DE10217562A1 - Vorrichtung zur Umwandlung von Vibrationsenergie in elektrische Leistung - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Umwandlung von Vibrationsenergie in elektrische Energie wird geschaffen, bei der Vibration einer Kraftquelle auf eine Stromerzeugungsspule (14) übertragen und dann über Schraubendruckfedern (26, 28) auf einen Eisenkern (16) übertragen wird, wodurch eine Relativbewegung zwischen dem Eisenkern (16) und der Stromerzeugungsspule (14) aufgrund von Trägheit hervorgerufen wird, was zu einer Änderung des Magnetfelds führt. Eine elektromotorische Kraft wird somit aufgrund elektromagnetischer Induktion erzeugt, wodurch ein Stromfluß in einer elektrischen Leitung (18) hervorgerufen wird. Insbesondere kann die Verwendung von Vibration der Kraftquelle als Energie für die Stromerzeugung eine effiziente Verwendung von Energie erzielen. Die Aufnahme der elektrischen Energie durch die Stromerzeugung kann auch zu einer Abschwächung der Vibration führen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Vibrationsenergie in elektrische Energie, die elektrisch Vibrationsenergie umwandelt, die erzeugt wird, wenn ein Motorsystem arbeitet.

Beschreibung des technischen Hintergrunds

Verschiedene Arten von Energieumwandlungsstromgeneratoren sind in Betracht gezogen worden.

Beispielsweise ist im wörtlichen Sinne ein windbetriebenes Leistungserzeugungssystem ein Leistungserzeugungsverfahren unter Verwendung von Windkraft, und es wurden Windmühlenarten wie beispielsweise ein Propellertyp, ein Darrieus-Typ und ein Paddeltyp zum Zweck einer effizienten Leistungserzeugung entworfen.

Thermische Stromerzeugung, Atomstromerzeugung und ähnliches sind zu den Haupttechnologien im Bereich der Stromerzeugung in großem Maßstab geworden.

Andererseits wird eine Solarzelle, die optische Energie direkt in elektrischen Strom zur Verwendung umwandelt, als Stromquelle von Taschenrechnern verwendet, obwohl sie klein ist.

Des weiteren weisen elektrische Automobile, die eine Brennstoffzelle besitzen, die für den Betrieb einen Motor für die Fortbewegung verwenden, Vorteile insofern auf, als sie während der Fortbewe­ gung im Gegensatz zu kraftstoffbetriebenen Fahrzeugen keine Emissionen während der Fortbewe­ gung abgegeben und eine hohe Energieeffizienz aufweisen. Ein solarbetriebenes Fahrzeug, das die Solarzelle mit dem elektrischen Automobil kombiniert, wird gerade entwickelt.

Ein praktisches solarbetriebenes Fahrzeug ist gesondert mit einer Solarzelle mit einer Kapazität von etwa 1000 W versehen, die zum Erzeugen elektrischer Leistung verwendet wird, mit der eine im Fahrzeug montierte Akkumulatorbatterie geladen wird, und es kann sich somit fortbewegen.

Fahrzeuge, insbesondere elektrisch betriebene Gefährte (wie beispielsweise ein elektrischer Rollstuhl und ein Golfwagen), die mit relativ geringer elektrischer Energie betrieben werden, aktivieren einen Elektromotor, um Räder für die Bewegung anzutreiben. Es ist anzumerken, daß, obwohl ein elektrischer Rollstuhl und ein Golfwagen als Beispiele für elektrisch betriebene Gefährte verwendet werden, die vorliegende Erfindung nicht auf Fahrzeuge mit niedriger Geschwindigkeit beschränkt ist und solche Fahrzeuge unter Verwendung eines Elektromotors hier nur der Anschau­ ung dienen. Somit wird davon ausgegangen, daß ein Elektroauto, ein solarbetriebenes Fahrzeug etc., die Alternativen zu einem Fahrzeug mit einer Kolbenkraftmaschine oder einem Dieselmotor sein können, auch in Betracht kommen.

Derartige Fahrzeuge weisen oft den Nachteil von Vibration während der Bewegung auf. Diese Vibration bewirkt, daß sich ein Passagier unwohl fühlt, und sie wird gegenwärtig durch eine Dämpfungsausrüstung wie beispielsweise einen Stoßdämpfer und eine Schraubenfeder abgedämpft.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Vibration ist jedoch eine Art von Energie, und ihre Abdämpfung kann zu einer ineffizienten Verwendung von Energie führen.

