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DE10305873A1 - Energy self-sufficient electrical fitting, such as switch, has moving coil connected to rectifier circuit via transformer - Google Patents

Energy self-sufficient electrical fitting, such as switch, has moving coil connected to rectifier circuit via transformer Download PDF

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DE10305873A1
DE10305873A1 DE2003105873 DE10305873A DE10305873A1 DE 10305873 A1 DE10305873 A1 DE 10305873A1 DE 2003105873 DE2003105873 DE 2003105873 DE 10305873 A DE10305873 A DE 10305873A DE 10305873 A1 DE10305873 A1 DE 10305873A1
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DE
Germany
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moving coil
rectifier circuit
sufficient electrical
switch
transformer
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Withdrawn
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DE2003105873
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Inventor
Bernhard Dipl.-Ing. Dörstel
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ABB AG Germany
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ABB Patent GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
    • H02K35/04—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving coil systems and stationary magnets

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

The electrical fitting has an electromechanical transducer which converts pressure changes in a gas into electrical energy, which is rectified and stored (14). The transducer includes an electromagnetic induction coil in the form of a moving coil (8) of an electroacoustic transducer (5) connected to a diaphragm via a moving coil suspension (9). The moving coil moves within a permanent magnet (6), and is connected to the primary winding (11) of a transformer (10), the secondary winding of which the rectifier circuit (13) is connected.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein energieautarkes elektrisches Installationsgerät, insbesondere Schalter oder Taster, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a self-sufficient electrical installation device, in particular switch or Button, according to the generic term of Claim 1.

Aus dem DE 297 12 270 U1 ist ein Installationsschalter mit einem von Hand zu betätigenden kippbeweglicher Bedienkörper (Wippe) bekannt, der mittels einer Wirkungskette zum Schalten eine Schalteinrichtung für Schaltkontakte betätigt oder auf eine Einrichtung zum Erfassen codierter Signale einwirkt, wobei in der Wirkungskette vom Bedienkörper ein in verarbeitbare elektrische Signale umformender Wandler eines Sendeelementes derart angeordnet ist, dass er beim Tätigwerden der Wirkungskette einen Sendevorgang auslösend beaufschlagt ist. Das Sendeelement arbeitet mit einem Wandler aus piezoelektrischem Material zusammen.From the DE 297 12 270 U1 An installation switch with a manually operable rocking operating body (rocker) is known, which actuates a switching device for switching contacts by means of an action chain for switching or acts on a device for detecting coded signals, with a converter converting into processable electrical signals in the operating body from the operating body of a transmission element is arranged in such a way that it triggers a transmission process when the effect chain is activated. The transmission element works together with a transducer made of piezoelectric material.

Aus der DE 100 63 305 C1 ist ein elektronischer Schalter, insbesondere Lichtschalter bekannt, welcher mit Piezokeramik und Spannungsabgriff arbeitet, wobei die Piezokeramik auf einem biegbaren elektrisch isolierenden Träger (beispielsweise Tasterzunge) aufgebracht ist und einen piezokeramischen Biegestreifen bildet, dessen Spannungsabgriff mit einem Sender in Verbindung steht, der beispielsweise ein Infrarotfeld oder allgemein ein Feld nach Art von Funkwellen absendet.From the DE 100 63 305 C1 An electronic switch, in particular a light switch, is known, which works with piezoceramic and voltage tapping, the piezoceramic being applied to a bendable, electrically insulating support (for example a tongue) and forming a piezoceramic bending strip, the voltage tapping of which is connected to a transmitter which, for example, has an infrared field or generally sends a field in the manner of radio waves.

Aus der DE 100 25 561 A1 ist ein energieautarker Hochfrequenzsender bekannt, welcher einen elektromechanischen Wandler, eine nachgeschaltete Gleichrichterschaltung, eine Spannungswandlerschaltung und eine hiermit verbundene Logikbaugruppe aufweist. Zwischen Gleichrichter und Spannungswandler kann ein Stromspeicherelement, beispielsweise ein Kondensator, angeordnet sein. Der elektromechanische Wandler kann eine Induktionsspule enthalten. Die mechanische Energie kann beispielsweise durch Druckänderung in einer Flüssigkeit oder in einem Gas erzeugt werden.From the DE 100 25 561 A1 an energy self-sufficient high-frequency transmitter is known which has an electromechanical converter, a downstream rectifier circuit, a voltage converter circuit and a logic module connected to it. A current storage element, for example a capacitor, can be arranged between the rectifier and the voltage converter. The electromechanical transducer can contain an induction coil. The mechanical energy can be generated, for example, by changing the pressure in a liquid or in a gas.

