CZ305591B6 - Vibratory generator for generation of electric energy - Google Patents
Vibratory generator for generation of electric energy Download PDFInfo
- Publication number
- CZ305591B6 CZ305591B6 CZ2006-571A CZ2006571A CZ305591B6 CZ 305591 B6 CZ305591 B6 CZ 305591B6 CZ 2006571 A CZ2006571 A CZ 2006571A CZ 305591 B6 CZ305591 B6 CZ 305591B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- coil
- generator
- magnetic
- winding
- vibration generator
- Prior art date
Links
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
Description
Vynález se týká vibračního generátoru pro výrobu elektrické energie sestávajícího z magnetického obvodu tvořeného cívkou s vinutím o jednom či více závitech a jádrem tvořeným permanentním magnetem, kde tento magnet je suvně uložen vůči cívce, jehož posunem se indukuje elektrické napětí.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a vibration generator for generating electrical power comprising a magnetic circuit formed by a coil having a winding of one or more turns and a core formed by a permanent magnet, the magnet being slidably disposed relative to the coil.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Současný trend ve vývoji a použití sofistikovaných zařízení se ubírá směrem, kdy je nutné dodržet bezpečnost a spolehlivost těchto zařízení. Původní kontrolní systém spočíval ve vizuální a elektronické kontrole kritických míst pomocí obsluhy a počítače. Avšak pro komplikovanost a složitost zařízení, tyto kontroly zabírají stále delší dobu, více pracovních sil s vyšší kvalifikací. Statická i dynamická kontrola a řízení zabírá dlouhou dobu, někdy může dojít k lidské chyběopomenutí poruchy, závady nebo jen k nepřesnosti. Nevýhodou pak je to, že kontrolovaná zařízení jsou delší dobu mimo provoz a tak stoupají jejich režijní náklady. Proto se pro zdokonalení kvality kontrolního systému jako výhodné jeví osazení sledovaných sofistikovaných zařízení sítí nezávislých čidel, která by nezávisle na napájení těchto zařízení pracovala a předávala na stanovené vysílací frekvenci údaje o sledovaných komponentech. Čidla s nezávislým napájením jsou umístěna v kritických sledovaných místech, které jsou fatální pro ovládání sledovaného zařízení. Pomocí dotazu interního (externího) komunikátoru se předá sledovaná veličina obsluze a ve vyhodnocovacím zařízení se zjistí tolerance údaje, který je vyhodnocen a obsluze je jen předána informace, zda sledovaný komponent je připraven k provozu. Tím se zkrátí doba kontroly a vyloučí se omyl, způsobený lidským faktorem. Přitom jako výhodné se jeví k získávání elektrické energie pro čidla z nezávislých napájení užití doposud málo využívaných zdrojů energie, jakými jsou vibrace, teplo, elektrostatický náboj, rezonance, gravitace, zrychlení apod. Tyto obvykle zahrnují rezonátor, zdroj energie a elektrický generátor. Takováto řešení převodníků mechanické energie na elektrickou jsou popisována v následujících vynálezech. Systémy obsahují zdroj mechanické energie a elektrický generátor napojený na tento zdroj energie. V patentové přihlášce US 2002/0175520 Al je popisován rezonanční systém pro výrobu elektrické energie, kteiý zahrnuje rezonátor, zdroj energie a elektrický generátor. Rezonátor poskytuje rezonanční pohyb prostřednictvím rezonančního prvku. Zdroj energie je účinně připojen k rezonančnímu systému. Elektrický generátor poháněný rezonančním systémem vyrábí elektrickou energii z rezonančního pohybu. Jak z popisu patentové přihlášky vyplývá, elektrický generátor může obsahovat (zahrnovat) magnet a cívku, které jsou pohyblivě uspořádané vůči sobě navzájem tak, aby magnetické pole magnetu bylo schopno indukovat proud v cívce, což může být použito jako požadovaná strojní mikrosestava. Cívka může být spojena s rezonátorem a uspořádána (konfigurována) pro rezonanční pohyb po dráze pohybu s hmotou. Cívka může být připojena (připevněna) k pružinovému prvku nebo konzolovému nosníku a může hmotu tvořit nebo pomáhat tvořit hmotu. Magnet může být uspořádán v blízkosti dráhy pohybu cívky ve vzdálenosti potřebné pro elektromagnetickou interakci. Je zřejmé, že umístění magnetu a cívky lze spojit, přičemž magnet je uspořádán na rezonátoru a cívka je uspořádána v blízkosti dráhy pohybu magnetu. Dráty mohou být připojeny k cívce i mezi cívku a výstupní zařízení, aby se elektricky spojil systém s požadovaným výstupním zařízením. Výstupní zařízení může zahrnovat elektronické prvky s cílem dále modifikovat elektrický výkon systému.The current trend in the development and use of sophisticated devices is moving in a direction where it is necessary to maintain the safety and reliability of these devices. The original control system consisted of visual and electronic control of critical points using the operator and the computer. However, due to the complexity and complexity of the equipment, these controls take an increasingly long time, more and more skilled workforce. Static and dynamic control and control takes a long time, sometimes there may be a human error of failure, fault or just inaccuracy. The disadvantage is that the controlled devices are out of operation for a long time and thus their overhead costs increase. Therefore, in order to improve the quality of the control system, it seems advantageous to install the monitored sophisticated devices with a network of independent sensors, which would work independently of the power supply of these devices and transmit data on the monitored components at a determined transmission frequency. Sensors with independent power supply are located in critical monitoring locations that are fatal for controlling the monitored equipment. A query of an internal (external) communicator transfers the monitored quantity to the operator and the evaluation device determines the tolerance of the data, which is evaluated and only the operator is given information whether the monitored component is ready for operation. This shortens the inspection time and eliminates human error. Yet, it has proven advantageous to utilize low-energy sources such as vibration, heat, electrostatic charge, resonance, gravity, acceleration, and the like to obtain electrical energy for sensors from independent power supplies. Such mechanical to electrical converter solutions are described in the following inventions. The systems include a mechanical power source and an electrical generator connected to the power source. US patent application 2002/0175520 A1 describes a resonance system for generating electric power, which comprises a resonator, an energy source and an electric generator. The resonator provides resonant movement through the resonant element. The power source is effectively connected to the resonant system. An electric generator powered by a resonant system generates electrical energy from the resonant motion. As follows from the description of the patent application, the electrical generator may comprise (include) a magnet and a coil that are movably disposed relative to each other so that the magnetic field of the magnet is capable of inducing current in the coil, which can be used as the desired machine micro assembly. The coil may be coupled to a resonator and configured (configured) for resonant movement along the mass travel path. The coil may be attached (fixed) to the spring element or cantilever beam and may form the mass or help form the mass. The magnet may be arranged near the coil travel path at a distance necessary for electromagnetic interaction. It will be appreciated that the location of the magnet and the coil can be coupled, wherein the magnet is arranged on the resonator and the coil is arranged near the travel path of the magnet. The wires may be connected to the coil as well as between the coil and the output device to electrically connect the system to the desired output device. The output device may include electronic elements to further modify the electrical power of the system.
