CN101361252A - 用于产生电能的独立装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于产生电能的独立装置，其包括：设有中心开口的激励线圈(2)和通过线圈的中心开口的磁路，该磁路由固定部分(3)和移动部分(5)形成，该移动部分相对于固定部分(3)移动以改变通过激励线圈(2)的磁通量，其中所述磁路若干次通过激励线圈(2)的中心开口，形成至少一个环。本发明还涉及远程控制装置，其包括与远程接收器耦接的发射器以及用于产生电能的独立装置(1)，该独立装置产生用于为发射器提供能量的电流。

Description

用于产生电能的独立装置

技术领域

本发明涉及一种用于产生电能的独立装置。本发明的装置利用通过感应线圈的磁通量的变化产生电流。本发明还涉及由用于产生电能的独立装置提供能量的远程控制装置。

背景技术

在以下描述中，术语“用于产生电能的独立装置”用以表示在不使用电流源以及不与电网相连，即无线的情况下能够产生电流的装置。

美国专利申请2003/048018披露了一种发电机，其包括配有多个磁导体的定子，由延伸通过每个磁导体的绕组构成的电导体和包含多个永磁体的移动部分，该移动部分能够相对于定子移动以在绕组中产生电流。每个磁导体通过永磁体形成绕部分绕组延伸的磁路。在该文献中，产生的磁通量被分成两部分并因此使得绕组中获得的磁通变化不足以产生具有足够强度的电流。

从专利申请WO2004/093299还可了解到机械能量转变成电能的转换器。该转换器包括永磁体和软磁体元件，这两个形成磁路和围绕部分磁路的电线圈。软磁体元件和永磁体被安装以相对于彼此旋转，这样允许移动而在通过线圈的磁路中产生磁通变化，进而导致线圈中电流的产生。

文献WO2004/093299实现了转换器在独立能量开关中的应用，所述独立能量开关即不具有能源且是无线的开关。当开关被机械启动时，由通过线圈的磁通量变化产生的电流能够为无线电信号发射器供给能量。无线电信号被传送到远程接收器，其随后发生响应，以对电气设备进行开关。当开关离接收器非常远或者由于许多物体而与后者分开时，产生的无线电信号在各种情况下不总是足以到达接收器。为了提高转换器的性能，必须增加线圈的匝数，进而增加了开关的尺寸，并且在给定用于绕组的铜线的价钱的情况下，制造的成本增加了。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于产生电能的上述类型的装置，其具有增强的性能同时保持小的占用面积以及适度的成本。

该目的通过提供一种用于产生电能的独立装置而实现，该装置包括：

设有中心开口的激励线圈，

通过所述线圈的中心开口的磁路，该磁路由固定部分和移动部分构成，该移动部分能够相对于所述固定部分移动，以改变通过所述激励线圈的磁通量，由此在激励线圈内产生电流，

其中，所述磁路若干次通过的所述激励线圈的中心开口，形成至少一个环(loop)。

根据本发明的一具体特征，所述磁路两次通过所述激励线圈的中心开口，形成一个环。

根据本发明的另一具体特征，所述磁路的固定部分两次通过所述激励线圈的中心开口，形成一个环。

因此，在包括两次通过激励线圈形成其环的磁路的用于产生电能的装置中，提高了感应系数，并且因此根据关系式E＝1/2·L·I²，线圈中存储的能量数量也提高了，在上述关系式中E是线圈中存储的能量，L是线圈的感应系数并且I是通过线圈的磁通量变化所产生的电流强度。

因此，在移动部分的操作速度给定并且线圈匝数相同的情况下，本发明装置中由于通过线圈的磁通量变化而产生的电流是磁路仅通过线圈一次的现有技术装置中产生的电流的2倍。因此，根据以上限定的关系式，本发明装置中线圈内存储的能量E也是现有技术装置中产生的能量的2倍。

