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1. Gegenstand der Erfindung,
Anwendungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein System zur elektrischen Energieerzeugung und -versorgung insbesondere
für mobile
Kommunikationssysteme, das Erfindungsgemäß die Rollbewegung von Rollen 30,
z.B. bei Rollkoffern, für
die Energieerzeugung nutzt, indem Stabmagnete 31 in den
Rollen integriert sind und am Rahmen 51, Gehäuse eine
oder mehrere Spulen 30, zur Wandlung der magnetischen Feldänderung
in eine elektrische Spannung, bzw. elektrischer Strom. Die Energie
am Ende der Spule 41,42 kann zwischengespeichert,
verarbeitet oder direkt zur Energieversorgung von Kommunikationssystemen
verwendet werden.
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2. Stand der Technik
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Derartige Energieerzeugungssysteme
werden bekanntermaßen
mit Generatoren erreicht. Dabei erfolgt eine Umwandlung der mechanischen
Arbeit in elektrische Energie.
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Der wichtigste Teil eines Stromgenerators
ist neben dem rotierenden Anker, ein ruhendes Magnetfeld.
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Das Magnetfeld wird durch Feldmagnete
erzeugt. Gewöhnlich
sind dies Elektromagnete, die am inneren Umfang des Generatorgehäuses angebracht sind
und durch Gleichstrom erregt werden. Der Anker, ein Eisenkern, der
mit einer Reihe von elektrisch leitenden Drahtwicklungen versehen
ist, wird durch mechanische Kraft gedreht, so dass die Drahtwicklungen
ein magnetisches Feld durchschneiden, hierdurch entsteht ein elektrischer
Strom.
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Der Strom wird vom rotierenden Anker,
den Kollektor, mit Hilfe von Bürsten
abgenommen.
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Des weiteren gibt es wie in der Offenlegungsschrift
DE10044490A1 (hier
Schrift A) ein Energieerzeugungssystem, in dem rotierende Spulen, Induktionsspulen
an statischen Permanentmagnetanordnungen vorbeigeführt werden.
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Ebenso wird mit der Offenlegungsschrift
DE19925765A1 (hier
Schrift B) ein bürstenloser
Außenläufer-Generator
beschrieben.
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2.1 Nachteil des Standes
der Technik
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Nachteilig an den bekannten Verfahren
und an der Schrift A, ist jedoch, dass der rotierende Anker mit
einer Spule versehen ist und ein konstantes Magnetfeld durchläuft.
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In einem Fall benötigt das System Bürsten oder
Stromabnehmer. Durch die Rotation, verschleißt der Stromabnehmer, materiell
durch Abrieb oder durch Oxidation der Kontaktfläche, was sich wieder in veränderte elektrische
Parameter z.B. im Übergangswiderstand,
negativ niederschlägt.
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In der in Schrift A beschriebenen
und in jeder herkömmlichen
dynamobasierten Lösung,
rotiert eine Induktionsspule um eine Achse, bzw. in der Schrift
B eine Permanentmagnetanordnung. Hierfür benötigt das Dynamosystem eine
Achse, die nicht voll integriert ist und dadurch bei übermäßigen Beanspruchung,
z.B. durch erhöhte
Gewichte, wie bei einem überladenen
Rollkoffer, verschleißen.
Dies führt unter
anderem zu Brüche
und ausgeschlagenen Lagern.
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Weiterhin ist besonders bei einer
mobilen Energieversorgung für
die aktuelle Mobilität,
Robustheit und damit Service- und Reparatur-Freundlichkeit eine
erhöhte
technische Anforderung erforderlich, die sich in erhöhten Kosten
wiederspiegelt.
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Weiter sind rotierende Körper mit
weiteren mechanischen und gleichzeitigen elektrischen Funktionen,
bekanntermaßen
Schwachpunkte bei technischen Systemen. So verschleißt der rotierende
Spulen-Generator schnell an Schwachpunkten wie Stromabnehmer, durch übermäßige Drehleistungen und
Umweltbedingungen, z.B. beim schnellen Rollen, Laufen mit einem
Rollkoffer, beim Einsatz bei extremer Kälte, Wärme, Schmutz und mechanischen Kräfteeinwirkungen.
