CN106195105B - 用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机，其包括：质量块，其通过偏压装置弹性地连接到本体并且适合于相对于所述本体在平衡点附近以一定振荡幅值振荡；变换器，其被构造用来将相对于所述本体的在所述平衡点附近的所述质量块的振荡转化为电能；和弹性装置，其布置在所述质量块与所述本体中的一者和所述偏压装置之间，其中，所述弹性装置被构造用来仅当所述振荡幅值超过预定的非零临界幅值时在所述质量块与所述本体中的一者和所述偏压装置之间变形。该弹性装置可以包括下列中的一者：螺旋弹簧、O型环和弹簧垫圈，诸如Belleville垫圈、弯曲的圆盘弹簧、波形垫圈和开口垫圈。

Description

用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机和方法
本发明是国际申请日为2013年11月13日、国际申请号为PCT/EP2013/073754、中国国家申请号为201380069288.1、发明名称为“用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机和方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机。本发明也涉及使用电机械发电机将机械振动能转化为电能的方法。特别地，本发明涉及这种装置，该装置是微型发电机，该微型发电机能够将周围的振动能转化为电能以便用于例如为智能传感器系统提供电力。这种系统可以用于许多领域，其中由于消除了电缆或电池而存在经济或操作优点。
背景技术
用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机在该技术领域中是熟知的，并且由机械共振器组成，所述机械共振器具有电磁感应或压电功率变换。在任一情况中，该机械共振器由簧载质量块组成。已知使用电机械发电机来从周围振动获取有用的电功率，例如，用来为无线传感器提供功率。具有其它变换系统(诸如磁致伸缩或静电系统)的发电机也是已知的。
典型的电机械发电机是磁体-线圈发电机，该磁体-线圈发电机由机械弹簧-质量块组合组成，该机械弹簧-质量块组合附接到磁体或线圈使得当该系统振动时线圈穿过由磁芯形成的磁通。当振动时移动的质量块典型地安装在悬臂梁上。该梁可以或者连接到磁芯，该线圈相对于用于该装置的罩壳被固定，或者反过来。
该电机械发电机在使用中可能受到大的冲击力或振动，该大的冲击力或振动引起簧载质量块以过度大的幅值振荡，其结果是该质量块在其行程的极限处可能物理地撞击该装置的外部壳体或其它部件。虽然在理论上可以使该质量块与该壳体和其它部件更远地相间隔以适应这种大的振荡幅值而不发生撞击，但这给予总装置较大的体积，该较大的体积限制其在较小空间中的应用，很可能增加其重量，并且需要使用更多的材料来形成该壳体。如果没有壳体，或者如果该质量块与壳体和其它部件更远地相间隔以避免这种撞击，则该质量块可能以过度大的幅值振荡，这通过重复地超过弹簧材料的比例极限而引起弹簧的永久损坏或劣化。在任一情况中，可以预期，具有过度大的幅值的这种撞击或振荡，将使电机械发电机的操作寿命缩短到不可接受的程度。
共振振动能量采集器有利地被设计使得它们的品质因子尽可能高。这是因为较高的功率可以通过较高品质共振器而被产生。然而，如果这种装置位于驱动振动变得在幅值上高于预期的环境中，或者如果这种装置受到偶然的大冲击力，则共振器的振荡幅值可能变得大于所设计或适应的振荡幅值。这个振荡幅值可能引起共振质量块撞击该装置壳体或其它部件，并且潜在地在延长的暴露之后，导致永久的装置损坏。
因此，需要提供一种电机械发电机，该电机械发电机适应簧载质量块的振动或振荡的幅值可能以间歇的且不可预测的方式随时间变化的可能性，并且因此，由于不安全的幅值而损坏的可能性可被减小，并且因此可以提高操作寿命。
发明内容
本发明旨在提供用来将机械振动能转化为电能的改进的电机械发电机，该改进的电机械发电机可以满足这个需要。
本发明也旨在提供一种紧凑的电机械发电机，该紧凑的电机械发电机用来将机械振动能转化为电能。
本发明也旨在提供一种用来将机械振动能转化为电能的改进的电机械发电机，该改进的电机械发电机包括用于其质量块的振动或振荡幅值的限制器，当该质量块以不超过特别的或预定的临界幅值的幅值振荡时，该限制器不引起发电机的任何功率损失，因此当电机械发电机在不超过特别的或预定的临界幅值的特别的或预定的幅值操作范围中操作时，避免或最小化电机械发电机的能量转换效率的任何减小。
本发明因此在第一方面中提供一种用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机，该电机械发电机包括：质量块，所述质量块通过偏压装置弹性地连接到本体并且适合于相对于所述本体在平衡点附近以一定振荡幅值振荡；变换器，所述变换器被构造用来将相对于所述本体的在所述平衡点附近的所述质量块的振荡转化为电能；和弹性装置，所述弹性装置布置在所述质量块与所述本体中的一者和所述偏压装置之间，其中，所述弹性装置被构造用来仅当所述振荡幅值超过预定的非零临界幅值时在所述质量块与所述本体中的一者和所述偏压装置之间变形。
在这里，通过“非零”意指预定的临界幅值不是零幅值。因此，当该质量块以预定的临界幅值振荡时，该质量块相对于该本体在平衡点附近振荡、振动或运动。
该发电机被构造成使得该质量块被允许相对于本体在平衡点附近以不超过预定临界幅值的振荡幅值振荡，而弹性装置不变形，例如，不被压缩在质量块与本体中的一者和偏压装置之间。因此，在这种情况中，当质量块的振荡幅值不超过特别的或预定的临界幅值时，弹性装置不引起该发电机的任何功率损失。然而，该发电机被构造成使得当振荡幅值超过预定临界幅值时，诸如当它受到强烈的冲击时，弹性装置随后变形，例如，被压缩在质量块与本体中的一者和偏压装置之间以充当限制器，该限制器限制振荡幅值。
因此，体现本发明的电机械发电机在它可能受到偶然的强烈冲击的环境中具有特别的效用。
任选地，所述弹性装置被构造用来当所述弹性装置在所述质量块与所述本体中的一者和所述偏压装置之间变形时接触所述偏压装置。替代地，所述电机械发电机包括硬的或刚性的装置(诸如弹性挡圈)，所述硬的或刚性的装置被构造用来当所述弹性装置在所述质量块与所述本体中的一者和所述偏压装置之间变形时隔离所述弹性装置与所述偏压装置。
所述弹性装置可以被安装在所述质量块与所述本体中的一者上。当所述质量块处于所述平衡点时所述弹性装置可以与所述偏压装置相间隔。优选地，弹性装置安装到其上的质量块与本体中的一者包括弹性装置所接触的硬的表面或座。该硬的表面或座可以由硬的部件提供，该硬的部件诸如质量块或本体的环形或非环形的部件。
所述弹性装置可以安装在所述偏压装置上。当所述质量块处于所述平衡点时所述弹性装置可以与所述质量块与所述本体中的一者相间隔。
优选地，所述弹性装置的弹簧常数大于所述偏压装置的弹簧常数。然而，该弹性装置的弹簧常数可以小于或等于偏压装置的弹簧常数。
所述弹性装置可以包括下述选项中的一者：弹簧垫圈、螺旋弹簧以及弹性体装置或嵌条，诸如O型环。所述弹簧垫圈可以选自由以下选项组成的组：Belleville垫圈、弯曲的圆盘弹簧、波形垫圈以及开口垫圈。优选地，所述弹性装置是单体式的顺从装置。
所述电机械发电机可以包括弹簧装置，所述弹簧装置布置在所述质量块与所述本体中的一者和所述偏压装置之间，并且被构造用来将所述弹性装置偏压在所述偏压装置和所述质量块与所述本体中的所述一者之一上。优选地，该弹性装置仅通过弹簧装置被保持在偏压装置、质量块或本体上。即，优选地，该弹性装置不附着或另外固定到偏压装置、质量块与本体中的一者上。
