專(zhuān)利名稱(chēng)：從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)和調(diào)節(jié)這種發(fā)電機(jī)的諧振頻率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)以及一種用于對(duì)這樣的發(fā)電機(jī)的諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法。
背景技術(shù)：
自主的必要時(shí)聯(lián)網(wǎng)的傳感器得到了廣泛的推廣?！白灾鞯摹痹诖艘馕吨?，相應(yīng)的傳感器一般不僅用于構(gòu)造用于進(jìn)行無(wú)線通信而且構(gòu)造用于進(jìn)行無(wú)線的能量供應(yīng)。無(wú)線的無(wú)線電技術(shù)在這期間已經(jīng)達(dá)到了很高的技術(shù)上的成熟程度，這種技術(shù)上的成熟程度也比如允許將其應(yīng)用在工業(yè)設(shè)備的環(huán)境中也就是說(shuō)比如應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域內(nèi)，而迄今為止關(guān)于無(wú)線的或者說(shuō)無(wú)線纜的能量供應(yīng)還沒(méi)有以相應(yīng)的方式出現(xiàn)這樣的情況。雖然為了無(wú)線的能量供應(yīng)的目的，原則上存在著使用電池的方案。但是由于電池的使用壽命受到限制并且在更換電池時(shí)需要維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)，這在許多情況下帶來(lái)很大的缺點(diǎn)。因此，不僅結(jié)合傳感器或者說(shuō)傳感器網(wǎng)絡(luò)而且對(duì)于其它不同的在能量供應(yīng)方面依賴(lài)于自給自足方案的技術(shù)設(shè)備和應(yīng)用情況來(lái)說(shuō)，可能有利的或者說(shuō)有必要的是，從環(huán)境中獲取電能。這樣的從環(huán)境中獲取能量的做法尤其結(jié)合較小的有待獲得電能供應(yīng)的設(shè)備也在 “能量采集(Energie Harvesting)”這個(gè)概念下為人所知。本發(fā)明涉及一種用于從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)，其中該發(fā)電機(jī)具有有機(jī)械振動(dòng)能力的設(shè)有彈簧系統(tǒng)的系統(tǒng)。這樣的發(fā)電機(jī)比如從P. Glynne-Jones、M. J. Tudor, S. P. Beepy, N. Μ. White 的傳感器和執(zhí)行器的專(zhuān)業(yè)論文 A 110 (2004) 344-349 "An electromagnetic vibration-powered generator for intelligent sensor systems"中得至Il公開(kāi)。在此所述有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)用于采集機(jī)械振動(dòng)，也就是說(shuō)用作振動(dòng)接收器。除此以外，除了從電動(dòng)力學(xué)的換能器原理的從所提到的出版物中公開(kāi)的應(yīng)用方案之外，從I. Kuhne, G. Eckstein, H. kidel的在歐洲傳感器2006的大會(huì)會(huì)冊(cè)XX中發(fā)表的專(zhuān)業(yè)論文“A new approach of a MEMS power generator based on a piezoelectric diaphragm，， HL R I. Kuhne> A. Frey> G. Eckstein、H. Seidel ^ "Power MEMs-A capacitive vibration-to-electrical energy converter with built-in voltage，，中也公開(kāi)了用于在使用壓電的或者說(shuō)電容的換能器原理的情況下從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)。前面所提到的類(lèi)型的發(fā)電機(jī)一般利用發(fā)電機(jī)的諧振回路的放大系數(shù)來(lái)提高能量生產(chǎn)量，也就是說(shuō)用于對(duì)能量產(chǎn)生或者說(shuō)能量轉(zhuǎn)換的效率進(jìn)行優(yōu)化。但是，這方面的缺點(diǎn)是，所述發(fā)電機(jī)的有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)在其制造時(shí)應(yīng)該設(shè)計(jì)到特定的諧振頻率，因而諧振的運(yùn)行相應(yīng)地在一開(kāi)始就已經(jīng)以對(duì)在后來(lái)使用發(fā)電機(jī)時(shí)出現(xiàn)的頻率或者說(shuō)機(jī)械振動(dòng)的出現(xiàn)的頻譜的了解為前提。通過(guò)這種限制在實(shí)際上在許多情況下阻止發(fā)電機(jī)在諧振的運(yùn)行中的使用或者說(shuō)至少使得該發(fā)電機(jī)在諧振的運(yùn)行中的使用變得十分困難和昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，說(shuō)明一種能夠特別有效地并且同時(shí)能夠普遍且靈活使用的用于從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)，其中所述發(fā)電機(jī)具有有機(jī)械振動(dòng)能力的設(shè)有彈簧系統(tǒng)的系統(tǒng)。