專利名稱：用于將機械振動能量轉(zhuǎn)化為電能的永磁體發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將機械振動能量轉(zhuǎn)化為電能的機電發(fā)電機。 特別是，本發(fā)明涉及這樣的設(shè)備，它是一種能將周圍振動能量轉(zhuǎn)化為 電能的小型發(fā)電機，例如用于為智能傳感器系統(tǒng)供電。這種系統(tǒng)可以 用在許多取消電纜或電池可以帶來經(jīng)濟優(yōu)勢或者操作優(yōu)勢的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
已經(jīng)知道利用機電發(fā)電機從環(huán)境振動采集有用電力，例如給無線 傳感器供電。常用的磁體-線圏發(fā)電機由連接到磁體或線圏的彈簧-質(zhì) 塊組合構(gòu)成，當該系統(tǒng)振動時，線圏切割由磁性芯部形成的磁力線。
作為原則，在本領(lǐng)域普遍知道，磁性芯部發(fā)電機的彈簧-質(zhì)塊組合 的質(zhì)量越大，輸出電力越大。能量采集器需要在較寬的帶寬范圍內(nèi)產(chǎn) 生較大電力，因為在設(shè)置之前并不知道振動頻率，或者振動頻率可能 改變。諧振能量釆集器在較寬帶寬范圍內(nèi)具有較大電力，要求質(zhì)量較
大、Q值較大且磁性耦合因子較大。
US-A-2003/0173725公開了一種振動阻尼設(shè)備，其將機械能轉(zhuǎn)化 為電能，并且作為加熱器以熟知方式安裝在飛行器中，特別是安裝在 直升機中。這種設(shè)備并非設(shè)計用作機電發(fā)電機而從環(huán)境振動中有效收 集大量電力例如用于給無線傳感器供電的。
CN-A-1852011公開了 一種磁場擠壓增強振動發(fā)電機，其中兩個相 反的磁體由其間的非磁性材料片連接，形成組件，該組件被相反的彈 簧偏壓，在殼體內(nèi)上/下振動。線圏環(huán)繞該材料片，并且安裝在該殼體 內(nèi)，位于其內(nèi)壁上。該組件的上下振動在周圍線圏內(nèi)感生出電流
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是提供一種能以切實方式將全部三個參數(shù)最大化的 設(shè)備。
因此，本發(fā)明提供一種用于將機械振動能量轉(zhuǎn)化為電能的機電發(fā)
電機，該機電發(fā)電機包括殼體；固定安裝在該殼體內(nèi)的導(dǎo)電線圏組件， 該線圏組件具有徑向內(nèi)外側(cè)部和上下邊緣；用于該線圏組件的安裝件， 該安裝件向徑向內(nèi)側(cè)部的內(nèi)部延伸，用于將該線圏組件固定在該殼體 內(nèi)的固定位置；磁性芯部組件，該磁性芯部組件移動安裝在該殼體內(nèi)， 沿著軸線線性振動；和安裝在該殼體和該磁性芯部組件之間的偏壓設(shè) 備，該偏壓設(shè)備沿著所述軸線向著中央位置以相反方向偏壓該磁性芯 部組件，其中所述磁性芯部組件在徑向外側(cè)部和所述上下邊緣以及所 述徑向內(nèi)側(cè)部的 一部分上封閉所述導(dǎo)電線圏組件，所述磁性芯部組件 在其徑向內(nèi)部部分具有間隙，所述安裝件通過該間隙延伸，并且所述 徑向內(nèi)部部分包括沿著所述軸線隔開的兩個相反磁體。
優(yōu)選，所述偏移設(shè)備包括一對彈簧，每個彈簧位于所述磁性芯部 組件的各端部。
優(yōu)選，所述彈簧包括板簧。
優(yōu)選，所述磁性芯部組件包括沿著所述軸線隔開的兩個相反磁路。
優(yōu)選，所述磁性芯部組件包括一對沿著所述軸線隔開的磁體，所 述磁體的磁極具有彼此面對的第一共同極性，并且所述磁體彼此背向 的磁極具有第二共同極性并且耦接到共用鐵磁體，該鐵磁體相對于該 軸線位于所述磁體的徑向外側(cè)。
優(yōu)選，所述共用鐵磁體為管狀，且在其每一端具有徑向向內(nèi)延伸 的臂，每條臂上安裝各磁體。
優(yōu)選，所述共用鐵磁體包括所述磁性芯部組件的徑向外部部分、 上部部分以及下部部分，并且所述磁體包括所述徑向內(nèi)部部分。
優(yōu)選，用于所述線圈組件的安裝件包括環(huán)狀線圏支撐件，該線團 支撐件具有從所述線圏組件中央部分徑向向內(nèi)延伸并安裝在沿著所述
