ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР И СПОСОБ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ВИБРАЦИОННОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ Российский патент 2018 года по МПК H02K35/00 H02K35/06 H02K7/18 

Настоящее изобретение относится к электромеханическому генератору для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию, используя электромеханический генератор. В частности, настоящее изобретение относится к такому устройству, которое является миниатюрным генератором, способным преобразовывать окружающую вибрационную энергию в электрическую энергию для ее использования, например, для питания интеллектуальных сенсорных систем. Такая система может быть использована во многих областях, где исключение силовых кабелей или аккумуляторных батарей представляет собой экономическое или функциональное преимущество.

Электромеханические генераторы для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию в соответствующей области хорошо известны и состоят из механических резонаторов либо с электромагнитной индукцией, либо с преобразованием пьезоэлектрической энергии. В любом случае механический резонатор состоит из подпружиненной массы. Известно использование электромеханического генератора для извлечения полезной электрической энергии из окружающих вибраций, например, с целью питания беспроводных датчиков. Известны также генераторы с другими системами преобразования, такими как магнитострикционные или электростатические системы.

Типичный электромеханический генератор представляет собой генератор на электромагнитной катушке, который состоит из комбинации механической пружинной массы, прикрепленной к магниту или к катушке таким образом, что когда система вибрирует, катушка пересекает поток, созданный магнитным сердечником. Масса, которая при вибрации перемещается, обычно установлена на консольном элементе. Элемент может быть либо подсоединен к магнитному сердечнику с катушкой, фиксированной относительно корпуса устройства, либо наоборот.

Во время работы электромеханический генератор может подвергаться большой ударной силе или вибрации, что заставляет подпружиненную массу, совершать колебания с чрезмерно большой амплитудой, в результате чего эта масса в конце своего перемещения может физически ударяться о внешний корпус устройства или о другие компоненты. Хотя теоретически эту массу можно отнести подальше от корпуса или других компонентов, чтобы обеспечить такие большие амплитуды колебаний без соударений, это делает общее устройство более объемным, что ограничивает его применение в меньших пространствах, наверняка увеличивает его вес и требует использования большего количества материала для формирования его корпуса. Если никакого корпуса нет, или если масса во избежание ударов удалена подальше от корпуса и других компонентов, тогда масса может осциллировать с исключительно большой амплитудой, что вызывает неустраняемое повреждение или постепенное ухудшение пружины в результате многократного превышения пределов пропорциональности материала пружины. В любом случае можно ожидать, что эти соударения или колебания с исключительно большой амплитудой сократят срок службы электромеханического генератора до неприемлемой степени.

Устройства извлечения энергии резонансной вибрации создаются преимущественно таким образом, чтобы их добротность была как можно более высокой. Это так, потому что на резонаторах с большей добротностью могут генерироваться более высокие энергии. Однако если такое устройство оказалось в таком окружении, где возбуждающая вибрация становится по амплитуде больше, чем ожидалось, или такое устройство подвергается воздействию высоких нерегулярных ударных сил, то амплитуда колебаний резонатора может стать больше, чем та, для которой он был предназначен или на которую был настроен. Эта амплитуда колебаний может заставить резонирующую массу ударяться о корпус устройства или другие компоненты и после продолжительного воздействия потенциально приводит к неустраняемому повреждению.

Соответственно, есть потребность в создании электромеханического генератора, который содержал бы в себе возможность изменять во времени амплитуду вибрации или колебаний подпружиненной массы, прерывным и непредсказуемым образом, и, соответственно, мог бы иметь пониженную возможность повреждения от опасных амплитуд и, тем самым, - повышенный срок службы.

Настоящее изобретение направлено на обеспечение усовершенствованного электромеханического генератора для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию, который отвечал бы этой потребности.

Кроме того, настоящее изобретение направлено на обеспечение компактного электромеханического генератора для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию.

Кроме того, настоящее изобретение направлено на обеспечение усовершенствованного электромеханического генератора для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию, который включает в себя ограничитель для амплитуды вибрации или колебаний своей массы, который не вызывает каких-либо потерь энергии в генераторе, когда масса колеблется с амплитудой, не большей, чем конкретная или предопределенная пороговая амплитуда, тем самым исключая или минимизируя какое-либо уменьшение эффективности преобразования энергии электромеханического генератора, когда этот электромеханический генератор работает в конкретном или в предопределенном рабочем диапазоне амплитуд, которые не больше, чем конкретная или предопределенная пороговая амплитуда.

Соответственно, в своем первом аспекте настоящее изобретение обеспечивает электромеханический генератор для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию, при этом электромеханический генератор содержит массу, упруго подсоединенную к телу посредством смещающего устройства, и выполненную с возможностью совершать колебания у точки равновесия относительно тела с амплитудой колебаний, преобразователь, выполненный с возможностью преобразования колебаний массы у точки равновесия относительно тела в электрическую энергию, и упругое устройство, расположенное между смещающим устройством и одним из массы и тела, при этом упругое устройство выполнено с возможностью быть деформированным между смещающим устройством и одним из массы и тела, - только тогда, когда амплитуда колебаний превышает предопределенную ненулевую пороговую амплитуду.

Здесь под термином "ненулевая" подразумевается, что предопределенная пороговая амплитуда не является нулевой амплитудой. Соответственно, когда масса колеблется с предопределенной пороговой амплитудой, эта масса колеблется, вибрирует или совершает движения у точки равновесия относительно тела.

Генератор сконфигурирован таким образом, что масса имеет возможность совершать колебания у точки равновесия относительно тела с амплитудой колебаний, не большей, чем предопределенная пороговая амплитуда, без того, чтобы упругое устройство было деформировано, то есть, сжато между смещающим устройством и одним из массы и тела. Как таковое упругое устройство в таких схемах не вызывает каких-либо потерь энергии в генераторе, когда амплитуда колебаний массы не больше, чем конкретная или предопределенная пороговая амплитуда. Однако когда генератор сконфигурирован таким образом, что амплитуда колебаний превышает предопределенную пороговую амплитуду, как тогда, когда он подвергается сильному удару, то в этом случае упругое устройство деформируется, то есть, сжимается между смещающим устройством и одним из массы и тела, и действует как ограничитель, который ограничивает амплитуду колебаний.

Соответственно, электромеханический генератор, воплощающий настоящее изобретение, обладает особой полезностью в таких окружениях, где он может быть подвергнут сильным случайным ударам.

Упругое устройство может быть выполнено с возможностью контактирования со смещающим устройством, когда это упругое устройство деформировано между смещающим устройством и одним из массы и тела. Альтернативно, электромеханический генератор содержит твердое или жесткое устройство, такое как пружинное кольцо, выполненное с возможностью изоляции упругого устройства от смещающего устройства, когда это упругое устройство деформировано между смещающим устройством и одним из массы и тела.

Упругое устройство может быть установлено на одном из массы и тела. Упругое устройство может быть удалено от смещающего устройства, когда масса находится в точке равновесия. Предпочтительно, одно из массы и тела, на котором установлено упругое устройство, содержит твердую поверхность или посадочное место, с которым контактирует упругое устройство. Эта твердая поверхность или посадочное место может быть обеспечено твердым компонентом, таким как кольцевой или не кольцевой компонент, соответственно, массы или тела.

Упругое устройство может быть установлено на смещающем устройстве. Упругое устройство, когда масса находится в точке равновесия, может быть удалено от одного из массы и тела.

Упругое устройство, предпочтительно, имеет коэффициент упругости, который больше, чем коэффициент упругости смещающего устройства. Однако упругое устройство может иметь коэффициент упругости, который меньше чем или равен коэффициенту упругости смещающего устройства.

Упругое устройство может содержать одно из пружинной шайбы, винтовой пружины и эластомерного устройства или отливки, такой как уплотнительное кольцо. Пружинная шайба может быть выбрана из группы, состоящей из тарельчатой шайбы, криволинейной дисковой пружины, волнистой шайбы и разрезной шайбы. Упругое устройство, предпочтительно, является цельным эластичным устройством.

Электромеханический генератор может содержать пружинное устройство, расположенное между смещающим устройством и одним из массы и тела, и выполненное с возможностью смещать упругое устройство к одному из смещающего устройства и одному из массы и тела. Упругое устройство, предпочтительно, удерживается у смещающего устройства, массы или тела только пружинным устройством. То есть, упругое устройство, предпочтительно, не прикреплено к чему-нибудь из смещающего устройства, массы или тела или не связано с ними каким-либо иным образом.