V US patentové přihlášce US 2002/0167235 je popisován převodník pohyb - energie pro převod nelineárního pohybu z kyvné uloženého magnetu na rotační pohyb. Rotační pohyb zajišťuje alespoň jeden rotační magnet prostřednictvím vzájemného působení magnetického pole na kyvné uložený magnet a rotační magnet. Převodník pohyb-energie zahrnuje axiální hřídel uspořádanou k rotaci. Alespoň jeden kyvné uložený magnet, který je ve spojení s axiální hřídelí. Dále alespoňUS patent application US 2002/0167235 discloses a motion-energy converter for converting a non-linear motion from a pivoted magnet to a rotary motion. The rotary movement is provided by at least one rotary magnet by the interaction of a magnetic field on the pivoted magnet and the rotary magnet. The motion-energy converter comprises an axial shaft arranged to rotate. At least one pendulum mounted magnet in communication with the axial shaft. Furthermore, at least
- 1 CZ 305591 B6 jeden rotační magnet otočně uspořádaný na axiální hřídeli schopný rotace v odezvě na nelineární pohyb alespoň jednoho kyvně uloženého magnetu. Množství rotačních magnetických prvků mohou být bezprostředně uspořádány k pohybu okolo oddělených axiálních hřídelí, kde každý rotační magnetický prvek má rotační magnetické pole ovlivňované nelineárním pohybem alespoň jednoho kyvně uloženého magnetu, jenž je uspořádán nejblíže k rotačnímu magnetickému prvku. Pohyb každého kyvně uloženého magnetu vytváří odpudivou a přitažlivou sílu každého rotačního magnetu na základě rotace axiální hřídele, čímž vytváří rotační pohyb, který je využit k vykonání práce. Rovněž jsou zřejmé kombinace rotačního magnetického prvku uspořádaného k rotaci kolem axiálního hřídele na přímočarý vratný pohyb kyvně uloženého magnetu, pro použití/využití při provozu kapalného dopravního čerpadla a/nebo elektrického generátoru.One rotary magnet rotatably mounted on an axial shaft capable of rotation in response to the non-linear movement of the at least one pivotally mounted magnet. A plurality of rotary magnetic elements can be immediately arranged to move around separate axial shafts, wherein each rotary magnetic element has a rotational magnetic field affected by the non-linear movement of at least one pendulum-mounted magnet that is arranged closest to the rotary magnetic element. The movement of each pivoted magnet generates the repulsive and attractive force of each rotary magnet by rotating the axial shaft, thereby creating a rotational motion that is used to perform the work. Combinations of a rotating magnetic element arranged to rotate about an axial shaft for a linear reciprocating movement of the pivoted magnet, for use / use in the operation of a liquid conveyor pump and / or an electric generator, are also apparent.
Patent DE 3535143 popisuje lineární generátor pro střídavé napětí mající alespoň jeden magnetický obvod s indukční cívkou uspořádanou (podél části F) a permanentní magnet, který vytváří magnetický tok. Střídavý proud a napětí jsou se vzájemným zřetelem vyráběny lineárně oscilačním pohybem v části magnetického obvodu. Aby mohl být vytvořen lineární generátor o nízké váze, a vysoké účinnosti je podle tohoto vynálezu permanentní magnet pro každý případ opatřen dvěma magnetickými obvody uspořádanými k permanentnímu magnetu tak, že během lineárně oscilačního pohybuje ve stejném směru a v podstatě se stejnou intenzitou indukován magnetický tok v těch částech magnetických obvodů, které prochází přes permanentní magnet.DE 3535143 discloses a linear AC voltage generator having at least one magnetic circuit with an induction coil arranged (along part F) and a permanent magnet that generates a magnetic flux. Alternating current and voltage are produced with respect to each other by a linear oscillatory motion in a portion of the magnetic circuit. In order to produce a low-weight linear and high efficiency generator, in accordance with the present invention, a permanent magnet in each case is provided with two magnetic circuits arranged to the permanent magnet such that a magnetic flux is induced in the same direction and at substantially the same intensity. those parts of the magnetic circuits that pass through the permanent magnet.
Vynález si klade za cíl navrhnout vibrační generátor, který by sloužil jako zdroj pro mikroelektromechanické systémy (MEMS) nebo integrované obvody (1C) či čidla s nezávislým napájením, která jsou umístěna pro sledování v kritických místech, například dopravního prostředku. Zdrojem energie, z kterého by se čerpadla energie, je chvění pláště - karosérie při spuštěném a naprázdno běžícím motoru.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vibration generator that serves as a source for microelectromechanical systems (MEMS) or integrated circuits (1C) or independent power sensors that are located for monitoring at critical points such as a vehicle. The source of power from which to pump the energy is the shaking of the casing - the body when the engine is running and idling.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny vibračním generátorem pro výrobu elektrické energie sestávajícího z magnetického obvodu tvořeného cívkou svinutím o jednom či více závitech a jádrem tvořeným permanentním magnetem, kde tento magnet je suvně uložen vůči cívce, jehož posunem se indukuje elektrické napětí, jehož podstata spočívá v tom, že jádro je tvořeno pohyblivou částí a pevnou částí, přičemž pohyblivá část sestává z magnetu s pólovými nástavci, zatímco pevnou část tvoří soustava pólových nástavců a cívka opatřená elektrickým vinutím uspořádaným na jednom z pólových nástavců, přičemž pohyblivá část je posuvná po dráze kolmé vůči ramenům pólových nástavců pevné části.The above drawbacks are overcome by a vibration generator for generating electric energy consisting of a magnetic circuit formed by a coil of one or more coils and a core formed by a permanent magnet, the magnet being slidably disposed relative to the coil, the displacement of which induces an electric voltage. wherein the core is formed by a movable part and a fixed part, the movable part consisting of a magnet with pole pieces, while the fixed part consists of a pole piece assembly and a coil provided with an electrical winding disposed on one of the pole pieces; pole pieces of fixed part.
Hlavní výhodou popisovaného vynálezu je technologická dostupnost, účinnost získaného napětí na jeden závit. Konstrukce není náročná na údržbu, má vysokou životnost, je vhodná pro malé amplitudy budicích vibrací. Konstrukce lze nastavit tak, že vyhovuje širšímu rozsahu základních frekvencí vibrací.The main advantage of the present invention is the technological availability, the efficiency of the voltage obtained per thread. The construction is maintenance-free, has a long service life, and is suitable for small excitation vibration amplitudes. The design can be adjusted to suit a wider range of basic vibration frequencies.
Navržené varianty řešení generátoru z obr. 6, obr. 7, obr. 8 a obr. 9 mají jisté výhody vzhledem k jejich použití a vzhledem k technologii výroby. Vibrační generátor z obr. 6 je vhodný pro aplikace s vyšším výstupním výkonem (od 1 až lOOmW), zvolená technologie výroby je pro vinutou cívku izolovaným vodičem. Jeho citlivost k buzení vibracemi (10% očekávaného výstupního elektrického výkonu) je vysoká, vyšší lze dosáhnout variantou z obr. 9. Konstrukce je poměrně jednoduchá, využití vlastností magnetických materiálů je vyšší než u variant z obr. 7 a obr. 8. Generátor z obr. 7 se přepíná do magnetického odporu s nižší (shodnou nebo velmi malou) hodnotou. Toto řešení zvyšuje u koncepce bez rekuperace účinnost generátoru, výstupní napětí na svorkách elektrického vinutí na jeden závit. Tímto opatřením se také zvýší hranice citlivosti generátoru k vibracím vzhledem k variantě navržené v obr. 8. Varianta v obr. 8 má výhodu nejjednodušší technologie výroby, snadné levné konstrukce. Je ovšem z uvedených variant nejméně účinná a má nejmenší citlivost vzhledem k budicím vibracím. Varianta v obr. 9 je z uvedenýchThe proposed variants of the generator solution of Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8 and Fig. 9 have certain advantages with respect to their use and manufacturing technology. The vibration generator of Fig. 6 is suitable for applications with higher output power (from 1 to 100mW), the chosen production technology is an insulated wire for the coil. Its sensitivity to vibration excitation (10% of the expected output electrical power) is high, higher can be achieved by the variant of Fig. 9. The design is relatively simple, the use of the properties of magnetic materials is higher than the variants of Fig. 7 and Fig. Fig. 7 switches to a lower (equal or very low) magnetic resistance. This solution increases the efficiency of the generator, the output voltage at the terminals of the electric winding per thread in the concept without recuperation. This measure also increases the sensitivity of the generator to vibration relative to the variant proposed in FIG. 8. The variant in FIG. 8 has the advantage of the simplest manufacturing technology, of easy inexpensive construction. Of course, it is the least efficient of these variants and has the least sensitivity to excitation vibrations. The variant in FIG
-2CZ 305591 B6 variant konstrukčně náročná a je vhodná k aplikaci v mikroelektromechanických systémech s možností vícečinného uspořádání elektrického vinutí. Tato varianta je citlivá k budicím vibracím a má vysokou účinnost, hodnoceno výstupním napětím na jeden závit elektrického vinutí. Vibrační generátor lze aplikovat i v náročných řešeních nanostruktur, nanomateriálovém inženýrství.-2GB 305591 B6 variants are structurally demanding and are suitable for application in microelectromechanical systems with the possibility of multiple arrangement of electrical winding. This variant is sensitive to excitation vibrations and has a high efficiency, evaluated by the output voltage per one winding of the electrical winding. The vibration generator can also be applied in demanding nanostructure solutions, nanomaterial engineering.
