CN102687388B - 用于将机械振动能量转换成电能的振动能量采集器 - Google Patents
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Abstract
一种用于将机械振动能量转换成电能的振动能量采集器，该振动能量采集器包括当受到机械振动时产生电能的装置和与所述装置电连接以用于在振动能量采集器的电输出处提供基本恒定的输出电流的电流控制电路。
Description
技术领域
本发明涉及用于将机械振动能量转换成电能的振动能量采集器。本发明还涉及操作用于将机械振动能量转换成电能的振动能量采集器（包括安装阶段）的方法。具体地讲，本发明涉及这样一种装置即微型发生器，它能够将周围振动能量转换成例如用于对智能传感器系统供电的电能。这种系统能够应用于许多领域，在这些领域中取消电缆或电池会带来的经济性或操作上的优点。
背景技术
振动能量采集器（VEH）在现有技术中是公知的并且由具有电磁感应或压电功率转换的机械谐振器构成。在任一情况下，机械谐振器包括簧上质量（sprung mass）。
已知使用用于从周围振动采集可用电能的振动能量采集器（例如，机电发生器）例如用于对无线传感器进行供电。
典型机电发生器是磁体-线圈发生器，它包括机械弹簧-质量组合，这个机械弹簧-质量组合附连到磁体或线圈以使得当系统振动时，线圈切割由磁芯形成的磁通量。振动能量采集器应该具有固定的自然（谐振）频率或者大到足够应付当工作温度变化时这个频率的任何变化的带宽。
在预期振动源上安装振动能量采集器的过程中，采用某方法测量VEH电流输出从而能够比较振动源上的不同预期安装位置是有利的。通过这种方法，当安装在给定振动源上时给定振动能量采集器的输出电流能够被最大化。
然而，通常，输出到它的负载的VEH电流还取决于负载的阻抗。为了进一步使得实现最大VEH电流输出卷入，在使用中，负载通常是由VEH进行逐渐充电的电容器。在充电过程中，电容器的有效阻抗改变很大。于是，电流输出也会改变。在给定位置处安装时的任何初始电流测量不一定指示操作期间将传送的最大电流。
因此，存在如下问题：在安装期间，没有当使用VEH时正确表示电容性负载的阻抗的单个负载阻抗可被使用。于是难于预测后来在已经安装以后当使用VEH时VEH电流输出将是多少。因此，难于确定将在接下来操作过程中导致最大电流输出的VEH在预期振动源上的特定安装位置。
发明内容
本发明意图提供用于将机械振动能量转换成电能的振动能量采集器（例如机电发生器），本发明通过提供适于使得用户测量安装期间的电流输出以及知道当振动能量采集器接下来使用时相同电流输出将被驱动进入负载的振动能量采集器来解决这个问题。
本发明由此提供了一种用于将机械振动能量转换成电能的振动能量采集器，该振动能量采集器包括当受到机械振动时产生电能的装置和与所述装置电连接以用于在振动能量采集器的电输出处提供基本恒定的输出电流的电流控制电路。
优选的是，所述电流控制电路包括连接到振动能量采集器的电输出的第一可控可变电阻器。
通常，第一可控可变电阻器包括MOSFET或双极结型晶体管。
优选的是，电流控制电路适于控制第一可控可变电阻器以将来自该装置的输入电压维持在预定电压。
更加优选的是，所述电流控制电路还包括基准电压发生器和误差放大器，所述基准电压发生器用于生成预设基准电压，所述误差放大器用于比较来自所述装置的输入电压与所述基准电压以产生用于当所述输入电压与所述基准电压不同时选择性调节所述第一可控可变电阻器的第一控制信号。可选的是，额外的放大器可连接到误差放大器的输出并且该额外的放大器的输出被输出到第一可控可变电阻器并且选择性地调节第一可控可变电阻器。
在一个实施例中，电流控制电路适于控制振动能量采集器的电输出处的输出电压以使得输出电压不超过预定的阈值电压。
优选的是，电流控制电路还包括连接到振动能量采集器的电输出的第二可控可变电阻器，第二可控可变电阻器包括位于该装置的地线与电力线之间的分流电阻器。
通常，第二可控可变电阻器包括MOSFET或双极结型晶体管。
更加优选的是，误差放大器的输出连接到第二可控可变电阻器，误差放大器由此产生用于当输入电压与基准电压不同时选择性调节第二可控可变电阻器的第二控制信号。
在一个实施例中，电流控制电路与该装置集成在一起。在另一个实施例中，电流控制电路在可拆卸地附连到该装置的模块内。
本发明还提供了一种操作用于将机械振动能量转换成电能的振动能量采集器的方法，所述方法包括如下步骤：a.在可振动支撑件上设置当受到机械振动时产生电能的装置；以及b.使用电连接到所述装置的电流控制电路，从而当所述装置被振动时在所述振动能量采集器的电输出处提供基本恒定输出电流。