Bei Energieerzeugungssystemen mit Piezokeramik stellt es allgemein einen Nachteil dar, dass die elektrische Energie nur während des relativ kurzen Zeitraumes der Betätigung des Bedienelementes erzeugt wird.With energy generation systems with Piezoceramic generally represents a disadvantage that the electrical Energy only during the relatively short period of actuation of the control element becomes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energieautarkes elektrisches Installationsgerät der eingangs genannten Art anzugeben, welches ein Energieerzeugungssystem aufweist, das im wesentlichen permanent elektrische Energie erzeugt.The invention is based on the object self-sufficient electrical installation device of the type mentioned to indicate which has an energy generation system that in generates essentially permanent electrical energy.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is linked with the features of the preamble according to the invention solved the features specified in the characterizing part of claim 1.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass keine Batterie für die Energieerzeugung des Installationsgerätes erforderlich ist. Es erfolgt eine kontinuierliche Energiegewinnung aus der Umwelt. Eine Betätigung eines Bedienelementes des Installationsgerätes kann unter Einsatz sehr geringer mechanischer Kräfte erfolgen.The achievable with the invention The main advantages are that there is no battery for energy generation of the installation device is required. There is continuous energy generation from the environment. An actuation A control element of the installation device can be used very much low mechanical forces respectively.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.Further advantages are from the description below seen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the Invention are in the subclaims characterized.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. In der Figur ist ein energieautarkes elektrisches Installationsgerät 1, insbesondere ein Schalter oder ein Taster, mit Gehäuse 4 und darin enthalte ner elektronischer Schaltung 2 zu erkennen. Ein durch die Gehäusewand geführtes Bedienelement 3 greift in die elektronische Schaltung 2 ein. Mittels des Bedienelementes 3 kann beispielsweise ein Schaltvorgang (für eine Beleuchtung oder Jalousie) ausgelöst oder eine Thermostat-Einstellung für eine Heizung in gewünschter Weise vorgenommen werden. Die Kommunikation, d.h. die Übertragung elektrischer Signale/Daten/ Datentelegramme/Nachrichten zwischen Installationsgerät 1 und anzusteuerndem elektrischem Gerät, beispielsweise Lichtquelle (Beleuchtung), Regelung einer Heizung, Jalousie, erfolgt dabei drahtlos über entsprechende Funksignale oder Infrarotsignale.The invention is explained below with reference to the embodiment shown in the drawing. In the figure is an energy self-sufficient electrical installation device 1 , in particular a switch or a button, with housing 4 and contains an electronic circuit 2 to recognize. A control element guided through the housing wall 3 reaches into the electronic circuit 2 on. Using the control element 3 For example, a switching process (for lighting or blinds) can be triggered or a thermostat setting for heating can be carried out in the desired manner. Communication, ie the transmission of electrical signals / data / data telegrams / messages between the installation device 1 and to be controlled electrical device, for example light source (lighting), regulation of a heater, blinds, takes place wirelessly via corresponding radio signals or infrared signals.

Abhängig von der gewählten Kommunikationsform weist die elektronische Schaltung 2 entsprechende Komponenten, wie Modulatoren für die Signalaufbereitung und Sender auf. Die Energieversorgung der elektronischen Schaltung 2 erfolgt unter Einsatz eines elektro-akustischen (elektrodynamischen) Wandlers 5, welcher den Schall (Druckänderungen in Luft) aus der Umgebung mit einer entsprechenden Transformation in elektrische Energie (in Form einer induzierten Wechselspannung) umsetzt, welche mittels einer Gleichrichterschaltung 13 gleichgerichtet in einem Speicherelement 14, insbesondere Akkumulator oder Kondensator, gesammelt wird. Dabei ist der Frequenzgang des elektro-akustischen Wandlers 5 derart ausgebildet, dass die Schallfrequenzen der Umgebung mit hoher Effizienz in elektrische Energie wandelbar sind.Depending on the chosen form of communication, the electronic circuitry shows 2 corresponding components such as modulators for signal processing and transmitters. The power supply of the electronic circuit 2 takes place using an electro-acoustic (electrodynamic) transducer 5 , which converts the sound (pressure changes in air) from the environment with a corresponding transformation into electrical energy (in the form of an induced alternating voltage), which by means of a rectifier circuit 13 rectified in a storage element 14 , in particular accumulator or capacitor, is collected. Here is the frequency response of the electro-acoustic transducer 5 formed such that the sound frequencies of the environment can be converted into electrical energy with high efficiency.

