[发明专利]从机械振动中产生电能的发电机和调节这种发电机的谐振频率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于从机械振动中产生电能的发电机以及一种用于对这样的发电机的谐振频率进行调节的方法。

背景技术

自主的必要时联网的传感器得到了广泛的推广。“自主的”在此意味着，相应的传感器一般不仅用于构造用于进行无线通信而且构造用于进行无线的能量供应。无线的无线电技术在这期间已经达到了很高的技术上的成熟程度，这种技术上的成熟程度也比如允许将其应用在工业设备的环境中也就是说比如应用在工业自动化的领域内，而迄今为止关于无线的或者说无线缆的能量供应还没有以相应的方式出现这样的情况。虽然为了无线的能量供应的目的，原则上存在着使用电池的方案。但是由于电池的使用寿命受到限制并且在更换电池时需要维护开销，这在许多情况下带来很大的缺点。

因此，不仅结合传感器或者说传感器网络而且对于其它不同的在能量供应方面依赖于自给自足方案的技术设备和应用情况来说，可能有利的或者说有必要的是，从环境中获取电能。这样的从环境中获取能量的做法尤其结合较小的有待获得电能供应的设备也在“能量采集（Energie Harvesting）”这个概念下为人所知。

本发明涉及一种用于从机械振动中产生电能的发电机，其中该发电机具有有机械振动能力的设有弹簧系统的系统。

这样的发电机比如从P. Glynne-Jones、M. J. Tudor、S. P. Beepy、N. M. White的传感器和执行器的专业论文A 110（2004）344-349“An electromagnetic vibration-powered generator for intelligent sensor systems”中得到公开。在此所述有机械振动能力的系统用于采集机械振动，也就是说用作振动接收器。除此以外，除了从电动力学的换能器原理的从所提到的出版物中公开的应用方案之外，从I. Kühne、G. Eckstein、H. Seidel的在欧洲传感器2006的大会会册XX中发表的专业论文“A new approach of a MEMS power generator based on a piezoelectric diaphragm”以及I. Kühne、A. Frey、G. Eckstein、H. Seidel的“Power MEMs-A capacitive vibration-to-electrical energy converter with built-in voltage”中也公开了用于在使用压电的或者说电容的换能器原理的情况下从机械振动中产生电能的发电机。

前面所提到的类型的发电机一般利用发电机的谐振回路的放大系数来提高能量生产量，也就是说用于对能量产生或者说能量转换的效率进行优化。但是，这方面的缺点是，所述发电机的有机械振动能力的系统在其制造时应该设计到特定的谐振频率，因而谐振的运行相应地在一开始就已经以对在后来使用发电机时出现的频率或者说机械振动的出现的频谱的了解为前提。通过这种限制在实际上在许多情况下阻止发电机在谐振的运行中的使用或者说至少使得该发电机在谐振的运行中的使用变得十分困难和昂贵。

发明内容

本发明的任务是，说明一种能够特别有效地并且同时能够普遍且灵活使用的用于从机械振动中产生电能的发电机，其中所述发电机具有有机械振动能力的设有弹簧系统的系统。

按本发明，该任务通过一种用于从机械振动中产生电能的发电机得到解决，其中该发电机具有有机械振动能力的设有弹簧系统的系统以及用于改变所述弹簧系统的机械应力的装置。

所述按本发明的发电机是有利的，因为其具有集成的用于进行调谐的方案。因此，通过所述用于改变弹簧系统的机械应力的装置能够实现所述有振动能力的系统或者说所述发电机的谐振频率的改变。在此本发明利用这一点，即有振动能力的系统的谐振频率一般通过弹簧刚度和系统的质量的关系来确定。在此有利的是，由此可以通过所述按本发明的发电机的弹簧系统或者说振动变换器的机械应力的变化，来引起弹性常数的变化并且由此也可以引起所述有振动能力的系统的谐振频率的变化。这种也在“应力钢化效应（Stress-Stiffening- Effect）”这个概念下面为人所知的效应与吉他弦的调音相类似并且建立在以下基础上，即所述有机械振动能力的系统的弹簧系统中的拉力或者说压力引起弹性常数的提高或者说降低。