Die Verwendung der durch Aktivieren eines Motorsystems wie beispielsweise eines Fahrzeugs erzeugten Vibration als Energie für den Betrieb des Elektromotors wurde noch nicht entwickelt.

Angesichts dieser Tatsache besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Umwandlung von Vibrationsenergie in elektrische Energie zu schaffen, die durch die Aktivierung eines Motorsystems erzeugte Vibration als Vibrationsenergie zur Erzeugung elektrischer Energie ausnutzt, wodurch eine effiziente Verwendung von Energie erfolgt, die verträglich mit der Abdämp­ fung der Vibration ist.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Vibrationsenergie in elektrische Energie, die elektrisch Vibrationsenergie umwandelt, wenn ein Motorsystem arbeitet. Die Vorrichtung umfaßt: zumindest eine Stabmagneteinheit, auf die die Vibration übertragen wird, wenn das Motorsystem arbeitet; eine Spuleneinheit, die um die Magneteinheit schraubenförmig gewunden ist; eine Dämpfungseinheit, die zwischen der Magneteinheit und der Spuleneinheit positioniert ist, zum Halten der Magneteinheit an der schraubenförmig neutralen Position der Spuleneinheit während der Nicht-Vibration und zum Dämpfen der Übertragung der Vibration auf die Spuleneinheit während der Vibration; und eine elektrische Leitungseinheit zum Aufnehmen eines zur Wicklung der Spulen­ einheit fließenden Stroms aufgrund einer Änderung des Magnetfelds, die erzeugt wird, wenn die im Motorsystem erzeugte Vibration die Magneteinheit veranlaßt, sich auf der Schraubenachse der Spuleneinheit hin- und her zu bewegen.

Gemäß dieser Erfindung tritt, wenn ein Motorsystem nicht arbeitet, keine Relativbewegung zwischen der Spuleneinheit und der Magneteinheit auf, und das Magnetfeld wird nicht geändert, wodurch kein Stromfluß in der Wicklung der elektrischen Leitungseinheit hervorgerufen wird. Sobald das Motor­ system aktiviert wird, bewirkt vom Motorsystem erzeugte Vibration, daß sich die Spuleneinheit und die Magneteinheit relativ zueinander bewegen. Dies ist der Fall, weil eine Verzögerung bezüglich der Vibration aufgrund der Trägheitskraft vorhanden ist, da die Magneteinheit bezüglich der Spulenein­ heit von der Dämpfungseinheit gehalten wird.

Die Relativbewegung zwischen der Spuleneinheit und der Magneteinheit ergibt eine Änderung des Magnetfelds, wodurch ein Stromfluß in der Wicklung der elektrischen Leitungseinheit aufgrund elektromagnetischer Induktion hervorgerufen wird. Das Fließen von Strom ermöglicht, daß ein anderer elektrischer Teil betätigt wird.

Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß die Dämpfungseinheit die Magneteinheit bezüglich der Spuleneinheit gemäß dem Prinzip eines Feder-Masse-Systems hält. Dies kann effiziente Leistungs­ erzeugungseigenschaften hinsichtlich der Vibration liefern.

Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß sich die Magneteinheiten in Form eines Kreuzes kreuzen, wobei in einem Kreuzungsabschnitt ein Durchgangsloch gebildet ist und der andere Kreuzungsab­ schnitt das Durchgangsloch durchsetzt. Dies kann die Orientierung der Vibration erhöhen, was zur Erzeugung elektrischer Leistung beiträgt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Leistung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Leistung gemäß einer Modifikation der erster Ausführungsform.

Fig. 3 ist ein Schaltbild einer Gleichrichterschaltung.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Leistung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die den Zustand zeigt, in dem ein Paar Magnete gemäß der zweiten Ausführungsform gekoppelt sind.

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild des Anschlusses zum Speichern des gemäß der ersten Ausfüh­ rungsform oder der zweiten Ausführungsform erzeugten elektrischen Energie, wobei (A) eine Serienschaltung und (B) eine Parallelschaltung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN Erste Ausführungsform

Fig. 1 stellt eine Vorrichtung 10 zur Umwandlung elektrischer Energie gemäß einer ersten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Vorrichtung 10 zur Umwandlung elektrischer Energie ist an einer Basis (Träger) (nicht gezeigt) über eine Befestigungsvorrichtung 12 befestigt.

