[发明专利]用于从机械能收集电力的装置

说明书

美国联邦政府资助研究的声明

本发明在国家海洋与大气管理局获得的美国合同号WC133R10CN0220下的政府支持而做出。政府享有本发明的某些权利。

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年4月27日提交的名为“Mechanical Energy Harvester Method and Device（机械能收集方法与设备）”的美国临时申请号No.61/328,396的优先权，该专利申请通过引用整体结合于此。这个申请还要求2011年1月28日提交的、名为“Apparatus for Harvesting Electrical Power from Mechanical Energy（用于从机械能收集电力的装置）”的美国申请号No.13/016,895的优先权的权益。这个申请还要求2011年1月28日提交的、名为“Wave Energy Harvester with Improved Performance（具有改进的性能的波动能量收集器）”的美国申请号No.13/016,828的优先权的权益。

背景技术

广泛采用上业可获得且对于环境良好的可再生能源毋庸置疑地成为当今全球的重大挑战之一。这样的技术可助力经济增长并有益于全球环境忍受能力、还减少了在未来数十年内我们对于可耗尽的矿物燃料的依赖。海洋能和其他可再生能源具有极高潜力，但依然是能完成这些目标的清洁能源的欠加利用的资源。

能源信息管理局估计，全球电力消耗将在2006到2030之间从18增长至32万亿kWh，反映了2.4%的年度增长率。煤电被预见为带来42%的这个全球增长、接着是可再生能源24%和天然气23%，其余的是核电。美国电力消耗将以较为缓慢的速率增加，在这个时间按段从4.1攀升至5.2万亿kWh。煤电被预见为带来39%的这个国内增长，接着是可再生能源32%、和天然气18%。来自可再生能源的大部分贡献预计是来自新的水电而非较少环境损害的可再生能源。

新的具有成本效益比的、高能效且环境友好的发电技术的标识与发展将导致对于美国和全球人口的经济、健康和安全的益处。由于清洁能源发电一般基于本地资源，通过给本地燃料企业创建工作机会和获得廉价能源，这些技术可帮助促进沿海区的本地经济。

清洁能源领域中的市场份额增长的较高比例可以是使得资本效率、成本效益、和资源可获得性在接下来二十年快速规模化的能源资源。收集海洋能的常规方法，例如，均不符合所有这三个标准——它们太过于资本密集、不具有竞争力的能量成本、且要求非常特定的海洋环境，这限制了潜在地点的数量以及因此的影响规模。如此，当谈到影响潜力（impact potential）时，常规的海洋能系统并不被认为是与风能、太阳能光伏、和地热属于同一类别的。

来自常规设备的电力成本被估算为煤电的3-5倍。在不极大偏离迄今为止的常规方法的情况下，似乎可能的是海洋能永不可成为全球能量混合的重要部分。

发明内容

描述了装置的实施例。在一个实施例中，该装置是用于从机械能收集电力的装置。该能量收集装置包括磁通路径。该磁通路径包括具有应变于磁性材料上的应力的磁性质的磁性材料；邻近该磁性材料的第一导磁材料；该磁通路径中的磁铁，其中该磁铁的磁通势引起磁通量；和组件，被设置为将由外部源引起的负载中的变化转移至该磁性材料。

描述了该装置的另一个实施例。在一个实施例中，该装置是用于从机械能收集电力的装置。该装置包括一个基本封闭的磁通路径。该磁通路径包括具有磁性质的磁性材料，其中该磁性应变于应力；导磁材料；和磁通路径中的永磁体。该装置还包括被设置为将由外部源引起的负载中的变化转移至该磁性材料的组件、和至少一个其他组件，被用于在该磁性材料上施加预应力。还描述了该装置的其他实施例。

还描述了一种方法的实施例。在一个实施例中，该方法是用于从机械能收集电力的方法。该方法包括：用被设置为将由外部源引起的负载中的变化转移至磁性材料的组件改变该磁性材料的磁性质，其中该磁性质应变于该磁性材料上的应力；由于在没有空气隙的基本封闭的磁通路径中的至少一个永磁体施加的磁通势引起改变磁通量；并响应于该磁性材料中磁通量的变化，在相对于磁通路径设置的导电线圈中感应出电压。

本发明的诸实施例的其他方面和优点将在结合作为本发明原理的示例示出的附图考虑以下详细描述中变得显而易见。

附图说明

图1示出磁致伸缩的铁-铝合金材料的电源密度应变于施加在该材料上的负载和施加与释放该机械负载的频率的关系的一个实施例的图示。