用于将机械振动能转化为电能的机电发电机和方法

专利名称：用于将机械振动能转化为电能的机电发电机和方法
技术领域：
本发明涉及用于将机械振动能转化为电能的机电发电机和将机 械振动能转化为电能的方法。具体地说，本发明涉及这样一种装置， 该装置是能够将环境振动能转化为电能的小型发电机，例如用于对智 能传感器系统供电。该系统可用于在免除电力电缆或电池方面具有经 济或操作优点的多个领域。
背景技术：
当前在用于微机电系统(MEMS )装置的交流电源领域中的研究 活动的水平日益提高，这些装置在现有技术中描述为用于"能量收集" 和"寄生电源"。当前这些电源被研究用于对无线传感器供电。
公知使用机电发电机来从环境振动收集有用的电能。典型的磁体 一线圏发电机包括附接到磁体或线圏上的弹簧一质量体(mass)组合， 使得当系统振动时，线圏切入磁芯形成的磁通。在振动时运动的质量 体安装在悬臂梁上。该梁可连接到磁芯，使得线團相对于装置外壳固 定，反之亦然。
在Journal of Micromechanical Systems, Vol.13， No.3， June 2004， pp. 335-342公开的Mitcheson等人所著的题为"Architecture for vibration-driven micropower generators"的论文中，公开了各种机电 发电机。具体地说，公开了速度阻尼共振发电机(VDRG),其包括 用于从质量体一弹簧系统提取能量的阻尼器。该阻尼器例如可包括磁 体一线圏发电机，例如安装在衔铁(keeper)上的两个磁体的组合形
成C状芯，线圏与悬臂梁上的质量体的运动方向垂直地放置于磁体之 间的气隙中。
作者检验了阻尼因子来确定从速度阻尼共振发电机可获得的最大功率。具体地说，作者提供了计算获得最大功率的最优阻尼因子的 方法。利用速度阻尼共振发电机的共振频率计算最优阻尼因子。
虽然该现有公开提出了设计理论的机电发电机的有用机构，但当 机电发电机用于实际应用时，不可能精确地预测共振频率或最优阻尼 因子。针对被认为是可能的工作状况来设计和设定机电发电机。然而， 不能保证实际的工作状况与用于针对具体应用设定机电发电机的理 论思想对应。实践中，机电发电机设定为可以在较窄的可能工作状况 范围内操作，特别是阻尼因子设定为使功率输出位于包含最优功率输 出的范围内。然而，实际的功率输出对于具体应用不可能是最优的。 因此，机电发电机将机械振动能转化为电能从而转化为有用的电力的 工作效率不会最大。
而且，环境振动的频率可能在工作中改变。公知的机电发电机可 能由于该变化而不能以最大的效率工作。
另外，机电发电机的阻尼器结合有弹簧质量体，该弹簧质量体以 旨在与使用中装置的共振频率对应的频率围绕中央位置振荡。共振振 动的振幅取决于多个变量，特别是驱动振动的频率和幅度、共振器的
Q因子、共振器质量及其共振频率。
当机电发电机在从振动体收集能量的领域中投入使用时，不能从 所遇到的实际情况预测所有以上变量。弹簧质量体的振幅可能随时间 以间歇和不可预测的方式改变。
具体地说，机电发电机在使用中可能发生使弹簧质量体以过大振 幅(下面称为"不安全，，振幅)振荡的振动，导致质量体可能在其行进 的界限物理地撞击装置的外壳。可选地，如果没有外壳，那么质量体 可能以过大的振幅振荡，导致由于超出弹簧材料的屈服应力而使弹簧 永久损坏或劣化。在任一情况下，可以预期该撞击或屈服会使机电发 电机的工作寿命缩短至无法接受的程度。
在装置外壳被冲击的情况下，可以使用柔性材料作为可能互相接 触或撞击的表面之间的緩冲器。然而，这种"机械止动"会受到磨损并 且不会完全消除弹簧在撞击时受到的额外应力。共振振动能收集器有利地设计成使它们的Q因子尽可能高。这 是因为Q较高的发电机可产生较高电能。然而如果该装置处于驱动振 动的幅度高于预期的环境下，那么共振器的振幅可能大于设计或接纳 的振幅。该振幅可能使共振质量体撞击在装置外壳上并可能导致装置 在长期暴露之后永久损坏。