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Derartige Probleme können bei
den heute bekannten Systemen jederzeit auftreten.
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3. Aufgabe, Darstellung
der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Gerät,
System zu schaffen, das eine Energieversorgung für mobile Systeme ermöglicht z.B.
im geschäftlichen
Reiseverkehr, das die Mobilität
unterstützt,
in der Benutzung robust und nahezu wartungsfrei und verschleißfrei arbeitet.
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Diese Aufgabe wird durch ein System
nach Anspruch 1 gelöst.
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4. Lösung der Aufgabe, Darstellung
der Erfindung
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Die zugrundeliegende Idee der Erfindung
ist es, dass sich entgegen der allgemeinen Energieerzeugungssysteme
nicht die elektrisch leitende Spule rotiert, sondern das Magnetfeld
im rotierenden Rad um die elektrisch leitende Spule bewegt. Das
rotierende Magnetfeld kann vorteilhaft in einem rotierenden Rad
integriert, eingebettet sein, wobei die Spule im Gehäusekörper integriert
ist.
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5. Vorteile der Erfindung
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Im Gegensatz zur herkömmlichen
Systemen (siehe 2) hat
das erfindungsgemäße System (siehe 1) den Vorteil, das mechanisch
störende Einwirkungen
auf die Funktionalität
der Energieerzeugung ohne Belang sind.
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Dies zeigt sich dadurch, das kein
mechanischer Verschleiß für die Funktionalität der Energieerzeugung
vorliegt, das z.B. keine mechanisch verschleißende Bürsten oder oxidierende Stromabnehmer
vorhanden sind, da eine feste Strom und Spannungsabnahme an der
Spule vorliegt.
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Weiter ist die elektrisch leitende
Spule, an deren Spulende der Strom; Spannung abgenommen wird, vor
mechanischer Beschädigung,
Umwelteinflüssen
geschützt,
da sich der nun starre, nicht rotierender Spulenkörper in
der Ummantelung des Transportgerätes
integriert ist, insbesondere wenn es sich um elektrisch gut isolierende
Stoffe, wie Kunststoff, Gummi handelt.
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Weiterhin kann die Welle, Anker höher belastet
werden, da sich der Spulenkörper
sich nicht wie bei herkömmlichen
Systemen auf dieser befindet. Dies führt zu einer wartungsfreieren
Nutzung.
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Des weiteren ist durch diese Anordnung
die Integrität
der Magnetkörper,
Stabmagnete in der Laufmasse des Rades, optimal geschützt. Selbst Brüche des
Stabmagnete, durch äußere Einwirkungen
auf die Stäbe,
z.B. übermäßige Belastungen,
haben keine negative Wirkung auf das Energieerzeugungssystem, im
Gegensatz zu herkömmlichen
Energieerzeugungssysteme.
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In einer weiteren Ausführungsform,
ein System zum Erzeugen eines elektronischen Kurzschlusses der Spule,
wird ein hierdurch entstehendes entgegenwirkendes Magnetfeld, zur
Bremswirkung auf die Welle ausgenutzt.
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Dies kann für eine Bremswirkung im Gefälle genutzt
werden, z.B. für
ein Transportgerät,
Koffer, das eine Höchstgeschwindigkeit
im Gefälle
nicht überschreiten
soll.
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So kann dies besonders dadurch gelöst werden,
dass bei Überschreitung
einer Rollgeschwindigkeit, die proportional erzeugte Spannung, als
Triggerung ausgenutzt wird. Beim Eintritt der Spitzenspannung, Triggerspannung,
Triggerung wird über
eine Steuerelektronik ein Kurzschluss am Spulenende des Spulenkörpers erzeugt.
Hierdurch wird ein Gegenmagnetfeld der Spule aufgebaut und eine
Bremswirkung auf die Welle stellt sich automatisch ein.
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Weitere Vorteile der Erfindung liegen
darin, das eine mechanische Betätigung
eines Gerätes, z.B.
die zur Steuerung des Cursors dient, erfindungsgemäß zusätzlich zur
Energieversorgung genutzt werden kann. Wird am Personalcomputer
(PC) z.B. mittels einer Computer-Maus, Joystick, der Cursor auf
dem Bildschirm gesteuert, kann erfindungsgemäß gleichzeitig die Bewegung
der Kugel zur Energieversorgung der Computer-Maus verwendet werden,
besonders wenn diese Kabellos, funkbetrieben ist.