在该电机械发电机的使用中，该质量块和弹性装置受到加速。该弹簧装置应当足够刚性以耐受来自第一弹性装置的任何惯性力。即，当弹性装置安装在质量块和偏压装置中的一者上时，虽然不是必需的，但优选的是，在该质量块的振荡期间总是保持弹性装置与质量块和偏压装置中的一者接触。为了实现这个，在发电机的组装时，弹簧装置可以以压缩状态被安装在质量块与偏压装置中的一者和弹性装置之间(这暗示弹簧装置的最小弹簧应变率)，使得当质量块处于平衡点时弹性装置被偏压在偏压装置和质量块中的一者上。然而，弹簧装置应当是充分顺从的，以保证在质量块的振荡期间当弹性装置变形时，弹性装置保持与质量块和偏压装置中的一者接触(这暗示弹簧装置的最大弹簧应变率)。弹簧装置的弹簧常数可以在偏压装置和弹性装置的相应弹簧常数中间。
该弹簧装置可以包括弹簧垫圈，诸如Belleville垫圈、弯曲的圆盘弹簧、波形垫圈和开口垫圈中的一者。优选地，弹簧装置是单体式的顺从装置。
优选地，所述质量块通过所述偏压装置并且通过第二偏压装置弹性地连接到所述本体，所述偏压装置和所述第二偏压装置中的每一个偏压装置沿相反的两个方向中的相应一个方向朝所述平衡点偏压所述质量块。所述质量块可以弹性地连接到所述本体以便沿轴线进行直线振动运动。偏压装置和第二偏压装置可以沿该轴线相互间隔。
所述弹性装置可以具有孔，所述轴线穿过所述孔。优选地，所述弹性装置关于所述轴线旋转对称。
优选地，所述电机械发电机包括第二弹性装置，所述第二弹性装置布置在所述质量块与所述本体中的一者和所述第二偏压装置之间。当弹性装置布置在质量块与本体中选定的一者和偏压装置之间时，优选地，第二弹性装置布置在质量块与本体中相同地选定的一者和第二偏压装置之间。
所述第二弹性装置可以被安装在所述质量块与所述本体中的一者上。当所述质量块处于所述平衡点时所述第二弹性装置可以与所述第二偏压装置相间隔。优选地，第二弹性装置安装到其上的质量块与本体中的一者包括第二弹性装置所接触的硬的表面或座。该硬的表面或座可以由硬的部件提供，该硬的部件诸如质量块或本体的环形或非环形的部件。
优选地，所述第二弹性装置包括下述选项中的一者：弹簧垫圈、螺旋弹簧以及弹性体装置或嵌条，诸如O型环。优选地，所述第二弹性装置包括弹簧垫圈，所述弹簧垫圈选自由以下选项组成的组：Belleville垫圈、弯曲的圆盘弹簧、波形垫圈以及开口垫圈。优选地，所述第二弹性装置是单体式的顺从装置。
优选地，所述弹性装置包括第一Belleville垫圈并且所述第二弹性装置包括第二Belleville垫圈。第一和第二Belleville垫圈可以布置成以它们的内侧相互面对。替代地，第一和第二Belleville垫圈可以布置成以它们的内侧相互背离。仍然替代地，第一和第二Belleville垫圈可以布置成以它们的相应内侧面向相同的方向，即，不相互面对或相互背离。
所述电机械发电机可以包括第二弹簧装置，所述第二弹簧装置布置在所述质量块与所述本体中的一者和所述第二偏压装置之间，并且被构造用来将所述第二弹性装置偏压在所述第二偏压装置和所述质量块与所述本体中的所述一者之一上。优选地，该第二弹性装置仅通过第二弹簧装置而被保持在第二偏压装置、质量块或本体上。即，优选地，该第二弹性装置不附着或另外固定到第二偏压装置、质量块与本体中的一者上。第二弹簧装置可以具有上述弹簧装置的各个性质中的任何性质。特别地，第二弹簧装置的弹簧常数可以在第二偏压装置和第二弹性装置的相应弹簧常数中间。
本发明的第二方面提供一种用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机，该电机械发电机包括：质量块，所述质量块通过偏压装置弹性地连接到本体并且适合于相对于所述本体在平衡点附近振荡；变换器，所述变换器被构造用来将相对于所述本体的在所述平衡点附近的所述质量块的振荡转化为电能；和弹簧垫圈，所述弹簧垫圈布置在所述质量块和所述本体之间。
所述弹簧垫圈可以选自由以下选项组成的组：Belleville垫圈、弯曲的圆盘弹簧、波形垫圈以及开口垫圈。优选地，弹簧垫圈是单体式的顺从装置。
优选地，所述质量块适合于相对于所述本体在所述平衡点附近以一定振荡幅值振荡，并且所述弹簧垫圈被构造用来仅当所述振荡幅值超过预定的非零临界幅值时在所述质量块和所述本体之间变形(例如，被压缩)。
优选地，所述弹簧垫圈布置在所述质量块与所述本体中的一者和所述偏压装置之间。优选地，所述质量块适合于相对于所述本体在所述平衡点附近以一定振荡幅值振荡，并且所述弹簧垫圈被构造用来仅当所述振荡幅值超过预定的非零临界幅值时在偏压装置与所述质量块与所述本体中的一者之间变形(例如，被压缩)。
优选地，所述质量块通过所述偏压装置并且通过第二偏压装置弹性地连接到所述本体，所述偏压装置和所述第二偏压装置中的每一个偏压装置沿相反的两个方向中的相应一个方向朝所述平衡点偏压所述质量块。优选地，该弹簧垫圈布置在质量块与本体中的一者和偏压装置之间，并且电机械发电机包括第二弹簧垫圈，该第二弹簧垫圈布置在质量块与本体中的一者和第二偏压装置之间。当弹簧垫圈布置在质量块与本体中选定的一者和偏压装置之间时，优选地，第二弹簧垫圈布置在质量块与本体中相同地选定的一者和第二偏压装置之间。
在本发明的第一方面的或本发明的第二方面的电机械发电机中，优选地，该偏压装置包括悬臂梁，诸如弯曲的悬臂梁。优选地，所述质量块和所述本体被固定到所述悬臂梁的相对的两个端部。
在本发明的第一方面的或本发明的第二方面的电机械发电机中，该本体可以包括外壳，该外壳包围质量块和偏压装置。
在本发明的第一方面的或本发明的第二方面的电机械发电机中，该变换器优选地包括被包括在本体中的第一设备和被包括在质量块中的第二设备，并且优选地该第二设备电磁耦合到第一设备。当本体包括外壳时，优选地，第一设备相对于外壳被固定或者形成该外壳的至少一部分。
优选地，所述第一和第二设备中的一者包括一个或更多个磁体、一个或更多个导电线圈、和磁可穿透材料的元件中的一者，并且所述第一和第二设备中的另一者包括一个或更多个导电线圈、一个或更多个磁体以及一个或更多个磁体和一个或更多个导电线圈的组合中的一者。
在本发明的第一方面的或本发明的第二方面的电机械发电机中，该变换器可以包括压电元件，该压电元件被布置成使得相对于本体的质量块的振荡引起压电元件变形，其中变换器被构造用来将压电元件的变形转化为电能。
本发明的第二方面的电机械发电机可以包括本发明的第一方面的电机械发电机的任何上述任选的和/或优选的特征。
本发明的第三方面提供一种包括非簧载质量块的车辆，其中根据本发明的第一方面和/或根据本发明的第二方面的电机械发电机被并入、联接到、或安装于非簧载质量块。该电机械发电机可以通过弹性联接(诸如，弹性体联接)联接到或安装于非簧载质量块。该弹性联接可以是单体式的。
所述弹性联接可以适合于将非簧载质量块受到的冲击传输到所述电机械发电机，其中，所述质量块弹性地连接到所述本体以便沿轴线进行直线振动运动，并且其中，所述冲击使所述非簧载的质量块受到沿所述轴线的方向上的在0.5米每秒和5米每秒之间的速度改变。该冲击可以具有1和2毫秒之间的持续时间和在沿该轴线的方向上的75g和300g(其中“g”是由于重力的加速度，9.81m/s2)之间的幅值。例如，该冲击可以具有持续1ms的300g的加速度(这等于2.94m/s的速度改变)，或者持续2ms的75g的加速度(这等于1.47m/s的速度改变)。
本发明的第三方面的车辆中包括的电机械发电机可以包括本发明的第一方面的电机械发电机的任何上述任选的和/或优选的特征，和/或本发明的第二方面的电机械发电机的任何上述任选的和/或优选的特征。
本发明的第四方面提供一种组件，该组件包括：用于车辆的轴箱；和根据本发明的第一方面和/或根据本发明的第二方面的电机械发电机，该电机械发电机被并入、联接到、或安装于该轴箱。该电机械发电机可以通过弹性联接(诸如，弹性体联接)联接到或安装于该轴箱。该弹性联接可以是单体式的。
