CN1258255C - 微型发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微型发电机，主要由一对MEMS可变电容器、驻极体、处理电路组成。其中，MEMS可变电容器由一个动极板和两个定极板所构成。动极板由四根折叠梁、质量块、以及质量块上的两组叉指组成。定极板由一组叉指组成。动极板两组叉指分别与两个定极板上的叉指形成两个可变电容。两个定极板上分别设有引出电极。上述电极经线路连接处理电路。本发明具有高集成度、无电池充电或燃料的更换、无排放物、长寿命、体积小的优点，可以为各种微功耗传感器和执行器，特别是某些微振动环境中的植入式装置、分布式系统等供电，具有极为广泛的用途。
Description
技术领域
本发明属于微型电源技术领域，特别涉及一种微型发电机。
背景技术
微电源是MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统)技术发展最重要的研究方向之一，已成为该领域急待研究解决的关键问题，尽管世界各发达国家在微型燃料电池、微型内燃机、微型热效应发电机等方面取得了重要突破，但是，在某些植入式装置、分布式系统、无线通信、交通等方面，因其电池充电或燃料的更换、使用条件受限等诸多问题，不能满足要求。为此，研究一种可以长时间使用的微型发电机系统(换能器)将外界环境中的能量转换为电能的微电源，是人们期待解决的重要课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高集成度、无电池充电或燃料的更换、无排放物、长寿命、体积小的微型发电机。
本发明通过以下技术方案加以实现：
微型发电机，由一对MEMS可变电容器、驻极体、处理电路组成。其中，MEMS可变电容器由一个动极板和两个定极板所构成。动极板由四根折叠梁、质量块、以及质量块上的两组叉指组成。定极板由一组叉指组成。动极板两组叉指分别与两个定极板上的叉指形成两个可变电容。两个定极板上分别设有引出电极。上述电极经线路连接处理电路。驻极体采用薄膜驻极体(如Si3N4/SiO2薄膜驻极体等)，其中一个电极连接到动极板，另一个电极引出到负载。
所述的处理电路由整流滤波电路组成。
微型发电机的工作原理是，MEMS电容器在驻极体产生的电场作用下被极化，在电容器C1和电容器C2的极板上存在极化电荷分布，当微型发电机处于振动环境中时，动极板在加速度作用下产生偏移，当受到y方向的加速度时，两个可变电容器的极板之间的距离相反变化，从而引起两个电容器的差动变化；当受到x方向的加速度时，可变电容器极板遮盖的面积相反变化，从而引起电容的差动变化。从而使极板上的极化电荷在两个电容极板之间转移，电荷通过外电路形成电流。该电流经滤波和整流后输出。负载所消耗的能量由外部的振动的机械能提供。从而实现了将外部的振动能转换为电能。
本发明的优点
1、该微型发电机采用静电转化的原理将机械能转换为电能，不需要外部提供额外的燃料，因而不用更换燃料及不排放废物。
2、由于采用MEMS技术、微电子技术制作，其中驻极体也可采用利用微电子工艺制作的Si3N4/SiO2薄膜驻极体，二者具有很好的兼容性，集成度高、体积小。
3、MEMS可变电容器具有长寿命、结构稳定等优点，同时Si3N4/SiO2薄膜驻极体的衰减期很长，因而本微型发电机具有寿命长的优点。
因此，本发明是一种高集成度、无电池充电或燃料的更换、无排放物、长寿命、体积小的微型发电机，可以为各种微功耗传感器和执行器，特别是某些微振动环境中的植入式装置、分布式系统等供电，具有极为广泛的用途。
附图说明
图1是本发电机的工作原理图。
图2是本发电机结构示意图(不含处理电路部分)。
图3是本发电机的轴侧视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案中进一步说明：
图中：1为驻极体、2为动极板、3为MEMS可变电容器、4为左定极板、5为整流滤波电路、6为右定极板、7为左定极板基板、8为左定极板叉指组、9为动极板左叉指组、10为四个折叠梁、11为质量块、12为右定极板叉指组、13为动极板右叉指组、14为右定极板基板、15为右定极板引出电极、16为动极板基板、17为左定极板引出电极。
动极板2由四个折叠梁10、质量块11、动极板左叉指组9、动极板右叉指组13、动极板基板16构成。
结合图1、图2、图3，微型发电机，主要包括驻极体1、动极板2和左、右定极板4、6构成的MEMS可变电容、处理电路5。动极板2与两个定极板4、6是利用MEMS技术在同一个芯片上加工而成。动极板2具有动极板基板16，动极板基板16通过4根折叠梁10将质量块11支撑起来，质量块11两侧分布有动叉指组9、13。左定极板4由左定极板基板7、左定极板叉指组8、左定极板引出电极17构成。右定极板6由右定极板基板14、右定极板叉指组12、右定极板引出电极15构成。左、右定极板4、6上设置的左、右定极板叉指组8、12分别与质量块11两侧分布的动叉指组9、13相对，形成两个可变电容器，引出的左、右定极板引出电极15、17连接到处理电路5。驻极体1采用薄膜驻极体，它的一个电极粘贴在动极板的质量块11上，另一个电极通过引线连接到负载；驻极体1也可以采用微电子工艺直接集成在质量块11上。
处理电路参见图1，它是整流滤波电路，定极板上的电荷转移产生电流，电流经左、右定极板引出电极15、17进入处理电路5，经整流成直流电并滤波后，施加到负载上，从而形成电流回路。
Claims (2)
1、微型发电机，其特征在于，由一对MEMS可变电容器、驻极体、处理电路组成，其中，MEMS可变电容器由一个动极板和两个定极板所构成，动极板由四根折叠梁、质量块、以及质量块上的两组叉指组成，定极板由一组叉指组成，动极板两组叉指分别与两个定极板上的叉指形成两个可变电容，两个定极板上分别设有引出电极；上述电极经线路连接处理电路；驻极体其中一个电极连接到动极板，另一个电极引出到负载。
2、根据权利要求1所述的微型发电机，其特征在于：驻极体采用薄膜驻极体。
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