Eine Leistungs- bzw. Stromerzeugungsspule 14 ist an der Befestigungsvorrichtung 12 angebracht. Die Stromerzeugungsspule 14 ist aus einem zylindrischen Eisenkern 16 und einer elektrischen Leitung 18 so gebildet, daß die elektrische Leitung 18 schraubenförmig auf den äußeren Umfang des Eisenkerns 16 aufgewickelt ist. Die elektrische Leitung 18 ist in der gleichen Richtung bezüglich des Eisenkerns 16 gewickelt.

Ein zylindrischer Stabmagnet 20 ist über ein Lager (nicht gezeigt) zum Reduzieren des Reibungsko­ effizienten in den inneren Umfang des Eisenkerns 16 eingesetzt. Der Magnet 20 ist axial verschieb­ lich bezüglich des Eisenkerns 16, wobei der Reibungskoeffizient im wesentlichen null ist.

Der Magnet 20 ist ein Permanentmagnet, der an seinem einen Ende den Nordpol und an dem anderen Ende den Südpol aufweist. Wenn keine Änderung in der Relativpositionsbeziehung bezüglich der Stromerzeugungsspule 14 auftritt, tritt in dem Magnetfeld kein Phänomen auf; wenn sich der Magnet 20 jedoch axial bewegt, variiert das Magnetfeld, und die Variation des Magnetfelds erzeugt eine elektromotorische Kraft aufgrund der sogenannten elektromagnetischen Induktion, wodurch ein Stromfluß in der elektrischen Leitung 18 hervorgerufen wird. Ein Anschluß (nicht gezeigt) der elektrischen Leitung 18 kann zum Liefern von Strom an eine Antriebsquelle eines Gleichstrommotors oder eines Schrittmotors oder zu einem Steuersystem zum Steuern dieser Komponenten verwendet werden, und er kann an ein Ladesystem einer elektrischen Stromquelle angeschlossen werden.

Wirkung der Stromerzeugung

Der Magnet 20 ist an beiden Enden mit tellerartigen Flanschen 22 bzw. 24 versehen. Eine Schrau­ bendruckfeder 26 ist zwischen dem oberen Flansch 22 in Fig. 1 und der oberen Endfläche der Stromerzeugungsspule 14 gebildet. Da die Stromerzeugungsspule 14 durch die Befestigungsvor­ richtung 12 befestigt ist, belastet die Schraubendruckfeder 26 den Flansch 22 in Fig. 1 nach oben.

Andererseits ist eine Schraubendruckfeder 28 zwischen dem unteren Flansch 24 in Fig. 1 und der unteren Endfläche der Stromerzeugungsspule 14 gebildet. Da die Stromerzeugungsspule 14 durch die Befestigungsvorrichtung 12 fixiert ist, belastet die Schraubendruckfeder 28 den Flansch 24 in Fig. 1 nach unten.

Das Paar Schraubendruckfedern 26 und 28 besitzt im wesentlichen die gleiche Druckkraft, so daß die Mitte des Magneten 20 in seiner Längsrichtung neutral in der Mittenposition der Stromerzeu­ gungsspule 14 in ihrer Axialrichtung gehalten wird. Genauer gesagt sind die Druckkräfte der Schraubendruckfedern 26 und 28 unter Berücksichtigung des Gewichts (Masse) des Magneten 20 festgelegt.

Die Basis, an der die Befestigungsvorrichtung 12 befestigt ist, ist ein Element, das ein Kraft- oder Motorsystem (nicht gezeigt) bildet. Wenn das Motorsystem zu arbeiten beginnt, wird Vibration über die Befestigungsvorrichtung 12 auf die Stromerzeugungsspule 14 übertragen.

Dann tritt, da der Magnet 20 zwischen dem Paar Schraubendruckfedern 26 und 28 gehalten ist, aufgrund des Trägheitsgesetzes eine Relativbewegung zwischen dem Magneten 20 und der Stromerzeugungsspule 14 auf. Diese Relativbewegung ist dem Effekt der Stromerzeugung äquiva­ lent, wodurch ein Stromfluß in der elektrischen Leitung 18 hervorgerufen wird, wobei beide Enden der elektrischen Leitung 18 mit einem anderen Antriebssystem (beispielsweise einem Elektromotor oder ähnlichem) verbunden sind, um den Elektromotor zu betreiben.