所述弹性联接可以适合于将轴箱受到的冲击传输到所述电机械发电机，其中，所述质量块弹性地连接到所述本体以便沿轴线进行直线振动运动，并且其中，所述冲击使所述轴箱受到沿所述轴线的方向上的在0.5米每秒和5米每秒之间的速度改变。该冲击可以具有1和2毫秒之间的持续时间和在沿该轴线的方向上的75g和300g之间的幅值。例如，该冲击可以具有持续1ms的300g的加速度(这等于2.94m/s的速度改变)，或者持续2ms的75g的加速度(这等于1.47m/s的速度改变)。
本发明的第四方面的组件中包括的电机械发电机可以包括本发明的第一方面的电机械发电机的任何上述任选的和/或优选的特征，和/或本发明的第二方面的电机械发电机的任何上述任选的和/或优选的特征。
本发明的第五方面提供一种使用电机械发电机将机械振动能转化为电能的方法，该方法包括以下步骤：提供根据本发明的第一方面和/或根据本发明的第二方面的电机械发电机；和使所述电机械发电机振动，因此引起所述质量块相对于所述本体在所述平衡点附近振荡，因此引起所述变换器将相对于所述本体的在所述平衡点附近的所述质量块的振荡转化为电能。
本发明的第五方面的方法中提供的电机械发电机可以包括本发明的第一方面的电机械发电机的任何上述任选的和/或优选的特征，和/或本发明的第二方面的电机械发电机的任何上述任选的和/或优选的特征。
附图说明
现在将参考附图仅通过例子的方式描述本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明的第一实施例的用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机的示意性剖视侧视图；
图2是图1的电机械发电机的第一偏压装置的示意性平面图；
图3是根据本发明的第二实施例的用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机的示意性剖视侧视图；
图4是根据本发明的第三实施例的用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机的示意性剖视侧视图；并且
图5是根据本发明的第四实施例的用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机的示意性剖视侧视图。
具体实施方式
本发明的这些实施例的电机械发电机是在该技术领域中称为“速度阻尼”的共振发电机，其中由相对于本体的质量块的运动完成的所有功正比于那个运动的瞬时速度。不可避免的是，那个功的一部分被吸收用来克服不合需要的机械或电损失，但该功的其余部分可以通过合适的变换机构用于产生电流，该合适的变换机构诸如下文中描述的电线圈/磁组件。
图1示出根据本发明的第一实施例的用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机100。电机械发电机100包括环形质量块10，该环形质量块弹性地连接到本体20并且适合于相对于本体20以一定振荡幅值在平衡点附近振荡。在图1中，该质量块10被示出为处于平衡点。通过输入具有沿轴线A-A直线方向的分量的机械振动，该质量块10相对于本体20沿轴线A-A可移动。在这个实施例中，该质量块10是关于轴线A-A旋转对称的或者至少基本上旋转对称的，并且具有中心开口，轴线A-A穿过该中心开口的中心。该质量块10与本体20的中心部分24以间隙G沿径向相间隔。
质量块10通过一对偏压装置30、50连接到本体20，该一对偏压装置中的每一个装置都是圆形环形形状的平弹簧，并且包括多个弯曲的悬臂梁。偏压装置30、50沿轴线A-A相互间隔，质量块10布置在其间，并且偏压装置30、50中的每一个沿平行于轴线A-A的两个相反方向中的相应一个方向朝平衡点偏压质量块10。
质量块10具有：第一环形突起13，该第一环形突起从质量块10的主要部分12的第一轴向端部轴向延伸；和第二环形突起15，该第二环形突起从质量块10的主要部分12的第二轴向端部轴向延伸，该第二轴向端部与第一轴向端部相对。第一和第二环形突起13、15中的每一个是圆形的，轴线A-A穿过该圆的中心。该对的第一偏压装置30具有：径向内端部32，该径向内端部连接或固定到本体20的中心部分24；和径向外端部34，该径向外端部从第一环形突起13向外径向地连接或固定到质量块10。第一偏压装置30的径向内和外端部32、34通过第一偏压装置30的中心部分而被连接，该中心部分的平行于轴线A-A的尺寸小于径向内和外端部32、34中的每一个端部的平行于轴线A-A的相应尺寸。类似地，该对的第二偏压装置50具有：径向内端部52，该径向内端部连接或固定到本体20的中心部分24；和相对的径向外端部54，该径向外端部从第二环形突起15向外径向地连接或固定到质量块10。第二偏压装置50的径向内和外端部52、54通过第二偏压装置50的中心部分56而被连接，该中心部分的平行于轴线A-A的尺寸小于径向内和外端部52、54中的每一个端部的平行于轴线A-A的相应尺寸。
图2示出第一偏压装置30的外形的例子。例示性第一偏压装置30是平弹簧，优选地由诸如弹簧钢的金属制成。如图2中所示，偏压装置30具有多个螺旋臂36，多个螺旋臂在环形径向内端部32和环形径向外端部34之间延伸。内端部32限定偏压装置30的内周边侧，并且外端部34限定偏压装置30的外周边侧。螺旋臂36中的每一个构成第一偏压装置30的一个悬臂梁的中心部分。如在图2中可以见到的，第一偏压装置30包括两个螺旋臂36，并且因此包括两个弯曲的悬臂梁。在一些替代实施例中，第一偏压装置30可以仅具有一个弯曲的或直的悬臂梁，或者多于两个弯曲的或直的悬臂梁。在任何一个实施例中，第二偏压装置50优选地具有与第一偏压装置30相同的外形。
偏压装置30、50的相应内端部32、52中的每一个限定且包围开口，轴线A-A穿过该开口。即，偏压装置30、50中的每一个可以被认为具有中心开口，轴线A-A穿过该中心开口的中心。因此，偏压装置30、50中的每一个与质量块10同心。本体20的圆柱形中心部分24延伸穿过偏压装置30、50的相应的中心开口，本体20的中心部分24的中心纵向轴线与轴线A-A重合。该本体20还包括外壳22，该外壳从中心部分24延伸并且包拢且罩住该质量块10和偏压装置30、50。外壳22可以被气密地密封，使得由外壳22限定的体积26(质量块10和偏压装置30、50布置在该体积26内)与外壳22的外部隔离，并且因此与电机械发电机100的外部隔离。
电机械发电机100还包括变换器，该变换器被构造用来将相对于本体20在平衡点附近的质量块10的振荡(即，质量块10的机械振动运动)转化为电能。该变换器在图1中没有被明确示出，但本领域技术人员将容易地能够将合适的变换器布置在示出的电机械发电机100中以实现这个效果。该变换器具有从其延伸的电线(未示出)，该电线用来连接到外部电路(未示出)。沿轴线A-A的质量块10和本体20之间的相对直线振动运动或振荡引起电流由变换器产生，该电流通过电线被输出。
在本发明的一些实施例中，优选地，变换器包括被包括在本体20中的第一设备和被包括在质量块10中的第二设备，其中第二设备电磁耦合到第一设备。更优选地，第一设备相对于本体20的外壳22被固定。替代地，第一设备可以形成外壳22的至少一部分。当变换器包括电磁耦合的第一和第二设备时，优选地，第一和第二设备中的一者包括一个或更多个磁体、一个或更多个导电线圈、和磁可穿透材料的元件中的一者，并且第一和第二设备中的另一者包括一个或更多个导电线圈、一个或更多个磁体以及一个或更多个磁体和一个或更多个导电线圈的组合中的一者。