按本發(fā)明，該任務(wù)通過(guò)一種用于從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)得到解決，其中該發(fā)電機(jī)具有有機(jī)械振動(dòng)能力的設(shè)有彈簧系統(tǒng)的系統(tǒng)以及用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的裝置。所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)是有利的，因?yàn)槠渚哂屑傻挠糜谶M(jìn)行調(diào)諧的方案。因此，通過(guò)所述用于改變彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)所述有振動(dòng)能力的系統(tǒng)或者說(shuō)所述發(fā)電機(jī)的諧振頻率的改變。在此本發(fā)明利用這一點(diǎn)，即有振動(dòng)能力的系統(tǒng)的諧振頻率一般通過(guò)彈簧剛度和系統(tǒng)的質(zhì)量的關(guān)系來(lái)確定。在此有利的是，由此可以通過(guò)所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的彈簧系統(tǒng)或者說(shuō)振動(dòng)變換器的機(jī)械應(yīng)力的變化，來(lái)引起彈性常數(shù)的變化并且由此也可以引起所述有振動(dòng)能力的系統(tǒng)的諧振頻率的變化。這種也在“應(yīng)力鋼化效應(yīng) (Stress-Stiffening- Effect)”這個(gè)概念下面為人所知的效應(yīng)與吉他弦的調(diào)音相類(lèi)似并且建立在以下基礎(chǔ)上，即所述有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)的彈簧系統(tǒng)中的拉力或者說(shuō)壓力引起彈性常數(shù)的提高或者說(shuō)降低。所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)具有用于改變彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的裝置，由此該發(fā)電機(jī)能夠在連續(xù)的運(yùn)行中與合適的工作頻率相適應(yīng)。因?yàn)樵摪l(fā)電機(jī)由此不必相應(yīng)地在設(shè)計(jì)上與相應(yīng)的應(yīng)用情況相匹配，所以它能夠有利地普遍且靈活地得到使用。這尤其在使用以微機(jī)械技術(shù)制造的或者說(shuō)構(gòu)成的發(fā)電機(jī)的情況下很有意義，因?yàn)橛糜谑菇Y(jié)構(gòu)匹配的成本在這里與以精密機(jī)械技術(shù)制造的發(fā)電機(jī)相比高得多。此外，所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)有利地提供使處于運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)隨時(shí)與變化的運(yùn)行條件相匹配的可能性。除此以外，所述發(fā)電機(jī)有利地構(gòu)造用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力，而不必為此進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)。這尤其對(duì)于這樣的情況來(lái)說(shuō)有意義，也就是在很難到達(dá)的或者不可接近的地方設(shè)置使用發(fā)電機(jī)或者比如由于所使用的發(fā)電機(jī)的數(shù)目很高而不能進(jìn)行相應(yīng)的手動(dòng)干預(yù)。在一種特別優(yōu)選的改進(jìn)方案中，所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)如此構(gòu)成，使得所述發(fā)電機(jī)借助于所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的變化來(lái)構(gòu)造用于自動(dòng)地使所述有振動(dòng)能力的系統(tǒng)的諧振頻率與所述機(jī)械振動(dòng)的頻譜相匹配。這提供這樣的優(yōu)點(diǎn)，即根據(jù)所述機(jī)械振動(dòng)的相應(yīng)的頻譜能夠相應(yīng)自動(dòng)地使發(fā)電機(jī)以最大效率也就是最大的能量生產(chǎn)量進(jìn)行運(yùn)行。在此，所述機(jī)械振動(dòng)的頻譜原則上可以是一種特定的頻率；但是通常該頻譜會(huì)具有特定寬度，也就是說(shuō)會(huì)具有不同頻率的機(jī)械振動(dòng)。在另一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)具有無(wú)線電接口并且構(gòu)造用于根據(jù)所接收的無(wú)線電指令自動(dòng)地使所述有振動(dòng)能力的系統(tǒng)的諧振頻率與所述機(jī)械振動(dòng)的頻譜相匹配。這一點(diǎn)是有利的，因?yàn)橛纱吮热鐝闹醒氲目刂蒲b置方面能夠?qū)崿F(xiàn)所述有振動(dòng)能力的系統(tǒng)的諧振頻率與所述機(jī)械振動(dòng)的頻譜的匹配過(guò)程的激活或者說(shuō)開(kāi)始。在所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的另一種特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，如此構(gòu)成所述用于改變彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的裝置，從而借助于自動(dòng)保持在靜止?fàn)顟B(tài)中的機(jī)構(gòu)來(lái)引起所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的變化。