发明内容
因此，需要提供一种机电发电机，该机电发电机使得弹簧质量体 的振幅可按照间歇和不可预测的方式随着时间变化，因此使得不安全 振幅的损坏可能性降低，从而使工作寿命延长。
本发明旨在提供一种用于将机械振动能转化为电能的改进的机 电发电机，其可满足以上需求。
本发明还旨在提供一种用于将机械振动能转化为电能的改进的 机电发电机，其适于防止共振器的振幅超出某个阈值。
本发明还旨在提供一种用于将机械振动能转化为电能的改进的 机电发电机，其适于在振幅超出某个阈值时减小共振器的振幅。
本发明还旨在提供一种用于将机械振动能转化为电能的改进的 机电发电机，其包括振幅限制器，该限制器在低于特定或预定振幅阈 值时不会引起发电机的任何功率损失，从而当机电发电机在小于或不 大于特定或预定振幅阈值的特定或预定振幅工作范围下工作时避免 了机电发电机的能量转化效率的降低或使降低最少。
因此本发明提供了一种机电发电机，其包括用于将机械振动能转 化为电能的机电装置，该机电装置具有适于在一频率下以振荡振幅共 振的可振动质量体以及用于将振荡振幅调节至不大于最大阈值的值 的调节器。
优选地，根据一个优选方面，所述调节器包括至少一个用于所述 机电装置的输出电压的调压器，该至少一个调压器适于在输出电压超 过阈值电压时引起机电装置的输出短路。
更优选地，所述调压器包括至少一个齐纳二极管。在一个优选实施方式中，所述调节器包括两个跨机电装置的交流 电输出端连接的调压器，这两个调压器均具有预定的击穿电压，并跨 电输出端以电流相反的构造串联连接。
在另一个优选实施方式中，所述调节器包括跨机电装置的直流电 输出端连接的调压器，该调压器具有预定的击穿电压。
在另一个优选实施方式中，所述调节器包括跨机电装置的交流 电输出端连接的两个第一调压器，这两个调压器均具有预定的击穿电 压，并跨电输出端以电流相反的构造串联连接；连接到所述调压器的 整流器；以及跨所述整流器的直流电输出端连接的第二调压器，该第 二调压器具有预定的击穿电压。
在另一个优选实施方式中，所述调节器包括跨机电装置的交流电 输出端连接的整流器，该整流器结合有各自具有预定的击穿电压的多 个调压器。
优选地，根据另一优选方面，所述机电发电机还包括用于检测振 荡振幅的检测器以及用于确定检测的振荡振幅是否高于预定最大阈 值的比较器，所述调节器可响应于该比较器操作。
优选地，所述检测器适于检测来自机电装置的电输出，所述比较 器适于将检测的电输出与对应于预定最大振幅的电输出的阈值进行 比较。
在一个实施方式中，所述检测器适于检测从所述机电装置输出的 交流电流和交流电压。
优选地，所述比较器适于计算由机电装置产生的电动势的值，并 且将该值与电动势的预设值比较。
在另一实施方式中，所述机电发电机还包括用于对机电装置的电 输出整流的整流器，并且所述检测器适于检测从该整流器输出的直流 电5充和直-虎电压。
优选地，所述机电发电机还包括跨机电装置的输出端子连接的具 有可变阻抗的分路阻抗元件，所述调节器适于调节所述分路阻抗元件 的阻抗，从而调节振荡振幅。
8更优选地，当振荡振幅不大于预定最大阈值时所述分路阻抗元件 的阻抗较高，并且当振荡振幅高于预定最大阈值时所述分路阻抗元件 的阻抗较低。
在可选实施方式中，所述检测器选自以下之一光学接近装置、 磁性接近装置、机械接近装置、压电装置、电磁感应装置或磁致伸缩 装置。
优选地，所述调节器适于响应于检测振幅提供对振幅的动态反馈控制。
更优选地，动态反馈控制是连续或间歇的。 本发明还提供了一种利用机电发电机用于将机械振动能转化为 电能的方法，该方法包括以下步骤
(a) 提供包括机电装置的机电发电机，该机电装置用于在其电 输出端处将机械振动能转化为电能，该机电装置具有适于在共振频率 下以振荡振幅共振的可振动质量体；
(b) 使所述机电装置振动，从而使所述可振动质量体振动而在 电输出端处产生输出电压；以及