在这个实施例中，变换器(未示出)包括：被包括在本体20中的第一设备，该第一设备包括被固定到本体20的中心部分24的线圈；和被包括在质量块10中的第二设备，该第二设备包括两个轴向相对的圆柱形磁体，该两个轴向相对的圆柱形磁体被布置用来在该磁体和质量块10的其余部分之间产生磁通。该线圈径向地布置在该磁体和该质量块的其余部分之间，使得该磁通切割该线圈。第一设备电磁耦合到第二设备。
在这个实施例的一种变型方式中，该变换器包括：被包括在本体20中的第一设备，该第一设备包括本体20的中心部分24的径向外侧24a处的磁可穿透材料的圆柱体，和两个线圈，环形径向磁体在其间固定在该圆柱体周围；和被包括在质量块10中的第二设备，该第二设备包括磁可穿透材料的元件。此外，第一设备电磁耦合到第二设备。
然而，如上所述，本领域技术人员将容易地能够设计和提供合适的替代变换器，该合适的替代变换器将相对于本体20的在平衡点附近的质量块10的振荡(即，质量块10的机械振动运动)转化为电能。
主要部分12的第一轴向端部处的第一表面12a从第一环形突起13径向向内延伸并且从主要部分12的径向内侧12e径向向外延伸，该第一表面12a具有环形形状并且位于垂直于轴线A-A的平面中。该质量块10包括第一环形填隙垫圈14，该第一环形填隙垫圈与第一表面12a接触并且从第一环形突起13径向向内地布置，由此第一填隙垫圈14相对于主要部分12被径向保持并且与主要部分12同心地对准。类似地，主要部分12的相对的第二轴向端部处的第二表面12b从第二环形突起15径向向内延伸并且从主要部分12的径向内侧12e径向向外延伸，该第二表面12b具有环形形状并且位于垂直于轴线A-A的平面中。该质量块10包括第二环形填隙垫圈16，该第二环形填隙垫圈与第二表面12b接触并且从第二环形突起15径向向内地布置，由此第二填隙垫圈16相对于主要部分12被径向地保持并且与主要部分12同心地对准。
电机械发电机100还包括一对弹性装置40、60，该一对弹性装置中的每一个被布置在本体20和质量块10之间。更具体地说，该对弹性装置40、60中的每一个被布置在偏压装置30、50中的一者和质量块10之间。弹性装置40、60中的每一个的弹簧常数大于偏压装置30、50的弹簧常数。该对的第一和第二弹性装置40、60中的每一个是以具有圆的截头圆锥形形状的弹簧垫圈(即，Belleville垫圈)的形式的单体式顺从装置。第一和第二弹性装置40、60中的每一个具有关于轴线A-A的连续旋转对称和中心开口，轴线A-A穿过该中心开口的中心。因此，第一和第二弹性装置40、60中的每一个与质量块10同心并且与第一和第二偏压装置30、50同心。
第一弹性装置40具有：内部部分44，该内部部分包围且限定第一弹性装置40的中心开口，在第一弹性装置40的第一轴向端部；和外部部分42，该外部部分限定第一弹性装置40的外周边侧，在第一弹性装置40的第二轴向端部，该第二轴向端部与第一轴向端部相对。第一弹性装置40的内部和外部部分44、42通过第一弹性装置40的中间部分46被连接。
第一弹性装置40从第一环形突起13径向向内地被布置，由此第一弹性装置40相对于质量块10被径向地保持并且与质量块10同心地对准。此外，第一弹性装置40的第一内侧41面向质量块10，并且在外部部分42与第一填隙垫圈14接触，但相对于第一填隙垫圈14可移动，如下文中讨论的。因此，虽然第一弹性装置40被安装在质量块10上，但它不被固定到质量块10，或相对于质量块10被固定。第一弹性装置40的内侧41在内部部分44处和在中间部分46处与质量块10相间隔。此外，第一弹性装置40的与内侧41相对的第二外侧43在第一弹性装置40的外部部分42、内部部分44和中间部分46的全部面向第一偏压装置30并且与第一偏压装置30相间隔，至少当如图1中所示该质量块处于平衡点时。包括波形垫圈的第一弹簧装置70被压缩在第一偏压装置30和该质量块10的第一环形突起13之间。第一弹簧装置70的第一端部与第一偏压装置30接触，并且第一弹簧装置70的第二相对端部与环形突起13和第一弹性装置40的外侧43二者接触，由此第一弹簧装置70将第一弹性装置40的外部部分42偏压在质量块10上。第一弹簧装置70的弹簧常数可以在第一偏压装置30和第一弹性装置40的相应弹簧常数中间。
第二弹性装置60具有：内部部分64，该内部部分包围且限定第二弹性装置60的中心开口，在第二弹性装置60的第一轴向端部；和外部部分62，该外部部分限定第二弹性装置60的外周边侧，在第二弹性装置60的第二轴向端部，该第二轴向端部与第一轴向端部相对。第一和第二弹性装置40、60的相应的内侧41、61通过质量块10相互面对。第二弹性装置60的内部和外部部分64、62通过第二弹性装置60的中间部分66被连接。
第二弹性装置60从第二环形突起15径向向内地被布置，由此第二弹性装置60相对于质量块10被径向地保持并且与质量块10同心地对准。此外，第二弹性装置60的第一内侧61面向质量块10，并且在外部部分62处与第二填隙垫圈16接触，但相对于第二填隙垫圈16可移动，如下文中讨论的。因此，虽然第二弹性装置60被安装在质量块10上，但它不被固定到质量块10，或相对于质量块10被固定。第二弹性装置60的内侧61在内部部分64处和在中间部分66处与质量块10相间隔。此外，第二弹性装置60的与内侧61相对的第二外侧63在第二弹性装置60的外部部分62、内部部分64和中间部分66的全部面向第二偏压装置50并且与第二偏压装置50相间隔，至少当如图1中所示该质量块10处于平衡点时。包括波形垫圈的第二弹簧装置80被压缩在第二偏压装置50和该质量块10的第二环形突起15之间。第二弹簧装置80的第一端部与第二偏压装置50接触，并且第二弹簧装置80的第二相对端部与环形突起15和第二弹性装置60的外侧63二者接触，由此第二弹簧装置80将第二弹性装置60的外部部分62偏压在该质量块10上。第二弹簧装置80的弹簧常数可以在第二偏压装置50和第二弹性装置60的相应弹簧常数中间。
当电机械发电机100经受具有沿平行于轴线A-A的方向的分量的输入机械振动时，该质量块10被引起相对于本体20在平衡点附近振荡，因此引起变换器(未示出)将在相对于本体20的平衡点附近的质量块10的振荡转化为电能。
第一和第二弹性装置40、60依赖于相对于质量块10的偏压装置30、50的间隔和/或任选地依赖于制造偏压装置30、50的材料的比例极限被成形和布置，使得该质量块10被允许相对于本体20在平衡点附近振荡，振荡幅值不超过预定的临界幅值，而第一和第二弹性装置40、60不接触第一和第二偏压装置30、50。即，第一和第二弹性装置40、60被构造成当质量块10以不超过预定临界幅值的幅值振荡时不被压缩在质量块10和本体20之间(更具体地，在偏压装置30、50和质量块10之间)。因此，当质量块10的振荡幅值不超过预定临界幅值时，第一和第二弹性装置40、60不引起电机械发电机100的任何功率损失。
然而，当(并且仅当)振荡幅值超过预定临界幅值时，第一和第二弹性装置40、60周期性地拦截，即，接触第一和第二偏压装置30、50并且因此周期性地变得被压缩在质量块10和本体20之间(更具体地，在第一和第二偏压装置30、50和质量块10之间)。即，在质量块10的振荡期间，由于第一和第二偏压装置30、50变得太靠近质量块10，第一和第二弹性装置40、60变得被第一和第二偏压装置30、50和质量块10压缩，以便质量块10当相对于本体20振荡时相对于第一和第二偏压装置30、50的中心部分振荡。因此，第一和第二弹性装置40、60充当限制质量块10的振荡幅值的顺从限制器或限位止挡件。
第一和第二弹性装置40、60的这种变形引起它们的相应的外部部分42、62沿质量块10的第一和第二填隙垫圈14、16滑动。由于这个原因，有利的是，将硬质材料用于填隙垫圈14、16，并且有利的是，用与填隙垫圈14、16的材料相容的材料制造第一和第二弹性装置40、60。例如，当填隙垫圈14、16由钢制成时，第一和第二弹性装置40、60可以由磷青铜制成。然而，在第一实施例的一种变型方式中，可以省略填隙垫圈14、16，使得第一和第二弹性装置40、60的相应的外部部分42、62直接接触该质量块10。