Der Effekt in der ersten Ausführungsform wird nun beschrieben.

Wenn das Motorsystem nicht arbeitet, wird keine Vibration über die Befestigungsvorrichtung 12 auf die Stromerzeugungsspule 14 übertragen, und es tritt keine Änderung in der Relativposition zwischen der Stromerzeugungsspule 14 und dem Magneten 20 auf. Dies ruft keine Änderung im Magnetfeld hervor, wodurch kein Stromfluß in der elektrischen Leitung 18 hervorgerufen wird.

Wenn das Motorsystem zu arbeiten beginnt, wird im Motorsystem Vibration erzeugt. Diese Vibration wird über die Befestigungsvorrichtung 12 auf die Stromerzeugungsspule 14 übertragen. Wenn die Vibration des Motorsystems ungleichmäßig erzeugt wird, wenn beispielsweise die Vibrationsampli­ tude entsprechend einer periodischen Betätigung eines Aktuators groß ist, kann ein Puffer oder ähnliches für ein Vibrationsübertragungssystem vorgesehen sein, um die Amplitude unter Inkauf­ nahme einiger Verluste abzuschwächen.

Wenn Vibration auf die Stromerzeugungsspule 14 übertragen wird, wird die Vibration dann über das Paar Schraubendruckfedern 26 und 28 auf den Magneten 20 übertragen. Dies ruft eine Relativbe­ wegung zwischen dem Magneten 20 und der Stromerzeugungsspule 14 nach Maßgabe des Trägheitsgesetzes hervor. Bei der Relativbewegung wird der Magnet 20 veranlaßt, bezüglich des inneren Umfangs des Eisenkerns 16 zu gleiten, aber er gleitet weich, weil die Lager oder ähnliches dazu verwendet werden, den Reibungskoeffizienten im wesentlichen zu null zu machen.

Die Relativbewegung zwischen der Stromerzeugungsspule 14 und dem Magneten 20 ergibt eine Änderung im Magnetfeld. Die Änderung im Magnetfeld erzeugt eine elektromotorische Kraft aufgrund der elektromagnetischen Induktion, wodurch ein Stromfluß in der elektrischen Leitung 18 hervorge­ rufen wird.

Durch Anschluß der elektrischen Leitung 18 an beispielsweise einen Elektromotor kann der Strom den Elektromotor aktivieren.

Obwohl das Paar Schraubendruckfedern 26 und 28 bei der ersten Ausführungsform als Dämpfungs­ einheiten zum Halten des Magneten 20 bezüglich der Stromerzeugungsspule 14 verwendet wird, werden Ummantelungen 32, die mit einem stoßabsorbierenden Element 30 gefüllt sind, das beispielsweise aus Harzschaum oder ähnlichem hergestellt ist, wie in Fig. 2 gezeigt, zwischen den Flanschen 22 und 24 sowie der oberen Endfläche und der unteren Endfläche der Stromerzeugungs­ spule 14 vorgesehen sein.

Die durch die Vibration erzeugte elektrische Energie ist ein Wechselstrom und kann in einen Gleichstrom umgewandelt werden. Fig. 3 stellt eine Gleichrichterschaltung 34 zum Gleichrichten des durch die Vibration erzeugten elektrischen Stroms dar.

Die Anodenseite einer ersten Diode 36 ist mit einem Ende der elektrischen Leitung 18 verbunden, die um die Stromerzeugungsspule 14 gewunden ist. Die Kathodenseite der ersten Diode 36 ist mit einer Elektrode 38 verbunden. Die Kathodenseite einer zweiten Diode 40 ist mit dem anderen Ende der elektrischen Leitung 18 verbunden. Die Anodenseite der zweiten Diode 40 ist mit der anderen Elektrode 42 verbunden.

Die Kathodenseite einer dritten Elektrode 44 ist zwischen der Stromerzeugungsspule 14 und der ersten Diode 36 angeschlossen. Die Anodenseite der dritten Diode 44 ist zwischen der zweiten Diode 40 und der Elektrode 42 angeschlossen.

