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CN100524870C - 具有可调共振频率的能量收集器 - Google Patents

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CN100524870C
CN100524870C CNB2004800437925A CN200480043792A CN100524870C CN 100524870 C CN100524870 C CN 100524870C CN B2004800437925 A CNB2004800437925 A CN B2004800437925A CN 200480043792 A CN200480043792 A CN 200480043792A CN 100524870 C CN100524870 C CN 100524870C
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piezoelectric
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J·蒂森
G·P·奥布莱恩
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Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Societe de Technologie Michelin SAS
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Abstract

本主题公开了用于从环境感应的振动收集动力的器件、系统和方法。公开了压电器件(24)和结构可与电磁的(100)和电容性(92、94)元件组合采用，以增强压电器件(24)的动力收集能力。电磁的(100)和电容性(92、94)元件可用于辅助保持系统机械共振，以最大化能量收集能力。根据本主题的方法的动力收集器件和系统可与运动敏感应用的传感器并行运行，由此提供自供电的监测能力。

Description

具有可调共振频率的能量收集器
技术领域
[0001]本发明通常涉及一种用于收集由暴露于主结构的机械能和振动的压电结构产生的能量的紧凑的、小型化的设备和相应的方法。实际上，主结构可对应于任何的物体设备，但本技术尤其适合于与传感器应用的集成。
背景技术
[0002]在许多传感器应用中，需要动力来操作相关的电子组件，然而由于维持问题而不便于或由于空间和数量限制而不能提供通过常规的装置例如电池或燃烧过程来提供该动力，其经常是不便的。就此而论其对能够实现能搜集环境动力、即存储在局部振动中的动力并将其转换成有用电能的紧凑的、小型化的动力收集系统是非常有利的。如果还可使用产生该动力的相同技术作为传感器则将是更有利的，这是因为上述能够大大简化传感器设计并减小整个封装尺寸。最后，由于可以从机械共振系统获得大量能量，所以如果这种动力-收集传感器的共振在电力控制下具有动态调节的其机械共振，则是更有利的。
[0003]这种技术的应用包括用在振动机器上远距离分布的后场传感器组，以提供用于读出的自供电传感器和例如RF传输的均衡通信。这种布置从安装和保持的观点看是非常方便的。利用分布式传感器网络的结构健康监测不仅独立供电而且独立报告。
[0004]这种类型的动力-收集器件还可用于地球物理探测或用作自然地球物理学事件的报警/数据记录器。在探测的情况下，来自能量源例如振动器的振动能量可用于提供动力远距离传输数据。这将大大地简化地震记录装置的分布，因为其将不需要敷设电缆。这种系统还包括GPS接收器，以便在土地勘测期间从地震检波器布置消除勘测的步骤。操作该装置的动力来自与物理载送该装置和将其配置在勘测点上有关的振动以及由地震波产生的能量。在地球物理事件监测的情况下，地震检波器阵列遥远地放置在可能事件震中周围并且在发生事件时开始发送信息。通过消除传输系统的电池，可以廉价地制备这些传感器，如果它们如同在火山或其它地质活动的情况下变得受损则其将是有利的。