图3示出根据本发明的第二实施例的用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机100。第一和第二实施例的相似部件以相似的附图标记被标识。此外，为了简洁，第二实施例的讨论将被限制到在第一和第二实施例之间不同的特征。因此，应当假定，没有详细提及或根本没有提及的第二实施例的特征可以与第一实施例的对应特征相同。应当理解，对第一实施例的电机械发电机的上述可能修改同样适用于第二实施例的电机械发电机。
在第二实施例中，本体20和偏压装置30、50与用于第一实施例的相同。质量块10基本上与第一实施例的质量块10相同，除了填隙垫圈14、16被省略，并且主要部分12的第一和第二表面12a、12b不位于垂直于轴线A-A的相应平面中。替代地，第一和第二表面12a、12b在邻近第一和第二环形突起13、15的它们的相应端部最远离彼此地相间隔，并且在邻近主要部分12的径向内侧12e的它们的相应端部最靠近彼此地相间隔。
如在第一实施例中那样，在第二实施例中，该对弹性装置40、60中的每一个被布置在偏压装置30、50中的一者和质量块10之间，并且第一和第二弹性装置40、60中的每一个是以具有圆的截头圆锥形形状的弹簧垫圈(即，Belleville垫圈)的形式的单体式顺从装置。第一和第二弹性装置40、60中的每一个具有关于轴线A-A的连续旋转对称和中心开口，轴线A-A穿过该中心开口的中心。因此，第一和第二弹性装置40、60中的每一个与质量块10同心并且与第一和第二偏压装置30、50同心。
然而，与第一实施例相比，在第二实施例中，第一和第二弹性装置40、60被颠倒使得它们的相应外侧43、63通过质量块10相互面对，并且使得它们的相应内侧41、61相互背离。第一和第二弹性装置40、60的外侧43、63面向质量块10，并且在相应的外部部分42、62处分别与第一和第二表面12a、12b接触。外侧43、63在内部部分44、64和在中间部分46、66处与质量块10相间隔。第一和第二弹性装置40、60的内侧41、61在第一和第二弹性装置40、60的外部部分42、62，内部部分44、64和中间部分46、66的全部位置处都分别面向第一和第二偏压装置30、50并且与第一和第二偏压装置30、50相间隔。第一和第二弹簧装置70、80的相应的第一端部分别与第一和第二偏压装置30、50接触，并且第一和第二弹簧装置70、80的相应的第二端部与相应的环形突起13、15和第一和第二弹性装置40、60的相应的内侧41、61接触，由此第一和第二弹簧装置70、80将第一和第二弹性装置40、60的外部部分42、62偏压在质量块10上。
在第二实施例中，一对硬的装置90、92(在这个实施例中，每一个以硬的弹性挡圈的形式，虽然在这个实施例的各种变型中可以替代地使用其它形式的硬的装置)从第一和第二偏压装置30、50的相应的径向内端部32、52径向向内地附接到第一和第二偏压装置30、50并且邻接它们的相应的径向内端部32、52。硬的装置90、92相对于第一和第二偏压装置30、50和第一和第二弹性装置40、60被成形且布置，以便被构造用来在以超过预定临界幅值的幅值的在平衡点附近的质量块10的振荡期间当第一和第二弹性装置40、60在第一和第二偏压装置30、50和质量块10之间变形时将第一和第二弹性装置40、60与相应的第一和第二偏压装置30、50隔离。在幅值超过预定临界幅值的质量块10的振荡的周期期间，这种布置更好地保持第一和第二偏压装置30、50。
在第二实施例中，允许质量块10相对于本体20在平衡点附近以不超过预定临界幅值的振荡幅值振荡，而第一和第二弹性装置40、60不接触第一和第二硬的装置90、92。然而，当(并且仅当)振荡幅值超过预定临界幅值时，第一和第二弹性装置40、60周期性地拦截，即，接触硬的装置90、92(但不接触第一和第二偏压装置30、50)，并且因此周期性地变得被压缩在质量块10和本体20之间(更具体地说在第一和第二偏压装置30、50和质量块10之间)。即，如第一实施例那样，在质量块10的振荡期间，由于第一和第二偏压装置30、50变得太靠近质量块10，第一和第二弹性装置40、60变得被压缩。因此，第一和第二弹性装置40、60仍然充当限制质量块10的振荡幅值的顺从限制器或限位止挡件。
图4示出根据本发明的第三实施例的用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机100。第一、第二和第三实施例的相似部件以相似的附图标记被标识。此外，为了简洁，第三实施例的讨论将被限制到在第二和第三实施例之间不同的特征。因此，应当假定，没有详细提及或根本没有提及的第三实施例的特征可以与第一或第二实施例的对应特征相同。应当理解，对第一和第二实施例的电机械发电机的上述可能修改同样适用于第三实施例的电机械发电机。
在第三实施例中，本体20和偏压装置30、50与用于第二实施例的相同。该质量块10基本上与第二实施例的质量块10相同，除了第一和第二环形突起13、15具有远离相应的第一和第二表面12a、12b的表面，该相应的第一和第二表面12a、12b不位于垂直于轴线A-A的平面中。替代地，远表面在它们的径向最外端部最远离彼此地相间隔，并且在它们的径向最内端部最靠近彼此地相间隔。
在第三实施例中，第一和第二弹簧装置70、80包括相应的圆锥形弹簧垫圈。然而，与第一和第二弹簧装置70、80在第一和第二实施例中执行的以大致相同的方式，圆锥形弹簧垫圈施加相应的预载荷到第一和第二弹性装置40、60。
如第二实施例那样，第一和第二弹性装置40、60中的每一个被布置在偏压装置30、50中的一者和质量块10之间，并且第一和第二弹性装置40、60中的每一个是以具有圆的截头圆锥形形状的弹簧垫圈(即，Belleville垫圈)的形式的单体式顺从装置。第一和第二弹性装置40、60中的每一个具有关于轴线A-A的连续旋转对称和中心开口，轴线A-A穿过该中心开口的中心。因此，第一和第二弹性装置40、60中的每一个与质量块10同心并且与第一和第二偏压装置30、50同心。此外，如第二实施例那样，第一和第二弹性装置40、60被颠倒使得它们的相应外侧43、63通过质量块10相互面对，并且使得它们的相应内侧41、61相互背离。
在第三实施例中，省略硬的装置90、92。该质量块10被允许相对于本体20在平衡点附近以不超过预定临界幅值的振荡幅值振荡，而第一和第二弹性装置40、60不接触第一和第二偏压装置30、50。然而，如在第一实施例中那样，当(并且仅当)振荡幅值超过预定临界幅值时，第一和第二弹性装置40、60周期性地拦截，即，接触第一和第二偏压装置30、50，并且因此周期性地变得被压缩在质量块10和本体20之间(更具体地说在第一和第二偏压装置30、50和质量块10之间)。即，如第一实施例那样，在质量块10的振荡期间，由于第一和第二偏压装置30、50变得太靠近质量块10，第一和第二弹性装置40、60变得被压缩。因此，第一和第二弹性装置40、60仍然充当限制质量块10的振荡幅值的顺从限制器或限位止挡件。
图5示出根据本发明的第四实施例的用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机100。第一和第四实施例的相似部件以相似的附图标记被标识。此外，为了简洁，第四实施例的讨论将被限制到在第一和第四实施例之间不同的特征。因此，应当假定，没有详细提及或根本没有提及的第四实施例的特征可以与第一实施例的对应特征相同。应当理解，对第一实施例的电机械发电机的上述可能修改同样适用于第四实施例的电机械发电机。