Во время использования электромеханического генератора масса и упругое устройство подвергаются воздействию ускорения. Пружинное устройство должно быть достаточно жестким, для того чтобы противостоять любым силам инерции первого упругого устройства. То есть, когда упругое устройство установлено на одном из массы и смещающего устройства, предпочтительно, хотя и не совершенно необходимо, удерживать упругое устройство в контакте с одним из массы и смещающего устройства в течение всего времени колебаний массы. Для того чтобы достичь этого, между упругим устройством и одним из массы и смещающего устройства на сборке генератора может быть установлено пружинное устройство в сжатом состоянии (которое при этом прилагает минимальное упругое усилие пружинного устройства), так чтобы, когда масса находится в точке равновесия, это упругое устройство было поджато к одному из смещающего устройства и массы. Однако это пружинное устройство должно быть достаточно эластичным, чтобы обеспечивать, что это упругое устройство будет оставаться в контакте с одним из массы и смещающего устройства, когда это упругое устройство деформируется во время колебаний массы (которое при этом прилагает максимальное упругое усилие пружинного устройства). Коэффициент упругости пружинного устройства может быть промежуточным относительно коэффициентов упругости смещающего устройства и упругого устройства.

Пружинное устройство может содержать пружинную шайбу, такую как одну из тарельчатой шайбы, криволинейной дисковой пружины, волнистой шайбы и разрезной шайбы. Пружинное устройство, предпочтительно, представляет собой цельное эластичное устройство.

Масса, предпочтительно, упруго подсоединена к телу посредством смещающего устройства и второго смещающего устройства, при этом каждое из смещающего устройства и второго смещающего устройства смещает массу в соответствующее одно из двух противоположных направлений в сторону точки равновесия. Масса может быть упруго подсоединена к телу для линейного вибрационного движения вдоль оси. Смещающее устройство и второе смещающее устройство могут быть удалены одно от другого вдоль этой оси.

Упругое устройство может иметь отверстие, через которое проходит ось. Упругое устройство, предпочтительно, является вращательно симметричным относительно оси.

Электромеханический генератор, предпочтительно, содержит второе упругое устройство, расположенное между вторым смещающим устройством и одним из массы и тела. Когда упругое устройство расположено между смещающим устройством и одним, выбранным из массы и тела, второе упругое устройство, предпочтительно, расположено между вторым смещающим устройством и тем же самым одним, выбранным из массы и тела.

Второе упругое устройство может быть установлено на одном из массы и тела. Когда масса находится в точке равновесия, второе упругое устройство может быть удалено от второго смещающего устройства. Одно из массы и тела, на котором установлено второе упругое устройство, содержит твердую поверхность или посадочное место, с которым контактирует второе упругое устройство. Эта твердая поверхность или посадочное место может быть обеспечено твердым компонентом, таким как кольцевой или не кольцевой компонент, соответственно, массы или тела.

Второе упругое устройство, предпочтительно, содержит одно из пружинной шайбы, винтовой пружины и эластомерного устройства или отливки, такой как уплотнительное кольцо. Второе упругое устройство, предпочтительно, содержит пружинную шайбу, выбранную из группы, состоящей из тарельчатой шайбы, криволинейной дисковой пружины, волнистой шайбы и разрезной шайбы. Второе упругое устройство, предпочтительно, является цельным эластичным устройством.

Упругое устройство, предпочтительно, содержит первую тарельчатую шайбу, а второе упругое устройство содержит вторую тарельчатую шайбу. Первая и вторая тарельчатые шайбы могут быть расположены со своими внутренними сторонами, направленными одна в сторону другой. Альтернативно, первая и вторая тарельчатые шайбы могут быть расположены со своими внутренними сторонами, направленными одна от другой. В еще одном альтернативном варианте первая и вторая тарельчатые шайбы могут быть расположены со своими соответствующими внутренними сторонами, направленными в одном и том же направлении, то есть не направленными одна в сторону другой или направленными одна от другой.

Электромеханический генератор может содержать второе пружинное устройство, расположенное между вторым смещающим устройством и одним из массы и тела, и выполненное с возможностью смещать второе упругое устройство к одному из второго смещающего устройства и одного из массы и тела. Второе упругое устройство, предпочтительно, удерживается у второго смещающего устройства, массы или тела только вторым пружинным устройством. То есть, второе упругое устройство, предпочтительно, не прикреплено к чему-нибудь из второго смещающего устройства, массы или тела или не связано с ними каким-либо иным образом. Второе пружинное устройство может иметь любое из свойств пружинного устройства, описанного ранее. В частности, коэффициент упругости второго пружинного устройства может быть промежуточным между соответствующими коэффициентами упругости второго смещающего устройства и второго упругого устройства.

Второй аспект настоящего изобретения обеспечивает электромеханический генератор для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию, при этом электромеханический генератор содержит массу, упруго подсоединенную к телу посредством смещающего устройства, и выполненную с возможностью совершать колебания у точки равновесия относительно тела, преобразователь, выполненный с возможностью преобразования колебаний массы у точки равновесия относительно тела в электрическую энергию, и пружинную шайбу, расположенную между массой и телом.

Пружинная шайба может быть выбрана из группы, состоящей из тарельчатой шайбы, криволинейной дисковой пружины, волнистой шайбы и разрезной шайбы. Пружинная шайба, предпочтительно, является цельным эластичным устройством.

Масса, предпочтительно, выполнена с возможностью совершать колебания у точки равновесия относительно тела с амплитудой колебаний, а пружинная шайба выполнена с возможностью быть деформированной, то есть, сжатой между массой и телом, - только тогда, когда амплитуда колебаний превышает предопределенную ненулевую пороговую амплитуду.

Пружинная шайба, предпочтительно, расположена между смещающим устройством и одним из массы и тела. Масса, предпочтительно, выполнена с возможностью совершать колебания у точки равновесия относительно тела с амплитудой колебаний, а пружинная шайба выполнена с возможностью быть деформированной, то есть сжатой между смещающим устройством и одним из массы и тела, - только тогда, когда амплитуда колебаний превышает предопределенную ненулевую пороговую амплитуду.

Масса, предпочтительно, упруго соединена с телом посредством смещающего устройства и посредством второго смещающего устройства, при этом каждое из смещающего устройства и второго смещающего устройства смещает массу в соответствующее одно из двух противоположных направлений в сторону точки равновесия. Пружинная шайба, предпочтительно, расположена между смещающим устройством и одним из массы и тела, а электромеханический генератор содержит вторую пружинную шайбу, расположенную между вторым смещающим устройством и одним из массы и тела. Когда пружинная шайба расположена между смещающим устройством и одним, выбранным из массы и тела, вторая пружинная шайба, предпочтительно, расположена между вторым смещающим устройством и тем же самым одним, выбранным из массы и тела.

В электромеханическом генераторе по первому аспекту настоящего изобретения или по второму аспекту настоящего изобретения смещающее устройство, предпочтительно, содержит консольный элемент, такой как криволинейный консольный элемент. Масса и корпус, предпочтительно, прикреплены к противоположным концам этого консольного элемента.

В электромеханическом генераторе по первому аспекту настоящего изобретения или по второму аспекту настоящего изобретения тело может содержать корпус, окружающий массу и смещающее устройство.

В электромеханическом генераторе по первому аспекту настоящего изобретения или по второму аспекту настоящего изобретения преобразователь, предпочтительно, содержит заключенное в теле первое устройство и заключенное в массе второе устройство, при этом, предпочтительно, второе устройство электромагнитным образом связано с первым устройством. Когда корпус содержит корпус, первое устройство, предпочтительно, зафиксировано относительно корпуса или образует по меньшей мере часть корпуса.

Одно из первого и второго устройств, предпочтительно, содержит одно из одного или более магнитов, одной или более электропроводящих катушек и элемента из магнитопроницаемого материала, а другое из первого и второго устройств содержит одно из одной или более электропроводящих катушек, одного или более магнитов и комбинации одного или более магнитов и одной или более электропроводящих катушек.

В электромеханическом генераторе по первому аспекту настоящего изобретения или по второму аспекту настоящего изобретения преобразователь может содержать пьезоэлектрический элемент, расположенный таким образом, что колебания массы относительно тела вызывают деформацию пьезоэлектрического элемента, при этом преобразователь выполнен с возможностью преобразовывать деформацию пьезоэлектрического элемента в электроэнергию.

