NL2015077B1 - Inrichting voor het genereren van energie. - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een inrichting voor het genereren van energie, welke inrichting omvat: - een omgekeerde slinger omvattende een rond een draaipunt slingerende arm en een aan de arm aangebrachte massa; - veermiddelen voor het in evenwicht houden van de omgekeerde slinger; waarbij de veermiddelen ten minste één piëzo generator omvatten voor het uit de slingerbeweging genereren van energie.

Description

Inrichting voor het genereren van energie

De uitvinding betreft een inrichting voor het genereren van energie, welke inrichting omvat: - een omgekeerde slinger omvattende een rond een draaipunt slingerende arm en een aan de arm aangebrachte massa; - veermiddelen voor het in evenwicht houden van de omgekeerde slinger.

Bij een omgekeerde slinger bevindt de massa zich, in zwaartekracht richting gezien, boven het draaipunt. Een dergelijke omgekeerde slinger is per definitie instabiel. Door het toevoegen van veermiddelen, zoals bijvoorbeeld een spiraalveer of torsieveer rond het draaipunt van de slingerende arm, kan de omgekeerde slinger in een neutrale stand gehouden worden. Echter zodra de slinger door een externe kracht uit balans gebracht wordt, zal de slinger heen en weer slingeren en door de veermiddelen weer teruggebracht worden naar de neutrale stand.

Door de massa, die aan de slingerende arm is aangebracht, zal al bij een kleine externe kracht, een krachtige slingerende beweging ontstaan, als gevolg van de zwaartekracht, die op de massa aangrijpt.

De kleine externe kracht kan bijvoorbeeld een windvlaag zijn, een trilling van een voertuig of een externe magnetische kracht.

Het is nu een doel van de uitvinding om bij de in de aanhef genoemde inrichting energie uit de krachtig slingerende beweging, die veroorzaakt wordt door de kleine externe kracht, energie te gebruiken voor andere doeleinden.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt met een inrichting volgens de aanhef, welke inrichting gekenmerkt wordt doordat de veermiddelen ten minste één piëzo generator omvatten voor het uit de slingerbeweging genereren van energie.

Een piëzo generator omvat een piëzo materiaal, dat door vervorming elektrische energie genereert, welke elektrische energie voor andere doeleinden gebruikt kan worden.

De hoeveelheid elektrische energie is afhankelijk van de mate waarin het piëzo materiaal vervormd wordt. Een kleine externe kracht kan bij directe aangrijping op het piëzo materiaal slechts een kleine vervorming veroorzaken en daarmee slechts een beperkte hoeveelheid elektrische energie genereren.

Echter, door het gebruik van een omgekeerde slinger kan de kracht van de slingerende beweging, die ontstaat doordat de kleine externe kracht, zoals een windvlaag, de slinger uit balans brengt, gebruikt worden om het piëzo materiaal te vervormen. Aangezien de slingerende beweging krachtiger is dan de kleine externe kracht, kan energie van de windvlaag efficiënter worden omgezet in elektrische energie.

Door het uitoefenen van een kracht op piëzo materiaal zal het materiaal vervormen en zal er een lengte verandering optreden, die in hoofdzaak evenredig is met de uitgeoefende kracht. Dit komt overeen met een lineaire veer, waardoor voor het gemak ook aan piëzo materiaal een veerconstante toegekend kan worden, waarmee de relatie tussen uitgeoefende kracht en vervorming weergegeven kan worden.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting is mgl.sin a < K. α waarin: - m de aan de arm aangebrachte massa is - g de zwaartekrachtversnelling is - 1 de afstand van de massa tot het draaipunt is - K de veerconstante van de veermiddelen is inclusief de veerconstante van de ten minste één piëzo generator - α de hoek van de arm met de richting van de zwaartekracht is.

Naarmate mgl.sin α dichterbij K. α komt, zal de omgekeerde slinger gemakkelijker naar een instabiele toestand gebracht kunnen worden door een externe kracht.

