專利名稱：多極電磁發(fā)電機的制作方法
多極電磁發(fā)電機相關申請的交叉引用本申請要求于2009年9月16日遞交的標題為"MULTIPOLAR ELECTROMAGNETIC GENERATOR”的第61/M2，805號美國臨時專利申請(代理人文案號EC0HP001+)的優(yōu)先權， 在此處通過弓I用并入該申請以用于所有目的。
背景技術：
存在著許多傳感器應用領域，其中明確地需要創(chuàng)新的電力解決方案。到2012年， 預計在工業(yè)自動化、供應鏈管理、建筑、家庭自動化、資產(chǎn)跟蹤和環(huán)境監(jiān)控領域中的無線傳感器網(wǎng)絡的市場會增長至遠遠超過4億件設備。這樣的系統(tǒng)的平均使用壽命的目標為超過 10年，這就意味著常規(guī)電池的獨立使用成為了建立魯棒的能源解決方案的較大障礙。從運動中獲取能量一直是熱門的研究重點。現(xiàn)在有三種常用的技術手段壓電、靜電和電磁。在過去的20年中，大量的研究團隊和公司嘗試開發(fā)小規(guī)模的薄膜壓電設備來利用振動。然而，一個問題是由于其高電壓低電流(一般為幾十伏特和小于幾毫微安培)的輸出，薄膜壓電能量僅有有限的功率輸出，這使得其難以被無嚴重損耗地進行轉(zhuǎn)化。另一個問題是壓電(PZT)材料的高固有頻率，一般大約在MHz級別，這不能夠耦合到可用于實際應用的任何振動或周期性運動。其他的團隊致力于開發(fā)靜電發(fā)電機。還是由于靜電發(fā)電機僅能產(chǎn)生高電壓和低電流這一現(xiàn)實情況，靜電發(fā)電機與壓電發(fā)電機類似地具有有限的功率輸出。此外，能夠證明的是，在大多數(shù)情況下，靜電發(fā)電機具有比壓電發(fā)電機或電磁發(fā)電機低的功率密度，這是由于靜電發(fā)電機所依賴的靜電氣隙具有相對低的能量密度。在另一方面，電磁發(fā)電機有可能提供相對大量的電力而不受壓電材料的固有頻率的限制。然而，仍未能實現(xiàn)以所需的小型規(guī)模生成足夠的電力。此外，小規(guī)模設備的不相配的固有頻率(一般為kHz級別)，不能耦合到通?？捎糜诖蠖鄶?shù)應用的振動。最后，當前設計需要最先進的精密加工和裝配(例如，激光切割、放電加工(EDM)、以及CNC加工)或者微加工和薄膜技術(例如，磁性材料，如永磁體和磁合金，被制作為薄膜是困難且昂貴的。 微加工一般隨著設備的尺寸變大而變得昂貴，并且在這種情況下，設備需要相對較大( lcm"2)以便提供任何適合數(shù)量的電力。在這種尺寸下，微加工變得相當昂貴。)，其將制造成本大幅度提高到超過電池的制造成本。附圖
簡述在后面的詳細描述和附圖中公開了本發(fā)明的各種實施方式。圖IA是示出了發(fā)電機的一部分的實施方式的框圖。圖IB是示出了發(fā)電機的一部分的實施方式的框圖。圖IC是示出了發(fā)電機的一部分的實施方式的框圖。圖ID是示出了發(fā)電機的一部分的實施方式的框圖。圖IE是示出了發(fā)電機的一部分的實施方式的框圖。圖IF是示出了發(fā)電機的一部分的實施方式的框圖。圖2A是示出了發(fā)電機的實施方式的框圖。
圖2B是示出了懸架板的幾何形狀的實施方式的框圖。圖3A是示出了多層電路板的一層上的導體布局的實施方式的框圖。圖IBB是以橫截面視圖示出了導體的實施方式的框圖。圖3C是示出了多層電路板的一層上的導體的實施方式的框圖。圖3D是示出了多層電路板的兩個層上的導體的實施方式的框圖。圖3E是示出了多層電路板的實施方式的框圖，其中多個層的每一個上具有五個蜿蜒的導體。圖4B是示出了磁片形式的多極磁體的實施方式的框圖。圖4A是示出了多極磁體的實施方式的框圖。圖4B是示出了磁片形式的多極磁體的實施方式的框圖。圖4C是示出了條形磁體陣列形式的多極磁體的實施方式的框圖。圖5A是示出了發(fā)電機的實施方式的框圖。圖5B是示出了發(fā)電機的實施方式的框圖。圖6是示出了線圈導體的實施方式的框圖。圖7是示出了電力管理電路的實施方式的框圖。圖9是示出了電力管理過程的實施方式的流程圖。詳細描述本發(fā)明能夠以多種方式實現(xiàn)，其中包括作為過程；裝置；系統(tǒng)；物質(zhì)構成；包含在計算機可讀存儲介質(zhì)上的計算機程序產(chǎn)品；和/或處理器，比如被配置成執(zhí)行由耦合到處理器的存儲器所存儲的和/或由該存儲器所提供的指令的處理器。在本說明書中，這些實現(xiàn)，或者本發(fā)明可采用的任何其他形式，可稱為技術。一般來說，所公開的過程的步驟的順序在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以改變。