此外，用于产生磁路的铁磁材料，例如铁，比用于形成线圈匝的铜便宜很多。因此，利用增加使用的铁量来弥补最小化提高装置性能所需的铜的量，可以十分有利且节省成本。

磁路长度的增加根据其固有原理当然地会增加感应系数(同样通量下的较长长度的铁)，因此根据上述已经定义的关系式E＝1/2·L·I²，线圈中存储的能量可得以增加。

根据本发明，线圈能够恢复与通量变化以及该变化的速度相关联的能量。通过调节与通过线圈的磁通量的变化速度相关联的电压峰值，还可提高能量产生性能。磁通量的变化速度对应磁路的移动部分相对于磁路的固定部分的移动速度。

因此，在不增加尺寸和占用面积的情况下，本发明的装置相比于现有技术装置能够获得增强的性能，或获得与现有技术装置相当的性能但具有更小的尺寸和占用面积。

根据本发明的另一具体特征，所述固定部分包括与不相连的两个臂联接的座，所述两个臂为第一臂和第二臂，它们各自通过激励线圈的中心开口。

因此，根据本发明，磁路的固定部分形成为三个单独的部分，即座和两个臂。在制造过程中，两个臂通过线圈的中心开口并且座的每个腿与臂的一端相连，这样得到极好的刚性整体子组件。所述臂可以嵌入构成线圈保持器的材料中。

根据本发明，在所述磁路中循环的磁场沿一路径行进，所述路径经过所述移动部分、第一臂、座和第二臂，并返回到移动部分，所述磁场沿同一方向在所述两个臂中通过。

根据本发明的另一具体特征，每个臂具有形成为所述移动部分的终点挡板的自由端。

根据本发明的另一具体特征，所述座呈U形，包括跨过所述激励线圈的两个平行腿。所述座的平行腿各自包括例如用于接收臂的一端的槽口。

根据本发明的另一具体特征，所述移动部分包括能够进行旋转移动的移动永磁体。所述永磁体的旋转移动是例如在由终点挡板限定的两个极端位置之间进行的摇臂移动。所述终点挡板是例如由所述通过线圈的臂的自由端形成的。

有利地，所述移动部分装配在朝一个极端位置向该移动部分施力的弹性装置上。

根据本发明的另一具体特征，所述移动部分呈H形，并由保持在两个平行的铁磁层之间的永磁体构成。

根据本发明的另一具体特征，所述永磁体具有垂直于所述两个铁磁层所限定的平面的磁化方向。

根据本发明的另一具体特征，所述移动部分是手动操作的。所述装置是通过摇杆或按钮类型的开关操作的。所述移动部分还可以由位置探测器中的一机械装置移动。

根据本发明，所述装置可以利用微机电技术制造。

本发明还涉及一种远程控制装置，其包括与远程接收器耦接的发射器和如前所述的用于产生电能的独立装置，该独立装置用于产生电流，以为所述发射器提供能量。

附图说明

本发明的其它特征和优点在以下参照附图以示例方式给出的对实施例的详细描述中将变得明显，在附图中：

图1示出了由根据本发明的用于产生电能的独立装置提供能量的远程控制装置的子组件，

图2以分解图示出了本发明装置中所用的磁路的固定部分，

图3是示出了根据本发明的用于产生电能的独立装置的四分之三图(three-quarter view)，所述装置安装在远程控制装置内，

图4是从上方示出了根据本发明的用于产生电能的独立装置的示意图，所述装置安装在远程控制装置内，

图5是示出了本发明的分解图，

图6A和6B是示出了分别处于第一极端位置和第二极端位置的移动部分的示意性正视图，

图7示意性示出了本发明装置的一实施例变型。

具体实施方式

在以下的描述中，术语“顶”和“底”以及所用的其他等效表示应在附图中以垂直方向的轴作为参考来理解。

根据本发明的用于产生电能的独立装置1能够借助外部机械动作，例如手动，改变通过线圈2的磁通量，从而在激励线圈2中产生电流。

上述装置1用于无线的且不具备内电流源的远程控制装置中。该远程控制装置例如可利用能够控制光的摇杆或按钮型开关手动操作，并可在空间内的各个位置处无限制地定位。远程控制装置特别地包括图1中所示的机械子组件。该机械子组件用于接收根据本发明的用于产生电能的独立装置1，并且还包括用于为产生电能的装置1传递机械能的操作设备6、7。远程控制装置还包括由上述装置1产生的电流供给能量以向远程接收器发送无线电信号的发射器(未示出)，以及特别地包括存储根据本发明的装置1产生的电能的设备，如电容器，以便使在下游传递至发射器的电流量平稳的电子电路(未示出)。