优选的是，所述电流控制电路控制连接到所述振动能量采集器的电输出的第一可控可变电阻器，以使得来自所述装置的输入电压被维持在预定电压。
更加优选的是，所述电流控制电路将来自所述装置的输入电压与基准电压进行比较，并且这个比较产生用于当该输入电压与基准电压不同时选择性调节第一可控可变电阻器的第一控制信号。
在一个实施例中，所述电流控制电路控制所述振动能量采集器的电输出处的输出电压，以使得该输出电压不超过预定的阈值电压。
更加优选的是，所述电流控制电路通过改变连接到所述振动能量采集器的电输出的第二可控可变电阻器来控制所述振动能量采集器的电输出处的输出电压，所述第二可控可变电阻器包括位于所述装置的地线与电力线之间的分流电阻器。
优选的是，所述电流控制电路将来自所述装置的输入电压与所述基准电压进行比较，并且这种比较产生用于当该输入电压与所述基准电压不同时选择性调节所述第二可控可变电阻器的第二控制信号。
通常，该方法还包括在安装阶段安装所述振动能量采集器的步骤，并且在安装步骤中当装置被振动时测量所述振动能量采集器的电输出处的输出电流。
优选的是，使用万用表测量输出电流。
发明人至少部分基于如下发现建立本发明：通过在机电发生器（即振动能量采集器）的电输出处包含“缓冲器”电路以使得在使用过程中“缓冲器”电路电连接在VEH与它的负载之间，这种“缓冲器”电路适于使得VEH的电输出基本独立于使用中与此连接的任何负载的阻抗的任何变化。结果得到一种变型的振动能量采集器，它适于向宽范围的负载阻抗传递相同电流并且最重要的是向充电电容性负载传递恒定电流。
通过电连接到VEH的这种缓冲器电路，可以测量安装过程中VEH的电流输出并且知道当装置使用时接下来均能够将相同电流输出驱动进入任何负载（不管接下来选择什么负载）。
即使在VEH的寿命期间替换负载，VEH的电流输出仍是已知的并且相同电流输出接下来被驱动进入该替换负载。
附图说明
现在将参照附图举例描述本发明的实施例。
图1是根据本发明的第一实施例的电流控制电路的示意性电路图，该电流控制电路包括可变电阻器装置，它连接到用于将机械振动能量转换成电能的机电发生器的电输出；
图2是应用于图1的电流控制电路中的可变电阻器装置的实施例的示意性电路图；
图3是图2的电流控制电路的具体例子；
图4是根据本发明的第二实施例的电流控制电路的示意性电路图，该电流控制电路包括两个可变电阻器装置，它们连接到用于将机械振动能量转换成电能的机电发生器的电输出；
图5是应用于图4的电流控制电路中的可变电阻器装置的实施例的示意性电路图；
图6是图5的电流控制电路的具体例子；以及
图7是曲线图，示出了第一或第二可变电阻的值与电压之间的关系，并且示出了如何通过比较输入电压Vin与基准电压Vref的控制电路的操作的电阻值。
具体实施方式
参照图1，示意性示出了根据本发明的第一实施例的用于将机械振动能量转换成电能的机电发生器2。在现有技术中这种机电发生器已知为振动能量采集器。机电发生器2可以是已知结构并且尤其可以包括在现有技术中已知为“速度-阻尼”谐振器的谐振发生器，在这种“速度-阻尼”谐振器中，通过安装在振动装置上的惯性质量相对于外壳的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，该做功的一部分被吸收以克服非期望的机械或电损耗，然而，剩余的做功可用于经由合适的转换机构（例如，电线圈/磁组件）产生电流。
最典型的是，机电发生器使用安装在外壳内的谐振质量-弹簧布置。如果机电发生器2经历外部振动源，则包括惯性质量的磁芯组件相对外壳进行运动，并且对包括至少一个静态电线圈的阻尼器进行做功，该可运动磁芯组件产生磁通量区，该（或各个）电线圈设置在该磁通量区的内部。电线圈和磁通量的相对运动使得在电线圈中感应出电流，该电流可用作用于驱动外部装置（未示出）的电力源。该线圈连接到整流器和相关电路以使得从机电发生器2输出的现有技术中公知的全波整流和平滑输出形式的电力被传递到输出线4和6上。
例如从申请人的早先公开的专利说明书（例如，WO-A-2007/096615、WO-A-2008/132423和WO-A-2009/068856）已知合适的机电发生器2。
根据本发明的第一实施例，如图1所示，缓冲器电路8的输入侧连接到作为电力线的一个输出线4以及连接到地的另一个输出线6。缓冲器电路8的输出侧连接到修改的机电发生器4的第一输出端子10和连接到地的第二输出端子12。缓冲器电路由此包括两个线（电力线14和地线16）。