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6. Ausführungsweg,
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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- 6.1 Überblick über die
Erfindung
- 6.1.1 Kurzbeschreibung der Abbildungen und Zeichnungen
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In den Zeichnungen sind bevorzugte
Ausführungsformen
dargestellt, wobei die Erfindung aber selbstverständlich nicht
auf die genauen Anordnungen und Instrumentalisierungen in den Zeichnungen beschränkt ist.
Die Zeichnungen haben folgenden Inhalt:
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1 zeigt
das erfindungsgemäße System, Gerät und in
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2 ein
herkömmliches
System, Gerät.
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3 zeigt
das Prinzip der Einbettungsmöglichkeit
für das
erfindungsgemäße Prinzip
der Magnete
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4 zeigt
das Prinzip der Einbettungsmöglichkeit
für das
erfindungsgemäße Prinzip
der Spule
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5 ist
ein Anwendungsbeispiel für
ein Transportgerät,
Einradkoffer
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6 ist
ein Anwendungsbeispiel für
einen Rollkoffer
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7 ist
ein Anwendungsbeispiel für
ein Sportgerät,
Rollschuhe
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8 ist
ein Anwendungsbeispiel für
ein Steuergerät,
Computer-Maus, Joystick, Handy, Mikrotechnik.
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9 ist
ein Anwendwngsbeispiel für
eine Modulbauweise bei Transportrollen
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10 ist
ein Flussdiagramm, in dem der Ablauf gemäß einem Aspekt der erfindungsgemäßen Anordnung
dargestellt ist.
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11 ist
ein elektrisches Schaltbeispiel, in dem die weitere Elektrische
Verarbeitung der erfindungsgemäßen Anordnung
dargestellt ist
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6.2 Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 ist
ein System, Gerät
in dem das erfindungsgemäße System
verwendet wird.
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Die hier beschriebene Systeme, Generatoren,
Dynamomaschine besteht aus einem Stabmagneten 31 oder mehrere
auf der Welle befestigte Spule der mit einer Reihe von Drahtschleifen,
der Wicklung versehen ist (Elektromagnet). Wird die Welle mit dem darauf
befestigten Stabmagneten durch eine mechanische Kraft gedreht, so
schneidet ein magnetisches Feld die Drahtwindungen, und es entsteht
ein elektrischer Strom (Induktion). Der Strom wird abgenommen am
Ende der Spule 40 welches mit der äußeren Leitung 41, 42 verbunden
ist. Der Stabmagnete 31 ist oder kann innerhalb eines Rades 30 integriert
sein.
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2 zeigt
ein herkömmliches
System, Gerät
Ein herkömmliches
Systeme, Generatoren, Dynamomaschinen bestehen aus einem (gebogenen) Stabmagneten 31 Hufeisenmagneten,
einer Spule 40 auf einem Anker, ein Eisenkern, der mit
einer Reihe von Drahtschleifen, der Wicklung 40 versehen
ist. Wird der Anker durch eine mechanische Kraft gedreht, so schneiden
die Drahtwindungen ein magnetisches Feld, und es entsteht ein elektrischer
Strom (Induktion). Zur Abnahme des Stroms ist neben dem Anker auf
der gemeinsamen Welle 11 der Kollektor(Kommutator), der
infolge dauernder Umschaltung den in der Ankerwicklung erzeugten
Wechselstrom gleichrichtet, in einen pulsierenden Gleichstrom. Der Strom
wird abgenommen 41, 42 mit Hilfe der Bürsten 12,
kleine Kohlenstücke,
die auf dem Kommutator schleifen und mit der äußeren Leitung verbunden sind.
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Da der Leiter während der Drehbewegung unterschiedlich
starke Feldlinien schneidet, entsteht ein pulsierende Strom/Spannung.
Dabei ist die induzierte Spannung/Strom proportional zu der Menge der
Feldlinien, die innerhalb eines Zeitintervalls geschnitten werden.