Электромеханический генератор по второму аспекту настоящего изобретения может содержать любой из вышеописанных возможных и (или) предпочтительных признаков электромеханического генератора по первому аспекту настоящего изобретения.

Третий аспект настоящего изобретения обеспечивает транспортное средство, содержащее неподрессоренную массу, в котором в эту неподрессоренную массу включен, соединен с ней, или установлен на ней электромеханический генератор по первому аспекту настоящего изобретения и (или) по второму аспекту настоящего изобретения. Электромеханический генератор может быть соединен с неподрессоренной массой или установлен на ней через упругое соединение, такое как эластомерное соединение. Упругое соединение может быть цельным.

Упругое соединение может быть выполнено с возможностью передавать на электромеханический генератор удар, которому подверглась неподрессоренная масса, при этом масса упруго подсоединена к телу для линейного вибрационного движения вдоль оси, и при этом удар подвергает неподрессоренную массу изменению скорости на величину между 0,5 и 5 метров в секунду в направлении вдоль оси. Этот удар может иметь длительность между 1 и 2 миллисекундами и величину между 75g и 300g (где g есть ускорение свободного падения - 9,81 м/с²) в направлении вдоль оси. Например, удар в течение 1 мс может иметь ускорение в 300g (что равно изменению скорости в 2,94 м/с) или же в течение 2 мс ускорение в 75g (что равно изменению скорости в 1,47 м/с).

Электромеханический генератор, содержащийся в транспортном средстве по третьему аспекту настоящего изобретения, может содержать любой из вышеописанных возможных и (или) предпочтительных признаков электромеханического генератора по первому аспекту настоящего изобретения и (или) любой из вышеописанных возможных и (или) предпочтительных признаков электромеханического генератора по второму аспекту настоящего изобретения.

Четвертый аспект настоящего изобретения обеспечивает сборку, содержащую осевую буксу для транспортного средства и электромеханический генератор по первому аспекту настоящего изобретения и (или) по второму аспекту настоящего изобретения, включенный в эту осевую буксу, соединенный с ней, или установленный на ней. Электромеханический генератор может быть соединен с осевой буксой или установлен на ней через упругое соединение, такое как эластомерное соединение. Упругое соединение может быть цельным.

Упругое соединение может быть выполнено с возможностью передавать на электромеханический генератор удар, которому подверглась осевая букса, при этом масса упруго подсоединена к телу для линейного вибрационного движения вдоль оси, и при этом этот удар подвергает осевую буксу изменению скорости на величину между 0,5 и 5 метров в секунду в направлении вдоль оси. Этот удар может иметь длительность между 1 и 2 миллисекундами и величину между 75g и 300g в направлении вдоль оси. Например, удар в течение 1 мс может иметь ускорение в 300g (что равно изменению скорости в 2,94 м/с) или же в течение 2 мс ускорение в 75g (что равно изменению скорости в 1,47 м/с).

Электромеханический генератор, содержащийся в сборке по четвертому аспекту настоящего изобретения, может содержать любой из вышеописанных возможных и (или) предпочтительных признаков электромеханического генератора по первому аспекту настоящего изобретения и (или) любой из вышеописанных возможных и (или) предпочтительных признаков электромеханического генератора по второму аспекту настоящего изобретения.

Пятый аспект настоящего изобретения обеспечивает способ преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию, используя электромеханический генератор, при этом способ включает в себя этапы обеспечения электромеханического генератора по первому аспекту настоящего изобретения и (или) по второму аспекту настоящего изобретения и обеспечения вибрации электромеханического генератора, тем самым принуждения массы совершать колебания у точки равновесия относительно тела, тем самым вынуждая преобразователь превращать колебания массы у точки равновесия относительно тела в электрическую энергию.

Электромеханический генератор, обеспеченный в способе по пятому аспекту настоящего изобретения, может содержать любой из вышеописанных возможных и (или) предпочтительных признаков электромеханического генератора по первому аспекту настоящего изобретения и (или) любой из вышеописанных возможных и (или) предпочтительных признаков электромеханического генератора по второму аспекту настоящего изобретения.

Теперь варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны - только лишь в качестве примера - со ссылками на сопроводительные чертежи, в которых:

фиг. 1 представляет собой схематичный вид сбоку в сечении электромеханического генератора для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 представляет собой схематичный вид в плане первого устройства смещения электромеханического генератора по фиг. 1;

фиг. 3 представляет собой схематичный вид сбоку в сечении электромеханического генератора для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 4 представляет собой схематичный вид сбоку в сечении электромеханического генератора для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 5 представляет собой схематичный вид сбоку в сечении электромеханического генератора для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Электромеханический генератор по этим вариантам осуществления настоящего изобретения представляет собой резонансный генератор, известный в соответствующей области техники как генератор "с затуханием скорости", в котором вся работа, произведенная движением массы относительно тела, пропорциональна мгновенной скорости этого движения. Часть этой работы неизбежно поглощается, преодолевая нежелательные механические или электрические потери, но остающаяся работа может быть использована для генерации электрического тока посредством соответствующего механизма преобразования, такого как описанная ниже сборка электрическая катушка-магнит.

Фиг. 1 показывает электромеханический генератор 100 для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Электромеханический генератор 100 содержит кольцеобразную массу 10, упруго подсоединенную к телу 20 и выполненную с возможностью совершать колебания у точки равновесия относительно тела 20 с амплитудой колебаний. На фиг. 1 масса 10 показана в точке равновесия. Масса 10 является подвижной относительно тела 20 вдоль оси А-А в виде входной механической вибрации, имеющей составляющую в этом линейном направлении. В этом варианте осуществления масса 10 является вращательно-симметричной относительно оси А-А и имеет центральное отверстие по центру которого проходит ось А-А. Масса 10 радиально отделена от центральной части тела 20 зазором G.

Масса 10 соединена с телом 20 парой смещающих устройств 30, 50, каждое из которых представляет собой плоскую пружину круговой кольцевой формы и содержит множество искривленных консольных элементов. Смещающие устройства 30, 50 удалены одно от другого вдоль оси А-А, при этом масса 10 расположена между ними, и каждое из смещающих устройств 30, 50 смещает массу 10 в соответствующее одно из двух противоположных направлений, параллельных оси А-А, в направлении точки равновесия.

Масса 10 имеет первый кольцевой выступ 13, который продолжается в осевом направлении от первого аксиального конца основной части 12 массы 10, и второй кольцевой выступ 15, который продолжается в осевом направлении от второго аксиального конца основной части 12 массы 10, при этом второй аксиальный конец является противоположным первому аксиальному концу. Каждый из первого и второго кольцевых выступов 13, 15 является круговым относительно оси А-А, проходящей через центр круга. Первое смещающее устройство 30 из этой пары имеет радиальный внутренний конец 32, подсоединенный или прикрепленный к центральной части 24 тела 20, и радиальный внешний конец 34, подсоединенный или прикрепленный к массе 10 радиально с внешней стороны первого кольцевого выступа 13. Радиальные внутренние и внешние концы 32, 34 первого смещающего устройства 30 соединены между собой центральным участком 36 первого смещающего устройства 30, который имеет размер, параллельный оси А-А, меньший, чем соответствующие размеры, параллельные оси А-А, каждого из радиальных внутренних и внешних концов 32, 34. Аналогичным образом, второе смещающее устройство 50 из этой пары имеет радиальный внутренний конец 52, подсоединенный или прикрепленный к центральной части 24 тела 20, и противоположный радиальный внешний конец 54, подсоединенный или прикрепленный к массе 10 радиально с внешней стороны второго кольцевого выступа 15. Радиальные внутренние и внешние концы 52, 54 второго смещающего устройства 30 соединены между собой центральным участком 56 первого смещающего устройства 50, который имеет размер, параллельный оси А-А, меньший, чем соответствующие размеры, параллельные оси А-А, каждого из радиальных внутренних и внешних концов 52, 54.

