RO130912A2 - Dispozitiv piezoelectric pentru recuperare de energie - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un dispozitiv tehnic de tip sistem micro-electromecanic piezoelectric, realizat prin procedee microtehnologice, dedicat recuperării de energie electrică din vibraţiile sau şocurile mecanice. Dispozitivul conform invenţiei se compune dintr-un suport (1) de siliciu monocristalin şi o matrice (2) de bare încastrate, care sunt de lungimi diferite şi alcătuite, fiecare, din următoarele componente: un element (3) pasiv din siliciu, un element (4) activ piezoelectric, pentru generarea sarcinilor electrice, un electrod (5) superior şi un electrod (6) inferior, pentru preluarea sarcinilor electrice, un strat (7) dielectric ce izolează semnalele electrice faţă de elementul (3) de siliciu, un fir (8) de legătură, ce realizează contactul electric dintre electrodul (5) superior şi nişte piste (9) electrice care transportă energia electrică generată de elementul (4) activ piezoelectric spre exterior.

Description

DISPOZITIV PIEZOELECTRIC PENTRU RECUPERARE DE ENERGIE

Invenția se referă la un dispozitiv tehnic de tip sistem micro-electro-mecanic (MEMS) piezoelectric, realizat prin procedee microtehnologice de sala alba, dedicat recuperării de energie electrica din vibrațiile sau șocurile mecanice. Dispozitivele de recuperare energie din aceasta categorie sunt dedicate aplicațiilor de putere scăzută unde bateriile necesita o înlocuire periodica din cauza duratei limitate de viata. Conversia energiei electrice din vibrații mecanice ambientale se poate realiza pe baza mai multor efecte: inductiv, capacitiv sau piezoelectric, permițând astfel funcționarea indefinita (teoretic) a circuitelor electronice de joasa putere.

Elementul piezoelectric din consitutia dispozitivului prezentat funcționează in efect piezoelectric direct transversal, mai precis transformând deformatia mecanica in sarcini electrice care mai departe sunt preluate de o pereche de electrozi pentru a fi furnizate unui circuit electronic de conversie si stocare energie electrica. Dispozitivul tehnic, conform figurii, funcționează in flexiune si se compune dintr-o matrice de bare încastrate de tip bilama siliciu - material piezoelectric, prevăzute la capete cu mase inerțiale, realizate din același material de tip siliciu monolitic. Masele inerțiale au diferite dimensiuni si implicit frecvente de rezonanta, calculate astfel incat sa acopere o plaja extinsa de funcționare in domeniul zecilor si sutelor de Hz.

Avantajele acestui dispozitiv sunt următoarele: fabricarea in masa prin procedee microtehnologice de sala alba, structura monolitica din siliciu care nu mai necesita asamblarea maselor inerțiale, banda larga de funcționare in frecventa datorita matricei de elemente cu mase inerțiale diferite, posibilitatea de a integra dispozitivul de recuperare si electronica de conversie in același cip.

în figura 1 este reprezentat exemplul de dispozitiv piezoelectric pentru recuperare de energie, care se compune dintr-un suport din siliciu monocristalin (1) si o matrice de bare încastrate (2) care sunt de lungimi diferite pentru a putea opera la frecvente distincte. Barele (2) sunt alcătuite fiecare din următoarele repere: elementul din siliciu (3), elementul piezoelectric (4), electrodul superior (5), electrodul inferior (6), stratul de izolator dielectric (7), firul de legătură (8) si pistele electrice (9). Elementul din siliciu monolitic (3) este compus din următoarele trei parti: baza pentru încastrare (3’), stratul pentru bilama (3”) si masa inerțiala de lungime variabila (3”’). Grosimea stratului (3”) este adaptata la cea a materialului piezoelectric (4) incat sa se realizeze o conversie mecano-electrica optima.

Claims (1)

1. REVENDICĂRI

   1. Dispozitiv piezoelectric pentru recuperare de energie din excitații mecanice care se compune dintr-un suport din siliciu monocristalin (1) si o matrice de bare încastrate (2) caracterizat prin aceea ca barele încastrate (2) sunt de lungimi diferite si alcătuite fiecare din următoarele repere: elementul pasiv din siliciu (3) si elementul activ piezoelectric (4). Elementul din siliciu monolitic (3) este compus din următoarele trei parti: baza pentru încastrare (3’), stratul pentru bilama (3”) care este adaptat la grosimea reperului (4) si masa inerțiala de lungime variabila (3”’). Elementul (4) generează sarcini electrice care sunt preluate de electrodul superior (5) si electrodul inferior (6). Stratul dielectric (7) izolează semnalele electrice fata de elementul (3). Firul de legătură (8) realizează contactul electric dintre electrodul (5) si pistele electrice (9) care la rândul acestora transporta energia electrica generata din (4) spre exterior.