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3 zeigt
das Prinzip der Einbettungsmöglichkeit
für das
erfindungsgemäße Prinzip
der Magnete.
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Hierbei wird in einer Rolle 30 ein
oder mehrere Magnete 31 oder Magnetpartikel integriert.
Dies können
wie in 3a ein oder mehrere
Stabmagnete sein, die längs
zur Laufrichtung liegen. Diese Magnete werden komplett vom Basismaterial 32 umschlossen.
Die Materialeigenschaft des Basismaterials ist, dass es keine magnetisch
abschirmende Wirkung hat. Dies heißt, das Magnetfeld muss das
Material durchdringen, wobei ein magnetisch dämpfendes Basismaterial die
Energieerzeugung negativ beeinflusst.
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Anhand der Anordnung der Stabmagnete 31 hat
das System unterschiedliche magnetische Vorzugsrichtungen erhalten.
So ist in 3a eine magnetische
Vorzugsrichtung parallel zur rotierenden Achsen und in 3b eine magnetische Vorzugsrichtung
senkrecht auf der rotierenden Achse dargestellt.
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In 3c ist
die Rolle 30 ausgefüllt
mit mehreren, Stabmagnetpartikeln 31 die vom Basismaterial 32 umschlossen
sind. Hierdurch kann der Integrationsprozess der Stabmagnete 31 Prozesstechnisch optimal
verarbeitet werden. Hierbei kann selbstverständlich ein magnetisches Feldmuster
erstellt werden, so dass sich ein magnetisch optimales Feldstärkemuster
ergibt.
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In 3d ist
die Rolle 30 mit mehrere Schichten vom Basismaterial 31,
die unterschiedliche materielle Laufeigenschaften haben, dargestellt. Hierdurch
kann z.B. die Lauffläche
der Rolle mit einem dichteren, mechanisch festeren, abriebstärkeren Material 33 beschichtet
sein.
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4 zeigt
das Prinzip der Anordnungsmöglichkeit
für das
erfindungsgemäße Prinzip
des elektrisch leitenden Spulenkörper.
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In 4a ist
die Rolle 30 mit einem Stabmagneten 31, längs zur
Laufrichtung, das vom Basismaterial 32 umschlossen ist.
Der Spulenkörper 40 mit den
Leiteranschlüssen 41,42 ist
in Längsrichtung
optimal zur Feldstärke
in der Ummantelung 51 ausgerichtet.
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In 4b ist
die Rolle 30 mit einem Stabmagneten 31, quer zur
Laufrichtung, welcher vom Basismaterial 32 umschlossen
ist. Der Spulenkörper 40 mit den
Leiteranschlüssen 41,42 ist
in Längsrichtung
optimal zur Feldstärke
in der Ummantelung 51 ausgerichtet.
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In 4c ist
der Joystick 82 mit einem Stabmagneten 31, längs zum
Steuerstab, der vom Basismaterial 32 umschlossen ist. Der
Spulenkörper 40 mit den
Leiteranschlüssen 41,42 ist
zur Feldstärke
des Magneten im Joystick in der Ummantelung 51 ausgerichtet.
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5 Anwendungsbeispiel
für ein
Transportgerät
mit Einrad
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In 5 wir
ein Einrad-Transportgerät,
Rolltasche, Koffer gezeigt, in welches das erfindungsgemäße Prinzip
der elektrisch Energieerzeugung integriert ist.
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Im Einrad, Rolle 30 sind
mehrere Stabmagnete 31 integriert. Innerhalb eines Stabilisationskörper 51 für den Transportbehälter, Koffer
ist die elektrisch leitende Spule 40 integriert mit den
Spulenenden 41 und 42.
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6 Anwendungsbeispiel
für ein
Koffer-Transportgerät,
Rollkoffer
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In 6 wir
ein Transportgerät,
Rollkoffer gezeigt, in welches das erfindungsgemäße Prinzip der elektrisch Energieerzeugung
integriert ist.
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Im Rad, Rolle 30 sind eine
oder mehrere Stabmagnete 31 integriert. Innerhalb eines
Stabilisationskörper 51 für den Transportbehälter, Koffer
ist die elektrisch leitende Spule 40 integriert mit den Spulenenden 41 und 42.