[0005]这种系统还可用作军用或安全应用中的报警器，其中从军用或其它交通工具的振动产生的动力能唤起传感器并用于警告传输。在所有的这些应用中，研究振动谱还用于提供关于系统健康的信息或识别特定的事件或甚至特定的交通工具。这种器件还可用于给起搏器或能从佩戴者的运动产生动力的其它入侵健康监测或健康支持系统提供动力。
[0006]另一可能的应用涉及轮胎和用于轮胎的传感器。在许多内轮胎传感器组中，认为需要连续的数据传输。这需要考虑安全和性能原因。例如，虽然温度和压力可在正常操作的过程期间慢慢改变，但内轮胎温度和压力监测的实际优点之一是在它们出现之前改变灾难性故障的驱动器。这种故障事件会以高速非常迅速地发展；因此需要更连续的监测。美国专利No.5,749,984(Frey等人)公开了一种轮胎监测系统和能够确定这种信息作为轮胎监测、轮胎速度和轮胎旋转数的方法。可以在美国专利No.4,510,484(Snyder)中找到轮胎电子系统的另一实例，其涉及反常的轮胎调节警告系统。美国专利No.4,862,486(Wing等人)也涉及轮胎电子设备，尤其公开了结合自动和载重轮胎使用的示范性转数表。
[0007]而且在能使交通工具轮胎用作与许多交通工具控制系统结合的实时传感器中存在公认的优点，其非限制性实例包括防锁制动系统(ABS)、转向控制和牵引控制。在这种应用中，关键是信息连续地并且对相关的控制系统以最小时间偏差地传输。这种需要强制考虑连续的数据传输和提供动力给连续数据传输器件的方法。提供轮胎电子系统动力的典型解决方案对应于使用非可再充电电池，其固有地提供麻烦给轮胎使用者，因为正确的电子系统操作取决于周期电池替换。尤其是以显著量使用时，常规的电池一般还包含环境不友好且其提供布置关系的重金属。更进一步地，当提供动力给复杂级功能为特征的电子应用时，电池倾向于很快耗尽它们的能量储存。电池储存耗尽在以例如从卡车车轮位置到卡车屋中的接收器相对远的距离传输信息的电子系统中尤其流行。在这种考虑下，容易明显的是，由于许多原因电池不是所希望的。因此本领域中主要发展是寻找从对于轮胎振动和变形源内在的净化功率的装置。
[0008]由集成有轮胎结构的电子系统提供的另一可能的能力符合用于商业车辆应用的资产跟踪(asset tracking)和性能特性。商业卡车舰队、航空器和推土机/采矿车辆是能利用自供电轮胎电子系统和相关信息传输的优点的所有可持续性工业。自供电传感器能确定距离，车辆中的每个轮胎都行进并由此帮助这种商业系统的维持计划。对于更昂贵的应用例如涉及土地-采矿设备的应用，可最佳化车辆位置和性能。车辆的整个舰队能利用RF标记传输跟踪，其示范性方面公布在美国专利No.5,457,447(Ghaem等人)中。
[0009]这种集成的轮胎电子系统通过各种技术和不同的动力产生系统常规地供电。用于从轮胎移动产生能量的机械特性的实例公布在美国专利No.4,061,200(Thompson)和3,760,351(Thomas)中。这种实例提供通常不优选结合现代轮胎应用的大容量的、复杂的系统。用于供应轮胎电子系统动力的另一选择公布在美国专利No.4,510,484(Snyder)中，其涉及在轮胎的放射状中心线周围对称配置的压电簧片电源。
[0010]意识到，早已认识到了压电材料的某些优点。然而，这种技术在不断改进，由此能够提供以改进的工作能力利用压电材料的应用。在压电技术中相对新发展的实例提供在美国专利No.5,869,189(Hagood，IV等人)和6,048,622(Hagood，IV等人)中，涉及结构控制的复合材料。目前公布的技术涉及压电技术的进一步发展，以便为了能量收集可以小型化压电动力产生装置，并且在某些情况下同时用作传感器，并且实质上可以一起与任一振动产生装置或结构集成以提供自供电系统和装置。
