1. Optimization of a vibrating MEMS electromagnetic energy harvester using simulations
- Author
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Ilona Lecerf, Pierre Moritz, José Elías Angulo-Cervera, Fabrice Mathieu, David Bourrier, Liviu Nicu, Thierry Leïchlé, Frederico Orlandini-Keller, Thibaut Devillers, Nora M. Dempsey, Guillaume Viau, Lise-Marie Lacroix, Thomas Blon, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Service Instrumentation Conception Caractérisation (LAAS-I2C), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Micro et NanoMagnétisme (NEEL - MNM), Institut Néel (NEEL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Nanomagnétisme (LPCNO), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), ANR-17-EURE-0009,NanoX,Science et Ingénierie à l'Echelle Nano(2017), and ANR-19-CE09-0021,POMADE,Aimants intégrés submillimétriques pour dispositifs portables(2019)
- Subjects
General Physics and Astronomy ,General Materials Science ,Physical and Theoretical Chemistry ,[SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics - Abstract
International audience; Nowadays, wireless sensor networks (WSN) are becoming essential in our daily life. However, a major constraint concerns the energy power supply. Indeed, batteries need to be recharged or replaced often which implies a limited lifetime for WSN nodes. One alternative consists in harvesting mechanical energy from surrounding vibrations of the environment. Using finite element simulations, we report here a complete guideline to optimize a MEMS electromagnetic energy harvester consisting of an in-plane vibrating silicon frame supporting an array of micromagnets that faces a static 2D micro-coil. The dimensioning of the magnet array and the specific design of the coil are addressed, considering patterned 50 µm thick NdFeB films with out of plane magnetization. The optimization of the electromechanical coupling which allows to efficiently convert the energy results from a trade-off between the high magnetic flux gradients produced by the micromagnets and the maximum number of turns of the facing coil.
- Published
- 2022