Verwendung eines Induktionsqenerators

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsgenerator und ein Verfahren zum Generieren eines elektrischen Stroms unter Verwendung eines Induktionsgenerators.

Bereits bekannte elektromagnetische Energiewandler, die beispielsweise bei Funkschaltern eingesetzt werden, nutzen im Grunde stets dasselbe Prinzip. Durch eine Bewegung eines Magnetsystems mit einem Permanentmagneten oder einer Bewegung eines Magnetkerns selbst wird eine schlagartige Magnetflussveränderung in einem Magnetkreis verursacht, wodurch in einer statisch auf dem Magnetkern platzierten Spule mittels Induktion elektrische Energie erzeugt wird. In der Regel nutzen die Systeme während eines Schaltvorgangs eine komplette magnetische Umpolung des Magnetkreises.

Zur Verbesserung der hohen Geräuschentwicklung im Generator bei bekannten Systemen bestehen Konzepte zur Minimierung der Verluste beim Aufprall des Permanentmagneten oder Magnetkerns, verbunden mit einem Anstieg der Reibverluste beim Umschaltvorgang. Zur Effizienzsteigerung ist es ferner möglich, die Energie mittels eines rotierenden Generators mit einem Getriebe umzusetzen.

Die DE 101 12 072 A1 offenbart ein Schaltelement mit einem Betätigungsorgan, das über eine Hebelanordnung mit einem Energiewandler des Schaltelements derart in Wirkverbindung steht, dass die Bewegung des Betätigungsorgans auf den Energiewandler übertragbar ist. Dadurch wandelt der Energiewandler wenigstens einen Teil der zur Betätigung des Betätigungsorgans aufgewandten mechanischen Energie in elektrische Energie um.

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung einen verbesserten Induktionsgenerator und ein verbessertes Verfahren zum Generieren eines elektrischen Stroms gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. In Bezug auf einen Induktionsgenerator errechnet sich die elektrische Energie aus folgenden Verhältnissen:

Ee = E _m — E _v

Ev = Evm + Evmg + E _V e

Dabei gilt:

E _e = elektrische Energie

E _m = mechanische Energie

E _v = Verlustenergie

E _vm = mechanische Verlustenergie

Evmg = magnetische Verlustenergie

E _ve = elektrische Verlustenergie

Das hierin vorgestellte erfinderische Konzept basiert auf der Erkenntnis, dass ein Wirkungsgrad eines Induktionsgenerators erheblich gesteigert werden kann, wenn für die Energieumsetzung die Spule des Generators anstelle des wesentlich schwereren Magnetsystems bewegt wird.

Mit Blick auf die Energieformel lässt sich diese Überlegung noch deutlicher zeigen. So ergibt sich für kinetische Energie bzw. Bewegungsenergie:

E _kin . = 0,5 x m x V ²

Dabei gilt:

E _kin . = kinetische Energie

m = Masse

V = Geschwindigkeit

Die elektrische Energie eines Generators errechnet sich wie folgt:

Eei. = U ² X t / R Dabei gilt:

Ε _θ ι. = elektrische Energie

U = Spannung

t = Zeit

R = elektrischer Widerstand

V ^« U

So ist es also sinnvoller, in die Erhöhung von Geschwindigkeit oder Spannung anstatt in die Erhöhung von Masse oder Zeit bzw. in die Reduzierung des Widerstandes zu investieren, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass eine magnetostatische Erhöhung der Flussdichte im Eisenkreis naturbedingt nur bis zu einem gewissen Grad möglich ist, da auch die besten weichmagnetischen Materialien nur eine maximale Flussdichte von ca. 2,4 T absolvieren können. Selbstverständlich ist es erstrebenswert, die Flussdichte bzw. das Magnetfeld möglichst hoch zu halten; aus Kostengründen kann es jedoch sinnvoll sein, die Flussdichte im Bereich von 1 ,8 - 2,0 T zu wählen (Fe, FeSi).

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Wirkungsgrad bei der elektromagnetischen Energiewandlung entscheidend verbessert werden, indem darauf verzichtet wird, ein relativ schweres Element des Eisenkreises, also das Magnetelement oder Magnetkern, auf einem kurzen Weg möglichst schnell zu beschleunigen und am Ende des Zyklus möglichst schnell abzubremsen.

Mit dem hier vorgestellten Konzept kann nun der größte Teil der Energie, der sonst in einem Aufprall nutzlos vernichtet würde, umgesetzt werden. Zusätzlich kann die Geräuschentwicklung reduziert und Lebensdauer des Generators verlängert werden. Der hohe Wirkungsgrad eines hierin vorgestellten Induktionsgenerators verdankt sich insbesondere der Tatsache, dass die Kraft für die Beschleunigung des relativ schwer beweglichen Magnetsystems nicht mehr benötigt wird. Als Nebeneffekte entfallen auch mechanische Verluste in der linearen Lagerung des beweglichen Teils sowie die durch die relativ niedrige Eigenfrequenz bedingte Gefahr, dass das System in einem praxisbezogenen Vibrationsspektrum in eine ungewollte Resonanz- Schwingung gerät und Energie erzeugt, was bei einem Funkschalter zur Erzeugung ungewollter Funksignale führen könnte.

Gemäß dem hier vorgestellten Ansatz erübrigt es sich, einen Magnetkern vollständig umzupolen. Damit können Systemkosten reduziert werden, da keine hohen Anforderungen an das sonst für einen Magnetkern verwendete Material bzw. an das Schluss-Glühen bestehen. Es müssen keine oder nur geringe magnetische Verluste in Kauf genommen werden. Ein gemäß Ausführungsformen dieser Erfindung gestalteter Induktionsgenerator benötigt kein den Wirkungsgrad verringerndes Getriebe und hat keinen mechanisch anfälligen komplexen Aufbau, sondern vereint sämtliche Kriterien, die einen optimalen elektromechanischen Energiewandler insbesondere für autarke Funksysteme ausmachen. Dazu gehören ein kleiner Bauraum, eine hohe Energiedichte, ein hoher Wirkungsgrad, ein kurzer Aktivierungsweg, eine geringe Aktivierungskraft, eine geringe Geräuschentwicklung, eine möglichst konstante Energiequantität, eine von der Betätigungsgeschwindigkeit unabhängige Funktion, Robustheit gegenüber Temperaturveränderungen, mechanische Robustheit sowie geringe Herstellungskosten.

Der beschriebene Ansatz kommt der steigenden Nachfrage nach autarken Funksystemen entgegen, die in der Lage sind, aufwendige Funkprotokolle wie KNX- RF, ZigBe, Bluetooth Low Energy oder W-LAN mit hoher Sendeleistung und mehreren Wiederholungen zu realisieren. Dies ist nur mit außerordentlich leistungsfähigen Generatoren (0,7 bis 2 mWs) möglich. Eine einfache Vergrößerung bekannter Energiewandler ist dabei nicht zielführend, da die Bedienbarkeit solcher Systeme aufgrund der weiterhin steigenden Betätigungskräfte und Dimensionen sowie der vermehrten Geräuschentwicklung ausgeschlossen oder stark erschwert wird. Der nachfolgend beschriebene Induktionsgenerator kann für solche Einsatzgebiete verwendet werden, bei denen bei kleiner Bauform eine große Energieausbeute erforderlich ist.

Ein Induktionsgenerator, mit zumindest einem Permanentmagneten zum Erzeugen eines Dauermagnetfelds, zumindest einer Rückflussplatte zum Führen des Dauermagnetfelds, einer Spule und einem Federelement, wobei der Permanentmagnet und zumindest ein Abschnitt der Rückflussplatte durch einen von dem Dauer- magnetfeld durchdrungenen Luftspalt voneinander getrennt sind, und wobei die Spule mit dem Federelement verbunden ist und zumindest ein Abschnitt der Spule in dem Luftspalt bewegbar angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement ausgebildet ist, um ansprechend auf eine Auslenkung der Spule eine Oszillationsbewegung zumindest des Abschnitts der Spule in dem Luftspalt quer zu einem magnetischen Fluss des Dauermagnetfelds innerhalb des Luftspalts zu bewirken.