Je výhodné, když je magnetický obvod tvořen cívkou s alespoň jedním závitem, jehož délka Iz a plocha Sz je ve vztahu Bm*Sm > BV*IZ*IV, který bude objasněn níže. Platí SC=IZ*IV*N, kde N je počet závitů cívky. Dále magnetem a pólovým nástavcem, přičemž cívka může být staticky uspořádána vůči magnetu, v němž se tento souose a suvně pohybuje nebo naopak. Suvně uspořádání magnetu nebo cívky může být na přímce nebo na kružnici.Advantageously, the magnetic circuit is formed by a coil with at least one thread, whose length I z and the area S z is in relation B m * S m > B V * I Z * I V , which will be explained below. S C = I Z * I V * N, where N is the number of coil turns. Furthermore, a magnet and a pole piece, the coil may be statically arranged relative to the magnet in which the coaxial and sliding movement or vice versa. The sliding arrangement of the magnet or coil may be on a straight line or on a circle.
Pro snadnou výrobu a technologii výroby je výhodné, když vyrovnávací člen je tvořen pružinou nebo magnetickým polštářem. Přitom pro užití mikrogenerátoru ve spojení s mikromechanickými systémy je výhodné, když je tlumicí člen tvoří magnetický polštář.For ease of manufacture and manufacturing technology, it is preferred that the alignment member is formed by a spring or a magnetic cushion. For the use of the microgenerator in conjunction with micromechanical systems, it is advantageous if the damping member is a magnetic cushion.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, kde obr. 1 znázorňuje schéma koncepce generátoru, obr. 2 znázorňuje schematický pohled na jádro generátoru, obr. 3 znázorňuje technický princip generátoru s tlumicím prostředkem v podobě pružiny, obr. 4 technický princip generátoru s tlumicím prostředkem v podobě vetknutého nosníku, obr. 5a tvar závitu cívky generátoru v klasickém uspořádání, obr. 5b jednočinné uspořádání cívek pro získání násobné účinnosti, obr. 5c dvojčinné uspořádání cívek pro získání násobné účinnosti, obr. 5d vícenásobné uspořádání cívek pro získání násobné účinnosti, obr. 6a konstrukci vibračního generátoru s jednoduchou rekuperací, 6b funkční schéma vibračního generátoru s jednoduchou rekuperací, obr. 7a konstrukci vibračního generátoru přepínatelné varianty nakrátko bez rekuperace, obr. 7b funkční schéma vibračního generátoru přepínatelné varianty nakrátko bez rekuperace, obr. 8a konstrukci vibračního generátoru s přepínáním magnetického toku do stavu naprázdno, obr. 8b funkční schéma vibračního generátoru s přepínáním magnetického toku do stavu naprázdno obr. 9 z výhodných provedení vibračního generátoru s přepínáním magnetického toku s rekuperací, 9b funkční schéma vibračního generátoru s přepínáním magnetického toku s rekuperací, obr. 10 znázorňuje průběh modulu magnetické indukce B v závislosti na čase pro jednoduché varianty magnetického toku (bez rekuperace), obr. 11 znázorňuje průběh modulu magnetické indukce B v závislosti na čase pro varianty s přepínáním magnetického toku a obr. 12 je příklad uspořádání jádra vibračního generátoru v kyvném provedení.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows a schematic view of a generator core; FIG. 3 shows a technical principle of a spring-cushioning generator; FIG. 4 shows a technical principle of a cushioning-type generator; Fig. 5a shows the coil thread of a generator coil in a conventional configuration, Fig. 5b a single acting coil arrangement for gaining multiple efficiency, Fig. 5c a double acting coil arrangement for gaining multiple efficiency, Fig. 5d multiple coil arrangement for gaining multiple efficiency; Fig. 6a construction of a vibration generator with a simple recovery, 6b a functional diagram of a vibration generator with a simple recovery, Fig. 7a construction of a vibration generator of a switchable short-circuit variant without regeneration, fig. Fig. 8a shows the construction of a vibratory no-load switching vibratory generator, Fig. 8b a functional diagram of a no-flux switching vibratory generator Fig. 9 from a preferred embodiment of a recuperated magnetic flux-coupled vibratory generator, 9b a vibration generator functional diagram Fig. 10 shows the waveform of the magnetic induction B module versus time for simple magnetic flux variants (without regeneration); Fig. 11 shows the waveform of the magnetic induction B module versus time for magnetic flux switching variants; and Fig. 12 is an example of a vibration generator core arrangement in a swinging embodiment.
Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Uspořádání vibračního generátoru pro výrobu elektrické energie bude vysvětleno na jednotlivých příkladech jeho provedení. Je nasnadě, že níže uvedené popisy jsou ilustrativním vyjádřením aplikace principů tohoto vynálezu.The arrangement of the vibratory generator for generating electric power will be explained on the basis of examples of its implementation. It is understood that the descriptions below are illustrative of the application of the principles of the invention.
Pro nezávislé napájení čidel, MEMS systémů, integrovaných obvodů, či strojních mikro-sestav se jeví výhodným použít, jako zdroje elektrické energie vibrační mikrogenerátor. Jeho konstrukce vychází z realizace pohybu jádra JO vibračního generátoru vlivem vnějších vibrací gz ve směru z, jak je schematicky znázorněno na obr. 1.For independent power supply of sensors, MEMS systems, integrated circuits, or machine micro-assemblies it seems advantageous to use a vibrating micro-generator as the power source. Its construction is based on the realization of the vibration generator core 10 due to external vibrations g z in the z direction as schematically shown in Fig. 1.
Základní princip vibračního generátoru pro výrobu elektrické energie je znázorněn na obr. 2. Vibrační generátor zahrnuje těleso 7, jenž je pevně spojeno se zdrojem vibrací (na výkrese není znázorněn) a díky netlumeným kmitům vyrovnávacího členu 6, kterým může být například pružina 9, se tento pohyb přenáší na jádro 10 vibračního generátoru, pohybuje suvně se po dráze 19, jenž například tvoří permanentní magnet 3. Magnetický obvod 2 vibračního generátoru tvoří cív-3CZ 305591 B6 ka 1, permanentní magnet 3 a vzduchová mezera 14, které jsou pohyblivě uspořádány vůči sobě způsobem, že magnetické pole magnetu 3 je schopno indukovat napětí v cívce 1_.The basic principle of a vibration generator for generating electric power is shown in Fig. 2. The vibration generator comprises a body 7 which is rigidly coupled to a vibration source (not shown in the drawing) and due to non-damped oscillations of an alignment member 6 it transmits this movement to the vibration generator core 10, moves over a path 19 which, for example, forms a permanent magnet 3. The vibration generator magnetic circuit 2 comprises a coil 3, a permanent magnet 3 and an air gap 14 which are movably disposed relative to in such a way that the magnetic field of the magnet 3 is capable of inducing a voltage in the coil 7.
