<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE ep-patent-document SYSTEM "OpenDataPatent_cz.dtd">
<ep-patent-document lang="en" file="OpendataIPOCZ_PT_DIFF_PV2017-462.xml" country="CZ" doc-number="307799" kind="B6">
  <bibliographic-data country="CZ">
    <publication-reference>
      <document-id>
        <country>CZ</country>
        <doc-number>307799</doc-number>
        <kind>B6</kind>
        <date>2019-05-15</date>
      </document-id>
    </publication-reference>
    <classifications-ipcr>
      <classification-ipcr sequence="1">
        <section>H</section>
        <class>02</class>
        <subclass>K</subclass>
        <main-group>35</main-group>
        <subgroup>02</subgroup>
        <ipc-version-indicator>
          <date>20060101</date>
        </ipc-version-indicator>
        <classification-level>A</classification-level>
        <symbol-position>F</symbol-position>
        <classification-value>I</classification-value>
        <action-date>
          <date>20180215</date>
        </action-date>
        <classification-status>B</classification-status>
        <classification-data-source>H</classification-data-source>
        <generating-office>
          <country>CZ</country>
        </generating-office>
      </classification-ipcr>
      <classification-ipcr sequence="2">
        <section>H</section>
        <class>02</class>
        <subclass>K</subclass>
        <main-group>35</main-group>
        <subgroup>00</subgroup>
        <ipc-version-indicator>
          <date>20060101</date>
        </ipc-version-indicator>
        <classification-level>A</classification-level>
        <symbol-position>L</symbol-position>
        <classification-value>I</classification-value>
        <action-date>
          <date>20180215</date>
        </action-date>
        <classification-status>B</classification-status>
        <classification-data-source>H</classification-data-source>
        <generating-office>
          <country>CZ</country>
        </generating-office>
      </classification-ipcr>
      <classification-ipcr sequence="3">
        <section>H</section>
        <class>02</class>
        <subclass>K</subclass>
        <main-group>33</main-group>
        <subgroup>00</subgroup>
        <ipc-version-indicator>
          <date>20060101</date>
        </ipc-version-indicator>
        <classification-level>A</classification-level>
        <symbol-position>L</symbol-position>
        <classification-value>I</classification-value>
        <action-date>
          <date>20180215</date>
        </action-date>
        <classification-status>B</classification-status>
        <classification-data-source>H</classification-data-source>
        <generating-office>
          <country>CZ</country>
        </generating-office>
      </classification-ipcr>
    </classifications-ipcr>
    <classifications-cpc>
      <classification-cpc sequence="1">
        <cpc-version-indicator>
          <date>20161101</date>
        </cpc-version-indicator>
        <section>H</section>
        <class>02</class>
        <subclass>K</subclass>
        <main-group>35</main-group>
        <subgroup>02</subgroup>
        <symbol-position>F</symbol-position>
        <classification-value>I</classification-value>
        <action-date>
          <date>20180215</date>
        </action-date>
        <generating-office>
          <country>CZ</country>
        </generating-office>
        <classification-status>B</classification-status>
        <classification-data-source>H</classification-data-source>
      </classification-cpc>
      <classification-cpc sequence="2">
        <cpc-version-indicator>
          <date>20161101</date>
        </cpc-version-indicator>
        <section>H</section>
        <class>02</class>
        <subclass>K</subclass>
        <main-group>33</main-group>
        <subgroup>00</subgroup>
        <symbol-position>L</symbol-position>