軸線固定的中央主體上的中央安裝部分。
優(yōu)選，所述安裝部分限定環(huán)狀凹部，其中接收電路，用于電氣調(diào)節(jié)所述線圏組件的電氣輸出。
優(yōu)選，所述電路由密封材料包封在所述環(huán)狀凹部內(nèi)，所述密封材 料密封并保護所述電路免受不期望的環(huán)境影響。
優(yōu)選，用于所述線圏組件的所述安裝件包括模制塑料主體，該模 制塑料主體包封所述線圏，所述模制塑料主體包括整體形成的中央主 體，該中央主體沿著所述軸線固定并配合在所述殼體的蓋板和基座。
優(yōu)選，所述整體形成的中央主體包封沿著所述軸線延伸的細長強 化構(gòu)件。
優(yōu)選，所述模制塑料主體包封用于電氣調(diào)節(jié)所述線圏組件電氣輸 出的電路。
優(yōu)選，所述模制塑料主體包封從所述線圏組件延伸的電線，并進 一步包括連接到所述導(dǎo)線的連接銷，以用于電氣連接到外部電路，所 述連接銷從所述模制塑料主體暴露在所述殼體外部的的外表面延伸。
本發(fā)明還提供一種用于將機械振動能量轉(zhuǎn)化為電能的機電發(fā)電 機，該機電發(fā)電機包括固定的導(dǎo)電線圏組件和移動安裝且沿著軸線線 性振動的磁體組件，其中所述磁體組件包括一對沿著所述軸線隔開的 磁體，所述磁體的磁極具有彼此面對的第一共同極性，并且被間隙隔 開，所述磁體彼此背向的磁極具有第二共同極性并且耦接到共用鐵磁
體，所述共用鐵磁體相對于所述軸線徑向位于所述磁體外側(cè)；和偏壓 設(shè)備，該偏壓設(shè)備用于沿著所述軸線以相反的方向向著中央位置偏壓 包括所述一對磁體以及與其耦接的所述鐵磁體的所述磁體組件，其中 所述磁體組件包括沿著所述軸線隔開的兩個相反的磁路，每個磁路與 所述線圏組件的各部分相關(guān)聯(lián)。
優(yōu)選，所述機電發(fā)電機進一步包括殼體，其中所述導(dǎo)電線圏組件 固定安裝在該殼體內(nèi)，所述線圏組件具有徑向內(nèi)外側(cè)部和上下邊緣； 用于該線圏組件的安裝件，該安裝件向徑向內(nèi)側(cè)部的內(nèi)部延伸，用于 將該線圏組件固定在該殼體內(nèi)的固定位置；所述磁體組件移動安裝在 該殼體內(nèi)，所述偏壓設(shè)備安裝在該殼體和該磁體組件之間，其中所述具有間隙，所述安裝件通過該間隙延伸，并且所述徑向內(nèi)部部分包括 沿著所述軸線隔開的兩個相反磁體。
所述偏壓設(shè)備優(yōu)選包括一對彈簧，每個彈簧位于所述磁體組件的
各端部。
所述彈簧可以包括板簧。
優(yōu)選，所述磁體組件旋轉(zhuǎn)對稱，并且具有限定所述間隙的基本上
c形截面。
優(yōu)選，所述共用鐵磁體為管狀，并且在其每個端部具有徑向向內(nèi) 延伸的臂，每條臂上安裝各磁體。
優(yōu)選，所述共用鐵磁體包括所述磁體組件的徑向外部部分、上部 部分以及下部部分，并且所述》茲體包括所述》茲體組件的徑向內(nèi)部部分。
本發(fā)明進一步提供一種用于將機械振動能量轉(zhuǎn)化為電能的機電發(fā) 電機，所述機電發(fā)電機包括固定的導(dǎo)電線圏組件和移動安裝且沿著軸
線線性振動的磁體組件；和沿著所述軸線向著中央位置以相反方向偏 壓所述磁體組件的偏壓設(shè)備，其中所述磁體組件旋轉(zhuǎn)對稱且具有封閉 環(huán)形凹腔的基本上C形截面，所述環(huán)形凹腔在其內(nèi)徑上具有間隙，所 述線圏組件設(shè)置在所述凹腔內(nèi)。
優(yōu)選，所述磁體組件包括兩個沿著所述軸線隔開的相反磁路，每 個磁路與所述線圏組件的各部分關(guān)聯(lián)。
優(yōu)選，所述機電發(fā)電機進一步包括殼體，其中所述導(dǎo)電線圏組件 固定安裝在所述殼體中，所述線圈組件具有徑向內(nèi)外側(cè)部和上下邊緣， 用于所述線圏組件的安裝件向所述徑向內(nèi)側(cè)部的內(nèi)部延伸，用于將所 述線圏組件固定在所述殼體中的固定位置，所述磁體組件移動安裝在 所述殼體中，并且所述偏壓設(shè)備安裝在所述殼體和所述磁體組件之間， 其中所述磁體組件在所述徑向外側(cè)部、所述上下邊緣和所述徑向內(nèi)側(cè) 部的 一部分上封閉所述導(dǎo)電線圏組件，所述磁體組件在其徑向內(nèi)側(cè)部 分上具有間隙，所述安裝件通過該間隙延伸，并且所述徑向內(nèi)側(cè)部分 包括沿著所述軸線隔開的兩個相反磁體。在所述磁體組 件各端部。
