Пьезогенератор

Изобретение относится к электрическим генераторам и может быть применено для преобразования механической энергии в электрическую энергию. Технический результат: повышение удельной мощности. Сущность изобретения: пьезогенератор содержит первое биморфное пьезокерамическое кольцо с электродами на главных поверхностях и ролики, второе биморфное пьезокерамическое кольцо с электродами на главных осях, установленное внутри первого биморфного пьезокерамического кольца соосно с ним. Между кольцами размещены ролики. На торцах колец установлены сепараторы с вырезами, в которых размещены пружины. С их помощью ролики через размещенные на осях роликов стержни прижаты к одному из колец или к обоим кольцам в шахматном порядке. Внутреннее или наружное кольцо имеют возможность вращения. Ролики выполнены из пьезоэлектрического материала и имеют электроды. Один электрод ролика расположен на боковой поверхности, а в качестве второго электрода использован электропроводный стержень, размещенный на оси вращения ролика. Электроды могут быть размещены на боковой поверхности ролика вдоль и перпендикулярно оси вращения и соединены между собой схемой коммутации или на торцах ролика перпендикулярно его оси вращения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к электрическим генераторам и может быть применено для преобразования механической энергии двигателей и устройств, работающих от различных источников энергии, в том числе движущихся газов и жидкостей, мускульной энергии человека, в электрическую энергию. Позволяет повысить удельную мощность пьезогенератора, расширить его функциональные возможности.

Известен генератор постоянного тока на пьезоэлементах, принятый за прототип, который содержит биморфное пьезокерамическое кольцо с электродами на главных поверхностях и ролики, расположенные перпендикулярно внутреннему электроду и упруго прижатые к нему /а.с.699590, Н 01 41/10, публ. 1977, СССР/.

Недостатки прототипа: сравнительно небольшая удельная мощность генератора и ограниченные функциональные возможности.

Известен генератор ветроэлектрического агрегата, содержащий биморфное пьезоэлектрическое кольцо с электродами /а.с. 819388, Р 03 В 9/00, публ. 1981, СССР/. Недостатки аналога те же.

Технический результат изобретения - повышение удельной мощности пьезоэлектрического генератора, расширение перечня устройств, которые могут быть использованы для получения электроэнергии от различных источников энергии.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем биморфное пьезоэлектрическое кольцо с электродами на главных поверхностях и ролики, соосно кольцу внутри устройства установлено второе биморфное пьезоэлектрическое кольцо с электродами на главных поверхностях, ролики размещены между кольцами, на торцах колец установлены сепараторы с вырезами, в которых размещены пружины. Ролики могут быть выполнены из пьезоэлектрического материала. Один электрод ролика располагается на боковой поверхности, второй выполнен в виде электропроводного стержня и размещен на оси вращения. Электроды роликов могут быть расположены на боковой поверхности вдоль и перпендикулярно оси вращения и соединены между собой схемой коммутации. Кроме этого, электроды могут размещаться на торцах роликов перпендикулярно их оси.

В предлагаемом устройстве генерирование электроэнергии возможно за счет вращения одного из колец. Вращения роликов при этом вызовут деформацию пьезоматериала обоих колец и самих роликов, следовательно, генерацию электрических зарядов и их съем для потребления.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается от прототипа следующими признаками:

- вторым биморфным пьезоэлектрическим кольцом, размещенным соосно первому кольцу внутри него, с электродами на главных поверхностях;

- изготовлением роликов из пьезоматериала и размещением их между кольцами;

- размещением электродов роликов на боковой поверхности, при этом вторые электроды выполнены в виде электропроводного (металлического, графитового и др.) стержня на оси вращения роликов;

- на боковой поверхности роликов вдоль и перпендикулярно оси роликов с соединением электродов схемой коммутации;

- на торцах роликов перпендикулярно оси вращения;

- наличием на торцах колец сепараторов с вырезами для каждого ролика, в которых установлены пружины.

Сущность устройства поясняется чертежом, где дан общий вид устройства. Устройство содержит: 1 и 2 - биморфные пьезоэлектрические кольца, 3 - ролики качения, 4 - электропроводящие стержни, 5 - сепаратор, 6 - вырезы в сепараторе, 7 - пружины.

Устройство работает следующим образом. При вращении под нагрузкой наружного 1 или внутреннего 2 кольца точки роликов 3 и колец будут испытывать циклические нагрузки пульсирующего типа. В результате этого будет происходить деформация пьезоэлектрического материала колец и роликов с появлением на их электродах электрических зарядов, которые в дальнейшем пойдут потребителю тока. Так как радиальная нагрузка воспринимается роликами только в зоне, ограниченной углами не более 180 градусов, то с целью увеличения мощности пьезогенератора в сепараторах 5 для каждого ролика 3 предусмотрены вырезы 6, в которых размещены пружины 7, с помощью которых ролики (через стержни 4) прижимаются к одному из колец 1 или 2 или, например, в шахматном порядке, к обоим кольцам с заданным усилием. В этом случае ролики будут деформировать пьезоматериал постоянно в течение полного оборота колец.

Устройство промышленно применимо. Может быть выполнено в виде подшипника, в том числе конических роликовых подшипников для восприятия как радиальной, так и осевой нагрузки, например, в высокоскоростных ветро- и гидродвигателях сравнительно небольшой мощности.

1. Пьезогенератор, содержащий биморфное пьезокерамическое кольцо с электродами на главных поверхностях, ролики, отличающийся тем, что соосно с биморфным пьезокерамическим кольцом внутри него установлено второе биморфное пьезокерамическое кольцо, ролики размещены между кольцами, на торцах колец установлены сепараторы с вырезами, в которых размещены пружины, с помощью которых ролики через размещенные на их оси стержни прижаты к одному из колец или к обоим кольцам в шахматном порядке, при этом внутреннее или наружное кольцо имеет возможность вращения.

2. Пьезогенератор по п.1, отличающийся тем, что ролики выполнены из пьезоэлектрического материала и имеют электроды.

3. Пьезогенератор по п.2, отличающийся тем, что один электрод ролика расположен на боковой поверхности, а в качестве второго электрода использован электропроводный стержень, размещенный на оси вращения ролика.

4. Пьезогенератор по п.2, отличающийся тем, что электроды роликов расположены на боковой поверхности вдоль и перпендикулярно оси вращения и соединены между собой схемой коммутации.

5. Пьезогенератор по п.2, отличающийся тем, что электроды расположены на торцах роликов перпендикулярно их оси вращения.