[发明专利]用来把机械振动能转换成电能的发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用来把机械振动能转换成电能的机电发电机。具体地说，本发明涉及这样一种装置，该装置是能够把环境振动能转换成电能以便在例如供电智能传感器系统时使用的小型发电机。这样一种系统可用在其中提供动力或发送传感器数据的导线实际上不能附加的不可接近区域中。

背景技术

在用于微机电系统(SEMS)装置的可选择电源的领域中当前有提高水平的研究活动，这样的装置在现有技术中描述成用于‘能量收获’和作为‘寄生电源’。正在对这样的电源进行供电无线传感器的研究。

已知使用机电发电机来从环境振动收获有用的电功率。典型的磁铁-线圈发电机包括以这样一种方式附加到磁铁或线圈上的弹簧-质量组合，使得当系统振动时，线圈切割由磁心形成的磁通。在振动时运动的质量安装在悬臂梁上。梁或者可连接到磁心上，使线圈相对于用于装置的外罩固定，或者反之亦然。机电发电机被小型化。这使得它们可容易地位于在各种位置中或在主设备中，以便提供用来驱动单个或多个元件的电功率。

一种这样的已知小型机电发电机示出在图1中。用于机电发电机2的已知设计具有附加到与固定铜线圈10相邻的柔性弹簧钢梁8上的磁铁4、6，该固定铜线圈10位于磁铁4、6之间。开口12形成在梁8中在其自由端14处，并且磁铁4、6位于开口12的相对侧上。线圈10布置在开口12中，并且安装在从基座18向上延伸的臂16上。梁8的另一端20固定到从基座18向上延伸的竖直支撑件22上。每个磁铁4、6包括一对磁铁元件24、26，每个元件24、26位于梁8的相应上侧或下侧上，使每对的两个元件24、26由位于远离线圈10一侧处的保持器28连接在一起。这在磁铁4、6之间创建磁通区，在该磁通区中布置线圈10。

当机电发电机2经受在竖直方向上(见图1)和在梁8和磁铁4、6的组件的谐振频率附近的频率下的振动时，梁8和在其上承载的磁铁4、6相对于线圈10摆动。这种运动导致穿过线圈10的变化磁通，并因此导致沿线圈10的导线的感应电压。

这种已知设计因为在磁通路径中缺少任何显著的传导元件而在磁性上非常低效，这否则势必支持涡流。然而，在磁铁4、6之间的低导磁率(并因此高磁阻)路径导致低磁通流动，并因此导致线圈10每匝的低感应电压。为了试图对抗低感应电压，线圈10需要具有在很小体积中具有多匝，从而输出电压对于有用的功率输出在足够的值处。这又导致高的线圈电阻，这种高线圈电阻减小机电发电机2的电气效率。

而且，已知机电发电机2需要弹性梁8，该弹性梁8起悬臂梁的作用，支撑可振动磁铁组件。这样一种梁要求提供适当的弹簧材料，并且要求支撑待认真调谐的可振动磁铁组件的梁。这可能难以精确地实现，并且弹性梁的谐振特性可能在机电发电机2的整个设计寿命期间变化。

DE29618015U公开了一种用于自行车的发电机，其中磁铁安装在板簧上，该板簧对振动起作用，并且相对于铁心运动以在线圈中感应电压。这个基本公开没有涉及上文所讨论的小型发电机，或者没有提到或解决以上关于已知机电发电机讨论的问题，该已知机电发电机需要起悬臂梁作用的弹性梁。

SU1075357A公开了一种用来向电池充电的本体摆动运动发电机。具有在中间铁心上的绕组和在外铁心上的永久磁铁的E形磁路的铰接本体为了摆动运动由螺旋弹簧支撑。这个公开没有提到或解决以上关于已知机电发电机讨论的问题，该已知机电发电机需要起悬臂梁作用的弹性梁。

SU776487A公开了一种向心脏模拟器电池充电的发电机。该发电机包括可转动圆柱形电枢，该可转动圆柱形电枢在其端部处具有线圈和锥形磁极。这个公开没有提到或解决以上关于已知机电发电机讨论的问题，该已知机电发电机需要起悬臂梁作用的弹性梁。

US5180939公开了一种包括一对往复元件的机械换向直线交流发电机。这个公开没有提到或解决以上关于已知机电发电机讨论的问题，该已知机电发电机需要起悬臂梁作用的弹性梁。

相应地，仍然有提高由机电发电机，特别是小型机电发电机，把机械振动能转换成电能、并由此转换成有用电功率的效率的需要。

也有对于克服或消除上述弹性梁的问题的机电发电机(特别是小型机电发电机)的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用来把机械振动能转换成电能的改进机电发电机，该改进机电发电机可比已知装置更高效率地操作，并且或者不遇到把弹性梁用作谐振元件的问题。