[发明专利]用于将机械振动能转化为电能的机电式发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将机械振动能转化为电能的机电式发电机。特别是，本发明涉及这样的一种装置：其是一种能将周围的振动能转化为电能的微缩发电机，这种装置例如被用于向智能传感器系统供电。这样的传感器系统可被用在无法接近的区域中，在这些区域中，无法实用地连接导线，从而无法提供电力或传输传感器的信号。

背景技术

目前，在用于微型机电系统(MEMs)装置的交流电源领域，研究活动的力度在逐渐增大，其中的MEMs装置例如是现有技术中那些被用来“采收能量”的装置和被作为“寄生电源”的装置。目前人们正在对这些电源展开研究，用以对无线传感器进行供电。

公知的是：可利用机电式发电机来从周围的振动中采收有用的电能。典型的磁体-线圈式发电机是由弹簧-质量体的组合体构成的，该组合体连接到磁体或线圈上的连接方式能实现如下的效果：当系统振动时，线圈切割由磁心产生的磁通。质量体被安装在悬臂梁上，当其被振动时其可产生运动。悬臂梁或者可被连接到磁心上，并使得线圈相对于装置的封壳保持固定，或者采取相反的布置形式。这样的机电式发电机被微型化处理。这就使得这些发电机易于被布置在宿主设备上或中的多个位置处，以便于提供电能，以驱动单个或多个组成部件。

图1表示了现有技术中一种已有的微型机电式发电机。机电式发电机2的这种已知设计方案具有磁体4、6，它们被连接到柔性的弹簧钢梁体8上，并靠近固定的铜线圈10，线圈10位于两磁体4、6之间。在梁体8的自由端14上制有开孔12，磁体4、6被布置在开孔12的相对两侧。线圈10被布置在开孔12中，并被安装在从基座18向上延伸的臂件16上。梁体8的另一端20被固定到从基座18向上延伸的直立支撑件22上。两磁体4、6各包括一对磁体元件24、26，两磁体元件24、26分别被布置在梁体8的上下两侧，且各对磁体元件中的两磁体元件24、26都被保持衔铁28连接到一起，其中，保持衔铁位于远离线圈10的一侧。这样就在磁体4、6之间形成了磁通区域，线圈10被布置在该区域中。可在基座18上安装罩盖(图中未示出)，以便于封闭并保护机电式发电机的移动元件。

当该机电式发电机2在竖直方向(见图1)上受到振动作用、且振动频率接近于由梁体8和磁体4、6所组成组件的谐振频率时，梁体8和承载在其上的磁体4、6将相对于线圈10发生振荡运动。该运动会导致穿过线圈10的磁通量发生变化，因而在线圈10的导线中产生出感生电压。

这种公知的机电式发电机2需要作为悬臂梁的弹性梁体8支撑着可振动的磁体组件。这种梁体需要被设置为合适的弹簧材料，以便于使得支撑着可振动磁体组件的梁体能被精心地调谐。但难于精确地作到这一点，在机电式发电机2的设计工作寿命内，弹性梁体的谐振特性会发生改变。

在利用薄片弹簧材料形成机械谐振器-特别是包括悬臂梁的谐振器时，必须特别关注其端部处的夹紧部位。在图1中，弹性梁体8必须被夹紧到直立的支撑件22上，通常是利用固定到直立支撑件22上的夹紧构件30来进行夹紧，以使得弹性梁体8被夹置在直立支撑件22与夹紧构件30之间。与夹紧件的材料相接触的弹簧材料的运动会不可避免地引发一定的摩擦损耗。这样的损耗将是可变的，变化情况取决于弹簧和夹紧材料的确切特性、它们表面的光洁度、构造以及夹紧力。

此外，布置在梁体8上下两侧的磁体4、6需要被固定到弹性梁体8上。这些固定结构也会造成一定的摩擦损耗。

对于微机电系统(MEMs)装置领域的普通技术人员来讲，广泛公知的是：在机电式发电机所采用的谐振系统中，希望能具有高的品质因子(Q因子)。摩擦损耗由于会降低Q因子，因而对于谐振器是不利的。

发明内容

因而，目前仍然需要提高机电式发电机-尤其是微型机电式发电机将机械振动能转化为电能、进而转化为可用电能的转化效率。更具体而言，希望减小会降低Q因子的摩擦损耗。

还希望设计这样一种机电式发电机-特别是微型机电式发电机：其克服或消除了上述弹性悬臂梁所存在的问题。

本发明致力于提供一种改进的机电式发电机，其采用弹性悬臂梁作为谐振元件，用于将机械振动能转化为电能，该发电机的工作效率高于现有装置的效率，和/或减弱或消除了摩擦损耗的问题。