在本發(fā)明優(yōu)選實施方式的機電發(fā)電機中，通過以金屬磁性芯部組 件填充幾乎全部內(nèi)部空間，可以實現(xiàn)較大的運動質(zhì)量。至少可以部分 地實現(xiàn)這種效果，因為磁性芯部組件相對兩端的平板彈簧節(jié)約了體積。
此外，得益于磁性芯部組件"封閉，，結(jié)構(gòu)的較大的Q值泄漏很少的磁通 量，因此在靜止殼體的周圍材料中只有非常小的渦流。因此，只需在 運動磁性芯部組件和殼體之間保持非常小的間隙，允許運動質(zhì)量更大。 較大的磁性耦合同樣得益于磁性芯部組件封閉特性，此時磁通量泄漏 非常少——幾乎全部磁通量通過線圏引導(dǎo)。
現(xiàn)在參照附圖，僅作為示例來說明本發(fā)明的實施方式，其中 圖l是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式，穿過將機械振動能量轉(zhuǎn)化為電
能的機電發(fā)電機的示意側(cè)視截面；
圖2是圖1所示機電發(fā)電機中的第一彈簧的示意平面圖； 圖3是圖1所示機電發(fā)電機中的第二彈簧的示意透視圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式，穿過將機械振動能量轉(zhuǎn)化為電
能的機電發(fā)電機的示意側(cè)視截面；
圖5和6是穿過圖4所示機電發(fā)電機的示意側(cè)視截面，分別示出
了振動磁性芯部組件的上下位置。
具體實施例方式
本發(fā)明的機電發(fā)電機是本領(lǐng)域所知的"速度阻尼"型諧振發(fā)電機， 其中慣性質(zhì)量相對于殼體的運動所做的全部功與該運動的瞬時速度成 比例。當然不可避免的是，該功的一部分被吸收，超過了不希望的機 械或電氣損耗，但是該功的剩余部分可以經(jīng)由適當?shù)淖兯蜋C構(gòu)，諸如 以下所述的電氣線圏/磁性組件產(chǎn)生電流。
圖l至3示出了根據(jù)本發(fā)明，用于將機械振動能量轉(zhuǎn)化為電能的機電發(fā)電機2。該機電發(fā)電機2包括殼體4。殼體4包括環(huán)形外周邊壁 6、整體形成的圓形蓋板8和圓形基座10?；?0在其圓形邊緣12 處例如借助粘結(jié)劑或螺紋耦合件(未示出)固緊配合到外周邊壁6的 下邊緣14。外周邊壁6限定柱狀截面內(nèi)空腔16，該內(nèi)空腔具有旋轉(zhuǎn)軸 線A-A。圓形開口 18穿過蓋板8形成，該開口 18與柱狀截面的內(nèi)空 腔16同軸。
基座10在其外表面上設(shè)置有配件20，用來將機電發(fā)電機2牢固 安裝到支撐件(未示出)。
導(dǎo)電線圏22固定安裝在殼體4中。線圏22為圓形，且與殼體4 同軸，并且具有徑向內(nèi)外側(cè)部21、 23，側(cè)部21、 23平行于旋轉(zhuǎn)軸線 A-A延伸。線圏22具有上下邊緣27、 29。線圏22安裝在環(huán)形線圏支 撐件24內(nèi)，該線圏支撐件沿著徑向基本上位于軸線A-A和外周邊壁6 之間的中部，并且沿著軸向基本上位于蓋板8和基座IO之間的中部。 線圏支撐件24具有整體形成的環(huán)形中央安裝部分26，該中央安裝部 分從線圏22的中部徑向向內(nèi)延伸，并且安裝在中央管狀主體28上， 該中央管狀主體牢固配合在蓋板8和基座10之間。該組件將線圏22 安裝在殼體4內(nèi)的固定位置。優(yōu)選線圏支撐件24由導(dǎo)電性很低的材料 諸如加載玻璃的塑料制成。優(yōu)選中央管狀主體28由導(dǎo)磁性很低、傳導(dǎo) 性很低、彈性模量很高的材料諸如316不銹鋼制成。
安裝部分26限定環(huán)形凹部30，其中接收電路32，用于例如借助 電壓調(diào)節(jié)來電氣調(diào)節(jié)線圏20的電氣輸出。電路32由塑料或橡膠密封 材料34包封在環(huán)形凹部30內(nèi)，該密封材料密封并保護電路32，免受 不希望的環(huán)境影響，諸如濕度、液體等。線圏22借助第一導(dǎo)線36與 電路32連接，而電路32具有第二導(dǎo)線38,第二導(dǎo)線穿過蓋板8上的 開口18延伸，用于連接外部電路(未示出)。
