CN101421861A - 用于将机械振动能转换为电能的机电式发电机 - Google Patents

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Abstract

一种机电式发电机包括用于将机械振动能转换为电能的机电式装置，该机电式装置包括：壳体；固定地安装在壳体中的导电线圈；磁体组件，其被可动地安装在壳体中，以便于沿着轴线实现线性振动运动，该磁体组件具有一对对置的磁极表面，它们之间形成了间隙，线圈被布置在该间隙中；以及偏压装置，其被安装在壳体与磁体组件之间，该偏压装置沿着所述轴线在相反方向上将磁体组件朝向中间位置偏移。

Description

用于将机械振动能转换为电能的机电式发电机
技术领域
本发明涉及一种用于将机械振动能转换为电能的机电式发电机。特别是，本发明涉及一种这样的装置：其是一种微型化的发电机，该发电机能将周围环境的振动转换为电能，其例如被用于向智能化的传感器系统供电。这样的系统可被应用在许多场合中，在这些场合中，由于取消了供电线缆或电池，所以带来了经济性或工作性能方面的益处。
背景技术
目前，在用于无线传感器的替代电源领域，研发活动越来越活跃，在现有技术中，这些装置被描述为用于执行“能量采收”工作。
已知的是：使用机电式发电机来从环境振动中采收可用的电能。普通的磁体-线圈式发电机是由联接到磁体或线圈上的弹簧-质量体组合体构成的，其中，按照这样的形式来进行联接：当系统振动时，使得线圈能切割由磁芯所产生的磁通。质量体被安装到悬臂梁上，当其被振动时，其产生运动。悬臂梁或者是被连接到磁芯上，而线圈相对于装置所用的罩壳则是固定的，或者是相反的情况。
使用悬臂梁作为弹簧会带来一些技术上的问题。首先，悬臂梁围绕其中间位置的运动是非线性的。因而，磁体与线圈之间的任何磁耦合都不是优化的—除非这些组成部件采用了相对复杂的形态。
此外，或者是线圈或者是磁体被安装成可在悬臂梁上实现谐振运动。在任何一种情况下，必须对安装在悬臂梁上的质量体进行精心的控制，以确保系统的固有频率对应于所设计的固有频率。对于某些结构形式，对质量体进行这样的精心控制在实际情况中可能是难于实现，而且会极大地增加制造成本，这是由于制造具有所需质量的质量体的难度和复杂性所致。
另外，本领域公知的设计规律是：磁芯发电机中弹簧-质量体组合体的质量越大，发电机的输出电功率越大。但是，在实践中，将过大的质量体装在悬臂梁上、同时不仅保持着对固有频率的精确控制而且实现了紧凑而坚固的结构将是有难度的。
但是，现有机电式发电机—特别是具有悬臂梁的机电式发电机存在的主要问题是：其电力输出通常太低。这是由于磁体-线圈式发电机中弹簧-质量体组合体存在的一个因素所致：围绕着额定固有频率的谐振带宽区间狭窄。因而，由于在实际情况中的振动通常趋于发生在比围绕着该固有频率的带宽区间更为宽广的频率带宽中，所以，实际情况中的磁耦合相比于理论上的最大设计值被减弱了。这反过来就意味着可从机电式发电机可靠获取的最大电压相对较低。反过来，这会严重地限制机电式发电机的工作应用场合。
现有机电式发电机存在的两个主要问题是：它们产生出的电力输出太少，且工作带宽太窄。通过增大装置中的运动质量体可提高电力输出，但带宽只能通过增大电磁耦合来改善。在装置并非精确地工作在其固有频率上的条件下，更高的电磁耦合能获得更多的电力。
在由Amir Therarja等人撰写的论文“使用基于振动的发电机理的自供电信号处理”(刊登在IEEE期刊的固态电路分册1998年5月期，第33卷第5册)中，探讨了利用由数字系统所处环境的振动所产生的能量驱动该数字系统的可行性—特别是将运动线圈电磁换能器用作发电机的可行性。在试验室中进行的试验中，设计出一种惯性机电式发电机，并制造出了原型机，其由连接到螺旋弹簧上的质量体构成，螺旋弹簧的另一端被连接到刚性的壳体上，以使得质量体被螺旋弹簧悬挂着，从刚性壳体向下悬吊着。随着壳体被振动，质量体将相对于壳体产生运动，从而将能量存储在质量体-弹簧系统中。在质量体上附接着线圈，随着质量体的振动，线圈在位于线圈下方的永磁体B的磁场中运动穿行。运动的线圈将对变化着磁通量进行切割，结果就是，根据法拉第定律，将在线圈中感应出电压。该电压就是发电机的电力输出，其作为调压器的输入量。
这种基于试验室条件的模型机对于本领域中的实际应用没有任何实用性，这是因为其紧固度不足，且与采用悬臂梁的设计不同，其会受到横向振动的干扰。
在由Yuen等人所著的论文“用于无线应用的AA尺寸规格的微型能量转换单元”(刊登在第五届世界智能控制及自动化年会的会议集中，该年会是于2004年6月15-19日在中华人民共和国的Hangshu召开的)中，公开了一种微发电机的原型机，其与AA规格的电池具有相同的尺寸和大小。该发电机包括由激光微加工成的谐振弹簧，其为螺旋形的平面结构，该弹簧被联接到稀土永磁体上。该装置被安装在内部壳体中。内部壳体的外表面被线圈围绕着。磁体可在内部壳体中形成的筒形腔室内上下振动。
该装置所存在的问题在于：需要很大的振动振幅来获得可使用的功率输出；振幅为250微米的100Hz振动约等同于10g的加速度(其中，g是指由重力引起的加速度)。另外，用微加工工艺制造螺旋弹簧是困难而昂贵的，上述论文得出结论：如果能设计出在水平面内旋转振动—而不是在垂直方向上相对于线圈振动的弹簧，就能提高电压输出，并减轻在弹簧制造方面的负担。
在由Aitcheson等人撰写的论文“振动驱动微发电机的架构”(刊登在2004年6月期的微机械系统学报上，第13卷第3册的335-342页)中，公开了各种机电式发电机。特别是，该论文公开了一种速度阻尼型谐振发电机(VDRG)，该发电机包括用于从质量体-弹簧系统采收能量的阻尼器。该阻尼器例如是由磁体-线圈发电机构成的，该发电机例如是这样的组合体：两个磁体被安装到衔铁上，以形成C形的磁芯，且线圈被布置在两磁体之间的气隙中，且与质量体在悬臂梁上的运动方向成直角。