        <classification-value>I</classification-value>
        <action-date>
          <date>20180215</date>
        </action-date>
        <generating-office>
          <country>CZ</country>
        </generating-office>
        <classification-status>B</classification-status>
        <classification-data-source>H</classification-data-source>
      </classification-cpc>
      <classification-cpc sequence="3">
        <cpc-version-indicator>
          <date>20161101</date>
        </cpc-version-indicator>
        <section>H</section>
        <class>02</class>
        <subclass>K</subclass>
        <main-group>35</main-group>
        <subgroup>00</subgroup>
        <symbol-position>L</symbol-position>
        <classification-value>I</classification-value>
        <action-date>
          <date>20180215</date>
        </action-date>
        <generating-office>
          <country>CZ</country>
        </generating-office>
        <classification-status>B</classification-status>
        <classification-data-source>H</classification-data-source>
      </classification-cpc>
    </classifications-cpc>
    <application-reference>
      <document-id>
        <country>CZ</country>
        <doc-number>2017-462</doc-number>
        <date>2017-08-09</date>
      </document-id>
    </application-reference>
    <language-of-filing>cs</language-of-filing>
    <language-of-publication>cs</language-of-publication>
    <priority-claims>
      <priority-claim sequence="1" kind="national">
        <country>CZ</country>
        <date>2017-08-09</date>
      </priority-claim>
    </priority-claims>
    <invention-title lang="CS">Nositelné zařízení pro výrobu elektrické energie</invention-title>
    <invention-title lang="EN">Wearable power generating equipment</invention-title>
    <references-cited>
      <citation>
        <patcit id="pcit0001" dnum="US2016276914A," dnum-type="publication number">
          <document-id>
            <country>US</country>
            <doc-number>2016276914</doc-number>
            <name>Purdue Research Foundation, US; 22.9.2016</name>
          </document-id>
        </patcit>
        <category>D</category>
        <rel-claims>1, 8</rel-claims>
      </citation>
      <citation>
        <patcit id="pcit0002" dnum="CN105846641A," dnum-type="publication number">
          <document-id>
            <country>CN</country>
            <doc-number>105846641</doc-number>
            <name>UNIV NORTH CHINA, CN; 10.8.2016</name>
          </document-id>
        </patcit>
        <category>A</category>
        <rel-claims>1, 8</rel-claims>
      </citation>
      <citation>
        <patcit id="pcit0003" dnum="CN105846647A," dnum-type="publication number">
          <document-id>
            <country>CN</country>
            <doc-number>105846647</doc-number>
            <name>UNIV NORTH CHINA, CN; 10.8.2016
	</name>
          </document-id>
        </patcit>
        <category>A</category>
        <rel-claims>1, 8</rel-claims>
      </citation>
      <citation>
        <patcit id="pcit0004" dnum="US2017331328A," dnum-type="publication number">
          <document-id>
            <country>US</country>
            <doc-number>2017331328</doc-number>
            <name>Beast Kingdom Co., Ltd., TW; 16.11.2017</name>
          </document-id>
        </patcit>
        <category>A</category>
        <rel-claims>1, 8</rel-claims>
      </citation>
    </references-cited>
  </bibliographic-data>
  <abstract lang="CS">
    <p num="1">Předmětem vynálezu je nositelné zařízení pro výrobu elektrické energie obsahující dva krycí protikusy, kruhovou dutinu (1), valivý člen (2) a cívku (4). Takovéto zařízení generuje elektrický proud díky vibracím vzniklým například při chůzi. Předmětem vynálezu je taktéž způsob výroby elektrické energie nositelným zařízením obsahujícím dva krycí protikusy, třetí kus se symetrickou kruhovou dutinou (1), valivý člen (2), permanentní magnety (3) pevně spojené s valivým členem (2) a cívku (4). Valivý člen (2) se odvaluje po obvodu dutiny (1), přičemž současně dochází k pohybu permanentních magnetů (3) vůči cívce (4). Změnou polohy permanentních magnetů (3) vůči cívce (4) dochází ke změně magnetického indukčního toku cívkou (4), čímž se na cívce (4) indukuje napětí.</p>
