用于以压电元件生成能量的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及能量生成设备，具有至少一个磁场生成设备、至少一个磁场相互作用装置以及至少一个形成为压电元件装置的能量生成装置。此外，本发明涉及用于通过使用至少一个压电元件装置生成电能的方法。
【背景技术】
[0002]为产生电能，最一般地通常要求必须将机械运动转化为电能。机械运动在此可通过不同的方式产生。例如，可构思在热机、手摇柄上产生的或通过可再生能源形式(例如，风力、水力等)产生的机械能。特别地，在分散式设备中，与中央式发电厂(燃煤电厂、核电厂等)相比，存在的并且待转换的功率是小功率。这特别地对于风力和水力发电厂(在水力发电厂的情况中，特别地针对小型水力发电厂)也成立，其中所产生的每单位机械功率小。也日益建议所谓的“energy harvesting(能量收集)”，其中由例如环境温度波动、振动或空气流动的来源产生能量。典型地，在此产生相对小的电功率，这特别地用于驱动带有相对小的电力需求的移动装置。
[0003]在风场中，例如典型地每个单独的风轮驱动自己的发电机，其中每个风轮所产生的机械功率相对低。这通过相应地大量的风轮得以补偿。因为例如为保留风能，发电机应尽可能安装在风轮附近，以将传输损失保持为尽可能低，此外希望将发电机构造为相对小、轻并紧凑，以使其例如可有利地安置在风力发电设备的机舱内。
[0004]此外，当然总是应考虑经济方面，其中这不仅涉及发电机自身的成本，而且特别地也应考虑安装(固定在较高的塔架上)所要求的费用(以重新返回到风轮的示例)。
[0005]在多种产生电能的可能性中，在现有技术中已建议使用压电元件。此压电元件目前达到了可产生适合于驱动电气装置的电功率的水平。通过使用压电元件的发电机例如在德国专利文献DE 26 12 099 B1、德国公开文献DE100 54 398 Al或德国专利申请DE 102009 033 403 Al中描述。但在此描述的全部发电机具有在运动的装置和压电元件之间的机械接触。由此，产生了对于压电元件的发电所要求的时变的机械压力。在那里建议的发电机中，问题正是该时变的机械接触。这部分地导致明显的摩擦损失，导致不可忽略的机械磨损，部分地导致明显的运行噪声并且导致相应的机械磨损。此类发电机的另外的缺点是其对于即使很小的长度改变(例如，可通过热变形或机械载荷容易地导致的长度改变)的敏感性。因为压电元件的变形在运行中典型地仅在数十微米至数百微米的范围内发生，所以“无意的”长度改变快速地达到或超过临界范围。因此，在目前的具有接触的压电发电机中要求提供缓冲元件，所述缓冲元件防止了机械过载。总之，这导致的明显的缺点是，在此所建议的发电机对于大量的使用领域在技术上并且特别地在也在经济上是不合适的。
[0006]虽然在现有技术中已建议了大量不同的发电设备并且其也已达到各发展水平，但总是存在改进的需求。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的任务是建议一种相对于现有技术中已知的能量生成设备改进的能量生成设备。此外，本发明的任务在于建议一种相对于现有技术中已知的用于产生电能的方法改进的用于产生电能的方法。
[0008]本发明解决了此任务。
[0009]建议将具有至少一个磁场生成设备、至少一个磁场相互作用装置以及至少一个形成为压电元件装置的能量生成装置的能量生成设备构造为使得磁场生成设备形成并设置为使其至少暂时地产生时变磁场。在此，能量生成设备的结构通常使得由磁场生成设备所产生的磁场作用在至少一个磁场相互作用装置上或与之相互作用。相互作用通常进行为使得相互作用主要地、优选地基本上通过磁场进行。特别地，通常在磁场生成设备和至少一个磁场相互作用装置之间不出现机械接触，至少不出现明显的机械接触。在此，相对于现有技术中许多已知的能量生成设备优点在于:部分地明显降低的机械磨损，降低的摩擦，部分地廉价的结构(因为在机械接触设备中经常必须提供昂贵的摩擦降低设备和/或硬化)，和在通常更低的运行噪声下的通常更长的使用寿命。另外的优点在于通常可省去缓冲元件，所述缓冲元件目前通常是要求的，以例如避免由于热变形或机械变形导致的机械过载。磁场相互作用装置通常直接与压电元件装置机械连接。其可因此将最终由时变磁场导致的机械力传输到至少一个与其连接的压电元件装置上。以此，可提供机械功，压电元件装置为了能够产生电能而需要该机械功。通常，当磁场生成设备处于运行模式中时，即产生电能时，时变磁场总是时间上变化的。时变磁场的变化在此可涉及强度的变化以及磁场的位置的变化(当然，也涉及两者的变化)。磁场相互作用装置此外可构建为使其自身产生磁场(即，例如磁场相互作用装置可以是被电流通过的导体、电导体条、永磁体等)，但也可构建为使其与磁场组合地相互作用，而自身不产生(明显的)磁场(例如，铁磁性材料)。在使用所建议的设备时，优点此外在于，在产生电能时通常产生相对少的高次谐波。相应地，明显地更简单地控制EMV问题。通常，简单的衰减环节(如果此衰减环节是要求的)已足以实现有效的高次谐波抑制。所建议的能量生成设备的至少一个部分的另外的优点在于，此能量生成设备部分地对于高温相对不敏感。常规的发动机例如最好在直至200°C的温度范围内可使用。但利用压电元件装置，可通常相对无问题地应对直至400°C和更高的温度。这使得为引出电流通常要求相应的适合于高温的电导体(例如钨线，所述钨线由于其相对于铜相对低的导电能力通常导致整体设备的变差的效率，但在此温度范围内则可使用钨线)。最后，所建议的能量生成设备在原理上也更好地适合于高真空使用。这是因为通常的发电机为避免电弧必须具有合适的绝缘装置。但特别地在高真空范围内，仅可利用相对少的绝缘装置，特别是由于许多电绝缘材料的气体析出行为。因为在建议的能量生成设备中通常将使用(与常规的发电机相比)明显更少的绝缘装置，所以在高真空范围内的使用因此明显简单地实现。压电元件装置可特别是单个压电元件或是“压电元件堆”(即，压电元件的“串联布置”的形式)，使得例如可实现的电压可升高。换言之，结构实现为使得在压电元件装置的单独的位置上的压力载荷(可能也包括拉力载荷)在压电元件装置的多个压电元件中导致产生应力。在此方面应注意的是，使得压电元件具有二维面结构的形式。在“串联布置”中，通常单独的压电元件的形成为面的表面区域相互连接或相互接触。
[0010]在此建议，使得至少一个磁场相互作用装置与至少一个压电元件装置至少基本上机械地刚性连接，和/或至少一个压电元件装置与能量生成设备的至少一个相应的部分至少基本上机械地刚性连接，和/或至少一个磁场生成设备与能量生成设备的至少一个相应的部分至少基本上机械地刚性连接。“能量生成设备的相应的部分”例如可以是壳体装置的部分，用于磁场生成装置、压电元件装置和/或磁场相互作用装置的保持装置的部分，等。换言之，不设置弹簧装置、弯曲棒装置或其他机械可逆可变形的装置，如与能量生成设备相结合地提供的，其在产生电能时利用共振效应。“基本上机