紧固这些现有内容都提出了用于设计理论上的机电式发电机的可行结构，但当机电式发电机被应用在实际应用中时，无法精确地预计固有频率或最佳的阻尼系数。对该机电式发电机的设计和建造是针对于所认为的最为可能的工作条件进行的。但是，无法保证实际的工作条件与用来将机电式发电机设置得适应特定应用的理想理论条件相对应。在实践中，机电式发电机被设置成可在符合可能工作条件的狭窄范围内工作，特别是阻尼系数被设置成这样：使得功率输出处于在包含最佳功率输出点的范围内。但是，针对于特定的应用将实际功率输出优化的可能性非常小。因此，机电式发电机将机械振动能转换为电能、进而转换为可用电力时的工作效率将不会是最大的。
此外，在工作过程中，环境振动的频率可能会改变。由于存在这样的变化，现有的机电式发电机将不能工作在最大效率上。
另外，机电式发电机的阻尼器包括由弹簧支撑着的质量体，其以一定的频率围绕着中心点振荡，希望其中的频率与装置在工作中受到的振动频率相对应。谐振的幅度取决于多个变量—特别是驱动振动的频率和振幅、谐振器的Q值、谐振器的质量及其固有频率。
当机电式发电机被应用到从振动体中采收能量的领域中时，这些变量并不能根据所遇到的实际条件全部预测出。由弹簧支撑着的质量体的振幅可能会随着时间以间歇且不可预测的形式变化着。
发明内容
本发明致力于提供一种改进的机电式发电机，其用于将机械振动能转换为电能。
本发明的目的还在于：至少部分地克服现有机电式发电机所存在问题的至少一部分，特别是针对于如下类型的机电式发电机的缺陷：其包含有磁体-线圈型发电机，这种类型的发电机包括弹簧-质量体组合体，在该组合体中，要被振动的质量体被安装在悬臂梁形式的弹簧上。
本发明还致力于提供一种这样的改进型机电式发电机：在该发电机中，磁体组件相对于线圈的磁性耦合可获得最大化。
本发明还力图提供这样一种改进型机电式发电机：在该发电机中，确保了磁体组件相对于线圈的相对直线运动，并阻止了横向上的运动。
本发明还致力于提供一种改进的机电式发电机，这种机电式发电机可被应用在任何定向方向上。
本发明还致力于提供一种改进的机电式发电机，这种机电式发电机可在最大程度上对线圈产生的磁通量进行切割。
本发明还致力于提供一种改进的机电式发电机，在这种机电式发电机中，固有频率基本上不受振动振幅的影响。
本发明还致力于提供一种改进的机电式发电机，在这种发电机中，弹簧的特性更有可能在装置的整个工作寿命期间保持恒定，由此增强了机电式发电机的性能。
本发明还致力于提供一种改进的机电式发电机，在这种发电机中，运动质量体可被制得相对于机电式发电机的尺寸非常高，例如与悬臂梁的设计尺寸相比非常高，这样的设计能最大化这种的电力输出。
本发明还致力于提供一种改进的机电式发电机，相比于现有的装置，这种发电机能产生出更高的输出电压。
本发明还致力于提供一种改进的机电式发电机，由于增强了磁耦合而增大了电力输出，由此可极大地增加这种的工作带宽。
本发明还致力于提供一种改进的机电式发电机，这种装置在许多新的能量采收应用领域中的适用能力得到了极大的增强。
本发明还致力于提供一种改进的机电式发电机，可利用简单的制造工艺、以低廉的生产成本容易而可靠地制造出这种发电机。
本发明还致力于提供一种改进的机电式发电机，其具有可靠而简单的结构，避免了采用复杂的、错综的和/或昂贵的制造技术，所制得的结构是坚固而紧凑的。
本发明还致力于提供一种改进的机电式发电机，其可被安全地使用在存在潜在可燃性的环境中—例如使用在钻井平台上。
在第一方面，本发明相应地提供了一种机电式发电机，其包括用于将机械振动能转换为电能的谐振能量采收器，该机电式发电机包括：壳体；固定地安装在壳体中的导电线圈；磁体组件，其被可动地安装在壳体中，以便于沿着轴线实现线性振动运动，该磁体组件具有一对对置的磁极表面，它们之间形成了间隙，线圈被布置在该间隙中；以及偏压装置，其被安装在壳体与磁体组件之间，该偏压装置沿着所述轴线在相反方向上将磁体组件朝向中间位置偏压。
优选地是，偏压装置围绕所述中间位置运动时的弹性系数基本上是线性的。
更为优选地是，磁体组件围绕所述中间位置运动的固有频率与其相对于中间位置的运动振幅基本上无关。
机电式发电机还包括电绝缘的封装体，其包围着导电线圈。
进一步地，机电式发电机还包括用于对导电线圈的输出进行控制的电路，该电路与导电线圈实现电路连接，且位于封装体内。
优选地是，封装体由塑料材料组成。
优选地是，所述电路被设置在电路板上，该电路板与线圈的轴向垂直，且线圈和电路板都与磁体组件围绕所述中间位置的运动方向垂直。
优选地是，偏压装置包括一对弹簧，每个弹簧都与所述轴线在轴向上对正，并沿着轴线在两相反方向中的一个方向上将可动安装的磁体组件朝向中间位置偏压。
更为优选地是，弹簧包括压缩弹簧。但是，所述弹簧也可包括拉伸弹簧。
有利地是，偏压装置环形地围绕着磁体组件的至少一部分。
优选地是，偏压装置适于基本上阻止了磁体组件的非轴向运动。
机电式发电机还包括用于限制磁体组件非轴向运动的约束装置。磁体组件的运动受到限制，从而其不会接触到线圈。
优选地是，磁体组件包括圆柱形的磁体、以及第一铁磁材料体和第二铁磁材料体，两铁磁材料体的转动轴线都与磁体的圆柱轴线对正，且被联接到磁体的对应磁极上，第一材料体构成了其中一个磁极表面，第二材料体构成了另一磁极表面。
更为优选地是，磁体组件还包括支撑件，其与所述轴线对正，并被安装到第一材料体的一个表面上，该表面是远离磁体的那个表面，偏压装置包括第一、第二压缩弹簧，两弹簧在所述轴线上沿相反的方向对磁体组件施加偏压作用，第一压缩弹簧被安装在第一材料体与壳体之间，第二压缩弹簧被安装在支撑件与壳体之间。
优选地是，壳体具有凸缘，第一、第二压缩弹簧分别抵接在该凸缘的两相反环形表面上。
更为优选地是，每个压缩弹簧都具有两个相反的端部，每个端部都可拆卸地座承在壳体或支撑件上的环形沟槽中。
可选地是，圆柱形磁体被容纳在第一材料体中的空腔中，且该磁体的第一磁极靠近空腔的底壁，第二材料体被安装在圆柱形磁体的第二磁极上，在空腔的圆筒形内表面与第二材料体的圆柱形外表面之间形成了间隙，且该间隙是环形的。
偏压装置在其自身的偏压作用下，可拆卸地安装在壳体与磁体组件之间。
优选地是，磁体组件围绕所述轴线是轴对称的。
优选地是，磁体组件的一个端面远离所述线圈，且该端面上带有与所述轴线对正、且围绕着该轴线轴对称的空腔。