線圏20具有第一和第二線圏部分40、 42，它們分別位于安裝部 分26之上和之下。
磁性芯部組件50移動安裝在殼體4內(nèi)，用于沿著軸線A-A線性 振動。磁性芯部組件50旋轉(zhuǎn)對稱，并包括一對軸向?qū)实沫h(huán)形磁體52、 54，每個磁體通常為稀土永磁體，具有較高的磁場強度。磁體52、 54安裝在安裝部分26的相反兩側(cè)，上側(cè)和下側(cè)，并且沿著徑向安裝 在線圏20內(nèi)。磁體52、 54各自從安裝部分26軸向隔開，并且限定間 隙55，安裝部分26通過該間隙延伸。如圖l所示，磁體52、 54對準， 所以它們相同磁極56、 58(例如如圖1所示的北極(N))在安裝部分 26的相反兩次彼此面對。
磁性芯部組件50還包括共用鐵磁體64。磁體52、 54安裝在共用 鐵磁體64的相對環(huán)形臂60、 62之間。沿著軸向向外方向彼此背向的 磁體52、 54的磁極66、 68 (例如南極(S))各自安裝在各環(huán)形臂60、 62上。共用鐵磁體64還包括管狀部分70，該管狀部分70由兩個相互 鎖止的管狀構(gòu)件72、 74構(gòu)成，各管狀構(gòu)件與各環(huán)形臂60、 62整體形 成。這樣，每個第一和第二線圏部分40、 42分別至少局部位于共用鐵 磁體64的管狀部分70和其中一個磁體52、 54之間。
耦接到徑向內(nèi)部磁體52、 54的徑向外部共用鐵磁體64這種磁性 芯部組件50在它們之間限定了環(huán)狀封閉腔體43，線圏22接收在其中。 磁體52、 54位于線圏22內(nèi)側(cè)部21的附近，而共用鐵J茲體64位于線 圏22外側(cè)部23附近。磁體52、 54與共用鐵磁體64從線圏22略微隔 開，以允許兩者之間進行相對平移運動。磁性芯部組件50在徑向內(nèi)側(cè) 部21和上下邊緣27、 29上以及一部分徑向內(nèi)側(cè)部21上封閉線圏22， 而由磁體52、 54構(gòu)成的磁性芯部組件在其徑向內(nèi)部具有間隙55，安 裝部分26通過該間隙延伸。共用鐵磁體64包括磁性芯部組件50的徑 向外部部分和上下部分。磁性芯部組件50因此具有基部上C形截面， 并且旋轉(zhuǎn)對稱。
腔體43在第一和第二線圏部分40、 42每一個部分與中央管狀主 體28之間以及安裝部分26上下之間具有各腔體部分44、 46。
共用鐵磁體64由導(dǎo)磁性較高、質(zhì)量較大的鐵磁性材料諸如軟鐵構(gòu) 成。共用鐵》茲體64和/P茲體52、 54的組件因此形成》茲性芯部組件50 的兩個軸向隔開的磁路76、 78，磁通量在圖1中以虛線示出，每個磁 體52、 54—條虛線。每個磁路76、 78的磁通量線的極限由該環(huán)狀臂60、 62以及管狀構(gòu)件72、 74限定，基本上阻止來自每個磁體52、 54 的磁通量從共用鐵磁體軸向或徑向向外延伸。由于相對的磁體52、 54 以相同磁極56、 58 (例如，N極)彼此面對，在磁性芯部組件50的 中央?yún)^(qū)域80，相反磁路76、 78的磁通量相反，從而向著共用鐵磁體 64徑向向外引導(dǎo)磁通量。
合成效果是單一磁性芯部組件50包括兩個分開的磁體52、 54， 并且每個磁體具有各自磁路76、 78，其中約束了比例非常大的磁通量 以通過各線圏部分40、 42。這樣又在磁體52、 54與線圏22之間提供 了程度很高的磁性耦合。因此，磁體52、 54與線圏22之間的任何相 對運動，特別是如下所述的磁性芯部組件50相對于固定線圏22的線 性軸向諧振運動，能在線圏22處產(chǎn)生非常大的電力輸出。
共用鐵磁體64利用 一對相反的板簧82、 84移動安裝到中央管狀 主體28。 一個彈簧82、 84位于共用鐵磁體64的各上下端83、 85與 中央管狀主體28的各上下端86、 88之間。每個彈簧82、 84的徑向內(nèi) 部環(huán)狀邊緣90、 92例如借助螺紋94、 96牢固配合到各上下端86、 88。 每個彈簧82、 84的徑向外部環(huán)狀邊緣98、 100例如借助螺紋102、 104 牢固配合到共用鐵磁體64的各上下端83、 85。