Фиг. 2 показывает пример формы первого смещающего устройства 30. Взятое в качестве примера первое смещающее устройство 30 представляет собой плоскую пружину, предпочтительно, выполненную из металла, такого как пружинная сталь. Как показано на фиг. 2, смещающее устройство 30 имеет множественные спиральные пространства 36, продолжающиеся между радиальным внутренним концом 32 и радиальным внешним концом 34. Внутренний конец 32 определяет внутреннюю окружную сторону смещающего устройства 30, а внешний конец 34 определяет внешнюю окружную сторону смещающего устройства 30. Каждая из спиральных пространств 36 составляет центральный участок 36 консольного элемента первого смещающего устройства 30. Как можно видеть на фиг. 2, первое смещающее устройство 30 содержит два спиральных пространства 36 и, таким образом, два криволинейных консольных элемента. В альтернативном варианте осуществления первое смещающее устройство 30 может содержать только один криволинейный или прямолинейный консольный элемент, или же более чем два криволинейных или прямолинейных консольных элемента. В любом варианте осуществления второе смещающее устройство 50, предпочтительно, имеет такую же форму, что и первое смещающее устройство 30.

Каждый из соответствующих внутренних концов 32, 52 смещающих устройств 30, 50 определяет и окружает отверстие, через которое проходит ось А-А. То есть, можно считать, что каждое из смещающих устройств 30, 50 имеет центральное отверстие, через центр которого проходит ось А-А. Соответственно, каждое из смещающих устройств 30, 50 является концентричным с массой 10. Центральная цилиндрическая часть 24 тела 20, продолжается через соответствующие центральные отверстия устройств 30, 50 с центральной продольной осью центральной части 24 тела 20, являющейся совпадающей с осью А-А. Тело 20 далее содержит корпус 22, продолжающийся от центральной части 24 и окружающий и вмещающий в себя массу 10, а также смещающие устройства 30, 50. Корпус 22 может быть герметично закрыт, так чтобы определенный корпусом 22 объем 26, внутри которого объема 26 расположены масса 10, а также смещающие устройства 30, 50, был изолирован от внешнего пространства корпуса 22 и, таким образом, - от внешнего пространства электромеханического генератора 100.

Электромеханический генератор 100 дополнительно содержит преобразователь, выполненный с возможностью преобразовывать колебания массы 10, то есть, механических вибрационных движений массы 10 у точки равновесия относительно тела 20 в электрическую энергию. На фиг. 1 преобразователь специально не показан, но специалист в данной области легко сможет расположить соответствующий преобразователь в проиллюстрированном электромеханическом генераторе 100 для получения этого эффекта. Преобразователь имеет провода (не показаны), продолжающиеся от него для подсоединения к внешней схеме (не показана). Относительные линейные вибрационные движения или колебания между массой 10 и телом 20 вдоль оси А-А вызывают генерацию преобразователем электрического тока, который выводится посредством этих проводов.

В вариантах осуществления настоящего изобретения преобразователь, предпочтительно, содержит заключенное в теле 20 первое устройство и заключенное в массе 10 второе устройство, при этом второе устройство электромагнитным образом связано с первым устройством. Более предпочтительно, первое устройство зафиксировано относительно корпуса 22 тела 20.

Альтернативно, первое устройство может образовывать по меньшей мере часть корпуса 22. Когда преобразователь содержит электромагнитно связанные между собой первое и второе устройства, предпочтительно, одно из первого и второго устройств содержит одно из одного или более магнитов, одной или более электропроводящих катушек и элемента из магнитопроницаемого материала, а другое из первого и второго устройств содержит одно из одной или более электропроводящих катушек, одного или более магнитов и комбинации одного или более магнитов и одной или более электропроводящих катушек.

В этом варианте осуществления преобразователь (не показан) содержит заключенное в теле 20 первое устройство, при этом первое устройство содержит катушку, зафиксированную на центральной части 24 тела 20, и заключенное в массе 10 второе устройство, при этом второе устройство содержит два противодействующих цилиндрических магнита, выполненные с возможностью создавать магнитный поток между магнитами и остальной частью массы 10. Катушка расположена радиально между магнитами и остальной частью массы таким образом, что магнитный поток пересекает катушку. Первое устройство электромагнитно связано со вторым устройством.

В видоизменении этого варианта осуществления преобразователь содержит заключенное в теле 20 первое устройство, при этом первое устройство на радиально внешней стороне 24а центральной части 24 тела 20 содержит цилиндр из магнитопроницаемого материала и зафиксированные вокруг цилиндра две катушки с кольцевым радиальным магнитом между ними, и заключенное в массе 10 второе устройство, при этом второе устройство содержит элемент из магнитопроницаемого материала. И в этом случае первое устройство электромагнитно связано со вторым устройством.

Однако, как упоминалось выше, специалист в данной области легко сможет придумать и обеспечить соответствующие альтернативные преобразователи, которые преобразуют колебания массы 10, то есть, механические вибрационные движения массы 10 у точки равновесия относительно тела 20 в электрическую энергию.

Первая поверхность 12а на первом аксиальном конце основной части 12, продолжающаяся радиально внутрь от первого кольцевого выступа 13, и продолжающаяся радиально наружу от радиальной внутренней стороны 12е основной части 12, имеет кольцевую форму и лежит в плоскости, перпендикулярной оси А-А. Масса 10 содержит первую тонкую кольцевую шайбу 14, которая находится в контакте с первой поверхностью 12а и расположена по радиусу внутрь относительно первого кольцевого выступа 13, тем самым первая тонкая шайба 14 удерживается радиально относительно основной части 12 и выставлена концентрично с этой основной частью 12. Аналогично, вторая поверхность 12b на противоположном втором аксиальном конце основной части 12, продолжающаяся радиально внутрь от второго кольцевого выступа 15, и продолжающаяся радиально наружу от радиальной внутренней стороны 12е основной части 12, имеет кольцевую форму и лежит в плоскости, перпендикулярной оси А-А. Масса 10 содержит вторую тонкую кольцевую шайбу 16, которая находится в контакте со второй поверхностью 12b и расположена по радиусу внутрь относительно второго кольцевого выступа 15, тем самым вторая тонкая шайба 16 удерживается радиально относительно основной части 12 и выставлена концентрично с этой основной частью 12.

Электромеханический генератор 100 дополнительно содержит пару упругих устройств 40, 60, каждое из которых расположено между телом 20 и массой 10. Более конкретно, - каждое из этой пары упругих устройств 40, 60 расположено между одним из смещающих устройств 30, 50 и массой 10. Каждое из упругих устройств 40, 60 имеет коэффициент упругости, который больше чем коэффициенты упругости смещающих устройств 30, 50. Каждое из первого и второго упругих устройств 40, 60 из этой пары является цельным эластичным устройством в виде пружинной шайбы с круговой усеченной конической формой, то есть, тарельчатой шайбой. Каждое из первого и второго упругих устройств 40, 60 имеет непрерывную вращательную симметрию относительно оси А-А и центральное отверстие с центром, через который проходит ось А-А. Соответственно, каждое из первого и второго упругих устройств 40, 60 является концентричным с массой 10 и концентричным с первым и вторым смещающими устройствами 30, 50.

Первое упругое устройство 40 имеет внутренний участок 44, окружающий и определяющий центральное отверстие первого упругого устройства 40 на первом аксиальном конце первого упругого устройства 40, и внешний участок 42, определяющий внешнюю окружную сторону первого упругого устройства 40 на втором аксиальном конце первого упругого устройства 40, противоположном первому аксиальному концу. Внутренний и внешний участки 44, 42 первого упругого устройства 40 соединены между собой посредством средней части 46 первого упругого устройства 40.

Первое упругое устройство 40 расположено радиально внутрь относительно первого кольцевого выступа 13, тем самым первое упругое устройство 40 удерживается в радиальном положении относительно массы 10 и выставлено концентрично с массой 10. Кроме того, первая, внутренняя сторона 41 первого упругого устройства 40 направлена в сторону массы 10 и на внешнем участке 42 находится в контакте с первой тонкой шайбой 14, но является подвижной относительно этой первой тонкой шайбы 14, как пояснено ниже. Соответственно, первое упругое устройство 40, будучи установленным на массе 10, не зафиксировано или зафиксировано относительно массы 10. Внутренняя сторона 41 первого упругого устройства 40 на внутреннем участке 44 и на средней части 46 удалена от массы 10. Кроме того, вторая, внешняя сторона 43, противоположная внутренней стороне 41 первого упругого устройства 40, по всему внешнему участку 42, внутреннему участку 44 и средней части 46 первого упругого устройства 40 направлена в сторону и удалена от первого смещающего устройства 30, по крайней мере, когда эта масса находится в точке равновесия, как показано на фиг. 1. Между первым смещающим устройством 30 и первым кольцевым выступом 13 массы 10 зажато первое пружинное устройство 70, содержащее волнистую шайбу. Первый конец первого пружинного устройства 70 находится в контакте с первым смещающим устройством 30, а второй, противоположный конец первого пружинного устройства 70 находится в контакте и с кольцевым выступом 13, и с внешней стороной 43 первого упругого устройства 40, тем самым первое пружинное устройство 70 смещает внешний участок 42 первого упругого устройства 40 к массе 10. Коэффициент упругости первого пружинного устройства 70 может быть промежуточным между соответствующими коэффициентами упругости первого смещающего устройства 30 и первого упругого устройства 40.