[0011]前述美国专利的所有公开都全面地并入本申请中用作参考。虽然已研究了各种动力产生系统，但没有出现通常包含如在下文根据主题技术提出的所有所需特性的设计。
发明内容
[0012]鉴于所认识的现有技术中遇到的和本主题提出的特征，已研究了用于收集振动能的改进器件、系统和方法。利用压电技术来转换机械应力和与对电荷机械感应振动相关的张力，可收集该电荷以给许多各种器件提供工作功率。
[0013]根据所公开技术的某些方面，提供了用于能够从对采用器件的环境内在的振动能源产生动力的这种器件的小型化器件、系统和方法。本技术的器件可以以致密的形式制造，并且尺寸从中等尺度到微尺度。用于制造本技术的器件的方法与标准CMOS工艺的后端一致，能够使这些动力-收集器直接集成到复杂的CMOS型工艺中以便可以研究芯片上系统。用于本技术器件制造的可选方法还包括精度微加工和铸造。微加工提出了提供使器件小型化到封装功率发生器的程度以这种方式使它准备好贴附到封装的集成电路上的前景。甚至能够将单片功率收集器件和调节线路直接安装到集成电路的管芯上。
[0014]根据所公开技术的更具体的方面，本主题的一个方面是提供自供电的电子组件。这种电子组件是通过从集成的压电结构收集能量自供电的，并且与众多电子应用一致。一个示范性电子应用涉及一种轮胎监测系统，设计其以测量和传送关于轮胎条件例如压力和温度的信息以及例如轮胎旋转数或通常的轮胎识别振动的其它信息。
[0015]本技术的某些示范性电子应用的另一方面涉及地球物理监测系统，设计其以监测和/或测量从自然出现事件感应的或从车辆或其它机器的移动引起的地面振动。这种应用涉及提供自供电的监测器件，设计其以监测由地震、火山活动或其它自然出现地质事件引起的地面振动。应用还涉及提供自供电的监测器件，用于检测地面和由车辆、机器引起的其它振动、或关于保护的、安全或军事关系的活实体。
[0016]本技术另一示范性应用的另一其它方面涉及自供电的病态磨损(patient worn)或植入的医用器件。自供电的起搏器和健康监测器件可通过收集从病人/佩带者的运动产生的能量供电。
[0017]本主题电子系统和本技术的专用动力-产生器件的各种特征和其它方面提供了多个优点。所公开的技术提供了不依赖于电池移位的自供电电子系统。尽管电池和电池操作器件仍与本主题的方面结合，但根据本技术消除了关于由电池单独供电的电子器件的许多复杂性。
[0018]本主题的另一方面是关于能够通过由本技术提供的动力源操作的电子设备的类型和数量的较少限制。由除根据所公开的压电技术之外的常规方法供电的电子设备一般限制于超低功率器件。根据目前公开技术的器件未必受到这种极限功率的限制。当可能利用更多组件和/或更高级设备时，目前公开的技术的这个方面进一步便于自供电电子设备的更大功能性。
[0019]本主题的另一方面是可以根据各种现有应用使用所公开的用于产生功率和利用这种功率的系统和方法。测量能力、监测和警告系统、车辆反馈系统、和资产追踪潜能能够用于例如商业卡车舰队、飞机和采矿/推土机设备的应用。
[0020]本主题的一个示范性实施例对应于用于电性控制系统机械共振同时增加能量收集的量的方法。尤其是，本主题的实施例对应于将力施加到系统的移动组件以调节系统的共振来更紧密地对应环境内在振动的方法。这些实施例中之一包含在压电器件和其支撑结构之间耦合的电容器极板的使用。这些实施例的另一个使用磁体和线圈布置。
[0021]本主题的另外实施例对应于以双作用形式通过使用机械的、电的或电磁方法将力应用到系统的移动组件上的方法。
[0022]最后，本技术的其它实施例对应于用于以平面形式适合于利用微加工技术、光刻技术、剥落工艺和晶片键合技术制备来具体化本技术的方法。
