感应发电机和在使用感应发电机的情况下生成电流的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种感应发电机和在使用感应发电机的情况下生成电流的方法。
【背景技术】
[0002]例如在遥控开关中使用的已知的电磁能量转换器基本上始终使用相同原理。通过带有永磁体的电磁系统的运动或磁芯自身的运动造成在磁场回路内出现突然的磁通量变化，由此，在静态地置于磁芯上的线圈内利用感应来生成电能。系统在开关过程中通常使用磁场回路的完全的磁极逆转。
[0003]为了在公知的系统中改进发电机内的高的噪音生成而存在用于最小化在永磁体或磁芯碰撞时的损失的理念，其与在切换过程中的摩擦损失的升高相关。此外，为了提高效率还可以利用带有传动装置的旋转发电机来转换电能。
[0004]DE 101 12 072 Al公开了一种具有操作机构的开关元件，其通过杠杆系统与开关元件的能量转换器处于有效连接，从而使操作机构的运动可传递至能量转换器。由此，能量转换器将至少一部分用于操作操作机构的机械能量转换为电能。
【发明内容】
[0005]基于此背景，本发明提供一种根据独立权利要求的改进的感应发电机和生成电流的改进的方法。有利的设计方案由从属权利要求和如下描述中得出。
[0006]在感应发电机方面，由下列关系计算出电能:
[0007]Ee=Em-Ev
[0008]Ev= E vni+EMg+Eve
[0009]在此，适用的是:
[0010]Ee=电能
[0011]Em=机械能量
[0012]Ev=能量损失
[0013]Evm =机械能量损失
[0014]Evmg =磁性能量损失
[0015]Evei=电能损失
[0016]此处提出的创造性的理念基于如下认识，即，当对于能量转换来说，发电机的线圈代替明显更重的电磁系统运动时，可以明显提高感应发电机的效率。
[0017]参见能量公式可以更明显地看清这个观点。因此，针对动能或运动能量得到如下公式:
[0018]Ekin.= 0.5x m X V 2
[0019]在此，适用的是:
[0020]Ekin.=动能
[0021]m=质量
[0022]V =速度
[0023]按照如下方式计算出发电机的电能:
[0024]Eel.= U 2X t/R
[0025]在此，适用的是:
[0026]Eel.=电能
[0027]U =电压
[0028]t =时间
[0029]R=电阻
[0030]V^U
[0031]因此，更有意义的是，代替关注质量或时间的增大或电阻的降低而关注速度或电压的升高，尤其是鉴于如下事实，即，铁磁回路内的磁通密度的静磁只能自然地升高到一定程度，这是因为最好的软磁材料也只能实现最多约2.4T的磁通密度。当然最好是将磁通密度或磁场尽量保持得很高；然而基于成本原因，选择1.8T - 2.0T范围内的磁通密度是有意义的(Fe、FeSi)。
[0032]根据本发明的实施形式，在电磁能量转换的情况下可以决定性地改进效率，其方法是，取消相对较重的铁磁回路元件(即，磁性元件或磁芯)，以便在短的路径上尽量快速地加速并在循环结束时尽量快速地制动。
[0033]利用此处提出的理念现在可以转换最大部分的能量，否则这些能量会在碰撞中无用地消耗掉。附加地还可以降低噪音生成和延长发电机的使用寿命。此处所提出的感应发电机的高的效率尤其是归功于如下事实，即，不再需要用于加速相对难以运动的电磁系统的力。附加效果是也不用考虑线性支承可运动部件的机械损失和由相对低的固有频率导致的危险，即，系统在实际的振动频谱中处于不期望的共振中并且生成能量，这在遥控开关中可能导致生成不期望的遥控信号。
[0034]根据在此提出的方式，使磁芯完全换极是多余的。因而可以降低系统成本，这是因为对磁芯所用材料或最终退火没有特别高的要求。必须没有或只有少量磁性损失。根据本发明的实施形式构造的感应发电机不需要降低效率的传动装置，并且没有在机械上易受影响的复杂结构，而是会统一对于尤其是用于自主遥控系统的最佳的机电能量转换器来说重要的全部标准。这些标准包括小的结构空间，高的能量密度，高的效率，短的激活路径，小的激活力，少的噪音生成，尽量恒定的能源大小，不依赖于操作速度的功能，相对于温度变化的耐用性，机械耐用性以及小的制造成本。
[0035]所描述的方式适应对自主遥控系统不断提高的要求，自主遥控系统可以以高的发射功率和多次重复来实现复杂的遥控协议，例如KNX-RF，ZigBe，蓝牙低功耗(BluetoothLow Energy)或W-LAN。这只能使用功率非常强大的发电机(0.7至2mWs)。简单扩大公知的能量转换器在此不是主要目标，这是因为这种系统的可操作性基于不断增加的操作力和尺寸以及增强的噪音生成而被排除或很难实现。下述感应发电机可以用于这种应用领域，其中，在小的结构形式的情况下需要大的能量输出。
