CN1547312A - 微型发电机 - Google Patents
微型发电机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1547312A CN1547312A CNA2003101111874A CN200310111187A CN1547312A CN 1547312 A CN1547312 A CN 1547312A CN A2003101111874 A CNA2003101111874 A CN A2003101111874A CN 200310111187 A CN200310111187 A CN 200310111187A CN 1547312 A CN1547312 A CN 1547312A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- electret
- movable plate
- interdigital
- polar plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 14
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
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，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。
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，两个可变电容器极板遮盖的面积相反变化，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，可变电容器的极板之间的距离相反变化，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是本发电机的轴测视图。
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为四个悬臂梁、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由四个悬臂梁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、右定极板义指组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，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；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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2003101111874A CN1258255C (zh) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | 微型发电机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2003101111874A CN1258255C (zh) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | 微型发电机 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1547312A true CN1547312A (zh) | 2004-11-17 |
| CN1258255C CN1258255C (zh) | 2006-05-31 |
Family
ID=34335978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2003101111874A Expired - Fee Related CN1258255C (zh) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | 微型发电机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1258255C (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007118412A1 (fr) * | 2006-04-14 | 2007-10-25 | Lianjie Feng | Générateur en céramique |
| WO2008110058A1 (fr) * | 2007-03-14 | 2008-09-18 | Lianjie Feng | Générateur de vibrations en céramique |
| FR2936351A1 (fr) * | 2008-09-25 | 2010-03-26 | Commissariat Energie Atomique | Systeme a capacite variable a dielectrique souple. |
| CN1728526B (zh) * | 2004-12-21 | 2010-06-09 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 芯片自发式微电发生器的制作方法 |
| CN101820234B (zh) * | 2009-02-27 | 2012-08-08 | 冯连阶 | 滚筒带式陶瓷发电机 |
| CN102820134A (zh) * | 2011-06-09 | 2012-12-12 | 法国原子能与替代能委员会 | 可变电容系统 |
| CN102857141A (zh) * | 2012-08-07 | 2013-01-02 | 南京航空航天大学 | 用于微风发电装置的压电振子 |
| CN102874736A (zh) * | 2011-07-14 | 2013-01-16 | 中国科学院微电子研究所 | 横向梳齿型微机械震动能量收集器 |
-
2003
- 2003-12-09 CN CNB2003101111874A patent/CN1258255C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1728526B (zh) * | 2004-12-21 | 2010-06-09 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 芯片自发式微电发生器的制作方法 |
| WO2007118412A1 (fr) * | 2006-04-14 | 2007-10-25 | Lianjie Feng | Générateur en céramique |
| CN101320937B (zh) * | 2006-04-14 | 2010-06-02 | 冯连阶 | 振动式陶瓷发电机 |
| WO2008110058A1 (fr) * | 2007-03-14 | 2008-09-18 | Lianjie Feng | Générateur de vibrations en céramique |
| FR2936351A1 (fr) * | 2008-09-25 | 2010-03-26 | Commissariat Energie Atomique | Systeme a capacite variable a dielectrique souple. |
| WO2010034764A1 (fr) * | 2008-09-25 | 2010-04-01 | Commissariat A L'energie Atomique | Systeme a capacite variable a dielectrique souple |
| US8588439B2 (en) | 2008-09-25 | 2013-11-19 | Commissariat a l'energie atomique et aux alternatives | Flexible dielectric variable capacitance system |
| CN101820234B (zh) * | 2009-02-27 | 2012-08-08 | 冯连阶 | 滚筒带式陶瓷发电机 |
| CN102820134A (zh) * | 2011-06-09 | 2012-12-12 | 法国原子能与替代能委员会 | 可变电容系统 |
| CN102874736A (zh) * | 2011-07-14 | 2013-01-16 | 中国科学院微电子研究所 | 横向梳齿型微机械震动能量收集器 |
| CN102857141A (zh) * | 2012-08-07 | 2013-01-02 | 南京航空航天大学 | 用于微风发电装置的压电振子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1258255C (zh) | 2006-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103166503B (zh) | 一种用于公交车的压电俘能装置 | |
| CN104426425A (zh) | 具有发电单元的惯性发电装置和加速方向检测装置 | |
| CN107707155A (zh) | 一种超宽带高能效压电振动能量收集装置 | |
| CN1258255C (zh) | 微型发电机 | |
| CN108054951B (zh) | 一种基于多层结构的俘能/储能一体化微纳电池 | |
| CN103368448A (zh) | 一种自驱动声波换能器 | |
| CN106972782B (zh) | 一种具有双稳态特性的压电梁与电容复合式双向集能器 | |
| CN109039156A (zh) | 一种双梁弯扭耦合振动模式的压电俘能器 | |
| CN100530904C (zh) | 基于液体介质的振动式静电微型发电机及其阵列 | |
| CN107919814A (zh) | 一种节能环保道路压电发电装置 | |
| CN206585483U (zh) | 一种微型压电和电容复合能量采集器 | |
| CN103580534A (zh) | 基于低频环境振动驱动的微型压电式能量收集器 | |
| CN105811803A (zh) | 一种基于压电材料的流体振动能量收集装置 | |
| CN106026767B (zh) | 一种压电式振动俘能器 | |
| CN202073968U (zh) | 一种压电发电空气弹簧 | |
| CN109067240B (zh) | 一种带空腔的梁式压电集能器 | |
| CN106856381A (zh) | 一种集束型双稳态弯曲双叉悬臂梁压电能量收集装置 | |
| CN202634234U (zh) | 磁电式振动换能装置 | |
| CN105471321B (zh) | 一种鼓形压电发电装置 | |
| CN206878724U (zh) | 压电梁‑集中质量相间结构的低频宽带振动能量采集器 | |
| CN206602469U (zh) | 一种多方向压电振动发电机 | |
| CN206495147U (zh) | 一种压电式道路减速带装置 | |
| CN109698639B (zh) | 集成粘滞阻尼材料的自适应机械开关同步回收装置 | |
| CN103633877B (zh) | 基于流体压强波动的变电容发电机 | |
| CN106712577A (zh) | 一种多方向压电振动发电机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060531 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |