本发明专利技术的主要目的是一种将机械能转换为电能的方法，所述转换方法通过至少一个压电元件和至少一个可变电容器实现，所述方法包括以下步骤：ａ）压电元件的机械变形，ｂ）再生由压电元件变形产生的电荷，ｃ）将电荷从压电元件传送到电容器，ｄ）改变电容器的电容，ｅ）再生至少一部分电能。本发明专利技术的另一个目的是用于将机械能转换为电能的装置，所述装置包括压电元件（ｐ）和可变电容器（２１０，２１２，２１４），所述压电元件能够将电荷传送到所述电容器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术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。
技术介绍
玉见有才支术侈寸^口文献《Vibration-to曙ElectricEnergyConversion ( #展 动至!j电奇fe的專争才奂)》；Meninger, S; Mure—Miranda, J. O; Amirtharajah， R.; Chandrakasan, A.; Lang， JH; Very Scale Integration (VLSI) system, IEEE Transactions on,Volume 9， Issue 1, Feb. 2001 Page(s): 64-76, 乂> 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桥u状板和移动4危状4反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，本专利技术的一个目的是4是供一种相对于现有4支术的方法揭: 高效率的由机械能到电能的再生方法。本专利技术的另 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。
技术实现思路
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祐j文大。优选地，^L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;改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。本专利技术 -使用的才几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，由于本专利技术，通过电容因机械变形而减小，不^f义电势增大，而且电能净皮存储；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。通过才几才戒变形减小电容，电能祐J故大，然而，^f吏用》者如文献 EP 1 050 955中描述的4争:换电容的系统，只有电压#1;故大。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4诸电能Ecap^iQU增大。Ecapa=*CU24QU=Q2/2C所以，当Q是常量并且电容C减小时，Ecapa增大。通过诸如转换串联平行的电容实现的转换电容系统具有与通过积4戒变化实现的电容变化不同的特性。因此，当电容平行时，电 荷被分配在所有的电容上，电容的串联设置不会改变电荷的分配， 电容量减小，但是在外端上只能找到一部分电荷。串耳关的十个相同的预加载电容导致电压乘以10， ^f旦是也导至丈才目 当的电荷量除以IO并且导致存储能量丄QU不变。这是正常的，因2为没有外部能量加到系统上。在本专利技术的范围内，因此，由电容的机械变化转换的能量相对 于由压电元件转换的能量更有意义。优选地，静电元件的电容极值对应压电元件的端电压极值。在 简单的电子装置的帮助下，这允许在电容值最大的时刻有效地将压电元件转换的能量转移到静电元件。然后，这个能量在电容减小的 阶段期间被放大。事实上，如果除了在静电转换和压电转换之间的同步以外，在 静电结构上的每个电容极值处，产生压电元件的变形极值，因此这 些》文大周期可以以J里想的方式实i见。为此，只要当变形最大时向处 于最大电容值的静电结构转移压电元件中存储的电势能。然后，在 静电结构从最大电容值到最小电容值期间，在静电结构内部电势能 增大。当这个电势能最大时，或者它向存储电路(电池)转移，或 者它^皮注入到压电元件中，以^更它再一次祐j文大。系统可以用于再生日常环境(汽车，机床等等)中的机械振动能量，以20%的效率每克移动物体几樣1瓦量级进4于再生。此夕卜，根据本专利技术的装置有利地不需要初始的电能源就可以起 动，同时保留了小尺寸机械/电耦合形式的静电结构的优点。