Die Anodenseite einer vierten Diode 46 ist zwischen der Stromerzeugungsspule 14 und der zweiten Diode 40 angeschlossen. Die Kathodenseite der vierten Diode 46 ist zwischen der ersten Diode 36 und der Elektrode 38 angeschlossen. Dies ermöglicht es, daß ein Gleichstrom, der gleichgerichtet worden ist, zwischen dem Paar Elektroden 38 und 42 fließt (die Elektrode 38 ist positiv, während die Elektrode 42 negativ ist).

Der auf diese Weise gleichgerichtete Strom kann als Speisestrom für eine Antriebsquelle eines Gleichstrommotors oder einen Schrittmotor oder für ein Steuersystem zum Steuern dieser Kompo­ nenten verwendet werden. Ein Ladesystem als elektrische Stromquelle kann zur Rückgewinnung verwendet werden. Ein Elektrolytkondensator kann zwischen dem Paar Elektroden 38 und 42 vorgesehen sein.

Wie oben beschrieben, wird bei der ersten Ausführungsform Vibration einer Leistungs- bzw. Kraftquelle an die Stromerzeugungsspule 14 übertragen und wird dann über die Schraubendruck­ federn 26 und 28 auf den Eisenkern 20 übertragen, wodurch aufgrund der Trägheit eine Relativbe­ wegung zwischen dem Eisenkern 20 und der Stromerzeugungsspule 14 hervorgerufen wird, was zu einer Änderung des Magnetfelds führt. Eine elektromotorische Kraft wird somit aufgrund der elektromagnetischen Induktion erzeugt, wodurch ein Stromfluß in der elektrischen Leitung 18 bewirkt wird. Genauer gesagt kann die Verwendung von Vibration der Kraftquelle als Energie für die Stromerzeugung eine effiziente Verwendung von Energie erzielen. Die Aufnahme der elektrischen Energie durch die Stromerzeugung kann auch zu einer Abschwächung der Vibration führen.

Zweite Ausführungsform

Ein zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Fig. 4 stellt eine Vorrichtung 50 zur Umwandlung von elektrischer Energie gemäß der zweiten Ausführungsform dar. Die Vorrichtung 50 zur Umwandlung elektrischer Energie ist an einer Basis (Träger) über eine Befestigungsvorrichtung (beide sind nicht gezeigt) fixiert.

Eine Stromerzeugungsspule 52 ist an der Befestigungsvorrichtung befestigt. Die Stromerzeugungs­ spule 52 ist aus einem kreuzförmigen zylindrischen Eisenkern 54 und einer elektrischen Leitung 56 gebildet.

Der Eisenkern 54 ist durch Verbinden von jeweils einem Ende von vier Rohren 54A, 54B, 54C und 54D an einem Punkt gebildet, wobei ihre Durchgänge untereinander in Verbindung stehen. Somit ist der Durchgang an der Verbindungsstelle als Kreuz ausgebildet.

Eine elektrische Leitung 56 ist schraubenförmig um den äußeren Umfang jedes der Rohre 54A, 54B, 54C und 54D auf dem Eisenkern 54 gewunden. Die elektrische Leitung 56 kann gesondert für jedes der Rohre 54A, 54B, 54C und 54D vorgesehen sein, oder es kann eine einzige durchgehende elektrische Leitung 56 gleichförmig mit gleicher Wicklung gewunden sein.

Am inneren Umfang jedes der den Eisenkern 54 bildenden Rohre 54A, 54B, 54C und 54D ist ein Lager (nicht gezeigt) vorgesehen, um den Reibungskoeffizienten zu reduzieren.

Ein erster zylindrischer Stabmagnet 58 ist über die Lager in die Rohre 54A und 54B von den vier den Eisenkern 54 bildenden Rohren 54A, 54B, 54C und 54D eingesetzt, die hintereinander und durch­ gängig in der Vertikalrichtung in Fig. 4 miteinander verbunden sind. Der erste Magnet 58 kann axial (vertikal in Fig. 4) bezüglich der Rohre 54A und 54B gleiten, wobei der Reibungskoeffizient im wesentlichen null ist.

Wie in Fig. 5 gezeigt, ist ein Langloch 60 im mittleren Teil des ersten Magneten 58 in seiner Axialrichtung gebildet. Das Langloch 60 ist an der Verbindungsstelle der vier Rohre 54A, 54B, 54C und 54D positioniert.

