CN209345035U - 一种单晶并联式固支梁压电能量收集器 - Google Patents
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Abstract
一种单晶并联式固支梁压电能量收集器，采用固支梁结构，具有较高的稳定性，容易通过微细加工实现等优点；通过将两块压电材料进行并联，能够实现高电流输出，具有可观的电流输出特性；通过梁上集成，简化外部电路的设计，而固支梁两侧的压电材料层还能够在外电路中实现串联最终形成一个混联电路，同时提升能量收集器的电压和电流输出性能。此外，本实用新型是基于MEMS技术，具有MEMS的基本优点，如体积小、重量轻、功耗低，便于集成等，这一系列优点是传统的微波功率检测器无法比拟的，因此它具有很好的研究和应用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及微电子机械系统技术领域，具体涉及一种单晶并联式固支梁压电能量收集器。
背景技术
能量收集器根据压电效应实现能量转换，将外界能量激励转化为电能，再向低功耗设备及传感器等提供稳定持续的电能。能量转化的原理有很多种，其中较为常用的机械能——电能转化方式是根据压电效应，利用压电材料设计成各种高效的能量收集器。近年来随着MEMS技术和特种材料的飞速发展，对MEMS固支梁结构有了深入的研究，使得MEMS固支梁技术应用于压电式能量收集器成为可能。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种单晶并联式固支梁压电能量收集器。通过MEMS技术使能量收集器小型化、集成化，同时其梁上并联结构能够提高输出电流，简化外部电路设计。
一种单晶并联式固支梁压电能量收集器，包括固支梁、介质层、压电层和质量块，其特征在于：
所述固支梁由金属制作成，固支梁上方设有压电层，固支梁与压电层之间填充介质层，介质层作为绝缘层可以阻挡压电层产生的电荷泄漏；
所述压电层包括上下的平板电极和其中间的压电材料；
具体的，所述压电层分为四个，在固支梁的左右两侧分别设置两个；
位于固支梁左侧的两个压电层，左压电层的上平板电极接右压电层的下平板电极输出，左压电层的下平板电极与右压电层的上平板电极相连，形成两个压电层并联的结构；
位于固支梁右侧的两个压电层，右压电层的上平板电极接左压电层的下平板电极输出，右压电层的下平板电极与左压电层的上平板电极相连，形成两个压电层并联的结构；
所述固支梁中心下方设置质量块，用于降低谐振频率，增大固支梁振幅。
进一步地，所述质量块为镍、钴、铝或铜制成。
进一步地，所述介质层为ZrO2、SiO2、Si3N4或云母介质层。
进一步地，所述压电材料为ZnO、PZT-5系列或AlN。
进一步地，所述固支梁为铜、铝或钛制成。
进一步地，所述平板电极为铂、金、铜、钛或铝制成。
有益效果：
1、所述一种单晶并联式固支梁压电能量收集器采用固支梁结构，具有较高的稳定性，容易通过微细加工实现等优点。
2、所述一种单晶并联式固支梁压电能量收集器通过将两块压电层进行并联，能够实现高电流输出，具有可观的电流输出特性。
3、所述一种单晶并联式固支梁压电能量收集器通过梁上集成，简化外部电路的设计，而固支梁两侧的压电层还能够在外电路中实现串联最终形成一个混联电路，同时提升能量收集器的电压和电流输出性能。
此外，本实用新型是基于MEMS技术，具有MEMS的基本优点，如体积小、重量轻、功耗低，便于集成等，这一系列优点是传统的微波功率检测器无法比拟的，因此它具有很好的研究和应用价值。
附图说明
图1是本实用新型所述的一种单晶并联式固支梁压电能量收集器的侧视图。
标识说明：1-固支梁；2-介质层；3-平板电极；4-质量块；P1、P2、P1’、P2’-压电层。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。
一种单晶并联式固支梁压电能量收集器，包括固支梁1、介质层2、压电层和质量块4。
固支梁1上设置有压电层P1，压电层P2，压电层P1’，压电层P2’，各压电层与固支梁1之间填充着介质层2。压电层P1的下平板电极与压电层P2的上平板电极相连，压电层P1的上平板电极与压电层P2的下平板电极相连，形成左侧两块压电层的并联结构；压电层P1’的下平板电极与压电层P2’的上平板电极相连，压电层P1’的上平板电极与压电层P2’的下平板电极相连，形成右侧两块压电层的并联结构。
