[发明专利]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，该振动能量收集器包括：相互堆叠的第一衬底、第二衬底和第三衬底；所述第一衬底、所述第三衬底经刻蚀分别形成第一、第二悬臂梁结构，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第一悬臂梁结构，所述第三衬底的上表面形成有第二凹槽、所述第二凹槽下方为第二悬臂梁结构；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，所述第二悬臂梁结构的外侧表面设置有第二电磁拾振结构。使用本发明的制备方法制备的电磁式振动能量收集器具有结构紧凑、输出功率密度高、精度高、一致性好、易于批量制造、制造成本低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，尤其涉及一种基于电磁感应原理的能在宽频带范围高效收集环境中振动能量的电磁式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阔的发展和应用前景。

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(即要求能量收集器中拾振结构(如悬臂梁等)的固有频率接近环境中的振动频率)，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)，因此，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、第二衬底和第三衬底；所述第一衬底、所述第三衬底经刻蚀分别形成第一、第二悬臂梁结构，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第一悬臂梁结构，所述第三衬底的上表面形成有第二凹槽、所述第二凹槽下方为第二悬臂梁结构；

所述第二衬底的上、下表面相对应的位置形成有第三凹槽和第四凹槽，所述第三凹槽和所述第四凹槽之间间隔第二衬底薄膜；所述第三凹槽中设置有永磁体；所述第一凹槽与所述第三凹槽相对堆叠，所述第二凹槽与所述第四凹槽相对堆叠；

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，所述第二悬臂梁结构的外侧表面设置有第二电磁拾振结构。

优选地，还包括设置在所述第一悬臂梁结构末端的第一质量块，和/或还包括设置在所述第二悬臂梁结构末端的第二质量块。

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悬臂梁表面的第二电感线圈层。

优选地，所述第一凹槽、所述第二凹槽、所述第三凹槽、所述第四凹槽的表面设置有绝缘层。

优选地，所述第一、第二电感线圈层与所述第一衬底和所述第二衬底之间均设有绝缘层。

本发明还提出了一种电磁式振动能量收集器的制备方法，其包括以下步骤：

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；

在所述第一衬底与所述下表面相对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，形成第一悬臂梁结构；