优选地是，壳体的内部容积中包含有气体，壳体还包括气密密封件，其包围着壳体，用于将壳体的内部容积气密地密封起来，还在运动元件上设置了至少一个通气口，以便于对壳体容积内的气体压力差进行均衡，其中，该气体压力差是由于磁体组件沿轴线的运动而产生的。
在第二方面，本发明提供了一种机电式发电机，其包括用于将机械振动能转换为电能的谐振能量采收器，该机电式发电机包括：导电线圈；磁体组件，该磁体组件具有一对对置的磁极表面，它们之间形成了间隙，线圈被布置在该间隙中，线圈和磁体组件中的其中之一被固定着，而它们中的另一者则被可动地安装着，以便于沿着轴线实现线性的振动运动；以及一对弹簧，每个弹簧都在轴向上与所述轴线对正，并沿轴线在两个相反方向中的其中一个方向上将可动安装的线圈或磁体组件朝向中间位置偏压。
优选地是，磁体组件被可动地安装，线圈被固定。作为替代方案，线圈被可动地安装着，磁体组件被固定着。
在第三方面，本发明提供了一种机电式发电机，其包括用于将机械振动能转换为电能的谐振能量采收器，该机电式发电机包括：导电线圈；磁体组件，其被可动地安装着，以便于沿着轴线实现线性的振动运动，磁体组件具有一对对置的磁极表面，它们之间形成了间隙，线圈被布置在该间隙中；以及偏压装置，其环形地围绕着磁体组件的至少一部分，偏压装置沿着轴线在相反方向上将磁体组件朝向中间位置偏压。
在第四方面，本发明提供了一种机电式发电机，其包括用于将机械振动能转换为电能的谐振能量采收器，该机电式发电机包括：导电线圈；磁体组件，其被可动地安装着，以便于沿着轴线实现线性的振动运动，磁体组件具有一对对置的磁极表面，它们之间形成了间隙，线圈被布置在该间隙中；以及偏压装置，其沿着轴线在相反方向上将磁体组件朝向中间位置偏压，该偏压装置基本上阻止磁体组件的非轴向运动。
在第五方面，本发明提供了一种机电式发电机，其包括用于将机械振动能转换为电能的谐振能量采收器，该机电式发电机包括：导电线圈；磁体组件，其被可动地安装着，以便于沿着轴线实现线性的振动运动，磁体组件具有一对对置的磁极表面，它们之间形成了间隙，线圈被布置在该间隙中；偏压装置，其沿着轴线在相反方向上将磁体组件朝向中间位置偏压；以及约束装置，其用于限制磁体组件的非轴向运动。
在第六方面，本发明提供了一种机电式发电机，其包括用于将机械振动能转换为电能的谐振能量采收器，该机电式发电机包括：导电线圈；磁体组件，其被可动地安装着，以便于沿着轴线实现线性的振动运动，磁体组件具有一对对置的磁极表面，它们之间形成了间隙，线圈被布置在该间隙中，该磁体组件包括圆柱形磁体、以及第一和第二铁磁材料体，每个铁磁材料体的转动轴线都与磁体的圆柱轴线对正，且两材料体被联接到磁体的对应磁极上，第一材料体形成了一个磁极表面，第二材料体形成了另一磁极表面；以及偏压装置，其沿着轴线在相反方向上将磁体组件朝向中间位置偏压。
在第七方面，本发明提供了一种机电式发电机，其包括用于将机械振动能转换为电能的谐振能量采收器，该机电式发电机包括：壳体；固定地安装在壳体中的导电线圈；磁体组件，其被可动地安装在壳体中，以便于沿着轴线实现线性振动运动，该磁体组件具有一对对置的磁极表面，它们之间形成了间隙，线圈被布置在该间隙中，磁体组件包括与轴线对正的磁体、以及第一和第二铁磁材料体，两材料体都与轴线对正，且被联接到磁体的对应磁极上，第一材料体形成了一个磁极表面，第二材料体形成了另一磁极表面；支撑件，其与所述轴线对正，并被安装到第一材料体的一个表面上，该表面是远离磁体的表面；以及第一和第二压缩弹簧，它们沿着轴线在相反方向上对磁体组件施加偏压作用，第一压缩弹簧被安装在第一材料体与壳体之间，第二压缩弹簧被安装在支撑件与壳体之间。
在第八方面，本发明提供了一种机电式发电机，其包括用于将机械振动能转换为电能的谐振能量采收器，该机电式发电机包括：导电线圈；磁体组件，其被可动地安装着，以便于沿着轴线实现线性的振动运动，磁体组件具有一对对置的磁极表面，它们之间形成了间隙，线圈被布置在该间隙中；以及偏压装置，其沿着轴线在相反方向上将磁体组件朝向中间位置偏移，其中，磁体组件围绕着所述轴线是轴对称的。
在第九方面，本发明提供了一种机电式发电机，其包括用于将机械振动能转换为电能的谐振能量采收器，该机电式发电机包括：导电线圈；磁体组件，其被可动地安装着，以便于沿着轴线实现线性的振动运动，磁体组件具有一对对置的磁极表面，它们之间形成了间隙，线圈被布置在该间隙中；以及偏压装置，其沿着轴线在相反方向上将磁体组件朝向中间位置偏压，其中，磁体组件上远离线圈的端面具有空腔，该空腔与轴线对正，且围绕着轴线是轴对称的。
在第十方面，本发明提供了一种机电式发电机，其包括用于将机械振动能转换为电能的谐振能量采收器，该机电式发电机包括：壳体，该壳体的内部容积中包含有气体；被安装在壳体中的导电线圈；磁体组件，其被安装在壳体中，磁体组件具有一对对置的磁极表面，它们之间形成了间隙，线圈被布置在该间隙中，线圈和磁体组件被安装成可在轴线上实现二者之间的相对线性振动运动；偏压装置，其位于壳体中，其沿着轴线在相反方向上将运动元件朝向中间位置偏压，其中的运动元件包括线圈和磁体组件的至少之一；气密的密封件，其包围着壳体，用于对壳体内部容积进行气密地密封；以及位于运动元件上的至少一个通气口，以便于对壳体容积内的气体压力差进行均衡，其中，该气体压力差是由于运动元件沿轴线的运动而产生的。
附图说明
下面将参照附图对本发明的一些实施方式进行描述，该描述仅是示例性的，在附图中：
图1是根据本发明一种实施方式的、用于将机械振动能转换为电能的机电式发电机的示意性透视图；
图2是沿图1中的I-I线对机电式发电机所作的示意性剖面图；
图3中的图线表示了对于理论上的机电式发电机，功率与换能效率之间的关系；
图4中示意性的侧视图表示了两压缩弹簧之间的材料体组件；
图5中的图线表示了对于图4所示组件，压缩量与作用力之间的关系；
图6是与单个弹簧邻近的材料体组件的示意性侧视图；
图7中的图线表示了对于图6所示组件，压缩量与作用力之间的关系；以及
图8中的示意性剖面图与图2类似，表示了根据本发明第二实施方式的、用于将机械振动能转换为电能的机电式发电机。
