压电‑电磁复合式振动能量收集器及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107947633A(43)申请公布日2018.04.20(21)申请号201711292705.5(22)申请日2017.12.08(71)申请人东南大学地址214135江苏省无锡市菱湖大道99号(72)发明人黄晓东黄见秋黄庆安(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人李明(51)Int.Cl.H02N2/18(2006.01)H02K35/04(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称压电-电磁复合式振动能量收集器及其制备方法(57)摘要本发明提供了一种压电-电磁复合式振动能量收集器及其制备方法，该振动能量收集器包括相互堆叠的第一衬底、第二衬底和第三衬底；所述第一衬底、所述第三衬底经刻蚀分别形成第一、第二悬臂梁结构，其中所述第一衬底的下表面形成有第一凹槽、所述第一凹槽上方为第一悬臂梁结构，所述第三衬底的上表面形成有第二凹槽、所述第二凹槽下方为第二悬臂梁结构；所述第二衬底的上、下表面相对应的位置形成有第三凹槽和第四凹槽，以组装形成三组不同谐振频率的拾振结构。通过该制备方法所制备的振动能量收集器具有高的能量收集效率、输出功率和输出功率密度(W/cm2)，还具有尺寸小、精度高、易于批量制造、制造成本低以及易于小型化的优点。CN107947633ACN107947633A权利要求书1/2页1.一种压电-电磁复合式振动能量收集器，其特征在于，其包括：相互堆叠的第一衬底、第二衬底和第三衬底；所述第一衬底、所述第三衬底经刻蚀分别形成第一、第二悬臂梁结构，其中所述第一衬底的下表面形成有第一凹槽、所述第一凹槽上方为第一悬臂梁结构，所述第三衬底的上表面形成有第二凹槽、所述第二凹槽下方为第二悬臂梁结构；所述第二衬底的上、下表面相对应的位置形成有第三凹槽和第四凹槽，所述第三凹槽和所述第四凹槽之间间隔第二衬底薄膜；所述第三凹槽中设置有永磁体；所述第一凹槽与所述第三凹槽相对堆叠，所述第二凹槽与所述第四凹槽相对堆叠；所述第一悬臂梁结构的外侧表面设置有第一压电-电磁复合拾振结构，所述第二悬臂梁结构的外侧表面设置有第二压电-电磁复合拾振结构。2.根据权利要求1所述压电-电磁复合式振动能量收集器，其特征在于，还包括设置在所述第一悬臂梁结构末端的第一质量块，和/或还包括设置在所述第二悬臂梁结构末端的第二质量块。3.根据权利要求1所述压电-电磁复合式振动能量收集器，其特征在于，所述第一压电-电磁复合拾振结构包括设置在所述第一悬臂梁表面的第一压电层与第一电感线圈层；和/或所述第二压电-电磁复合拾振结构包括设置在所述第二悬臂梁表面的第二压电层与第二电感线圈层；所述第一压电层、所述第二压电层分别与所述第一电感线圈层、所述第二电感线圈层相绝缘隔离。4.根据权利要求1所述压电-电磁复合式振动能量收集器，其特征在于，所述第一凹槽、所述第二凹槽、所述第三凹槽、所述第四凹槽的表面设置有绝缘层。5.根据权利要求3所述的压电-电磁复合式振动能量收集器，其特征在于，所述第一压电层包括第一压电材料层以及形成在该第一压电材料层的上、下表面的上、下电极；和/或所述第二压电层包括第二压电材料层以及形成在该第二压电材料层的上、下表面的上、下电极。6.一种压电-电磁复合式振动能量收集器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：选择第一衬底，刻蚀所述第一衬底的下表面，形成第一凹槽结构；在所述第一衬底与所述下表面相对的上表面沉积第一压电层；在所述第一压电层上方沉积并刻蚀形成第一电感线圈层；刻蚀所述第一衬底的上表面，形成第一悬臂梁结构；选择第二衬底，刻蚀所述第二衬底的上、下表面，形成第三凹槽结构、第四凹槽结构，所述第三凹槽结构和所述第四凹槽结构间隔残留的所述第二衬底薄膜相对设置；在所述第二衬底的上表面形成的所述第三凹槽结构内安装永磁体；选择第三衬底，执行与所述第一悬臂梁结构相同的制备步骤形成第二悬臂梁结构；其中所述第三衬底的上表面形成有第二凹槽、所述第二凹槽下方为第二悬臂梁结构；将所述第一衬底的第一凹槽结构正对所述第二衬底的第三凹槽结构、所述第二衬底的第四凹槽结构正对所述第三衬底的第二凹槽结构进行组装，制成所述压电-电磁复合式振动能量收集器。7.根据权利要求6所述的压电-电磁复合式振动能量收集器的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：2CN107947633A权利要求书2/2页在所述第一凹槽结构、所述第二凹槽结构、所述第三凹槽结构、所述第四凹槽结构表面沉积绝缘层。8.根据权利要求6所述的压电-电磁复合式振动能量收集器的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：在所述第一悬臂梁结构末端、所述第二悬臂梁结构末端安装质量块。9.根据权利要求6所述的压电-电磁复合式振动能量收集器的制备方法，其特