根据本发明用于产生电能的独立装置1还可实现为其他应用，例如位置探测器或机械压力传感器，其中产生和测量的电流量可用于确定是否施加了机械力。机械作用能够产生用于触发例如警报器或信号装置或如之前所述为无线电发射器供给能量的电流。

参照图2至6B，根据本发明的装置1特别地包括由固定部分3和移动部分5构成的磁路以及激励线圈2，通过该磁路能够计算磁场。这可以利用MEMS(微机电系统)技术实现。MEMS技术是公知的，其实现为叠置连续的多个层，其中一层例如是牺牲层，利用蚀刻随后去除该层以释放移动部分。

磁路中的磁通量由移动部分5相对于固定部分3的瞬时角位置限定，使得移动部分5相对于固定部分3的移动产生通过线圈2的磁通量变化，该变化在线圈中引发电流。由磁通量变化在线圈2的端子处产生的电压依赖于时间并因此依赖于移动部分5相对于固定部分3的移动速度。

激励线圈2包括非磁性(amagnetic)材料制成的保持器20，在保持器上缠绕了由N匝导电线构成的线圈21(图3和4)。保持器20在纵轴(A)上形成中心开口，并调整开口的尺寸使得磁路能够若干次通过该开口。在附图中，磁路的固定部分3两次通过线圈2的中心开口，形成环。因此，磁路第一次通过线圈2的中心开口，随后绕线圈2缠绕以形成环，并且第二次通过线圈2的中心开口。激励线圈的保持器20包括筒固定部(barrel fixing)22a、22b，其用于接收线圈2的导电线的两端以使其与置于保持器20上的电子卡(未示出)相连。

磁路的移动部分5例如是对称的H型，其例如包括保持在两个平行铁磁材料层51a、51b，即顶层51a和底层51b，之间的永磁体50。永磁体50固定在底层51a和顶层51b的内表面510a和510b上。该移动部分5装配成在垂直于保持器20中心开口纵轴(A)的水平旋转轴(R)上旋转。旋转轴(R)在图3和4中表示为圆柱件52，其结合至安装在移动部分5上的支撑件53，并与移动部分5结合旋转。永磁体在垂直于移动部分5的旋转轴(R)的垂直方向上，如上下方向上被南北极化(图6A和6B)。

磁路的固定部分3由具有高磁导率的材料，如铁磁材料制成。参照图2，固定部分3包括跨过激励线圈2(图4)以形成环的U形座30。座30由此具有彼此平行并由中间芯部300分开的第一腿301a和第二腿301b。两个腿301a、301b沿平行于移动部分5的旋转轴(R)的方向延伸激励线圈2的两侧，而没有通过保持器20的中心开口。每个腿301a、301b的自由端具有槽口302a、302b。

参照图2，磁路的固定部分3还包括分开、不相连且不同的第一臂31和第二臂32，一个臂是另一个的镜像。这些臂31、32为L形，并且各自具有从第一端开始的长分支310、320以及终止于第二自由端的短分支311、321。这些臂在两个分支的连接点还设有逐渐倾斜的部分312、322。这两个臂31、32的长分支310、320分别在两个平面上通过保持器20的中心开口，所述平面平行于线圈2的中心开口的纵轴(A)。第一臂31借助第一端与座30的第一腿301a相连，而第二臂32借助其第一端与座30的第二腿301b相连。在每个臂21、32的第一端上产生的对准不连续部(alignmentdiscontinuity)325能够使臂31、32接合在其连接的腿301a、301b的槽口302a、302b中。中心开口的外侧，每个臂31、32的倾斜部分312、322使短分支311、321返回到同一水平平面，移动部分5的旋转轴(R)也位于该平面内。每个臂31、32的第二端置于移动部分5的永磁体50的两侧，并位于移动部分5的两个铁磁层51a、51b之间。每个臂31、32的短分支311、321形成移动部分5的终点挡板，并限定出两个相对支承平台，即顶部支承平台313、323和底部支承平台314、324。移动部分5在每个臂31、32形成的终点挡板之间具有旋转自由度。

