把机械振动能转换成电能制造技术

本发明专利技术涉及把机械振动能转换成电能，具体公开了一种机电发电机，包括：机电装置，用来把机械振动能转换成电能，该机电装置是具有阻尼系数和谐振频率的速度阻尼谐振器；功率检测器，用来检测来自机电装置的输出电功率；控制器；及阻尼系数调节器，用来调节机电装置的阻尼系数，控制器被布置成响应由功率检测器检测到的输出电功率来控制阻尼系数调节器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用来把机械振动能转换成电能的机电发电机，并且涉及一种用来把机械振动能转换成电能的方法。特别是，本专利技术涉及这样一种装置，该装置是能够把环境振动能转换成电能以便例如在向智能传感器系统供电时使用的小型发电机。这样一种系统可用在其中实际上不能附加导线以提供能量或发送传感器数据的无法达到的区域中。
技术介绍
在用于微机电系统(MEMS)装置的可选择电源的领域中当前正在进行水平不断提高的研究活动，这样的装置在现有技术中被描述成用于“能量收获”和作为“寄生电源”。当前正在对这样的电源进行研究以向无线传感器供电。 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，从而使得当系统振动时，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，使线圈相对于装置的外罩固定，或者反之亦然。 例如，WO-A-2005/022726公开了一种从环境振动收获有用的电功率的机电发电机，该机电发电机具有多种线圈/磁铁构造，特别是包括在多层装置中。 在Mitcheson等出版在Journal of Micromechanical Systems，Vol.13，No.3，2004年6月，pp.335-342中的、标题为“Architecture forvibration-driven micropower generators”的论文中，公开了各种机电发电机。特别是，公开了一种包括阻尼器的用来从质量-弹簧系统提取能量的速度-阻尼谐振发电机(VDRG)。这样的阻尼器可以包括例如磁铁-线圈发电机，如安装在保持器上以形成C形磁心的两个磁铁与同在悬臂梁上的质量的运动方向成直角地放置在磁铁之间的气隙中的线圈的组合。 作者辨别用来确定可从速度-阻尼谐振发电机得到的最大功率的阻尼因数。特别是，作者对于通过其得到最大功率的最佳阻尼因数提供了计算。使用速度-阻尼谐振发电机的谐振频率计算最佳阻尼因数。 尽管该在先公开提出了用来设计理论机电发电机的有用机理，但当机电发电机用在实际应用中时，不可能精确地预测谐振频率或最佳阻尼因数。对于认为是可能的操作条件而设计和设置机电发电机。然而，对于特定应用，无法保证实际操作条件与用来设置机电发电机的理论理想相对应。在实际中，将机电发电机设置成在可能的操作条件的狭窄范围上是可操作的，特别是通过所设置的阻尼因数，使得功率输出在包含最佳功率输出的范围内。然而，对于特定应用优化实际功率输出的可能性非常小。因此，机电发电机不会在把机械振动能转换成电能、并由此转换成有用电功率的最大效率下操作。 此外，环境振动的频率可能在操作期间改变。作为这种变化的结果，已知的机电发电机可能不能够在最大效率下操作。 在不同的技术中，US-A-2004/0041315对于在如直升飞机的飞机中的特定使用，公开了一种振动阻尼装置，其包括了与质量-弹簧阻尼器系统相结合的能量转换器。控制电路可在两个极值之间改变阻尼。使用飞行计算机，控制电路当飞机处于稳定飞行中时取第一控制值，并且当飞机处于航向变化状态时取第二控制值。该公开没有涉及用来从环境振动收获有用电功率的机电发电机。 因此，仍然存在提高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。
技术实现思路
