Аннотация
Электреты – электрические аналоги постоянных магнитов – в настоящее время нашли широкое применение. Диапазон их использования простирается от бытовой техники (электретные микрофоны) до техники специального назначения (например, электретные дозиметры, гидрофоны и т. п.). Относительно недавно электреты стали применять и в электростатических микроэлектромеханических генераторах энергии, преобразующих энергию механических колебаний в электрическую энергию. Наличие электрета в конструкции данных преобразователей обеспечивает их автономность, так как в роли источника напряжения выступает внутреннее электрическое поле.
Основной характеристикой электрета, определяющей величину выходных характеристик преобразователя, является эффективное напряжение электрета. В процессе изготовления преобразователей достаточно сложно контролировать воздействие многочисленных факторов, определяющих окончательные характеристики устройства.
В результате у данных преобразователей наблюдается большой разброс выходных параметров.
В данной статье проведено теоретическое и экспериментальное исследование характеристик электростатических преобразователей энергии со встроенным зарядом. Предложена методика определения величины эффективного напряжения электрета и жесткости упругого подвеса с помощью измерения зависимости емкости преобразователя от массы подвижного электрода. Показано, что разброс величины жесткости упругого подвеса не превышает 10 %. Установлено, что в процессе сборки преобразователей происходит уменьшение величины эффективного напряжения электрета, которое может возникать из-за повышенной влажности в помещении, где производятся сборочные операции. Для того чтобы величина эффективного напряжения сохраняла свое изначальное значение, необходимо тщательно контролировать процесс сборки преобразователей.
Ключевые слова: электростатический преобразователь, переменный конденсатор, подвижный электрод, электрет, эффективное напряжение электрета, емкость переменного конденсатора, жесткость упругого подвеса, масса подвижного электрода
Список литературы
1. Козодaев Д.А. Электретный эффект в структурах Si-SiO2 и Si-SiO2-Si3N4: дис. … канд. техн. наук: 01.04.07. – СПб., 2002. – 196 с.
2. Tada Y. Theoretical characteristics of generalized electret generator using polymer film electrets // IEEE Transactions on Electrical Insulations. – 1986. – Vol. 21. – P. 457–464.
3. Драгунов В.П., Доржиев В.Ю. Трехэлектродная двухконденсаторная МЭМС со встроенным зарядом // Нано- и микросистемная техника. – 2014. – № 2. – С. 33–38.
4. Драгунов В.П., Остертак Д.И. Электростатические взаимодействия в МЭМС с плоскопараллельными электродами. Ч. 1. Расчет емкостей // Нано- и микросистемная техника. – 2010. – № 7. – С. 37–41.
5. Драгунов В.П., Остертак Д.И. Электростатические взаимодействия в МЭМС с плоскопараллельными электродами. Ч. 2. Расчет электростатических сил // Нано- и микросистемная техника. – 2010. – № 8. – С. 40–47.
6. Micro electrets power generator / J. Boland, C.-H. Chao, Y. Suzuki, Y.-C. Tai // IEEE the Sixteenth Annual International Conference on Micro Electro Mechanical Systems. MEMS-03: proceedings, Kyoto, Japan, 19–23 January 2003. – Piscataway, NJ: IEEE, 2003. – P. 538–541.
7. Seismic power generator using high-performance polymer electrets / T. Tsutsumino, Y. Suzuki, N. Kasagi, Y. Sakane // IEEE 19th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, MEMS 2006, Istanbul, Turkey, 22–26 January 2006. – Piscataway, NJ: IEEE, 2006. – P. 98–101.
8. Доржиев В.Ю., Драгунов В.П., Остертак Д.И. Расчет емкости МЭМС в 2D-приближении // Сборник научных трудов НГТУ. – 2010. – № 4 (62). – С. 73–80.
9. Arakawa Y., Suzuki Y., Kasagi N. Micro seismic power generation using electret polymer film // Proceedings of PowerMEMS 2004, Kyoto, Japan, 28–30 November 2004. – Kyoto, Japan, 2004. – N 11. – P. 187–190.
10. Tsutsumino T., Suzuki Y., Kasagi N. Electromechanical modeling of micro electret generator for energy harvesting // Proceedings 14th International Conference Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers’07). – Lyon, France, 2007. – Vol. 2. – P. 863–866.
11. A concept of an electret power generator integrated with a rectifier / H. Okamoto, T. Suzuki, K. Mori, H. Kuwano // Proceedings of PowerMEMS 2009, Washington, DC, USA, 1–4 December 2009. – Washington, DC, USA, 2009. – P. 292–295.
12. Micro seismic electret generator for energy harvesting / T. Tsutsumino, Y. Suzuki, K. Kasagi, K. Kashiwagi, Y. Morizawa // Proceedings of PowerMEMS 2006, Berkeley, CA, USA , 29 November–1 December, 2006. – Berkeley, CA, 2006. – N 1. – P. 279–282.
13. Lo H.-W., Whang R., Tai Y.-C. A simple micro electret power generator // IEEE 20th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, MEMS 2007. Technical Digest, Hyogo, Japan, 21–25 January 2007. – Piscataway, NJ IEEE Service Center, 2007. – P. 859–861.
14. Dragunov V.P., Kostsov E.G. Specific features of operation of electrostatic microgenerators of energy // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. – 2009. Vol. 45, N 3. – P. 234.
15. Драгунов В.П., Лойко Д.И. Исследование МЭМС-генераторов энергии // Сборник научных трудов НГТУ. – 2015. – № 4 (82). – C. 108–121.
