一种MEMS多频振动的电磁能量收集器的制作方法

本发明属于能量收集技术领域，具体涉及一种mems多频振动的电磁能量收集器。

背景技术：

近年来，随着mems技术和集成电路的迅速发展，传感器尺寸越来越小，功耗越来越低，极大的促进了物联网和智能产品的发展，改善人们的生活方式。而这些传感器供电方式主要采用聚合物电池，需要定期充电或更换电池，另外在设备检测和故障诊断的应用中，当电量耗尽且无法及时更换时会造成严重后果，这将极大地限制mems传感器的发展由于振动能量的是自然界中最广泛存在的能量之一，获取振动能量的微型振动能量收集器具有尺寸小、寿命长、功率密度高、可靠性高、易与传感器及电路单片集成、可批量生产等显著的优点，在补充或取代传统电池供电方面具有极大的潜力。因此基于环境振动能量获取并转换为电能的微型振动能量收集器已经成为研热点。能量收集器可以将环境中的能量转换成电能，这一方式正逐渐成为各国重视的一种新型环保能源。近些年来，各国研究人员在微型振动能量收集器的工作原理、结构、材料、加工工艺等方面都展开许多研究。但目前大多数微型振动能量收集器仍存在工作频带窄等问题(即只有在谐振频率处有峰值电压输出，当外界振动频率离开谐振频率后输出电压迅速下降)，这一点极大地降低了微型振动能量收集器对环境的适应性。

技术实现要素：

针对上述目前大多数微型振动能量收集器仍存在工作频带窄的技术问题，本发明提供了一种结构简单、加工方便、稳定性好、工作频带宽及功率输出高的mems多频振动的电磁能量收集器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种mems多频振动的电磁能量收集器，包括上层部分和下层部分，所述上层部分设置在下层部分的上方，所述上层部分包括能量收集器结构、感应线圈，所述下层部分包括支撑框架、永磁体，所述支撑框架的中心处设置有凹槽，所述永磁体粘合在支撑框架凹槽的中央位置，所述永磁体的上方设置有能量收集器结构，所述能量收集器结构上设置有感应线圈。

所述能量收集器结构包括外框、回折型正交梁、质量块、直梁，所述回折型正交梁、直梁均有四个，所述外框通过回折型正交梁、直梁与质量块连接。

所述感应线圈包括第一感应线圈、第二感应线圈、第三感应线圈，所述第一感应线圈设置在质量块的中心处，所述第二感应线圈、第三感应线圈设置在质量块的两侧。

所述回折型正交梁包括第一检测梁、第二检测梁和检测梁连接块，所述第一检测梁通过检测梁连接块与第二检测梁连接。

所述第一感应线圈、第二感应线圈、第三感应线圈的一端分别连接有第一电极引线、第二电极引线、第三电极引线，所述第一电极引线、第二电极引线、第三电极引线分别通过第一引线、第二引线、第三引线连接有第一电极、第二电极、第三电极，所述第一感应线圈、第二感应线圈、第三感应线圈的另一端分别连接有第四电极、第五电极、第六电极。

所述第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第五电极、第六电极均设置在能量收集器结构的外框上。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

本发明提出的mems能量收集器，具有结构简单，加工方便，稳定性好、工作频带宽及功率输出高等优点；本发明提出的能量收集器利用回折梁结构工作频带宽的特点，极大地提高能量收集器的带宽，并且不需要外加激励，具有结构简单、灵敏度高、可靠性好，易批量化生产、制作成本低，功率输出高等优点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明回折型正交梁的结构示意图；

图3为本发明能量收集器结构回折型正交梁的俯视图；

图4为本发明感应线圈的俯视图；

图5为本发明支撑框架的结构示意图。

其中：1为能量收集器结构，2为感应线圈，3为支撑框架，4为永磁体，101为外框，102为回折型正交梁，103为质量块，104为直梁，201为第一感应线圈，202为第二感应线圈，203为第三感应线圈，204为第一电极引线，205为第二电极引线，206为第三电极引线，207为第一引线，208为第二引线，209为第三引线，2010为第一电极，2011为第二电极，2012为第三电极，2013为第四电极，2014为第五电极，2015为第六电极。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种mems多频振动的电磁能量收集器，如图1所示，包括上层部分和下层部分，上层部分设置在下层部分的上方，上层部分包括能量收集器结构1、感应线圈2，下层部分包括支撑框架3、永磁体4，支撑框架3的中心处设置有凹槽，如图5所示，永磁体4粘合在支撑框架3凹槽的中央位置，永磁体4的上方设置有能量收集器结构1，能量收集器结构1上设置有感应线圈2。能量收集器结构1包括外框101、回折型正交梁102、质量块103、直梁104，回折型正交梁102、直梁104均有四个，外框101通过回折型正交梁102、直梁104与质量块103连接。当外界有z方向振动输入时，能量收集器结构1沿着z轴做往复运动，回折型正交梁102发生形变，做离面往复运动，同时带动上方的感应线圈2运动，感应线圈2和下方的永磁体4之间相对位置发生变化。通过感应线圈2的磁通量发生变化，由电磁感应效应可知会有电信号输出，通过电压的变化量和电阻大小从而可以计算出能量收集器的功率。

进一步，感应线圈2包括第一感应线圈201、第二感应线圈202、第三感应线圈203，第一感应线圈201设置在质量块103的中心处，第二感应线圈202、第三感应线圈203设置在质量块103的两侧。

进一步，如图2、图3所示，回折型正交梁102包括第一检测梁1021、第二检测梁1022和检测梁连接块1023，第一检测梁1021通过检测梁连接块1023与第二检测梁1022连接。经过实验研究回折型正交梁102可以增加固有频率带宽，能够更有效的收集外界振动能量。

进一步，如图4所示，第一感应线圈201、第二感应线圈202、第三感应线圈203的一端分别连接有第一电极引线204、第二电极引线205、第三电极引线206，第一电极引线204、第二电极引线205、第三电极引线206分别通过第一引线207、第二引线208、第三引线209连接有第一电极2010、第二电极2011、第三电极2012，第一感应线圈201、第二感应线圈202、第三感应线圈203的另一端分别连接有第四电极2013、第五电极2014、第六电极2015。

进一步，第一电极207、第二电极208、第三电极209、第四电极2013、第五电极2014、第六电极2015均设置在能量收集器结构1的外框101上。

本发明的工作流程为：本发明利用于电磁感应定律，在外界振动的条件下，能量收集器结构1的质量块103沿着z轴方向做往复运动，同时带动上方的感应线圈2运动，感应线圈2和下方的永磁体4之间相对位置发生变化。永磁体4极化方向沿z轴方向，运动方向也是沿z轴方向，且永磁体4与感应线圈2的几何中心在同一轴线上，在感应线圈2一侧(单边)运动(即永磁体不会穿过线圈，只在线圈上(下)表面运动)。通过求导得到磁通量在z方向的变化，从而得到感应线圈2的磁通量变化，最后求出所生产的功率。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。