171—04基于电镀铜平面弹簧的微型电磁式振动能量采集器王佩红，鲁李乐，戴旭涵，赵小林(1．薄膜与微细技术教育部重点实验室，微米／纳米加工技术国家级重点实验室，上海交通大学微纳科学技术研究院，上海200030；2．安徽大学物理与材料科学学院，合肥230039)摘要：采用微机电系统加工技术制作出一种结构新颖的微型电磁式振动能量采集器，它可以把周围环境中的振动能转换为电能。整个结构主要由圆形SmCo28永磁体、铜平面弹簧和双层线圈构成。采用uV—LIGA技术和电镀技术制作铜平面弹簧和双层线圈，并与永磁体一起组装成试验样机，其体积大约为200mm。Ansys有限元仿真结果表明共振结构的一阶固有频率为129．3Hz。对组装好的电磁式振动能量采集器试验样机的初步测试表明：在加速度为3g(g=9．8m／s)的外界输入冲击下，负载两端的交流电压峰峰值为32．5mV。关键词：振动能量采集器；微机电系统；电磁式；铜平面弹簧；双层线圈中图分类号：TH7；TN4文献标识码：ACvibrationenergyharvesterbasedoncopperplanarspringWANGPei—hong‘一，LULi．1e‘，DAIXu．han‘，ZHAOXiao．1in‘(1．KeyLaboratoryforThinFilmandMicrofabricationTechnologyofMinistryofEducation，NationalKeyLaboratoryofNano／MicroFabricationTechnology，ResearchInstituteofMicro／NanometerScienceandTechnology，ShanghaiJiaotongUniversity，ShanghaiMaterialScience，AnhuiUniversity，200030，China；2．SchoolofPhysicsandHefei230039，China)Abstract：Anove]microelectromagneticvibrationenergyharvesterispresented．whichcanconvertvibra—tionenergyintoelectricalenergyaccordingtoelectromagneticinductionlaw．ItconsistsofapermanentmagnetofSmCo28，acopperplanarspringandatwo—layercoil．Thecopperplanarspringandtwo—layercoilarefabricatedusingUV—LIGAandeleetroplatingtechnology．Thesizeofthemicrovibrationenergyharvesterisabout200mminvolume．Theresuhoffiniteelementsimulationsisthatthenatural~equencyoftheresonantstructureis129．3Hz．Initialmeasurementshowsthatthepeak—to—peakvolt—agevalueoftheloadresistanceis32．5mVwhenthevibrationenergyharvesterisunderashockwithanaccelerationofabout3g(g．=9．8in／s)．Keywords：vibrationenergyharvester；microelectromechanicalsystem；electromagnetic；copperspring；two—layercoilplanar收稿日期：2007—07—20；修订日期：2007—09—22基金项目：国家自然科学基金(No、50405013)；863计划(No、2006AA04Z360)；微米／纳米加工技术国家级重点实验室基金(No、9140C790301060C79)；上海市科委重点实验室基金(No．05dz22309)资助项目．作者简介：王佩红(1978一)，男，博士生，目前主要从事MEMS级振动能量采集器的设计与制作研究、通讯作者：戴旭涵，男，博士，副教授(E—mail：xhdai@sjtu．edu．CB)．维普资讯http://www.cqvip.com172功能材料与器件学报14卷0引言随着无线传感网络和微机电系统(MEMS)的迅速发展l，如何有效地为它们供电受到越来越多的关注。目前给这些系统供电主要依赖电池和电力电线，但是，电池的寿命短，存储能量有限，相对被供电器件而言体积和质量大，而且在某些应用中更换电池成本很高，过程复杂。电力线造价昂贵，维护困难，在某些嵌入式系统中根本无法使用。因此，电池和电力电线已经成为无线传感产品和MEMS器件发展的一大障碍。振动能量采集器可以自动地把环境中存在的振动能转换成电能J，它的工作方式主要有三种：静电式、压电式和电磁式J。静电式振动能量采集器在开始工作时需要一个外界电压驱动，压电式振动能量采集器的制作工艺很难与微电子加工技术兼容J。电磁式振动能量采集器无上述缺点，并且有体积小、工艺简单、可应用于各种恶劣环境等优点，因此越来越受到科学家和工程师的青睐。从1995年开始世界上许多研究机构，例如英国shefield大学、...