在此作為靜止?fàn)顟B(tài)在本發(fā)明的范圍內(nèi)是指一種狀態(tài)，在該狀態(tài)中將所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力保持恒定。由此所述發(fā)電機(jī)按照該優(yōu)選的改進(jìn)方案僅僅為改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力但不是為維持所述彈簧系統(tǒng)的所調(diào)節(jié)的應(yīng)力而需要能量。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，所述發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行中不需要額外的能量，因而從所述機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生的能量可以完全提供給相應(yīng)的用途并且不是完全或者部分地需要將其用于發(fā)電機(jī)本身的運(yùn)行。一種相應(yīng)的自動(dòng)保持的機(jī)構(gòu)比如可以包括不同類(lèi)型和結(jié)構(gòu)的止動(dòng)裝置。因此所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中如此構(gòu)成，使得所述用于改變彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的裝置包括齒條以及棘爪系統(tǒng)，其中所述齒條的運(yùn)動(dòng)引起所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的變化并且所述齒條在靜止?fàn)顟B(tài)中通過(guò)所述棘爪系統(tǒng)的至少一個(gè)棘爪保持其位置中。相應(yīng)的由齒條和棘爪系統(tǒng)構(gòu)成的系統(tǒng)是自動(dòng)保持的引起所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的變化的機(jī)構(gòu)的一種特別耐用和簡(jiǎn)單的實(shí)施方式。在前面所描述的優(yōu)選的改進(jìn)方案的范圍內(nèi)，所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)有利地如此構(gòu)成，使得所述棘爪系統(tǒng)為了使所述齒條運(yùn)動(dòng)而具有至少另一個(gè)棘爪。由此有利地實(shí)現(xiàn)一種特別簡(jiǎn)單的自動(dòng)保持在靜止?fàn)顟B(tài)中的用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的機(jī)構(gòu)。所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)在這種情況下可以有利地如此構(gòu)成，使得所述棘爪系統(tǒng)以靜電的、電磁的或者壓電的方式被驅(qū)動(dòng)。這一點(diǎn)是有利的，因?yàn)殪o電的、電磁的和壓電的驅(qū)動(dòng)裝置能夠以較低的成本來(lái)制造并且尤其也能夠?yàn)檩^小的必要的功率而得到實(shí)現(xiàn)。所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)也可以有利地如此得到改進(jìn)，使得所述用于改變彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的裝置包括齒條以及借助于自鎖的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接到所述齒條上的馬達(dá)，其中所述馬達(dá)構(gòu)造用于使齒條運(yùn)動(dòng)并且所述齒條的運(yùn)動(dòng)則引起所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的變化。 在這種情況下，這是自動(dòng)保持在靜止?fàn)顟B(tài)中的用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的機(jī)構(gòu)的一種作為替代方案的同樣比較耐用和簡(jiǎn)單的實(shí)施方式。優(yōu)選所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)如此得到改進(jìn)，使得所述用于改變彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的裝置為提高所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的通過(guò)所述齒條的運(yùn)動(dòng)引起的變化而具有杠桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)相應(yīng)的情況，相應(yīng)的杠桿機(jī)構(gòu)由于由此提高了所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的通過(guò)齒條的運(yùn)動(dòng)引起的變化而十分有利。原則上，所述發(fā)電機(jī)可以以不同的方式方法來(lái)制造或者說(shuō)構(gòu)成。所述發(fā)電機(jī)在此有利地一方面以低廉的成本來(lái)制造，其中另一方面尤其發(fā)電機(jī)的一種盡可能小的結(jié)構(gòu)形式是值得追求的，因?yàn)橛纱颂峁┝硕喾N多樣的使用可能性。