本专利技术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，该改进机电发电机在实际使用中可比已知装置更高效率地操作。 本专利技术的目的也在于提供一种用来操作把机械振动能转换成电能的机电发电机的改进方法，该改进方法在实际使用中可提供比已知装置更高效率的能量转换。 本专利技术相应地提供一种机电发电机，它包括机电装置，用来把机械振动能转换成电能，该机电装置是具有阻尼系数和谐振频率的速度阻尼谐振器；功率检测器，用来检测来自机电装置的输出电功率；控制器；及阻尼系数调节器，用来调节机电装置的阻尼系数，控制器被布置成响应由功率检测器检测到的输出电功率来控制阻尼系数调节器。 优选地，把阻尼系数调节器预置成缺省到预置的第一阻尼系数。 更优选地，把阻尼系数调节器预置成在通过功率检测器检测到高于预置阈值的输出电功率时缺省到预置的第一阻尼系数。 优选地，阻尼系数调节器适合在功率检测器已经检测到在谐振频率下的最大功率输出之后，在控制器的控制下从预置的第一阻尼系数减小阻尼系数。 选择性地，把阻尼系数调节器预置成在没有通过功率检测器检测到高于预置阈值的输出电功率时，缺省到比第一阻尼系数高的预置的第二阻尼系数。 在优选实施例中，机电发电机还包括用来调节机电装置的谐振频率的谐振频率调节器，把控制器布置成响应由功率检测器检测到的输出电功率来控制谐振频率调节器。 优选地，把谐振频率调节器预置成缺省到预置的第一频率。 更优选地，把谐振频率调节器预置成在通过功率检测器检测到高于预置阈值的输出电功率时缺省到预置的第一频率。 优选地，谐振频率调节器适合在特定阻尼系数下在控制器的控制下从预置的第一频率改变频率，频率被改变直到已经通过功率检测器检测到最大功率输出。 频率典型地被增大，但它在某些应用中可以被减小。 选择性地，把谐振频率调节器预置成在没有通过功率检测器检测到高于预置阈值的输出电功率时，缺省到与第一频率不同的预置的第二频率。 典型地，预置的第二频率比预置的第一频率高。 优选地，机电装置的谐振器具有弹簧常数，并且谐振频率调节器适合通过调节弹簧常数来控制谐振频率。 机电发电机还可以包括通过输出电功率驱动的、用来驱动控制器的功率电路。 机电发电机还可以包括在控制器中用来确定来自机电装置的最大输出功率的比较器。 优选地，控制器适合周期性地控制阻尼系数调节器。 优选地，控制器也适合周期性地控制谐振频率调节器。 更优选地，控制器适合周期性地控制谐振频率调节器，以适合机电发电机的环境振动频率的任何变化。 机电装置可以适合通过电磁耦合或通过压电耦合把机械功率转换成电功率。 本专利技术还提供一种使用机电发电机把机械振动能转换成电能的方法，该方法包括以下步骤提供包括具有阻尼系数和谐振频率的速度阻尼谐振器的机电装置；使机电装置振动；检测来自机电装置的输出电功率；及响应检测到的输出电功率来调节机电装置的阻尼系数。 该方法还可以包括把阻尼系数预置到预置的第一阻尼系数的步骤。 优选地，在检测到高于预置阈值的输出电功率时，把阻尼系数预置到预置的第一阻尼系数。 该方法还可以包括在检测到在谐振频率下的最大功率输出之后从预置的第一阻尼系数减小阻尼系数的步骤。 该方法还可以包括在没有检测到高于预置阈值的输出电功率时把阻尼系数预置到比第一阻尼系数高的预置的第二阻尼系数的步骤。 该方法还可以包括响应检测到的输出电功率来调节机电装置的谐振频率的步骤。 该方法还可以包括把谐振频率预置到第一频率的步骤。 优选地，在检测到高于预置阈值的输出电功率时，把谐振频率预置到第一频率。 优选地，频率在特定阻尼系数下从预置的第一频率改变，频率被改变直到已经检测到最大功率输出。 频率典型地被增大，但它在某些应用中可以被减小。 优选地，在没有检测到高于预置阈值的输出电功率时，把谐振频率预置到与第一频率不同的预置的第二频率。 典型地，预置的第二频率比预置的第一频率高。 优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机电发电机，包括：机电装置，用来把机械振动能转换成电能，该机电装置是具有阻尼系数和谐振频率的速度阻尼谐振器；功率检测器，用来检测来自机电装置的输出电功率；控制器；及阻尼系数调节器，用来调节机电装置的阻尼系数，控制器被布置成响应由功率检测器检测到的输出电功率来控制阻尼系数调节器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2005-4-12 0507390.31.