Bei dem Induktionsgenerator oder elektrischen Generator handelt es sich um eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um mittels elektromagnetischer Induktion elektrischen Strom oder elektrische Spannung zu erzeugen. Ein derartiger Induktionsgenerator kann beispielsweise in Zusammenhang mit einem autarken Funkschalter, der z. B. zum Ein- und Ausschalten einer Beleuchtungseinrichtung verwendet wird, eingesetzt werden. Der zumindest eine Permanentmagnet oder Dauermagnet kann z. B. Eisen, Kobalt, Nickel oder Ferrit oder eine Legierung aus mehreren dieser Metalle aufweisen und ausgebildet sein, um ein statisches Magnetfeld, das Dauermagnetfeld zu bilden. Der Permanentmagnet kann einstückig gebildet sein und an gegenüberliegenden Seiten entgegengerichtete Pole, einen Südpol und einen Nordpol, aufweisen. Beispielsweise kann der Permanentmagnet an den gegenüberliegenden Seiten Polschuhe aus einem Material mit hoher Permeabilität aufweisen. Entsprechend einer Polung des Permanentmagneten kann der eine Polschuh den Nordpol und der andere Polschuh den Südpol bilden. Mithilfe der Polschuhe kann der von dem Permanentmagneten erzeugte magnetische Fluss in definierter Weise geführt und verteilt werden. Alternativ kann der Permanentmagnet mehrstückig sein und sich z. B. aus wenigstens zwei oder mehreren Permanentmagnetelementen zusammensetzten.

Gemäß einer Ausführungsform können solche zwei Permanentmagnetelemente, die jeweils einen eigenständigen Permanentmagneten repräsentieren, über eine gemeinsame Verbindungsplatte miteinander verbunden sein. Dabei können die zwei Permanentmagnetelemente so beabstandet auf der Verbindungsplatte aufliegen, dass der Nordpol des einen Permanentmagnetelements und der Südpol des anderen Permanentmagnetelements auf einer Oberfläche der Verbindungsplatte auf- liegt und entsprechend das gesamte Ensemble einen u-förmigen Permanentmagneten ausbildet. Die Polflächen des u-förmigen Permanentmagneten können in einer Ebene liegen und die Oszillationsbewegung kann parallel zu dieser Ebene erfolgen. Die Verbindungsplatte kann als eine flache rechteckige Platte ausgebildet sein, um den magnetischen Fluss optimal zwischen den einzelnen Permanentmagnetelementen zu leiten. Die Rückflussplatte kann in Bezug auf Material, Aufbau und Abmessungen der Verbindungsplatte ähneln oder zu dieser identisch sein und eingesetzt werden, um einen ringförmigen Verlauf des magnetischen Flusses zu gewährleisten. Der Permanentmagnet und die Rückflussplatte können einander gegenüberliegend angeordnet sein, wobei z. B. die Rückflussplatte und die Verbindungsplatte der zwei Permanentmagnetelemente eine Ober- bzw. Unterseite eines so gebildeten Magnetsystems bilden. Basierend auf dem durch den Aufbau des Magnetsystems erzeugten ringförmigen magnetischen Fluss kann das Dauermagnetfeld in dem Luftspalt zwei entgegengesetzt gerichtete Magnetflussströme aufweisen.

Die Spule kann eine Wicklung aus einem oder einer Mehrzahl von Drähten, z. B. aus Kupfer, aufweisen und so mit dem Federelement verbunden sein, dass sie gemäß einer Ausführungsform parallel zur Wicklungsebene und gemäß einer weiteren Ausführungsform um eine in der Wicklungsebene verlaufende Drehachse auslenkbar in dem zumindest einen Luftspalt gelagert ist. Die Auslenkung der Spule kann durch ein Auslenkungsmittel des Induktionsgenerators erfolgen, um die durch das Federelement ermöglichte Oszillationsbewegung der Spule anzustoßen.

Bei der Oszillationsbewegung kann es sich um eine gedämpfte Schwingung handeln, deren Stärke sich abhängig von einem spezifischen Aufbau und/oder einer spezifischen Federkraft des Federelements mit der Zeit abschwächt und schließlich ausklingt. Über die quer zum Magnetfluss bzw. den Magnetflussströmen erfolgende Schwingung der Spule kann ein elektrischer Wechselstrom in der Wicklung der Spule induziert werden. Es können ein oder mehrere Federelemente eingesetzt werden, die die Spule tragen und die Oszillationsbewegung der Spule ermöglichen können. Ein Federelement kann eine geeignet ausgeführte Feder, beispielsweise eine Biegefeder, Drehfeder, Zugfeder oder Druckfeder sein. Gemäß einer Ausführungsform des Induktionsgenerators können der Permanentmagnet, die Rückflussplatte und ein Ende des Federelements an einer Trägerstruktur des Induktionsgenerators fix bzw. ortsfest befestigt sein. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass insbesondere die relativ schweren Elemente des Magnetsystems statisch zur Stromerzeugung eingesetzt werden können, wodurch die Geräuschentwicklung minimiert und die Lebensdauer des Induktionsgenerators verlängert werden kann. Ebenso kann eine Baugröße des Induktionsgenerators kleiner ausfallen, da die Trägerstruktur keiner Belastung durch eine Beschleunigung der schweren Magnete standhalten muss. Die Trägerstruktur kann ein Gehäuse oder ein Teil eines Gehäuses des Induktionsgenerators sein. Die Spule kann durch das Federelement beweglich gegenüber der Trägerstruktur und somit gegenüber dem Dauermagnetfeld gelagert sein.

Gemäß einer Ausführungsform können der Permanentmagnet und die Rückflussplatte durch den Luftspalt voneinander getrennt sein. Es kann somit kein Berührungspunkt zwischen dem Permanentmagneten und der Rückflussplatte bestehen. Ferner kann die Spule in dem Luftspalt bewegbar angeordnet sein. Dabei kann sich die gesamte Spule innerhalb des Luftspalts befinden. Das Federelement kann ausgebildet sein, um ansprechend auf die Auslenkung der Spule die Oszillationsbewegung der Spule in dem Luftspalt quer zu dem magnetischen Fluss des Dauermagnetfelds innerhalb des Luftspalts zu bewirken. Vorteilhafterweise kann die Oszillationsbewegung einander entgegengesetzte Linearbewegungen der Spule umfassen.

Der Induktionsgenerator kann so ausgeführt sein, dass das Dauermagnetfeld einen Magnetfeldkreis bildet, dessen magnetischer Fluss von einem ersten Pol des Permanentmagneten durch einen ersten Abschnitt des Luftspalts, durch die Rückflussplatte und durch einen zweiten Abschnitt des Luftspalts zu einem zweiten Pol des Permanentmagneten strömt. Dabei kann eine erste Wicklungshälfte der Spule in dem ersten Abschnitt des Luftspalts angeordnet sein und eine zweite Wicklungshälfte der Spule in dem zweiten Abschnitt des Luftspalts angeordnet sein. Die Wicklungshälften können an einander gegenüberliegenden Seiten der Spule angeordnet sein. So kann vorteilhaft gewährleistet werden, dass beide Wicklungshälften der Spule einer maximai starken Magnetwirkung ausgesetzt sind. Entsprechend kann ein hoher Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung mit einfachen Mitteln erzielt werden.