在一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中， 所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)以微機(jī)械的技術(shù)構(gòu)成。這樣的微機(jī)械的比如所謂的微機(jī)電的系統(tǒng) (MEMS,Micro-Electro-Mechanical-System)的形式的設(shè)計(jì)方案，特別由于較低的制造成本以及由此能夠?qū)崿F(xiàn)的微型化而比較有利。但是，作為替代方案，所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)也可以有利地用精密機(jī)械技術(shù)來(lái)構(gòu)成。在另一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)構(gòu)造用于在使用電動(dòng)力學(xué)的、壓電的或者電容的換能器原理的情況下從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能。這一點(diǎn)是有利的，因?yàn)樗岬降脑碜鳛檫@樣的原理已經(jīng)受驗(yàn)證并且由此相應(yīng)的發(fā)電機(jī)在其制造方面成本較為低廉并且在其運(yùn)行方面比較有效。除此以外，本發(fā)明涉及一種用于對(duì)用于從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)的諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法。關(guān)于該方法，本發(fā)明的任務(wù)是，說(shuō)明一種用于對(duì)用于從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)的諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法，該方法能夠靈活地使所述發(fā)電機(jī)的諧振頻率與相應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)的頻譜相匹配。按本發(fā)明，該任務(wù)通過(guò)一種用于對(duì)用于從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)的諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法，其中在調(diào)諧范圍之內(nèi)所述發(fā)電機(jī)的有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)的諧振頻率通過(guò)所述有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)的彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的變化來(lái)改變，求得所述有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)的諧振頻率的數(shù)值，在該數(shù)值的情況下所述發(fā)電機(jī)以最大的效率進(jìn)行工作， 并且將所述有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)的諧振頻率調(diào)節(jié)到所求得的頻率。所述按本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)基本上相應(yīng)于前面結(jié)合所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)或者說(shuō)所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的改進(jìn)方案所提到的優(yōu)點(diǎn)，因則關(guān)于這一點(diǎn)請(qǐng)參照前面的解釋。 關(guān)于所述按本發(fā)明的方法的下面所提到的優(yōu)選的改進(jìn)方案在所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的相應(yīng)的優(yōu)選的改進(jìn)方案方面適用同樣的情況。在一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，如此設(shè)計(jì)所述按本發(fā)明的方法，從而借助于自動(dòng)保持在靜止?fàn)顟B(tài)中的機(jī)構(gòu)來(lái)引起所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的變化。優(yōu)選也可以如此執(zhí)行所述按本發(fā)明的方法，從而通過(guò)所述發(fā)電機(jī)來(lái)接收無(wú)線電指令并且隨后調(diào)節(jié)所述發(fā)電機(jī)的諧振頻率。


下面借助于實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋。為此附圖示出如下
圖1是按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的第一種實(shí)施例的示意性的草圖，該發(fā)電機(jī)具有用于改變所述發(fā)電機(jī)的有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)的彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的裝置；
圖2是按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的第二種實(shí)施例的截取部分，該發(fā)電機(jī)具有用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的設(shè)有棘爪系統(tǒng)的裝置；