Ein zweiter zylindrischer Stabmagnet 62 ist über die Lager in die Rohre 54C und 54D von den vier den Eisenkern 54 bildenden Rohren 54A, 54B, 54C und 54D eingesetzt, die hintereinander und durchgängig in der Horizontalrichtung in Fig. 4 miteinander verbunden sind. Der zweite Magnet 62 kann axial (horizontal in Fig. 4) bezüglich der Rohre 54C und 54D gleiten, wobei der Reibungskoeffi­ zient im wesentlichen null ist.

Ein Ausschnittabschnitt 64 ist im mittleren Teil des zweiten Magneten 62 in seiner Axialrichtung so gebildet, daß er sich von einem Paar paralleler Berührungslinien aus axial erstreckt. Der Ausschnitt­ abschnitt 64 ist durch das Langloch 60 geführt, wodurch eine Interferenz mit dem ersten Magneten 58 vermieden wird.

Dies ermöglicht es, daß der erste Magnet 58 in Fig. 4 vertikal gleitet, und ermöglicht es dem zweiten Magneten 62, horizontal in Fig. 4 zu gleiten. Die Bewegungen der zwei Magneten können unabhän­ gig sein, ohne gegenseitige Beeinträchtigung der Bewegungen.

Der erste Magnet 58 und der zweite Magnet 62 sind Permanentmagnete, die jeweils an einem Ende den Nordpol und am anderen Ende den Südpol aufweisen. Wenn keine Änderung in der Relativposi­ tionsbeziehung bezüglich der Stromerzeugungsspule 52 vorhanden ist, tritt kein Phänomen im Magnetfeld auf; wenn sich jedoch die Magneten axial bewegen, variieren die Magnetfelder, und die Variation der Magnetfelder erzeugt eine elektromotorische Kraft aufgrund der sogenannten elektro­ magnetischen Induktion, wodurch ein Stromfluß in der elektrischen Leitung 56 hervorgerufen wird (Effekt der Stromerzeugung).

Der erste Magnet 58 und der zweite Magnet 62 sind mit tellerartigen Flanschen 64 und 66 bzw. 68 und 70 an den beiden jeweiligen Enden versehen.

Eine schraubenförmige Druckfeder 72 ist zwischen dem oberen Flansch 64 in Fig. 4 und der oberen Endfläche der Stromerzeugungsspule 52 gebildet. Da die Stromerzeugungsspule 52 durch die Befestigungsvorrichtung fixiert ist, belastet die Schraubendruckfeder 72 den Flansch 64 in Fig. 4 nach oben.

Andererseits ist eine Schraubendruckfeder 74 zwischen dem unteren Flansch 66 in Fig. 4 und der unteren Endfläche der Stromerzeugungsspule 52 gebildet. Da die Stromerzeugungsspule 52 durch die Befestigungsvorrichtung fixiert ist, belastet die Schraubendruckfeder 74 den Flansch 66 in Fig. 4 nach unten.

Des weiteren ist eine Schraubendruckfeder 76 zwischen dem linken Flansch 68 in Fig. 4 und der linken Endfläche der Stromerzeugungsspule 52 gebildet. Da die Stromerzeugungsspule 52 durch die Befestigungsvorrichtung fixiert ist, belastet die Schraubendruckfeder 76 den Flansch 68 nach links in Fig. 4.

Außerdem ist eine Schraubendruckfeder 78 zwischen dem rechten Flansch in Fig. 4 und der rechten Endfläche der Stromerzeugungsspule 52 gebildet. Da die Stromerzeugungsspule 52 durch die Befestigungsvorrichtung fixiert ist, belastet die Schraubendruckfeder 78 den Flansch 70 nach rechts in Fig. 4.

Die zwei Paare Schraubendruckfedern 72 und 74 sowie 76 und 78, die einander jeweils geradlinig gegenüberliegen, besitzen im wesentlichen die gleiche Druckkraft, so daß die Mitten des ersten Magneten 58 und des zweiten Magneten 62 in ihren jeweiligen Längsrichtungen neutral in den Mittenpositionen der Stromerzeugungsspule 52 in ihren Axialrichtungen gehalten werden. Genauer gesagt sind die Druckkräfte des Paars Schraubendruckfedern 72 und 74 in der Vertikalpositionsbe­ ziehung in Fig. 4 unter Berücksichtigung des Gewichts (Masse) des ersten Magneten 58 festgelegt.