除非另有說明，被描述為配置成執(zhí)行任務的諸如處理器或存儲器的組件，可被實現(xiàn)為通用的組件，其被暫時配置成在給定時刻執(zhí)行任務，或者被實現(xiàn)為專用的組件，其被制造以執(zhí)行任務。如本文中所使用的，術語“處理器”指的是被配置成處理數(shù)據(jù)，比如計算機程序指令的一個或多個設備、電路、和/或處理內(nèi)核。在下面將與附圖一起提供關于本發(fā)明的一個或多個實施方式的詳細描述，所述附圖示出了本發(fā)明的原理。本發(fā)明結(jié)合這些實施方式描述，但是本發(fā)明不限于任何實施方式。 本發(fā)明的范圍僅僅通過權利要求來限制，并且本發(fā)明包括許多替代形式、修正形式和等價物。在以下說明書中闡述了許多具體細節(jié)，以便提供對發(fā)明的全面理解。這些細節(jié)是出于舉例的目的來提供的，并且本發(fā)明可根據(jù)權利要求來實踐而無需這些具體細節(jié)中的一些或全部。出于清楚說明的目的，在與本發(fā)明相關的技術領域中已知的技術材料沒有詳細地描述，這使得本發(fā)明不會不必要地讓人覺得難以理解。公開了一種發(fā)電機。在一些實施方式中，該發(fā)電機包括位于平坦表面上的磁體的陣列、導體、和電力管理電路。所述陣列包括一維的或二維的磁體陣列。所述導體包括蜿蜒的導體，其在多層印刷電路板的多個層上。作為在磁體陣列和導體之間相對運動的結(jié)果，電力管理電路產(chǎn)生DC電力。公開了一種發(fā)電機。在一些實施方式中，該發(fā)電機包括片狀磁體、導體、和電力管理電路。所述片狀磁體包括一維的或二維的交替磁極陣列。所述導體包括蜿蜒的導體，其在不止一個平面上。作為在片狀磁體和導體之間相對運動的結(jié)果，電力管理電路產(chǎn)生DC電力。
公開了一種發(fā)電機。在一些實施方式中，發(fā)電機包括多極磁體、一組線圈、和電力管理電路。多極磁體和線圈相對于彼此振蕩。電壓和/或電流通過多極磁體和該組線圈之間的相對運動生成。電力管理電路調(diào)節(jié)所生成的供標準的電子設備或電力系統(tǒng)使用的電力。在一些實施方式中，導體或一組線圈被實現(xiàn)為多層電路板。如果電路板被固定或者靜止不動，則磁體連接到柔性部分(flexure)，這允許其相對于導體振蕩。如果磁體被固定，電路板(或線圈或?qū)w的其他實施方式)被牢固地附接到柔性部分，這允許其相對于磁體振蕩。在一些實施方式中，多層電路板在該多層電路板的多個層的表面上具有導體，所述多層電路板提供了用于多極磁體的磁場的區(qū)域。多層電路板相對于多極磁體移動(例如，振蕩)，或者可選地該磁體相對于電路板移動。多層電路板的導體經(jīng)歷由導體所包圍的磁通量的改變，這是由于在多層電路板和多極磁體之間的相對運動，這導致了通過導體產(chǎn)生跨平面線圈的電壓和/或電流。在一些實施方式中，電力管理電路通過使用整流(例如， 二極管電路)使交流電壓(例如，由于振蕩產(chǎn)生的電壓)變換為DC電壓，并且將能量存儲到電容器和/或電池，或者將該電力直接提供給使用該電力的電氣負載或電路來調(diào)節(jié)電力。圖IA是示出了發(fā)電機的一部分的實施方式的框圖。在所示例子中，多極磁體100 和多極磁體102每個都包括一系列磁體，這一系列磁體按照相鄰的磁體先北極-南極定向然后南極-北極定向循環(huán)排列。在一些實施方式中，多極磁體100和/或多極磁體102包括片狀磁體(例如，NdFeB片狀磁體)。在一些實施方式中，片狀磁體具有 150毫特斯拉 (mTesla)的表面磁場。在各種實施方式中，磁體的間距是幾毫米、1毫米、1毫米的一部分、 或者任何其他適合的間距。在一些實施方式中，該間距匹配用于獲取能量的運動范圍。在一些實施方式中，僅有一個給多層電路板提供磁場的多極磁體(例如，多極磁體100或多極磁體102)。多極磁體100和多極磁體102每個都向多層電路板104提供磁場。多極磁體100 和多極磁體102在多層電路板104的相對的側(cè)上。對準多極磁體100和多極磁體102使得一個磁體的北極的磁條紋(stripe)與另一磁體的南極的磁條紋對齊。因為有兩個磁體(多極磁體100和多極磁體10 ，所以多層電路板104要承受較高的磁場。多層電路板104相對于多極磁體100和多極磁體102移動。多層電路板104使用懸架106和懸架110振蕩。 懸架106使多層電路板104懸掛在遠離固定的結(jié)構108處。