Hierbei kann mit den Rollen 30 sowohl auf der rechten und/oder
linken Seite das erfindungsgemäße Prinzip
der elektrischen Energieerzeugung genutzt werden.
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7 Anwendungsbeispiel
aus dem Sportgerätebereich,
Rollschuhe
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In 7 wird
ein Bewegungsgerät,
Sportgerät,
Rollschuh gezeigt, in welches das erfindungsgemäße Prinzip der elektrisch Energieerzeugung
integriert ist.
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In einer oder mehreren Rollen 30 sind
mehrere Stabmagnete integriert. Innerhalb eines Stabilisationskörper, Aufhänger 51 für die Rollen,
Schuhe ist die elektrisch leitende Spule 40 integriert
mit den Spulenenden 41 und 42. Hierbei kann mit
einer oder mehrenden Rollen das erfindungsgemäße Prinzip der elektrischen
Energieerzeugung genutzt werden.
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Die Energie kann verwendet werden,
zur straßengemäßen und
sportlichen Beleuchtung des Gerätes.
Die erzeugte Energie kann zur Beheizung des Innenschuhs oder zur
Beleuchtung des Rollschuh verwendet werden.
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8 sind
Anwendungsbeispiele aus dem Steuerbereich, Computer-Maus, Joystick,
Mobilfunkgerät,
Mikrotechnik.
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In 8a wird
eine Steuerung für
einen Cursor auf einem Computerbildschirm gezeigt, in welches das
erfindungsgemäße Prinzip
der elektrisch Energieerzeugung integriert ist.
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In einer oder mehreren Rollen 30 sind
ein oder mehrere Stabmagnete integriert. Innerhalb eines Stabilisationskörper, Aufhänger ist
die elektrisch leitende Spule 40 integriert mit den Spulenenden
41 und 42.
Hierbei kann mit einer oder mehrenden Rollen das erfindungsgemäße Prinzip
der elektrischen Energieerzeugung genutzt werden.
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8b Anwendungsbeispiel
aus dem Steuerbereich, mittels eines Joysticks
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In 8b wird
ein Gerät
zur Steuerung beschrieben, in dem das erfindungsgemäße Prinzip
der elektrisch Energieerzeugung integriert ist.
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Im Joystick, Griff 82, im
unteren Ende des Joystick-Handgriffes, Kugelelement sind ein oder mehrere
Stabmagnete integriert. Außerhalb
des bewegten Bereiches, ist die elektrisch leitende Spule 40 integriert
im Material 51 mit den Spulenenden 41 und 42.
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8c Anwendungsbeispiel
aus dem Kommunikationsbereich, Handy 83 und/oder mit einer
digitalen Kamera 85.
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In 8c wird
ein Gerät
zur Steuerung beschrieben, in dem das erfindungsgemäße Prinzip
der elektrisch Energieerzeugung integriert ist.
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Am Rand des Gerätes, Handy wird mittels eines
Laufrades das Menü im
Display 84 gesteuert. Im Laufrad 30 ist ein oder
mehrere Stabmagnete 31 integriert. Außerhalb des bewegten Bereiches,
ist die elektrisch leitende Spule 40 mit den Spulenenden 41 und 42.
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8d Anwendungsbeispiel
aus der Mikrotechnik, ein Schreibgerät 86 mit einer Kugel 30.
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In 8d wird
ein Schreibgerät
aus dem Mikrotechnik beschrieben, in dem das erfindungsgemäße Prinzip
der elektrisch Energieerzeugung integriert ist.
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Die Laufkugel 30, am Rohrausgang 87 wird beim
Schreiben rollend, eingedrückt
um einen Tintenfluss zu ermöglichen.
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In der Kugel 30 sind ein
oder mehrere Stabmagnete 31 integriert. Außerhalb
des bewegten Bereiches, befindet sich die elektrisch leitende Spule 40 mit
den Spulenenden 41 und 42. Hierdurch können Mikroaggregate 88 betrieben
werden, z.B. zum regeln des Tintenflusses.
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8e Anwendungsbeispiel
aus der Mikrotechnik, ein elektrische Uhr 89 mit einem
Schwungrad 30.