如图1所示，输出线4和6提供电压Vin和电流Iin，输出端子10和12提供电压Vout和电流Iout。
图1到图6全部具有可互换的Vin、Vout和GND节点，并且每个实施例的电路可以是三端子装置。
在电力线14上电连接第一可控可变电阻器18，该第一可控可变电阻器18在图1中由Radj示意性指示。可控可变电阻器可以包括例如MOSFET的装置。电阻器Radj适于由缓冲器电路8进行改变以将Vin保持在恒定电压偏置点。换言之，电阻器Radj被自动调节以使得输入电压Vin保持在恒定值。机电发生器VEH的属性在于，对于特定振动幅值和振动频率以及恒定输出电压（当被控制为等于Vin时实现），VEH传递恒定功率（即，IV）并且由此传递恒定电流Iin。由于Iout等于Iin（除了可控可变电阻器18内的可忽略的泄漏分路电流以外），所以只要Vout不大于Vin，缓冲器电路8向它的负载输入恒定输出电流，而与Vout无关。
如果在VEH的安装期间用于选择性测量电流和电压的万用表（未示出）附连到输出端子10和12，则万用表可用于准确测量输出电流Iout，尽管万用表的阻抗与在现场的VEH的最终使用过程中电连接到输出端子10和12并且由VEH供电的负载（例如，存储电容器）完全不同。这样，在安装VEH的过程中能够准确预测在使用时的电流输出。
图2是应用于图1的电流控制电路中的可变电阻器装置的实施例的示意性电路图。换言之，在图1中由对应框图示意性所示的提供Radj的第一可控可变电阻器18被包括在示出用于控制可变电阻器的控制电路的图2的电路图中。
参照图2，第一可控可变电阻器18设置在Vin与Vout之间的相应电力线50上，还有地线52。这些线可与电力线4和地线6相同。电压传感器54连接在电力线50与地线52之间。电压传感器54的输出56连接到误差放大器60的第一输入58。基准电压发生器62连接在地线52与误差放大器60的第二输入64之间。误差放大器60具有输出65，输出65包括第一控制信号，第一控制信号是感测的电压与基准之间的任何差的放大并且由此形成了实际输入电压Vin与基准电压Vref之间的误差。输出65上的控制信号被引导到第一可控可变电阻器18以控制电阻值Radj。
参照图3的具体电路，误差放大器60的输出65连接到晶体管68的基极66，晶体管68构成放大器。晶体管68的集电极70连接到第一可控可变电阻器18并且还经由电阻72连接到电力线50。晶体管68的发射极74连接到地线52。集电极70的输出电压构成选择性控制第一可控可变电阻器18的第一控制信号，从而控制电阻值Radj。
误差放大器60和由晶体管68构成的放大器用于比较由电压传感器54感测以提供感测的电压值Vsense的输入电压Vin与由基准电压发生器62产生的基准电压Vref，并且与Vin值对应的Vsense值与Vref值之间的任何差由操作晶体管68的误差放大器60进行放大以控制可变电阻器18。
与Vin值对应的Vsense值与Vref值之间的任何差被放大并且输出65上得到的高输出信号使得晶体管68导通以使得电流从其中流过。这在包括第一可变电阻器18的MOSFET 18的基极处产生高信号，从而降低电流沿电力线50流动的电阻。
误差放大器60和由晶体管68构成的放大器由此控制具有电阻值Radj的可变电阻器18，使得电压值Vin被维持以将Vin保持在由基准电压Vref确定的恒定电压偏置点，如在上文参照图1所讨论。控制电路自动工作以将电压值Vin基本保持在基准电压Vref。
在第一实施例中，通常，仅仅需要驱动Radj的误差放大器，如果误差放大器具有足够增益以产生用于直接控制可变电阻器18的所需控制信号，则不需要实际具有两个放大器。因此，在实施例的变型中，可以省去放大器68。
参照图7，误差放大器60将由电压传感器54感测以提供感测的电压值Vsense的输入电压Vin与由基准电压发生器62产生的基准电压Vref进行比较。当与Vin值对应的Vsense值大于Vref值时，来自误差放大器的输出信号控制可变电阻器18并且尤其当在输入电压Vin与基准电压Vref之间出现正差时使得电阻值Radj从高水平切换到低水平。因此，Radj由把Vin与创建电压偏置点的基准电压进行比较的放大器进行控制。
应该明白，在Vin与地之间汲取用于基准电压发生器62和构成放大器的晶体管68的电力。在典型实施例中，执行这些功能所需的电流表示Iin的小的通常不明显的部分。
根据本发明的第二实施例，如图4所示，提供了一种变型的缓冲器电路28，它还适于控制输出电压从而使得端子10和12处的最大输出电压Vout不超过最大阈值。例如，当知道或期望在由VEH进行供电的装置中负载存储电容器具有最大工作电压时，提供这个变型。与第一实施例相比较，相似部分由相似标号进行标识。
