感應發(fā)電機和在使用感應發(fā)電機的情況下生成電流的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種感應發(fā)電機和在使用感應發(fā)電機的情況下生成電流的方法。
【背景技術】
[0002]例如在遙控開關中使用的已知的電磁能量轉換器基本上始終使用相同原理。通過帶有永磁體的電磁系統(tǒng)的運動或磁芯自身的運動造成在磁場回路內出現突然的磁通量變化，由此，在靜態(tài)地置于磁芯上的線圈內利用感應來生成電能。系統(tǒng)在開關過程中通常使用磁場回路的完全的磁極逆轉。
[0003]為了在公知的系統(tǒng)中改進發(fā)電機內的高的噪音生成而存在用于最小化在永磁體或磁芯碰撞時的損失的理念，其與在切換過程中的摩擦損失的升高相關。此外，為了提高效率還可以利用帶有傳動裝置的旋轉發(fā)電機來轉換電能。
[0004]DE 101 12 072 Al公開了一種具有操作機構的開關元件，其通過杠桿系統(tǒng)與開關元件的能量轉換器處于有效連接，從而使操作機構的運動可傳遞至能量轉換器。由此，能量轉換器將至少一部分用于操作操作機構的機械能量轉換為電能。
【發(fā)明內容】
[0005]基于此背景，本發(fā)明提供一種根據獨立權利要求的改進的感應發(fā)電機和生成電流的改進的方法。有利的設計方案由從屬權利要求和如下描述中得出。
[0006]在感應發(fā)電機方面，由下列關系計算出電能:
[0007]Ee=Em-Ev
[0008]Ev= E vni+EMg+Eve
[0009]在此，適用的是:
[0010]Ee=電能
[0011]Em=機械能量
[0012]Ev=能量損失
[0013]Evm =機械能量損失
[0014]Evmg =磁性能量損失
[0015]Evei=電能損失
[0016]此處提出的創(chuàng)造性的理念基于如下認識，即，當對于能量轉換來說，發(fā)電機的線圈代替明顯更重的電磁系統(tǒng)運動時，可以明顯提高感應發(fā)電機的效率。
[0017]參見能量公式可以更明顯地看清這個觀點。因此，針對動能或運動能量得到如下公式:
[0018]Ekin.= 0.5x m X V 2
[0019]在此，適用的是:
[0020]Ekin.=動能
[0021]m=質量
[0022]V =速度
[0023]按照如下方式計算出發(fā)電機的電能:
[0024]Eel.= U 2X t/R
[0025]在此，適用的是:
[0026]Eel.=電能
[0027]U =電壓
[0028]t =時間
[0029]R=電阻
[0030]V^U
[0031]因此，更有意義的是，代替關注質量或時間的增大或電阻的降低而關注速度或電壓的升高，尤其是鑒于如下事實，即，鐵磁回路內的磁通密度的靜磁只能自然地升高到一定程度，這是因為最好的軟磁材料也只能實現最多約2.4T的磁通密度。當然最好是將磁通密度或磁場盡量保持得很高；然而基于成本原因，選擇1.8T - 2.0T范圍內的磁通密度是有意義的(Fe、FeSi)。
[0032]根據本發(fā)明的實施形式，在電磁能量轉換的情況下可以決定性地改進效率，其方法是，取消相對較重的鐵磁回路元件(即，磁性元件或磁芯)，以便在短的路徑上盡量快速地加速并在循環(huán)結束時盡量快速地制動。
[0033]利用此處提出的理念現在可以轉換最大部分的能量，否則這些能量會在碰撞中無用地消耗掉。附加地還可以降低噪音生成和延長發(fā)電機的使用壽命。此處所提出的感應發(fā)電機的高的效率尤其是歸功于如下事實，即，不再需要用于加速相對難以運動的電磁系統(tǒng)的力。附加效果是也不用考慮線性支承可運動部件的機械損失和由相對低的固有頻率導致的危險，即，系統(tǒng)在實際的振動頻譜中處于不期望的共振中并且生成能量，這在遙控開關中可能導致生成不期望的遙控信號。
[0034]根據在此提出的方式，使磁芯完全換極是多余的。因而可以降低系統(tǒng)成本，這是因為對磁芯所用材料或最終退火沒有特別高的要求。必須沒有或只有少量磁性損失。根據本發(fā)明的實施形式構造的感應發(fā)電機不需要降低效率的傳動裝置，并且沒有在機械上易受影響的復雜結構，而是會統(tǒng)一對于尤其是用于自主遙控系統(tǒng)的最佳的機電能量轉換器來說重要的全部標準。這些標準包括小的結構空間，高的能量密度，高的效率，短的激活路徑，小的激活力，少的噪音生成，盡量恒定的能源大小，不依賴于操作速度的功能，相對于溫度變化的耐用性，機械耐用性以及小的制造成本。
[0035]所描述的方式適應對自主遙控系統(tǒng)不斷提高的要求，自主遙控系統(tǒng)可以以高的發(fā)射功率和多次重復來實現復雜的遙控協議，例如KNX-RF，ZigBe，藍牙低功耗(BluetoothLow Energy)或W-LAN。這只能使用功率非常強大的發(fā)電機(0.7至2mWs)。簡單擴大公知的能量轉換器在此不是主要目標，這是因為這種系統(tǒng)的可操作性基于不斷增加的操作力和尺寸以及增強的噪音生成而被排除或很難實現。下述感應發(fā)電機可以用于這種應用領域，其中，在小的結構形式的情況下需要大的能量輸出。