具体实施方式
本发明的机电式发电机在本技术领域中被称为“速度-阻尼”型谐振发电机，在这种发电机中，由惯性质量相对于壳体运动所做的所有功与该运动的即时速度成比例。不可避免的是，这些功中的一部分将被吸收掉，以克服不利的机械或电路损耗，但通过合适的换能机构—例如下文描述的电路线圈/磁体组件，可用剩余部分的功来产生出电流。
图1和图2表示了根据本发明一种实施方式的、用于将机械振动能转换为电能的机电式发电机2。该机电式发电机2具有壳体4。壳体4包括外周壁6和顶盖8，在顶盖8的各个拐角处，利用螺栓10将该顶盖牢固地装配到外周壁6上。顶盖8是方形的，且外周壁6为壳体形成了具有方形横截面的外表面12，并围成了具有筒形横截面的内部容积14，其具有旋转轴线A-A。制有贯通顶盖8的圆形开孔16，该开孔与筒形横截面的内部容积14同轴。
导电线圈18被固定地安装在壳体4中，特别是，其被附接到顶盖8面向内侧的表面20上，从而延伸到内部容积14中。线圈18是圆形的，其与开孔16同轴。线圈18的内径与开孔16的内径大体上是相同的。线圈18的引线22延伸穿过顶盖18上的孔洞24，以便于与外部的电路(图中未示出)进行连接。
磁体组件26被可动地安装在壳体4中，以便于沿着轴线A-A实现线性的振动运动。磁体组件26是轴对称的，其具有一对对置的圆柱磁极表面28、30，两表面之间形成了环形的间隙32。线圈18被布置在间隙32中，并使得线圈18的圆柱外表面34、圆柱内表面36分别与对应的内外圆柱磁极表面28、30间隔开小的距离，该距离通常约小于1mm。磁体组件26包括：圆柱形的磁体38，其通常是磁场强度很高的稀土永磁体；以及第一和第二铁磁材料体40、42，两材料体的转动轴线都与磁体38的圆柱形轴线对正。磁体38的圆形平面端44、46具有相反的极性(即N极和S极)。第一、第二铁磁材料体40、42都被联接到磁体38的对应磁极上，且第一材料体40形成了一个磁极表面28，第二材料体42形成了另一个磁极表面30。
第一铁磁材料体40是由上部部件48组成的。上部部件48被组装到下部支撑件80上，两部件都是轴对称的，且上部部件48和支撑件80是同轴的。上部部件48基本上是杯形的，其具有圆形的底壁50，磁体38的一个磁极同轴地布置在该底壁的内表面52上。在底壁50上设置了圆形的浅凹陷54，用于接纳磁体38。整体式的环壁56从底壁50向上延伸，且其上边缘58处制有整体凸缘60，该凸缘从上边缘58向径向外侧延伸。上边缘58的上部内周表面形成了磁极表面28。凸缘60面向下方的环形表面62具有环形的凹陷64。底壁52的外表面66具有圆形的抵接部68，其与螺纹盲孔70同轴。
支撑件80总体上也是杯形的，但其颠倒的定向姿态与上部部件48是相反的。支撑件80圆形顶壁82的外表面84靠近上部部件48底壁52的外表面66。在顶壁82上设置了圆形的浅凹陷86，以便于接纳圆形抵接部68。螺钉88向上延伸地穿过顶壁82上的孔洞90，并伸入到螺纹盲孔70中。因此，螺钉88将上部部件48与支撑件80紧固地固定到一起。整体式的环壁94从顶壁82向下延伸，且该环壁的下边缘96处具有向径向外侧延伸的整体凸缘98。凸缘98面向上方的环形表面100上具有环形凹陷102。
第二铁磁材料体42包括盘形体104，其底面108上具有浅凹陷106，磁体38的上表面110被接纳在该凹陷106中。盘形体104的外周面112形成了磁极表面30。盘形体104的上表面114与凸缘60和上边缘58的环形上表面处于同一平面上。
上部部件48底壁52的厚度小于支撑件80顶壁82的厚度，这使得上部部件48(在轴向上)的高度大于支撑件80的高度。这样设置是为了将由第一、第二铁磁材料体40和42以及磁体38构成的磁体组件布置到此间，且使得重心基本上位于轴向上的中间高度处，更为优选地是，使得重心位于磁体组件的几何中心处。
偏压装置120被安装在壳体4与磁体组件26之间。如图2所示，偏压装置120沿着轴线在相反方向上将磁体组件26朝向中间位置偏压，在图2中，线圈18相对于两个相对的磁极表面28和30基本上处于轴向上的中间位置处。
偏压装置120包括一对螺旋压缩弹簧122、124。每个压缩弹簧122、124都与轴线A-A在轴向上对正，并在轴线上沿着两相反方向中的一个方向将可动安装的磁体组件26朝向中间位置偏移。当磁体组件16在中间位置处达到平衡状态时，两压缩弹簧122、124对磁体组件26施加了相同的机械偏压力。两压缩弹簧122、124具有相同的弹性常数、相同的自然长度，且当磁体组件26在中间位置达到平衡时，两弹簧受到同等的压缩。
但是，由于总的弹性常数是两弹簧弹性常数的之和，所以，两压缩弹簧122、124不必具有相同的属性。
壳体4外周壁6的内表面具有向径向内侧延伸的整体式中间凸缘128。凸缘128具有分别面向上方和面向下方的环形表面130、132，每个表面都具有各自的环形凹陷134、136。
上压缩弹簧122具有相反的上端128和下端140，它们分别被容纳、座承在凸缘60的环形沟槽64和凸缘128的环形沟槽134中。下压缩弹簧124具有相反的上端142和下端144，它们分别被容纳、座承在凸缘128的环形沟槽136和凸缘98的环形沟槽102中。因而，压缩弹簧122、124环形地围绕着磁体组件26的至少一部分，当机电式发电机2受到机械力—特别是至少具有轴线A-A方向的运动分量的机械振动的作用时，磁体组件26将沿着轴线A-A作轴向运动。压缩弹簧122、124在横向上具有很高的刚性，也就是说，在径向方向上的刚性很高，从而可基本上防止磁体组件26出现非轴向运动。将压缩弹簧122、124的端部138、140、142、以及144座承在凸缘60、98、128上环形沟槽中的设计能防止这些端部138、140、142、144在横向上—即在径向上运动，从而构成了限制磁体组件26产生非轴向运动的约束装置。
第二部件80的圆形顶壁82限定了磁体组件26上远离线圈18的端面146，圆形顶壁82和环壁94围成了圆筒形的空腔146，其接近于端面26，该空腔与轴线A-A对正，并围绕着该轴线为轴对称。