Второе упругое устройство 60 имеет внутренний участок 64, окружающий и определяющий центральное отверстие второго упругого устройства 60 на первом аксиальном конце второго упругого устройства 60, и внешний участок 62, определяющий внешнюю окружную сторону второго упругого устройства 60 на втором аксиальном конце второго упругого устройства 60, противоположном первому аксиальному концу. Соответствующие внутренние стороны 41, 61 первого и второго упругих устройств 40, 60 через массу 10 направлены в сторону одна другой. Внутренний и внешний участки 64, 62 второго упругого устройства 60 соединены между собой посредством средней части 66 второго упругого устройства 60.

Второе упругое устройство 60 расположено радиально внутрь относительно второго кольцевого выступа 15, тем самым второе упругое устройство 60 удерживается в радиальном положении относительно массы 10 и выставлено концентрично с массой 10. Кроме того, первая, внутренняя сторона 61 второго упругого устройства 60 направлена в сторону массы 10 и на внешнем участке 62 находится в контакте со второй тонкой шайбой 16, но является подвижной относительно этой второй тонкой шайбы 16, как пояснено ниже. Соответственно, второе упругое устройство 60, будучи установленным на массе 10, не зафиксировано или зафиксировано относительно массы 10. Внутренняя сторона 61 второго упругого устройства 60 на внутреннем участке 64 и на средней части 66 удалена от массы 10. Кроме того, вторая, внешняя сторона 63, противоположная внутренней стороне 61 второго упругого устройства 60 по всему внешнему участку 62, внутреннему участку 64 и средней части 66 второго упругого устройства 60 направлена в сторону и удалена от второго смещающего устройства 50, по крайней мере, когда эта масса 10 находится в точке равновесия, как показано на фиг. 1. Между вторым смещающим устройством 50 и вторым кольцевым выступом 15 массы 10 зажато первое пружинное устройство 80, содержащее волнистую шайбу. Первый конец второго пружинного устройства 80 находится в контакте со вторым смещающим устройством 50, а второй, противоположный конец второго пружинного устройства 80 находится в контакте и с кольцевым выступом 15, и с внешней стороной 63 второго упругого устройства 60, тем самым второе пружинное устройство 80 смещает внешний участок 62 второго упругого устройства 60 к массе 10. Коэффициент упругости второго пружинного устройства 80 может быть промежуточным между соответствующими коэффициентами упругости второго смещающего устройства 50 и второго упругого устройства 60.

Когда электромеханический генератор 100 подвержен входной механической вибрации, имеющей составляющую в направлении, параллельном оси А-А, масса 10 принуждена совершать колебания у точки равновесия относительно тела 20, тем самым вызывая преобразователем (не показан) преобразование колебаний массы 10 у точки равновесия относительно тела 20 в электрическую энергию.

Первому и второму упругим устройствам 40, 60 придана такая форма, и они расположены в зависимости от удаления смещающих устройств 30, 50 от массы 10 и/или, возможно, в зависимости от предела пропорциональности материала, из которого выполнены смещающие устройства 30, 50, таким образом, чтобы масса 10 имела возможность совершать колебания у точки равновесия относительно тела 20 с амплитудой колебаний, не большей, чем предопределенная пороговая амплитуда, без касания первым и вторым упругими устройствами 40, 60 первого и второго смещающих устройств 30, 50. То есть, первое и второе упругие устройства 40, 60 сконфигурированы таким образом, чтобы, когда масса 10 колеблется с амплитудой, не большей, чем предопределенная пороговая амплитуда, они не зажимались между массой 10 и телом 20 (более конкретно - между смещающими устройствами 30, 50 и массой 10). Соответственно, первое и второе упругие устройства 40, 60 не вызывают никаких потерь энергии в электромеханическом генераторе 100, когда амплитуда колебаний массы 10 - не больше, чем предопределенная пороговая амплитуда.

Однако, когда (и только тогда, когда) амплитуда колебаний превышает предопределенную пороговую амплитуду, первое и второе упругие устройства 40, 60 периодически "перехватывают" первое и второе смещающие устройства 30, 50, то есть, касаются их, и, таким образом, периодически становятся зажатыми между массой 10 и телом 20 (более конкретно, - между первым и вторым смещающими устройствами 30, 50 и массой 10). То есть, первое и второе упругие устройства 40, 60 сжимаются первым и вторым смещающими устройствами 30, 50 и массой 10 в результате того, что первое и второе смещающие устройства 30, 50 во время колебаний массы 10 подходят слишком близко к массе 10, поскольку масса 10, когда осциллирует относительно тела 20, колеблется относительно центральных участков 36, 56 первого и второго смещающих устройств 30, 50. Соответственно, первое и второе упругие устройства 40, 60 действуют как "мягкие" ограничители или ограничительные упоры, которые ограничивают амплитуду колебаний массы 10.

Эта деформация первого и второго упругих устройств 40, 60 вызывает скольжение их соответствующих внешних участков 42, 62 вдоль первой и второй тонких шайб 14, 16 массы 10. По этой причине для тонких шайб 14, 16 благоприятно использовать твердый материал, а первое и второе упругие устройства 40, 60 было бы предпочтительно изготавливать из материала, который является совместимым с материалом тонких шайб 14, 16. Например, когда тонкие шайбы 14, 16 сделаны из стали, первое и второе упругие устройства 40, 60 могут быть выполнены из фосфорной бронзы. Однако в модификациях первого варианта осуществления тонкие шайбы 14, 16 могут быть опущены, так что при этом соответствующие внешние участки 42, 62 первого и второго упругих устройств 40, 60 напрямую контактируют с массой 10.

Фиг. 3 показывает электромеханический генератор 100 для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Подобные компоненты первого и второго вариантов осуществления обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Кроме того, для краткости обсуждение второго варианта осуществления будет ограничено признаками, которые отличают между собой первый и второй варианты осуществления. Соответственно, следует предположить, что признаки второго варианта осуществления, на которые нет подробных ссылок или нет ссылок вообще, могут быть такими же самыми, что и соответствующие признаки первого варианта осуществления. Следует понимать, что вышеописанные возможные модификации, внесенные в электромеханический генератор по первому варианту осуществления, в равной степени приложимы и к электромеханическому генератору второго варианта осуществления.

Во втором варианте осуществления тело 20 и смещающие устройства 30, 50 являются такими же, как и для первого варианта осуществления. Масса 10 по существу та же самая, что и масса 10 первого варианта осуществления, за исключением того, что тонкие шайбы 14, 16 исключены, а первые и вторые поверхности 12а, 12b основной части 12 не лежат в соответствующих плоскостях, перпендикулярных оси А-А. Вместо этого первая и вторая поверхности 12а, 12b у своих соответствующих концов, смежных с первым и вторым кольцевыми выступами 13. 15, еще дальше удалены одна от другой, а у своих соответствующих концов, смежных с радиальной внутренней стороной 12е основной части 12, придвинуты ближе одна к другой.

Как и в первом варианте осуществления, во втором варианте осуществления каждое из пары упругих устройств 40, 60 расположено между одним из смещающих устройств 30, 50 и массой 10, и каждое из первого и второго упругих устройств 40, 60 представляет собой цельное эластичное устройство в виде пружинной шайбы с круговой усеченной конической формой, то есть, тарельчатую шайбу. Каждое из первого и второго упругих устройств 40, 60 имеет непрерывную вращательную симметрию относительно оси А-А и центральное отверстие с центром, через который проходит ось А-А. Соответственно, каждое из первого и второго упругих устройств 40, 60 является концентричным с массой 10 и концентричным с первым и вторым смещающими устройствами 30, 50.