一种机电发电机，包括机电装置，用来把机械振动能转换成电能，该机电装置是具有阻尼系数和谐振频率的速度阻尼谐振器；功率检测器，用来检测来自机电装置的输出电功率；控制器；及阻尼系数调节器，用来调节机电装置的阻尼系数，控制器被布置成响应由功率检测器检测到的输出电功率来控制阻尼系数调节器。2.根据权利要求1所述的机电发电机，其中，把阻尼系数调节器预置成缺省到预置的第一阻尼系数。3.根据权利要求2所述的机电发电机，其中，把阻尼系数调节器预置成在通过功率检测器检测到高于预置阈值的输出电功率时缺省到预置的第一阻尼系数。4.根据权利要求2或权利要求3所述的机电发电机，其中，阻尼系数调节器适合在功率检测器已经检测到在谐振频率下的最大功率输出之后，在控制器的控制下从预置的第一阻尼系数减小阻尼系数。5.根据权利要求2至4中的任一项所述的机电发电机，其中，阻尼系数调节器预置成在没有通过功率检测器检测到高于预置阈值的输出电功率时，缺省到比第一阻尼系数高的预置的第二阻尼系数。6.根据以上权利要求中的任一项所述的机电发电机，还包括用来调节机电装置的谐振频率的谐振频率调节器，把控制器布置成响应由功率检测器检测到的输出电功率来控制谐振频率调节器。7.根据权利要求6所述的机电发电机，其中，把谐振频率调节器预置成缺省到预置的第一频率。8.根据权利要求7所述的机电发电机，其中，把谐振频率调节器预置成在通过功率检测器检测到高于预置阈值的输出电功率时缺省到预置的第一频率。9.根据权利要求7或权利要求8所述的机电发电机，其中，谐振频率调节器适合在特定阻尼系数下在控制器的控制下从预置的第一频率改变频率，频率被改变直到已经通过功率检测器检测到最大功率输出。10.根据权利要求6至9中的任一项所述的机电发电机，其中，把谐振频率调节器预置成在没有通过功率检测器检测到高于预置阈值的输出电功率时，缺省到与第一频率不同的预置的第二频率。11.根据权利要求6至10中的任一项所述的机电发电机，其中，机电装置的谐振器具有弹簧常数，并且谐振频率调节器适合通过调节弹簧常数来控制谐振频率。12.根据以上权利要求中的任一项所述的机电发电机，还包括由输出电功率驱动的、用来驱动控制器的功率电路。13.根据以上权利要求中的任一项所述的机电发电机，还包括在控制器中用来确定来自机电装置的最大输出功率的比较器。14.根据以上权利要求中的任一项所述的机电发电机，其中，控制器适合周期性地控制阻尼系数调节器。15.根据当从属于权利要求6至10中任一项时的权利要求14所述的机电发电机，其中，控制器适合周期性地控制谐振频率调节器。16.根据权利要求15所述的机电发电机，其中，控制器适合周期性地控制谐振频率调节器，以适应机电发电机的环境振动频率的任何变化。17.根据以上权利要求中的任一项所述的机电发电机，其中，机电装置适合通过电磁耦合把机械功率转换成电功率。18.根据权利要求1至16中的任一项所述的机电发电机，其中，机电装置适合通过压电耦合把机械功率转换成电功率。19.一种使用机电发电机把机械振动能转换成电能的方法，该方法包括以下步骤提供包括具有阻尼系数和谐振频率的速度阻尼谐振器的机电装置；使机电装置振动；检测来自机电装置的输出电功率；及响应所检测到的输出电功率来调节机电装置的阻尼系数。20.根据权利要求19所述的方法，还包括把阻尼系数预置到预置的第一阻尼系数的步骤。21.根据权利要求19所述的方法，其中，在检测到高于预置阈值的输出电功率时，把阻尼系数预置到预置的第一阻尼系数。22.根据权利要求20或权利要求21所述的方法，还包括在检测到在谐振频率下的最大功率输出之后从预置的第一阻尼系数减小阻尼系数的步骤。23.根据权利要求20...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文罗伯茨，罗伊弗里兰德，
申请(专利权)人：佩尔皮图姆有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]