(c) 在输出电压高于预定最大阈值时通过使电输出端短路将输 出电压控制在预定最大阈值以下，从而将振荡振幅调节至不大于预定 最大阈值的值。
本发明还提供了 一种机电发电机，其包括用于将机械振动能转化 为电能的机电装置，该机电装置具有适于在一频率下以振荡振幅共振 的可振动质量体、用于电能的电输出端、以及至少一个用于调节所述 电输出端处的输出电压的调压器，该至少一个调压器跨所述电输出端 连接，并适于在输出电压超过阈值电压时使机电装置的电输出端短 路，从而导致所述可振动质量体的振动衰减。
本发明还提供了一种机电发电机，其包括用于将机械振动能转 化为电能的机电装置，该机电装置具有适于在一频率下以振荡振幅共 振的可振动质量体，该可振动质量体具有从包括至少一个线團和至少 一个磁体的组中选择的第一元件，并且该可振动质量体布置成相对于所述机电装置的第二元件振动，该第二元件从包括至少一个磁体和至
少一个线圏的组中选择；检测器，该检测器用于检测来自所述^L电装 置的至少一个线圏的电输出；比较器，该比较器用于计算由所述机电 装置的所述至少一个线圏产生的电动势的值，并且将该值与电动势的 预设值比较；分路阻抗元件，该分路阻抗元件跨所述机电装置的输出 端子连接，并具有可变阻抗；以及调节器，该调节器响应于所述比较 器操作，适于调节所述分路阻抗元件的阻抗，从而将计算的电动势值 调节为不大于电动势的预设值的值。


下面将仅参照附图通过实施例描述本发明的实施方式，附图中 图1是根据本发明一个实施方式在机电发电机中使用的用于将
机械振动能转化为电能的机电装置的示意性侧视图2是根据本发明第一实施方式的机电发电机的示意性框图，该
机电发电机结合有图1的机电装置；
图3是根据本发明第二实施方式的机电发电机的示意性框图，该
机电发电机结合有图1的机电装置；
图4是根据本发明第三实施方式的机电发电机的示意图5是表示根据本发明第三实施方式的机电发电机的振幅与正
弦驱动加速度之间的关系的曲线图6是根据本发明第四实施方式的机电发电机的示意图7是根据本发明第五实施方式的机电发电机的示意图；并且
图8是根据本发明第六实施方式的机电发电机的示意图。
具体实施例方式
图l表示根据本发明一个实施方式使用的用于将机械振动能转
化为电能的机电装置2。机电装置2使用安装在外壳6内的共振质量 体—弹簧结构4。共振质量体一弹簧结构4包括通过弹簧12和阻尼器 14安装到外壳6的内壁10上的惯性质量体8,弹簧12和阻尼器14为平行构造。
如果外壳6发生受到外部振动源的影响，使其沿着方向A-A运 动，那么惯性质量体8可能也沿着方向A-A相对于外壳6运动。此时， 弹簧12的长度改变，压缩或伸长，并对阻尼器14做功。
在图1中，为了简化将阻尼器14示意性示出为活塞和缸的结构。 然而，本领域技术人员公知，阻尼器14包括能够在其两个部件相对 运动时产生电流的组件。机械能可通过电磁耦合和/或压电耦合转化为 电能。通常，布置成可平移运动的"活塞"包括电线團，布置成静止的 "缸，，包括产生电线圏布置于其中的磁通区域的磁性组件。然而，可利 用相反的构造。电线圏在磁通内的运动使得在电线圏中感生出电流， 该电流可用作驱动外部装置(未示出)的电力源。
本发明优选利用的机电装置是在现有技术中公知为"速度阻尼" 的共振发电机，其中惯性质量体8相对于外壳6的运动所做的功与该 运动的瞬时速度成比例。不可避免的是，该功的一部分被吸收用于克 服不期望的机械损失或电损失，但是其余的功可用于通过适当的换能 器机构(例如上述电线圏/磁性组件)产生电流。
速度阻尼共振发电机在被沿方向A-A的机械振动激励时具有公 知的特征响应。质量体m相对于外壳的相对运动的振幅Z。是正弦振 动的角频率f和振幅Yo、弹簧常数k和阻尼系数c的函数
本发明的一个目的是将质量体一弹簧和换能器机构进行动态优 化以控制质量体的最大振幅，从而限制最大振幅低于与"安全"振幅对 应的最大阈值振幅。
对于在静止电线圏之间的悬臂梁上安装有磁体的典型的机电发 电机，振幅(Z。)通常约lmm。