圖3是按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的第三種實(shí)施例的截取部分，該發(fā)電機(jī)具有用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的設(shè)有棘爪系統(tǒng)的裝置；
圖4是按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的第四種實(shí)施例的截取部分，該發(fā)電機(jī)具有用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的設(shè)有馬達(dá)以及自鎖的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝置；
圖5是按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的第五種實(shí)施例的截取部分，該發(fā)電機(jī)具有用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的設(shè)有馬達(dá)、自鎖的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及杠桿機(jī)構(gòu)的裝置；
圖6是為了對(duì)按本發(fā)明的方法的實(shí)施例進(jìn)行解釋而示出的機(jī)械振動(dòng)的頻譜。出于簡(jiǎn)明的原因，在附圖中相同的或者基本上起相同作用的組件分別用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示。
具體實(shí)施例方式圖1以示意性的草圖示出了按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的第一種實(shí)施例，該發(fā)電機(jī)具有用于改變?cè)摪l(fā)電機(jī)的有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)的彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的裝置。在此示出了用于從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)G的原理結(jié)構(gòu)，其中所述發(fā)電機(jī)G的工作頻率能夠改變，尤其能夠與所述機(jī)械振動(dòng)的相應(yīng)存在的頻譜相匹配。詳細(xì)來(lái)講，所述發(fā)電機(jī)G具有一個(gè)設(shè)有彈簧系統(tǒng)的有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)，所述彈簧系統(tǒng)包括彈簧Fl和F2。所述彈簧F1、F2用于檢測(cè)作用到所述有振動(dòng)能力的系統(tǒng)的質(zhì)
7量m上的機(jī)械振動(dòng)，其中借助于通過(guò)所述質(zhì)量m來(lái)卷繞的線圈SP在使用電動(dòng)力學(xué)的換能器原理的情況下將所述振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在此，所述機(jī)械振動(dòng)在圖1所示的實(shí)施例中引起所述也可以稱(chēng)為振動(dòng)質(zhì)量(seismische Masse)的質(zhì)量m的沿垂直方向的運(yùn)動(dòng)或者說(shuō)振動(dòng)。由此在線圈SP中所誘發(fā)的交流電壓可以由負(fù)載V來(lái)使用或者說(shuō)截取。根據(jù)圖1中的示意圖，所述彈簧系統(tǒng)從彈簧Fl的方面在牽引系統(tǒng)或者說(shuō)用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的裝置AM處終止，通過(guò)所述在圖1中用相應(yīng)的雙箭頭示出的裝置 AM可以沿水平方向在所述彈簧F1、F2中產(chǎn)生法向力，所述彈簧F1、F2通過(guò)所述應(yīng)力鋼化效應(yīng)引起所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的變化并且由此引起所述由彈簧系統(tǒng)及質(zhì)量m所組成的有振動(dòng)能力的系統(tǒng)的彈性常數(shù)的變化。通過(guò)所述用于改變彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的裝置AM， 由此能夠有利地使所述發(fā)電機(jī)G的工作頻率或者說(shuō)諧振頻率與所述機(jī)械振動(dòng)的相應(yīng)存在的頻譜相匹配。在此要指出，作為在圖1中示范性地示出的電磁的換能器原理的替代方案，同樣也可以使用其它的換能器原理，因而所述發(fā)電機(jī)G比如也能夠在使用電容的或者壓電的換能器原理的情況下以相應(yīng)的方式得到實(shí)現(xiàn)。在這方面決定性的是，所述發(fā)電機(jī)G在不依賴(lài)于所使用的換能器原理的情況下構(gòu)造用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力。圖2示出了所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的第二種實(shí)施例的截取部分，該發(fā)電機(jī)具有用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的設(shè)有棘爪系統(tǒng)的裝置。在此所示出的組件比如可以是在圖1中示出的用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的裝置AM。