Eine Mittelachse der Spule kann parallel oder annähernd parallel zu dem magnetischen Fluss durch den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt des Luftspalts verlaufen. Die Wicklung der Spule verläuft um die Mittelachse der Spule herum, sodass die Mittelachse orthogonal zu einer die Wicklung umfassenden Wicklungsebene der Spule ausgerichtet sein kann. Mittels der Ausrichtung der Spule im rechten Winkel zu dem magnetischen Fluss kann durch die Oszillationsbewegung vorteilhafterweise eine maximale Spannung in der Wicklung der Spule induziert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Induktionsgenerator einen ersten Permanentmagneten zum Erzeugen eines ersten Magnetflussstroms des Dauermagnetfelds, eine erste Rückflussplatte zum Führen des ersten Magnetflussstroms, einen zweiten Permanentmagneten zum Erzeugen eines zweiten Magnetflussstroms des Dauermagnetfelds und eine zweite Rückflussplatte zum Führen des zweiten Magnetflussstroms aufweisen. Dabei kann der erste Magnetflussstrom in einem ersten Magnetfeldkreis von einem ersten Pol des ersten Permanentmagneten durch einen ersten Abschnitt des Luftspalts und durch die erste Rückflussplatte zu einem zweiten Pol des ersten Permanentmagneten strömen und der zweite Magnetflussstrom in einem zweiten Magnetfeldkreis von einem ersten Pol des zweiten Permanentmagneten durch die zweite Rückflussplatte und durch einen zweiten Abschnitt des Luftspalts zu einem zweiten Pol des zweiten Permanentmagneten strömen. Insbesondere kann dabei eine erste Wicklungshälfte der Spule in dem ersten Abschnitt des Luftspalts angeordnet sein und eine zweite Wicklungshälfte der Spule in dem zweiten Abschnitt des Luftspalts angeordnet sein. Beispielsweise können die erste Rückflussplatte und die zweite Rückflussplatte jeweils u-förmig gebogen ausgebildet sein, wobei der jeweilige Permanentmagnet auf einer Innenseite eines Schenkels der u-förmigen Rückflussplatte aufliegt und von einer Innenseite des weiteren Schenkels bedacht wird. So kann erzielt werden, dass beide Magnetflussströme wiederum ringförmig in dem jeweiligen Magnetsystem strömen. Neben einer Redundanz, die mittels der zwei unabhängig voneinander betreibbaren Magnetfluss- ströme zur Bildung des Dauermagnetfelds besteht, weist diese Ausführungsform eine besonders einfache Möglichkeit der Verkapselung des Induktionsgenerators bei erwünschter Staub- und/oder Wasserdichtigkeit auf, da die u-förmigen Rückschlussplatten das empfindliche Spule-Feder-System fast vollständig schützend umgeben und lediglich ein Spalt zwischen der ersten und der zweiten Rückschlussplatte geschlossen werden braucht.

Gemäß einer Ausführungsform kann der zumindest eine Permanentmagnet innerhalb der Spule angeordnet sein. Dabei kann die Spule beweglich gegenüber dem Permanentmagnet angeordnet sein. Durch diese Anordnung des Permanentmagneten kann der Induktionsgenerator sehr kompakt ausgeführt werden.

Die Spule kann um eine durch eine Wicklungsebene der Spule verlaufende Drehachse drehbar gelagert sein, um die Oszillationsbewegung ausführen zu können. Hierbei können geringe Auslenkungen der Spule ausreichend sein, um ausreichend elektrische Energie erzeugen zu können.

Dabei kann eine an einem ersten Polabschnitt des Permanentmagneten anliegende erste Rückflussplatte und eine an einem zweiten Polabschnitt des Permanentmagneten anliegende zweite Rückflussplatte vorgesehen sein. Die Polabschnitte können durch Polschuhe oder durch Endabschnitte des Permanentmagneten realisiert sein. Die erste Rückflussplatte kann einen sich entlang einer ersten Längsseite des Permanentmagneten erstreckenden ersten abgewinkelten Abschnitt und die zweite Rückflussplatte kann einen sich entlang einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden zweiten Längsseite des Permanentmagneten erstreckenden zweiten abgewinkelten Abschnitt aufweisen. Die Längsseiten können parallel zu einer zwischen den Polabschnitten verlaufenden Mittelachse des Permanentmagneten verlaufen. Ein erster Luftspalt kann sich zwischen dem Permanentmagneten und dem ersten abgewinkelten Abschnitt und ein zweiter Luftspalt kann sich zwischen dem Permanentmagneten und dem zweiten abgewinkelten Abschnitt befindet. Dabei können ein erster Abschnitt der Spule in dem ersten Luftspalt und ein zweiter Abschnitt der Spule in dem zweiten Luftspalt bewegbar angeordnet sein. Bei den genannten Ausführungsformen kann das Federelement des Induktionsgenerators eine erste Flachbiegefeder und eine zweite Flachbiegefeder aufweisen, zwischen denen die Spule in dem Luftspalt schwingend gelagert sein kann. Flachbiegefedern können kostengünstig und bauraumsparend eingesetzt werden, um eine geeignete Oszillation der Spule zu gewährleisten. Mittels der Flachbiegefedern kann ein sogenanntes Feder-Parallelogramm gebildet werden, mit dem die Spule in eine besonders gleichmäßige und lang anhaltende Oszillation versetzt werden kann. Ein Wirkungsgrad des Induktionsgenerators kann damit weitergehend gesteigert werden.

Alternativ zu den Flachbiegefedern können andere eine Schwingung der Spule erzeugende und unterstützende Elemente wie beispielsweise einfache Blattfedern oder auch eine Membrane in oder als das Federelement eingesetzt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Federelement einen elektrischen Leiter zur elektrischen Kontaktierung der Spule repräsentieren. Dazu kann ein Abschnitt des Federelements ein Kontaktelement zur Stromabnahme eines aufgrund der Oszillationsbewegung von der Spule bereitgestellten Wechselstroms umfassen. Somit kann das Federelement zur Leitung des in der Spule induzierten elektrischen Stroms, beispielsweise zwischen der Spule und einem elektrischen Verbraucher, eingesetzt werden. Vorteilhafterweise können zwei voneinander elektrisch isolierte Federelemente eingesetzt werden, über die die Spule sowohl elektrisch kontaktiert als auch gegenüber einer Trägerstruktur des Induktionsgenerators beweglich gelagert werden kann. Beispielsweise können elektrische Anschlüsse der Spule über zwei Flachbiegefedern elektrisch kontaktiert werden, wobei die Flachbiegefedern voneinander elektrisch isoliert sind. Mit dieser Ausführungsform kann Bau räum gespart werden, da auf einen separaten Stromabnehmer verzichtet werden kann.

Insbesondere kann die Spule des Induktionsgenerators kernlos ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die Spule mit einem besonders geringen Gewicht ausgeführt werden. Dadurch ergeben sich die Vorteile, dass die Spule gegen einen nur geringen Widerstand sehr schnell aus einer Ruheposition in Schwingung versetzt werden kann und die Schwingung an sich eine sehr hohe Frequenz aufweisen kann. Auch auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Induktionsgenerators verbessert werden.

Die Spule kann von einer Spulenfassung eingefasst sein. Die Spulenfassung kann mit einem dem an der Trägerstruktur fixierten Ende des Federelements gegenüberliegenden weiteren Ende des Federelements verbundenen sein. So kann eine Federkraft des Federelements über die Spulenfassung verlustarm und gleichmäßig auf die Spule übertragen werden. Gleichzeitig ermöglicht diese Ausführungsform eine einfache Umsetzung einer Weiterleitung des in der Wicklung der Spule erzeugten elektrischen Stroms an das Federelement, beispielsweise zur Stromabgabe über einen in das Federelement integrierten Kontakt. Bei einer Verwendung von beidseitig der Spule angeordneten Flachbiegefedern als das Federelement kann beispielsweise die Spulenfassung zwei Fortsätze aufweisen, in die jeweils ein Ende einer Flachbiegefeder eingreifen kann, um die Spulenfassung zu halten.

Ferner kann die Spulenfassung ein Betätigungselement zum Auslenken der Spule aufweisen. Das Betätigungselement kann beispielsweise in Form einer Betätigungszunge ausgebildet und so angeordnet sein, dass es von einem Betätiger leicht erreicht und die Spule aus ihrer Ruhelage in eine von zwei entgegengesetzten Richtungen auslenken kann. Nach einer Freigabe des Betätigungselements kann die Oszillationsbewegung der Spule beginnen.

Der Induktionsgenerator kann eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Anfangspolarität einer aufgrund der Oszillationsbewegung von der Spule bereitgestellten Wechselspannung aufweisen. Die Anfangspolarität ist abhängig von einer anfänglichen Richtung der auf die Auslenkung folgenden Oszillationsbewegung und somit abhängig von einer Richtung der Auslenkung der Spule. Entsprechend kann die Erfassungseinrichtung ausgebildet sein, um eine anfängliche Richtung eines aufgrund der Oszillationsbewegung von der Spule bereitgestellten Wechselstroms zu erfassen. Dadurch kann beispielsweise bestimmt werden, in welche der zwei entgegengesetzten Richtungen die Spule zur Vorbereitung der Oszillationsbewegung mittels des Betätigungselements ausgelenkt wurde. Auf diese Weise kann erkannt werden, in welche Richtung ein Betätigungselement des Induktionsgenerators bewegt wurde. Auf diese Weise kann beispielsweise zwischen einem Einschaltvorgang und einem Ausschaltvorgang unterschieden werden.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Generieren eines elektrischen Stroms unter Verwendung eines Induktionsgenerators mit zumindest einem Permanentmagneten zum Erzeugen eines Dauermagnetfelds, zumindest einer Rückflussplatte zum Führen des Dauermagnetfelds, einer Spule und einem Federelement, wobei der Permanentmagnet und zumindest ein Abschnitt der Rückflussplatte durch einen von dem Dauermagnetfeld durchdrungenen Luftspalt voneinander getrennt sind, und wobei die Spule mit dem Federelement verbunden ist und zumindest ein Abschnitt der Spule in dem Luftspalt bewegbar angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Auslenken der Spule, um eine Oszillationsbewegung zumindest des Abschnitts der Spule in dem Luftspalt quer zu einem magnetischen Fluss des Dauermagnetfelds innerhalb des Luftspalts zu bewirken; und

Generieren des elektrischen Stroms in der Spule mittels elektromagnetischer Induktion basierend auf der Oszillationsbewegung der Spule.