在第四实施例中，本体20和偏压装置30、50与用于第一实施例的相同。该质量块10基本上相同于第一实施例的质量块10，除了省略填隙垫圈14、16。在第四实施例中也被省略的是第一和第二弹簧装置70、80。
此外，第四实施例的第一和第二弹性装置40、60具有与第一实施例的第一和第二弹性装置40、60不同的形式。在第四实施例中，第一和第二弹性装置40、60包括相应的弹性O型环，该相应的弹性O型环从第一和第二偏压装置30、50的相应的径向内端部32、52径向向内地安装在第一和第二偏压装置30、50上，并且邻接它们的相应的径向内端部32、52。当质量块10处于平衡点时，该O型环与质量块10相间隔，如图5中所示。在这个实施例的一些变型方式中，可以用不同的弹性体装置替代或补充每一个O型环。
在第四实施例中，质量块10被允许相对于本体20在平衡点附近以不超过预定临界幅值的振荡幅值振荡，而第一和第二弹性装置40、60不接触质量块10。然而，当(且仅当)振荡幅值超过预定临界幅值时，第一和第二弹性装置40、60周期性地拦截，即，接触质量块10，并且因此周期性地变得被压缩在质量块10和本体20之间(更具体地说在第一和第二偏压装置30、50和质量块10之间)。即，如第一实施例那样，在质量块10的振荡期间，由于第一和第二偏压装置30、50变得太靠近质量块10，第一和第二弹性装置40、60变得被压缩。因此，包括相应的O型环的第一和第二弹性装置40、60仍然充当限制质量块10的振荡幅值的顺从限制器或限位止挡件。
理论上，在本发明的范围外的装置中，刚性(例如，金属)限位止挡件可以被设置用来限制质量块10的振荡幅值，试图保持偏压装置30、50和质量块10和/或本体20。然而，体现本发明的电机械发电机可以经受强烈的重复冲击，该强烈的重复冲击通过重复的撞击足以磨蚀刚性限位止挡件。因此，根据本发明的实施例，替代刚性限位止挡件，弹性的或顺从的装置40、60特别地被布置在已经存在于偏压装置30、50与质量块10和本体20的一个之间的空间中，以便不仅吸收振荡的质量块10的动能的一些，而且通过非常紧凑的结构这么做。
在体现本发明的上述电机械发电机中，弹性装置40、60可以被构造使得当弹性装置40、60在偏压装置30、50和质量块10和/或本体20之间变形时偏压装置30、50仍然很小程度地撞击质量块10和/或本体20。然而，优选地，弹性装置40、60被构造(即，被设计尺寸且具有选定的弹簧应变率)以避免这种撞击发生。
体现本发明的上述电机械发电机的任何可以被并入、联接到、或安装于车辆的非簧载的质量块或用于车辆的轴箱，优选地通过可以是单体式的弹性联接，诸如弹性体联接。
本发明的其它改进型和实施例对于本领域技术人员来说将是显然的。
例如，在上述实施例中的每一个中，第一和第二弹性装置40、60分别被布置在质量块10和第一和第二偏压装置30、50之间。在这些实施例的变型中，第一和第二弹性装置40、60替代地或者另外地分别布置在本体20和第一和第二偏压装置30、50之间。在这种变型中，当(并且仅当)质量块10的振荡幅值超过预定临界幅值时，第一和第二弹性装置40、60周期性地变得被压缩在质量块10和本体20之间(更具体地说在第一和第二偏压装置30、50和本体20之间)。即，在质量块10的振荡期间，由于第一和第二偏压装置30、50变得太靠近本体20，第一和第二弹性装置40、60变得被压缩，以便第一和第二偏压装置30、50由于质量块10相对于本体20的振荡而相对于本体20移动。因此，在这种变型中，第一和第二弹性装置40、60仍然充当限制质量块10的振荡幅值的顺从限制器或限位止挡件。
此外，在上述实施例的其它变型中，第一和第二环形填隙垫圈14、16可以被质量块10的其它相应的环形或非环形的部件取代，该环形的或非环形的部件为第一和第二弹性装置40、60提供硬的座。例如，可以使用相应的保持环。
此外，在上述实施例的其它变型中，第一和第二弹性装置40、60可以包括相应的螺旋弹簧、大量的弹性材料、弹性体装置或嵌条，或其它弹性元件。
此外，在上述实施例的另外变型中，该变换器可以包括压电元件，该压电元件替代电磁耦合的第一和第二设备或者与电磁耦合的第一和第二设备一起被布置。该压电元件将被布置使得相对于本体的质量块的振荡引起压电元件变形，并且该变换器将被构造用来将压电元件的变形转化为电能。

Claims (20)

1.一种用来将机械振动能转化为电能的电机械发电机，所述电机械发电机包括：质量块，所述质量块通过偏压装置弹性地连接到本体并且适合于相对于所述本体在平衡点附近振荡；变换器，所述变换器被构造用来将相对于所述本体的在所述平衡点附近的所述质量块的振荡转化为电能；和弹簧垫圈，所述弹簧垫圈布置在所述质量块和所述本体之间，其中，所述弹簧垫圈布置在所述质量块与所述本体中的一者和所述偏压装置之间，并且其中，所述质量块适合于相对于所述本体在所述平衡点附近以一定振荡幅值振荡，并且其中，所述弹簧垫圈被构造用来仅当所述振荡幅值超过预定的非零临界幅值时在所述质量块与所述本体中的一者和所述偏压装置之间变形。
2.根据权利要求1所述的电机械发电机，其中，所述弹簧垫圈选自由以下选项组成的组：Belleville垫圈、弯曲的圆盘弹簧、波形垫圈以及开口垫圈。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电机械发电机，其中，所述弹簧垫圈被构造用来仅当所述振荡幅值超过预定的非零临界幅值时在所述质量块和所述本体之间变形。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的电机械发电机，其中，所述质量块通过所述偏压装置并且通过第二偏压装置弹性地连接到所述本体，所述偏压装置和所述第二偏压装置中的每一个偏压装置沿相反的两个方向中的相应一个方向朝所述平衡点偏压所述质量块。
5.根据权利要求4所述的电机械发电机，其中，所述电机械发电机包括第二弹簧垫圈，所述第二弹簧垫圈布置在所述质量块与所述本体中的一者和所述第二偏压装置之间。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的电机械发电机，其中，所述偏压装置包括悬臂梁。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的电机械发电机，其中，所述偏压装置包括弯曲的悬臂梁。
8.根据权利要求6所述的电机械发电机，其中，所述质量块和所述本体被固定到所述悬臂梁的相对的两个端部。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的电机械发电机，其中，所述本体包括外壳，所述外壳包围所述质量块和所述偏压装置。
10.根据权利要求1或权利要求2所述的电机械发电机，其中，所述变换器包括被包括在所述本体中的第一设备和被包括在所述质量块中的第二设备，其中，所述第二设备电磁耦合到所述第一设备。
11.根据权利要求10所述的电机械发电机，其中，所述本体包括外壳，所述外壳包围所述质量块和所述偏压装置，并且其中，所述第一设备相对于所述外壳被固定或者形成所述外壳的至少一部分。
12.根据权利要求10所述的电机械发电机，其中，所述第一设备和第二设备中的一者包括一个或更多个磁体、一个或更多个导电线圈、和磁可穿透材料的元件中的一者，并且所述第一设备和第二设备中的另一者包括一个或更多个导电线圈、一个或更多个磁体以及一个或更多个磁体和一个或更多个导电线圈的组合中的一者。
13.根据权利要求1或权利要求2所述的电机械发电机，其中，所述变换器包括压电元件，所述压电元件被布置使得相对于所述本体的所述质量块的振荡引起所述压电元件变形，并且所述变换器被构造用来将所述压电元件的变形转化为电能。