这种变型例包括在缓冲器电路28中额外设置第二可控可变电阻器30，该第二可控可变电阻器30在图4中由Radj(shunt)进行示意性指示，它作为分流电阻器连接在输出线4与6之间并且由此连接到具有电阻Radj的可控可变电阻器18的输入侧。同样，第二可控可变电阻器30可以包括诸如MOSFET或双极结型晶体管（BJT），后者在图6的例子中示出。
在这个缓冲器电路28中，如上所述，在Vout小于Vin的正常操作过程中，电阻器Radj(shunt)被控制以保持在非常高的电阻而Radj受到调节以将Vin保持在由基准电压确定的偏置电压。这导致输出线4与6之间的可忽略或不存在任何分流电流。
然而，如果Vout上升变得等于Vin，则正常操作期间Radj(shunt)处于非常高的电阻，于是Radj(shunt)被降低以将一些电流Iin分流到大地。这样防止Vout超过偏置电压Vin。向负载施加的电压由此被限制到偏置电压，从而相应地将负载限制为经历选择的最大阈值电压。
图5是应用于图4的电流控制电路中的可变电阻器装置的另一个实施例的示意性电路图。换言之，在图4中由对应框示意性所示的提供Radj的第一可控可变电阻器18和提供Radj(shunt)的第二可控可变电阻器30均被包括在图5的电路图中，该图5的电路图示出了用于控制各个可变电阻器的控制电路。
参照图5，第一可控可变电阻器18设置在Vin与Vout之间的对应电力线50上，还有地线52。这些线与电力线14和地线16相同。第二可控可变电阻器30作为旁路设置在电力线50与地线52之间。电压传感器54连接在电力线50与地线52之间。电压传感器54的输出56连接到误差放大器60的第一输入58。基准电压发生器62连接在地线52与误差放大器60的第二输入64之间。误差放大器60具有连接到两个元件的输出65。第一个元件是第二可控可变电阻器30，它可以是如上所述用于先前实施例的第一可控可变电阻器18的MOSFET或BJT。第二个元件是放大器82的输入80，并且像第一实施例那样，放大器82的输出84连接到第一可控可变电阻器18，第一可控可变电阻器18还可以是如上所述的MOSFET或BJT。由放大器82进行放大的误差放大器60的输出构成了第一控制信号，该第一控制信号选择性控制第一可控可变电阻器18从而控制电阻值Radj，误差放大器60的输出还构成了第二控制信号，该第二控制信号选择性控制第二可控可变电阻器30从而对应控制电阻值Radj(shunt)。
参照图6的具体电路，误差放大器60的输出65连接到第一晶体管168的基极166。第一晶体管168的集电极170连接到电力线50。第一晶体管168的发射极174连接到第二晶体管176的基极175。第二晶体管176的集电极177连接到第一可控可变电阻器18并且还经由电阻器172连接到电力线50。集电极177的输出电压构成第二控制信号，第二控制信号选择性控制第一可控可变电阻器18以控制电阻值Radj。晶体管168的发射极178连接到地线52。
误差放大器60将由电压传感器54感测以提供感测的电压值Vsense的输入电压Vin与由基准电压发生器62产生的基准电压Vref进行比较。与Vin值对应的Vsense值与Vref值之间的任何差被放大并且输出65上得到的高输出信号使得晶体管168导通以使得电流从其中流过（晶体管168被构造为仅仅提供相对小的在其中流动的电流）。这又在晶体管176的基极175提供高输入，这使得晶体管176导通以使得电流在其中流动（与晶体管168相比，晶体管176被构造为提供相对高的在其中流动的电流）。这在包括第一可变电阻器18的MOSFET 18的基极形成高信号，从而降低电流沿电力线50流动的电阻。这还使得电流从电力线50通过电阻器172、通过晶体管176然后到达地线52，这起低电阻旁路的作用。这样，通过公共电路控制并减小第一可变电阻器18和第二可变电阻器30二者。
晶体管168和176控制具有电阻值Radj的可变电阻器18，从而使得维持电压值Vin以将Vin保持在恒定电压偏置点，如以上参照图4所述。
因此，Radj和Radj(shunt)由比较Vin与创建电压偏置点的基准电压的公共误差放大器进行控制，并且当在电压值Vin与基准电压值Vref之间出现正电压差时，利用该电压偏置点通过将这两个电阻器从高水平下拉到低水平来控制这两个电阻器。