Setrvačný pohyb lze využít na principu Faradayova indukčního zákona k převodu na elektrickou energii. Pokud soustava generátoru bude v netlumeném stavu, lze pomocí malých změn v zrychlení g dosáhnout relativně velkých výchylek. Formulace části matematického modelu této úlohy lze stručně zapsat jako:Inertia motion can be used on the principle of Faraday's law of induction to convert it to electrical energy. If the generator assembly is in the non-damped state, relatively large variations can be achieved by small changes in the acceleration g. The formulation of part of the mathematical model of this task can be briefly written as:
(1) kde m je hmotnost pohybující se části mikrogenerátoru, /e je tlumení,(1) where m is the mass of the moving part of the microgenerator, / e is the damping,
Aje tuhost pružných částí mikrogenerátoru,And is the rigidity of the flexible parts of the microgenerator,
Af2 je zrychlení pohybující se části mikrogenerátoru, d z dt je rychlost pohybující se části mikrogenerátoru - v,Af 2 is the acceleration of the moving part of the micro-generator, dz dt is the speed of the moving part of the micro-generator - v,
Fz je soustava sil, které působí na pohybující se části mikrogenerátoru.F z is a set of forces acting on the moving part of the micro-generator.
Do hmotnosti m se promítnou hmotnost mm magnetu 3, hmotnost mp vyrovnávacího členu 6, např. pružiny 9, síla Fz je v prvním náhledu dána hmotností pohybujících se částí vibračního generátoru.The mass m m reflects the mass m m of the magnet 3, the mass m p of the compensating member 6, eg the spring 9, the force F z in the first view is given by the mass of the moving parts of the vibration generator.
Fz = (mm + mp)(gz + g(t)).F z = (m m + m p ) (g z + g (t)).
(2)(2)
V tomto vztahu se může zanedbat vliv změn vnější zrychlení gz, protože se uvažuje s kontrolou před provozem zařízení lze tedy zrychlení vztažené soustavy považovat jako konstantu. Potom se síla vyjádří jakoIn this relation, the influence of changes in external acceleration g z may be neglected, since control before operation of the plant is considered, therefore, the acceleration of the reference system can be considered as a constant. Then the force is expressed as
Fz = (mm + mp)g(t).F z = (m m + m p ) g (t).
(3)(3)
K principu formulace a návrhu aktivní části vibračního generátoru se vztahuje známý Faradayův indukční zákon. Ten lze formulovat jakoThe known Faraday's law of induction applies to the principle of formulation and design of the active part of the vibration generator. This can be formulated as
(4) kde E je intenzita elektrického pole. Pokud se do takového proměnného elektrického pole vloží tenký vodič ve tvaru uzavřené smyčky. Magnetický tok je tvořen vnějším magnetickým polem Φ. Platí(4) where E is the electric field intensity. If a closed loop loop conductor is inserted into such a variable electric field. The magnetic flux is formed by the external magnetic field Φ. Applies
dt (5) pokud se plocha smyčky v čase nemění lze výraz rozepsatdt (5) if the loop surface does not change over time, the expression can be broken down
-4CZ 305591 B6 d JJ(b \dS = - (6)-4GB 305591 B6 d JJ (b \ dS = - (6)
Po dalších úpravách je výsledek možné formulovat jako při pohybu smyčky rychlostí v v magnetickém poli s indukcí B.After further adjustments, the result can be formulated as if the loop is moving at a velocity in a magnetic field with induction B.
§E(t)dl = -$?^-dS + §(vxB)-dl. (7) ř s e§E (t) d1 = - $? ^ - dS + § (vxB) -dl. (7) p
Jak zvýše uvedeného vyplývá, je důležité naleznout takové uspořádání sestavy magnetického obvodu 2 (tj. permanentní magnet 3 - cívka 1 vibračního generátoru), aby se při malých výchylkách z permanentního magnetu 3projevila maximální změna vxB a tím také bylo získáno maximální indukované napětí uT (Z) podle níže uvedeného vztahu.As shown above, it is important to find such a configuration of the magnetic circuit assembly 2 (i.e., permanent magnet 3 - coil 1 of the vibratory generator) so that the maximum variation vxB is manifested in small deflections from the permanent magnet 3 and thereby also obtain the maximum induced voltage at T ( Z) according to the relation below.
wr (/) = §(y*B)-d l (w r (/) = § (y * B) -dl (
Jádro 10 vibračního generátoru tvořené permanentním magnetem 3 se pohybuje po dráze 19 a vzhledem k ploše Sz elektrického vinutí 7 cívky i vytváří změnu magnetického toku Φ s magnetickou indukcí Bp permanentního magnetu 3 s plochou na povrchu permanentního magnetu Sm která je kolmá k maximálnímu magnetickému toku Φ. Přitom výsledné elektromotorické napětí uT (Z) je závislé nejen na délce Iz a ploše Sz elektrického vinutí 7, ale také na orientaci plochy Sz elektrického vinutí 7 a dále na magnetické indukci Bp permanentního magnetu 3, magnetickém toku Φ a na rychlosti v pohybu cívky i v magnetickém poli permanentního magnetu 3.The vibration generator core 10 formed by the permanent magnet 3 moves along a path 19 and, with respect to the surface S of the coil winding 7, produces a change in the magnetic flux Φ with the magnetic induction B p of the permanent magnet 3 with the surface on the surface of the permanent magnet S m perpendicular to magnetic flux Φ. The resulting electromotive force at T (Z) depends not only on the length I z and the area S of the electric winding 7, but also on the orientation of the area S of the electric winding 7 and further on the magnetic induction B p of the permanent magnet 3, velocities in coil movement and in magnetic field of permanent magnet 3.
Provedení vibračního generátoru v uspořádání s vyrovnávacím členem 6 tvořeným pružinou 9 spojenou s jádrem 10 vibračního generátoru je schematicky zobrazeno na obr. 3. Vibrační generátor v tomto provedení zahrnuje těleso 8, k němuž je upevněna pružina 9 spojená s jádrem 10 vibračního generátoru v podobě permanentního magnetu 3. Přitom cívku 1 tvoří elektrické vinutí 7 s alespoň jedním závitem 13, který je znázorněn na obr. 5a, a jehož délka Iz leží v rozmezí 1 mm do 10 m 100 a plocha Sz je z rozsahu lmm2 až lm2. Cívka 1 je staticky uspořádána vůči permanentnímu magnetu 3, vůči níž se tento suvně pohybuje po dráze 19 způsobem, aby magnetické pole permanentního magnetu 3 bylo schopno indukovat napětí v cívce 1.An embodiment of the vibration generator in an arrangement with an alignment member 6 formed by a spring 9 coupled to the vibration generator core 10 is schematically shown in Fig. 3. The vibration generator in this embodiment comprises a body 8 to which the spring 9 is attached to the vibration generator core 10 The coil 1 is formed by an electric winding 7 with at least one thread 13 shown in FIG. 5a and whose length I z is between 1 mm and 10 m 100 and the area S z is between 1 mm 2 and 1 m 2. . The coil 1 is statically disposed relative to the permanent magnet 3, against which it moves slidingly along the path 19 in such a way that the magnetic field of the permanent magnet 3 is able to induce a voltage in the coil 1.