  </abstract>
  <abstract lang="EN">
    <p num="1">The subject of the invention is a wearable electrical power generating device containing two cover counter pieces, a circular cavity (1), a rolling member (2) and a coil (4). the device generates an electrical current because of, for example, walking vibrations. The invention also relates to a method of producing electrical energy by a wearable device containing two cover counter-parts, a third piece with a symmetrical circular hollow (1), a rolling member (2), permanent magnets (3) fixed to the rolling member (2) and a coil (4). The rolling element (2) rolls along the periphery of the hollow (1), while the permanent magnets (3) move towards the coil (4). By changing the position of the permanent magnets (3) towards the coil (4), the magnetic induction flux is changed by the coil (4), inducing a voltage on the coil (4).</p>
  </abstract>
  <abstract lang="CS">
    <p num="1">Předmětem vynálezu je nositelné zařízení pro výrobu elektrické energie obsahující dva krycí protikusy, kruhovou dutinu (1) valivý člen (2) a cívku (4) valivý člen (2) se odvaluje po obvodu dutiny (1). Takovéto zařízení generuje elektrický proud díky vibracím vzniklým například při chůzi. Předmětem vynálezu je taktéž způsob výroby elektrické energie nositelným zařízením obsahujícím dva krycí protikusy, třetí kus se symetrickou kruhovou dutinou (1), valivý člen (2), permanentní magnety (3) pevně spojené s valivým členem (2), a cívku (4) vyznačující se tím, že valivý člen (2) se odvaluje po obvodu dutiny (1), přičemž současně dochází k pohybu permanentních magnetů (3) vůči cívce (4), přičemž změnou polohy permanentních magnetů (3) vůči cívce (4) dochází ke změně magnetického indukčního toku cívkou (4), čímž se na cívce (4) indukuje napětí.</p>
  </abstract>
  <description id="desc" lang="cs">
    <p num="1">
      <b>Nositelné zařízení pro výrobu elektrické energie</b>
    </p>
    <p num="2"> </p>
    <p num="3"> </p>
    <p num="4">Oblast techniky </p>
    <p num="5"> </p>
    <p num="6">Vynález se týká nositelného zařízení pro výrobu elektrické energie z pohybu a mechanických vibrací nízkých frekvencí. </p>
    <p num="7"> </p>
    <p num="8"> </p>
    <p num="9">
      <u>Dosavadní stav techniky</u>
    </p>
    <p num="10"> </p>
    <p num="11">S nástupem a rozšířením nositelné elektroniky jako jsou například chytrá nebo biomedicínská zařízení, roste přirozeně i snaha o zdokonalení nositelných a škálovatelných generátorů elektrické energie. Ideálními zařízeními by byly generátory elektrické energie, které by byly schopny transformace energie pohybu a mechanických vibrací na energii elektrickou, přičemž frekvence těchto vibrací se pohybují v řádech jednotek hertzů. </p>
    <p num="12"> </p>
    <p num="13">Realizace takovýchto nízkonapěťových generátorů je provedena rozličnými způsoby na základě různých fyzikálních jevů jako jsou Faradayův jev, piezoelektrický jev, magnetostrikční jev či triboelektrický jev. </p>
    <p num="14"> </p>
    <p num="15">V dosavadním stavu techniky jsou známy zařízení pro konverzi energie mechanických vibrací na energii elektrickou elektromagnetickou indukcí. Příkladem takového zařízení je zařízení v dokumentu US 2010/194117, kde je soustava magnetů, připevněných k pružinám, umístěna v blízkosti cívky. Pohybem zařízení dochází k rozvibrování soustavy magnetů, a tedy ke změně magnetického indukčního toku cívkou. Značnou nevýhodou tohoto provedení je jeho závislost na pružinách, které mohou být při malých rozměrech zařízení mechanicky nestabilní. Nadto je relativní pohyb soustavy magnetů neharmonický, čímž je i indukované napětí na cívce neharmonické, což může mít negativní vliv na zařízení, ke kterým je generátor připojený. </p>