图2是根据本发明第一实施方式的机电发电机20的示意性框图。
机电发电机20包括如上参照图1所述的用于将机械振动能转化 为电能的机电装置2。检测器22连接到机电装置2的电输出端，在该实施方式中机电装置2的电输出端包括至少一个线围34的端子30、 32，线圏34相对于承载至少一个磁体35的悬臂梁33安装。检测器 22适于检测机电装置2产生的输出电压(V。ut)和输出电流(I。ut)。 EMF计算器24连接到检测器22并适于根据以下表达式计算代表换 能元件的输出EMF的量 EMF=V。ut+(I。ut*Rtrans)
其中Rtms是能量收集机电装置2的换能元件(例如线圏)的内阻抗。
EMF是电磁感应产生的电压并与振荡振幅成正比。 从EMF计算器24向与其相连的比较器26发送代表计算的EMF 值的信号。比较器26将计算的EMF值与预设EMF值比较，从而确 定振幅是否低于预定的最大阈值。比较器26的输出端连接到调节器 28。
调节器28适于提供跨线圏34的端子30、 32的可控的可变分路 阻抗36。如果振幅确定为"安全"，那么将分路阻抗设定为较高，例如 至少为lMohm。相比之下，如果振幅确定为"不安全"，那么减小分 路阻抗，直到振幅回到安全水平。减小的分路阻抗允许更大的电流流 经线圈，从而使抵抗运动的力变大从而增加振荡的阻尼。这又导致共 振振动的振幅减小，直到振幅低于预定的最大阈值。因此由EMF表 示的振荡振幅被检测并动态调节至设计为"安全"的预定阈值。
该控制操作提供了对振幅的动态反馈控制，响应于通过确定机电 装置的电输出而间接检测的振幅。动态反馈控制可在能量收集操作期 间连续或间歇地进行。
调节器28连接到AC/DC整流器38，整流器38又连接到负载39。
图3是根据本发明第二实施方式的机电发电机120的示意性框图。
与第一实施方式相比，第二实施方式通过检测来自与机电装置2 的电输出端(在该实施方式中为线圏的输出端子)相连的AC/DC整流器的整流后DC电压和电流而得到改进。因此，在第二实施方式中， 机电发电机120包括如上参照图1所述的用于将机械振动能转化为电 能的机电装置2。AC/DC整流器42连接到线圏34的输出端子30、32。 检测器44连接到整流器42的电输出端，并适于检测由整流器42产 生的输出DC电压和输出DC电流。EMF计算器46连接到检测器44 并适于以与第一实施方式类似的方式计算代表线圏EMF的量。
从EMF计算器46向与其相连的比较器48发送代表计算的EMF 值的信号。比较器48将计算的EMF值与预设EMF值比较，从而确 定振幅是否低于预定的最大阈值。比较器48的输出端连接到调节器 50。
调节器50适于以如上参照第一实施方式描述的方式提供跨线圏 34的端子30、 32的可控的可变分路阻抗52。 从整流器42输出的DC被发送到负载54。
第一和第二实施方式提供了对低于预设阈值的振幅的动态控制，
利用现有的机电发电机的能量提取机构来检测振幅。因此除了附加的 感测和控制电路之外，第一和第二实施方式不需要任何附加的振幅检 测设备。在每个实施方式中，能量感测电路设置为连接到振幅调节电 路。在每个实施方式中，感测电路为调节电路提供控制输入。
然而，本发明的可选实施方式可设有这类附加的振幅检测设备， 振幅检测设备安装为检测振荡质量体的运动，并受到监测，使得当达 到"不安全，，振幅时发出信号，振幅检测设备例如为光学接近装置、 磁性接近装置、机械接近装置、压电装置、电磁感应装置或磁致伸缩装置。
图4示出了根据本发明的机电发电机的第三实施方式。机电发电 机220包括具有质量体一弹簧结构224的机电装置222，质量体一弹 簧结构224例如呈图1至图3的任何质量体一弹簧结构的形式，其中 可振动的质量体适于以固有频率以振荡振幅共振。机电装置222具有 电输出端，电输出端在该实施方式中包括两个输出端子226、 228,每 个输出端子连接有相应的电引线230、 232。在使用中，电引线230、