因此，本专利技术主要涉及通过至少一个压电元4牛和至少一个可变 电容器将机械能转换为电能的方法，所述方法包括以下步骤a) 压电元件的机械变形，b) 再生(t^cup6ration )由压电元4牛的变形产生的电荷，c) 将电荷从压电元件传送到电容器，d) 改变电容器的电容，e) 再生(r6cup6ration )至少一部分电能。优选地，压电元件的变形和电容器电容的改变是同时进ff的。此外，同样优选地，当电容器电容最大时，压电元件的变形最大。电容例如通过电容器的机械变形改变。因此，压电元件和电容 器通过同样的初j械应力变形。可以设计， 一部分由电容器转换的电能传送到压电元件。电荷根据压电元件的变形方向可以向第 一或者第二电容器传送。还可以，没计，当压电元件的端点电压最大时，它的符号(signe) 是反向的(invers6,相反的)，以《更产生才几才戒制动力，才几才戒制动力允 许在下 一个转化周期提高转换的能量。此外，才艮据本专利技术所述方法可以包括由电容器产生的电能传送 到第二电容，反之亦然，直到达到电能的预定》文大水平的补充步驶i。因此，相对于》文大水平的超额量的能量^皮传送到存^f诸单元或者 使用单元。优选地，步骤c)的电荷传送通过二才及管或者具有控制电^各的 开关控制。本专利技术还涉及一种机械能转换为电能的装置，包括至少一个压 电元件和至少一个可变电容器，在压电元件和电容器之间电荷传送 的控制装置，以便当压电元件变形时，产生的电荷传送到电容器以 便产生通过电容器的电容变化放大的电能。优选地，传送电荷的控制装置由至少一个二极管或者至少一个 具有控制电路的开关形成。电容器的电容例如通过电容板片的接近而改变。优选地，压电元件和电容器的板片基本平行，以便它们承受相同的枳4戒应力。根据本专利技术的装置可以包括两个电容器，电容器的电容按相反 方向变4匕。在一个实施例中，根据本专利技术的装置包括通过施加机械应力而 移动的移动部分，所述移动部分具有4立于它的移动轴两侧上的4旨习犬 物，两个同样具有与所述移动部分的指状物相本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于将机械能转换为电能的方法，所述方法通过至少一个压电元件和至少一个可变电容器实现，所述方法包括以下步骤： ａ）所述压电元件的机械变形， ｂ）再生由所述压电元件变形产生的电荷， ｃ）将电荷从所述压电元件传送到所述电容器， ｄ）通过所述电容器的机械变形改变所述电容器的电容， ｅ）再生至少一部分电能。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2006-1-23 06502341.用于将机械能转换为电能的方法，所述方法通过至少一个压电元件和至少一个可变电容器实现，所述方法包括以下步骤a)所述压电元件的机械变形，b)再生由所述压电元件变形产生的电荷，c)将电荷从所述压电元件传送到所述电容器，d)通过所述电容器的机械变形改变所述电容器的电容，e)再生至少一部分电能。2. 才艮据4又利要求1所述的方法，其中，所述压电元件的变形和所 述电容器电容的改变是同时进行的。3. 根据权利要求2所述的方法，其中，当所述电容器电容最大时， 所述压电元件的变形最大。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述压电元 件和所述电容器通过相同的才几械应力变形。5. 根据上述任一权利要求所述的方法，其中， 一部分由所述电容 器转换的电能传送到所述压电元件。6. 4艮据上述任一一又利要求所述的方法，其中，电荷4艮据所述压电 元件的变形方向向第一或者第二电容器传送。7. 根据上述任一权利要求所述的方法，其中，当所述压电元件的 端点电压最大时，它的符号是相反的，以便产生机械制动力， 所述机械制动力允许在下 一个转换周期提高转换的能量。8. 才艮据上述任一4又利要求所述的方法，包括由电容器产生的电能 传送到第二电容器以及反之亦然，直到达到电能的预定放大水 平的一个补充步骤。9. 根据前一项权利要求所述的方法，其中，相对于放大水平的超 额量的能量被传送到存储单元或者使用单元。10. 根据上述任一权利要求所述的方法，其中，步骤c)的电荷传 送通过二极管或者具有控制电路的开关控制。11. 用于将机械能转换为电能的装置，所述装置包括至少一个压电 元件(p)和至少一个可变电容器，以及在所述压电元件和所 述电容器之间电荷传送的控制装置，以便当所述压电元件(p ) 变形时产生的电荷传送到所述电容器以便产生通过所述电容 器的电容变化放大的电能。12. 根据前一项权利要求所述的装置，其中，所述电荷传送的控制 装置由至少一个二极管...
【专利技术属性】
技术研发人员：吉兰德佩斯，托马斯亚赫，让雅克让尤，
申请(专利权)人：法国原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR[法国]
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