MEMS复合式振动能量采集器(英文)

介绍了一种结合了压电式能量采集与静电式能量采集原理的复合式振动能量采集器。其结构通过有限元分析软件的优化设计,得到了期望的低频共振频率。为了预测这个复合式振动能量采集器的性能,建立了解析模型,在此基础上使用MATLAB/SI MULINK进行了数值模拟。模拟结果显示,在某些特定的频率范围内,这种复合式振动能量采集器能够提供比其他两种能量采集器更高的输出功率。对于固有频率为282 Hz的器件结构,仿真发现复合式设计的输出功率可达4.85μW,两倍于电容式设计的输出功率2.11μW。

非谐振式的电磁-摩擦复合式纳米发电机

针对人体机械能频率低(<10 Hz)、振幅高、运动不规则的特点,为了实现对人体机械能的高效采集,本文利用非线性频带拓宽技术的单稳态法设计了一款非谐振式摩擦-电磁复合式能量采集器。该器件将电磁发电机(Electromagnetic Nanogenerator,EMG)和摩擦纳米发电机(Triboelectric Nanogenerator,TENG)集成至一个具有非线性特性的磁悬浮系统中,利用非线性系统幅频曲线共振峰值偏移现象,拓宽了器件的频率响应范围;引入了柔性多层摩擦发电单元,不仅增强了器件的低频响应特性,还提高了器件的输出功率。测试结果表明:在6 Hz、10 m/s^(2)的振动条件下,当外接电阻为100 MΩ,顶部摩擦发电单元TENG1和底部摩擦单元TENG2的瞬时输出功率分别为202.5μW和348.1μW;当外接电阻为60Ω时,两组电磁发电单元EMG1和EMG2的瞬时输出功率均可达到150 mW。此外,设计的复合式能量采集器不仅可以通过人体在4 min内的运动将容值0.022 F的电容器从0 V充电到3.3 V,还可以驱动低功耗传感器。所设计能量采集器突破了传统谐振式能量采集器在低频、随机振动环境下能量采集效率低的难题,能够用于自供电式低功耗便携式电子产品。