[發明專利]用于將機械振動能轉化為電能的機電式發電機

有效

• 申請號: 200680034650.1
• 申請日: 2006-08-08
• 公開（公告）號: CN101273514A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發明（設計）人: S·羅伯茨;R·弗里蘭德;N·懷特
• 申請（專利權）人: 佩爾皮圖姆有限公司
• 主分類號: H02K35/00
• 分類號: H02K35/00;H02K35/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 張兆東

技術領域

本發明涉及一種用于將機械振動能轉化為電能的機電式發電機。特別是，本發明涉及這樣的一種裝置：其是一種能將周圍的振動能轉化為電能的微縮發電機，這種裝置例如被用于向智能傳感器系統供電。這樣的傳感器系統可被用在無法接近的區域中，在這些區域中，無法實用地連接導線，從而無法提供電力或傳輸傳感器的信號。

背景技術

目前，在用于微型機電系統(MEMs)裝置的交流電源領域，研究活動的力度在逐漸增大，其中的MEMs裝置例如是現有技術中那些被用來“采收能量”的裝置和被作為“寄生電源”的裝置。目前人們正在對這些電源展開研究，用以對無線傳感器進行供電。

公知的是：可利用機電式發電機來從周圍的振動中采收有用的電能。典型的磁體-線圈式發電機是由彈簧-質量體的組合體構成的，該組合體連接到磁體或線圈上的連接方式能實現如下的效果：當系統振動時，線圈切割由磁心產生的磁通。質量體被安裝在懸臂梁上，當其被振動時其可產生運動。懸臂梁或者可被連接到磁心上，并使得線圈相對于裝置的封殼保持固定，或者采取相反的布置形式。這樣的機電式發電機被微型化處理。這就使得這些發電機易于被布置在宿主設備上或中的多個位置處，以便于提供電能，以驅動單個或多個組成部件。

圖1表示了現有技術中一種已有的微型機電式發電機。機電式發電機2的這種已知設計方案具有磁體4、6，它們被連接到柔性的彈簧鋼梁體8上，并靠近固定的銅線圈10，線圈10位于兩磁體4、6之間。在梁體8的自由端14上制有開孔12，磁體4、6被布置在開孔12的相對兩側。線圈10被布置在開孔12中，并被安裝在從基座18向上延伸的臂件16上。梁體8的另一端20被固定到從基座18向上延伸的直立支撐件22上。兩磁體4、6各包括一對磁體元件24、26，兩磁體元件24、26分別被布置在梁體8的上下兩側，且各對磁體元件中的兩磁體元件24、26都被保持銜鐵28連接到一起，其中，保持銜鐵位于遠離線圈10的一側。這樣就在磁體4、6之間形成了磁通區域，線圈10被布置在該區域中。可在基座18上安裝罩蓋(圖中未示出)，以便于封閉并保護機電式發電機的移動元件。

當該機電式發電機2在豎直方向(見圖1)上受到振動作用、且振動頻率接近于由梁體8和磁體4、6所組成組件的諧振頻率時，梁體8和承載在其上的磁體4、6將相對于線圈10發生振蕩運動。該運動會導致穿過線圈10的磁通量發生變化，因而在線圈10的導線中產生出感生電壓。

這種公知的機電式發電機2需要作為懸臂梁的彈性梁體8支撐著可振動的磁體組件。這種梁體需要被設置為合適的彈簧材料，以便于使得支撐著可振動磁體組件的梁體能被精心地調諧。但難于精確地作到這一點，在機電式發電機2的設計工作壽命內，彈性梁體的諧振特性會發生改變。

在利用薄片彈簧材料形成機械諧振器-特別是包括懸臂梁的諧振器時，必須特別關注其端部處的夾緊部位。在圖1中，彈性梁體8必須被夾緊到直立的支撐件22上，通常是利用固定到直立支撐件22上的夾緊構件30來進行夾緊，以使得彈性梁體8被夾置在直立支撐件22與夾緊構件30之間。與夾緊件的材料相接觸的彈簧材料的運動會不可避免地引發一定的摩擦損耗。這樣的損耗將是可變的，變化情況取決于彈簧和夾緊材料的確切特性、它們表面的光潔度、構造以及夾緊力。

此外，布置在梁體8上下兩側的磁體4、6需要被固定到彈性梁體8上。這些固定結構也會造成一定的摩擦損耗。

對于微機電系統(MEMs)裝置領域的普通技術人員來講，廣泛公知的是：在機電式發電機所采用的諧振系統中，希望能具有高的品質因子(Q因子)。摩擦損耗由于會降低Q因子，因而對于諧振器是不利的。

發明內容

因而，目前仍然需要提高機電式發電機-尤其是微型機電式發電機將機械振動能轉化為電能、進而轉化為可用電能的轉化效率。更具體而言，希望減小會降低Q因子的摩擦損耗。

還希望設計這樣一種機電式發電機-特別是微型機電式發電機：其克服或消除了上述彈性懸臂梁所存在的問題。

本發明致力于提供一種改進的機電式發電機，其采用彈性懸臂梁作為諧振元件，用于將機械振動能轉化為電能，該發電機的工作效率高于現有裝置的效率，和/或減弱或消除了摩擦損耗的問題。