Door met name de massa en de veerconstante geschikt te kiezen in relatie tot de te verwachten maximale externe kracht, kan de omgekeerde slinger zo geoptimaliseerd worden, dat bij de te verwachten externe kracht, zoals een windvlaag, een maximale uitslag van de slinger verkregen worden. Deze maximale uitslag zorgt er voor dat de piëzo generator maximaal vervormd wordt en daarmee de omzetting van de externe kracht in elektrische energie geoptimaliseerd wordt.

Wanneer mgl.sin α > K. α zal de omgekeerde slinger instabiel zijn en omvallen. De slinger zal dus niet terugkeren naar een neutrale stand, waarin de slinger opnieuw aangestoten kan worden.

Een andere uitvoeringsvorm van de inrichting omvat ten minste twee piëzo generatoren aangebracht diametraal tegen over elkaar ten opzichte van het draaipunt.

Door ten minste twee piëzo generatoren aan weerszijden van het draaipunt aan te brengen, kan de externe kracht vanuit tegenoverliggende richtingen komen om de inrichting uit balans te brengen.

Wanneer ten minste drie piëzo generatoren gebruikt worden, kunnen de drie generatoren in een driehoek geplaatst worden, waardoor de inrichting in twee loodrecht op elkaar staande richtingen kan slingeren. Wanneer de inrichting bijvoorbeeld door wind geactiveerd wordt, is door deze configuratie de inrichting niet meer afhankelijk van de windrichting.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding omvat verder een basis en een parallel aan de basis aangebrachte steunplaat, waarbij de ten minste twee piëzo generatoren zijn aangebracht tussen de basis en de steunplaat en waarbij de arm loodrecht is aangebracht op steunplaat.

Een dergelijke uitvoering is gemakkelijk en goedkoop te vervaardigen, terwijl de uitvoering ook gemakkelijk is aan te passen aan te verwachten externe krachten, zoals wind, door het aanpassen van de massa en door het aanpassen van de positie van de massa op de arm ten opzichte van het draaipunt.

Het is ook mogelijk dat in een uitvoering van de inrichting, de piëzo generatoren niet aangebracht zijn aan een basis, maar los op een ondergrond staan. Wanneer het grondvlak voldoende breed is, kan de slinger binnen de breedte van het grondvlak heen en weer slingeren. Daarbij zullen de piëzo generatoren om beurten in elkaar gedrukt worden.

Nog een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding omvat verder een accu en een elektrische schakeling voor het opladen van de accu met de door de ten minste één piëzo generator gegenereerde energie. Bij voorkeur bestaat de elektrische schakeling uit passieve componenten.

Daar de door de piëzo generatoren gegenereerde elektrische energie afhankelijk is van de grootte van de externe kracht en de freguentie van deze kracht, is het voordelig om deze energie in een accu op te slaan. Met de accu kan vervolgens op een ander moment de energie weer gebruikt worden.

Een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding omvat verder een windscherm aangebracht op het vrije eind van de arm.

Met het windscherm kan de arm meer wind vangen, waardoor de externe kracht groter zal zijn, waardoor de slingerende beweging van de omgekeerde slinger krachtiger kan zijn.

Deze en andere kenmerken van de uitvinding worden nader toegelicht aan de hand van de bijgaande figuren.

In figuur 1 wordt een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding getoond.

In figuur 2 wordt schematisch de door een piëzo generator gegenereerde energie weergegeven als gevolg van een kortstondige externe kracht.

Figuur 1 toont een uitvoeringsvorm van de inrichting 1 volgens de uitvinding. De inrichting 1 heeft een basis 2 en een parallel daaraan aangebrachte steunplaat 3. Tussen de basis 2 en de steunplaat zijn twee piëzo generatoren 4, 5 aangebracht, die elk een verende eigenschap hebben als gevolg van het piëzo materiaal. Op de steunplaat 3 staat loodrecht een arm 6 met aan het vrije eind een massa 7.