[0023]提出了本主题的另外方面和优点，或从在此的详细描述对于本领域普通技术人员是显而易见的。而且，应当进一步意识到，可以以本发明的各种实施例和使用来实施对于具体示例的、优选的和论述的特征和步骤的修改和改变，而不脱离本主题的精神和范围。改变包括、但不限于那些示例的、引用的或论述的等效方式、特征或步骤的代替物、以及各种部件、特征、步骤的功能的、操作的或位置反转等。
[0024]进一步地，要理解，本主题的不同实施例以及不同目前优选的实施例包括目前公开特征、步骤或元件的各种组合或结构或它们的等效物(包括未清楚地示于图中或在上述图的详细描述中陈述的特征、部件或步骤的组合或其结构)。在该概括部分中未必明确的本主题的另外实施例，包括和并入在以上所概括目的中引用的特征、组件或步骤、和/或在本申请中论述的其它方式的其它特征、组件或步骤的方面的各种组合。一旦回顾了说明书的剩余部分，本领域中普通技术人员则将更好地理解上述实施例以及其它的特征和方面。
附图说明
[0025]在该说明书中提出了本主题的全面的和允许的公开，包括其对于本领域普通技术人员最好的模式，其参考附图，其中：
[0026]图1(a)和1(b)示例了根据本主题的示范性实施例用于调节能量收集系统的机械共振频率的磁体和线圈结构；
[0027]图1(c)示例了本主题实施例的双作用磁体和线圈结构，描写了提供增强能量收集能力的图1(a)实施例的一个变形；
[0028]图2(a)示例了反映图1(a)的磁性结构的本主题示范性的电容变形；
[0029]图2(b)示例了与图2(a)相似的结构，但示例了检验块(proofmass)和电容器极板之间的改进角度(modified angle)。
[0030]图2(c)示例了本主题的双作用电容器结构，描述了提供增强能量收集能力的图2(a)实施例的一个变形；
[0031]图3(a)、3(b)和3(c)示例了本主题的可选示范性实施例，其中象弹簧一样使用压电器件，以及提供磁性和电容能量收集增强；以及
[0032]图4(a)和图4(b)示例了适合于微电机械系统(MEMS)实施的本主题平面结构的第一示范性实施例的平面图和侧视图。
[0033]重复使用贯穿本说明书和附图的附图标记指的是代表本发明相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
[0034]如在本发明部分的发明内容中所论述的，本主题尤其涉及用于收集利用压电器件由机械振动产生的动力的改进系统和方法，以给各种电子系统提供工作功率，以及，任选地，用作这种电子系统的传感器。
[0035]图1(a)示例了本主题的第一实施例。更具体地，图1(a)示例了采用用于收集数量超过希望单独使用压电材料的能量的能量的电磁方法的本主题的实施例。具体参考图1(a)，所示例的示范性实施例示出了贴附到挠性构件或悬梁34的压电器件24。压电器件24对应于压电单晶、锆钛酸铅(PZT)、锆镧钛酸铅(PZLT)或具有压电性质的其它材料。可选地，压电器件24对应于单晶单一形态(unimorph)或可利用在Journal of the Korean Physical Society第32卷1998年2月由Lang和Li的“Rainbow Ceramics：Processing Techniques；Piezoelectric，Dielectric and Pyroelectric Properties；and Polarization Distribution asDetermined with SLIMM”中描述的氧化还原技术来制备，其为了所有目的并入这里。
[0036]悬梁34对应于非压电材料并包括这种材料，如黄铜、Ni、NiTi合金、弹簧钢、FeNi合金等。应当清楚地理解，当压电器件涉及动力收集结构时，可用本技术的压电器件组件的准确配方不是本主题的限制因素，而是本主题主要与这种压电器件的各种布置有关。