13232通过相应的连接器234、 236连接到待由机电发电机220电驱动的 外部电路。
两个调压器238、 240跨电引线230、 232并联连接。每个调压器 238、 240适于以低阻抗允许电流沿相应的第一(前进)电流方向流过， 并且当电压低于特定或预定的击穿电压时以高阻抗阻止电流沿相应 的第二(后退)电流方向流过。这两个调压器238、 240跨电引线230、 232沿相对于它们相应的前进和后退方向的相反方向串联连接。例如， 对于调压器238，电流的前进方向为从引线230到引线232，电流的 后退方向为从引线232到引线230，而对于调压器240，电流的后退 方向为从引线230到引线232，电流的前进方向为从引线232到引线 230。
最优选的是，每个调压器238、 240包括齐纳二极管，两个齐纳 二极管238、 240沿相反的前进和后退方向串联连接，每个齐纳二极 管的击穿电压与齐纳二极管的相应的齐纳电压对应。对于两个齐纳二 极管238、 240的该构造，连接器234、 236处的电输出为交流电流 (AC)。
每个调压器238、 240的击穿电压预定为在两个输出端子226、 228的输出电压超过与击穿电压对应的特定阈值时提供机电发电机 220的电输出的短路，击穿电压对应于振动质量体的预定最大振幅。
作为示例，机电发电机被数学模拟，并具有表l中示出的以下设 计参数。
表1
参数符号值
质量M
Q因子Q300
线圏电阻Rc10kQ
电磁耦合系数K2.0kg/s
共振器固有频率120Hz
利用这些参数，可以计算质量体运动的模拟振幅(以mm表示)
14如何相对于正弦驱动加速度(以mgRMs表示)变化。该变化取决于输 出电路，具体取决于(a)在两个输出端子226、 228之间是否存在 断路；(b)在两个输出端子226、 228之间通过两个齐纳二极管238、 240是否存在电路；或者(c)在两个输出端子226、 228之间是否存 在短路。图5表示在这三种情况下对机电发电机的模拟，该机电发电 机用作以固有频率通过正弦振动幅度a被驱动的电磁振动能收集器， 其中在后一种情况下齐纳二极管238、 240的齐纳电压均为10伏。
在断路情况下，即缺少根据本发明该方面的调压器的情况下，在 正弦驱动加速度增加时，振幅以线性方式对应地增加。这意味着振幅 可以变大，使得在250mgRMS的正弦驱动加速度下，质量体运动的振 幅高达士1.8mm。这会导致损坏机电发电机。而且，输出电压会对应 地增加至较高值，这可能使机电发电机在用于存在潜在爆炸危险(例 如由于细粉或燃烧气体)的环境中时构成潜在危害。
相比之下，根据本发明，当两个输出端子226、 228之间的电路 包括两个具有根据本发明该方面的调压器的齐纳二极管238、 240时， 随着正弦驱动加速度的增加，振幅限制于基本最大值。具体地说，当 正弦驱动加速度从零增加到特定值(图1中的X，在该实施例中对应 于约25mgRMs)时，振幅线性增加到阈值(图1中的A)。在这些情 况下，输出电压正好低于齐纳二极管的10V的击穿(齐纳)电压。如 果正弦驱动加速度进一步增加到值X以上，那么击穿电压等于或超过 齐纳电压。齐纳二极管沿相应的后退方向引导电流。这导致输出端子 之间的电短路，并且使得振动衰减，而基本限制了输出电压和振幅进 一步增加。在250mgRMS的正弦驱动加速度下，质量体运动的振幅仅 为士0.35mm。该振幅明显低于断路条件下的振幅。振幅的限制可通过 将振幅限制在特定或预定最大值而避免损坏机电发电机。而且，输出 电压会对应地限制在与齐納电压对应的值。这使机电发电机在用于存 在潜在爆炸危险(例如由于细粉或燃烧气体)的环境中时构成潜在危 害的可能性明显降低。
相比之下，在短路情况下，即缺少根据本发明该方面的调压器并且两个输出端子226、 228电连接在一起的情况下，在正弦驱动加速 度增加时，振幅以线性方式对应地增加，但是由于短路在所有振幅下 引起阻尼，所以振幅非常低。在250mgRMS下的振幅仅为运动的 士0.17mm。