如圖2所示，在一種替代布置中，每個彈簧82、 84具有螺旋配置， 帶有多條在徑向內(nèi)部環(huán)狀邊緣90、 92與徑向外部環(huán)狀邊緣98、 100 之間延伸的螺旋臂108。
如圖3所示，在另一種替代布置中，每個彈簧82、 84具有階梯狀 軛架配置，帶有以級聯(lián)臺階形式在徑向內(nèi)部環(huán)狀邊緣90、 92與徑向外 部環(huán)狀邊緣98、 IOO之間延伸的多個偏心輒架110、 112。
當磁性芯部組件50從中央平衡位置離開時，兩個彈簧82、 84各 自向磁體組件50施加相同的才幾械偏壓力。兩個彈簧82、 84優(yōu)選具有 相同的彈簧系數(shù)。
在移動磁性芯部組件50相對的軸向端提供一對板簧82、 84，形 成了一種不僅能在磁性芯部組件50上提供足夠的彈簧偏置回復(fù)力以 相對于線圏22朝向軸向中央位置偏壓該磁性芯部組件，而且在殼體4內(nèi)基本上占據(jù)最小體積的結(jié)構(gòu)。特別是，彈簧82、 84位于移動磁性芯 部組件50相對的軸向端的位置，使得磁性芯部組件50徑向向外延伸， 基本上達到殼體4內(nèi)的內(nèi)部徑向邊界。這樣使得在給定的內(nèi)部空腔16 內(nèi)，磁性芯部組件50的尺寸最大，這樣不僅使得磁性耦合最大化，而 且重要的是允許移動磁性芯部組件的質(zhì)量相應(yīng)地最大化。正如本領(lǐng)域 所知，在諧振電磁能量采集器中期望將移動磁性芯部組件的質(zhì)量最大 化，因為這樣能增大輸出電力。
提供一對板簧82 、 84還避免了需要包圍移動磁性芯部組件的昂貴 且笨重的螺旋彈簧。這樣通過降低部件成本而降低了制造成本。
移動磁性芯部組件與線圏之間程度較高的磁性耦合，以及移動磁 性芯部組件較大的質(zhì)量，使得諧振頻率可以穩(wěn)定地精確調(diào)節(jié)到期望值， 并且還允許在諧振過程中向移動芯部組件施加較大的自回復(fù)力，以使 諧振幅值最小。由于幅值受到限制，所以彈簧82、 84的變形程度總是 很小，良好地處于它們的線性彈簧特性范圍內(nèi)。通常，環(huán)形配件102、 104以及蓋板8或基座IO之間的環(huán)形間隙114、 116大約分別為lmm， 因此最大幅值小于該距離。此外，這樣也使得殼體4內(nèi)的軸向可用空 腔16最大。
彈簧82、 84向著中央位置偏壓磁性芯部組件50，當機電發(fā)電機2 承受所施加的機械力，特別是至少具有沿著軸線A-A的分量的機械振 動時，該磁性芯部組件50可以沿著軸線A-A軸向移動。彈簧82、 84 沿著橫向，即徑向，具有較大的剛度，所以基本上阻止了磁性芯部組 件50的非軸向運動。
殼體4的內(nèi)部空腔16可以包括氣體。殼體4可以氣密地密封殼體 4的內(nèi)部空腔16。
機電發(fā)電機2采用安裝在殼體4內(nèi)的諧振質(zhì)塊-彈簧布置。如果機 電發(fā)電機2承受導(dǎo)致其沿著A-A方向運動的外部振動源，則磁性芯部 組件50包括同樣可以相對于殼體4沿著A-A方向移動的慣性質(zhì)塊。 這樣，彈簧82、 84軸向變形，并且抵抗阻尼器做功，該阻尼器包括靜 態(tài)電氣線圏和移動磁性芯部組件，該移動磁性芯部組件產(chǎn)生磁通量區(qū)域，電氣線圏位于該區(qū)域中。電氣線圏在磁通量中的運動導(dǎo)致電流導(dǎo) 入電氣線圏，該電氣線圏可以用作驅(qū)動外部設(shè)備(未示出)的電源。
此外，雖然該實施方式中，彈簧是板簧，但是也可以釆用其他偏 壓元件。
磁性芯部組件的質(zhì)量相對于設(shè)備的尺寸可以制作地非常大，從而 例如較之懸臂設(shè)備而言，增大該設(shè)備的總體質(zhì)量密度。對于該設(shè)備占 用的給定體積來說，可以提供更大的運動質(zhì)量。由于上述原因，這樣 也使得電力輸出最大化。
作為增加磁性耦合的結(jié)果，通過增大電氣輸出，可以顯著增大該 設(shè)備的操作帶寬。這樣又顯著改善了該設(shè)備應(yīng)用于眾多新型能量采集 場合的能力。
簡單的板簧可以用在機電發(fā)電機中。這樣提供可靠且簡單的結(jié)構(gòu)， 防止磁性芯部組件橫向運動，摩擦較小，且避免了錯綜復(fù)雜和/或昂貴