    <p num="16"> </p>
    <p num="17">Jiné využití elektromagnetické indukce je popsáno v čínském užitném vzoru CN 105846642, kde je popsáno zařízení sestávající z magnetu uloženého v dutině a soustavě cívek. Pohybem zařízení se magnet otáčí kolem středu dutiny, čímž dochází k indukci napětí na cívkách. Značnou nevýhodou tohoto řešení je nutnost použití soustavy několika cívek. Výsledkem použití více cívek je však výrazný nárůst celkové impedance obvodu, což je vzhledem k nízkému napětí, které je v obvodu indukováno, značně nežádoucí. </p>
    <p num="18"> </p>
    <p num="19">Jiné řešení předkládají dokumenty US 2016/0276914 a US 8729747, které popisují volně uložený magnet v dutině, kolem které je buď namotaná cívka, nebo je umístěna soustava cívek. Jednou z nevýhod takovýchto řešení je použití soustavy cívek, protože dochází k nárůstu impedance. Podstatnější nevýhodou je ovšem chaotický pohyb volně ložených magnetů. V případě pohybu zařízení se magnety pohybují libovolně v celém objemu dutiny, čímž je změna magnetické toku cívkami značně chaotická, což má samozřejmě za následek i chaotický průběh indukovaného napětí. V praxi je potom nutné použít řadu elektrických součástek, které sníží vliv tohoto neharmonického napětí na elektrická zařízení, do kterých je přiváděno, což evidentně vede k dalším ztrátám v elektronice, zvyšuje cenovou náročnost i nároky na prostor. </p>
    <p num="20"> </p>
    <p num="21"> </p>
    <p num="22">Podstata vynálezu </p>
    <p num="23"> </p>
    <p num="24">Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry překonány předkládaným vynálezem nositelné zařízení pro výrobu elektrické energie z pohybu a mechanických vibrací. Předkládaný vynález<b> </b>se skládá ze dvou krycích protikusů a třetího kusu se symetrickou kruhovou dutinou, který je vložen mezi dva krycí protikusy. Do kruhové dutiny je vložen valivý člen s připojenými permanentními magnety. Předkládané zařízení dále obsahuje cívku umístěnou symetricky k dutině.  </p>
    <p num="25"> </p>
    <p num="26">Permanentní magnety,  jsou v předkládaném zařízení připevněny k valivému členu tak, že jsou jejich středy umístěny po obvodu valivého členu. </p>
    <p num="27"> </p>
    <p num="28">Bezchybnou funkci předkládaného zařízení zajišťuje alespoň jeden vodicí kolík, který je umístěn na alespoň jedné straně valivého členu v jeho středu kolmo k jeho povrchu, a který je současně volně umístěný ve vodicí drážce. Vodicí drážka je pak umístěna v alespoň jednom krycím protikuse. </p>
    <p num="29"> </p>
    <p num="30">Optimálního využití cívky při indukování elektromotorického napětí je zajištěno technickým provedením jednotlivých částí, kdy je poměr průměru dutiny ku průměru valivého členu 2:1. </p>
    <p num="31"> </p>
    <p num="32">Indukce napětí probíhá na alespoň jedné cívce, která je umístěna buď na krycím protikuse vně dutiny, nebo uvnitř dutiny. </p>
    <p num="33"> </p>
    <p num="34">Jednou ze zásadních výhod tohoto vynálezu je jeho škálovatelnost. Z tohoto důvodu je možné použít tento vynález pro napájení nízkopříkonových zařízení (jako jsou bezdrátové senzory, biomedicínské zařízení nebo nositelná elektronika). Současně je možné využít předkládané zařízení jako sekundární zdroj pro nabíjení baterií. </p>
    <p num="35"> </p>
    <p num="36"> </p>
    <p num="37">Objasnění výkresů </p>
    <p num="38"> </p>
    <p num="39">Obrázek 1 zobrazuje umístění valivého členu s permanentními magnety uvnitř dutiny. </p>
    <p num="40"> </p>
    <p num="41">Obrázek 2 zobrazuje bokorys zařízení ve variantě s cívkou mimo dutinu. </p>
    <p num="42"> </p>