14.一种包括非簧载质量块的车辆，其中根据权利要求1到13中的任一项所述的电机械发电机被并入、联接到、或安装于所述非簧载质量块。
15.根据权利要求14所述的车辆，其中，所述电机械发电机通过弹性联接被联接到所述非簧载质量块或安装在所述非簧载质量块上。
16.根据权利要求15所述的车辆，其中，所述弹性联接适合于将所述非簧载质量块受到的冲击传输到所述电机械发电机，其中，所述质量块弹性地连接到所述本体以便沿轴线进行直线振动运动，并且其中，所述冲击使所述非簧载的质量块受到沿所述轴线的方向上的在0.5米每秒和5米每秒之间的速度改变。
17.一种组件，所述组件包括：用于车辆的轴箱；和根据权利要求1到13中的任一项所述的电机械发电机，所述电机械发电机被并入、联接到、或安装于所述轴箱。
18.根据权利要求17所述的组件，其中，所述电机械发电机通过弹性联接被联接到或安装于所述轴箱。
19.根据权利要求18所述的组件，其中，所述弹性联接适合于将所述轴箱受到的冲击传输到所述电机械发电机，其中，所述质量块弹性地连接到所述本体以便沿轴线进行直线振动运动，并且其中，所述冲击使所述轴箱受到沿所述轴线的方向上的在0.5米每秒和5米每秒之间的速度改变。
20.一种使用电机械发电机将机械振动能转化为电能的方法，所述方法包括以下步骤：
提供根据权利要求1到13中的任一项所述的电机械发电机；和
使所述电机械发电机振动，因此引起所述质量块相对于所述本体在所述平衡点附近振荡，因此引起所述变换器将相对于所述本体的在所述平衡点附近的所述质量块的振荡转化为电能。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2507880B (en) * 2012-11-13 2015-03-04 Perpetuum Ltd An electromechanical generator for, and method of, converting mechanical vibrational energy into electrical energy
CN105591515B (zh) * 2014-10-20 2018-05-18 曾胜克 发电装置与使用发电装置的物件
JP6336686B1 (ja) * 2015-03-31 2018-06-06 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． エネルギー発生システムおよび方法
CN105515442B (zh) * 2015-12-04 2017-12-12 国网江西省电力科学研究院 一种臼型压电俘能器
RU173915U1 (ru) * 2017-01-20 2017-09-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" Устройство электропитания для диагностирования технического состояния грузового вагона
FR3068539A1 (fr) * 2017-06-30 2019-01-04 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Convertisseur d'energie electromagnetique
GB2572350B (en) * 2018-03-27 2023-01-25 Hitachi Rail Ltd An electromechanical generator for converting mechanical vibrational energy into electrical energy
GB2572349B (en) * 2018-03-27 2021-08-11 Perpetuum Ltd An electromechanical generator for converting mechanical vibrational energy into electrical energy
GB2572348B (en) * 2018-03-27 2020-08-19 Perpetuum Ltd An electromechanical generator for converting mechanical vibrational energy into electrical energy
CN108718161B (zh) * 2018-05-31 2019-07-12 北京工业大学 一种压电发电地板
DE102019200049A1 (de) * 2019-01-04 2020-07-09 Aktiebolaget Skf A suspension assembly
DE102019200048A1 (de) 2019-01-04 2020-07-09 Aktiebolaget Skf Aufhängungsfeder
KR102177140B1 (ko) * 2019-01-18 2020-11-10 효성중공업 주식회사 액츄에이터
CN113595441B (zh) * 2020-04-30 2023-12-08 维沃移动通信有限公司 马达及电子设备
CN112172412A (zh) * 2020-09-28 2021-01-05 杭州昌墨科技有限公司 一种适用于可移动计算机辅助设备的减震轮
CN112886863B (zh) * 2021-02-01 2022-05-27 天地（常州）自动化股份有限公司 一种电磁式振动能量收集器
CN114033605B (zh) * 2021-11-26 2023-05-12 浙江师范大学 一种压电式波浪能发电机

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3942051A (en) * 1974-02-13 1976-03-02 Canadian Patents And Development Limited Shock actuated electrical pulse generator
US6291901B1 (en) * 2000-06-13 2001-09-18 ćEFO NEVRES Electrical power generating tire system
CN101098792A (zh) * 2005-01-07 2008-01-02 大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司 轮胎模块以及带有轮胎模块的充气轮胎
CN102044947A (zh) * 2009-10-20 2011-05-04 三星电机株式会社 线性振动发生器
CN102148587A (zh) * 2010-02-05 2011-08-10 边义祥 组合式压电发电装置
CN102577052A (zh) * 2009-08-26 2012-07-11 佩尔皮图姆有限公司 用于将机械振动能量转变成电能的机电发电机

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4980281U (zh) * 1972-10-27 1974-07-11
AU9059698A (en) * 1998-03-25 1999-10-18 Detra S.A. Converter of mechanical energy into electric energy and apparatus equipped with same
