[发明专利]用于产生电功率的便携式机电一体化设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于从在互为相反的方向上具有加速度的系统的自然振荡运动中恢复出功率的方法和产生电功率的设备。此自然振荡运动系统是例如携带悬挂在其腰部的设备的外壳的行人。

背景技术

M.Ruellan、S.Turri、Hamid Ben Ahmed和B.Multon发表于在2005年10月2-6日香港IEEE IAS年度会议的CDROM会刊中的文章“Electromagnetic resonant generator(电磁谐振发电机)”公开了包括具有管状结构的同步电磁线性致动器的电功率发电机系统，其中该致动器的永磁电感器被固定于一盒体，并且该致动器的电枢被固定于通过阻尼弹簧耦合到该盒体的可移动质量块部件。该电枢被电连接到电功率存储装置。该设备的盒体被携带在行人臀部高度，而该行人的运动被认为基本上是正弦的。该致动器相对于该可移动质量块部件是被动的，并且只作为用于对例如电功率存储装置如蜂窝电话的电池进行再充电的发电机来工作。所恢复出的功率随着行人步伐的频率而增加。

对于诸如人体那样的自然运动，振荡的频率是很低的。在这样的条件下，由根据以上描述的文章的发电机系统恢复出的功率是非常低的。因此，采用由行人携带在臀部处的这样的电磁发电机系统，对于50克的可移动质量块部件和每秒两步的步速而言，所恢复出的平均功率低于40毫瓦。

发明内容

本发明用借助于致动器的电功率产生方法来克服了以上所提到的缺点，其中该致动器电连接到电功率存储装置，并包括能够服从振荡速度运动的第一构件以及至少部分地构成能够以相对于该第一构件的速度振荡的质量块部件的第二构件。

这样的方法包括使该质量块部件的运动受该第一构件的振荡运动伺服控制来控制该致动器在该致动器的工作循环的一部分期间作为对该存储装置充电的发电机，该质量块部件在该致动器的工作循环的另一部分期间自由地移动。

该第一和第二构件是例如磁体同步旋转机器类型的致动器的外围电枢和中央电感器。在更大的机器上，磁体可由电磁体来替换。

提供了根据本发明的致动器以用于产生电功率，例如用于为便携物品的电池再充电，并且随后作为发电机工作来为要连接到该便携物品的电池的电功率存储装置充电。该质量块部件随后可在该致动器的工作循环的另一部分期间自由地移动。

本发明还涉及一种借助于致动器(11-12，21-22)的电功率产生方法，该致动器电连接到电功率存储装置(16，26)，并包括能够服从振荡速度运动的第一构件(11，21)以及至少部分地构成能够以相对于该第一构件的速度振荡的质量块部件(13，23)的第二构件(12，22)。

这样一种方法的特殊之处在于该方法包括：

-使该质量块部件的运动受该第一构件的振荡运动的伺服控制来控制该致动器在该致动器的工作循环的一部分期间作为该存储装置充电的发电机，

-使该质量块部件的运动受该第一构件的振荡运动伺服控制来控制该致动器在该致动器(11-12，21-22)的工作循环的另一部分期间作为由该存储装置供电的电动机。

为了从诸如携带具有该质量块部件的致动器的行人之类的自然振荡运动系统恢复出尽可能多的电功率，该致动器的操作是可逆的以使得该致动器的工作循环的另一部分能够包括使该质量块部件的运动受该第一构件的振荡运动的伺服控制来控制该致动器作为由该存储装置供电的电动机。在此情形中，该致动器遵循服从该自然振荡系统的振荡运动的该第一构件的振荡运动的伺服控制以要么作为电动机工作以加速该质量块部件，要么作为发电机工作以恢复出该质量块部件的运动功率。此类伺服控制允许恢复出比根据现有技术借助于被动致动器所恢复出的功率多得多的功率。

具体而言，该伺服控制系统可发生要求该质量块部件的运动速度从动于该第一构件的加速度。

归功于此类伺服控制，本发明的方法有助于从该运动系统中汲取尽可能多的功率，同时确保由于由该致动器所可能产生的重量、振动以及噪音对行人造成的不适感很小。该质量块部件的偏离越大和/或其受到的加速度越强，则恢复出的功率就越高，当该自然振荡系统的振荡运动较慢时更加明显。