[发明专利]使用频率校正的能量收集

说明书

技术领域

本发明实施例涉及使用电活性发电机(electroactive generator)和能量校正器的振动能量收集(或能量采集)技术，更特别地涉及用于将低频环境振动转换为高频振动的机械频率校正器。

背景技术

能量收集(或能量采集)被定义为将环境机械能-例如振动能量，但是不限于此-转换为可使用的电能。然后所收集的电能可用作各种低功率应用的电源，该低功率应用例如为-但是不限于-可包括无线传感器和/或通信节点的联网系统的远程应用，在该远程应用中如电池的其它电源是不实用的[J.A.Paradiso，T.Starner，IEEE Pervasive Computing，Jan-Mar：18-27(2005)；S.Roundy，E.S.Leland，J.Baker，E.Carleton，E.Reilly，E.Lai，B.Otis，J.M.Rabacy，P.K.Wright，IEEE Pervasive Computing，Jan-Mar：28-35(2005)]。出于这些原因，致力于功率收集的研究量已快速增加[H.A.Sodano，D.J.Inman，G.Park，The Shock and Vibration Digest，Vol.36：197-205(2004)]。

已使用例如电机械发电的电磁、静电以及压电方法成功开发了基于振动的能量收集器[S.Roundy，E.S.Leland，J.Baker，E.Carleton，E.Reilly，E.Lai，B.Otis，J.M.Rabacy，P.K.Wright，IEEE Pervasive Computing，Jan-Mar：28-35(2005)]。压电收集器得到相当大的关注，因为与其他电机械发电机相比，压电能量转换产生相对高的电压。压电收集器可通过拉紧压电材料来将机械能转换成电能，压电材料然后使用原子变形来改变材料的极性，并产生净电压(net voltage)变化。该净电压可被采集并被转换成电池或电容器中的存储的功率，或者该净电压可在其产生时被使用。

通过压电收集器(或者发电机)累积的功率的量与激励其的机械频率成比例[H.W.Kim，A，Batra，S.Priya，K.Uchino，D.Markley，R.E.Newnham，H.E.Hofmann，The Japan Society of Applied Physics，Vol.439A：6178-6183(2004)]。在大部分非共振式能量发生器中，输入到该发电机(例如，压电材料)的机械频率对应于环境的主导机械频率，环境的主导机械频率在几乎所有情况下都相对较低(即低于100Hz)。例如，美国专利No.6,433,465B1(Mcknight等)中公开的脚跟着地(heel-strike)能量收集器[N.S.Shenck，J.A.Paradiso，IEEE Micro，Vol.21：30-41(2001)]从以约1Hz发生的步行运动中收集能量。该发电机的频率与脚跟着地的驱动频率匹配。这种低频发电机限制了可转换的电机械功率的量。因此，通过非共振式发电机收集的功率不足以对大部分基于电的系统供电。因此，相对小的非共振式发电机通常由于低频环境振动不能生成足够高的功率。