    <p num="43">Obrázek 3 zobrazuje bokorys zařízení ve variantě s cívkou uvnitř dutiny. </p>
    <p num="44"> </p>
    <p num="45"> </p>
    <p num="46">Příklady uskutečnění vynálezu </p>
    <p num="47"> </p>
    <p num="48">Obrázek 1 zobrazuje nositelné zařízení pro výrobu elektrické energie, někdy též nazývané „energy harvester“. Zařízení se skládá ze dvou krycích protikusů, mezi které je vložen třetí kus se symetrickou kruhovou dutinou <u>1</u>. Do dutiny <u>1</u> je vložen valivý člen <u>2</u>, na kterém jsou umístěny permanentní magnety <u>3</u>. Tloušťka valivého kusu je větší nebo rovna tloušťce třetího kusu se symetrickou kruhovou dutinou <u>1</u>. Permanentní magnety <u>3</u> jsou pevně připojeny k boční straně valivého členu <u>2</u> takovým způsobem, že střed permanentních magnetů <u>3</u> leží na obvodu valivého členu <u>2</u>. Ve výhodném provedení je umístěno stejné množství permanentních magnetů <u>3</u> na obou stranách valivého členu <u>2</u> tak, že jsou rozloženy symetricky a naproti sobě. Dalším výhodným rysem je vodicí kolík umístěný ve středu valivého členu <u>2</u> na jeho straně kolmo k jeho ploše. Vodicí kolík je situován tak, aby byl zasazen do vodicí drážky <u>5</u> umístěné na krycím protikuse. Uvedené provedení fixuje valivý člen <u>2</u> v určitých polohách a zabraňuje jeho nahodilému pohybu uvnitř dutiny <u>1</u>. Dalším znakem uvedeného provedení jsou cívky <u>4</u>, které jsou umístěny na krycích protikusech. Cívky <u>4</u> jsou ve výhodném provedení umístěny středově symetricky s dutinou <u>1</u>. V jiném výhodném provedení mohou být vodicí kolíky dva, a to po jednom na každé straně valivého členu <u>2</u>.  </p>
    <p num="49"> </p>
    <p num="50">Výše popsané provedení umožňuje indukovat elektrické napětí. Při pohybu celého zařízení se valivý člen <u>2</u> odvaluje po obvodu dutiny <u>1</u>. Valivý pohyb valivého členu <u>2</u> je zaručen jak jeho fixací vodicí drážkou <u>5</u> a rozmístěním permanentních magnetů <u>3</u>, tak vhodnou volbou materiálů na jeho boční straně a současně po obvodu dutiny <u>1</u>. Současně s valivým členem <u>2</u> přirozeně dochází i k pohybu permanentních magnetů <u>3</u>. Z matematického hlediska se pohybuje libovolný bod na obvodu valivého členu <u>2</u> po hypocykloidách. Ve speciálních případech poměrů průměru dutiny <u>1</u> ku průměru valivého členu <u>2</u> dochází k modifikaci parametrů hypocykloid, a ty jsou deformovány do rozličných tvarů (obrazců). Pakliže je průměr dutiny 2krát větší jak průměr valivého členu <u>2</u>, splývají tyto hypocykloidy s průměrem dutiny. V tomto případě se střed každého permanentního magnetu <u>3</u> pohybuje po úsečce délky průměru dutiny <u>1</u>. Při jednom oběhu valivého členu <u>2</u> v dutině <u>1</u> se každý permanentní magnet <u>3</u> přesune z jedné strany dutiny <u>1</u> na druhou a zpět.  </p>
    <p num="51"> </p>
    <p num="52">V případě popsaného provedení, kdy je na krycím protikusu umístěna cívka <u>4</u>, dochází k relativnímu pohybu každého permanentního magnetu <u>3</u> vůči cívce <u>4</u>. Magnetický tok cívkou <u>4</u> se tak harmonicky mění a na cívce <u>4</u> je indukováno elektrické napětí. Jelikož je indukované napětí přímo úměrné časové změně magnetického indukčního toku a současně je změna magnetického indukčního toku harmonická, dochází na cívce <u>4</u> k indukci elektrického napětí se střídavým průběhem. Počet cívek <u>4</u>, na kterých je indukováno napětí, je v principu libovolný, avšak nejlepších výsledků je dosaženo s nejvýše jednou cívkou na každém protikusu. </p>
    <p num="53"> </p>
    <p num="54">Obrázek 2 zobrazuje bokorys nositelného zařízení pro výrobu elektrické energie s variantou, kdy je cívka <u>4</u> umístěna vně dutiny <u>1</u>. Permanentní magnety <u>3</u> jsou umístěné tak, že jejich středy leží na obvodu valivého členu <u>2</u>, fixují celou soustavu valivý člen <u>2</u> + permanentní magnety <u>3</u> v dané pozici. Odvalováním valivého členu <u>2</u> dochází k změně relativní polohy každého permanentního magnetu <u>3</u> vůči cívce <u>4</u>. Tímto dochází ke změně magnetického indukčního toku cívkou <u>4</u> a na cívce je indukováno elektrické napětí se střídavým průběhem. </p>
