面向SelF-powered MEMS的電磁發(fā)電微電源技術(shù)研究.pdf

1、微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代中后期，是指可以批量制造的，集微結(jié)構(gòu)、微執(zhí)行器以及信號處理和控制電路等于一體的器件或系統(tǒng)，其特征尺寸一般在100μm范圍內(nèi)。微電源技術(shù)是MEMS技術(shù)研究的重要組成部分，隨著現(xiàn)代社會微電子技術(shù)的高速發(fā)展，在便攜式電子產(chǎn)品、無線傳感領(lǐng)域MEMS技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，如何對這些微電子產(chǎn)品長期供電已經(jīng)成為微電源技術(shù)急需解決的問題。
　　本文概述了國內(nèi)外近年來電磁發(fā)電微電源的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用趨勢，對幾種

2、不同類型的電磁發(fā)電微電源系統(tǒng)進(jìn)行了分析對比，針對當(dāng)前微電子設(shè)備的供電問題，提出了依據(jù)電磁感應(yīng)原理，利用MEMS技術(shù)將微型平面螺旋彈簧、感應(yīng)線圈、永磁體構(gòu)成一種電磁發(fā)電微電源裝置，從而滿足工業(yè)無線監(jiān)測、植入式醫(yī)療監(jiān)測、無線網(wǎng)絡(luò)傳感系統(tǒng)、微小機(jī)器人自由移動系統(tǒng)等微型裝置的供電需求。
　　首先根據(jù)粱的振動理論，對本文所設(shè)計(jì)裝置的拾振部分進(jìn)行理論分析，通過分析計(jì)算，得到影響平面粱振動的參數(shù)。其次列舉出，運(yùn)用有限元仿真軟件ANSYS對常用的

3、幾種不同結(jié)構(gòu)的懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下主要參數(shù)的比較分析:靜態(tài)及模態(tài)分析、應(yīng)力分布分析、前三階振動特性分析等，通過對比分析確定適用于本課題的最優(yōu)懸臂梁結(jié)構(gòu)。然后對電磁發(fā)電微電源裝置的換能部分進(jìn)行電磁發(fā)電分析，進(jìn)而確定永磁體振子的材料和形狀，再根據(jù)理論推導(dǎo)過程利用MATLAB軟件對平面感應(yīng)線圈進(jìn)行優(yōu)化分析，得到感應(yīng)線圈匝數(shù)及導(dǎo)線橫截面半徑的最優(yōu)尺寸。最后利用ANSOFT Maxwell軟件建立了微電源結(jié)構(gòu)仿真模型，通過仿真分析計(jì)算得到不同方向上