A chip-sized piezoelectric receiver for low-frequency, near-field wireless power transfer: design, modeling and experimental validation

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作者
Miah A. Halim,Adrian A. Rendon-Hernandez,Spencer E. Smith,David P. Arnold
出处
期刊:Smart Materials and Structures [IOP Publishing]
卷期号:30 (4): 045011-045011 被引量:6
标识
DOI:10.1088/1361-665x/abe60f
摘要

Abstract This work presents the design, modeling and characterization of a chip-sized piezoelectric receiver for low-frequency, near-field wireless power transmission. Utilizing a laser micro-machined titanium suspension, one NdFeB magnet, and two PZT-5A piezo-ceramic patches, the receiver operates at its torsion mode mechanical resonance. Two unimorph piezo-ceramic transducers are designed to maximize the power density of the receiver while maintaining a low mechanical resonant frequency for low-frequency electrodynamic wireless power transmission. An equivalent lumped-element circuit model is used to model the system performance. A prototype device is fabricated, assembled and tested, and the experimental results are compared with the system model. The 0.08 cm 3 device generates a maximum of 360 μ W average power at 1 cm distance from a transmitter coil operating at 724 Hz and below human head and torso exposure limits. This data corresponds to 4.2 mW cm −3 power density. Overall, this volume-efficient design offers a low-profile and compact footprint for potentially wirelessly charging wearable and bio-implantable devices.

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