Označíme-li magnetickou indukci na hraně permanentního magnetu Bm, magnetickou indukci Bv ve vzduchové mezeře 14 a je-li průřez magnetickým obvodem 2 charakterizován plochou Sz, kterou lze popsat vztahem SZ=IZ*IV, kde Iv je druhý rozměr průřezu magnetického obvodu 2, přičemž Iv je poloviční výška vinutí 7 (viz obr. 5a). Pro výše jmenované veličiny pak platí podmínka Bm*Sm > BV*IZ*IV. Platí tedy předpoklad, že za aktivní plochu Sm magnetu nebo permanentního magnetu 3 lze pokládat takovou plochu, kdy touto plochou kolmo prochází maximální magnetický tok Φ.Denoting the magnetic induction at the edge of the permanent magnet B m, the magnetic induction B in the air gap 14 and when the cross section of the magnetic circuit 2 characterized by the surface S of which can be described by the equation S Z = I Z * I In which I is a second cross-sectional dimension of the magnetic circuit 2, wherein I v is half the height of the winding 7 (see Fig. 5a). The conditions B m * S m > B V * I Z * I V then apply to the above mentioned quantities. A corollary is assumed that the active area S m of the magnet or permanent magnet 3 can be considered such an area where this surface extends perpendicular to the maximum magnetic flux Φ.
Další výhodná varianta provedení vibračního generátoru je schematicky znázorněna na obr. 4. Vibrační generátor v tomto provedení zahrnuje těleso 8, k němuž je upevněn nosník JJ_ spojený s jádrem 10 vibračního generátoru v podobě permanentního magnetu 3, který se posouvá pro dráze 19 kolmé vůči závitu 13. Přitom cívka i a magnet 3 tvoří magnetický obvod 2 a vzduchová mezera 14, které jsou pohyblivě uspořádané vůči sobě navzájem způsobem, aby magnetické pole magnetu 3 bylo schopno indukovat napětí v cívce i, zatímco těleso 8 vibračního mikrogenerátoru je uzpůsobeno k vibracím soustavy.Another preferred embodiment of the vibration generator is shown schematically in FIG. 4. The vibration generator in this embodiment comprises a body 8 to which a beam 11 is attached to the vibration generator core 10 in the form of a permanent magnet 3 which slides for a path 19 perpendicular to the thread. 13. In this case, the coil 1 and the magnet 3 form a magnetic circuit 2 and an air gap 14 which are movably disposed relative to each other in such a way that the magnetic field of the magnet 3 is able to induce a voltage in the coil 1 while the body 8 of the vibrating microenerator is adapted to vibrate the system.
Funkce vibračního generátoru je zahájena rozpohybováním pohyblivé části J6 magnetického obvodu 2 opatřeného permanentním magnetem 3. Ten mění magnetický tok v magnetickém ob-5CZ 305591 B6 vodu 2 s cívkou 1. Díky těmto změnám podle Faradayova indukčního zákona se v elektrickém vinutí 7 cívky i indukuje elektrické napětí.The function of the vibration generator is initiated by moving the movable part 16 of the magnetic circuit 2 provided with the permanent magnet 3. This changes the magnetic flux in the magnetic coil 1. With these changes according to Faraday's induction law, Tension.
Podle následujících schémat lze sestavit magnetický obvod 2 s elektrickým vinutím 7 v různých konfiguracích. Jedná se o konfigurace s vinutím 7 klasickým, jednočinným, dvojčinným a vícečinným, jak je znázorněno na obr. 5a, 5b, 5c a 5d, přitom toto vinutí 7 může být tvarováno v podobě hranaté - (kartézská souřadnicová soustava), či zaoblené - (válcová kulová, eliptická, a další souřadná soustava). Stejně tak magnetický obvod 2 podle schémat znázorněných na obr. 6 až 9 lze aplikovat v lineárním provedení, kartézské, válcové, kulové souřadnicové soustavě a dalších.According to the following schemes, a magnetic circuit 2 with an electrical winding 7 can be constructed in various configurations. These are configurations with a winding 7 of classical, single-acting, double-acting and multi-acting, as shown in Figs. 5a, 5b, 5c and 5d, wherein the winding 7 may be rectangular - (Cartesian coordinate system) or rounded - ( cylindrical spherical, elliptical, and other coordinate systems). Similarly, the magnetic circuit 2 according to the diagrams shown in Figures 6 to 9 can be applied in a linear design, a Cartesian, cylindrical, spherical coordinate system and others.
Příkladné provedení uspořádání vibračního generátoru, který splňuje výše uvedené zadání, je znázorněno na obr. 6a. Konstrukční uspořádání v tomto provedení zahrnuje magnetický obvod 2 obsahující permanentní magnet 3, pólové nástavce 12b pohyblivé části 16, vzduchovou mezeru 14 a pólové nástavce 12a pevné části 17 a cívku i tvořenou elektrickým vinutím 7 s minimálně jedním závitem 13. Uspořádání je provedeno tak, že jádro 10 je tvořeno pohyblivou částí 16 a pevnou částí 17, přičemž pohyblivá část 16, posouvající se po dráze 19, sestává z magnetu 3 s pólovými nástavci J_2b. Tyto tvarují vhodným způsobem magnetický tok Φ, který se uzavírá přes magnetický obvod 2. Zatímco pevnou část Γ7 vibračního generátoru tvoří cívka 1 s elektrickým vinutím 7 uspořádaným na pólovém nástavci 12a. Tato pevná část V7 je uspořádána vůči pohyblivé části 16 způsobem patrným z obr. 12. Při vybuzení tělesa 8 generátoru se pohyblivá část 16 generátoru rozkmitá po dráze 19 a dojde k požadovaným změnám magnetického toku Φ v magnetickém obvodu 2. Při vhodném nastavení vibračního generátoru dojde ke změnám (jednoduché rekuperaci) magnetického toku Φ v magnetickém obvodu 2. Funkce rekuperace magnetického obvodu je zobrazena na obr. 6b. Pohyb a změna magnetického toku je ve schématu charakterizována přepínačem, který mění magnetický tok Φ magnetickým odporem J_8. Ten se skládá z magnetického odporu pólových nástavců 12a a 12b a vzduchové mezery 14. Tato rekuperace způsobí podle obr. 11 dvojnásobnou hodnotu změny maximálního magnetického toku Φ. Obdobné zvýšení účinnosti vibračního generátoru lze dosáhnout vyšším počtem N závitů 13 elektrického vinutí 7 nebo změnou konstrukce elektrického vinutí 7 podle obr. 5b z jednočinného na dvojčinné nebo vícečinné, které jsou patrné z obr. 5c a 5d.An exemplary embodiment of a vibration generator arrangement meeting the above specifications is shown in FIG. 6a. The construction in this embodiment comprises a magnetic circuit 2 comprising a permanent magnet 3, pole pieces 12b of the movable part 16, an air gap 14 and pole pieces 12a of the fixed part 17, and a coil 1 formed by an electrical winding 7 with at least one thread 13. the core 10 is formed by a movable part 16 and a fixed part 17, the movable part 16 sliding along the path 19, consisting of a magnet 3 with pole pieces 12b. They suitably shape the magnetic flux Φ, which closes over the magnetic circuit 2. While the fixed part Γ7 of the vibration generator is formed by a coil 1 with an electrical winding 7 arranged on the pole piece 12a. This fixed portion V7 is disposed relative to the movable portion 16 in the manner shown in FIG. 12. Upon excitation of the generator body 8, the movable portion 16 of the generator oscillates along the path 19 and the desired magnetic flux Φ changes in the magnetic circuit 2. to the changes (simple recovery) of the magnetic flux obvodu in the magnetic circuit 2. The function of the magnetic circuit recovery is shown in Fig. 6b. The movement and change of the magnetic flux is in the diagram characterized by a switch that changes the magnetic flux ickým by the magnetic resistor 18. This consists of the magnetic resistance of the pole pieces 12a and 12b and the air gap 14. This recuperation causes, according to FIG. 11, a double value of the change of the maximum magnetic flux Φ. A similar increase in vibration generator efficiency can be achieved by the higher number of N turns 13 of the electrical winding 7 or by changing the design of the electrical winding 7 of Figure 5b from single-acting to double-acting or multi-acting as shown in Figures 5c and 5d.