[0037]进一步参考图1(a)，将检验块90贴附到悬梁34的自由端。当检验块90由于环境感应振动加速时，压电器件24的压电材料扭曲了并且产生了电荷。而且，根据本主题，本技术的该实施例提供了包括另外的磁体和线圈布置形式的能量收集元件。在该结构中，检验块90对应于磁性元件，当受到外部感应振动时，可将产生电能量的线圈100内外的振动添加到从组合部分在压电器件24中产生张力的环境感应振动收集的能量。应当意识到，由压电器件24和磁体和线圈布置产生的能量取决于环境感应振动，由此，可使用由压电器件24和/或磁体和线圈布置中任一个或两个产生的信号作为表示环境感应振动的传感器信号。
[0038]根据本主题的更具体的特征，图1(a)中所示例主题的实施例还示例了本主题另一显著的特征，即本主题提供了借助控制器件110动态控制机械系统的共振频率的能力。如可从图1(a)看到的，压电器件24一端借助导体18耦接至导电框式支架20，另一端借助导体12耦接至电线圈100的一端。电线圈100的另一端借助导体14连接至控制器件110，并且控制电路110的导电路径借助连接至导电框式支架20的导体16来完成。通过控制线圈100两端的电压和/或通过线圈100的电流，可控制由线圈100产生的电磁场施加到磁性检验块90上的力。施加到检验块90上的力的这种控制可用于动态地控制系统的机械共振频率，反之，其通过使机械结构的共振与现有振动模式的频率匹配，来提供最优化从该系统收集的能量的能力。
[0039]图1(b)示例了本主题的另一示范性实施例，其中端部由支撑结构50、52支撑的双夹紧压电器件26代替图1(a)中所示例的悬臂式压电器件24。耦接至压电器件26中间部分的磁性检验块90和线圈100也用在本主题的该实施例中，并执行与关于图1(a)描述的本主题实施例所描述的功能相似的功能。在该实施例中，压电器件26可实施为单一形态(unimorph)器件，尽管可使用其它结构。尽管未示例于图1(b)中，但可与压电器件26和电线圈100组合采用与图1(a)中所示例的控制电路110相似的控制电路，动态地控制图1(b)系统的机械共振频率，以与关于图1(a)所描述的相同的方式通过使机械结构的共振与现有振动模式的频率匹配来最优化从该系统收集的能量。
[0040]图1(c)示例了在前示例于图1(a)中的本主题实施例的变形。在该变形中，以双作用形式提供超过图1(a)所示例系统的增强的能量收集能力，其中配置第二电线圈100′和第二磁性检验块90′与磁性检验块90和电线圈100相一致运行，以使增加的收集能量加倍。如同图1(a)所示例的实施例，控制电路110可经由导体14′、导体18、电导电框架20和导体16耦接至电线圈100′和压电器件24，以提供所施加到磁性检验块90、90′上的力的动态控制，目的是提供该机械系统的机械共振频率的动态控制，由此通过使机械结构的共振与现有振动模式的频率匹配来最优化从该系统收集的能量。基于前述情形，本领域普通技术人员应当明白，通过以如图1(c)所示例的相同的方式重复组件，该相同的双作用观念可施加到图1(b)中示例的结构上。
[0041]图2(a)和图2(b)示例了本主题另外的实施例。图2(a)和图2(b)中示例的实施例与图1(a)相似，即提供了支撑贴附于此的压电器件24的悬梁34。如由它们的共同数字标记所表示的，以与图1(a)中所示例的本主题的实施例所示例和描述的相似的方式和它们的相应元件相似的材料来构造压电器件24和悬梁34。
