Till skillnad från konventionella elektretbaserade MEMS energiskördare, som innehåller hela systemet i ett enda chip, den föreslagna konstruktionsmetoden innebär att ha elektret och MEMS -avstämbar kondensator i olika chips, lösa upp designbegränsningar. Upphovsman:Daisuke Yamane
Forskare vid Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) har utvecklat en mikroelektromekanisk energiskördare som möjliggör mer flexibilitet i design, vilket är avgörande för framtida IoT -applikationer.
Nu för tiden, det skulle vara svårt att inte märka att elektroniska enheter har blivit otroligt små. Användningen av miniatyrsensorer i den kommande Internet of Things (IoT) eran kan göra det möjligt för oss att utveckla applikationer som bara har setts inom science fiction. Dock, mikroelektroniska enheter kräver fortfarande ström för att köra, och energi-skördande mikroelektromekaniska system (MEMS) kan användas så att dessa små styck kan köras på omgivande energi, som den som kommer från mekaniska vibrationer.
Som visas i fig. 1, konventionella MEMS -energiupptagare använder en elektret (den elektriska ekvivalenten till en permanentmagnet; den har permanent laddning lagrad i den) placerad i en MEMS -avstämbar kondensator, som har en rörlig elektrod som drivs av omgivande krafter, framkalla rörelse av laddningar. Tyvärr, denna design är mycket begränsad eftersom tillverkningsprocesserna för både elektret och MEMS -komponenterna måste vara kompatibla. Därför, ett team av forskare, inklusive biträdande professor Daisuke Yamane från Tokyo Tech, föreslog en ny MEMS elektretbaserad energiskördare som består av två separata chips:en för MEMS avstämbar kondensator, och en som innehåller en elektret och dielektriskt material för att bilda en annan kondensator (fig. 1). "Detta gör att vi fysiskt kan separera MEMS -strukturer och elektroter för första gången, "säger Yamane.
Funktionsprincip för den föreslagna energiskördaren När kapaciteten hos den avstämbara kondensatorn är högre än den hos elektretkretsen, en rörelse av laddningar induceras i en riktning. Likaså, när situationen är omvänd, en rörelse av laddningar induceras i motsatt riktning. Upphovsman:Tokyo Institute of Technology
Enhetens energihämtningsmekanism visas i figur 2. Kapacitansen hos elektretkretsen är fast (Cfix), medan den för MEMS -avstämbara kondensatorn (CM) ändras beroende på fjäderens töjning (orsakad av yttre vibrationer). När CM blir högre än Cfix, en rörelse av laddningar induceras och den avstämbara kondensatorn får laddning. Likaså, när Cfix är högre, laddningar rör sig i motsatt riktning och kondensatorn i elektretkretsen får laddning.
När kapaciteten hos den avstämbara kondensatorn är högre än elektrets krets, en rörelse av laddningar induceras i en riktning. Likaså, när situationen är omvänd, en rörelse av laddningar induceras i motsatt riktning (ovan). Bilder på systemet och uppmätt spänning. Till vänster, bilder av det konstruerade systemet visas; den kamliknande strukturen hos den MEMS-avstämbara kondensatorn kan uppskattas. Till höger, den uppmätta spänningsutgången visar att mekanisk vibrationsenergi effektivt kan skördas (nedan). Upphovsman:Daisuke Yamane
Dessa laddningsrörelser representerar elektrisk kraft som kan utnyttjas. Den vänstra sidan av fig. 3 visar bilder av de tillverkade chipsen och ett förenklat diagram, och höger sida visar att spänning effektivt kan genereras. "Den föreslagna metoden kan vara ett lovande sätt att förbättra designen och tillverkningsflexibiliteten för både MEMS -strukturer och elektret, "avslutar Yamane. Att lossa konstruktionsbegränsningarna utvidgar gränserna för ingenjörer och kommer att påskynda starten av IoT -eran så att vi kan dra nytta av dess fördelar.