按照?qǐng)D2中的示意圖，所述質(zhì)量m借助于穿過(guò)平行導(dǎo)向裝置PF的彈簧Fl與具有旋轉(zhuǎn)活節(jié)DG的齒條Z相連接。所述齒條Z在此通過(guò)棘爪系統(tǒng)來(lái)運(yùn)動(dòng)，其中構(gòu)造為棘輪爪的形式的第一棘爪Kl實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，而構(gòu)造為止動(dòng)爪的形式的第二棘爪K2則將所述齒條Z保持在其相應(yīng)的位置中。所述棘爪K1、K2比如可以以靜電的、電磁的方式也就是說(shuō)根據(jù)繼電器的原理或者也可以以壓電的方式被驅(qū)動(dòng)。因?yàn)樗黾Ζ?、Κ2在靜止位置中處于嚙合狀態(tài)中并且將所述齒條Z保持在其位置中，所以所述用于改變彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力也就是說(shuō)用于調(diào)諧的裝置僅僅為改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力而需要能量。相反，在靜止?fàn)顟B(tài)中，也就是說(shuō)為了維持一次性調(diào)節(jié)的應(yīng)力則不需要能量。所述齒條Z的運(yùn)動(dòng)通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)活節(jié)DG在所述有振動(dòng)能力的系統(tǒng)的彈簧Fl中引起拉力或者說(shuō)壓力并且由此實(shí)現(xiàn)所述發(fā)電機(jī)的彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的改變。這根據(jù)前面的解釋產(chǎn)生了影響，也就是說(shuō)引起所述有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)的諧振頻率的改變。圖3示出了所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的第三種實(shí)施例的截取部分，該發(fā)電機(jī)具有用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的設(shè)有棘爪系統(tǒng)的裝置。這里示出了所述在圖2中示出的用于改變發(fā)電機(jī)的彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的裝置的一種可能的實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。在此所述棘爪Κ2根據(jù)圖3中的示意圖由于預(yù)張緊的彈簧VF在靜止?fàn)顟B(tài)中持久地與所述齒條Z的齒部處于嚙合之中。為調(diào)節(jié)所述齒條Ζ，也就是說(shuō)為了改變所述發(fā)電機(jī)的彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力， 通過(guò)外部的通過(guò)靜電的驅(qū)動(dòng)裝置A引起的力來(lái)拉動(dòng)棘爪Κ2。但是根據(jù)結(jié)合圖2所作的說(shuō)明，作為替代方案也可以設(shè)想所述驅(qū)動(dòng)裝置的其它實(shí)施方式。圖4示出了所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的第四種實(shí)施例的截取部分，該發(fā)電機(jī)具有用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的設(shè)有馬達(dá)和自鎖的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝置。在此示出了用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的裝置。與在圖2中示出的機(jī)構(gòu)不同的是，所述裝置利用具有自鎖的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及齒條的微型馬達(dá)MOT，用于在有振動(dòng)能力的系統(tǒng)的彈簧系統(tǒng)Fl、F2中實(shí)現(xiàn)牽引力。所述自鎖的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有蝸桿SCH，該蝸桿SCH在靜止?fàn)顟B(tài)中如此與所述齒條Z 共同作用，從而在無(wú)能量輸入的情況下保持所述彈簧系統(tǒng)的當(dāng)前的牽引狀態(tài)或者說(shuō)既存的應(yīng)力。相應(yīng)于圖4的示意圖的實(shí)施方式尤其在以精密機(jī)械技術(shù)構(gòu)成發(fā)電機(jī)G的情況下是適用的。圖5示出了所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的第五種實(shí)施例的截取部分，該發(fā)電機(jī)具有用于改變所述彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的設(shè)有馬達(dá)、自鎖的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及棘爪系統(tǒng)的裝置。在此所示出的用于改變彈簧系統(tǒng)Fl、F2的機(jī)械應(yīng)力的裝置基本上相當(dāng)于圖4的相應(yīng)的裝置，其中作為提高力的作用的做法的補(bǔ)充而設(shè)置了杠桿機(jī)構(gòu)，該杠桿機(jī)構(gòu)包括杠桿H和杠桿活節(jié) HG。