[0042]检验块92(图2(a))和96(图2(b))提供了与在前所示例实施例的检验块90相似的机械功能，即，当检验块92或96由于环境感应振动加速时，压电器件24的压电材料变形了，并产生了电荷。在本主题的该实施例中，检验块92、96还以与由在前实施例的检验块90提供的功能相似的方式提供了双重功能。在图2(a)和图2(b)所示例的本主题的实施例中，检验块92、96对应于电容器的可移动电极。因此，可构造检验块92、96的材料本质上未必是磁性的，而是该材料至少是导电的。以相同的方式，元件94(图2(a))和98(图2(b))对应于分别由导电框架20支撑的电容器的固定电极。由电极92、94和96、98形成的电容器分别与压电器件24协作，以与在前实施例的磁体和线圈布置相同的方式辅助从感应振动收集另外的能量。在该实施例中，借助检验块92、96的移动响应于环境感应振动从压电材料24中感应的应力产生的电荷通过导电框架20传送给由电极92、94和96、98形成的电容器。当环境振动产生检验块的移动和电容器电极92、94和96、98的合力移动时，可从该系统收集另外的能量。带电电容器极板的强制分离将产生在电路内流动的另外电流，其导致另外的能量收集能力。
[0043]如图所示例的，图2(b)所示例的实施例不同于图2(a)之处在于电极96、98的倾斜定位。可提供这种倾斜结构来适应当杠杆臂偏斜时产生的可能的电容性边缘效应。
[0044]在该实施例中没有忽略的也是使用控制电路110′以影响该结构的机械共振频率的动态控制，目的是通过使该结构的共振与现有振动模式的频率匹配最优化能量收集能力。通过控制由电极对92、94和96、98形成的电容器两端的电压和穿过该电容器的电流，可控制施加到检验块的力，由此，控制该系统的机械共振频率。还应当意识到，象在前实施例中的磁体和线圈动作产生的信号一样，可采用从电容器元件的动作产生的电容值变化作为动作敏感传感器源。
[0045]现在参考图2(c)，将看到以与关于压电和双线圈组合的图1(c)所示例的相同的方式以双作用压电和双电容性组合形式配置图2(a)中在前示例的器件的可能性。而且，如图2(c)所示例的，可与这种双作用结构组合使用控制电路110′以提供相对电容器的受控载荷，因此，该系统的机械共振频率的控制产生了最优化的能量收集能力。
[0046]图3(a)、3(b)和3(c)示例了本主题的另一示范性实施例。在这些实施例中，可通过环境感应振动的力朝着下部的块210加速上部的检验块200。插销220靠着支撑结构(未示出)原状刚性地支撑下部的块。在该结构中，一对应力压电元件240形成弹簧并提供耐受任意环境感应振动的力的恢复力。压电元件240的挠曲导致元件中的应力，因此，产生的电能可通过适当的方式收集。如所示的，可提供对基本动力收集能力的在前论述的电磁性或电容性增强。图3(a)示例了穿过线圈250布置的可能电磁性增强，以便上部的检验块200穿入穿出线圈250，以产生在线圈250内流动的可收集电流，而图3(b)表示正(+)和负(-)极性，检验块200、210的端部部分形成电容性板，同样，能够以与在前描述的实施例相似的方式提供另外的可收集能量。如所示例的，图3(b)代表根据本主题的动力-收集器的示范性实施例的电容性增强实施例的正视图，而图3(c)代表动力-收集器件的侧视图。
[0047]应当意识到，如同图1(a)和图2(a)中所示例的实施例一样，可配置外部控制电路(未示出)来控制本主题的图3(a)实施例的线圈250的电压和流过该线圈的电流以及控制由图3(b)和3(c)中所示例的实施例中的电极200和210形成的电容器两端的电压和穿过该电容器的电流，由此可产生受控力来动态地控制该机械系统的共振以最优化能量收集操作。而且在这些实施例中能够采用压电器件本身作为力产生元件，如公知这种器件不仅当受到应力时产生能量，而且当施加能量时产生弯曲。而且，还应当意识到，这些器件的双作用结构也是可能的。
[0048]图4(a)和图4(b)示例了利用在此提出的基本概念可具体化为平面的微-电机械系统(MEMS)形式的方法。在前提出的基本结构的平面变形能够使本主题利用典型的微加工技术来制备。图4(a)和图4(b)分别示例了本主题第一平面实施例的平面图和侧视图。如所示例的，具有固定于此的压电层的弹簧部件300朝着刚性部件310延伸。这些部件具有贴附于它们上的电容器极板320、322并将以与本主题的许多在前描述的电容性增强实施例非常相似的方式运行。另外，本主题的该平面结构还包括以与在前论述的实施例相似的方式提供动态共振频率控制的控制线路。本领域普通技术人员还应当清楚，本主题的平面实施例可以通过以互反关系配置所示例器件的镜像制作双倍作用。