Další příkladné provedení uspořádání vibračního generátoru v provedení přepínatelné varianty v režimu nakrátko bez rekuperace, který splňuje výše uvedené zadání je znázorněno na obr. 7a. Konstrukční uspořádání sestává z magnetického obvodu 2, jenž tvoří permanentní magnet 3, pólové nástavce 12b pohyblivé části 16, vzduchová mezera 14 a pólové nástavce 12a pevné části 17, dále cívka 1 tvořená elektrickým vinutím 7 s minimálně jedním závitem 13, jež je uspořádána na pólovém nástavci 12a, přičemž vzduchová mezera 14 je uspořádána mezi pólovými nástavci 12a a 12b. Uspořádání jádra _10 vibračního generátoru tvoří pohyblivá část J_6 a pevná část 17. Kde pohyblivá část 16 obsahuje magnet 3 vibračního generátoru. Pohyblivou část 16 tvoří permanentní magnet 3 s pólovými nástavci 12b, jež tvarují vhodným způsobem magnetický tok Φ, který se uzavírá magnetickým obvodem 2. Pevnou část 17 tvoří pólové nástavce 12a spolu s vinutím 7 tvořené cívkou i. Pevná část 17 je uspořádána vůči pohyblivé části 16 způsobem patrným obr. 12. Pohyblivou část 16 tvoří pólový nástavec 12b, permanentní magnet 3. Při vybuzení těla 8 vibračního generátoru se pohyblivá část J6 vibračního generátoru rozkmitá ve směru dráhy 19, čímž dojde k požadovaným změnám magnetického toku Φ v magnetickém obvodu 2. Při vhodném nastavení vibračního generátoru dojde k změnám magnetického toku Φν magnetickém obvodu 2. Funkce magnetického obvodu 2 vibračního generátoru je zobrazena na obr. 7b. Pohyb a změna magnetického toku <Pje ve schématu charakterizována přepínačem, který mění magnetický tok Φ magnetickým odporem. Ten se skládá z magnetického odporu pólových nástavců 12a a 12b a vzduchové mezery 14. Při výchylkách se magnetický tok Φ uzavírá buď magnetickým odporem 1_8, potom se v elektrickém vinutí 7 generuje elektrické napětí nebo se uzavírá magnetickým obvodem 2 s malým magnetickým odporem. Zde se jedná pouze o vedení toku jiným magnetickým obvodem, než obvodem procházejícím vinutím 7. Tato funkce způsobí změ-6CZ 305591 B6 ny magnetického toku Φ nebo magnetické indukce B podle obr. 10 z minima na maximální magnetický tok <Z>max. Zvýšení účinnosti vibračního generátoru lze dosáhnout vyšším počtem N závitů 13 elektrického vinutí 7 nebo změnou konstrukce elektrického vinutí 7 podle obr. 5b, 5c a 6d z jednočinného na dvojčinné nebo vícečinné.A further exemplary embodiment of a vibration generator arrangement in a switchable variant embodiment in a short-circuiting mode without recuperation that meets the above specification is shown in Fig. 7a. The structure consists of a magnetic circuit 2 comprising a permanent magnet 3, a pole piece 12b of the movable part 16, an air gap 14 and a pole piece 12a of the fixed part 17, a coil 1 formed by an electric winding 7 with at least one thread 13 arranged on the pole the air gap 14 is arranged between the pole pieces 12a and 12b. The arrangement of the core 10 of the vibration generator comprises a movable part 16 and a fixed part 17. Where the movable part 16 comprises a magnet 3 of the vibration generator. The movable part 16 is formed by a permanent magnet 3 with pole pieces 12b, which suitably shape the magnetic flux Φ which is closed by the magnetic circuit 2. The fixed part 17 is formed by the pole pieces 12a together with the winding 7 formed by the coil i. The movable portion 16 is formed by a pole piece 12b, a permanent magnet 3. Upon excitation of the vibration generator body 8, the movable portion 16 of the vibration generator oscillates in the direction of track 19, thereby causing desired changes in the magnetic flux Φ in the magnetic circuit 2. When the vibration generator is set appropriately, the magnetic flux Φν of the magnetic circuit 2 changes. The function of the magnetic circuit 2 of the vibration generator is shown in Fig. 7b. Movement and change of magnetic flux <P is in the diagram characterized by a switch that changes the magnetic flux Φ by the magnetic resistance. This consists of the magnetic resistance of the pole pieces 12a and 12b and the air gap 14. In the case of deflections, the magnetic flux Φ is closed either by a magnetic resistor 18, then an electric voltage is generated in the electric winding 7 or closed by a magnetic circuit 2 with low magnetic resistance. This only involves conducting a flux through a magnetic circuit other than the circuit passing through the winding 7. This function causes the magnetic flux Φ or the magnetic induction B of Figure 10 to be changed from a minimum to a maximum flux <Z> max . An increase in the efficiency of the vibration generator can be achieved by a higher number of N turns 13 of the electrical winding 7 or by changing the design of the electrical winding 7 of Figures 5b, 5c and 6d from single to double or multiple.