根据本发明，在保持器20的中心开口内设置例如由塑性材料制成的适当引导装置，以引导每个臂31、32并使它们保持彼此相距足够距离，从而不会干扰磁路中磁场的循环，并避免臂31、32之间的泄漏。

因为座30设置成使得其两个腿301a、301b位于线圈2的两侧，所以臂31、32中循环的磁场总是沿相同方向通过线圈2的中心开口。因此，磁场沿相同方向两次通过激励线圈2的中心开口。如果磁路通过激励线圈的中心开口超过两次，则产生的磁场沿相同方向以与通过线圈的相同次数通过激励线圈的中心开口。

因此根据本发明，磁路的固定部分3形成为三个单独的部分，即座30和两个臂31、32。在制造过程中，两个臂31、32通过线圈2的中心开口并且座30的每个腿301a、301b与臂31、32的第一端相连，这使得可以产生极好的刚性紧凑子组件。根据本发明，两个臂31、32还可嵌入形成激励线圈2的保持器20的材料中，以形成由线圈2和臂31、32构成的极好的刚性件。

根据本发明，确定磁性材料制造的各种元件的截面，以使磁路在产生能量的独立装置1的使用范围内具有最小饱和度。

移动部分5绕轴(R)进行摇臂移动，并具有由终点挡板限定的两个不同极端位置，移动部分5借助磁力保持在每个极端位置。当移动部分从其一个极端位置升起时，在超过中心平衡位置的情况下，由于磁效应而瞬间被吸引到另一极端位置。英国专利申请1 312 927中对该现象做了特别描述。

在第一极端位置(图6a)上，移动部分5的底层51b的内表面510b被磁力吸靠于第一臂的短分支311的底部支承平台314，而移动部分5的顶层51a的内表面510a被磁力吸靠于第二臂32的短分支321的顶部支承平台323。

在第一极端位置上，磁路中循环的磁场沿以下路径行进：

永磁体50，

移动部分5的顶层51a，

第二臂32，

座30的第二腿301b，

座30的中间芯部300，

座30的第一腿301a，

第一臂31，

移动部分5的底层51b，

永磁体50。

在第二极端位置(图6B)上，移动部分5的顶层51a的内表面510a被磁力吸靠于第一臂31的短分支311的顶部支承平台313，而移动部分5的底层51b的内表面510b被磁力吸靠于第二臂32的短分支321的底部支承平台324。

在第二极极端位置上，磁路中循环的磁场沿以下相反路径行进：

永磁体50，

移动部分5的顶层51a，

第一臂31，

座30的第一腿301a，

座30的中间芯部300，

座30的第二腿301b，

第二臂32，

移动部分5的底层51b，

永磁体50。

因此，磁路中形成的磁场在通过线圈2的两个臂31、32中沿相同方向定向。

在机械开关型应用中，弹簧板54(图3和4)一方面接合安装至装置的操作设备6、7(图1)，而另一方面通过与支撑件53相连并具有三角形截面的构件55与移动部分5相连，支撑件本身安装在移动部分5上。确定弹簧板54的尺寸，使其在被供以一定量的机械能量时突然变型，从而以旋转方式操作移动部分。因此，在操作时，弹簧板54在引起移动部分5摇动之前能够将机械能量存储到一定的阈值。弹簧板54由此能够给予本发明装置1恒定的操作动态，其不依赖于用户所施加的机械压力。