壳体4的内部容积150中具有气体。气密的密封件152包围着壳体4，以便于对壳体4的内部容积150进行气密地密封。在磁体组件26上设置了至少一个通气口154，其延伸穿过底壁52、82，以便于对壳体容积150内部的压力差进行平衡，其中，该压力差是由于磁体组件26沿轴线运动而产生的。
该机电式发电机2采用了安装在壳体4中的谐振质量体-弹簧机构。如果机电式发电机2受到促使其沿轴线A-A运动的外部振动源的作用，则磁体组件26中包含的惯性质量体也将沿着A-A方向相对于壳体4运动。在执行该运动的过程中，每个压缩弹簧122、124的长度都将改变，它们或者是被压缩，或者是被拉伸，而且，弹簧将做功来克服由静止电线圈和可动磁体组件组成的阻尼器的作用，磁体组件将形成磁通区域，电线圈被布置在该磁通区域中。电线圈在磁通中的运动将在电线圈中感应出电流，该电流将被用作驱动外部装置(图中未示出)的电力的来源。
尽管在该实施方式中是磁体相对于固定的线圈进行运动，但在备选实施方式中，也可采用相反的结构设计，使得线圈相对于固定着的磁体运动。
另外，尽管在该实施方式中弹簧是压缩弹簧，但也可采用其它的偏压元件—例如对置着的拉伸弹簧。
将被用作振动能采收器的机电式发电机被设计成这样：其能在预定的固有频率上发出最大的电力输出，该固有频率对应于激励振动的频率。例如，如果该机电式发电机将被联接到电气装置上，且该电气装置按照电力网电力的振荡频率振动，其中，该频率例如是50Hz，此条件下，设计的固有频率与激励振动的频率相对应，也将是50Hz。通常很难确保激励振动的数值不变，所以必须要将机电式发电机设计成这样：即使输入振动是偏离谐振状况的，其也能输出可用的电力。本发明的发明人已确认：在振动能采收器实现偏离谐振能量的采集时，电磁换能效率是非常重要的因素。特别是，对于从质量体-弹簧谐振器系统中可获取最大能量的频谱方面，对于采收能量而言，在偏离谐振振动时的换能效率甚至表现得比在谐振振动时的效率更为重要。
下式表示出了在某个外部电气负载装置中、由振动能采收器利用电磁换能作用所产生出的功率：
P L ( ω ) = a 2 κ 2 ω 2 r ( r + 1 ) 2 1 ( ω n 2 ω 2 - 1 ) 2 + ( ω n ω Q oc + κ mω ( r + 1 ) ) 2 - - - ( 1 )
式中：a是由频率为ω的正弦振动分量所引起的加速度幅值；m是谐振器中由弹簧支撑的质量，Qoc是当装置处于断路状态、因而未提取能量时的Q因子(品质)。ωn是振动的固有频率，其由下式表达：
ω n = k m - - - ( 2 )
式中：k是弹性系数。κ是电磁换能效率，其与线圈中感生出的电动势EMF相关，在线圈相对于质量体和磁体的相对速度为v的情况下，EMF如下式表达：
EMF = κ R C v - - - ( 4 )
式中的RC是线圈的电阻。
参数r是负载电阻与线圈电阻的比值：
r = R L R C - - - ( 5 )
如果r经过了优化(阻抗适配)，则外部负载中的功率就能达到最大。下式给出了最优的电阻比：
r optimum ( ω ) = 1 + κ 2 m 2 ω 2 + 2 ω n κ Q oc m ω 2 ( ω n 2 ω 2 - 1 ) 2 + ( ω n ω Q oc ) 2 - - - ( 6 )
利用上述的各个公式就能模拟出能量采收器真实的输出功率。图3中表示出了功率输出与电磁换能效率之间的模拟曲线。该曲线是针对于具有下列参数的装置而计算出的：
 
参数 数值 单位
 
ωn 2π×50 Hz
a 0.025 g
Qoc 100
m 0.2 kg
RC 7.5 KΩ
在许多采收能量的应用场合中，采收器必须要具有能生产出可用功率的最为宽广的频带区间。附图显示出：为了能将可利用能量的80％提取出来，需要在较宽的频带范围内具有较高的换能效率。为了提取出80％的可利用能量，在频带宽度为2％(围绕着50Hz频率的1Hz带宽)时，所需要的换能效率约为谐振时所需效率的一倍。4％的频带宽度需要的效率大体上又增加一倍。
因而，该附图表明的是：在具有规定的容积空间的前提下，如果需要获得有用的频宽响应，则实现最为有效的电磁转换机构将是重要的。
根据本发明的实施方式，利用轴对称的结构设计，能从磁体与线圈之间的相对运动中产生出最高的电压(每欧姆电阻)。
此外，未表现出线性弹性常数的机械谐振器不具备与振幅无关的固有频率。谐振振动能量采收器需要恒定的固有频率(或接近于恒定的固有频率)。根据本发明的实施方式，机电式发电机提供了一种新的结构，其实现了如下的优点：获得了与振幅无关的固有频率，且该结构具有基本上恒定的固有频率。
如图4和图5所示，如果一种装置带有这样的结构体：其将被布置在两个类似的对置压缩弹簧之间，当该装置处于停息状态时，两弹簧都被压缩，因而被偏压到它们的线性区域。因而，所合成的围绕着原点的弹性系数是线性的，该弹性系数是两单个弹性系数之和。
与此相反，如图6和图7所示，如果一种装置带有这样的结构体：其将被布置成与单个弹簧(拉伸弹簧或压缩弹簧)相连接，当处于停息状态时，弹簧未被偏压到其线性区域中。因而，所获得的围绕着原点的弹性系数是非线性的。从而，固有频率将受到振幅的影响，因此，除非振幅是恒定的，否则的话固有频率将不保持恒定。在实际情况中，机电式发电机当被用作能量采收器时，其所经受的振幅将是变化的-而非恒定的。在此条件下，固有频率将发生变化。
图8表示了根据本发明第二实施方式的机电式发电机200。与第一实施方式相比，该实施方式在多个方面进行了改动。
壳体204具有圆筒形的外表面206。顶盖208上未设置有中央开孔。顶盖208的外凸缘210用螺纹旋接到壳体204的上凸缘212上。另外还设置了底部214，其外凸缘216利用螺纹旋接到壳体204的下凸缘218上。螺纹联接部被气密地密封了。按照这种方式，机电式发电机200的整个内部容积220都被气密地密封起来。除了螺纹联接结构之外，还可以采用其它联接结构。