Однако, в отличие от первого варианта осуществления, во втором варианте осуществления первое и второе упругие устройства 40, 60 является инвертированными, так что их соответствующие внешние стороны 43, 63 через массу 10 направлены в сторону одна другой, и так, что их соответствующие внутренние стороны 41, 61 направлены одна от другой в разные стороны. Внешние стороны 43, 63 первого и второго упругих устройств 40, 60 направлены в сторону массы 10 и на соответствующих внешних участках 42, 62 находятся в контакте, соответственно, с первой и второй поверхностями 12а, 12b. Внешние стороны 43, 63 на внутренних участках 44, 64 и на средних частях 46, 66 удалены от массы 10. Внутренние стороны 41, 61 первого и второго упругих устройств 40, 60 по всем внешним участкам 42, 62, внутренним участкам 44, 64 и средним частям 46, 66 первого и второго упругих устройств 40, 60 направлены в сторону и удалены, соответственно, от первого и второго смещающих устройств 30, 50. Соответствующие первые концы первого и второго пружинных устройств 70, 80 находятся в контакте с первым и вторым смещающими устройствами 30, 50, соответственно, а соответствующие вторые концы первого и второго пружинных устройств 70, 80 находятся в контакте с соответствующими кольцевыми выступами 15 и с соответствующими внутренними сторонами 41, 61 первого и второго упругих устройств 40, 60, тем самым первое и второе пружинные устройства 70, 80 смещают внешние участки 42, 62 первого и второго упругого устройства 40, 60 к массе 10.

Во втором варианте осуществления к первому и ко второму смещающим устройствам 30, 50 радиально внутрь прикреплена пара твердых устройств 90, 92, упирающихся в их внутренние радиальные концы 32, 52 (в этом варианте осуществления каждое - в виде твердого пружинного кольца, хотя вместо этого в модификациях данного варианта осуществления могут быть использованы твердые устройства с другими формами). Этим твердым устройствам 90, 92 придана такая форма, и они расположены относительно первого и второго смещающих устройств 30, 50, а также относительно первого и второго упругих устройств 40, 60 таким образом, чтобы быть сконфигурированными с возможностью изоляции первого и второго упругих устройств 40, 60 от соответствующих первого и второго смещающих устройств 30, 50, когда первое и второе упругие устройства 40, 60 деформируются между первым и вторым смещающими устройствами 30, 50 и массой 10 во время колебаний массы 10 у точки равновесия с амплитудой, превосходящей предопределенную пороговую амплитуду. Такая конфигурация лучше предохраняет первое и второе смещающие устройства 30, 50 во время периодов колебаний массы 10 с амплитудой, превосходящей предопределенную пороговую амплитуду.

Во втором варианте осуществления масса 10 имеет возможность совершать колебания у точки равновесия относительно тела 20 с амплитудой колебаний, не большей, чем предопределенная пороговая амплитуда, без касания первым и вторым упругими устройствами 40, 60 первого и второго твердых устройств 90, 92. Однако, когда (и только тогда, когда) амплитуда колебаний превышает предопределенную пороговую амплитуду, первое и второе упругие устройства 40, 60 периодически "перехватывают" твердые устройства 90, 92, то есть, касаются их (но не касаются первого и второго смещающих устройств 30, 50) и таким образом периодически становятся зажатыми между массой 10 и телом 20 (более конкретно, - между первым и вторым смещающими устройствами 30, 50 и массой 10). То есть, как и в первом варианте осуществления, первое и второе упругие устройства 40, 60 сжимаются в результате того, что первое и второе смещающие устройства 30, 50 во время колебаний массы 10 подходят слишком близко к массе 10. Соответственно, первое и второе упругие устройства 40, 60 все еще действуют как "мягкие" ограничители или ограничительные упоры, которые ограничивают амплитуду колебаний массы 10.

Фиг. 4 показывает электромеханический генератор 100 для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения. Подобные компоненты первого, второго и третьего вариантов осуществления обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Кроме того, для краткости обсуждение третьего варианта осуществления будет ограничено признаками, которые отличают между собой второй и третий варианты осуществления. Соответственно, следует предположить, что признаки третьего варианта осуществления, на которые нет подробных ссылок или нет ссылок вообще, могут быть такими же самыми, что и соответствующие признаки первого или второго вариантов осуществления. Следует понимать, что вышеописанные возможные модификации, внесенные в электромеханический генератор по первому и второму вариантам осуществления, в равной степени приложимы и к электромеханическому генератору третьего варианта осуществления.

В третьем варианте осуществления тело 20 и смещающие устройства 30, 50 являются такими же, как и для первого варианта осуществления. Масса 10 по существу та же самая, что и масса 10 второго варианта осуществления, за исключением того, что первый и второй кольцевые выступы 13. 15 имеют поверхности, удаленные от соответствующих первой и второй поверхностей 12а, 12b, которые не лежат в плоскости, перпендикулярной оси А-А. Вместо этого эти удаленные поверхности на своих радиально "наиболее внешних" концах еще больше удалены одна от другой, а на своих радиально "наименее внешних" концах придвинуты ближе одна к другой.

В третьем варианте осуществления первое и второе пружинные устройства 70, 80 содержат конические пружинные шайбы 70, 80. Тем не менее, эти конические пружинные шайбы 70, 80 прилагают к первому и второму упругим устройствам 40, 60 соответствующие нагрузки, почти таким же образом, как это делают первое и второе пружинные устройства 70, 80 в первом и во втором вариантах осуществления.

Как и во втором варианте осуществления, каждое из первого и второго упругих устройств 40, 60 расположено между одним из смещающих устройств 30, 50 и массой 10, и каждое из первого и второго упругих устройств 40, 60 является цельным эластичным устройством в виде пружинной шайбы с круговой усеченной конической формой, то есть, тарельчатой шайбой. Каждое из первого и второго упругих устройств 40, 60 имеет непрерывную вращательную симметрию относительно оси А-А и центральное отверстие с центром, через который проходит ось А-А. Соответственно, каждое из первого и второго упругих устройств 40, 60 является концентричным с массой 10 и концентричным с первым и вторым смещающими устройствами 30, 50. Кроме того, во втором варианте осуществления первое и второе упругие устройства 40, 60 является инвертированными, так что их соответствующие внешние стороны 43, 63 через массу 10 направлены в сторону одна другой, и так, что их соответствующие внутренние стороны 41, 61 направлены одна от другой в разные стороны.

В третьем варианте осуществления твердые устройства 90, 92 исключены. Масса 10 имеет возможность совершать колебания у точки равновесия относительно тела 20 с амплитудой колебаний, не большей, чем предопределенная пороговая амплитуда, без касания первым и вторым упругими устройствами 40, 60 первого и второго смещающих устройств 30, 50. Однако, как и в первом варианте осуществления, когда (и только тогда, когда) амплитуда колебаний превышает предопределенную пороговую амплитуду, первое и второе упругие устройства 40, 60 периодически "перехватывают" первое и второе смещающие устройства 30, 50, то есть, касаются их, и, таким образом, периодически становятся зажатыми между массой 10 и телом 20 (более конкретно - между первым и вторым смещающими устройствами 30, 50 и массой 10). То есть, как и в первом варианте осуществления, первое и второе упругие устройства 40, 60 сжимаются первым и вторым смещающими устройствами 30, 50 и массой 10 в результате того, что первое и второе смещающие устройства 30, 50 во время колебаний массы 10 подходят слишком близко к массе 10. Соответственно, первое и второе упругие устройства 40, 60 все еще действуют как "мягкие" ограничители или ограничительные упоры, которые ограничивают амплитуду колебаний массы 10.

Фиг. 5 показывает электромеханический генератор 100 для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения. Подобные компоненты первого и четвертого вариантов осуществления обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Кроме того, для краткости обсуждение четвертого варианта осуществления будет ограничено признаками, которые отличают между собой первый и четвертый варианты осуществления. Соответственно, следует предположить, что признаки четвертого варианта осуществления, на которые нет подробных ссылок или нет ссылок вообще, могут быть такими же самыми, что и соответствующие признаки первого варианта осуществления. Следует понимать, что вышеописанные возможные модификации, внесенные в электромеханический генератор по первому варианту осуществления, в равной степени приложимы и к электромеханическому генератору четвертого варианта осуществления.