    <p num="55"> </p>
    <p num="56">Obrázek 3 zobrazuje bokorys nositelného zařízení pro výrobu elektrické energie ve variantě, kdy je cívka <u>4</u> uvnitř dutiny <u>1</u>. V tomto příkladném provedení je valivý člen <u>2</u> proveden jako dva válcové kusy propojené spojnicí umístěnou ve středech obou válcových kusů. Valivý člen <u>2</u> je vsazen do dutiny <u>1</u> a na jeho vnějších plochách jsou umístěny permanentní magnety <u>3</u>. Cívka <u>4</u>, na které je indukováno elektrické napětí, je v tomto provedení umístěna mezi dvěma válcovými kusy valivého členu <u>2</u>. </p>
    <description-of-drawings>
      <p num="1">Seznam vztahových značek<br/>
        <br/>    1 - Dutina<br/>    2 - Valivý člen<br/>    3 - Permanentní magnety<br/>    4 - Cívka<br/>    5 - Vodicí drážka<br/>
        <br/>
      </p>
    </description-of-drawings>
  </description>
  <claims id="claim">
    <claim id="c0001" num="0001">
      <claim-text>Nositelné zařízení pro výrobu elektrické energie, <b>vyznačující se tím</b>, že obsahuje dva krycí protikusy, mezi které je vložen třetí kus se symetrickou kruhovou dutinou (1), ve které je pohyblivě uložen valivý člen (2) s připojenými permanentními magnety (3), a alespoň jednu cívku (4) umístněnou na krycím protikusu. <br/>
      </claim-text>
    </claim>
    <claim id="c0002" num="0002">
      <claim-text>Nositelné zařízení pro výrobu elektrické energie podle kteréhokoliv z předešlých nároků <b>vyznačující se tím</b>, že permanentní magnety (3) jsou připevněny k valivému členu (2) tak, že středy permanentních magnetů (3) jsou umístěny po obvodu valivého členu (2).<br/>
      </claim-text>
    </claim>
    <claim id="c0003" num="0003">
      <claim-text>Nositelné zařízení pro výrobu elektrické energie podle kteréhokoliv z předešlých nároků, <b>vyznačující se tím</b>, že valivý člen (2) je fixován alespoň jedním kolíkem, přičemž alespoň jeden kolík je umístěn na alespoň jedné straně valivého členu (2) v jeho středu kolmo k jeho povrchu, a současně je volně umístěn ve vodicí drážce (5), přičemž vodicí drážka (5) je umístěna v alespoň jednom krycím protikuse.<br/>
      </claim-text>
    </claim>
    <claim id="c0004" num="0004">
      <claim-text>Nositelné zařízení pro výrobu elektrické energie kteréhokoliv z předešlých nároků <b>vyznačující se tím</b>, že poměr průměru dutiny (1) ku průměru valivého členu (2) je 2:1.<br/>
      </claim-text>
    </claim>
    <claim id="c0005" num="0005">
      <claim-text>Nositelné zařízení pro výrobu elektrické energie kteréhokoliv z předešlých nároků <b>vyznačující se tím</b>, že cívka (4) je umístěna na krycím protikusu a současně vně dutiny (1).<br/>
      </claim-text>
    </claim>
    <claim id="c0006" num="0006">
      <claim-text>Nositelné zařízení pro výrobu elektrické energie podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, <b>vyznačující se tím</b>, že cívka (4) je umístěna uvnitř dutiny (1).<br/>
      </claim-text>
    </claim>
  </claims>
  <drawings id="draw">
    <figure id="f0001" num="0001" figure-labels="Obr. 1">
      <img id="i0001" file="img0001" he="746" wi="695" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
    </figure>
    <figure id="f0002" num="0002" figure-labels="Obr. 2">
      <img id="i0002" file="img0002" he="384" wi="630" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
    </figure>
    <figure id="f0003" num="0003" figure-labels="Obr. 3">
      <img id="i0003" file="img0003" he="381" wi="652" img-content="drawing" img-format="jpg" orientation="portrait"/>
    </figure>
  </drawings>
</ep-patent-document>