懸架110使多層電路板104懸掛在遠離固定的結(jié)構112處。選擇懸架106和懸架110使得懸掛的多層電路板104的振蕩頻率適應于發(fā)電機所經(jīng)歷的運動。在各種實施方式中，所述適應是通過選擇尺寸、材料、質(zhì)量(例如，添加的質(zhì)量)、或者多層電路板104和/或懸架106和/或懸架110的任何其他適合的特征來實現(xiàn)的。在一些實施方式中，給多層電路板104增加重量。在一些實施方式中，使用低成本的沖壓和切割來制造懸架106和/或懸架110。在一些實施方式中，懸架106 和/或懸架110用塑料制造。在一些實施方式中，懸架106和/或懸架110是懸架板的一部分，其中所述懸架板耦合到多層電路板104。在一些實施方式中，多層電路板104近似為5. 5cm寬、5. 5cm高、并且Imm厚。多層電路板104重量為IOg并且使用沖壓的金屬懸架106和懸架110來懸掛，其具有大約160Hz 的諧振頻率。
在一些實施方式中，多層電路板104近似為3. 5cm寬、4cm高、并且Imm厚。多層電路板104重量為4g并且使用金屬懸架106和金屬懸架110來懸掛，其具有大約80Hz的諧振頻率。圖IB是示出了發(fā)電機的一部分的實施方式的框圖。在所示例子中，多極磁體120 和多極磁體122每個都包括一系列磁體，這一系列磁體按照相鄰的磁體先北極-南極定向然后南極-北極定向循環(huán)排列。在一些實施方式中，多極磁體120和/或多極磁體122包括片狀磁體(例如，NdFeB橡膠片狀磁體)。在一些實施方式中，片狀磁體具有 150毫特斯拉的表面磁場。在各種實施方式中，磁體的間距是幾毫米、1毫米、1毫米的一部分、或者任何其他適合的間距。在一些實施方式中，該間距匹配用于獲取能量的運動范圍。在一些實施方式中，僅有一個給多層電路板提供磁場的多極磁體(例如，多極磁體120或多極磁體 122)。多極磁體120和多極磁體122每個都向多層電路板IM提供磁場。多極磁體120 和多極磁體122在多層電路板124的相對的側(cè)上。對準多極磁體120和多極磁體122使得一個磁體的北極的磁條紋與另一磁體的南極的磁條紋對齊。因為有兩個磁體(多極磁體 120和多極磁體122)，所以多層電路板104要承受較高的磁場。多層電路板IM相對于多極磁體120和多極磁體122移動。多極磁體120使用懸架125和懸架1 振蕩。懸架125 使多層電路板104懸掛在遠離固定的結(jié)構127處。懸架1 使多極磁體120懸掛在遠離固定的結(jié)構132處。懸架1 使多極磁體122懸掛在遠離固定的結(jié)構1 處。懸架130使多極磁體122懸掛在遠離固定的結(jié)構131處。選擇懸架125、懸架126、懸架1 和懸架130 使得懸掛的多極磁體120和多極磁體122的振蕩頻率適應于發(fā)電機所經(jīng)歷的運動。在各種實施方式中，所述適應是通過選擇尺寸、材料、質(zhì)量(例如，添加的質(zhì)量)、或者多極磁體120 和/或多極磁體122和/或懸架125、懸架126、懸架129、和/或懸架130的任何其他適合的特征來實現(xiàn)的。在一些實施方式中，給多層電路板1 增加重量。在一些實施方式中，使用低成本的沖壓和切割來制造懸架125、懸架126、懸架129、和/或懸架130。在一些實施方式中，懸架125、懸架126、懸架129、和/或懸架130用塑料制成。在一些實施方式中，懸架125、懸架126、懸架129、和/或懸架130是懸架板的一部分，其中所述懸架板耦合到多極磁體120或多極磁體122。多極磁體120和多極磁體122每個都被允許獨立地振蕩。圖IC是示出了發(fā)電機的一部分的實施方式的框圖。在所示例子中，多極磁體140 和多極磁體142每個都包括一系列磁體，這一系列磁體按照相鄰的磁體先北極-南極定向然后南極-北極定向循環(huán)排列。在一些實施方式中，多極磁體140和/或多極磁體142包括片狀磁體(例如，NdFeB片狀磁體)。在一些實施方式中，片狀磁體具有 150毫特斯拉的表面磁場。在各種實施方式中，磁體的間距是幾毫米、1毫米、1毫米的一部分、或者任何其他適合的間距。在一些實施方式中，該間距匹配用于獲取能量的運動范圍。在一些實施方式中，僅有一個給多層電路板提供磁場的多極磁體(例如，多極磁體140或多極磁體142)。多極磁體140和多極磁體142每個都向多層電路板144提供磁場。多極磁體140 和多極磁體142在多層電路板144的相對的側(cè)上。在懸架的靜止位置處對準多極磁體140 和多極磁體142使得一個磁體的北極的磁條紋與另一磁體的南極的磁條紋對齊。