[实用新型]双晶串联式固支梁压电能量收集器

说明书

本实用新型是一种双晶串联式固支梁压电能量收集器，能量收集器是包括固支梁、介质层、质量块、压电材料和电极及其互联线，固支梁中心下方为质量块，固支梁的两侧分别布置有压电材料，固支梁与压电材料之间填充介质层，电极之间直接相连或通过金属通孔相连，能量收集器包括P2上极板和P2’上极板两个输出端。本实用新型提出一种双晶串联方式的固支梁压电能量收集器，通过压电材料之间的串联，实现高电压输出,简化外部电路设计，因此该结构具有广阔的研究前景。

技术领域

本实用新型属于微电子机械系统的技术领域，具体的说是涉及一种微电子机械系统能量收集器，尤其是一种双晶串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，而压电式能量收集器收集的是交流信号，低功耗设备的正常工作需要直流信号作为电源，因此在能量收集器后级电路中需要加入整流电流，一般整流电路需要用到二极管，信号经过二极管会产生一定的压降，若压电能量收集器的输出电压小于二极管的正向导通电压，则整流电路将没有输出。

发明内容

为了解决以上问题，本实用新型提出一种双晶串联方式的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，同时其梁上串联结构能够提高输出电压，简化外部电路设计。

为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型是一种双晶串联式固支梁压电能量收集器，能量收集器是包括固支梁、介质层、质量块、压电材料和电极及其互联线，固支梁中心下方为质量块，固支梁的两侧分别布置有压电材料，固支梁与压电材料之间填充介质层，电极之间直接相连或通过金属通孔相连，能量收集器还包括P2上极板和P2’上极板两个输出端。

本实用新型的进一步改进在于：固支梁的两侧分别布置有压电材料P1、压电材料P2、压电材料P3、压电材料P4、压电材料P1’、压电材料P2’、压电材料P3’和压电材料P4’共8个压电材料层，同一表面的压电材料层之间不相连。

本实用新型的进一步改进在于：固支梁的上侧压电材料P1和压电材料P1’的上极板直接相连，固支梁下侧压电材料P3和压电材料P4下极板直接相连，压电材料P3’和压电材料P4’下极板直接相连。

本实用新型的进一步改进在于：压电材料P1下极板通过金属通孔与压电材料P4上极板相连，压电材料P1’下极板通过金属通孔与压电材料P4’上极板相连，压电材料P2下极板通过金属通孔与压电材料P3上极板相连，压电材料P2’下极板通过金属通孔与压电材料P3’上极板相连。

本实用新型的进一步改进在于：压电材料P1、压电材料P2、压电材料P3’、压电材料P4’的极化方向一致，压电材料P1’、压电材料P2’、压电材料P3、压电材料P4的极化方向一致，所述压电材料P1、压电材料P2、压电材料P3’、压电材料P4’构成一组压电材料层，所述压电材料P1’、压电材料P2’、压电材料P3、压电材料P4构成另一组压电材料层，两组压电材料层的极化方向相反。

本实用新型的进一步改进在于：介质层为ZrO₂、SiO₂、Si₃N₄或云母介质层。

本实用新型的进一步改进在于：压电材料为ZnO、PZT-5系列或AlN的压电材料。

本实用新型的进一步改进在于：固支梁为铜、铝或钛制成的固支梁。

本实用新型的进一步改进在于：质量块为镍、钴、铝或铜制成的质量块。