图6示出了根据本发明的第四实施方式的机电发电机320。这是 对图3的实施方式的改进，结合由整流器以产生DC电流输出，并且 其中在与连接到待由机电发电机电力驱动的外部电路的连接器与整 流器之间设有调压器。
机电发电机320包括具有质量体一弹簧结构324的机电装置322， 质量体一弹簧结构324例如呈图1至图3的任何质量体一弹簧结构的 形式，其中可振动的质量体适于以固有频率以振荡振幅共振。机电装 置322具有电输出端，电输出端包括两个输出端子326、 328，每个输 出端子连接有相应的电引线330、 332。电引线330、 332连接到以公 知方式包括四个循环串联二极管的AC-DC整流器354的相应的输入 端子350、 352。 AC-DC整流器354的输出端子356、 358具有输出引 线360、 362。呈齐纳二极管形式的调压器364跨输出引线360、 362 连接。在使用中，电引线360、 362通过相应的连接器366、 368连接 到待由机电发电机320电力驱动的外部电路。当来自整流器的输出 DC电压超过调压器的击穿电压时，输出引线被短路，从而限制机电 发电机320的振幅。
图7示出了根据本发明的第五实施方式的机电发电机420。这是 对图6的实施方式的改进，在整流器426的AC侧上另外结合有相对 的调压器，调压器呈齐纳二极管422、 424的形式。
图8示出了根据本发明的第六实施方式的机电发电机520。这是 对图5的实施方式的改进，其中整流器522自身结合有调压器，调压 器呈齐纳二极管524、 526、 528、 530的形式。齐纳二极管用于桥式 整流，而且提供了关于图4、图6和图7的其它实施方式描述的"阈上 短路"性能。
当所有齐纳二极管具有相同的齐纳电压时，图6和图7的实施方式都产生了相同的输出。图8的实施方式对于相同的输出所需的齐纳 二极管的齐纳电压比图6和图7的实施方式多出一半。因而图6至图 8表述的实施方式的输出相同并在图4中示出。
利用调压器降低振幅的该方法的另一好处是限制了输出电压。在 由于细粉或燃烧气体而存在潜在爆炸危险的环境下，输出电压和电流 必须被严格限制。图5至图8的所有电路表现出了限幅(限制)于所 用齐纳二极管值的电压输出波形。
本发明的其它改进和实施方式对于本领域技术人员显而易见。例 如，在所示实施方式中，压电元件可替代线圏/磁体组合，并可如本文 所述检测压电元件的电输出。
权利要求
1、一种机电发电机，其包括用于将机械振动能转化为电能的机电装置，该机电装置具有适于在一频率下以振荡振幅共振的可振动质量体以及用于将所述振荡振幅调节至不大于最大阈值的值的调节器。
2、 根据权利要求1所述的机电发电机，其中，所述调节器包括 至少一个用于所述机电装置的输出电压的调压器，该至少一个调压器 适于在输出电压超过阈值电压时引起机电装置的输出短路。
3、 根据权利要求2所述的机电发电机，其中，所述调压器包括 至少一个齐纳二极管。
4、 根据权利要求2所述的机电发电机，其中，所述调节器包括 两个跨所述机电装置的交流电输出端连接的调压器，这两个调压器均 具有预定的击穿电压，并跨电输出端以电流相反的构造串联连接。
5、 根据权利要求2所述的机电发电机，其中，所述调节器包括 跨所述机电装置的直流电输出端连接的调压器，该调压器具有预定的 击穿电压。
6、 根据权利要求2所述的机电发电机，其中，所述调节器包括 跨所述机电装置的交流电输出端连接的两个第一调压器，这两个调压 器均具有预定的击穿电压，并跨电输出端以电流相反的构造串联连 接；连接到所迷调压器的整流器；以及跨所述整流器的直流电输出端 连接的第二调压器，该第二调压器具有预定的击穿电压。
7、 根据权利要求2所述的机电发电机，其中，所述调节器包括 跨所述机电装置的交流电输出端连接的整流器，该整流器结合有各自 具有预定的击穿电压的多个调压器。