第二铁磁材料体222与磁体224具有相同的外半径。第一铁磁材料体226具有平面的底面228，该底面靠近支撑件232的平面顶面230。沿着轴线A-A布置的轴杆234与第二铁磁材料体222、第一铁磁材料体226、以及支撑件232对正，并固定到一起。为了实现无摩擦的纵向运动，轴杆234的上端236和下端238被分别接纳在顶盖208和底部214上的上空腔240和下空腔242中。轴杆234与两空腔240、242之间的这种相互关系从机械上限制了磁体组件的任何横向运动。轴杆234具有带螺纹端244，其利用螺纹接纳在支撑件232上的孔腔246中，轴杆还具有径向扩大的头部246，其抵承在第二铁磁材料体222的上表面上。底部214的外表面250上设置有带螺纹的盲孔252，其用于将该装置安装到安装件(图中未示出)或振动装置(图中未示出)上，其中，将要从该振动装置中来采收能量。
线圈254与环形的电路板256进行电路连接。电路板256包括用于对线圈254的电力输出进行控制的电路，其例如对最大输出电压进行限制。电路板256所在平面与线圈254的轴向垂直。线圈254和环形电路板256都被封装在圆形的电绝缘材料体258中，该电绝缘材料例如是铸塑塑料树脂，该材料体被固定到顶盖208的内表面上260上，并包围着环壁262，环壁262围绕着顶盖208上的上空腔240。这样的设计为线圈及其相关电路板提供了非常紧凑且耐用的结构，形成了具有很高的原有安全性和可靠性的电路结构，而且还易于制造。
在该实施方式中，通常情况下，顶盖208、壳体204、以及底部214是由铝材制成的，这样的材料可被容易地加工为所需的形状和尺寸。磁体224通常是由NdFeB构成的。第一、第二铁磁材料体226、222是由铁构成的，且支撑件232是由致密金属—例如钨合金制成的。与第一实施方式的情况相同，对置的螺旋压缩弹簧264、266将由磁体组件偏压向中间位置，磁体组件包括第二铁磁材料体222、磁体224、第一铁磁材料体226、以及支撑件232，这些组成部件由轴杆234组装到一起。
该实施方式提供了一种气密密封的装置，该装置具有很高的原有安全性，并且，例如利用现有的加工操作就能容易地制造出该装置。
本发明机电式发电机的构造相比于现有的机电式发电机实现了许多显著的技术优点。
首先，通过使得磁体组件相对于线圈在轴向上作线性运动，可增强磁体组件与线圈之间的磁耦合。与此相反，如果与被用作能量采收装置的现有机电式发电机一样用悬臂梁来构成弹簧，则磁体组件与线圈之间的相对运动就不是线性的，而是沿着曲线进行运动，这就减弱了二者之间的磁耦合，并降低了电力输出。
其次，通过设置具有很高横向刚性的压缩弹簧，并牢固地座承着弹簧的端部以防止其出现平移运动，可确保磁体组件相对于线圈的线性相对运动，并防止出现横向运动。通过阻止了横向运动，可以使磁极表面非常靠近线圈，例如实现了小于1mm的距离，在磁体组件被振动时，这样小的距离会在被线圈切割的极靴之间实现最大的磁通密度。
第三，设置了对置的压缩弹簧，而且这些弹簧能在相反的方向上有力地对磁体组件进行偏压，使其围绕着中间平衡位置运动，由此，机电式发电机可被应用在任何定向状态下。磁体组件可克服着弹簧的偏压作用按照任何定向角度围绕着中间位置进行振动，且振动特性和性能都与定向状态无关。与普通的机电式发电机相比，这是一个根本性的区别，并带来了显著的实用性优点。
第四，通过设置了对置的压缩弹簧、且这些弹簧能在相反的方向上有力地对磁体组件进行偏压、使其围绕着中间平衡位置运动，机电式发电机使得线圈对磁通量的切割达到最大。在中间位置处，对磁通的切割达到最大。
第五，表现为机电式发电机的谐振能量采收器需要预定的固有频率，且希望该固有频率基本上是恒定的。在本发明的机电式发电机中，压缩弹簧的受压/被拉伸是围绕着受压的中间位置进行的，这就增大了弹簧压缩/拉伸特性—特别是弹性系数的线性度。这就使得固有频率与磁体组件的振幅基本上是无关的。另外，压缩弹簧的特性更易于在装置的整个工作寿命期间保持恒定，由此可提高机电式发电机的性能。
第六，磁体组件的质量被制得相对于装置的尺寸而言非常大，从而增大了装置的总体质量密度，使得装置例如与悬臂梁型装置相比具有更大的质量密度。对于由装置占据的给定容积而言，可获得更大的运动质量。出于上文提到的原因，这一特点也能增大电力输出。
这些优点共同有助于使本发明的机电式发电机对于50Hz的输入振动能产生出50伏特的输出电压(且峰-峰电压为200伏特)，上述结果是基于如下条件获得的：机电式发电机(其总体外部尺寸为50mm2×50mm高)例如被安装到电动泵的外壳上，将要对该电动泵的振动能进行收集。由此增强了磁耦合作用而增大了电力输出，由此可极大地增加装置的工作频宽。反过来，这会提高装置被应用到许多新的能量采收领域中的可能性。
第七，磁体组件的质量对机电式发电机的固有频率产生了影响。需要对机电式发电机的运动质量进行控制，以便于将机电式发电机调谐到所需的固有频率上，该频率是当装置从振动物体上收集能量时其将要在应用环境中受到的振动的频率。通过为磁体组件设计出外露的端面，能利用车床等机加工工具容易地对该端面进行加工，以便于将多余的材料从磁体组件上去除掉，由此能减小磁体组件的质量，其中，端面通常是由不锈钢等金属制成的。将端面切去到所需的深度可扩大端面以下的轴对称空腔。由于第一材料体上的至少第二部分是轴对称的，所以可在车床上容易地加工这一部分。例如与采用悬臂梁的机电式发电机相比，可对磁体组件的部件进行机加工、进而制造出这些部件并控制其质量的能力是另一个突出的技术优势。这样可显著地降低制造成本。
第八，在该机电式发电机中可使用简单的压缩弹簧。这些弹簧并不需要被结合到任何其它部件上。只需要将弹簧的端部可拆卸地座承在对应的环形沟槽中、并围绕着可动磁体组件的外部进行布置即可。每个压缩弹簧都是在自身的偏压作用下被可拆卸地安装着。这就获得了可阻止磁体组件横向运动的可靠而简单的结构，且摩擦作用很低，并避免了采用复杂、繁琐和/或昂贵的制造工艺。所制得的结构是坚固而紧凑的。
第九，常常需要将机电式发电机使用在潜在可燃的环境—例如石油钻井平台中。在这样的环境中，绝对严格的一点是：机电式发电机意外产生的电火花不会对设施的安全性造成损害—特别是在机电式发电机能产生出高输出电压的情况下。通过设置了包围着机电式发电机的气密密封件，可防止任何可燃性蒸气侵入到机电式发电机中。可在机电式发电机中气密地密封惰性气体。作为备选方案，可将壳体内部的容积整体或部分地排空。