[0036]感应发电机具有生成永磁场的至少一个永磁体、引导永磁场的至少一个回流板、线圈和弹簧元件，其中，永磁体和回流板的至少一个区段通过被永磁场穿过的气隙彼此分开，并且其中，线圈与弹簧元件连接并且线圈的至少一个区段可运动地布置在气隙中，其特征在于，弹簧元件构造用于根据线圈的偏转导致线圈的至少一个区段在气隙内横向于永磁场在气隙之内的磁通量的振荡运动
[0037]感应发电机或电动发电机是一种装置，其构造用于利用电磁感应生成电流或电压。这种感应发电机例如可以与例如用于接通和关闭照明装置的自主遥控开关组合使用。至少一个永磁体或恒磁体例如可以具有铁、钴、镍或铁氧体或由这些金属的多个组成的合金，并且构造用于形成静态磁场，永磁场。永磁体可以一体是地形成并且在对置侧面具有方向相反的极，南极和北极。永磁体例如可以在对置的侧面具有由导磁率高的材料制成的极靴。对应于永磁体的极性，其中一个极靴可以形成北极，另一个极靴形成南极。利用极靴的帮助，由永磁体生成的磁通量能够以限定的方式引导和分布。替选地，永磁体可以是多件式的并且例如由至少两个或多个永磁体元件组成。
[0038]根据实施形式，分别代表独立的永磁体的这两个永磁体元件可以通过共同的连接板彼此连接。在此，这两个永磁体元件可以保持间隔地贴靠在连接板上，从而其中一个永磁体元件的北极和另一永磁体元件的南极贴靠在连接板的表面上并且对应于整个总体结构地构造出u形的永磁体。u形的永磁体的极面可以位于一个平面内，振荡运动可以平行于该平面。连接板可以构造为平面长方形的板，以便在各个永磁体元件之间最佳地引导磁通量。回流板可以在材料、结构和尺寸方面与连接板相似或与其相同，并且用于确保磁通量的环形走向。永磁体和回流板可以彼此对置地布置，其中，两个永磁体元件的回流板和连接板例如形成由此形成的电磁系统的上侧或下侧。基于由电磁系统的这种结构生成的环形磁通量，永磁场可以在气隙内具有两个方向相反的磁流。
[0039]线圈可以具有由一个或多个线，例如铜线组成的绕组并且与弹簧元件连接，从而根据一个实施形式，其平行于绕组平面，根据另一实施形式，其可围绕在绕组平面内延伸的转动轴线偏转地支承在至少一个气隙内。线圈的偏转可以通过感应发电机的偏转器件实现，以便启动能够通过弹簧元件实现的线圈振荡运动。
[0040]振荡运动可以是阻尼振动，其强度根据弹簧元件的特有结构和/或特有弹簧力，随着时间衰减并最终消失。通过横向于磁通量或磁流的线圈振动可以在线圈绕组内感应出交流电。可以使用一个或多个弹簧元件，它们承载线圈并且可以实现线圈的振荡运动。弹簧元件可以是适当地实施的弹簧，例如弯曲弹簧、扭转弹簧、拉力弹簧或压力弹簧。
[0041]根据感应发电机的实施形式，永磁体、回流板和弹簧元件端部可以固定或位置固定地固定在感应发电机的承载结构上。该实施形式的优点是，相对较重的电磁系统元件尤其是可以静态地用于生成电流，由此可以最小化噪音生成并延长感应发电机的使用寿命。感应发电机的结构大小同样可以更小，这是因为承载结构不必承受由于加速重的磁体而带来的负荷。承载结构可以是感应发电机的壳体或壳体的一部分。线圈可以通过弹簧元件可运动地相对于承载结构并且因而相对于永磁场支承。
[0042]根据实施形式，永磁体和回流板通过气隙彼此分开。因而在永磁体与回流板之间不能存在接触点。此外，线圈可以可运动地布置在气隙内。在此，整个线圈可以位于气隙之内。弹簧元件可以构造用于根据线圈的偏转导致线圈在气隙内横向于永磁场在气隙之内的磁通量的振荡运动。按照有利方式，振荡运动可以包括彼此反向的线圈线性运动。
[0043]感应发电机可以以如下方式实施，即，永磁场形成磁场回路，其磁通量从永磁体的第一极穿过气隙的第一区段、回流板和气隙的第二区段流至永磁体的第二极。在此，线圈的第一绕组半部布置在气隙的第一区段内，线圈的第二绕组半部布置在气隙的第二区段内。这些绕组半部可以布置在线圈的彼此对置的侧面上。因此可以有利地确保的是，线圈的这两个绕组半部承受最大强度的磁效应。相应可以在利用简单的器件生成电流时获得高效率。
[0044]线圈的中间轴线可以平行于或近似平行于磁通量地延伸穿过气隙的第一区段和第二区段。线圈绕组围绕线圈中间轴线延伸，从而中间轴线可以相对于线圈的包围绕组的绕组平面正交地取向。利用线圈相对于磁通量成直角的取向，按照有利方式可以通过振荡运动在线圈绕组内感应出最大电压。
[0045]根据另一实施形式，