Auch in dieser Form eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann das hier vorgestellte erfinderische Konzept vorteilhaft umgesetzt werden.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 A eine Draufsicht auf einen Induktionsgenerator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1 B eine Querschnittsansicht des Induktionsgenerators aus Fig. 1 A;

Fig. 1 C den Induktionsgenerator aus Fig. 1 A in einer perspektivischen

Darstellung;

Fig. 1 D den Induktionsgenerator aus Fig. 1 A in einer Explosionsdarstellung; Fig. 2A eine Draufsicht auf einen Induktionsgenerator gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2B eine Querschnittsansicht des Induktionsgenerators aus Fig. 2A;

Fig. 3A eine Draufsicht auf einen Induktionsgenerator gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3B eine Querschnittsansicht des Induktionsgenerators aus Fig. 3A;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Induktionsgenerators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Generieren eines

elektrischen Stroms unter Verwendung eines Induktionsgenerators, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Induktionsgenerator gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht des Induktionsgenerators aus Fig. 6;

Fig. 8 eine weitere Querschnittsansicht des Induktionsgenerators aus

Fig. 6;

Fig. 9 eine weitere Querschnittsansicht des Induktionsgenerators aus

Fig. 6

Fig. 10 eine Explosionsdarstellung des Induktionsgenerator aus Fig. 6;

und

Fig. 1 1 eine Darstellung des Induktionsgenerator aus Fig. 10.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Anhand der nachfolgenden Figuren wird der prinzipielle Aufbau eines erfindungsgemäßen Induktionsgenerators illustriert. Die in den Figuren beschriebenen exemplarischen Induktionsgeneratoren können insbesondere zum Betrieb eines autarken Funkschalters eingesetzt werden. Fig. 1 A zeigt in einer Draufsicht einen Induktionsgenerator 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist eine Trägerstruktur 102, ein Federelement 104, eine Rückflussplatte 106, eine Spule 108 in einer Spulenfassung 1 10 sowie zwei Stromabnehmer 1 12.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Induktionsgenerators 100 setzt sich das Federelement 104 aus einer ersten Flachbiegefeder 1 14 und einer zweiten Flachbiegefeder 1 1 6 zusammen, die jeweils seitlich der Spule 108 und der Rückflussplatte 106 parallel verlaufen. Die Spule 108 ist als eine flache rechteckige Wicklung ausgebildet, die in der Darstellung in Fig. 1 nur teilweise zu sehen ist, da sie von der Rückflussplatte 106 abgedeckt ist. Ein Ende 1 18 des durch die Flachbiegefedern 1 14, 1 1 6 gebildeten Federelements 104 ist an der Trägerstruktur 102 befestigt, und ein weiteres Ende 120 greift in zwei Fortsätze 122 der die Spule 108 tragenden Spulenfassung 1 10 ein. So ist die Spule 108 lediglich mittelbar über das Federelement 104 mit der Trägerstruktur 102 verbunden und mittels des Federelements 104 bewegbar bzw. schwingend in dem Induktionsgenerator 100 gelagert.

Mittels eines hier zungenförmig ausgebildeten Betätigungselements 124 der Spulenfassung 1 10 kann die Spule 108 ausgelenkt und mit Unterstützung des Federelements 104 in einem Magnetfeld eines in der Darstellung in Fig. 1 nicht sichtbaren Magnetsystems des Induktionsgenerators 100 in Schwingung versetzt werden, um unter Ausnutzung der Lorentz-Kraft einen elektrischen Stromfluss in der Wicklung der Spule 108 zu erzeugen. Ein Abschnitt des über die Spulenfassung 1 10 mit der Spule 108 gekoppelten Federelements 104 bildet ein Kontaktelement 126, über das der in der Spule 108 induzierte elektrische Strom auf die mit dem Kontaktelement 126 verbundenen Stromabnehmer 1 12 fließen und dort abgegriffen werden kann. Die Stromabnehmer 1 12 sind die Rückflussplatte 106 teilweise überlappend angeordnet.

Über die Trägerstruktur 102 kann der Induktionsgenerator 100 an einem Objekt, beispielsweise einer Wand befestigt werden. Dazu können geeignete Fixierelemente, beispielsweise Schrauben verwendet werden. Während der Schwingung der Spule 108 bewegt sich diese, während sich die Trägerstruktur 102, das Magnetsys- tem sowie der durch das Magnetsystem bewirkte Magnetkreis in Ruhe befinden. Ist der Induktionsgenerator 100 an einem Objekt befestigt, so führt die Spule 108 während der Schwingung eine Bewegung aus, während sich die Trägerstruktur 102, das Magnetsystem und das Objekt in Ruhe befinden.

Fig. 1 B zeigt eine Querschnittsansicht des Induktionsgenerators 100 aus Fig. 1 A entlang einer Linie B-B in Fig. 1 A, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dieser Darstellung ist insbesondere ein bereits erwähntes Magnetsystem 128 des Induktionsgenerators 100 und dessen Platzierung bezüglich der Spule 108 gut zu identifizieren. Das Magnetsystem 128 setzt sich aus der Rückflussplatte 106 und einem dieser gegenüber liegenden Permanentmagneten 130 zusammen. Der Permanentmagnet 130 wird hier durch ein erstes Permanentmagnetelement 132, ein zweites Permanentmagnetelement 134, und eine das erste Permanentmagnetelement 132 mit dem zweiten Permanentmagnetelement 134 koppelnde Verbindungsplatte 136 gebildet. Das erste Permanentmagnetelement 132 ist mit seinem Nordpol und das zweite Permanentmagnetelement 134 mit seinem Südpol mit der metallischen Verbindungsplatte 136 kontaktiert, sodass das gesamte Ensemble einen u-förmigen Permanentmagneten 130 bildet, bei dem das erste Permanentmagnetelement 132 den ersten Pol, das zweite Permanentmagnetelement 134 den zweiten Pol und die Verbindungsplatte 136 das Joch bildet. Das Magnetsystem 128 bildet ein durch eine Mehrzahl von Pfeilen gekennzeichnetes Dauermagnetfeld 138. In der Darstellung in Fig. 1 B strömt ein magnetischer Fluss des Dauermagnetfelds 138 gegen den Uhrzeigersinn. In einem zwischen dem Permanentmagneten 130 und der Rückflussplatte 106 befindlichen Luftspalt 140 ist die Spule 108 mittels der ersten Flachbiegefeder 1 14 und der zweiten Flachbiegefeder 1 1 6 in dem Dauermagnetfeld 138 bewegbar gelagert, sodass sie nach einer Auslenkung durch das Betätigungselement in einer durch waagerechte Pfeile in der Darstellung in Fig. 1 B gekennzeichneten Relativbewegung 142 oszillieren kann.

Wie die Darstellung in Fig. 1 B verdeutlicht, ist das Magnetsystem 128 statisch aufgebaut. Es besteht im Wesentlichen aus den zwei Permanentmagnetelementen 132, 134, die auf einer Seite mit dem Rückflusseisen bzw. der Verbindungsplatte 136 ohne Luftspalt magnetisch gekoppelt sind, und dem zweiten Rückflusseisen bzw. der Rückflussplatte 106 und ist durch den Luftspalt 140 magnetisch geschlossen. In dem Luftspalt 140 werden somit zwei konstante, gegenläufig gerichtete Magnetfelder bzw. Magnetflussströme erzeugt. In dem Luftspalt 140 befindet sich die leichte, flache viereckige Wicklung der Spule 108 ohne Eisenkern. Die Spule 108 ist beweglich gelagert und kann die Relativbewegung 142 entlang des Luftspaltes 140 absolvieren.