再次参照图7，误差放大器60将由电压传感器54进行感测以提供感测的电压值Vsense的输入电压Vin与由基准电压发生器62产生的基准电压Vref进行比较。当与Vin值对应的Vsense值大于Vref值时，来自误差放大器的输出信号控制可变电阻器18和30并且尤其使得电阻器值Radj和Radj(shunt)从高水平切换到低水平。电阻器值Radj(shunt)仅仅在电阻器值Radj减小以后才减小，从而将由通过Radj(shunt)分流的电流导致的电流损耗最小化。
因此，当电压值Vin上升并且超过阈值时，电阻器值Radj(shunt)被减小以使电流分流从其中流过，从而将电压值Vout保持在或低于阈值，如以上参照图4描述。
因此，通过把Vin与为每个可控电阻器创建电压偏置点的基准电压进行比较的公共电压和误差放大器电路来控制Radj和Radj(shunt)。这是一种通过使用公共基准电压控制两个电阻器的廉价和直接的电学方案。
从图7应该明白，第一可控电阻器18Radj比第二可控电阻器30Radj(shunt)下降得更加迅速，从而在第一可控电阻器Radj下降到接近它的最低水平之前几乎没有电流被分流到大地。
优选实施例由此提供了适于控制振动能量采集器的输出以提供恒定电流输出的可靠和简单的缓冲器电路。缓冲器电路可以集成到振动能量采集器例如在这种振动能量采集器中常规采用的电压控制和整流电路内。或者，缓冲器电路可以设置在适于电连接到这种振动能量采集器的电压控制和整流电路的独立模块内。所得的任一实现模式的结构是健壮的、耐用的和紧凑的。
通过提供这种缓冲器电路，可以测量安装过程中VEH的电流输出并且知道当装置使用时不管接下来选择什么负载接下来均能够将相同电流输出驱动进入任何负载。另外，即使在VEH的寿命期间更换负载，VEH的电流输出仍是已知的并且相同电流输出接下来被驱动进入该替换负载。相同电流将流入任何负载，只要驱动该电流不需要比Vin被“箝位”到的电压偏置点更大的电压即可。
本领域技术人员明白本发明的其它变型和实施例。
Claims (10)
1.一种用于将机械振动能量转换成电能的振动能量采集器，该振动能量采集器包括：
当受到机械振动时产生电能的装置；和
与所述装置电连接以用于在振动能量采集器的电输出处提供基本恒定的输出电流的电流控制电路，
其中，所述电流控制电路包括：
连接到振动能量采集器的电输出的第一可控可变电阻器，所述电流控制电路适于控制所述第一可控可变电阻器以将来自所述装置的输入电压维持在预定电压，以及适于控制所述振动能量采集器的电输出处的输出电压，使得该输出电压不超过预定的阈值电压；
连接到所述振动能量采集器的电输出的第二可控可变电阻器，所述第二可控可变电阻器包括位于所述装置的地线和电力线之间的分流电阻器；以及
基准电压发生器和误差放大器，所述基准电压发生器用于生成预设基准电压，所述误差放大器用于比较来自所述装置的输入电压与所述基准电压以产生用于当所述输入电压与所述基准电压不同时选择性调节所述第一可控可变电阻器的第一控制信号。
2.根据权利要求1的振动能量采集器，其中，所述第一可控可变电阻器包括MOSFET或双极结型晶体管。
3.根据权利要求1的振动能量采集器，其中所述第二可控可变电阻器包括MOSFET或双极结型晶体管。
4.根据权利要求1的振动能量采集器，其中，所述误差放大器的输出连接到所述第二可控可变电阻器，所述误差放大器由此产生用于当输入电压与基准电压不同时选择性调节所述第二可控可变电阻器的第二控制信号。
5.根据权利要求1的振动能量采集器，其中，所述电流控制电路与所述装置集成到一起。
6.根据权利要求1的振动能量采集器，其中所述电流控制电路在可拆卸地附连到所述装置的模块内。
7.一种操作用于将机械振动能量转换成电能的振动能量采集器的方法，所述方法包括如下步骤：
a.在可振动支撑件上设置当受到机械振动时产生电能的装置；以及
b.使用电连接到所述装置的电流控制电路执行以下处理步骤：
当所述装置被振动时在所述振动能量采集器的电输出处提供基本恒定输出电流；
控制连接到所述振动能量采集器的电输出的第一可控可变电阻器，以使得来自所述装置的输入电压被维持在预定电压；
将来自所述装置的输入电压与基准电压进行比较，并且这个比较产生用于当该输入电压与基准电压不同时选择性调节第一可控可变电阻器的第一控制信号；以及
通过改变连接到所述振动能量采集器的电输出的第二可控可变电阻器来控制所述振动能量采集器的电输出处的输出电压，以使得该输出电压不超过预定的阈值电压，
其中所述第二可控可变电阻器包括位于所述装置的地线与电力线之间的分流电阻器。
8.根据权利要求7的方法，其中，所述电流控制电路将来自所述装置的输入电压与所述基准电压进行比较，并且这种比较产生用于当该输入电压与所述基准电压不同时选择性调节所述第二可控可变电阻器的第二控制信号。