[0049]与利用用于微-电机械系统(MEMS)类型应用的许多薄膜压电材料相关的问题之一是压电薄膜沉积工艺与硅器件工艺的不相容性。这些中的一些缺陷包括硅(Si)扩散到压电膜中，其损害了膜还原或破坏压电性质和产生具有可接受压电活性的薄膜所需要的高温沉积，这些温度与后端硅器件制造工艺的热预算不相容。
[0050]基于用于MEMS应用的压电膜的其它缺陷包含蚀刻选择性和构图。这些问题使得实现这种器件更复杂和昂贵，一般需要使用外来材料系统和子标准(son-standard)制造工艺。具有压电薄膜的另一问题是大部分沉积技术产生多晶层，其相比单晶压电材料具有减小的电和机械性能。利用压电薄膜的决定性缺陷是膜一般是机械易碎的事实。另一方面，对于相当大的应力一般设计MEMS器件。基于这些考虑，认为能够克服这种器件中的应力限制的制备方法是有利的。
[0051]为了处理这些问题，本主题公开了一种方法，由此这种器件可利用标准的湿法化学蚀刻、标准的光刻技术、标准的剥离工艺和标准的晶片结合技术来实现。该技术还提供了机械制备具有内应力感应的热膨胀系数(CTE)的有利单晶/金属单一形态(unimorphs)以机械地增强压电层的可能性。压电层的机械增强以这种方式能够使它们经受得住大的机械偏斜。
[0052]虽然已关于其具体实施例详细地描述了本主题，但本领域技术人员将意识到，一旦获得前述的理解就容易产生这种实施例的改变、变形和等效物。因此，本公开的范围是用于实例的，而不是用于限制，并且该主题公开不排除包含对如本领域普通技术人员容易明白的本主题的这种修改、变形和/或附加。

Claims (10)

1.一种能量收集设备，用于收集环境固有振动能量并将其转换成电能，包括：
压电器件；
支撑结构，所述支撑结构固定所述压电器件的至少一部分，使得该部分不会沿着至少一个轴进行相对运动；
检验块，其耦接至所述压电器件的另一部分；以及
力产生装置，用于将可控力施加到所述的检验块上；
由此环境固有振动能量产生检验块的移动和随之发生的在压电器件中的应力，由此产生了电能，并且所述力产生装置调节能量收集设备的共振频率以与现有的环境固有振动能量的频率一致。
2.如权利要求1所述的能量收集设备，其中所述的力产生装置包括耦接至所述检验块的至少一个运动敏感电气元件，用于增强所述能量收集设备的能量收集能力。
3.如权利要求2所述的能量收集设备，其中所述的运动敏感电气元件包括至少一个电容器，并且其中所述至少一个电容器的电容量值依赖于环境固有振动能量变化。
4.如权利要求3所述的能量收集设备，其中所述的压电器件、所述的支撑结构和所述的电容器在共同的平面上对准。
5.如权利要求2所述的能量收集设备，其中所述的运动敏感电气元件包括磁性耦接至所述检验块的电磁线圈。
6.如权利要求2所述的能量收集设备，其中所述的运动敏感电气元件包括耦接至所述检验块的第二压电器件。
7.如权利要求1所述的能量收集设备，进一步包括：
第二力产生装置，其以与所述力产生装置相对的定向耦接至所述检验块，由此该力产生装置和第二力产生装置的可选操作提供双作用能量收集能力。
8.如权利要求7所述的能量收集设备，其中所述的力产生装置和所述第二力产生装置两个都包括磁性装置。
9.如权利要求7所述的能量收集设备，其中所述的力产生装置和所述第二力产生装置两个都包括电容性装置。
10.如权利要求1所述的能量收集设备，其中所述的力产生装置进一步包括用于动态控制由该力产生装置产生的力的线路。
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