Fig. 1 C zeigt den Induktionsgenerator 100 aus Fig. 1 A in einer perspektivischen Darstellung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hier ist die durch das Federelement 104 bereitgestellte Lagerung für die Spule 108 anschaulich dokumentiert. Wie die Illustration zeigt, besteht hier die Lagerung aus den zwei Flachbiegefedern 1 14, 1 16, die zueinander parallel verlaufend angeordnet sind. An dem einen Ende 1 18 des Federelements 104 sind beide Federenden im Gehäuse bzw. in der Trägerstruktur 102 fixiert und am weiteren Ende 120 an dem Spulenkörper bzw. der Spulenfassung 1 10. Dank einer solchen Anordnung in Form eines Parallelogramms können sich die erste Feder 1 14 und die zweite Feder 1 16 in mittels der Pfeile gekennzeichneten Richtungen 142A, 142B parallel verformen, sodass die Spule 108 in einer quasi Parallelbewegung die Relativbewegung der Oszillation absolvieren und somit einen sehr guten Schwingkörper bilden kann. Ein wesentlicher Vorteil an dieser Konzeption ist, dass mechanische Verluste nur aus einer inneren Reibung in den Federn 1 14, 1 16 - die als fast vernachlässigbar angesehen werden kann - und aus einem Luftwiderstand während der Oszillationsbewegung der Spule 108 bestehen. Dazu addieren sich noch elektrische Widerstandsverluste in der Spule 108, die jedoch bei jeder Art von Generator anfallen. Da die erste Flachfeder 1 14 und die zweite Flachfeder 1 1 6 zueinander elektrisch isoliert sind, können sie gleichzeitig für Stromabnahmezwecke bzw. für einen elektrischen Anschluss der Spule 108 verwendet werden. Enddrähte der Spule 108 können sowohl direkt als auch indirekt mittels Zusatzkontaktstiften an die weiteren Federenden 120 kontaktiert werden. Die Federenden des ersten Endbereichs 1 18 können als Federkontakte ein- oder beidseitig ausgeführt sein und die Kontaktierung an ein beliebiges Elektronikmodul extrem einfach und kostengünstig ermöglichen. Fig. 1 D zeigt den Induktionsgenerator 100 aus Fig. 1 A in einer Explosionsdarstellung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hier ist das als„Feder-Parallelogramm" ausgeführte Federelement 104 gut zu erkennen. Die Lagerung der Spule 108 mittels des„Feder-Parallelogramms" 104 ist zwar vorteilhaft, jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Spule 108 kann z. B. auch mittels einer einfachen Blattfeder oder Membrane schwingend gelagert werden. Es ist auch eine einfache Drehlagerung oder eine lineare Lagerung in der Kombination mit Dreh-, Zugoder Druckfedern möglich. Zur Stromabnahme können dabei die Federelemente 1 14, 1 1 6, flexible Folien, Schleifkontakte oder Drähte verwendet werden.

Im Folgenden wird auf eine Funktionsweise des in den Figuren 1 A bis 1 D gezeigten Induktionsgenerators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingegangen.

Zur Betätigung des Generators 100 wird die Betätigungszunge 124 des Spulenkörpers 1 10 von einem Betätiger erfasst, in eine der beiden Richtungen 142A, 142B bis auf einen bestimmten Weg oder zu einer bestimmten Kraft ausgelenkt und schlagartig freigelassen. Die Spule 108 beginnt im konstanten Magnetfeld 138 zu schwingen, und es wird nach dem Lorentz-Gesetz elektrische Energie in dieser induziert, welche durch die beiden Schwing-Kontaktfedern bzw. Flachbiegefedern 1 14, 1 1 6 zur Versorgung eines Sendemodules abgenommen wird. Bedingt durch die Gegeninduktion nimmt eine Schwingamplitude der Spule 108 abhängig von einer Verbraucherleistung ab, bis der Spulenkörper 1 10 zu Ruhe kommt. Durch eine Federkonstante des Federelements 104 und ein Gewicht der Spule 108 lässt sich die Impulslänge steuern. Verluste setzen sich hier im Wesentlichen aus dem Luftwiderstand während dem Oszillieren und Widerstandsverlusten in der Kupferwicklung der Spule 108 zusammen. Mit diesem Konzept erzielbare Wirkungsgrade liegen zwischen 65 und 80 %. Der Eisenkreis des Magnetsystems 128 des Energiewandlers 100 wird im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen nur in einem Teilbereich der Magnethysterese genutzt und stellt somit keine hohe Ansprüche an die magnetischen Eigenschaften und senkt die Systemkosten erheblich. Der Induktionsgenerator 100 erzeugt einen Wechselstrom. Es ist möglich, die Polarität z. B. des ersten Halbsinus zu messen und für die Richtungserkennung zu nutzen. Somit kann z. B. ein„An"- und ein„Aus ^' -Signal generiert und versendet werden, in Abhängigkeit von der Betätigungsrichtung des Generators 100, und zwar ohne zusätzliche Kodier- Kontakte.

Wie bereits erwähnt und die nachfolgenden Figuren zeigen, kann das Magnetsystem 128 des Energiewandlers 100 auf unterschiedliche Weise aufgebaut sein.

Die Figuren 2A und 2B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Induktionsgenerators 100.

Fig. 2A zeigt den exemplarischen Induktionsgenerator 100 in einer Draufsicht. Es zeigt sich, dass die Oberseite dieses Ausführungsbeispiels des Induktionsgenerators 100 dem des in Fig. 1 A gezeigten größtenteils entspricht, mit dem Unterschied, dass der in Fig. 2A gezeigte Induktionsgenerator 100 schmaler ausgeführt ist und die Stromabnehmer 1 12 die Rückflussplatte 106 nicht überlappen.

Unterschiede zwischen dem in den Figuren 1 A bis 1 D und dem in den Figuren 2A und 2B gezeigten Induktionsgenerator 100 werden insbesondere bei Betrachtung der Querschnittsansicht in Fig. 2B deutlich. Hier wird der Permanentmagnet 130 lediglich durch einen einzigen Magneten gebildet, dessen Ausrichtung im Gegensatz zu dem anderen Ausführungsbeispiel parallel zu der Wicklung der Spule 108 verläuft und der zwei Polschuhe 200 aufweist. Der Magnetkreis 128 ist hier mit einem größeren Magneten 130 mit den zwei Polschuhen 200 auf jeder Seite ausgestattet. Die Rückschluss- bzw. Rückflussplatte 106 ist wiederum durch den Luftspalt 140 vom Rest des Magnetsystems 128 örtlich getrennt angeordnet. Mit der hier gezeigten Bauform lässt sich die Flussdichte des magnetischen Flusses des Dauermagnetfelds 138 an den Polflächen des Permanentmagneten 130 deutlich erhöhen. Die Flussdichte berechnet sich aus dem Verhältnis zwischen den Polflächen des Magneten 130 und den Polflächen der Polschuhe 200.

Figuren 3A und 3B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Induktionsgenerators 100. In der Draufsicht entspricht das in Fig. 3A gezeigte Ausführungsbeispiel des Induktionsgenerators 100 dem in Fig. 1 A gezeigten, mit dem Unterschied, dass bei dem Induktionsgenerator 100 in Fig. 3A die Rückflussplatte 106 oberhalb der Stromabnehmer 1 12 angeordnet ist.

Die Querschnittsansicht in Fig. 3B offenbart, dass im Gegensatz zu den anderen Ausführungsbeispielen der hier gezeigte Induktionsgenerator 100 zusätzlich über ein drittes Permanentmagnetelement 300 und ein viertes Permanentmagnetelement 302, verfügt, die in Kombination mit der Rückflussplatte 106 einen weiteren Permanentmagneten 304 bilden. Der weitere Permanentmagnet 304 liegt durch den Luftspalt 140 getrennt dem Permanentmagneten 130 spiegelbildlich gegenüber und bildet mit diesem gemeinsam das Magnetsystem 128.