的制造技術(shù)。產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)結(jié)實緊湊。由于板簧承受非常小的變形幅度， 所以它們的機械特性并不十分重要，因為它們永遠不會在接近線性彈 性運動的機械極限的情況下發(fā)生變形，所以它們可以相應(yīng)地具有相對 傳統(tǒng)的質(zhì)量，因此具有較低的部件成本。
圖4示出了第二實施方式，該實施方式具有比第一實施方式更低 的部件成本，并且特別適合用在輸入機械振動能量頻率較低且幅值較 大的能量釆集場合。
在該實施方式中，電磁發(fā)電機200的外部殼體204由模制塑料構(gòu) 成。線圏支撐件224、中央安裝部分26和中央管狀主體28由單一整 體形成的塑料模制主體230形成，該塑料模制主體230包封線圏222， 線圈222優(yōu)選由銅導(dǎo)線制成。電路板225,可任選設(shè)置，也可以包封 在主體230內(nèi)。金屬強化構(gòu)件226可以任選地模制在單一整體形成的 模制主體230內(nèi)。線圏222具有從其引出的導(dǎo)線232，該導(dǎo)線232經(jīng) 由任選的電路板225連接到設(shè)置在殼體204頂部表面236上的連接銷 234，以電連接外部電路。磁性芯部組件250包括兩個環(huán)狀磁體252、 254，它們極性相反，由導(dǎo)磁性較高的金屬芯部256例如軟鋼相互連接。上下彈簧282、 284分別安裝在芯部256的上下部分286、 288和主體 230的上下部分290、 292之間，主體230的上下部分290、 292分別 牢固固定到蓋板294和基座296。這種固定可以氣密地密封殼體204 的內(nèi)部空腔300。彈簧282、 284可以包括以化學(xué)蝕刻塑形的金屬板， 例如具有如圖2或3所示的螺旋彈簧構(gòu)造?；?96的螺紋孔298提 供螺紋配合，用于將電磁發(fā)電機200螺紋連接到振動表面(未示出)。 圖5和6是穿過圖4所示機電發(fā)電機的示意側(cè)視截面，分別示出 了振動磁性芯部組件的上下位置。上下彈簧282、 284向圖4所示的中 央位置偏移磁性芯部組件250，但是當電磁發(fā)電機200承受振動輸入 時，磁性芯部組件250圍繞中央位置在圖5和6所示上下位置極限之 間振動?？梢钥闯?，上下彈簧282、 284控制振動磁性芯部組件250 的運動，以使殼體204的基本上整個內(nèi)部空腔300用來容納運動元件 以產(chǎn)生電力，從而使得設(shè)備的動力尺寸比更為有效。在其上下極限處， 振動磁性芯部組件250通常與殼體204的蓋板294和基座296隔開大 約lmm。
本發(fā)明的其他改動方案和實施方式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是容 易明白的。
權(quán)利要求
1.一種用于將機械振動能量轉(zhuǎn)化為電能的機電發(fā)電機，該機電發(fā)電機包括殼體；固定安裝在該殼體內(nèi)的導(dǎo)電線圈組件，該線圈組件具有徑向內(nèi)側(cè)部、徑向外側(cè)部和上下邊緣；用于該線圈組件的安裝件，該安裝件向徑向內(nèi)側(cè)部的內(nèi)部延伸，用于將該線圈組件固定在該殼體內(nèi)的固定位置；磁性芯部組件，該磁性芯部組件可移動地安裝在該殼體內(nèi)，以沿著一軸線線性振動；和安裝在該殼體和該磁性芯部組件之間的偏壓設(shè)備，該偏壓設(shè)備沿著所述軸線向著中央位置以相反方向偏壓該磁性芯部組件，其中所述磁性芯部組件在徑向外側(cè)部和所述上下邊緣以及所述徑向內(nèi)側(cè)部的一部分上封閉所述導(dǎo)電線圈組件，所述磁性芯部組件在其徑向內(nèi)部部分上具有間隙，所述安裝件通過該間隙延伸，并且所述徑向內(nèi)部部分包括沿著所述軸線隔開的兩個相反磁體。
2. 如權(quán)利要求1所述的機電發(fā)電機，其特征在于，所述偏壓設(shè)備 包括一對彈簧，每個彈簧位于所述磁性芯部組件的各端部。
3. 如權(quán)利要求2所述的機電發(fā)電機，其特征在于，所述彈簧包括 板簧。