Die Basis, an der die Befestigungsvorrichtung fixiert ist, ist ein Element, das ein Motorsystem (nicht gezeigt) bildet. Wenn das Motorsystem zu arbeiten beginnt, wird Vibration über die Befestigungsvor­ richtung auf die Stromerzeugungsspule 52 übertragen.

Dann tritt, da der erste Magnet 58 und der zweite Magnet 62 durch die zwei Paare Schrauben­ druckfedern 72 und 74 bzw. 76 und 78 gehalten sind, aufgrund des Trägheitsgesetzes eine Relativbewegung zwischen ihnen und der Stromerzeugungsspule 52 auf. Diese Relativbewegung ist dem Effekt der Stromerzeugung äquivalent, wodurch ein Stromfluß in der elektrischen Leitung 56 hervorgerufen wird, und beide Enden der elektrischen Leitung 56 sind an ein anderes Antriebs­ system angeschlossen (beispielsweise einen Elektromotor oder ähnliches), um den Elektromotor zu betreiben.

Der Effekt bei der zweiten Ausführungsform wird nun beschrieben. Wenn das Motorsystem nicht arbeitet, wird keine Vibration über die Befestigungsvorrichtung auf die Stromerzeugungsspule 52 übertragen, und es tritt keine Änderung in der Relativposition zwischen der Stromerzeugungsspule 52 und dem ersten Magneten 58 sowie dem zweiten Magneten 62 auf. Dies bewirkt keine Änderung des Magnetfelds, wodurch kein Strom in der elektrischen Leitung 56 fließt.

Wenn das Motorsystem zu arbeiten beginnt, wird im Motorsystem Vibration erzeugt. Diese Vibration wird über die Befestigungsvorrichtung auf die Stromerzeugungsspule 52 übertragen. Wenn Vibration des Motorsystems ungleichmäßig erzeugt wird, wenn beispielsweise die Vibrationsamplitude entsprechend einer periodischen Betätigung eines Aktuators groß ist, kann ein Puffer oder ähnliches für ein Vibrationsübertragungssystem vorgesehen werden, um die Amplitude unter Inkaufnahme einiger Verluste abzuschwächen.

Wenn Vibration auf die Stromerzeugungsspule 52 übertragen wird, wird die Vibration dann über die zwei Paare Schraubendruckfedern 72 und 74 bzw. 76 und 78 auf den ersten Magneten 58 und den zweiten Magneten 62 übertragen. Dies bewirkt aufgrund des Trägheitsgesetzes eine Relativbewe­ gung zwischen dem ersten Magneten 58 sowie dem zweiten Magneten 62 und der Stromerzeu­ gungsspule 52. Bei der Relativbewegung werden die Magneten veranlaßt, bezüglich des Innenum­ fangs des Eisenkerns 54 zu gleiten, aber sie gleiten weich, weil die Lager oder ähnliches dazu verwendet werden, den Reibungskoeffizienten im wesentlichen zu null zu machen. Beide Magneten können unter Ausnützung des Durchgangslochs 60 und des Ausschnittabschnitts 64 ohne gegensei­ tige Beeinträchtigung unabhängig voneinander gleiten.

Die Relativbewegung zwischen der Stromerzeugungsspule 52 und dem ersten Magneten 58 oder dem zweiten Magneten 62 ergibt eine Änderung des Magnetfelds. Die Änderung des Magnetfelds erzeugt eine elektromotorische Kraft aufgrund der elektromagnetischen Induktion, wodurch ein Stromfluß in der elektrischen Leitung 56 hervorgerufen wird. Durch Anschließen der elektrischen Leitung 56 an beispielsweise einen Elektromotor kann der Strom den Elektromotor aktivieren.

Gemäß der zweiten Ausführungsform kann eine Zwei-Wege-Vibration und nicht nur eine Ein-Wege- Vibration verwendet werden, um elektrischen Strom zu erzeugen, wodurch die Effizienz der Stromerzeugung erhöht wird.