Wanneer een windvlaag F tegen de massa 7 drukt, zal de arm 6 uit balans raken en gaan slingeren rond de neutrale positie, die in figuur 1 met doorgetrokken lijnen is getekend.

Door de heen en weer gaande beweging van de massa 7 en arm 6 zullen de piëzo generatoren 4, 5 om beurten ingedrukt worden over een zekere afstand dx. Wanneer de ene piëzo generator 4 ingedrukt wordt, zal de andere piëzo generator 5 minder druk ervaren of zelfs iets uitveren. Doordat de piëzo generatoren 4, 5 als een veer werken, zal de slingerende beweging van arm 6 en massa 7 afgeremd worden en zal de inrichting 1 weer terugkeren naar de neutrale positie.

Om er voor te zorgen dat de inrichting 1 weer naar de neutrale positie terugkeert, zal ten minste voldaan moeten worden aan mgl.sin a < K. a. Daarbij is m de massa 7, g de zwaartekrachtversnelling (typisch 9,8 m/s2) , 1 de afstand van het zwaartepunt van de massa 7 tot het draaipunt van de steunplaat 3. α is de hoek van de arm 6 met de richting van de zwaartekracht en K is de veerconstante rond het draaipunt van de steunplaat 3. Deze veerconstante K wordt samengesteld uit de veerconstanten van de piëzo generatoren 4, 5. Hoewel niet geprefereerd, kunnen verder eventueel aanvullende veerelementen zijn voorzien om een gewenste veerconstante te verkrijgen, waarbij de slinger niet uit balans gebracht kan worden..

In figuur 2 is schematisch de door de piëzo generatoren 4 gegenereerde energie E weergegeven afgezet tegen de tijd t, vanaf het moment dat de kracht F de inrichting 1 uit balans brengt. De energie E van de piëzo generator is daarbij door een gelijkrichtbrug 6, zoals getoond in figuur 3 gelij kgericht.

Door de veerconstante K keert de inrichting 1 na een aantal slingeringen weer terug naar de neutrale positie, wat in figuur 2 zichtbaar is door de afnemende amplitude.

Uit figuur 2 is ook duidelijk dat de energie E niet gemakkelijk direct gebruikt kan worden voor het van stroom voorzien van een elektrisch component, zoals bijvoorbeeld een lamp. De lamp zal tijdens het slingeren van de inrichting 1 knipperen.

Om deze fluctuaties in de gegenereerde energie te vereffenen, kan een besturing zijn voorzien, die energie gebruikt om een accu op te laden. De accu kan vervolgens een constante stroom voorzien, waarop bijvoorbeeld een lamp continu kan branden.

Claims (6)

1. Inrichting voor het genereren van energie, welke inrichting omvat: - een omgekeerde slinger omvattende een rond een draaipunt slingerende arm en een aan de arm aangebrachte massa; - veermiddelen voor het in evenwicht houden van de omgekeerde slinger; met het kenmerk, dat de veermiddelen ten minste één piëzo generator omvatten voor het uit de slingerbeweging genereren van energie.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij mgl.sin α < K. α waarin: - m de aan de arm aangebrachte massa is - g de zwaartekrachtversnelling is - 1 de afstand van de massa tot het draaipunt is - K de veerconstante van de veermiddelen is inclusief de veerconstante van de ten minste één piëzo generator - α de hoek van de arm met de richting van de zwaartekracht is.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, omvattende ten minste twee piëzo generatoren aangebracht diametraal tegen over elkaar ten opzichte van het draaipunt.

4. Inrichting volgens conclusie 3, omvattende een basis en een parallel aan de basis aangebrachte steunplaat, waarbij de ten minste twee piëzo generatoren zijn aangebracht tussen de basis en de steunplaat en waarbij de arm loodrecht is aangebracht op steunplaat.

5. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, verder omvattende een accu en een elektrische schakeling voor het opladen van de accu met de door de ten minste één piëzo generator gegenereerde energie.

6. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, verder omvattende een windscherm aangebracht op het vrije eind van de arm.