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In 8e wird
eine Uhr aus der Mikrotechnik beschrieben, indem das erfindungsgemäße Prinzip der
elektrisch Energieerzeugung integriert ist.
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Das Schwungrad 30, hat eine
magnetische, einseitige Masse, Stabmagneten 31. integriert.
Außerhalb
des bewegten Bereiches, ist die elektrisch leitende Spule 40 mit
den Spulenenden 41 und 42. Hierdurch können Mikroaggregate 88 betrieben
werden, z.B. zum regeln des Antriebsmotors.
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9 Anwendungsbeispiel
für ein
Modul-Aufbau bei Transportgeräte
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In 9 wird
ein Modul-Aufbau gezeigt, in welchem das erfindungsgemäße Prinzip
der elektrisch Energieerzeugung integriert ist.
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In einer Rolle 30 sind mehrere
Stabmagnete integriert. Innerhalb eines Aufhänger 51 ist die elektrisch
leitende Spule 40 integriert mit den Spulenenden 41 und 42.
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10 ist
ein Flussdiagramm, in dem der Ablauf gemäß einem Aspekt der erfindungsgemäßen Anordnung
dargestellt ist.
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In Modul 100 wird eine Spannung,
Strom mittels rotierender Magnete erzeugt und anschließend über ein
Gleichrichter-Modul 110 wird nur eine bevorzugte Spannung/Stromrichtung
durchgelassen oder in die gewünschte
Form gewandelt.
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Im Modul 120 wird aus dem
pulsierenden Gleichstrom mittels Glättungskondensatoren eine Glättung der
pulsierenden Spannung/Strom vorgenommen. Im Modul 130 kann
die elektrische Energie gespeichert bzw. einer weiteren Verarbeitung
unterzogen werden.
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11 elektrisches
Schaltbeispiel, in dem die weitere Elektrische Verarbeitung der
erfindungsgemäßen Anordnung
dargestellt ist
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Im Modul 100 wird eine induzierte
Spannung, Strom an der Spule 40 mittels rotierender Magnete erzeugt
und anschließend über ein
Gleichrichter-Modul 110, über eine Doppelweggleichrichtung
in Graetz- oder Brückenschaltung
weitergeleitet. Hierfür sind
Dioden 111 erforderlich. Anschließend wird im Modul 120 die
von den Gleichrichtern durchgelassene pulsierende Gleichspannung
noch geglättet.
Der Ladekondensator 121 wird bei ansteigender Spannung
aufgeladen und liefert zwischen den beiden Höchstwerten der Spannung Strom
an den Verbraucher. Hierbei ist das Bauteil 122 ein Siebkondensator, der
den Gleichstrom sperrt, so dass sie voll am Verbraucher liegt. Da
aus dem Kondensator 121 beide Ladungen abfließen, sinkt
die Spannung am Ladekondensator 121. Der zum Verbraucher
fließende Strom
kann als Gleichstrom, dem ein Wechselstrom überlagert ist, betrachtet werden.
Die Amplitude des Wechselstromes ist von der Kapazität des Kondensators
und dem aus dem Kondensators während
der Spannungspause entnommenen Strom, also vom Widerstand 132 des
Verbrauchers abhängig.
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7. Gewerbliche Anwendbarkeit
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Das erfindungsgemäße Prinzip der elektrisch Energieerzeugung
mittels einer oder mehreren Rollen 30 mit integrierten
Stabmagneten 31 und externen Spulen kann besonders im Bereich
der mobilen Kommunikation, zur sekundäre Energieversorgung, besonders
zum laden von Batterien der Kommunikationstechnik, z.B. in Transportbehältern, Rollkoffern
für geschäftlich Reisende,
Vielreisende.
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Ebenso kann das erfindungsgemäße System
ebenso in der Meßtechnik
Anwendung finden.
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Weitere Anwendungen liegen vor im
Bereich der Computerzusatzgeräte,
Kommunikationsmittel, Handy, wo anhand einer mechanischen Bewegung, Joystick,
Mouse, Steuerrad, mechanische Bewegung geliefert wird und diese
zur Energiezusatzversorgung verwendet werden kann.
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Im Consumerbereich, z.B. dem Modellbau zur
Energieversorgung von elektrische Systeme.