[发明专利]用于将机械振动能量转换成电能的机电发电机

说明书

一种用于将机械振动能量转换成电能的机电发电机，该机电发电机包括：中央桅杆；固定地安装到桅杆上的导电线圈组件，该线圈组件至少部分地围绕桅杆；用于线圈组件的安装件，该安装件从线圈组件沿径向向内延伸并将线圈组件固定到桅杆上；磁芯组件，该磁芯组件可运动地安装到桅杆上，用于在轴线上的平衡位置附近沿着轴线进行直线振动运动，磁芯组件至少部分地围绕线圈组件和桅杆；偏置装置，其安装在桅杆与磁芯组件之间，以沿着轴线朝向平衡位置在相互相反的方向上偏置磁芯组件，偏置装置包括一对第一板簧和第二板簧，第一板簧和第二板簧各具有分别装配到桅杆的相对的第一端和第二端的内边缘和装配到磁芯组件的外边缘，第一板簧的外边缘装配到磁芯组件的第一端部，第二板簧的外边缘装配到磁芯组件的第二端部，其中第一板簧和第二板簧各包括弹簧构件，该弹簧构件包括基本上正交于轴线并包括相应内边缘的内部部分，以及基本上平行于轴线并包括相应外边缘的圆柱形外部部分，弹簧构件是折曲片弹簧，并且内部部分和外部部分通过折曲部而相互连接。

技术领域

本发明涉及一种用于将机械振动能量转换成电能的机电发电机，即振动能量采集器。具体而言，本发明涉及这样一种振动能量采集器：它是能够将环境振动能量转换成电能的微型发电机，用于例如为智能传感器系统供电。这种振动能量采集器可用于许多领域，在这些领域中，对于电力电缆或电池的省却，具有经济方面或操作方面的优势。

背景技术

已知使用包括机电发电机的振动能量采集器来从环境振动中采集有用的电力，例如为无线传感器供电。典型的磁体-线圈发电机由弹簧-质量体组合组成，弹簧-质量体组合附连到磁体或线圈，当系统振动时，线圈切穿由磁芯形成的通量。

本申请人早期的US-A-7586220、US-A-8492937和WO-A-2014/076143公开了机电发电机形式的振动能量采集器，其中弹簧-质量体组合的弹簧包括作为线性挠曲轴承的扁簧。然而，很难实现对弹簧刚度(频率)和摩擦力的精确控制。

在这些现有专利说明书中，扁簧包括加厚的外周向边缘和内周向边缘，这将弹簧应变定位在这些边缘之间的弹簧中央区域，从而控制弹簧刚度(频率)和摩擦。这意味着，相对于弹簧的其余部分，弹簧的外周向边缘和内周向边缘必须相对刚性。这暗示着在弹簧的端部有相当厚的材料，平滑过渡到较薄的中央部分。此外，在这些现有设计中，弹簧的较厚的外端和内端设有螺旋螺纹，以使弹簧能够牢固地装配到质量体上。这增加了制造的复杂性和成本。US-A-8492937公开了一个替代实施例，其中板簧的外周向边缘接纳在在壳体中切割的环形凹部中。然而，这种结构会表现出降低的性能，并且还会增加制造复杂性和成本。

US-A-7586220、US-A-8492937和WO-A-2014/076143也公开了可以在扁簧的薄中心“腹板”上切割开口，以帮助集中其中的挠曲应变。扁簧的薄中心“腹板”可以设置有一对相对的螺旋臂，该对螺旋臂在弹簧的外周向边缘和内周向边缘之间延伸，或者替代地设置有一对相对定向的轭，该轭连接弹簧的外周向边缘和内周向边缘。这些现有结构的问题在于，它们在弹簧周围提供了不均匀的弹簧常数，并且弹簧在延伸穿过弹簧平面的一个方向上具有低机械强度。

在本领域中，需要提供这样一种机电发电机的弹簧-质量体布置的弹簧：其能够使得这种弹簧的制造复杂性和成本得以最小化，并且还能够提供准确和均匀的弹簧常数。

发明内容

本发明至少部分地旨在提供一种机电发电机形式的能量采集器，该能量采集器并入了机电发电机的弹簧-质量体布置的弹簧，其最小化了这种弹簧的制造复杂性和成本，还提供了准确且均匀的弹簧常数。