9.根据权利要求7的方法，还包括在安装阶段安装所述振动能量采集器的步骤，并且在安装步骤中当装置被振动时测量所述振动能量采集器的电输出处的输出电流。
10.根据权利要求9的方法，其中使用万用表测量所述输出电流。
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| US20140182378A1 (en) * | 2012-12-31 | 2014-07-03 | Kcf Technologies, Inc. | Energy harvester powered accelerometer |
| US9206672B2 (en) | 2013-03-15 | 2015-12-08 | Fastcap Systems Corporation | Inertial energy generator for supplying power to a downhole tool |
| DE102014008675B4 (de) * | 2014-06-13 | 2017-09-21 | Audi Ag | Verfahren zum Betreiben eines Radaufhängungssystems |
| US9680324B2 (en) * | 2015-03-06 | 2017-06-13 | Ruskin Company | Energy harvesting damper control and method of operation |
| US10317099B2 (en) | 2015-04-16 | 2019-06-11 | Air Distribution Technologies Ip, Llc | Variable air volume diffuser and method of operation |
| US10142822B1 (en) | 2015-07-25 | 2018-11-27 | Gary M. Zalewski | Wireless coded communication (WCC) devices with power harvesting power sources triggered with incidental mechanical forces |
| US9911290B1 (en) | 2015-07-25 | 2018-03-06 | Gary M. Zalewski | Wireless coded communication (WCC) devices for tracking retail interactions with goods and association to user accounts |
| US10132553B2 (en) | 2016-07-05 | 2018-11-20 | Johnson Controls Technology Company | Drain pan removable without the use of tools |
| US10704800B2 (en) | 2016-09-28 | 2020-07-07 | Air Distribution Technologies Ip, Llc | Tethered control for direct drive motor integrated into damper blade |
| JP6836430B2 (ja) | 2017-03-21 | 2021-03-03 | 株式会社東芝 | 発電システム |
| JP2022053559A (ja) * | 2019-02-13 | 2022-04-06 | 日立Astemo株式会社 | 電力変換装置 |
| US11811336B2 (en) | 2020-07-27 | 2023-11-07 | International Business Machines Corporation | Piezoelectric based pallet generator for device charging |
| US11569724B2 (en) | 2020-07-27 | 2023-01-31 | International Business Machines Corporation | Faraday based pallet generator for device charging |