在开关型的应用中，移动部分5的极端位置之一，例如第一极端位置(图6A)是稳定的平衡位置，而另一极端位置，即第二极端位置(图6B)是不稳定的。弹簧板54实际安装在弹性装置上，如弹簧(未示出)，使得能够重新恢复根据本发明的装置1，并由此使移动部分5在移动之后系统地(systematically)返回到稳定的平衡位置。因此，弹簧板54的变形所产生的机械能量必须足以在移动部分5处于第一稳定极端位置时使其从支承平台314、323(图6A)脱离。

因此，在开关中，操作总是引起移动部分5在其第一极端位置和第二极端位置之间去和回。在去的移动中，产生通过线圈2的磁通量的第一变化并由此产生第一电流，而在回来的移动中，产生通过线圈2的磁通量的第二变化并由此产生第二电流。因此，单一的操作能够产生双倍的电能量。

根据图7中所示的本发明装置的实施例变型，磁路包括固定部分3′和移动部分5′。在以上描述的装置中，固定部分3′包括两次通过线圈2的保持器中心开口的两个部分31′、32′。此外，固定部分3′包括位于线圈2外侧的两个不相连的部分，移动部分5′位于这两个部分之间。移动部分5′例如包括在其周边具有永磁体50′构成的部分的铁磁材料圆柱体。在磁路的固定部分3′的两个不相连的部分之间，该移动部分5′被操作以绕其旋转轴(R′)旋转。根据该变型，移动部分5’的旋转轴(R′)是垂直的，且垂直于线圈2保持器的中心开口的纵轴(A)。该变型的整体操作与之前描述的相同，也就是说，移动部分5′关于其轴(R′)的旋转移动产生通过线圈2的磁通量变换，进而导致电流的产生。

显然，在不脱离本发明的精神范围的情况下，可以做出其他变型和细节上的改进，甚至可考虑使用等同装置。

Claims (16)

1.一种用于产生电能的独立装置，包括：

设有中心开口的激励线圈(2)，

通过所述线圈的中心开口的磁路，该磁路由固定部分(3)和移动部分(5)构成，该移动部分能够相对于所述固定部分移动，以改变通过所述激励线圈(2)的磁通量，由此在激励线圈(2)内产生电流，

其中，所述磁路若干次通过的所述激励线圈(2)的中心开口，形成至少一个环。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述磁路两次通过所述激励线圈(2)的中心开口，形成一个环。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述磁路的固定部分两次通过所述激励线圈(2)的中心开口。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述固定部分(3)包括与不相连的两个臂(31、32)联接的座(30)，所述两个臂为第一臂(31)和第二臂(32)，它们各自通过所述激励线圈(2)的中心开口。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，在所述磁路中循环的磁场沿一路径行进，所述路径经过所述移动部分(5)、第一臂(31)、座(30)和第二臂(32)，并返回到移动部分(5)，所述磁场沿同一方向在所述两个臂(31、32)中通过。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其中，每个臂(31、32)具有形成为所述移动部分(5)的终点挡板的自由端。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的装置，其中，所述座(30)呈U形，包括跨过所述激励线圈(2)的两个平行腿(301a、301b)。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述座(30)的平行腿(301a、301b)各自包括用于接收臂(31、32)的一端的槽口(302a、302b)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，所述移动部分(5)包括能够进行旋转移动的移动永磁体(50)。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述永磁体(50)的旋转移动是在由终点挡板限定的两个极端位置之间进行的摇臂移动。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述移动部分(5)装配在朝一个极端位置向该移动部分(5)施力的弹性装置上。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的装置，其中，所述移动部分(5)呈H形，并由保持在两个平行的铁磁层(52a、51b)之间的永磁体(50)构成。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述永磁体(50)具有垂直于所述两个铁磁层(51a、51b)所限定的平面的磁化方向。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其中，所述移动部分(5)是手动操作的。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的装置，其中，所述装置是利用微机电技术制造的。

16.一种远程控制装置，其包括与远程接收器耦接的发射器，其中，该装置包括如权利要求1至14中任一项所述的用于产生电能的独立装置(1)，以产生用于为所述发射器提供能量的电流。

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