Beim verwendeten elektro-akustischen Wandler handelt es sich im Prinzip um ein aus der Elektroakustik bekanntes elektrodynamisches Mikrofon mit einer Tauchspule 8 (elektromagnetische Induktionsspule), welche über eine Tauchspulenbefestigung 9 mit einer Membrane 7 verbunden ist und in den ringförmigen Spalt eines topfförmigen Permanentmagneten 6 eintaucht. Das Gehäuse 4 des Installationsgerätes 1 weist dabei eine mittels einer Schutzabdeckung vor mechanischer Beschädigung geschützte Öffnung für die Membrane 7 auf. Die bei Erregung der Membrane 7 durch Schall erzeugten Schwingungen der Tauchspule 8 im Magnetfeld des Permanentmagneten 6 induzieren eine an den Klemmen der Tauchspule 8 anstehende Wechselspannung Uind. Diese Wechselspannung wird einer Primärwicklung 11 eines Transformators 10 zugeführt, an dessen Sekundärwicklung 12 die vorstehend bereits erwähnte Gleichrichterschaltung 13 angeschlossen ist. Die an der Sekundärwicklung 12 abfallende Sekundärspannung des Transformators 12 ist mit Usek bezeichnet.In principle, the electro-acoustic transducer used is an electrodynamic microphone with a plunger coil, which is known from electroacoustics 8th (electromagnetic induction coil), which is attached to a moving coil 9 with a membrane 7 is connected and in the annular gap of a pot-shaped permanent magnet 6 dips. The housing 4 of the installation device 1 has one by means of a Protective cover protected from mechanical damage opening for the membrane 7 on. The excitation of the membrane 7 vibrations of the moving coil generated by sound 8th in the magnetic field of the permanent magnet 6 induce one at the terminals of the moving coil 8th current AC voltage U ind . This AC voltage becomes a primary winding 11 of a transformer 10 fed to its secondary winding 12 the rectifier circuit already mentioned above 13 connected. The one on the secondary winding 12 falling secondary voltage of the transformer 12 is denoted by U sek .

Allgemein gilt für ein elektrodynamisches Mikrofon und für den vorgeschlagenen Wandler 5, dass die in der Tauchspule 8 induzierte Spannung Uind von der (vom Permanentmagneten 6 erzeugten) magnetischen Induktionsflussdichte, der Länge des elektrischen Leiters der Tauchspule 8 im Magnetfeld (quer zur Schwingungsrichtung) und der Geschwindigkeit (Schnelle) der Bewegungen der Membrane 7 abhängt. Das Windungsverhältnis des Transformators 10 ist so zu gestalten, dass die Primärseite mit geringer Windungszahl an die Tauchspule 8 angepasst ist und die Sekundärseite mit großer Windungszahl die zur Gleichrichtung gewünschte Spannung Usek liefert. Insbesondere ist das Windungsverhältnis in Abhängigkeit der an der Tauchspule 8 induzierten Spannung Uind derart gestaltet, dass die Spannung Uakku des Speicherelements 14 im Bereich zwischen 3 und 50 Volt liegt.The following generally applies to an electrodynamic microphone and to the proposed transducer 5 that in the plunger 8th induced voltage U ind from (from the permanent magnet 6 generated) magnetic induction flux density, the length of the electrical conductor of the moving coil 8th in the magnetic field (transverse to the direction of vibration) and the speed (rapid) of the movements of the membrane 7 depends. The turns ratio of the transformer 10 is to be designed so that the primary side with a low number of turns on the moving coil 8th is adapted and the secondary side with a large number of turns supplies the voltage U sec desired for rectification. In particular, the turns ratio is dependent on that on the moving coil 8th induced voltage U ind designed such that the voltage U akku of the memory element 14 is in the range between 3 and 50 volts.

Die Gleichrichterschaltung 13 ist zweckmäßig aus Dioden mit kleinem Durchlass-Spannungsabfall aufgebaut. Als Speicherelement 14 dient beispielsweise ein leckstromarmer Speicherkondensator.The rectifier circuit 13 is expediently made up of diodes with a small forward voltage drop. As a storage element 14 serves, for example, a low-leakage storage capacitor.

Aus der vorstehenden Beschreibung des energieautarken elektrischen Installationsgerätes ist leicht verständlich, dass eine Projektierung, Montage und Nachrüstung von derartigen Installationsgeräten insbesondere dann sehr einfach ist, wenn die Kommunikation zwischen den Installationsgeräten und den anzusteuernden Geräten über Funksignale oder Infrarot-Signale erfolgt, da dann keinerlei Leitungen zwischen den Installationsgeräten und den anzusteuernden Geräten erforderlich sind. Mit anderen Worten entfällt im Vergleich zu konventionellen Lösungen mit Leitungsanschluss zur Energieversorgung und/oder zur Kommunikation der durch Planung, Material, Installation und Dokumentation bedingte relativ hohe Kostenfaktor der Leitungsanschlüsse zu den Installationsgeräten. Es können keine Ausfälle aufgrund von Leitungsbrüchen oder unbeabsichtigtem Durchtrennen von Leitungen auftreten.From the description above of the self-sufficient electrical installation device is light understandable, that a project planning, assembly and retrofitting of such installation devices in particular is very simple if the communication between the installation devices and the devices to be controlled via radio signals or infrared signals, because then no lines between the installation devices and the devices to be controlled required are. In other words, compared to conventional ones Solutions with Line connection for energy supply and / or for communication the one due to planning, material, installation and documentation relatively high cost factor of the line connections to the installation devices. It can no failures due to wire breaks or inadvertent cutting of lines.