Fig. 4 zeigt in einer Querschnittsansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des Induktionsgenerators 100. Der Magnetkreis 128 wird auch hier durch den Permanentmagneten 130 und den weiteren Permanentmagneten 304 gebildet, wobei hier jedoch zwei Rückflussplatten 106 zum Einsatz kommen, die in einer U-Form gebogen sind. Das Dauermagnetfeld 138 teilt sich entsprechend hier in einen ersten Magnetflussstrom 400 und einen zweiten Magnetflussstrom 402. Die Spule 108 ist in dem hier durch die U-Form der Rückflussplatten 106 gebildeten Luftspalt 140 angeordnet, sodass eine erste Wicklungshälfte 404 der Spule dem ersten Magnetflussstrom 400 ausgesetzt ist und eine zweite Wicklungshälfte 406 der Spule 108 dem zweiten Magnetflussstrom 402 ausgesetzt ist. Insbesondere in Fig. 4 ausgewählte Bauform ermöglicht eine leichte Verkapselung des Generators 100, falls z. B. eine staub- oder wasserdichte Ausführung gewünscht ist.

Es sind natürlich neben den in den Figuren gezeigten auch weitere Aufbauten des Magnetsystems 128 möglich. Wichtig ist, dass die Wicklungshälften 404, 406 der Spule 108 in einem möglichst starken Magnetfeld 138 oszillieren können. Das bewegliche Schwingsystem des Induktionsgenerators 100 ist sehr kompakt und leicht ausgeführt. Dabei kann die Spule 108 nur bei sehr starken Vibrationen von außen in ungewollte Schwingungen geraten. Um eine Erzeugung von„falschen" Funksignalen zu verhindern, kann der Schwingkörper bzw. die Spule 108 ein einem Schalterge- häuse durch den Betätiger in Ruhe- und Endstellung blockiert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die induzierte Spannung zu messen und nur einen Spannungsanstieg über einen bestimmten Level als ein Schaltsignal zu werten.

Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 500 zum Generieren eines elektrischen Stroms unter Verwendung eines Induktionsgenerators. Das Verfahren 500 kann in Verbindung mit einem Induktionsgenerator, wie er anhand der vorhergehenden oder nachfolgenden Figuren 1 A bis 4 ausführlich erläutert ist, vorteilhaft ausgeführt werden. In einem Schritt 502 wird durch Betätigen eines Betätigungselements des Induktionsgenerators eine mittels eines Federelements bewegbar gelagerte Spule um ein vorbestimmtes Maß oder mit einer vorbestimmten Kraft ausgelenkt. Infolgedessen führt die Spule eine Oszillationsbewegung quer zu einem magnetischen Fluss eines in dem Induktionsgenerator bestehenden Dauermagnetfelds aus. In einem Schritt 504 wird mittels einer auf der Oszillationsbewegung der Spule basierenden elektromagnetischen Induktion ein elektrischer Strom in einer Wicklung der Spule induziert. Über geeignete Kontakte wird der elektrische Strom zum Betrieb beispielsweise eines autarken Funkschalters abgegriffen.

Fig. 6 zeigt in einer Draufsicht einen Induktionsgenerator 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Induktionsgenerator 100 weist eine Trägerstruktur 102, eine erste Rückflussplatte 106 und eine zweite Rückflussplatte 606 auf. Die Rückflussplatten 106, 606 sind fix mit der Trägerstruktur 102 verbunden. Eine von einer Spulenfassung 1 10 getragene Spule 108 ist mittels einem sich aus einer ersten Flachbiegefeder 1 14 und einer zweiten Flachbiegefeder 1 1 6 zusammensetzenden Federelement beweglich gegenüber der Trägerstruktur 102 und den Rückflussplatten 106, 606 gelagert. Die Flachbiegefedern 1 14, 1 1 6 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten des Induktionsgenerators 100 angeordnet. Die Rückflussplatten 106, 606 sind zwischen den Flachbiegefedern 1 14, 1 1 6 angeordnet. Die Anordnung aus der Trägerstruktur 102 und den Rückflussplatten 106, 606 wird durch eine Klammer 650 zusammengehalten. Die Klammer 650 ist mittig zwischen den Flachbiegefedern 1 14, 1 1 6 angeordnet. Über die Trägerstruktur 102 kann der Induktionsgenerator 100 an einem Objekt, beispielsweise einer Wand befestigt werden. Dazu können geeignete Fixierelemente, beispielsweise Schrauben verwendet werden. Wenn die Spule 108 im Betrieb des Induktionsgenerators 100 eine Oszillationsbewegung ausführt, befindet sich die Trägerstruktur 102 und die Rückflussplatten 106, 606 in Ruhe.

Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht des Induktionsgenerators 100 aus Fig. 6, entlang einer in Fig. 6 gezeigten Linie D-D gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dieser Darstellung sind die Trägerstruktur 102, die Rückflussplatten 106, 606, die Klammer 650 und die von der Spulenfassung 1 10 getragene Spule 108 zu erkennen. Zwischen den Rückflussplatten 106, 606 ist ein Permanentmagnet 130 angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Permanentmagnet 130 zwei optionale Polschuhe 200, 700 auf. Ein gezeigter freier Endabschnitt der Flachbiegefeder 1 1 6 kann als elektrischer Kontakt zur elektrischen Kon- taktierung der Spule 108 genutzt werden.

Der Permanentmagnet 130 ist zwischen den Polschuhen 200, 700 angeordnet. Der Permanentmagnet 130 weist einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Die Polschuhe 200, 700 sind plattenförmig ausgeführt und liegen an dem Permanentmagneten 130 an einander gegenüberliegenden Seiten an. Die Polschuhe 200, 700 bilden Polabschnitte des Permanentmagneten 130 aus. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel fungiert der erste Polschuh 200 als Südpol und der zweite Polschuh 700 als Nordpol.

Ein Mittelabschnitt der ersten Rückflussplatte 106 liegt auf einer dem Permanentmagneten 130 abgewandten Oberfläche des ersten Polschuhs 200 auf. Der erste Polschuh 200 weist eine, beispielsweise mittig angeordnete Erhöhung auf, die in ein Durchgangsloch der ersten Rückflussplatte 106 eingreift. Dadurch kann ein Verrutschen des ersten Polschuhs 200 gegenüber der ersten Rückflussplatte 106 vermieden werden. An gegenüberliegenden Enden des Mittelabschnitts der ersten Rückflussplatte 106 grenzen ein kurzer abgewinkelter Abschnitt der ersten Rückflussplatte 106 und ein langer abgewinkelter Abschnitt der ersten Rückflussplatte 106 an. Der kurze und der lange abgewinkelte Abschnitt sind in die gleiche Richtung ausgerichtet, hier nach unten, sodass die erste Rückflussplatte 106 in etwa U-förmig ausgeformt ist. Die abgewinkelten Abschnitte sind gegenüber dem Mittelabschnitt der ersten Rückflussplatte 106 jeweils in etwa rechtwinklig und zu dem Permanentmagneten 130 hin abgewinkelt. Der Mittelabschnitt der ersten Rückflussplatte 106 endet aufseiten des kurzen abgewinkelten Abschnitts am Rand des ersten Polschuhs 200, erstreckt sich aufseiten des langen abgewinkelten Bereichs jedoch über den gegenüberliegenden Rand des ersten Polschuhs 200 hinaus. Der kurze abgewinkelte Abschnitt der ersten Rückflussplatte 106, hier links angeordnet, erstreckt sich entlang eines Rands des ersten Polschuhs 200 und etwas über einen Rand des Permanentmagneten 130. Der kurze abgewinkelte Abschnitt der ersten Rückflussplatte 106 kann an dem Rand des ersten Polschuhs und an dem Rand des Permanentmagneten 130 anliegen. Der lange abgewinkelte Abschnitt der ersten Rückflussplatte 106, hier rechts angeordnet, erstreckt sich entlang eines Rands des ersten Polschuhs 200, den Rand des Permanentmagneten 130 und den Rand des zweiten Polschuhs 700. Dabei weist der lange abgewinkelte Abschnitt der ersten Rückflussplatte 106 aufgrund des Überstands des Mittelabschnitts über den Rand des ersten Polschuhs 200 einen Abstand zu den Polschuhen 200, 700 und dem Permanentmagneten 130 auf.

