[发明专利]一种基于驻极体薄膜的能量采集器

说明书

技术领域

本发明属于新型环保能量采集技术领域，特别涉及一种用于将机械振动能量 转换成电能的振动能量采集器。

背景技术

能量采集是指采集环境的能源，如热、辐射或动能并转换成为电能。随着微 机电系统技术和超低能耗的集成电路设计的进展，电路和器件的尺寸以及驱动它 们所需能量都正在显著减少。这些所需能量量级已进入能量采集器所能提供能量 的范围。因此能量采集器正在成为取代电池为这些电路和器件(如无线传感器和 人体植入式装置)供能的替代方案。

从振动能转换到电能是能量采集方式的一种。其中由振动能转换为电能的方 法有三种，分别是静电式、电磁式和压电式。静电能量采集器包含有至少一个可 变电容构件。此可变电容的两个带电极板形成一个电场。静电能量采集器即从环 境的振动对此电场做功而萃取能量。与同属于振动能转换的电磁和压电能量采集 器相比，静电能量采集器的显著优点在于其可以很容易用MEMS微制造技术(如 硅微制造技术)制成适用于微系统的具亚微米级精度的微型产品(如硅基微静电 能量采集器)。硅基微静电能量采集器可用类似于集成电路的制程技术而得以大 规模低成本生产并更可与同为硅基的微电子集成电路、器件和微系统直接整合在 一起而实现完全自供能的能独立运行的不含电池的微系统。

目前大部分振动能量采集器都已悬臂梁或弹簧作为振动部件，但是这种振动 类型的缺点是只能相应一个方向的振动，当环境中的振动源的振动方向发生变化 的时候，位于其他方向的振动能量就不能被振动能量采集器采集，在一定程度上 减少了采集器的采集效率。同时，振动能量采集器的中磁铁可能会对外部电子元 件产生电磁干扰，因此需要使电子元件和振动能量采集器之间保持一定的安全距 离，这也增大了振动能量采集器的总体体积。由于能量采集器的能量输出范围在 微瓦到毫瓦之间，输出尽可能多电能是能量采集器发展和研制的主要目标。然而 由于目前微制造技术的限制，静电能量采集器只能被制成简单的仅含单层可变电 容构件而极大地限制其对于振动能的采集和电能的输出。

发明内容

本发明针对上述能量采集器存在的不足，构造了一种基于双极性驻极体薄膜 的双层可变电容构件能量采集器。

为了达到目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种基于双极性驻极体薄膜的能量采集器，包括电能产生装置和用 于提供恒定输出电流的整流装置，所述电能产生装置包括上电极、下电极和驻极 体薄膜，驻极体薄膜设置在上电极和下电极之间，所述整流装置分别与上电极和 下电极电连接；所述的驻极体薄膜采用双极性驻极体薄膜，薄膜的上、下表面分 别分布有正负电荷。

作为本发明的进一步改进，所述的整流装置包括二极管D1、D2、D3、D4， 依次电连接形成一个串联电路，上电极与二极管D1、D4的连接点连接，下电极 与二极管D2、D3的连接点连接。

作为本发明的进一步改进，所述的能量采集器还包括有储能电容，储能电容 的一端与二极管D1、D2的连接点连接，储能电容的另一端接地。

作为本发明的进一步改进，所述的能量采集器还包括二极管D5，D1、D2 的连接点连接二极管D5的正极。

作为本发明的进一步改进，所述的驻极体薄膜不与上电极和下电极中的任意 一个电极接触。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

该能量采集器采用双极性驻极体薄膜，将其作为MEMS微能量采集器的核 心材料构造了一种双层可变电容构件，能够更有效地实现机械能向电能的转换。

该能量采集器驻极体薄膜的表面电位高并有很好的稳定性，将其作为MEMS 微能量采集器的核心材料能够实现独立自助的向外提供稳定电能。

该能量采集器输出功率达到了毫瓦级；基于实际情况，对发电机结构进行优 化，设计了一种用超级电容收集微小电能的简单结构。

附图说明

图1是本发明基于驻极体薄膜的能量采集器的结构示意图；

图2是本发明优化后的驻极体薄膜的能量采集器结构示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1