4. 如前述權(quán)利要求任一項所述的機電發(fā)電機，其特征在于，所述 磁性芯部組件包括沿著所述軸線隔開的兩個相反磁路。
5. 如前述權(quán)利要求任一項所述的機電發(fā)電機，其特征在于，所述 磁性芯部組件包括一對沿著所述軸線隔開的磁體，所述磁體的磁極具 有彼此面對的第一共同極性，并且所述磁體彼此背向的磁極具有第二 共同極性并耦接到共用鐵磁體，該鐵磁體相對于該軸線位于所述磁體 的徑向外側(cè)。
6. 如權(quán)利要求5所述的機電發(fā)電機，其特征在于，所述共用鐵磁 體為管狀，且在其每一端具有徑向向內(nèi)延伸的臂，每條臂上安裝有相 應(yīng)的》茲體。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的機電發(fā)電機，其特征在于，所述共用 鐵磁體包括所述磁性芯部組件的徑向外部部分、上部部分以及下部部分，并且所述/P茲體包括所述徑向內(nèi)部部分。
8. 如前述權(quán)利要求任一項所述的機電發(fā)電機，其特征在于，用于 所述線圏組件的安裝件包括環(huán)狀線圏支撐件，該線圏支撐件具有從所 述線圏組件的中央部分徑向向內(nèi)延伸并安裝在沿著所述軸線固定的中 央主體上的中央安裝部分。
9. 如權(quán)利要求8所述的機電發(fā)電機，其特征在于，所述安裝部分 限定一環(huán)狀凹部，在該環(huán)狀凹部中接收有電路，該電路用于電氣調(diào)節(jié) 所述線圏組件的電氣輸出。
10. 如權(quán)利要求9所述的機電發(fā)電機，其特征在于，所述電路由 密封材料包封在所述環(huán)狀凹部內(nèi)，所述密封材料密封并保護所述電路 免受不期望的環(huán)境影響。
11. 如前述權(quán)利要求任一項所述的機電發(fā)電機，其特征在于，用 于所述線圏組件的所述安裝件包括模制塑料主體，該模制塑料主體包 封所述線圏，所述模制塑料主體包括整體形成的中央主體，該中央主 體沿著所述軸線固定并配合在所述殼體的蓋板和基座上。
12. 如權(quán)利要求11所述的機電發(fā)電機，其特征在于，所述整體形 成的中央主體包封沿著所述軸線延伸的細長強化構(gòu)件。
13. 如權(quán)利要求11或12所述的機電發(fā)電機，其特征在于，所述 模制塑料主體包封用于電氣調(diào)節(jié)所述線圏組件電氣輸出的電路。
14. 如權(quán)利要求11至13任一項所述的機電發(fā)電機，其特征在于， 所述模制塑料主體包封從所述線圏組件延伸的電線，并進一步包括連 接到所述導(dǎo)線的連接銷，以用于電氣連接到外部電路，所述連接銷從 所述模制塑料主體的暴露在所述殼體外部的外表面延伸。
15. —種用于將機械振動能量轉(zhuǎn)化為電能的機電發(fā)電機，該機電 發(fā)電機包括固定的導(dǎo)電線圏組件和可移動地安裝以沿著一軸線線性振 動的磁體組件，其中所述磁體組件包括一對沿著所述軸線隔開的磁體， 所述磁體的磁極具有彼此面對的第 一共同極性，并且被一 間隙隔開， 所述磁體彼此背向的磁極具有第二共同極性并且耦接到共用鐵磁體， 所述共用鐵磁體相對于所述軸線徑向位于所述磁體外側(cè)；和偏壓設(shè)備，該偏壓設(shè)備用于沿著所述軸線以相反的方向向著中央位置偏壓包括所 述一對磁體以及與其耦接的所述鐵磁體的所述磁體組件，其中所述磁體組件包括沿著所述軸線隔開的兩個相反的磁路，每個磁路與所述線 圏組件的相應(yīng)部分相關(guān)聯(lián)。
16. 如權(quán)利要求15所述的機電發(fā)電機，其特征在于，所述機電發(fā) 電機進一步包括殼體，其中所述導(dǎo)電線圏組件固定安裝在該殼體內(nèi)， 所述線圏組件具有徑向內(nèi)側(cè)部、徑向外側(cè)部和上下邊緣；用于該線圏 組件的安裝件，該安裝件向徑向內(nèi)側(cè)部的內(nèi)部延伸，用于將該線圏組 件固定在該殼體內(nèi)的固定位置；所述磁體組件可移動地安裝在該殼體 內(nèi)，所述偏壓設(shè)備安裝在該殼體和該磁體組件之間，其中所述磁性芯 部組件在徑向外側(cè)部和所述上下邊緣以及所述徑向內(nèi)側(cè)部的一部分上 封閉所述導(dǎo)電線圏組件，所述磁性芯部組件在其徑向內(nèi)部部分具有間 隙，所述安裝件通過該間隙延伸，并且所述徑向內(nèi)部部分包括沿著所 述軸線隔開的兩個相反磁體。