在图示的实施方式中，线圈是静止的，磁体是动态的。这样进行设计的优点在于：在线圈固定的情况下，更易于完成与线圈的电路连接，且更为可靠。但是，在本发明的备选实施方式中，也可采用相反的构造：线圈是动态的，而磁体是固定的。
本领域普通技术人员可显见地认识到本发明的其它改型和其它实施方式。例如，在图示的实施方式中，可在运动元件与壳体之间设置一个或多个轴承，以便于对运动元件的振动运动进行引导；磁体可以是除圆形截面之外的其它形状；磁体组件和线圈可并不围绕着轴线呈现轴对称的结构；和/或偏压装置可由压缩弹簧之外的其它装置构成。

Claims (57)

1.一种机电式发电机，其包括用于将机械振动能转换为电能的谐振能量采收器，该机电式发电机包括：壳体；固定地安装在壳体中的导电线圈；磁体组件，其被可动地安装在壳体中，以便于沿着轴线实现线性振动运动，该磁体组件具有一对对置的磁极表面，该磁极表面之间形成有间隙，线圈被布置在该间隙中；以及偏压装置，其被安装在壳体与磁体组件之间，该偏压装置沿着轴线在相反方向上将磁体组件朝向中间位置偏压。
2.根据权利要求1所述的机电式发电机，其特征在于：偏压装置相对于中间位置的弹性系数基本上是线性的。
3.根据权利要求2所述的机电式发电机，其特征在于：磁体组件围绕中间位置的固有频率与其相对于中间位置的运动振幅基本上无关。
4.根据权利要求1到3之一所述的机电式发电机，还包括：电绝缘的封装体，其包围导电线圈。
5.根据权利要求4所述的机电式发电机，还包括：用于对导电线圈的输出进行控制的电路，该电路与导电线圈实现电路连接，且位于封装体内。
6.根据权利要求4或5所述的机电式发电机，其特征在于：封装体由塑料材料组成。
7.根据权利要求4到6之一所述的机电式发电机，其特征在于：电路被设置在电路板上，该电路板与线圈的轴向垂直，且线圈和电路板都与磁体组件围绕中间位置的运动方向垂直。
8.根据上述权利要求之一所述的机电式发电机，其特征在于：偏压装置包括一对弹簧，每个弹簧都与轴线在轴向上对正，并沿着轴线在两相反方向中的一个方向上将可动安装的磁体组件朝向中间位置偏压。
9.根据权利要求8所述的机电式发电机，其特征在于：弹簧包括压缩弹簧。
10.根据上述权利要求之一所述的机电式发电机，其特征在于：偏压装置环形地围绕磁体组件的至少一部分。
11.根据上述权利要求之一所述的机电式发电机，其特征在于：偏压装置适于基本上阻止了磁体组件的非轴向运动。
12.根据上述权利要求之一所述的机电式发电机，包括：用于限制磁体组件非轴向运动的约束装置。
13.根据上述权利要求之一所述的机电式发电机，其特征在于：磁体组件包括圆柱形的磁体、以及第一铁磁材料体和第二铁磁材料体，两铁磁材料体的转动轴线都与磁体的圆柱轴线对正，且被联接到磁体的对应磁极上，第一材料体形成了一个磁极表面，第二材料体形成了另一磁极表面。
14.根据权利要求13所述的机电式发电机，其特征在于：磁体组件还包括支撑件，该支撑件与轴线对正，并被安装到第一材料体的一个表面上，该表面是远离磁体的那个表面，偏压装置包括第一、第二压缩弹簧，两弹簧沿着轴线在相反的方向上对磁体组件偏压，第一压缩弹簧被安装在第一材料体与壳体之间，第二压缩弹簧被安装在支撑件与壳体之间。
15.根据权利要求14所述的机电式发电机，其特征在于：壳体具有凸缘，第一、第二压缩弹簧分别抵接在该凸缘的两相反环形表面上。
16.根据权利要求14所述的机电式发电机，其特征在于：每个压缩弹簧都具有两个相反的端部，每个端部都可拆卸地座承在壳体或支撑件的相应环形沟槽中。
17.根据权利要求13所述的机电式发电机，其特征在于：圆柱形磁体被容纳在第一材料体中的空腔内，且该磁体的第一磁极靠近空腔的底壁，第二材料体被安装在圆柱形磁体的第二磁极上，在空腔的圆筒形内表面与第二材料体的圆柱形外表面之间形成了间隙，且该间隙是环形的。
18.根据上述权利要求之一所述的机电式发电机，其特征在于：偏压装置在其自身的偏压作用下可拆卸地安装在壳体与磁体组件之间。
19.根据上述权利要求之一所述的机电式发电机，其特征在于：磁体组件关于轴线是轴对称的。
20.根据上述权利要求之一所述的机电式发电机，其特征在于：磁体组件的一个端面远离线圈，且该端面上带有与所述轴线对正、且围绕着轴线为轴对称的空腔。
21.根据上述权利要求之一所述的机电式发电机，其特征在于：壳体的内部容积中包含有气体，壳体还包括气密的密封件，该密封件包围壳体，用于将壳体的内部容积气密地密封起来，还在运动元件上设置了至少一个通气口，以便于对壳体容积内的气体压力差进行均衡，其中，该气体压力差是由于磁体组件沿轴线的运动而产生的。
22.一种机电式发电机，其包括用于将机械振动能转换为电能的谐振能量采收器，该机电式发电机包括：导电线圈；磁体组件，该磁体组件具有一对对置的磁极表面，该磁极表面之间形成有间隙，线圈被布置在该间隙中，线圈和磁体组件中的其中之一被固定，而它们中的另一者被可动地安装，以便于沿着轴线实现线性的振动运动；以及一对弹簧，每个弹簧都在轴向上与所述轴线对正，并沿轴线在两个相反方向中的其中一个方向上将可动安装的线圈或磁体组件朝向中间位置偏压。
23.根据权利要求22所述的机电式发电机，其特征在于：两弹簧相对于中间位置的弹性系数基本上是线性的。
24.根据权利要求23所述的机电式发电机，其特征在于：可动安装的磁体组件或线圈围绕中间位置的固有频率与其相对于中间位置的运动振幅基本上无关。
25.根据权利要求22到24之一所述的机电式发电机，其特征在于还包括：电绝缘的封装体，其包围导电线圈。
26.根据权利要求25所述的机电式发电机，其特征在于还包括：用于对导电线圈的输出进行控制的电路，该电路与导电线圈实现电路连接，且位于封装体内。
27.根据权利要求25或26所述的机电式发电机，其特征在于：封装体由塑料材料组成。
28.根据权利要求25到27之一所述的机电式发电机，其特征在于：电路被设置在电路板上，该电路板与线圈的轴向垂直，且线圈和电路板都与可动安装的磁体组件或线圈围绕中间位置的运动方向垂直。