В четвертом варианте осуществления тело 20 и смещающие устройства 30, 50 являются такими же, как и для первого варианта осуществления. Масса 10 по существу та же самая, что и масса 10 первого варианта осуществления, за исключением того, что тонкие шайбы 14, 16 исключены. В четвертом варианте осуществления исключены также первое и второе пружинные устройства 70, 80.

Кроме того, первое и второе упругие устройства 40, 60 четвертого варианта осуществления - другой формы по сравнению с первым и вторым упругими устройствами 40, 60 первого варианта осуществления. В четвертом варианте осуществления первое и второе упругие устройства 40, 60 содержат соответствующие упругие уплотнительные кольца, установленные на первом и втором смещающих устройствах 30, 50 радиально внутрь, упираясь в их соответствующие внутренние концы 32, 52. Как показано на фиг. 5, когда масса 10 находится в своей точке равновесия, эти уплотнительные кольца удалены от массы 10. В модификациях данного варианта осуществления каждое уплотнительное кольцо может быть заменено или дополнено каким-нибудь эластомерным устройством.

В четвертом варианте осуществления масса 10 имеет возможность совершать колебания у точки равновесия относительно тела 20 с амплитудой колебаний, не большей, чем предопределенная пороговая амплитуда, без касания первым и вторым упругими устройствами 40, 60 массы 10. Однако, когда (и только тогда, когда) амплитуда колебаний превышает предопределенную пороговую амплитуду, первое и второе упругие устройства 40, 60 периодически "перехватывают" массу 10, то есть, касаются ее и, таким образом, периодически становятся зажатыми между массой 10 и телом 20 (более конкретно, - между первым и вторым смещающими устройствами 30, 50 и массой 10). То есть, как и в первом варианте осуществления, первое и второе упругие устройства 40, 60 сжимаются в результате того, что первое и второе смещающие устройства 30, 50 во время колебаний массы 10 подходят слишком близко к массе 10. Соответственно, первое и второе упругие устройства 40, 60, содержащие соответствующие уплотнительные кольца, все еще действуют как "мягкие" ограничители или ограничительные упоры, которые ограничивают амплитуду колебаний массы 10.

Теоретически, в устройствах за рамками объема настоящего изобретения для того, чтобы ограничить амплитуду колебаний массы 10 в попытке предохранить смещающие устройства 30, 50 и массу 10, а также (или) тело 20 могли бы быть обеспечены твердые (то есть, металлические) ограничительные упоры. Однако воплощающие настоящее изобретение электромеханические генераторы 100 могут быть подвержены неоднократным сильным ударам, достаточным для того, чтобы повторяющимися воздействиями повредить твердые ограничительные упоры. Таким образом, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения вместо твердых ограничительных упоров в уже существующем специальном пространстве между смещающими устройствами 30, 50 и одним из массы 10 и тела 20 расположены упругие или "мягкие" устройства 40, 60, не просто для того, чтобы поглощать некоторую часть кинетической энергии осциллирующей массы 10, а и для того, чтобы делать это с использованием очень компактной конструкции.

В вышеописанных электромеханических генераторах, воплощающих настоящее изобретение, упругие устройства 40, 60 могут быть сконфигурированы таким образом, что смещающие устройства 30, 50 все же будут в небольшой степени ударяться о массу 10 и (или) тело 20, когда эти упругие устройства 40, 60 деформируются между смещающими устройствами 30, 50 и массой 10 и (или) телом 20. Однако, упругие устройства 40, 60, предпочтительно, сконфигурированы (то есть, выполнены в таких размерах и имеют такой подобранный коэффициент упругости пружины) таким образом, чтобы избегать таких ударных явлений.

Любой из вышеописанных электромеханических генераторов, воплощающих настоящее изобретение, может быть включен в неподрессоренную массу транспортного средства, соединен с ней, или установлен на ней или на осевой буксе для транспортного средства, предпочтительно - через упругое соединение, такое как эластомерное соединение, которое может быть цельным.

Специалистам в данной области будут очевидны другие модификации и варианты осуществления настоящего изобретения.

Например, в каждом из вышеописанных вариантов осуществления первое и второе упругие устройства 40, 60 расположены, соответственно, между массой 10 и первым и вторым смещающими устройствами 30, 50. В модификациях этих вариантов осуществления первое и второе упругие устройства 40, 60 альтернативно или дополнительно расположены, соответственно, между телом 20 и первым и вторым смещающими устройствами 30, 50. В таких модификациях, когда (и только тогда, когда) амплитуда колебаний массы 10 превышает предопределенную пороговую амплитуду, первое и второе упругие устройства 40, 60 периодически становятся зажатыми между массой 10 и телом 20 (более конкретно, - между первым и вторым смещающими устройствами 30, 50 и телом 20). То есть, первое и второе упругие устройства 40, 60 сжимаются в результате того, что первое и второе смещающие устройства 30, 50 во время осцилляций массы 10 подходят слишком близко к корпусу 20, поскольку первое и второе смещающие устройства 30, 50 в результате колебаний массы 10 относительно тела 20 двигаются относительно тела 20. Соответственно, в таких модификациях первое и второе упругие устройства 40, 60 еще действуют как "мягкие" ограничители или ограничительные упоры, которые ограничивают амплитуду колебаний массы 10.

Кроме того, в других модификациях вышеописанных вариантов осуществления первая и вторая тонкие шайбы 14, 16 могут быть заменены другими соответствующими кольцевыми или некольцевыми компонентами массы 10, которые обеспечивают прочное посадочное место для первого и второго упругих устройств 40, 60. Например, могут быть использованы соответствующие удерживающие кольца.

Более того, в других модификациях вышеописанных вариантов осуществления первое и второе упругие устройства 40, 60 могут содержать соответствующие винтовые пружины, объемы упругого материала, эластомерные устройства или отливки или другие упругие элементы.

Далее, в дальнейших модификациях вышеописанных вариантов осуществления преобразователь может содержать пьезоэлектрический элемент, который введен вместо электромагнитно связанных первого и второго устройств или вместе с ними. Этот пьезоэлектрический элемент должен бы быть расположенным таким образом, чтобы осцилляции массы относительно тела вызывали деформацию пьезоэлектрического элемента, а преобразователь должен бы быть сконфигурирован таким образом, чтобы преобразовывать деформацию пьезоэлектрического элемента в электроэнергию.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания интеллектуальных сенсорных систем, используемых в областях. Техническим результатом является повышение срока службы и уменьшение потерь энергии. Электромеханический генератор для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию содержит массу, упруго подсоединенную к телу посредством смещающего устройства и выполненную с возможностью совершать колебания у точки равновесия относительно тела с амплитудой колебаний; преобразователь, выполненный с возможностью преобразования колебаний массы у точки равновесия относительно тела в электрическую энергию, упругое устройство, расположенное между смещающим устройством и одним из массы и тела. Упругое устройство выполнено с возможностью быть деформированным между смещающим устройством и одним из массы и тела только тогда, когда амплитуда колебаний превышает предопределенную ненулевую пороговую амплитуду. Упругое устройство может содержать одно из винтовой пружины, уплотнительного кольца и пружинной шайбы, такой как тарельчатая шайба, криволинейная дисковая пружина, волнистая шайба и разрезная шайба. 5 н. и 37 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Электромеханический генератор для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию, при этом электромеханический генератор содержит массу, упруго подсоединенную к телу посредством смещающего устройства и выполненную с возможностью совершать колебания у точки равновесия относительно тела с амплитудой колебаний, преобразователь, выполненный с возможностью преобразования колебаний массы у точки равновесия относительно тела в электрическую энергию, и упругое устройство, расположенное между смещающим устройством и одним из массы и тела, при этом упругое устройство выполнено с возможностью быть деформированным между смещающим устройством и одним из массы и тела только тогда, когда амплитуда колебаний превышает предопределенную ненулевую пороговую амплитуду.

2. Электромеханический генератор по п. 1, в котором упругое устройство выполнено с возможностью контактирования со смещающим устройством, когда это упругое устройство деформировано между смещающим устройством и одним из массы и тела.

3. Электромеханический генератор по п. 1, содержащий твердое или жесткое устройство, выполненное с возможностью изоляции упругого устройства от смещающего устройства, когда это упругое устройство деформировано между смещающим устройством и одним из массы и тела.

4. Электромеханический генератор по любому из пп. 1-3, в котором упругое устройство установлено на одном из массы и тела.