因為有兩個磁體(多極磁體140和多極磁體14 ，所以多層電路板144要承受較高的磁場。多層電路板144相對于多極磁體140和多極磁體142移動。多極磁體140和多極磁體142使用懸架146和懸架150振蕩。懸架146使多極磁體140和多極磁體142懸掛在遠離固定的結(jié)構 148處。懸架150使多極磁體140和多極磁體142懸掛在遠離固定的結(jié)構152處。選擇懸架146和懸架150使得懸掛的多極磁體140和多極磁體142的振蕩頻率適應于發(fā)電機所經(jīng)歷的運動。在各種實施方式中，所述適應是通過選擇尺寸、材料、質(zhì)量(例如，添加的質(zhì)量)、 或者多極磁體140和/或多極磁體142和/或懸架146和/或懸架150的任何其他適合的特征來實現(xiàn)的。在一些實施方式中，給多層電路板144增加重量。在一些實施方式中，使用低成本的沖壓和切割來制造懸架146和/或懸架150。在一些實施方式中，懸架146和/或懸架150用塑料制成。在一些實施方式中，懸架146和/或懸架150是懸架板的一部分，其中所述懸架板耦合到多極磁體140或多極磁體142。耦合多極磁體140和多極磁體142使得它們一起振蕩。圖ID是示出了發(fā)電機的一部分的實施方式的框圖。在所示例子中，多極磁體160 包括一系列磁體，這一系列磁體按照相鄰的磁體先北極-南極定向然后南極-北極定向循環(huán)排列。在一些實施方式中，多極磁體160包括片狀磁體(例如，NdFeB片狀磁體)。在一些實施方式中，片狀磁體具有 150毫特斯拉的表面磁場。在各種實施方式中，磁體的間距是幾毫米、1毫米、1毫米的一部分、或者任何其他適合的間距。在一些實施方式中，該間距匹配用于獲取能量的運動范圍。多極磁體160向多層電路板164和多層電路板165提供磁場。多層電路板164和多層電路板165在多極磁體160的相對的側(cè)上。對準多層電路板164和多層電路板165使得一個磁體的北極的磁條紋與在懸架的靜止位置上的電路板的導體線路對齊。多極磁體 160的運動使多層電路板164與多層電路板165上的導體之間的區(qū)域所包圍的磁通量發(fā)生改變，使得生成了電流。多極磁體160使用懸架166和懸架170振蕩。懸架166使多極磁體160懸掛在遠離固定的結(jié)構168處。懸架170使多極磁體160懸掛在遠離固定的結(jié)構 172處。選擇懸架166和懸架170使得懸掛的多極磁體160的振蕩頻率適應于發(fā)電機所經(jīng)歷的運動。在各種實施方式中，所述適應是通過選擇尺寸、材料、質(zhì)量(例如，添加的質(zhì)量)、 或者多極磁體160和/或懸架166和/或懸架170的任何其他適合的特征來實現(xiàn)的。在一些實施方式中，給多極磁體160增加重量。在一些實施方式中，使用低成本的沖壓和切割來制造懸架166和/或懸架170。在一些實施方式中，懸架166和/或懸架170用塑料制成。 在一些實施方式中，懸架166和/或懸架170是懸架板的一部分，其中所述懸架板耦合到多極磁體160。在一些實施方式中，多極磁體160近似為3. 5cm寬、4cm高、和Imm厚，并且重量為 4g。多極磁體160通過使用沖壓的金屬懸架166和懸架170來懸掛，其具有大約80Hz的諧
振頻率。圖IE是示出了發(fā)電機的一部分的實施方式的框圖。在所示例子中，多極磁體174 包括一系列磁體，這一系列磁體按照相鄰的磁體先北極-南極定向然后南極-北極定向循環(huán)排列。在一些實施方式中，多極磁體174包括片狀磁體(例如，NdFeB片狀磁體)。在一些實施方式中，片狀磁體具有 150毫特斯拉的表面磁場。在各種實施方式中，磁體的間距是幾毫米、1毫米、1毫米的一部分、或者任何其他適合的間距。在一些實施方式中，該間距匹配用于獲取能量的運動范圍。多極磁體174向多層電路板184提供磁場。對準多層電路板184使得一個磁體的北極的磁條紋與在懸架的靜止位置上的多層電路板184的導體線路對齊。多極磁體174的運動使多層電路板184上的導體之間的區(qū)域所包圍的磁通量發(fā)生改變，使得生成了電壓和 /或電流。多極磁體174使用懸架176和懸架180振蕩。懸架176使多極磁體174懸掛在遠離固定的結(jié)構178處。懸架180使多極磁體174懸掛在遠離固定的結(jié)構182處。選擇懸架176和懸架180使得懸掛的多極磁體174的振蕩頻率適應于發(fā)電機所經(jīng)歷的運動。在各種實施方式中，所述適應是通過選擇尺寸、材料、質(zhì)量(例如，添加的質(zhì)量)、或者多極磁體 174和/或懸架176和/或懸架180的任何其他適合的特征來實現(xiàn)的。