[发明专利]机械能转换为电能的方法和装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及用于将机械能转换为电能，尤其是振动转换为电能的提高效率的方法和装置。 

背景技术

现有技术例如文献《Vibration-to-ElectricEnergyConversion(振动到电能的转换)》；Meninger，S；Mure-Miranda，J.O；Amirtharajah，R.；Chandrakasan，A.；Lang，JH；Very Scale Integration(VLSI)system，IEEE Transactions on，Volume 9，Issuel，Feb.2001 Page(s)：64-76，公开了用于将振动形式下的机械能再生为电能的装置，该装置包括大量的可变电容的电容器，所述可变电容器由固定梳状板和移动梳状板分别携带的两个相对元件形成，移动梳状板在外部振动效果下移动并且改变两个元件之间的间隙，因此，电容器电容改变。 

因此，通过在电容器板片之间产生静电力，可能再生电能。 

现有技术还公开了使用压电材料来将机械能转换为电能，其中机械能引起压电材料的变形和材料中电荷的出现，电能可以被再生。 

通过静电或者压电装置的这种再生不是理想的。 

因此，本发明的一个目的是提供一种相对于现有技术的方法提高效率的由机械能到电能的再生方法。 

本发明的另一个目的是提供一种用于将机械能以最优的方式转换为电能的装置。 

发明内容

上述目的通过一种能量转换装置实现，所述装置包括能够将机械能转换为电能的压电装置，组合用于放大由压电装置产生的电能的静电装置。 

另一方面，转换装置组合压电元件和可变电容器，当压电元件变形时，由压电元件产生的电荷传送到电容器，所述电容器通过它的电容的变化会放大由压电元件产生的电能。 

电容的变化通过电容器板片的相对移动获得。当电容器电容减小时，电荷产生阻止电容器板片移动的静电力，因此将一部分机械能转换为电能。因此，当电容器电容减小时，由压电元件产生的电能在压电元件变形时被放大。 

优选地，机械能转换为电能的结构结合了同步方式的静电和压电转换原理。事实上，如果当压电元件变形时，产生电容的变化，可以通过静电结构放大由压电元件获得的能量，然后，如有必要可以向压电元件再注入能量，以便保持连续放大。在每个放大周期，产生制动力(静电的或压电的)，它一次比一次大，因此允许将更多的机械能转换为电能。 

本发明使用的机械电容的变化不是诸如通过转换电容获得的那样的简单电容变化，而是机械能到电能的转导行为。事实上，在现有技术中的已知的电容转换允许提高电能源的电势，但是不提高能量级。因此，电压的增加引起维持平均输出功率等于平均输入功率的输出电流的下降，电压-电流乘积保持常量，这是能量的电/电转换，不是机械/电转换。相反地，由于本发明，通过电容因机械变 形而减小，不仅电势增大，而且电能被存储；用于使电容变形的所提供的机械能事实上被转换为电能，所述电能放大了存储在电容中的初始电能。 

通过机械变形减小电容，电能被放大，然而，使用诸如文献EP 1 050 955中描述的转换电容的系统，只有电压被放大。在本发明的情况下，当机械电容变形并且值减小时，那么在它们的电极上的存储电荷Q保持常量(电路临时断开)，等于存储电荷Q除以电容值C的电压U增大，同样，当U增大时，即当C减小时，存储电能Ecapa=12QU]]>增大。 

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