Ein Mittelabschnitt der zweiten Rückflussplatte 606 liegt auf einer dem Permanentmagneten 130 abgewandten Oberfläche des zweiten Polschuhs 700 auf. Der zweite Polschuh 700 weist eine, beispielsweise mittig angeordnete Erhöhung auf, die in ein Durchgangsloch der zweiten Rückflussplatte 606 eingreift. Dadurch kann ein Verrutschen des zweiten Polschuhs 700 gegenüber der zweiten Rückflussplatte 606 vermieden werden. An gegenüberliegenden Enden des Mittelabschnitts der zweiten Rückflussplatte 606 grenzen ein kurzer abgewinkelter Abschnitt der zweiten Rückflussplatte 606 und ein langer abgewinkelter Abschnitt der zweiten Rückflussplatte 606 an. Der kurze und der lange abgewinkelte Abschnitt zeigen in die gleiche Richtung, hier nach oben, sodass die zweite Rückflussplatte 606 in etwa U-förmig ausgeformt ist. Die abgewinkelten Abschnitte sind gegenüber dem Mittelabschnitt der zweiten Rückflussplatte 606 jeweils in etwa rechtwinklig und zu dem Permanentmagneten 130 hin abgewinkelt. Der Mittelabschnitt der zweiten Rückflussplatte 606 endet aufseiten des kurzen abgewinkelten Abschnitts am Rand des zweiten Pol- schuhs 700, erstreckt sich aufseiten des langen abgewinkelten Abschnitts jedoch über den Rand des zweiten Polschuhs 700 hinaus. Der kurze abgewinkelte Abschnitt der zweiten Rückflussplatte 606, hier rechts angeordnet, erstreckt sich entlang eines Rands des zweiten Polschuhs 700 und etwas über einen Rand des Permanentmagneten 130. Der kurze abgewinkelte Abschnitt der zweiten Rückflussplatte 606 kann an dem Rand des zweiten Polschuhs 700 und an dem Rand des Permanentmagneten 130 anliegen. Der lange abgewinkelte Abschnitt der zweiten Rückflussplatte 606, hier links angeordnet, erstreckt sich entlang eines Rands des zweiten Polschuhs 700, den Rand des Permanentmagneten 130 und den Rand des ersten Polschuhs 200. Dabei weist der lange abgewinkelte Abschnitt der zweiten Rückflussplatte 606 aufgrund des Überstands des Mittelabschnitts über den Rand des zweiten Polschuhs 700 einen Abstand zu den Polschuhen 200, 700 und dem Permanentmagneten 130 auf.

Der kurze abgewinkelte Abschnitt der ersten Rückflussplatte 106 ist auf der gleichen Seite des Induktionsgenerators 100 angeordnet, wie der lange abgewinkelte Abschnitt der zweiten Rückflussplatte 606. Der kurze abgewinkelte Abschnitt der ersten Rückflussplatte 106 und der lange abgewinkelte Abschnitt der zweiten Rückflussplatte 606 überlappen sich teilweise. Der lange abgewinkelte Abschnitt der zweiten Rückflussplatte 606 erstreckt sich in etwa bis auf Höhe einer von dem ersten Polschuh 200 abgewandten Oberfläche des Mittelabschnitts der ersten Rückflussplatte 106. Sich überlappende Bereiche des kurzen abgewinkelten Abschnitts der ersten Rückflussplatte 106 und des langen abgewinkelten Abschnitts der zweiten Rückflussplatte 606 sind durch einen ersten Luftspalt 140 voneinander getrennt. Ein erster Abschnitt der Spule 108 ist in dem ersten Luftspalt 140 angeordnet. Dem Luftspalt 140 zugewandte Oberflächen des kurzen abgewinkelten Abschnitts der ersten Rückflussplatte 106 und des langen abgewinkelten Abschnitts der zweiten Rückflussplatte 606 weisen jeweils eine Krümmung auf, die an einen Bewegungsradius des ersten Abschnitts der Spule 108 innerhalb des ersten Luftspalts 140 angepasst ist. Das von dem Permanentmagneten 130 erzeugte Dauermagnetfeld quert den Luftspalt 140. Die Bewegung des ersten Abschnitts der Spule 108 innerhalb des ersten Luftspalts 140 erfolgt annähernd senkrecht zu den Magnetfeldlinien des den Luftspalt 140 querenden Dauermagnetfelds. Der lange abgewinkelte Abschnitt der ersten Rückflussplatte 106 ist auf der gleichen Seite des Induktionsgenerators 100 angeordnet, wie der kurze abgewinkelte Abschnitt der zweiten Rückflussplatte 606. Der lange abgewinkelte Abschnitt der ersten Rückflussplatte 106 und der kurze abgewinkelte Abschnitt der zweiten Rückflussplatte 606 überlappen sich teilweise. Der lange abgewinkelte Abschnitt der ersten Rückflussplatte 106 erstreckt sich in etwa bis auf Höhe einer von dem zweiten Polschuh 700 abgewandten Oberfläche des Mittelabschnitts der zweiten Rückflussplatte 606. Sich überlappende Bereiche des langen abgewinkelten Abschnitts der ersten Rückflussplatte 106 und des kurzen abgewinkelten Abschnitts der zweiten Rückflussplatte 606 sind durch einen zweiten Luftspalt 740 voneinander getrennt. Ein dem ersten Abschnitt gegenüberliegender zweiter Abschnitt der Spule 108 ist in dem zweiten Luftspalt 740 angeordnet. Dem zweiten Luftspalt 740 zugewandte Oberflächen des langen abgewinkelten Abschnitts der ersten Rückflussplatte 106 und des kurzen abgewinkelten Abschnitts der zweiten Rückflussplatte 606 weisen jeweils eine Krümmung auf, die an einen Bewegungsradius des zweiten Abschnitts der Spule 108 innerhalb des zweiten Luftspalts 740 angepasst ist. Das von dem Permanentmagneten 130 erzeugte Dauermagnetfeld durchquert den zweiten Luftspalt 740. Die Bewegung des zweiten Abschnitts der Spule 108 innerhalb des zweiten Luftspalts 740 erfolgt annähernd senkrecht zu den Magnetfeldlinien des den zweiten Luftspalt 740 durchquerenden Dauermagnetfelds.

Die Trägerstruktur 102 liegt flächig auf einer dem ersten Polschuh 200 abgewandten Oberfläche der ersten Rückflussplatte 106 an. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Trägerstruktur 102 einen Fortsatz auf, der in eine Durchgangsöffnung der ersten Rückflussplatte 106 eingreift. Die Klammer 650 erstreckt sich entlang einer äußeren Oberfläche der Trägerstruktur 102 sowie entlang einer äußeren Oberfläche der zweiten Rückflussplatte 606 und greift mit einem ersten Haken in eine dem Fortsatz der Trägerstruktur 102 gegenüberliegende Vertiefung der Trägerstruktur 102 und mit einem zweiten Haken in die Aussparung der zweiten Rückflussplatte 606 ein.

Die Spulenfassung 1 10 ist als ein rechteckförmiger Ring mit einer äußeren umlaufenden Nut ausgeführt. In der Nut ist die Spule 108 bildende Wicklung oder die die Spule 108 bildenden Wicklungen angeordnet. Durch die umlaufende Nut wird die Wicklungsebene der Spule 108 aufgespannt. Der Permanentmagnet 130 ist innerhalb eines von der Spulenfassung 1 10 umschlossenen Innenraums der Spulenfassung 1 10 angeordnet. Die Drehachse der Spule 108 verläuft durch die Wicklungsebene der Spule 108 sowie quer durch den Permanentmagneten 130.

In Fig. 7 ist die Spule 108 in Ruhestellung gezeigt. In der Ruhestellung ist eine orthogonal zu einer Wicklungsebene der Spule 108 stehende Mittelachse der Spule 108 leicht gegenüber einer zwischen den Polen des Permanentmagneten 130 verlaufenden Mittelachse des Permanentmagneten 130 geneigt. Die Spule 108 ist um eine Drehachse drehbar gegenüber dem Permanentmagneten 130 gelagert. Die Drehachse verläuft gemäß diesem Ausführungsbeispiel parallel zu den Kantenverläufen der abgewinkelten Abschnitte der Rückflussplatten 106, 606. Ausgehend von der Ruhestellung kann die Spule 108 in beide Drehrichtungen um die Drehachse ausgelenkt werden, wodurch aufgrund des Dauermagnetfelds jeweils ein Strom in die Wicklung oder die Wicklungen der Spule 108 induziert wird.