17. 如權(quán)利要求15或16所述的機電發(fā)電機，其特征在于，所述 偏壓設(shè)備包括一對彈簧，每個彈簧位于所述磁體組件的相應(yīng)端部。
18. 如權(quán)利要求17所述的機電發(fā)電機，其特征在于，所述彈簧包 括板簧。
19. 如權(quán)利要求15至18任一項所述的機電發(fā)電機，其特征在于， 所述磁體組件旋轉(zhuǎn)對稱，并且具有限定所述間隙的基本上C形截面。
20. 如權(quán)利要求15至19任一項所述的機電發(fā)電機，其特征在于， 所述共用鐵磁體為管狀，并且在其每個端部具有徑向向內(nèi)延伸的臂， 每條臂上安裝有相應(yīng)磁體。
21. 如權(quán)利要求15至20任一項所述的機電發(fā)電機，其特征在于， 所述共用鐵磁體包括所述磁體組件的徑向外部部分、上部部分以及下 部部分，并且所述磁體包括所述磁體組件的徑向內(nèi)部部分。
22. —種用于將機械振動能量轉(zhuǎn)化為電能的機電發(fā)電機，所述機 電發(fā)電機包括固定的導(dǎo)電線圏組件和可移動地安裝以沿著軸線線性振 動的磁體組件；和沿著所述軸線向著中央位置以相反方向偏壓所述磁體組件的偏壓設(shè)備，其中所述磁體組件旋轉(zhuǎn)對稱且具有封閉環(huán)形凹腔的基本上c形截面，所述環(huán)形凹腔在其內(nèi)徑上具有間隙，所述線圏組件設(shè)置在所述凹腔內(nèi)。
23. 如權(quán)利要求22所述的機電發(fā)電機，其特征在于，所述磁體組 件包括兩個沿著所述軸線隔開的相反磁路，每個磁路與所述線圏組件 的相應(yīng)部分關(guān)聯(lián)。
24. 如權(quán)利要求22或23所述的機電發(fā)電機，其特征在于，所述 機電發(fā)電機進一步包括殼體，其中所述導(dǎo)電線圏組件固定安裝在所述 殼體中，所述線圏組件具有徑向內(nèi)側(cè)部、徑向外側(cè)部和上下邊緣；用 于所述線圏組件的安裝件，該安裝件向所述徑向內(nèi)側(cè)部的內(nèi)部延伸， 用于將所述線圏組件固定在所述殼體中的固定位置，所述磁體組件可 移動地安裝在所述殼體中，并且所述偏壓設(shè)備安裝在所述殼體和所述 磁體組件之間，其中所述磁體組件在所述徑向外側(cè)部、所述上下邊緣 以及所述徑向內(nèi)側(cè)部的 一部分上封閉所述導(dǎo)電線圏組件，所述/P茲體組 件在其徑向內(nèi)部部分上具有間隙，所述安裝件通過該間隙延伸，并且 所述徑向內(nèi)部部分包括沿著所述軸線隔開的兩個相反磁體。
25. 如權(quán)利要求22至24任一項所述的機電發(fā)電機，其特征在于， 所述偏壓設(shè)備包括一對彈簧，每個彈簧設(shè)置在所述磁體組件的相應(yīng)端 部。
全文摘要
一種用于將機械振動能量轉(zhuǎn)化為電能的機電發(fā)電機，該機電發(fā)電機包括殼體(4)；固定安裝在該殼體(4)內(nèi)的導(dǎo)電線圈組件(22、24)；用于該線圈組件(22、24)的安裝件，該安裝件向徑向內(nèi)側(cè)部的內(nèi)部延伸，用于將該線圈組件(22、24)固定在該殼體(4)內(nèi)；磁性芯部組件(50)，該磁性芯部組件移動安裝在該殼體(4)內(nèi)，沿著軸線(A)線性振動；和安裝在該殼體(4)和該磁性芯部組件(50)之間的偏壓設(shè)備，該偏壓設(shè)備沿著所述軸線向著中央位置以相反方向偏壓該磁性芯部組件(50)，其中所述磁性芯部組件(50)在徑向外側(cè)部(23)和所述上(27)下(29)邊緣封閉所述導(dǎo)電線圈組件(50)，所述磁性芯部組件(50)在其徑向內(nèi)部部分具有間隙(55)，所述安裝件(26)通過該間隙延伸，并且所述徑向內(nèi)部部分包括沿著所述軸線(A)隔開的兩個相反磁體(52、54)。
文檔編號H02K35/02GK101682248SQ200880013809
公開日2010年3月24日 申請日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者S·羅伯茨 申請人:佩爾皮圖姆有限公司