[0036]感應發(fā)電機具有生成永磁場的至少一個永磁體、引導永磁場的至少一個回流板、線圈和彈簧元件，其中，永磁體和回流板的至少一個區(qū)段通過被永磁場穿過的氣隙彼此分開，并且其中，線圈與彈簧元件連接并且線圈的至少一個區(qū)段可運動地布置在氣隙中，其特征在于，彈簧元件構造用于根據線圈的偏轉導致線圈的至少一個區(qū)段在氣隙內橫向于永磁場在氣隙之內的磁通量的振蕩運動
[0037]感應發(fā)電機或電動發(fā)電機是一種裝置，其構造用于利用電磁感應生成電流或電壓。這種感應發(fā)電機例如可以與例如用于接通和關閉照明裝置的自主遙控開關組合使用。至少一個永磁體或恒磁體例如可以具有鐵、鈷、鎳或鐵氧體或由這些金屬的多個組成的合金，并且構造用于形成靜態(tài)磁場，永磁場。永磁體可以一體是地形成并且在對置側面具有方向相反的極，南極和北極。永磁體例如可以在對置的側面具有由導磁率高的材料制成的極靴。對應于永磁體的極性，其中一個極靴可以形成北極，另一個極靴形成南極。利用極靴的幫助，由永磁體生成的磁通量能夠以限定的方式引導和分布。替選地，永磁體可以是多件式的并且例如由至少兩個或多個永磁體元件組成。
[0038]根據實施形式，分別代表獨立的永磁體的這兩個永磁體元件可以通過共同的連接板彼此連接。在此，這兩個永磁體元件可以保持間隔地貼靠在連接板上，從而其中一個永磁體元件的北極和另一永磁體元件的南極貼靠在連接板的表面上并且對應于整個總體結構地構造出u形的永磁體。u形的永磁體的極面可以位于一個平面內，振蕩運動可以平行于該平面。連接板可以構造為平面長方形的板，以便在各個永磁體元件之間最佳地引導磁通量?；亓靼蹇梢栽诓牧?、結構和尺寸方面與連接板相似或與其相同，并且用于確保磁通量的環(huán)形走向。永磁體和回流板可以彼此對置地布置，其中，兩個永磁體元件的回流板和連接板例如形成由此形成的電磁系統(tǒng)的上側或下側?；谟呻姶畔到y(tǒng)的這種結構生成的環(huán)形磁通量，永磁場可以在氣隙內具有兩個方向相反的磁流。
[0039]線圈可以具有由一個或多個線，例如銅線組成的繞組并且與彈簧元件連接，從而根據一個實施形式，其平行于繞組平面，根據另一實施形式，其可圍繞在繞組平面內延伸的轉動軸線偏轉地支承在至少一個氣隙內。線圈的偏轉可以通過感應發(fā)電機的偏轉器件實現，以便啟動能夠通過彈簧元件實現的線圈振蕩運動。
[0040]振蕩運動可以是阻尼振動，其強度根據彈簧元件的特有結構和/或特有彈簧力，隨著時間衰減并最終消失。通過橫向于磁通量或磁流的線圈振動可以在線圈繞組內感應出交流電?？梢允褂靡粋€或多個彈簧元件，它們承載線圈并且可以實現線圈的振蕩運動。彈簧元件可以是適當地實施的彈簧，例如彎曲彈簧、扭轉彈簧、拉力彈簧或壓力彈簧。
[0041]根據感應發(fā)電機的實施形式，永磁體、回流板和彈簧元件端部可以固定或位置固定地固定在感應發(fā)電機的承載結構上。該實施形式的優(yōu)點是，相對較重的電磁系統(tǒng)元件尤其是可以靜態(tài)地用于生成電流，由此可以最小化噪音生成并延長感應發(fā)電機的使用壽命。感應發(fā)電機的結構大小同樣可以更小，這是因為承載結構不必承受由于加速重的磁體而帶來的負荷。承載結構可以是感應發(fā)電機的殼體或殼體的一部分。線圈可以通過彈簧元件可運動地相對于承載結構并且因而相對于永磁場支承。
[0042]根據實施形式，永磁體和回流板通過氣隙彼此分開。因而在永磁體與回流板之間不能存在接觸點。此外，線圈可以可運動地布置在氣隙內。在此，整個線圈可以位于氣隙之內。彈簧元件可以構造用于根據線圈的偏轉導致線圈在氣隙內橫向于永磁場在氣隙之內的磁通量的振蕩運動。按照有利方式，振蕩運動可以包括彼此反向的線圈線性運動。
[0043]感應發(fā)電機可以以如下方式實施，即，永磁場形成磁場回路，其磁通量從永磁體的第一極穿過氣隙的第一區(qū)段、回流板和氣隙的第二區(qū)段流至永磁體的第二極。在此，線圈的第一繞組半部布置在氣隙的第一區(qū)段內，線圈的第二繞組半部布置在氣隙的第二區(qū)段內。這些繞組半部可以布置在線圈的彼此對置的側面上。因此可以有利地確保的是，線圈的這兩個繞組半部承受最大強度的磁效應。相應可以在利用簡單的器件生成電流時獲得高效率。
[0044]線圈的中間軸線可以平行于或近似平行于磁通量地延伸穿過氣隙的第一區(qū)段和第二區(qū)段。線圈繞組圍繞線圈中間軸線延伸，從而中間軸線可以相對于線圈的包圍繞組的繞組平面正交地取向。利用線圈相對于磁通量成直角的取向，按照有利方式可以通過振蕩運動在線圈繞組內感應出最大電壓。
[0045]根據另一實施形式，