Fig. 8 zeigt eine weitere Querschnittsansicht des Induktionsgenerators 100 aus Fig. 7 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Spule 108 ist in einer ersten ausgelenkten Stellung gezeigt. Um von der in Fig. 7 gezeigten Ruhestellung in die in Fig. 8 gezeigte erste ausgelenkte Stellung zu gelangen, wurde der sich im ersten Luftspalt 140 befindliche erste Abschnitt der Spule 108 in Richtung des Mittelabschnitts der zweiten Rückflussplatte 606 und der sich im zweiten Luftspalt 740 befindliche zweite Abschnitt der Spule 108 in Richtung des Mittelabschnitts der ersten Rückflussplatte 106 bewegt. Ausgehend von der gezeigten ersten ausgelenkten Stellung kann die Spule 108 eine Oszillationsbewegung beginnen, deren Anfangsbewegungsrichtung durch Pfeile angedeutet ist. Der Induktionsgenerator 100 kann ein Betätigungselement aufweisen, das mit der Spulenfassung 1 10 verbunden ist. Durch eine erfolgte Betätigung des Betätigungselements kann die Spule 108 in die erste ausgelenkte Stellung bewegt worden sein. Dabei wurden die Flachbiegefedern 1 1 6, von denen die Spule getragen wird, gespannt. Fig. 9 zeigt eine weitere Querschnittsansicht des Induktionsgenerators 100 aus Fig. 7 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Spule 108 ist in einer zweiten ausgelenkten Stellung gezeigt. Um von der in Fig. 7 gezeigten Ruhestellung in die in Fig. 9 gezeigte zweite ausgelenkte Stellung zu gelangen, wurde der sich im ersten Luftspalt 140 befindliche erste Abschnitt der Spule 108 in Richtung des Mittelabschnitts der ersten Rückflussplatte 106 und der sich im zweiten Luftspalt 740 befindliche zweite Abschnitt der Spule 108 in Richtung des Mittelabschnitts der zweiten Rückflussplatte 606 bewegt. Ausgehend von der gezeigten zweiten ausgelenkten Stellung kann die Spule 108 eine Oszillationsbewegung beginnen, deren Anfangsbewegungsrichtung durch Pfeile angedeutet ist. Durch eine, im Vergleich zu der in Fig. 8 beschrieben Betätigung entgegengesetzten Betätigung des Betätigungselements, kann die Spule 108 in die zweite ausgelenkte Stellung bewegt worden sein. Dabei werden die Flachbiegefedern 1 1 6, von denen die Spule getragen wird, gespannt.

Ausgehend von der in Fig. 8 oder der in Fig. 9 gezeigten ausgelenkten Stellung kann die Spule 108 angetrieben durch die Flachbiegefedern 1 1 6 eine Oszillationsbewegung ausführen, die alternierend in die in den Figuren 8 und 9 durch Pfeile angedeuteten Bewegungsrichtungen verläuft.

Fig. 10 zeigt den Induktionsgenerator 100 aus Fig. 6 in einer Explosionsdarstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Der Permanentmagnet 130 und die Polschuhe 200, 700 sind jeweils als recht- eckförmige Platten ausgeführt. Die Spule 108 weist eine rechteckförmige Querschnittsfläche auf. Die Spulenfassung 1 10 ist als ein umlaufender Ring ausgeführt, innerhalb dessen der Permanentmagnet 130 und die Polschuhe 200, 700 angeordnet werden können.

Die Flachbiegefedern 1 14, 1 1 6 sind jeweils U-förmig ausgeführt. Die Trägerstruktur 102 und die Spulenfassung 1 10 weisen schlitzförmige Aufnahmeelemente 1061 , 1062 auf, in die Abschnitte der Flachbiegefedern 1 14, 1 16 eingeführt werden können, um die Flachbiegefedern 1 14, 1 1 6 zum einen an der Trägerstruktur 102 und zum anderen an der Spulenfassung 1 10 zu fixieren. In Fig. 10 sind dabei lediglich die Aufnahmeelemente 1061 , 1062 für die Flachbiegefeder 1 14 zu erkennen. Die Aufnahmeelemente für die Flachbiegefeder 1 1 6 sind korrespondierend zu den gezeigten Aufnahmeelementen 1061 , 1062 ausgeführt. Die freien Enden der Flachbiegefeder 1 14 weisen im montierten Zustand in entgegengesetzte Richtungen wie die freien Enden der Flachbiegefeder 1 1 6. Die Spule 108 kann über die Flachbiegefedern 1 14, 1 1 6 elektrisch kontaktiert werden.

Die Trägerstruktur 102 weist eine im montierten Zustand parallel zu dem Mittelabschnitt der ersten Rückflussplatte 106 angeordnete Grundplatte und zwei rechtwinklig von der Grundplatte abstehende Seitenwände auf, die im montierten Zustand seitliche Führungen für die Rückflussplatten 106, 606 und optional für die Polschuhe 200, 700 und den Permanentmagneten 130 bilden. Die Seitenwände sind im montierten Zustand innerhalb der Spulenfassung 1 10 geführt. Die Seitenwände weisen Durchgangsöffnungen 1071 , 1072 zur Aufnahme von als Drehwelle fungierenden Zapfen 1074 der Spulenfassung 1 10 auf. Die Drehachse der Spule 108 verläuft durch die Durchgangsöffnungen 1071 , 1072.

An der Spulenfassung 1 10 ist ein Betätigungselement 1080 angeordnet, über das die Spule 108 aus ihrer Ruhestellung heraus, gegen Rückstellkräfte der Flachbiegefedern 1 14, 1 1 6, ausgelenkt werden kann.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Spule 108 mittels einer Achse drehgelagert und ist ausgebildet, um im Betrieb des Induktionsgenerators 100 um die Achse herum zu oszillieren. Das Magnetsystem des Induktionsgenerators 100 ist mit dem Magnet 130 aufgebaut. Die Zwischenpolschuhe 200, 700, die hier als flacher Eisenvierkant ausgeführt sind, sind als Platzhalter vorgesehen, um Volumen des Magnetes 130 zu sparen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Generator 100 mit einem kostengünstigen Hartferritmagnet als Permanentmagnet 130 bestückt werden. In dem Fall können die Zwischenpolschuhe 200, 700 entfallen.

Fig. 1 1 zeigt den Induktionsgenerator 100 aus Fig. 10 im montierten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Zu erkennen ist die Flachbiegefeder 1 14, deren erstes Ende in das Aufnahmeelement 1062 der Spulenfassung 1 10 eingesteckt ist und deren dem ersten Ende gegenüberliegender Endabschnitt durch das Aufnahmeelement 1061 der Trägerstruktur 102 geführt ist, sodass das zweite Ende der Flachbiegefeder 1 14 frei stehend ist und als elektrischer Kontakt genutzt werden kann.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder" Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Bezuqszeichen

100 Induktionsgenerator

102 Trägerstruktur

104 Federelement

106 Rückflussplatte

108 Spule

110 Spulenfassung

112 Stromabnehmer

114 erste Flachbiegefeder

116 zweite Flachbiegefeder

118 Ende des Federelements

120 weiteres Ende des Federelements

122 Fortsatz der Spulenfassung

124 Betätigungselement

126 Kontaktelement

128 agnetsystem

130 Permanentmagnet

132 erstes Permanentmagnetelement

134 zweites Permanentmagnetelement

136 Verbindungsplatte

138 Dauermagnetfeld

140 Luftspalt

142A Federbewegungsrichtung

142B Federbewegungsrichtung

200 Polschuh

300 drittes Permanentmagnetelement

302 viertes Permanentmagnetelement

304 weiterer Permanentmagnet

400 ersten Magnetflussstrom

402 zweiter Magnetflussstrom

404 erste Wicklungshälfte der Spule

406 zweite Wicklungshälfte der Spule 500 Verfahren zum Generieren eines elektrischen Stroms

502 Schritt des Auslenkens

504 Schritt des Generierens

606 zweite Rückflussplatte

650 Klammer

700 zweiter Polschuh

740 zweiter Luftspalt

1061 Aufnahmeelement

1062 Aufnahmeelement

1071 Durchgangsöffnung

1072 Durchgangsöffnung

1074 Zapfen

1080 Betätigungselement