CA2533132C (en) * 2003-07-30 2012-11-27 The Boeing Company Strain energy shuttle apparatus and method for vibration energy harvesting
US7312557B2 (en) * 2004-08-11 2007-12-25 Omnitek Partners Llc Mass-spring unit for generating power by applying a cyclic force to a piezoelectric member due to an acceleration of the mass-spring unit
CN1985380A (zh) * 2004-10-21 2007-06-20 米其林技术公司 小型化压电基的振动能量收集器
GB2431055B (en) * 2005-10-04 2009-01-28 Perpetuum Ltd An electromechanical generator for converting mechanical vibrational energy into electrical energy
US7554224B2 (en) 2006-02-22 2009-06-30 Perpetuum Ltd. Electromechanical generator for converting mechanical vibrational energy into electrical energy
EP2057375B1 (en) * 2006-08-14 2018-10-10 Rosemount Inc. Vibration power generation
US7839058B1 (en) * 2007-01-29 2010-11-23 Microstrain, Inc. Wideband vibration energy harvester
US20080191584A1 (en) * 2007-02-08 2008-08-14 Malkin Matthew C Spring disc energy harvester apparatus and method
GB2439411B (en) * 2007-04-27 2008-07-23 Perpetuum Ltd An electromechanical generator for converting mechanical vibrational energy into electrical energy
WO2009063609A1 (ja) * 2007-11-13 2009-05-22 Kohei Hayamizu 発電ユニット及び発光具
GB2446685B (en) * 2007-11-27 2009-04-01 Perpetuum Ltd An electromechanical generator for converting mechanical vibrational energy into electrical energy
GB2459269B (en) * 2008-04-15 2010-09-29 Perpetuum Ltd An electromechanical generator for, and method of, converting mechanical vibrational energy into electrical energy
JP2011069402A (ja) * 2009-09-24 2011-04-07 Ntn Corp 発電機能付き軸受装置及びこれを用いた車両用軸受装置
US8704387B2 (en) 2010-01-06 2014-04-22 Tremont Electric, Inc. Electrical energy generator
US8525392B2 (en) * 2010-02-13 2013-09-03 Omnitek Partners Llc Generators for very-high-G energy harvesting
RU2439771C1 (ru) * 2010-11-22 2012-01-10 Эдвид Иванович Линевич Вибрационный генератор электрической энергии
JP2012135131A (ja) * 2010-12-22 2012-07-12 Panasonic Corp 発電装置
KR101220247B1 (ko) * 2010-12-23 2013-01-09 전자부품연구원 응급 전력공급용 압전 발전기
US8912710B2 (en) * 2011-02-20 2014-12-16 Omnitek Partners Llc Energy harvesting from input impulse with motion doubling mechanism for generating power from mortar tube firing impulses and other inputs
EP2662971B1 (en) * 2011-04-07 2016-01-20 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric power generator
JP4993030B1 (ja) * 2011-08-26 2012-08-08 加納 照彦 リニア発電装置
US8866316B2 (en) * 2012-06-21 2014-10-21 General Electric Company Tunable vibration energy harvester and method
GB2507880B (en) * 2012-11-13 2015-03-04 Perpetuum Ltd An electromechanical generator for, and method of, converting mechanical vibrational energy into electrical energy

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3942051A (en) * 1974-02-13 1976-03-02 Canadian Patents And Development Limited Shock actuated electrical pulse generator
US6291901B1 (en) * 2000-06-13 2001-09-18 ćEFO NEVRES Electrical power generating tire system
CN101098792A (zh) * 2005-01-07 2008-01-02 大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司 轮胎模块以及带有轮胎模块的充气轮胎
CN102577052A (zh) * 2009-08-26 2012-07-11 佩尔皮图姆有限公司 用于将机械振动能量转变成电能的机电发电机
CN102044947A (zh) * 2009-10-20 2011-05-04 三星电机株式会社 线性振动发生器
CN102148587A (zh) * 2010-02-05 2011-08-10 边义祥 组合式压电发电装置

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