Obwohl bei der ersten Ausführungsform eindimensionale Vibration (eine Richtung) verwendet wird und bei der zweiten Ausführungsform zweidimensionale Vibration (zwei Richtungen) verwendet wird, kann auch eine dreidimensionale Vibration (in drei Richtungen) verwendet werden. Beispielsweise verwendet eine Kraftquelle, die während der Bewegung wie beispielsweise einer Fahrzeugbewegung vor und zurück, vertikal und horizontal vibrieren kann, vorzugsweise dreidimensionale Vibration. In diesem Fall kann die Vorrichtung 10 zur Erzeugung von elektrischem Strom (erste Ausführungs­ form), die in einer Richtung vibriert, mit der Vorrichtung 50 zur Erzeugung von elektrischem Strom (zweite Ausführungsform), die in zwei Richtungen vibriert, kombiniert werden.

Bei der zweiten Ausführungsform werden zwei Paare Schraubendruckfedern 72 und 74 bzw. 76 und 78 als Dämpfungseinheiten zum Halten des ersten Magneten 58 und des zweiten Magneten 62 bezüglich der Stromerzeugungsspule 52 verwendet. Es können jedoch wie bei der ersten Ausfüh­ rungsform Ummantelungen verwendet werden, die mit einem stoßabsorbierenden Element gefüllt sind, der aus Harzschaum oder ähnlichem hergestellt ist, und zwar zwischen den Flanschen 64, 66, 68 und 70 sowie der oberen Endfläche, der unteren Endfläche, der linken Endfläche bzw. der rechten Endfläche der Stromerzeugungsspule 52 (vergleiche Fig. 2).

Die vorgenannte Gleichrichterschaltung (vergleiche Fig. 3) kann auch bei der zweiten Ausführungs­ form implementiert werden.

Obwohl die erzeugte elektrische Energie bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausfüh­ rungsform in Echtzeit als Antriebskraft eines Elektromotors oder ähnlichem verwendet wird, kann sie auch durch Ladevorrichtungen 80, 82, 84, . . . gespeichert werden, die in Serie geschaltet sind, wie in Fig. 6(A) gezeigt. Sie kann auch durch Ladevorrichtungen 86, 88, 90, . . . gespeichert werden, die parallel geschaltet sind, wie in Fig. 6(B) gezeigt.

Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform bewirkt eine Relativbewegung zwischen einem Magneten und einer Stromerzeugungsspule gemäß dem Trägheitsgesetz eine Änderung des Magnetfelds, wodurch eine elektromotorische Kraft aufgrund elektromagnetischer Induktion erzeugt wird; es kann jedoch auch alternativ oder zusätzlich hierzu eine piezoelektrische Vorrichtung zum Ausüben eines Stoßes während der Relativbewegung zwischen dem Magneten und der Stromerzeu­ gungsspule vorgesehen werden, um eine elektromotorische Kraft aufgrund des Stoßes zu erzeugen.

Wie oben beschrieben, wird erfindungsgemäß Vibration, die durch Aktivierung eines Motorsystems erzeugt wird, als Vibrationsenergie zum Erzeugen eines elektrischen Stroms verwendet, wodurch in vorteilhafter Weise eine effiziente Nutzung von Energie in verträglicher Weise mit der Dämpfung der Vibration erfolgt.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Umwandlung von Vibrationsenergie in elektrische Energie, die elektrisch Vibrationsenergie umwandelt, wenn ein Motorsystem arbeitet, umfassend:
zumindest eine Stabmagneteinheit, auf die die Vibration übertragen wird, wenn das Motor­ system arbeitet;
eine Spuleneinheit, die um die Magneteinheit schraubenförmig gewunden ist;
eine Dämpfungseinheit, die zwischen der Magneteinheit und der Spuleneinheit positioniert ist, zum Halten der Magneteinheit an der schraubenförmig neutralen Position der Spuleneinheit während der Nicht-Vibration und zum Dämpfen der Übertragung der Vibration auf die Spuleneinheit während der Vibration; und
eine elektrische Leitungseinheit zum Aufnehmen eines zur Wicklung der Spuleneinheit fließenden Stroms aufgrund einer Änderung des Magnetfelds, die erzeugt wird, wenn die im Motorsystem erzeugte Vibration die Magneteinheit veranlaßt, sich auf der Schraubenachse der Spuleneinheit hin- und her zu bewegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Dämpfungseinheit die Magneteinheit bezüglich der Spuleneinheit gemäß dem Prinzip eines Feder-Masse-Systems hält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der sich die Magneteinheiten in Form eines Kreuzes kreuzen, wobei in einem Kreuzungsabschnitt ein Durchgangsloch gebildet ist und der andere Kreuzungsabschnitt das Durchgangsloch durchsetzt.