Es sind selbstverständlich auch energieautarke elektrische Installationsgeräte realisierbar, welche zusätzlich zur vorgeschlagenen Energieversorgung mittels eines elektroakustischen (elektrodynamischen) Wandlers 5 eine Energieversorgung über eine Piezokeramik aufweisen, bei welcher durch Betätigung des Bedienelementes 3 aus me chanischer Energie elektrische Energie gewonnen wird. Derartig aufgebaute Installationsgeräte sind jedoch nur dann sinnvoll, wenn es nicht nachteilig ist, dass bei Betätigung des Bedienelementes 3 eine relativ hohe mechanische Kraft aufgewendet werden muss.Of course, energy self-sufficient electrical installation devices can also be implemented, which in addition to the proposed energy supply by means of an electroacoustic (electrodynamic) converter 5 have a power supply via a piezoceramic, in which by actuating the control element 3 electrical energy is obtained from mechanical energy. Installation devices constructed in this way are only useful if it is not disadvantageous that when the control element is actuated 3 a relatively high mechanical force must be applied.

11
Energieautarkes elektrisches Installationsgerät (Schalter, Taster)energy self-sufficient electrical installation device (Switch button)
22
Elektronische Schaltungelectronic circuit
33
Bedienelementoperating element
44
Gehäusecasing
55
Elektro-akustischer WandlerElectro-acoustic converter
66
Permanentmagnetpermanent magnet
77
Membrane mit Schutzabdeckungmembrane with protective cover
88th
Tauchspulemoving coil
99
TauchspulenbefestigungMoving coil attachment
1010
Transformatortransformer
1111
Primärwicklungprimary
1212
Sekundärwicklungsecondary winding
1313
GleichrichterschaltungRectifier circuit
1414
Speicherelement, insb. AkkumulatorStorage element, esp. accumulator
Uind U ind
in der Tauchspule induzierte Spannungin voltage induced by the moving coil
Usek U sec
Sekundärspannung des Transformatorssecondary voltage of the transformer
Uakku U battery
Spannung des Speicherelementestension of the storage element

Claims (2)

Energieautarkes elektrisches Installationsgerät (1 ), insbesondere Schalter oder Taster, mit einem eine elektromagnetische Induktionsspule (8) enthaltenden elektromechanischen Wandler, wobei der elektromechanische Wandler Druckänderungen in einem Gas in elektrische Energie umwandelt, welche mittels einer Gleichrichterschaltung (13) gleichgerichtet wird und mittels eines Speicherelement (14) speicherbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass als elektromagnetische Induktionsspule eine Tauchspule (8) eines elektro-akustischen Wandlers (5) dient, welche über eine Tauchspulenbefestigung (9) mit einer Membrane (7) verbunden ist und in einen Permanentmagneten (6) eintaucht, wobei die Tauchspule (8) mit einer Primärwicklung (11) eines Transformators (10) verbunden ist, an dessen Sekundärwicklung (12) die Gleichrichterschaltung (13) angeschlossen ist.Self-sufficient electrical installation device ( 1 ), in particular switches or buttons, with an electromagnetic induction coil ( 8th ) containing electromechanical transducer, the electromechanical transducer converting pressure changes in a gas into electrical energy, which is converted by means of a rectifier circuit ( 13 ) is rectified and by means of a storage element ( 14 ) can be stored, characterized in that, as an electromagnetic induction coil, a moving coil ( 8th ) an electro-acoustic transducer ( 5 ), which uses a moving coil attachment ( 9 ) with a membrane ( 7 ) is connected and into a permanent magnet ( 6 ) immersed, whereby the moving coil ( 8th ) with a primary winding ( 11 ) of a transformer ( 10 ) is connected to the secondary winding ( 12 ) the rectifier circuit ( 13 ) connected. Energieautarkes elektrisches Installationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Windungsverhältnis des Transformators (10) in Abhängigkeit der in der Tauchspule (8) induzierten Spannung (Uind) derart gestaltet ist, dass die Spannung (Ua kk u) des Speicherelements (14) im Bereich zwischen 3 und 50 Volt liegt.Energy self-sufficient electrical installation device according to claim 1, characterized in that the turns ratio of the transformer ( 10 ) depending on the in the moving coil ( 8th ) induced voltage (U ind ) is designed such that the voltage (U a kk u ) of the memory element ( 14 ) is between 3 and 50 volts.
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