在一些實施方式中， 給多極磁體160增加重量。在一些實施方式中，使用低成本的沖壓和切割來制造懸架176 和/或懸架180。在一些實施方式中，懸架176和/或懸架180用塑料制成。在一些實施方式中，懸架176和/或懸架180是懸架板的一部分，其中所述懸架板耦合到多極磁體174。在一些實施方式中，多極磁體174近似為3. 5cm寬、4cm高、和Imm厚。多極磁體 174重量為4g并且通過使用沖壓的金屬懸架176和懸架180來懸掛，其具有大約80Hz的諧振頻率。圖IF是示出了發(fā)電機的一部分的實施方式的框圖。在所示例子中，多極磁體196 包括一系列磁體，這一系列磁體按照相鄰的磁體先北極-南極定向然后南極-北極定向循環(huán)排列。在一些實施方式中，多極磁體196包括片狀磁體(例如，NdFeB片狀磁體)。在一些實施方式中，片狀磁體具有 150毫特斯拉的表面磁場。在各種實施方式中，磁體的間距是幾毫米、1毫米、1毫米的一部分、或者任何其他適合的間距。在一些實施方式中，該間距匹配用于獲取能量的運動范圍。多極磁體196向多層電路板186提供磁場。對準多層電路板186使得一個磁體的北極的磁條紋與在懸架的靜止位置上的多層電路板186的導體線路對齊。多層電路板186 的運動使多極磁體196上的導體之間的區(qū)域所包圍的磁通量發(fā)生改變，使得生成了電壓和 /或電流。多層電路板186使用懸架192和懸架188振蕩。懸架188使多層電路板186懸掛在遠離固定的結(jié)構190處。懸架192使多層電路板186懸掛在遠離固定的結(jié)構194處。 選擇懸架192和懸架188使得懸掛的多層電路板186的振蕩頻率適應于發(fā)電機所經(jīng)歷的運動。在各種實施方式中，所述適應是通過選擇尺寸、材料、質(zhì)量(例如，添加的質(zhì)量)、或者多層電路板186和/或懸架192和/或懸架188的任何其他適合的特征來實現(xiàn)的。在一些實施方式中，給多層電路板186增加重量。在一些實施方式中，使用低成本的沖壓和切割來制造懸架192和/或懸架188。在一些實施方式中，懸架192和/或懸架188用塑料制成。 在一些實施方式中，懸架192和/或懸架188是懸架板的一部分，其中所述懸架板耦合到多層電路板186。圖2A是示出了發(fā)電機的實施方式的框圖。在所示例子中，懸架板200耦合到多極磁體202。懸架板200(例如，通過柔性部分208)耦合到周圍的結(jié)構，由此形成彈簧質(zhì)量結(jié)構，該結(jié)構能夠在通過210所指示的方向上運動/振蕩。多極磁體202包括具有交替的磁極條紋的片狀磁體。沿著210的運動方向垂直于多極磁體202的磁條紋，使得該運動導致了磁場的改變，在移動板附近的固定結(jié)構要經(jīng)受該磁場的改變。懸架板200和多極磁體202 相對于多層電路板206移動。多層電路板206包括導體204，該導體被布置成在由多極磁體(例如，多極磁體20 運動導致磁通量改變的情況下生成電流。導體204以蜿蜒的圖案來布置，其中長線平行于磁片磁極條紋，并且短腿橫跨這些磁片磁極條紋。在一些實施方式中，導體出現(xiàn)在多層電路板206的多個層上。在各種實施方式中，在多個層中的每個層上的導體彼此電隔離；在多個層中的每個層上的導體被電連接；在多個層中的每個層上的導體與每個層的導體路徑“平行”(例如，在每個層上相同的端部處連接每個層上類似的電路路徑)；在多個層中的每個層上的導體與每個層的導體路徑“串聯(lián)”(例如，在每個層上相對的端部處連接每個層上的類似的電路路徑)；或任何其他適合的導體連接和布局。在一些實施方式中，多極磁體202具有35mmX40mmX2mm的尺寸。存在著每個寬度為2mm的20個條紋。在感興趣的范圍(即多層電路板206振蕩的范圍)內(nèi)，磁體的強度為大約0. 3特斯拉。蜿蜒的導體被布置成與磁極條紋的數(shù)量一致，并且在印刷電路板的每個層上存在著20X 3 = 60個導體(見圖3A)。在各種實施方式中，存在著3個回路、5個回路、或者任何其他適合數(shù)量的回路。在多層電路板206中有6個層，總計360個導體。振蕩器的總質(zhì)量是6克，其包括電路板和一些連接器以及彈簧附件。所得的振蕩頻率為大約 75Hz。所生成的峰值開路電壓為5伏特。線圈阻值為大約10歐姆，因此當線圈最終連接有 10歐姆的電阻器時，所得的峰值功率為2. 5瓦(5伏特，0. 5安培)。然而，在20毫秒的時間上所生成的平均功率為大約100毫瓦，20毫秒是照明開關的相關時間窗。