29.根据权利要求22到28之一所述的机电式发电机，其特征在于：磁体组件被可动地安装，线圈被固定。
30.根据权利要求22到29之一所述的机电式发电机，其特征在于：弹簧包括压缩弹簧。
31.根据权利要求22到30之一所述的机电式发电机，其特征在于：弹簧环形地围绕磁体组件的至少一部分。
32.根据权利要求22到31之一所述的机电式发电机，其特征在于：弹簧适于基本上阻止了磁体组件的非轴向运动。
33.根据权利要求22到32之一所述的机电式发电机，其特征在于还包括：用于限制磁体组件非轴向运动的约束装置。
34.根据权利要求22到33之一所述的机电式发电机，其特征在于：磁体组件包括圆柱形的磁体、以及第一铁磁材料体和第二铁磁材料体，两铁磁材料体的转动轴线都与磁体的圆柱轴线对正，且被联接到磁体的对应磁极上，第一材料体形成了一个磁极表面，第二材料体形成了另一磁极表面。
35.根据权利要求22到34之一所述的机电式发电机，其特征在于：磁体组件还包括支撑件，其与轴线对正，并被安装到第一材料体的一个表面上，该表面是远离磁体的那个表面，弹簧包括第一、第二压缩弹簧，两弹簧沿轴线在相反的方向上对磁体组件偏压，第一压缩弹簧被安装在第一材料体与凸缘之间，第二压缩弹簧被安装在支撑件与凸缘之间。
36.根据权利要求35所述的机电式发电机，其特征在于：凸缘具有相反的环形表面，第一、第二压缩弹簧分别抵接在两环形表面上。
37.根据权利要求36所述的机电式发电机，其特征在于：每个压缩弹簧都具有两个相反的端部，每个端部都可拆卸地座承在凸缘或支撑件的相应环形沟槽中。
38.根据权利要求34所述的机电式发电机，其特征在于：圆柱形磁体被容纳在第一材料体中的空腔内，且该磁体的第一磁极靠近空腔的底壁，第二材料体被安装在圆柱形磁体的第二磁极上，在空腔的圆筒形内表面与第二材料体的圆柱形外表面之间形成了间隙，且该间隙是环形的。
39.根据权利要求35所述的机电式发电机，其特征在于：偏压装置在其自身的偏压作用下可拆卸地安装在凸缘与磁体组件之间。
40.根据权利要求22到39之一所述的机电式发电机，其特征在于：磁体组件围绕着轴线是轴对称的。
41.根据权利要求22到40之一所述的机电式发电机，其特征在于：磁体组件的一个端面远离线圈，且该端面上带有与所述轴线对正、且围绕轴线为轴对称的空腔。
42.根据权利要求22到41之一所述的机电式发电机，其特征在于还包括：壳体，该壳体中容纳磁体组件和线圈，壳体的内部容积中包含有气体，壳体还包括气密的密封件，该密封件包围壳体，用于将壳体的内部容积气密地密封起来，还在运动元件上设置了至少一个通气口，以便于对壳体容积内的气体压力差进行均衡，其中，该气体压力差是由于磁体组件沿轴线的运动而产生的。
43.一种机电式发电机，其包括用于将机械振动能转换为电能的谐振能量采收器，该机电式发电机包括：壳体，该壳体的内部容积中包含有气体；被安装在壳体中的导电线圈；磁体组件，其被安装在壳体中，磁体组件具有一对对置的磁极表面，该磁极表面之间形成有间隙，线圈被布置在该间隙中，线圈和磁体组件被安装成沿着轴线实现二者之间的相对线性振动运动；偏压装置，其位于壳体中，其沿着轴线在相反方向上将运动元件朝向中间位置偏压，其中的运动元件包括线圈和磁体组件中的至少之一；以及气密的密封件，其用于对壳体内部容积进行气密地密封。
44.根据权利要求43所述的机电式发电机，其特征在于：偏压装置相对于中间位置的弹性系数基本上是线性的。
45.根据权利要求44所述的机电式发电机，其特征在于：运动元件围绕着中间位置的固有频率与其相对于中间位置的运动振幅基本上无关。
46.根据权利要求42到45之一所述的机电式发电机，其特征在于还包括：电绝缘的封装体，其包围导电线圈。
47.根据权利要求46所述的机电式发电机，其特征在于还包括：用于对导电线圈的输出进行控制的电路，该电路与导电线圈实现电路连接，且位于封装体内。
48.根据权利要求46或47所述的机电式发电机，其特征在于：封装体由塑料材料组成。
49.根据权利要求46到48之一所述的机电式发电机，其特征在于：电路被设置在电路板上，该电路板与线圈的轴向垂直，且线圈和电路板都与运动元件围绕中间位置的运动方向垂直。
50.根据权利要求43到49之一所述的机电式发电机，其特征在于还包括：位于运动元件上的至少一个通气口，以用于对壳体容积内的气体压力差进行均衡，其中，该气体压力差是由于运动元件沿轴线的运动而产生的。
51.根据权利要求43到50之一所述的机电式发电机，其特征在于：气密密封件包围壳体。
52.根据权利要求43到51之一所述的机电式发电机，其特征在于：壳体包括多个部件，这些部件组装到一起而形成组件，该组件的相邻部件之间被气密密封件气密地密封。
53.根据权利要求43到52之一所述的机电式发电机，其特征在于：磁体组件被可动地安装，线圈被固定到壳体上。
54.根据权利要求53所述的机电式发电机，其特征在于：偏压装置包括一对压缩弹簧，每个弹簧都环形地包围磁体组件的至少一部分，且每个弹簧都在轴向上与轴线对正，并沿轴线在两个相反方向中的其中一个方向上将可动安装的磁体组件朝向中间位置偏压。
55.根据权利要求54所述的机电式发电机，其特征在于还包括：用于限制磁体组件非轴向运动的约束装置。
56.根据权利要求54所述的机电式发电机，其特征在于磁体组件包括：圆柱形的磁体；第一铁磁材料体和第二铁磁材料体，两铁磁材料体的转动轴线都与磁体的圆柱轴线对正，且被联接到磁体的对应磁极上，第一材料体形成了一个磁极表面，第二材料体形成了另一磁极表面；以及支撑件，其与轴线对正，并被安装到第一材料体的一个表面上，该表面是远离磁体的那个表面，压缩弹簧包括第一、第二压缩弹簧，两弹簧沿轴线在相反的方向上对磁体组件偏压，第一压缩弹簧被安装在第一材料体与凸缘之间，第二压缩弹簧被安装在支撑件与凸缘之间。
57.一种机电式发电机，其包括用于将机械振动能转换为电能的谐振能量采收器，该发电机基本上如前文参照图1、图2或图8所述的那样。
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