由此能夠有利地使所述彈簧系統(tǒng)F1、F2的機(jī)械應(yīng)力的通過(guò)齒條Z運(yùn)動(dòng)引起的變化與相應(yīng)的要求或者說(shuō)情況相匹配。圖6為了對(duì)按本發(fā)明的方法的實(shí)施例進(jìn)行解釋而示出了機(jī)械振動(dòng)的頻譜。在此作為所述機(jī)械振動(dòng)AMP的頻率f的函數(shù)示出了所述機(jī)械振動(dòng)的振幅?，F(xiàn)在可以如此調(diào)節(jié)用于從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)的諧振頻率，從而在調(diào)諧范圍AB之內(nèi)通過(guò)所述有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)的彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的變化來(lái)改變所述發(fā)電機(jī)的有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)的諧振頻率。這意味著，所述發(fā)電機(jī)或者說(shuō)能量轉(zhuǎn)換器擁有調(diào)諧范圍AB，在該調(diào)諧范圍AB 內(nèi)所述發(fā)電機(jī)或者說(shuō)能量轉(zhuǎn)換器借助于集成的調(diào)諧機(jī)構(gòu)獨(dú)立地或者說(shuō)自動(dòng)地對(duì)其諧振頻率進(jìn)行調(diào)諧。在此檢測(cè)具有最大的能量獲取程度的頻率，也就是一種相應(yīng)的頻率，對(duì)于該頻率來(lái)說(shuō)發(fā)電機(jī)以最大的效率進(jìn)行工作。在圖6的實(shí)施例中，在這種情況下作為結(jié)果通過(guò)所述調(diào)諧機(jī)構(gòu)將所述發(fā)電機(jī)的諧振頻率由未調(diào)諧的頻率fres(l移到調(diào)諧的頻率fMsl上并且隨后為發(fā)電機(jī)的進(jìn)一步運(yùn)行而通過(guò)維持所述發(fā)電機(jī)的彈簧系統(tǒng)的相應(yīng)的機(jī)械應(yīng)力的做法將其保持在那里。調(diào)諧過(guò)程的控制優(yōu)選通過(guò)所述發(fā)電機(jī)的比如可以構(gòu)造為微處理器的形式的控制裝置來(lái)進(jìn)行。根據(jù)上面所描述的實(shí)施例，所述按本發(fā)明的發(fā)電機(jī)以及所述按本發(fā)明的方法尤其提供這樣的優(yōu)點(diǎn)，即能夠使所述發(fā)電機(jī)或者說(shuō)所述發(fā)電機(jī)的有振動(dòng)能力的系統(tǒng)的工作頻率或者說(shuō)諧振頻率靈活地與相應(yīng)存在的機(jī)械振動(dòng)相匹配。由此使發(fā)電機(jī)的能量生產(chǎn)量最大化，而不必為此進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)。這能夠使相應(yīng)的發(fā)電機(jī)普遍地用于不同的應(yīng)用方案，由此由于擴(kuò)大了相應(yīng)的交貨件數(shù)而顯著降低用于這樣的發(fā)電機(jī)的制造成本。在此可以有利地借助于自動(dòng)保持在靜止?fàn)顟B(tài)中的機(jī)構(gòu)來(lái)引起所述發(fā)電機(jī)的彈簧系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力的變化，因而在發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行中不需要能量用于維持所述彈簧系統(tǒng)的所調(diào)節(jié)的機(jī)械應(yīng)力。
權(quán)利要求
1.用于從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)(G)，其中該發(fā)電機(jī)(G)具有有機(jī)械振動(dòng)能力的設(shè)有彈簧系統(tǒng)(F1、F2)的系統(tǒng)，其特征在于，該發(fā)電機(jī)(G)具有用于改變所述彈簧系統(tǒng)(F1、F2)的機(jī)械應(yīng)力的裝置 (AM)0
2.按權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，該發(fā)電機(jī)(G)借助于所述彈簧系統(tǒng)(Fl、F2)的機(jī)械應(yīng)力的變化構(gòu)造用于自動(dòng)地使所述有振動(dòng)能力的系統(tǒng)的諧振頻率與所述機(jī)械振動(dòng)的頻譜相匹配。
3.按權(quán)利要求2所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，該發(fā)電機(jī)(G)具有無(wú)線電接口并且構(gòu)造用于根據(jù)所接收的無(wú)線電指令自動(dòng)地使所述有振動(dòng)能力的系統(tǒng)的諧振頻率與所述機(jī)械振動(dòng)的頻譜相匹配。
4.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述用于改變彈簧系統(tǒng)(Fl、F2)的機(jī)械應(yīng)力的裝置(AM)如此構(gòu)成，從而借助于自動(dòng)保持在靜止?fàn)顟B(tài)中的機(jī)構(gòu)來(lái)引起所述彈簧系統(tǒng)(Fl、F2)的機(jī)械應(yīng)力的變化。
5.按權(quán)利要求4所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述用于改變彈簧系統(tǒng)(Fl、F2)的機(jī)械應(yīng)力的裝置(AM)包括齒條(Z)以及棘爪系統(tǒng) (KU K2)，其中所述齒條(Z)的運(yùn)動(dòng)引起所述彈簧系統(tǒng)(Fl、F2)的機(jī)械應(yīng)力的變化，并且所述齒條(Z)在靜止?fàn)顟B(tài)中通過(guò)所述棘爪系統(tǒng)(ΚΙ、K2)的至少一個(gè)棘爪(K2)保持在其位置中。