因為本產(chǎn)品以自由振蕩模式工作，所以實際上不存在非共振工作點。圖2B是示出了懸架板的幾何形狀的實施方式的框圖。在所示例子中，其中顯示了每個懸架板的附接點(例如，220、230、240、250、260、270、280、和290)以及振蕩的方向(例如，222、232、242、252、262、272、282、和292)。在一些實施方式中，圖2B中的懸架板由被切割或沖壓或模塑的材料制成。在一些實施方式中，懸架板用塑料制成。在各種實施方式中， 通過選擇材料類型、選擇材料厚度、選擇沿著從懸架平臺的中央體向附接點延伸的臂的材料寬度、或者任何其他適合的調(diào)節(jié)彈簧常數(shù)的方式來調(diào)節(jié)懸架的彈簧系數(shù)。在各種實施方式中，懸架加多極磁體或多層電路板的振蕩頻率是通過選擇懸架的材料類型、選擇懸架中央體的質(zhì)量、選擇多極磁體的質(zhì)量、選擇多層電路板的質(zhì)量、或者任何其他適合的調(diào)節(jié)振蕩頻率的方式來調(diào)節(jié)的。圖3A是示出了多層電路板中的一個層上的導體布局的實施方式的框圖。在所示例子中，導體端部300耦合到平行于多極磁體的磁體條紋的導體302。導體302耦合到跨磁體條紋的導體306。導體306還耦合到平行于多極磁體中的磁體條紋的導體308。類似的導體被布置成圍繞多極磁體的其他磁體條紋，并且被配置成當多極磁體由于導體之間(例如，在導體308與導體310之間)的區(qū)域所包圍的磁通量的變化而發(fā)生移動時生成電流。導體以蜿蜒的圖案布置，其在導體端部304有一個返回部和一個端部。以這種方式，在電路板的單個層上串聯(lián)地連接有多個蜿蜒的導體。圖3A顯示了串聯(lián)的兩個蜿蜒的導體。在一些實施方式中，導體在電路板的多個層上，并且使用過孔連接到其他的層。圖IBB是以剖面視圖示出了導體的實施方式的框圖。在所示例子中，多層電路板 320包括以剖面示出的多個導體(例如，導體322)。導體以和圖3A中顯示的類似的方式在多層電路板中的每個層上構成圖案。圖3C是示出了多層電路板中的一個層上的導體的實施方式的框圖。在所示例子中，由導體340、導體342、和導體344所構成的回路從磁片的磁體的一極上生成電流。導體 346、導體348、和導體350所構成的回路從磁片的磁體的另一極上生成電流。這些回路通過過孔(例如，過孔352)串聯(lián)連接。導體邪4與導體340、導體342、導體344、導體346、導體348、和導體350在不同的層上。在所示例子中，導體端部340通過一系列過孔(例如，過孔 348)連接到導體端部344。在所示例子中，除了以虛線示出的導體(例如354)以外，所有導體在同一層上。導體344的端部連接到穿過不同層的過孔，使得其能夠從下面回到導體 340，而導體340和344在同一層上?；芈?90從磁片的磁體的一極生成電流?；芈?92從磁片的磁體的另一極生成電流。圖3D是示出了多層電路板中的兩個層上的導體的實施方式的框圖。在所示例子中，導體360以類似于圖3A中蜿蜒導體的蜿蜒方式連接到電路板中的一層上的導體362。 在一層上的導體362通過過孔364連接到在第二層上的導體366(以虛線所示)，所述過孔 364將兩個層連接到一起。以這種方式，在圖3D中所示的兩個蜿蜒的導體被串聯(lián)連接到一起。雖然僅示出了兩個層，但是這種方法能夠應用于任意數(shù)量的層。圖3E是示出了多層電路板的實施方式的框圖，其中五個蜿蜒的導體分別在多個層的每一個上。在所示例子中，導體380以類似于圖3A中彼此纏繞的蜿蜒導體的蜿蜒方式連接到導體382。如所示，5個蜿蜒的導體串聯(lián)連接。這些在每個層中的蜿蜒的導體能夠隨后通過過孔(比如過孔384)連接到在其他層上相同的蜿蜒的導體。任意數(shù)量的層能夠以這種方式連接到一起。例如，如果使用六個層，并且類似于圖3D中層的連接方式，每個層串聯(lián)連接到隨后的層，那么全部將串聯(lián)連接30個蜿蜒的導體。在一些實施方式中，平面導體以沖壓的和層壓的(或者先層壓隨后沖壓的)金屬制成。這些金屬層通過絕緣層來隔離，并且使用隔離層中的金屬過孔彼此連接。在各種實施方式中，導體包括以環(huán)氧樹脂或塑料包裝的形式的繞線或放置線(Placed wire)。在各種實施方式中，導體為蜿蜒的形狀，線圈的形狀，在單個層上，在多個層上，在平坦表面上，為三維的形狀(例如，螺旋的，階梯式蜿蜒的，等等)，或者任何其他合適的配置，所述配置提供了關于磁通量的區(qū)域，所述磁通量在導體與多極磁體之間存在相對運動的情況下產(chǎn)生電力。