所述固支梁1中心下方设置质量块4，用于降低谐振频率，增大固支梁振幅。
此外，所述质量块4为镍、钴、铝或铜制成。所述介质层2为ZrO2、SiO2、Si3N4或云母介质层。所述压电材料为ZnO、PZT-5系列或AlN。所述固支梁1为铜、铝或钛制成。所述平板电极3为铂、金、铜、钛或铝制成。
本实用新型利用金属通孔实现不同压电材料层的不同平板电极3并联。
本实用新型所述的各个压电层的极化方向相同，上下的平板电极3用于收集压电效应产生的电荷。
本实用新型所述的固支梁1受到向下的作用力时，各压电层相对电势为：P1上平板电极和P2下平板电极为低电势，P1下平板电极和P2上平板电极为高电势；P1’上平板电极和P2’下平板电极为低电势，P1’下平板电极和P2’上平板电极为高电势。
本实用新型所述的固支梁1一侧的压电层还能够在外电路中实现串联最终形成一个混联电路，同时提升能量收集器的电压和电流输出性能。
本实用新型所述一种单晶并联式固支梁压电能量收集器在压电材料层和金属梁结构1之间利用绝缘材料2作为介质层，可以阻挡压电层产生的电荷泄漏。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (6)
1.一种单晶并联式固支梁压电能量收集器，包括固支梁、介质层、压电层和质量块，其特征在于：
所述固支梁由金属制作成，固支梁上方设有压电层，固支梁与压电层之间填充介质层，介质层作为绝缘层可以阻挡压电层产生的电荷泄漏；
所述压电层包括上下的平板电极和其中间的压电材料；
具体的，所述压电层分为四个，在固支梁的左右两侧分别设置两个；
位于固支梁左侧的两个压电层，左压电层的上平板电极接右压电层的下平板电极输出，左压电层的下平板电极与右压电层的上平板电极相连，形成两个压电层并联的结构；
位于固支梁右侧的两个压电层，右压电层的上平板电极接左压电层的下平板电极输出，右压电层的下平板电极与左压电层的上平板电极相连，形成两个压电层并联的结构；
所述固支梁中心下方设置质量块，用于降低谐振频率，增大固支梁振幅。
2.根据权利要求1所述的一种单晶并联式固支梁压电能量收集器，其特征在于：所述质量块为镍、钴、铝或铜制成。
3.根据权利要求1所述的一种单晶并联式固支梁压电能量收集器，其特征在于：所述介质层为ZrO2、SiO2、Si3N4或云母介质层。
4.根据权利要求1所述的一种单晶并联式固支梁压电能量收集器，其特征在于：所述压电材料为ZnO、PZT-5系列或AlN。
5.根据权利要求1所述的一种单晶并联式固支梁压电能量收集器，其特征在于：所述固支梁为铜、铝或钛制成。
6.根据权利要求1所述的一种单晶并联式固支梁压电能量收集器，其特征在于：所述平板电极为铂、金、铜、钛或铝制成。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115340060A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-11-15 | 南京高华科技股份有限公司 | 一种雨滴能量收集器及其制备方法 |
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- 2019-03-20 CN CN201920355903.XU patent/CN209345035U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115340060A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-11-15 | 南京高华科技股份有限公司 | 一种雨滴能量收集器及其制备方法 |
| CN115340060B (zh) * | 2022-08-26 | 2024-03-08 | 南京高华科技股份有限公司 | 一种雨滴能量收集器及其制备方法 |
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