| DE102021111203A1 (de) | 2021-04-30 | 2022-11-03 | INS GmbH | Elektrodynamischer Energiewandler |
| US20230024676A1 (en) | 2021-07-22 | 2023-01-26 | Gonzalo Fuentes Iriarte | Systems and methods for electric vehicle energy recovery |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200827970A (en) * | 2006-12-26 | 2008-07-01 | Richtek Technology Corp | Analog photovoltaic power circuit |
| CN101550982A (zh) * | 2009-04-30 | 2009-10-07 | 重庆大学 | 一种自供电磁流变阻尼器 |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4642547A (en) * | 1985-08-19 | 1987-02-10 | Sunpower, Inc. | Adaptive regulation system for a linear alternator driven by a free-piston stirling engine |
| WO1987006352A1 (fr) * | 1986-04-09 | 1987-10-22 | Müller Und Weigert Gmbh | Multimetre |
| JPH0562183U (ja) * | 1990-12-19 | 1993-08-13 | 日本セ−フティ株式会社 | 発電装置 |
| JP3559803B2 (ja) * | 1993-06-30 | 2004-09-02 | 株式会社岡村研究所 | 太陽電池による電気二重層コンデンサの充電方法 |
| US5498951A (en) * | 1993-06-30 | 1996-03-12 | Jeol Ltd. | Method and apparatus for charging electric double layer capacitor |
| US5570004A (en) * | 1994-01-03 | 1996-10-29 | Seiko Instruments Inc. | Supply voltage regulator and an electronic apparatus |
| US6046896A (en) | 1995-08-11 | 2000-04-04 | Fijitsu Limited | DC-to-DC converter capable of preventing overvoltage |
| JPH09245842A (ja) * | 1996-03-11 | 1997-09-19 | Sony Corp | 電池と電池操作装置 |
| US6882086B2 (en) | 2001-05-22 | 2005-04-19 | Sri International | Variable stiffness electroactive polymer systems |
| JPH1132475A (ja) * | 1997-07-10 | 1999-02-02 | Yahata Denki Sangyo Kk | 過電圧遮断型電源フィルタ装置 |
| KR100421047B1 (ko) * | 2001-07-18 | 2004-03-04 | 삼성전자주식회사 | 광 구동기에 있어서 광량 검출장치 및 방법 |
| US6876135B2 (en) | 2001-10-05 | 2005-04-05 | Sri International | Master/slave electroactive polymer systems |
| US7105982B1 (en) * | 2003-03-26 | 2006-09-12 | Polatis Photonics, Inc. | System for optimal energy harvesting and storage from an electromechanical transducer |