8、 根据权利要求1所述的机电发电机，该机电发电机还包括用 于检测振荡振幅的检测器以及用于确定检测的振荡振幅是否高于预 定最大阈值的比较器，其中所述调节器响应于该比较器操作。
9、 根据权利要求8所述的机电发电机，其中，所述检测器适于 检测来自所述机电装置的电输出，所述比较器适于将检测的电输出与对应于预定最大振幅的电输出的阈值进行比较。
10、 根据权利要求9所述的机电发电机，其中，所述检测器适于 检测从所述机电装置输出的交流电流和交流电压。
11、 根据权利要求10所述的机电发电机，其中，所述比较器适 于计算由机电装置产生的电动势的值，并且将该值与电动势的预设值 比较。
12、 根据权利要求9所述的机电发电机，该机电发电机还包括用 于对所述机电装置的电输出整流的整流器，并且所述检测器适于检测 从该整流器输出的直流电流和直流电压。
13、 根据权利要求9所述的机电发电机，该机电发电机还包括跨 所述机电装置的输出端子连接的具有可变阻抗的分路阻抗元件，其中 所述调节器适于调节所述分路阻抗元件的阻抗，从而调节振荡振幅。
14、 根据权利要求13所述的机电发电机，其中，当振荡振幅不 大于预定最大阈值时所述分路阻抗元件的阻抗较高，并且当振荡振幅 高于预定最大阈值时所述分路阻抗元件的阻抗较低。
15、 根据权利要求8所述的机电发电机，其中，所述检测器选自 以下之一光学接近装置、磁性接近装置、机械接近装置、压电装置、 电磁感应装置或磁致伸缩装置。
16、 根据权利要求8所述的机电发电机，其中，所述调节器适于 响应于检测振幅提供对振幅的动态反馈控制。
17、 根据权利要求16所述的机电发电机，其中，动态反馈控制 是连续或间歇的。
18、 一种利用机电发电机用于将机械振动能转化为电能的方法， 该方法包括以下步骤(a) 提供包括机电装置的机电发电机，该机电装置用于在其电 输出端处将机械振动能转化为电能，该机电装置具有适于在共振频率 下以振荡振幅共振的可振动质量体；(b) 使所述机电装置振动，从而使所迷可振动质量体振动而在 电输出端处产生输出电压；以及(C)在输出电压高于预定最大阈值时通过使电输出端短路将输 出电压控制在预定最大阈值以下，从而将振荡振幅调节至不大于预定 最大阈值的值。
19、 一种机电发电机，其包括用于将机械振动能转化为电能的机 电装置，该机电装置具有适于在一频率下以振荡振幅共振的可振动质 量体、用于电能的电输出端、以及至少一个用于调节所述电输出端处 的输出电压的调压器，该至少一个调压器跨所述电输出端连接，并适 于在输出电压超过阈值电压时使机电装置的电输出端短路，从而使得 所述可振动质量体的振动衰减。
20、 一种机电发电机，其包括用于将机械振动能转化为电能的 机电装置，该机电装置具有适于在一频率下以振荡振幅共振的可振动 质量体，该可振动质量体具有从包括至少一个线團和至少一个磁体的 组中选择的第一元件，并且该可振动质量体布置成相对于所述机电装 置的第二元件振动，该第二元件从包括至少一个磁体和至少 一个线圏 的組中选择；检测器，该检测器用于检测来自所述机电装置的至少一 个线圏的电输出；比较器，该比较器用于计算由所述机电装置的所述 至少一个线圏产生的电动势的值，并且将该值与电动势的预设值比 较；分路阻抗元件，该分路阻抗元件跨所述机电装置的输出端子连接， 并具有可变阻抗；以及调节器，该调节器响应于所述比较器操作，适 于调节所述分路阻抗元件的阻抗，从而将计算的电动势值调节为不大 于电动势的预设值的值。
全文摘要
一种机电发电机，其包括用于将机械振动能转化为电能的机电装置，该机电装置具有适于在一频率下以振荡振幅共振的可振动质量体以及用于将振荡振幅调节至不大于最大阈值的值的调节器。
文档编号H02K7/18GK101449450SQ200780013676
公开日2009年6月3日 申请日期2007年3月6日 优先权日2006年3月8日
发明者B·奇尼, S·罗伯茨 申请人:佩尔皮图姆有限公司