在一些實施方式中，蜿蜒的導體提供了適合于二維的交替的極性磁體陣列的區(qū)域。圖4A是示出了多極磁體的實施方式的框圖。在所示例子中，示出了在多極磁體中的磁體條紋(例如，北極端部條紋400，南極端部條紋402)以及磁場線(例如，場線404)的端視圖。在磁極中的一個的中心正上方，磁場幾乎完全在Y方向上。在從一個磁極到另一個磁極的過渡處的正上方，磁場線幾乎完全在X方向上。圖4B是示出了磁片形式的多極磁體的實施方式的框圖。在所示例子中，磁片的磁極被排列為使得磁片具有交替的極性條紋或交替的極性線。磁體條紋420是北極部分，而磁體條紋422是南極部分。虛線似4指明了磁條紋之間的分界線，但不是磁片中的物理分界。在一些實施方式中，磁片的磁極被排列為使得其具有二維的交替的極性的磁體陣列。圖4C是示出了條形磁體陣列形式的多極磁體的實施方式的框圖。在所示例子中， 條形磁體以交替的形式排列。如圖所示，條形磁體440以其北極朝上的方式放置，而相鄰的條形磁體442以其南極朝上的方式放置。在一些實施方式中，條形磁體使用粘合劑粘貼到平坦的或扁平的基底上。
圖5A是示出了發(fā)電機的實施方式的框圖。在所示例子中，在磁極中的一個(例如， 磁條紋500或磁條紋502的磁極)的中心正上方，磁場幾乎完全在Y方向上。其為由導體 506所包圍的Y方向的磁場。當檢測質(zhì)量(proof mass)(例如，在本圖中的多極片狀磁體) 在X方向上前后移動時，由導體506所包圍的磁通量改變，由此在導體506的兩端產(chǎn)生電壓和/或在導體506中產(chǎn)生電流。電路板504(例如，靜止不動的印刷電路板(PCB))包括導體506 (例如，使用標準的PCB制造方法將金屬線路蝕刻成適合的形狀)。如所示，電路板 504包括一個層，然而，在各種實施方式中包括多個層。應當注意的是，當磁體在Y方向上分開時，導體506所承受的Y方向的磁通量會下降，這是因為Y方向的磁場強度也在下降。然而，這種效果比通過X方向的運動所產(chǎn)生的電
壓要小。圖5B是示出了發(fā)電機的實施方式的框圖。在所示例子中，電力也能夠通過沿著y 軸的運動來生成。在從一個磁極到另一個磁極(例如，磁條紋520和磁條紋522的磁極)的過渡處的正上方，磁場線幾乎完全在X方向上。Y方向上的運動將產(chǎn)生跨線圈導體5 的電壓。以剖視圖示出了線圈導體526。與線圈相關聯(lián)的磁通量將隨著磁體(或者在一些實施方式中為多層電路板524)在Y方向上的移動而下降。圖5B中的線圈導體5 和圖5A中的線圈導體506能夠在多層電路板524(例如，PCB)上共存。因此，電力能夠通過在X和Y 兩個方向上的運動生成。應當注意的是，在圖5B中所示的實施方式還能夠通過在X方向上的運動生成電力。當多極磁體在X方向上運動時，由導體5 所包圍的X方向的磁通量改變，由此產(chǎn)生了跨這些線圈導體的電壓。圖5B中的線圈導體5 和圖5A中的線圈導體506能夠共存，并且能通過在X方向或Y方向上的運動產(chǎn)生電力。圖6是示出了線圈導體的實施方式的框圖。在一些實施方式中，圖6中的線圈導體用于實現(xiàn)圖5B中的526。在所示例子中，多層電路板600的頂視圖包括了導體602和用于響應磁通量改變而生成電流的導體。導體602和導體622和導體642示出了用于捕獲磁通量改變的線圈結(jié)構。在一些實施方式中，使用線路604將導體602連接到電力管理電路。 在各種實施方式中，導體602以并聯(lián)方式、串聯(lián)方式、或者任何其他適合的方式與電力管理電路連接。頂視圖顯示了剖面A和剖面B的線路。剖面A顯示了多層電路板620的側(cè)視圖。 剖面B顯示了與多層電路板640的剖面B正交的側(cè)視圖。圖7是示出了電力管理電路的實施方式的框圖。在所示例子中，電力管理電路700 包括二極管整流器702、電容器704、DC-DC變換器706、電池708、和電子負載710。暴露在變化的磁通量的導體產(chǎn)生了被饋送給二極管整流器702的電壓/電流。二極管整流器702 將交變的電壓/電流整流為單極性的電壓/電流。單極性的電壓/電流使用電容器704進行平滑。被平滑的電壓/電流使用DC-DC變換器706變換為期望的DC值。DC-DC變換器 706包括開關，該開關允許輸入電壓/電流中的一部分給電容器充電。這一部分電壓/電流能夠通過改變開關接通時的電壓/電流的量來進行改變。這一部分電壓/電流控制要變換的電壓。轉(zhuǎn)換后的電壓被饋送給電池708和電子負載710。在一些實施方式中，在電池708 的輸出端與電子負載710之間存在開關，用于控制是否允許輸出電力被輸入電子負載710。