| GB2431055B (en) * | 2005-10-04 | 2009-01-28 | Perpetuum Ltd | An electromechanical generator for converting mechanical vibrational energy into electrical energy |
| EP1821386A2 (en) * | 2006-02-17 | 2007-08-22 | Power Systems Co., Ltd. | Charging apparatus for capacitor storage type power source and discharging apparatus for capacitor storage type power source |
| US7554224B2 (en) * | 2006-02-22 | 2009-06-30 | Perpetuum Ltd. | Electromechanical generator for converting mechanical vibrational energy into electrical energy |
| US7345372B2 (en) * | 2006-03-08 | 2008-03-18 | Perpetuum Ltd. | Electromechanical generator for, and method of, converting mechanical vibrational energy into electrical energy |
| US7863874B2 (en) | 2006-09-05 | 2011-01-04 | Atmel Automotive Gmbh | Linear voltage regulator with a transistor in series with the feedback voltage divider |
| US7560913B2 (en) * | 2006-09-22 | 2009-07-14 | International Business Machines Corporation | Input-tracking, automatic output-margining method and system |
| WO2008090627A1 (ja) * | 2007-01-26 | 2008-07-31 | Advantest Corporation | 電流制限付き電圧発生器および半導体試験装置 |
| JP5114122B2 (ja) * | 2007-07-20 | 2013-01-09 | 日本電波工業株式会社 | 恒温槽付水晶発振器における恒温槽の制御回路 |
| GB2469347B (en) * | 2009-08-26 | 2011-10-05 | Perpetuum Ltd | An electromechanical generator for converting mechanical vibrational energy into electrical energy |
| US7888915B2 (en) * | 2009-09-11 | 2011-02-15 | General Electric Company | System for detecting generator winding faults |
| US8188622B1 (en) * | 2009-11-12 | 2012-05-29 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Tunable resonant frequency kinetic energy harvester |
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| TW200827970A (en) * | 2006-12-26 | 2008-07-01 | Richtek Technology Corp | Analog photovoltaic power circuit |
| CN101550982A (zh) * | 2009-04-30 | 2009-10-07 | 重庆大学 | 一种自供电磁流变阻尼器 |
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