6.按權(quán)利要求5所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述棘爪系統(tǒng)(K1、K2)為使所述齒條運(yùn)動(dòng)而具有至少另一個(gè)棘爪(K1)。
7.按權(quán)利要求5或6所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述棘爪系統(tǒng)(Κ1、Κ2)以靜電的、電磁的或者壓電的方式被驅(qū)動(dòng)。
8.按權(quán)利要求4所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述用于改變彈簧系統(tǒng)(F1、F2)的機(jī)械應(yīng)力的裝置(AM)包括齒條(Z)以及借助于自鎖的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(SCH)連接到所述齒條(Z)上的馬達(dá)(MOT)，其中所述馬達(dá)(MOT) 構(gòu)造用于使所述齒條(Z)運(yùn)動(dòng)并且所述齒條(Z)的運(yùn)動(dòng)引起所述彈簧系統(tǒng)(F1、F2)的機(jī)械應(yīng)力的變化。
9.按權(quán)利要求8所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述用于改變彈簧系統(tǒng)(F1、F2)的機(jī)械應(yīng)力的裝置(AM)為提高所述彈簧系統(tǒng)(Fl、F2)的機(jī)械應(yīng)力的通過(guò)所述齒條(Z)的運(yùn)動(dòng)引起的變化而具有杠桿機(jī)構(gòu)(H、HG)。
10.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，該發(fā)電機(jī)(G)以微機(jī)械技術(shù)構(gòu)成。
11.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，該發(fā)電機(jī)(G)以精密機(jī)械技術(shù)來(lái)構(gòu)成。
12.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，該發(fā)電機(jī)(G)構(gòu)造用于在使用電動(dòng)力學(xué)的、壓電的或者電容的換能器原理的情況下從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能。
13.對(duì)用于從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)(G)的諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法，其中-在調(diào)諧范圍之內(nèi)所述發(fā)電機(jī)(G)的有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)的諧振頻率通過(guò)所述有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)的彈簧系統(tǒng)(F1、F2)的機(jī)械應(yīng)力的變化來(lái)改變，-求得所述有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)的諧振頻率的數(shù)值，在該數(shù)值的情況下所述發(fā)電機(jī) (G)以最大的效率進(jìn)行工作，并且-將所述有機(jī)械振動(dòng)能力的系統(tǒng)的諧振頻率調(diào)節(jié)到所求得的頻率。
14.按權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，借助于自動(dòng)保持在靜止?fàn)顟B(tài)中的機(jī)構(gòu)來(lái)引起所述彈簧系統(tǒng)(Fl、F2)的機(jī)械應(yīng)力的變化。
15.按權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，通過(guò)所述發(fā)電機(jī)(G)來(lái)接收無(wú)線電指令并且隨后調(diào)節(jié)該發(fā)電機(jī)(G)的諧振頻率。
全文摘要
用于從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)以及用于對(duì)這樣的發(fā)電機(jī)的諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法。本發(fā)明涉及一種能夠普遍并且靈活使用的用于從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)(G)，其中所述發(fā)電機(jī)(G)具有有機(jī)械振動(dòng)能力的設(shè)有彈簧系統(tǒng)(F1、F2)的系統(tǒng)以及用于改變所述彈簧系統(tǒng)(F1、F2)的機(jī)械應(yīng)力的裝置(AM)。此外，本發(fā)明涉及一種用于對(duì)用于從機(jī)械振動(dòng)中產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)的諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法。
文檔編號(hào)H02K35/00GK102197576SQ200880131744
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
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