圖8是示出了發(fā)電過程的實施方式的流程圖。在所示例子中，在800中，作為在磁體陣列與導體之間相對運動的結(jié)果而提供DC電力，其中所述陣列包括一維的或二維的磁體陣列，并且其中導體包括在多層印刷電路板的多個層上的蜿蜒的導體。圖9是示出了發(fā)電過程的實施方式的流程圖。在所示例子中，在900中，作為在片狀磁體與導體之間相對運動的結(jié)果而提供DC電力，其中所述陣列包括一維的或二維的交替磁極的陣列，并且其中導體包括在一個或多個平面上的蜿蜒的導體。雖然為了清晰理解的目的描述了上述實施方式，但本發(fā)明不限于所提供的細節(jié)。 存在著許多可供選擇的實現(xiàn)本發(fā)明的方法。所公開的實施方式是說明性的而非限制性的。
權利要求
1.一種發(fā)電機，包括第一磁體陣列，其被定位在平坦的表面上，其中所述第一陣列包括一維的磁體陣列或二維的磁體陣列；第一導體，其中所述第一導體包括第一多層印刷電路板的多個層上的第一蜿蜒的導體；電力管理電路，其中作為所述第一磁體陣列與所述第一導體之間的相對運動的結(jié)果， 所述電力管理電路提供DC電力。
2.如權利要求1所述的發(fā)電機，其中所述第一磁體陣列包括具有一維的交替的磁極陣列或二維的交替的磁極陣列的片狀磁體。
3.如權利要求1所述的發(fā)電機，其中所述第一蜿蜒的導體包括所述多層印刷電路板中的單個層上的多個蜿蜒的導體。
4.如權利要求1所述的發(fā)電機，還包括第二導體，其中所述第二導體包括第二多層印刷電路板中的多個層上的第二蜿蜒的導體，并且其中所述第一多層印刷電路板和所述第二多層印刷電路板在所述第一磁體陣列的相對的側(cè)上。
5.如權利要求1所述的發(fā)電機，還包括第二磁體陣列，其中所述第二磁體陣列包括一維的磁體陣列或二維的磁體陣列，并且其中所述第一磁體陣列和所述第二磁體陣列在所述第一導體的相對的側(cè)上。
6.如權利要求1所述的發(fā)電機，其中所述相對運動包括平行于所述平坦表面的運動。
7.如權利要求1所述的發(fā)電機，其中所述相對運動包括垂直于所述平坦表面的運動。
8.一種發(fā)電方法，包括作為在第一磁體陣列與第一導體之間的相對運動的結(jié)果提供DC電力，其中所述第一陣列包括一維的磁體陣列或二維的磁體陣列，并且其中所述第一導體包括第一多層印刷電路板的多個層上的第一蜿蜒的導體。
9.一種發(fā)電機，包括第一片狀磁體，其中所述第一片狀磁體包括一維的交替的磁極陣列或二維的交替的磁極陣列；第一導體，其中所述第一導體包括一個或多個平面上的第一蜿蜒的導體；電力管理電路，其中作為在所述片狀磁體與所述第一導體之間的相對運動的結(jié)果，所述電力管理電路提供DC電力。
10.如權利要求9所述的發(fā)電機，其中所述第一導體包括繞線。
11.如權利要求9所述的發(fā)電機，其中所述第一導體包括在多層電路板上的導體。
12.如權利要求9所述的發(fā)電機，還包括第二導體，其中所述第二導體包括一個或多個平面上的第二蜿蜒的導體，并且其中所述第一導體和所述第二導體在所述第一片狀磁體的相對的側(cè)上。
13.如權利要求9所述的發(fā)電機，還包括第二片狀磁體，其中所述第二片狀磁體包括一維的交替的磁極陣列或二維的交替的磁極陣列，并且其中所述第一磁體陣列和所述第二磁體陣列在所述第一導體的相對的側(cè)上。
14.如權利要求9所述的發(fā)電機，其中所述相對運動包括平行于所述平坦表面的運動。
15.如權利要求9所述的發(fā)電機，其中所述相對運動包括垂直于所述平坦表面的運動。
16. 一種發(fā)電方法，包括作為在第一片狀磁體和第一導體之間的相對運動的結(jié)果提供DC電力，其中所述第一片狀磁體包括一維的交替的磁極陣列或二維的交替的磁極陣列，并且其中所述第一導體包括一個或多個平面上的第一蜿蜒的導體。
全文摘要
一種發(fā)電機，包括第一磁體陣列或第一片狀磁體；第一導體；以及電力管理電路。第一陣列包括一維或二維的磁體陣列。第一片狀磁體包括一維或二維的交替的磁極陣列。第一導體包括在第一多層印刷電路板中的多個層上的第一蜿蜒的導體；或者在一個或多個平面上的第一蜿蜒的導體。作為在第一磁體陣列或第一片狀磁體與第一導體之間的相對運動的結(jié)果，電力管理電路提供DC電力。
文檔編號H02K41/02GK102549895SQ201080040027
公開日2012年7月4日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權日2009年9月16日
發(fā)明者沙德拉奇·約瑟夫·羅恩蒂, 高橋衣里 申請人:埃科哈維斯特公司