Další příkladné provedení uspořádání vibračního generátoru v provedení přepínatelné varianty naprázdno bez rekuperace, který splňuje výše uvedené zadání je znázorněno na obr. 8a. Konstrukční uspořádání v tomto provedení obsahuje permanentní magnet 3, pólové nástavce 12b pohyblivé části 16, vzduchovou mezeru 14 a pólové nástavce 12a pevné části 17, dále cívku i tvořenou elektrickým vinutím 7 s minimálně jedním závitem 13 elektrického vinutí 7. Uspořádání je provedeno tak, že pohyblivá část 16 tj. jádro 10 vibračního generátoru, které je tvořeno permanentním magnetem 3 a pólovými nástavci 12b uspořádanými tak, že tvarují vhodným způsobem magnetický tok Φ. který se uzavírá magnetickým obvodem 2. Pevná část 17 tvořená cívkou 1, která je uspořádaná na pólových nástavcích 12a a je uspořádána vůči pohyblivé části 16 způsobem patrným z obr. 12. Při vybuzení tělesa 8 vibračního generátoru se pohyblivá část 16 jádro 10 vibračního generátoru rozkmitá ve směru dráhy 19 a dojde k požadovaným změnám magnetického toku Φ v magnetickém obvodu 2. Při vhodném nastavení vibračního generátoru dojde k změnám magnetického toku Φ v magnetickém obvodu 2. Funkce vibračního generátoru magnetického obvodu je zobrazena na obr. 8b. Pohyb a změna magnetického toku Φ)ε ve schématu charakterizována přepínačem, který mění magnetický tok Φ magnetickým odporem 18. Ten se skládá z magnetického odporu pólových nástavců 12a a 12b a vzduchové mezery 14. Při výchylkách se magnetický tok Φ uzavírá buď magnetickým odporem a v elektrickém vinutí 7 je generováno elektrické napětí nebo se uzavírá magnetickým obvodem 2s velkým magnetickým odporem. Tato funkce způsobí změny magnetického toku Φ nebo magnetické indukce B podle obr. 10 z minima na maximální magnetický tok <Ž>max. Zvýšení účinnosti generátoru lze dosáhnout vyšším počtem TV závitů 13 vinutí 7 nebo změnou konstrukce elektrického vinutí 7 podle obr. 6b, 6c a 6d z jednočinného na dvojčinné nebo vícečinné.A further exemplary embodiment of a vibratory generator arrangement in the embodiment of a switchable no-load variant without recuperation that meets the above specification is shown in Fig. 8a. The construction in this embodiment comprises a permanent magnet 3, a pole piece 12b of the movable part 16, an air gap 14 and a pole piece 12a of the fixed part 17, a coil 1 consisting of an electrical winding 7 with at least one thread 13 of the electrical winding 7. the movable part 16, ie the vibration generator core 10, which is constituted by a permanent magnet 3 and pole pieces 12b arranged to shape the magnetic flux ují in a suitable manner. The fixed part 17 formed by the coil 1, which is arranged on the pole pieces 12a and is disposed relative to the movable part 16 in the manner shown in Fig. 12. When the vibrating generator body 8 is excited, the movable part 16 vibrates the vibrating generator core 10. In the direction of track 19, the required magnetic flux Φ changes in the magnetic circuit 2. When the vibrator generator is set appropriately, the magnetic flux Φ changes in the magnetic circuit 2. The function of the vibrational generator of the magnetic circuit is shown in Fig. 8b. The movement and change of the magnetic flux Φ) ε in the diagram is characterized by a switch that changes the magnetic flux Φ by the magnetic resistor 18. This consists of the magnetic resistance of the pole pieces 12a and 12b and the air gap 14. the electric winding 7 generates an electrical voltage or is closed by a magnetic circuit 2 with a high magnetic resistance. This function causes changes in magnetic flux Φ or magnetic induction B according to Fig. 10 from minimum to maximum magnetic flux <>> max . Increasing the efficiency of the generator can be achieved by increasing the number of TV windings 13 of the winding 7 or by changing the design of the electrical winding 7 of Figures 6b, 6c and 6d from single-acting to double-acting or multi-acting.
Příkladné provedení uspořádání vibračního generátoru v provedení přepínatelné varianty s rekuperací, který splňuje výše uvedené zadání je znázorněno na obr. 9a. Konstrukční uspořádání v tomto provedení obsahuje permanentní magnet 3, pólové nástavce 12b pohyblivé části 16, cívky 1 tvořené elektrickým vinutím 7 s minimálně jedním závitem 13 elektrického vinutí 7. Uspořádání je provedeno tak, že pohyblivá část ]_6 tj. jádro 10 vibračního generátoru je tvořena permanentním magnetem 3 a pólovými nástavci 12b které tvarují vhodným způsobem magnetický tok Φ, který se uzavírá přes magnetický obvod 2. Pevná část j/7 tvořená cívkou 1 uspořádanou na soustavě pólových nástavců 12a je připojena k pohyblivé části 16 způsobem patrným z obr. 12. Při vybuzení tělesa generátoru 8 se pohyblivá část 16 jádra 10 vibračního generátoru rozkmitá ve směru dráhy 19 a dojde k požadovaným změnám magnetického toku Φ v magnetickém obvodu 2. Při vhodném nastavení generátoru dojde ke změnám (jednoduché rekuperací) magnetického toku Φ v magnetickém obvodu 2. Funkce rekuperace magnetického obvodu je zobrazena na obr. 10b. Pohyb a změna magnetického toku <Z>je ve schématu charakterizována přepínačem, který mění magnetický tok Φ magnetickým odporem. Ten se skládá z magnetického odporu pólových nástavců 12 a vzduchové mezery 14. Tato rekuperace způsobí, podle obr. 11 dvojnásobnou hodnotu změny maximálního magnetického toku Φ. Toto řešení vzhledem k řešení zobrazeného na obr. 6 má výhodné vlastnosti zvláště při dvojčinném a vícečinném provedení elektrického vinutí 7. Zvýšení účinnosti generátoru lze dosáhnout vyšším počtem závitů 13 elektrického vinutí 7 nebo změně konstrukce elektrického vinutí 7 podle obr. 5b, 5c a 5d z jednočinného na dvojčinné a vícečinné.An exemplary embodiment of a vibration generator arrangement in a switchable variant with recuperation variant meeting the above specifications is shown in Fig. 9a. The construction in this embodiment comprises a permanent magnet 3, pole extensions 12b of the movable part 16, a coil 1 formed by an electrical winding 7 with at least one thread 13 of the electrical winding 7. The arrangement is designed such that the movable part 16, i.e. a permanent magnet 3 and pole pieces 12b which suitably shape the magnetic flux Φ, which is closed over the magnetic circuit 2. The fixed part j / 7 formed by the coil 1 arranged on the set of pole pieces 12a is connected to the movable part 16 in the manner shown in Fig. 12. Upon excitation of the generator body 8, the movable portion 16 of the vibration generator core 10 oscillates in the direction of travel 19 and changes in magnetic flux Φ in the magnetic circuit 2 are desired. Recuperator function The magnetic circuit is shown in Fig. 10b. The movement and change of the magnetic flux <Z> is characterized in the diagram by a switch that changes the magnetic flux Φ by the magnetic resistance. This consists of the magnetic resistance of the pole pieces 12 and the air gap 14. This recuperation causes, according to FIG. 11, a double value of the change in the maximum magnetic flux Φ. This solution has advantageous properties with respect to the solution shown in FIG. 6, especially in the double-acting and multi-acting design of the electrical winding 7. Increasing the efficiency of the generator can be achieved by a higher number of windings 13 of the electrical winding 7 or single action to double action and multi action.
