Эффективное использование свободной энергии с помощью крошечных сборщиков энергии

Ученые из Токийского технологического института (Tokyo Tech) разработали микроэлектромеханический харвестер, обеспечивающий большую гибкость конструкции, что крайне важно для будущих приложений IoT.

Сегодня трудно не заметить, что электронные устройства стали невероятно маленькими. Использование миниатюрных датчиков в грядущую эру Интернета вещей (IoT) может позволить нам разрабатывать приложения, которые были замечены только в научной фантастике. Однако микроэлектронным устройствам по-прежнему требуется питание для работы, и можно использовать микроэлектромеханические системы (MEMS) для сбора энергии, чтобы эти незначительные приспособления могли работать на энергии окружающей среды, такой как энергия механических колебаний.

Как показано на рис. 1, обычные МЭМС-энергоуборочные машины используют электрет (электрический эквивалент постоянного магнита; в нем хранится постоянный заряд), помещенный в перестраиваемый МЭМС-конденсатор, в котором имеется движущийся электрод, толкаемый под действием окружающих сил, вызывая движение зарядов. К сожалению, эта конструкция очень ограничена, потому что процессы изготовления как электретных, так и MEMS-компонентов должны быть совместимы. Поэтому группа ученых, в том числе доцент Daisuke Yamane из Tokyo Tech, предложила новый харвестер MEMS на основе электрета, который состоит из двух отдельных микросхем: один для перестраиваемого конденсатора MEMS, а другой содержит электрет и диэлектрический материал для формирования другого. конденсатор (рис. 1). Это позволяет нам впервые физически разделить MEMS-структуры и электреты, штаты Ямане.

Механизм сбора энергии устройства показан на рис. 2. Емкость электретной цепи фиксирована (Cfix), тогда как емкость настраиваемого конденсатора MEMS (CM) изменяется в соответствии с растяжением пружины (вызванным внешними колебаниями). ). Когда CM становится выше, чем Cfix, возникает движение зарядов, и перестраиваемый конденсатор получает заряд. Аналогично, когда Cfix выше, заряды движутся в противоположном направлении, и конденсатор в цепи электрета получает заряд.

Эти движения зарядов представляют собой электрическую энергию, которая может быть использована. Левая сторона рисунка 3 показывает изображения изготовленных микросхем и упрощенную схему, а правая сторона показывает, что напряжение может быть эффективно сгенерировано. Предложенный метод может стать перспективным способом повышения гибкости проектирования и изготовления как МЭМС-конструкций, так и электретов, заключает ямане. Ослабление конструктивных ограничений расширяет ограничения для инженеров и ускорит наступление эры IoT, чтобы мы могли воспользоваться ее преимуществами.

Эффективное использование свободной энергии с помощью крошечных сборщиков энергии

Дополнительная информация: Вибрационный энергетический комбайн MEMS, заряженный электрошкафом без микросхемы, конференция: MEMS 2019 (32-я Международная конференция по микроэлектромеханическим системам)

Предоставлено: Токийский технологический институт