5. Электромеханический генератор по любому из пп. 1-3, в котором, когда масса находится в точке равновесия, упругое устройство удалено от смещающего устройства.

6. Электромеханический генератор по п. 1 или 2, в котором упругое устройство установлено на смещающем устройстве.

7. Электромеханический генератор по любому из пп. 1-3, в котором, когда масса находится в точке равновесия, упругое устройство удалено от одного из массы и тела.

8. Электромеханический генератор по любому из пп. 1-3, в котором упругое устройство имеет коэффициент упругости, который больше, чем коэффициент упругости смещающего устройства.

9. Электромеханический генератор по любому из пп. 1-3, в котором упругое устройство содержит одно из пружинной шайбы, винтовой пружины и эластомерного устройства или отливки, такой как уплотнительное кольцо.

10. Электромеханический генератор по п. 9, в котором пружинная шайба выбрана из группы, состоящей из тарельчатой шайбы, криволинейной дисковой пружины, волнистой шайбы и разрезной шайбы.

11. Электромеханический генератор по любому из пп. 1-3 и 10, в котором упругое устройство представляет собой цельное эластичное устройство.

12. Электромеханический генератор по любому из пп. 1-3 и 10, содержащий пружинное устройство, расположенное между смещающим устройством и одним из массы и тела, и выполненное с возможностью смещать упругое устройство к одному из смещающего устройства и одного из массы и тела.

13. Электромеханический генератор по п. 12, в котором пружинное устройство содержит пружинную шайбу.

14. Электромеханический генератор по любому из пп. 1-3, 10 и 13, в котором масса упруго подсоединена к телу посредством смещающего устройства и второго смещающего устройства, при этом каждое из смещающего устройства и второго смещающего устройства смещает массу в соответствующее одно из двух противоположных направлений в сторону точки равновесия.

15. Электромеханический генератор по п. 14, в котором масса упруго подсоединена к телу для линейного вибрационного движения вдоль оси, а смещающее устройство и второе смещающее устройство удалены одно от другого вдоль этой оси.

16. Электромеханический генератор по п. 15, в котором упругое устройство имеет отверстие, через которое проходит ось.

17. Электромеханический генератор по п. 15 или 16, в котором упругое устройство является вращательно симметричным относительно оси.

18. Электромеханический генератор по п. 14, в котором электромеханический генератор содержит второе упругое устройство, расположенное между вторым смещающим устройством и одним из массы и тела.

19. Электромеханический генератор по п. 18, в котором второе упругое устройство содержит одно из пружинной шайбы, винтовой пружины и эластомерного устройства или отливки, такой как уплотнительное кольцо.

20. Электромеханический генератор по п. 19, в котором второе упругое устройство содержит пружинную шайбу, выбранную из группы, состоящей из тарельчатой шайбы, криволинейной дисковой пружины, волнистой шайбы и разрезной шайбы.

21. Электромеханический генератор по п. 20, в котором упругое устройство содержит первую тарельчатую шайбу, а второе упругое устройство содержит вторую тарельчатую шайбу, при этом первая и вторая тарельчатые шайбы расположены со своими внутренними сторонами, направленными одна к другой, направленными одна от другой или направленными в одном и том же направлении.

22. Электромеханический генератор для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию, при этом электромеханический генератор содержит массу, упруго подсоединенную к телу посредством смещающего устройства и выполненную с возможностью совершать колебания у точки равновесия относительно тела, преобразователь, выполненный с возможностью преобразования колебаний массы у точки равновесия относительно тела в электрическую энергию, и пружинную шайбу, расположенную между массой и телом.

23. Электромеханический генератор по п. 22, в котором пружинная шайба выбрана из группы, состоящей из тарельчатой шайбы, криволинейной дисковой пружины, волнистой шайбы и разрезной шайбы.

24. Электромеханический генератор по п. 22 или 23, в котором масса выполнена с возможностью совершать колебания у точки равновесия относительно тела с амплитудой колебаний, а пружинная шайба выполнена с возможностью быть деформированной между массой и телом, только тогда, когда амплитуда колебаний превышает предопределенную ненулевую пороговую амплитуду.

25. Электромеханический генератор по п. 22 или 23, в котором пружинная шайба расположена между смещающим устройством и одним из массы и тела.

26. Электромеханический генератор по п. 25, в котором масса выполнена с возможностью совершать колебания у точки равновесия относительно тела с амплитудой колебаний и в котором пружинная шайба выполнена с возможностью быть деформированной между смещающим устройством и одним из массы и тела только тогда, когда амплитуда колебаний превышает предопределенную ненулевую пороговую амплитуду.

27. Электромеханический генератор по п. 22 или 23, в котором масса упруго соединена с телом посредством смещающего устройства и второго смещающего устройства, при этом каждое из смещающего устройства и второго смещающего устройства смещает массу в соответствующее одно из двух противоположных направлений в сторону точки равновесия.

28. Электромеханический генератор по п. 27, в котором пружинная шайба расположена между смещающим устройством и одним из массы и тела и при этом электромеханический генератор содержит вторую пружинную шайбу, расположенную между вторым смещающим устройством и одним из массы и тела.

29. Электромеханический генератор по любому из пп. 22, 23, 26 и 28, в котором смещающее устройство содержит консольный элемент, такой как криволинейный консольный элемент.

30. Электромеханический генератор по п. 29, в котором масса и тело прикреплены к противоположным концам консольного элемента.

31. Электромеханический генератор по любому из пп. 22, 23, 26, 28 и 30, в котором тело содержит корпус, окружающий массу и смещающее устройство.

32. Электромеханический генератор по п. 31, в котором преобразователь содержит заключенное в теле первое устройство и заключенное в массе второе устройство, при этом второе устройство электромагнитным образом связано с первым устройством.

33. Электромеханический генератор по п. 32, в котором первое устройство зафиксировано относительно корпуса или образует по меньшей мере часть корпуса.

34. Электромеханический генератор по п. 32, в котором одно из первого и второго устройств содержит одно из одного или более магнитов, одной или более электропроводящих катушек и элемента из магнитопроницаемого материала, а другое из первого и второго устройств содержит одно из одной или более электропроводящих катушек, одного или более магнитов и комбинации одного или более магнитов и одной или более электропроводящих катушек.

35. Электромеханический генератор по любому из пп. 22, 23, 26, 28 и 30, в котором преобразователь содержит пьезоэлектрический элемент, расположенный таким образом, что колебания массы относительно тела вызывают деформацию пьезоэлектрического элемента, а преобразователь выполнен с возможностью преобразовывать деформацию пьезоэлектрического элемента в электроэнергию.

36. Транспортное средство, содержащее неподрессоренную массу, в котором в эту неподрессоренную массу включен, соединен с ней или установлен на ней электромеханический генератор по любому из пп. 1-35.

37. Транспортное средство по п. 36, в котором электромеханический генератор соединен с неподрессоренной массой или установлен на ней через упругое соединение.

38. Транспортное средство по п. 37, в котором упругое соединение выполнено с возможностью передавать на электромеханический генератор удар, которому подверглась неподрессоренная масса, при этом масса упруго подсоединена к телу для линейного вибрационного движения вдоль оси, и в котором этот удар подвергает неподрессоренную массу изменению скорости на величину между 0,5 и 5 м/с в направлении вдоль оси.

39. Сборка, содержащая осевую буксу для транспортного средства и электромеханический генератор по любому из пп. 1-35, включенный в эту осевую буксу, соединенный с ней, или установленный на ней.

40. Сборка по п. 39, в которой электромеханический генератор соединен с осевой буксой или установлен на ней через упругое соединение.

41. Сборка по п. 40, в которой упругое соединение выполнено с возможностью передавать на электромеханический генератор удар, которому подверглась осевая букса, при этом масса упруго подсоединена к телу для линейного вибрационного движения вдоль оси и при этом этот удар подвергает осевую буксу изменению скорости на величину между 0,5 и 5 м/с в направлении вдоль оси.

42. Способ преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию с использованием электромеханического генератора, при этом способ включает в себя этапы:

- обеспечения электромеханического генератора по любому из пп. 1-35 и

- обеспечения вибрации электромеханического генератора, тем самым вызывая колебания массы у точки равновесия относительно тела, тем самым вынуждая преобразователь преобразовывать колебания массы у точки равновесия относительно тела в электрическую энергию.