[发明专利]用于将机械振动能量转化为电能的机电发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将机械振动能量转化为电能的机电发电机。具体来说，本发明涉及这样一种设备，该设备是能将周围振动能量转化为电能，例如用来给情报传感器系统供电的小型发电机。这种系统可以用在取消电缆或电池将具有经济性和操作优势的众多领域中。

背景技术

已经知道使用机电发电机来从环境振动采集有用的电力，例如为无线传感器供电。典型的磁体-线圈发电机由连接到磁体或线圈的弹簧-质块组合构成，以便在所述系统振动时，线圈切割由磁芯形成的磁通量。

本领域一般知道，根据原理，磁芯发电机的弹簧-质块组合的质量越大，则输出电力越大。能量采集器需要在较大的带宽范围内产生较大电力，因为在部署之前并不知道振动频率，或者振动频率可能改变。谐振式能量采集器在较大带宽上产生较大电力，要求质量较大、Q值较高且磁性耦合系数较大。

US-A-2003/0173725公开了一种振动阻尼设备，这种设备将机械能转化为电能，并且作为击送轮(beater)以已知方式安装在飞行器特别是直升飞机中。这种设备并非设计用作机电发电机，以便从环境振动有效采集大量的电力，例如用于给无线传感器供电。

发明内容

本发明的目标是提供一种设备，该设备以切实方式使得三个参数最大，即质量大、Q值高且磁性耦合系数高。

本发明相应提供一种用于将机械能转化为电能的机电发电机，具有权利要求1、15或17所述的特征。优选特征在从属权利要求中限定。

在本发明优选实施方式的机电发电机中，通过填充金属磁芯组件内的几乎全部内部空间，可以实现较高的运动质量。这种效果之所以能实现，至少部分原因是因为位于磁芯组件和电气线圈组件相对两端的平板弹簧节省空间。此外，较高的Q值得益于磁芯组件的“闭合”结构泄漏的磁通量非常少，因此在静止壳体周围材料中仅存在非常小的涡流。因此，在运动的磁芯组件和壳体之间只需要非常小的间隙，允许运动质量更多。较高的磁性耦合也得益于磁芯组件的闭合性质，此时泄漏出去的磁通量非常少——几乎全部磁通量都通过线圈导送。此外，通过额外设置，使得电气线圈组件除了振动的磁芯组件之外，还具有优选以不同自然谐振频率振动的质量，线圈和磁通量之间的电磁耦合可以在宽泛的振动频率范围上得到最大化。这样可以在一定的操作应用场合范围上提供较大的电气输出，其中输入振动能量可以例如随着时间而改变频率。

附图说明

现在将仅作为示例，参照附图描述本发明的实施方式，在附图中：

图1是根据本发明的实施方式，穿过用于将机械振动能量转化为电能的机电发电机的简略侧视截面；

图2是图1所示机电发电机中的第一弹簧的简略平面图；

图3是图1所示机电发电机中的第二弹簧的简略透视图；和

图4是图1所示机电发电机中所用的替代弹簧结构的一部分的简略透视图。

具体实施方式

本发明的机电发电机是本领域中称为“速度阻尼”的谐振式发电机，其中惯性质量相对于所述壳体的运动所做的全部的功与该运动的瞬时速度成正比。无可避免地，一部分功因克服不希望的机械或电气损耗而被吸收，但是剩下的功可用于经由适当的换能机构诸如以下所述的电气线圈/磁性组件产生电流。

图1至3示出了根据本发明的实施方式，用来将机械振动能量转化为电能的机电发电机2。机电发电机2包括壳体4。壳体4包括环状外周边壁6、成整体的环状盖板8和环状基座10。基座10的环状边缘12固定地配装到外周边壁6的下边缘14，例如借助粘结剂或螺纹耦接件(未示出)配装。外周边壁6限定柱状横截面的内部空间16，该空间具有旋转轴线A-A。环状开口18通过盖板8形成，该开口18与柱状横截面的内部空间16同轴。

基座10在其外表面上设置有接头20，用于将机电发电机2固定地安装到支撑件(未示出)。

导电线圈22可运动地安装在壳体4中，用于沿着轴线A-A线性振动。线圈22为环状，且与壳体4同轴，并且具有径向内外侧部21、23，所述侧部21、23平行于旋转轴线A-A延伸。线圈22具有上和下边缘27、29。线圈22作为组件安装在环状线圈支撑件24中，所述环状线圈支撑件基本上位于轴线A-A和外周边壁6之间沿着径向方向的中间，并且也基本上位于盖板8和基座10之间沿着轴向方向的中间。线圈支撑件24具有整体环状中央安装部分26，该安装部分从线圈22中央部分径向向内延伸，并安装在中央管状主体28上。