Na obr. 12 je příklad uspořádání jádra 10 vibračního generátoru v kyvném provedení. Mechanická ložiska 15 kluzně spojují těleso 8 vibračního generátoru a pohyblivou část 16 vibračního generátoru v požadovaném stupni volnosti. Přitom pohyblivá část 16 může být s výhodou tvořena ramenem 4 spojeným s vyrovnávacím členem 6, například pružinovými prvky 9. Vibrace tělesa 8 generátoru způsobí rozkmitání pohyblivé části 16 vibračního generátoru díky pružnému uloženíFig. 12 shows an example of the arrangement of a vibration generator core 10 in a swinging embodiment. The mechanical bearings 15 slide the vibration generator body 8 and the movable part 16 of the vibration generator in a desired degree of freedom. In this case, the movable part 16 can advantageously be formed by an arm 4 connected to the alignment member 6, for example by spring elements 9. Vibration of the generator body 8 causes oscillation of the movable part 16 of the vibration generator due to the resilient mounting
-7CZ 305591 B6 pomocí pružných prvků 9 a dojde tak k požadovaným změnám magnetického toku Φ magnetickým obvodem 2. Pohybem pólových nástavců 12b pohyblivé části 16 vibračního generátoru po dráze J_9 vůči pólovým nástavcům 12a pevné části 17 vibračního generátoru se magnetický tok Φ vhodně tvarovaný plochou Sc cívky 1 mění a dojde tak k indukování elektrického napětí na svorkách elektrického vinutí 7 podle vztahu (7). Tato změna s dostatečnou výchylkou pohyblivé části 16 vytvoří na svorkách elektrického vinutí 7 napětí úměrně rychlosti v pohyblivé části 16.Thus, by moving the pole pieces 12b of the movable part 16 of the vibration generator along the path 19 relative to the pole pieces 12a of the fixed part 17 of the vibration generator, the magnetic flux Φ is suitably shaped by the surface S c changes the coils 1 and thus induces an electric voltage at the terminals of the electric winding 7 according to formula (7). This change with sufficient deflection of the movable part 16 creates a voltage proportional to the speed in the movable part 16 at the terminals of the electrical winding 7.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Aplikace vibračních generátorů, netypických, nestandardních zdrojů energie vede ke zmenšení, zlevnění zařízení, zvýšení jeho aplikovatelnosti, bezpečnosti a spolehlivosti. Vede k tomu, že lze realizovat zařízení na místech, kde z technických důvodů doposud nebylo možné provozovat zařízení napájené elektrickým napětím. Jednou možnou aplikací navrhovaného vibračního generátoru je jeho integrace s mikroelektromechanickými systémy (MEMS), či integrovanými obvody (IC), vyznačující se nízkou spotřebou energie nebo soběstačnou výrobou energie. Jejich použití je příhodné v dopravě, zdravotnictví, mikroelektronice, robotíce a všude tam, kde se vyskytují vibrace, které jsou nuzné pro pohyb jádra generátoru.Application of vibration generators, atypical, non-standard energy sources leads to reduction, cheaper equipment, increase its applicability, safety and reliability. It leads to the fact that the equipment can be realized in places where for technical reasons it has not been possible to operate the equipment powered by electric power. One possible application of the proposed vibration generator is its integration with microelectromechanical systems (MEMS), or integrated circuits (IC), characterized by low power consumption or self-sustaining power generation. Their use is convenient in transport, healthcare, microelectronics, robotics and wherever there are vibrations that are non-existent for moving the generator core.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2006-571A CZ305591B6 (en) | 2006-09-12 | 2006-09-12 | Vibratory generator for generation of electric energy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2006-571A CZ305591B6 (en) | 2006-09-12 | 2006-09-12 | Vibratory generator for generation of electric energy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2006571A3 CZ2006571A3 (en) | 2008-04-16 |
| CZ305591B6 true CZ305591B6 (en) | 2015-12-30 |
Family
ID=39276313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2006-571A CZ305591B6 (en) | 2006-09-12 | 2006-09-12 | Vibratory generator for generation of electric energy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ305591B6 (en) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB586928A (en) * | 1943-06-24 | 1947-04-08 | Magnavox Co | Electric impulse generator |
| US4239974A (en) * | 1979-02-09 | 1980-12-16 | St Pierre Richard E | Electrical power generating system |
| US5347186A (en) * | 1992-05-26 | 1994-09-13 | Mcq Associates, Inc. | Linear motion electric power generator |
| JPH06280733A (en) * | 1993-03-24 | 1994-10-04 | Taiyo Plant Kk | Electromagnetic induction type wave activated power generating set |
| CN2188819Y (en) * | 1994-06-08 | 1995-02-01 | 何平 | Generator by vibrating |
| WO1998031090A1 (en) * | 1997-01-13 | 1998-07-16 | Konotchick John A | Linear motion electric power generator |
| WO2001088353A1 (en) * | 2000-05-17 | 2001-11-22 | Caterpillar Inc. | Free piston engine with electrical power output |
| JP2002374661A (en) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Yamaguchi Technology Licensing Organization Ltd | Portable generator and portable electronic apparatus comprising it |
| CZ20041227A3 (en) * | 2004-12-21 | 2005-06-15 | Jiří Nepolský | Device for charging cellular telephones and other apparatuses by making use of a charging module |
| US7089043B2 (en) * | 2002-06-14 | 2006-08-08 | Sunyen Co., Ltd. | Self-rechargeable portable telephone |
| WO2009017437A1 (en) * | 2007-07-30 | 2009-02-05 | Andrey Evgenievich Nazdratenko | Floating wave power generator |
-
2006
- 2006-09-12 CZ CZ2006-571A patent/CZ305591B6/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB586928A (en) * | 1943-06-24 | 1947-04-08 | Magnavox Co | Electric impulse generator |
| US4239974A (en) * | 1979-02-09 | 1980-12-16 | St Pierre Richard E | Electrical power generating system |
| US5347186A (en) * | 1992-05-26 | 1994-09-13 | Mcq Associates, Inc. | Linear motion electric power generator |
| JPH06280733A (en) * | 1993-03-24 | 1994-10-04 | Taiyo Plant Kk | Electromagnetic induction type wave activated power generating set |
| CN2188819Y (en) * | 1994-06-08 | 1995-02-01 | 何平 | Generator by vibrating |
| WO1998031090A1 (en) * | 1997-01-13 | 1998-07-16 | Konotchick John A | Linear motion electric power generator |
| WO2001088353A1 (en) * | 2000-05-17 | 2001-11-22 | Caterpillar Inc. | Free piston engine with electrical power output |
| JP2002374661A (en) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Yamaguchi Technology Licensing Organization Ltd | Portable generator and portable electronic apparatus comprising it |
| US7089043B2 (en) * | 2002-06-14 | 2006-08-08 | Sunyen Co., Ltd. | Self-rechargeable portable telephone |
| CZ20041227A3 (en) * | 2004-12-21 | 2005-06-15 | Jiří Nepolský | Device for charging cellular telephones and other apparatuses by making use of a charging module |
| WO2009017437A1 (en) * | 2007-07-30 | 2009-02-05 | Andrey Evgenievich Nazdratenko | Floating wave power generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2006571A3 (en) | 2008-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Saha et al. | Optimization of an electromagnetic energy harvesting device | |
| Koukharenko et al. | Microelectromechanical systems vibration powered electromagnetic generator for wireless sensor applications | |
| US8030807B2 (en) | Electromechanical energy harvesting system | |
| JP4890245B2 (en) | Small electric appliance having an electric motor for generating vibration displacement | |
| CN110875680B (en) | Vibration actuator and portable electronic device provided with same | |
| CN1950989B (en) | An electromagnetic device for converting mechanical vibrational energy into electrical energy | |
| EP2332244B1 (en) | Miniaturized generator with oscillating magnets for the production of electric energy from vibrations | |
| KR101876344B1 (en) | Method of energy harvesting using built-in potential difference of metal-to-metal juntions and device thereof | |
| JP2015516136A (en) | Power generator | |
| CN108880168A (en) | Vibration type linear actuator and disconnecting device | |
| Fu et al. | Comparison and Scaling Effects of Rotational Micro‐Generators using Electromagnetic and Piezoelectric Transduction | |
| Salim et al. | A review of vibration-based MEMS hybrid energy harvesters | |
| EP0967022B1 (en) | Vibration generating mechanism | |
| KR20150082769A (en) | Linear vibrator | |
| CZ2007331A3 (en) | Electromagnetic vibratory generator for low frequencies of vibrations | |
| Tang et al. | Repulsively driven frequency-increased-generators for durable energy harvesting from ultra-low frequency vibration | |
| CZ305591B6 (en) | Vibratory generator for generation of electric energy | |
| CN107925335B (en) | contactless generator | |
| Li et al. | Dynamical modeling and simulation of a laser-micromachined vibration-based micro power generator | |
| Lee et al. | Low-frequency driven energy harvester with multi-pole magnetic structure | |
| JP6303846B2 (en) | Vibration power generator | |
| Awaja et al. | Design and analyses of electromagnetic microgenerator | |
| Wang et al. | An electromagnetic vibration energy harvester with compact flexure guide for low frequency applications | |
| Li et al. | Non-resonant electromagnetic energy harvester for car-key applications | |
| JP6424485B2 (en) | POWER GENERATOR AND ELECTRONIC DEVICE PROVIDED WITH THE SAME |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20200912 |