Ветро-пьезоэлектрогенератор
Изобретение относится к области производства электрической энергии и может быть использовано в устройствах с автономным питанием. Ветро-пьезоэлектрогенератор, содержащий пьезоэлектрические элементы, флюгер, полотно, электроды. Полотно закреплено на флюгере. Пьезоэлектрические элементы закреплены внутри полотна. Полотно удерживает пьезоэлектрические элементы и не позволяет им деформироваться до более максимального значения. Электроды расположены на противоположных поверхностях пьезоэлектрических элементов. Выходы всех электродов являются выходами ветро-пьезоэлектрогенератора. Заявленное изобретение направлено на упрощение и повышение эффективности производства электрической энергии для маломощных автономных устройств. 4 ил.
Изобретение относится к области производства электрической энергии и может быть использовано в устройствах с автономным питанием.
Известны различные индукционные генераторы [Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Ч.1. Машины постоянного тока. Трансформаторы. Л.: «Энергия», 1972. - 543 с.; Ч.2. Машины переменного тока. Л.: «Энергия», 1973. - 648 с.], состоящие из постоянного магнита и контура, с которого снимается электрическая энергия.
Недостатком таких устройств являются сложность и необходимость затрат механической энергии для перемещения магнита с целью создания изменяющегося магнитного поля и выработки электрической энергии.
Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является пьезоэлектрический прибор, содержащий две или более пьезоэлектрических проволок, способных сгибаться и разгибаться. Первые концы проволок расположены на подложке и контактируют с первым электродом. Второй электрод сформирован на поверхности, имеющей углубление такого размера, чтобы вторые концы пьезоэлектрических проволок пьезоэлектрического элемента входили в углубление. [Патент №2399991, Россия, 2006, пьезоэлектрический прибор / Гаврилов Сергей Александрович, Громов Дмитрий Геннадьевич, Дронов Алексей Алексеевич, Силибин Максим Викторович, Назаркин Михаил Юрьевич, Чулков Игорь Сергеевич].
Недостатками данного пьезоэлектрического прибора являются:
1) необходимость затрат механической энергии для воздействия на пьезоэлектрический элемент;
2) невозможность использования энергии ветра для работы пьезоэлектрического элемента.
Заявленное изобретение направлено на решение задачи упрощения и повышения эффективности производства электрической энергии для маломощных автономных устройств. Поставленная задача возникает при разработке и создании автономных приемо-передающих устройств, спутниковых трекеров и пр.
Сущность изобретения состоит в том, что в устройство ветро-пьезоэлектрогенератор, содержащее пьезоэлектрические элементы, отличающееся тем, что в него введены флюгер, полотно, электроды, полотно закреплено на флюгере, пьезоэлектрические элементы закреплены внутри полотна, полотно удерживает пьезоэлектрические элементы и не позволяет им деформироваться до более максимального значения, электроды расположены на противоположных поверхностях пьезоэлектрических элементов, выходы всех электродов являются выходами ветро-пьезоэлектрогенератора.
Функциональная схема устройства представлена на фиг. 1.
Устройство состоит из флюгера 1, пьезоэлектрических элементов 2ij, i=1, …, N, j=1, …, M, полотна 3, электродов 4ijq, i=1, …, N, j=1, …, M, q=1, 2.
На флюгере 1 закреплено полотно 3. Флюгер 1 имеет одну степень свободы в горизонтальной плоскости. Пьезоэлектрические элементы 2iJ, i=1, …, N, j=1, …, M (способны сгибаться и разгибаться) закреплены внутри полотна 3. Полотно 3 удерживает пьезоэлектрические элементы и не позволяет им деформироваться до более максимального значения. Электроды 4ijq, i=1, …, N, j=1, …, M, q=1, 2 расположены на противоположных поверхностях пьезоэлектрических элементов.
Выход i-го, j-го, q-го электрода 4ijq является i-тым, j-тым, q-тым выходом устройства Oijq.
Выходы всех электродов являются выходами ветро-пьезоэлектрогенератора.
Работа устройства основана на прямом пьезоэлектрическом эффекте, обнаруженном братьями Кюри. Эффект заключается в появлении разноименных электрических зарядов на противоположных поверхностях пьезоэлектрических элементов при деформации [Джагубов Р.Г., Ерофеев А.А. Пьезокерамические элементы в приборостроении и автоматике. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд.-ние, 1986. - 256 с.].
В исходном положении (при развернутом полотнище фиг. 2) пьезоэлектрические элементы 2ij, i=1, …, N, j=1, …, M не деформированы, напряжение на электродах равно 0.
Устройство работает следующим образом.
При наличии ветра флюгер разворачивается в направлении ветра. Полотнище 3 развивается и деформирует пьезоэлектрические элементы 2iJ, i=1, …, N, j=1, …, M. Например, в состоянии 1 (фиг. 3) пьезоэлектрические элементы 21j, j=1, …, M деформированы в одну сторону, а в состоянии 2 (фиг. 4) пьезоэлектрические элементы 21j, j=1, …, M деформированы в другую сторону. При деформации на противоположных поверхностях пьезоэлектрических элементов появляются разноименные электрические заряды, причем полярность электрических зарядов изменяется при изменении направления деформации.
Таким образом, при наличии ветра на противоположных поверхностях пьезоэлектрических элементов 2ij и соответственно на выходах электродов 4ijq будет возникать напряжение между i-тым, j-тым, первым выходом устройства Oij1 и i-тым, j-тым, вторым выходом устройства Oij2, которое можно использовать для автономного питания маломощных электрических устройств.
Простота данного ветро-пьезоэлектрогенератора делает его весьма перспективным при использовании в автономных устройствах обработки информации или приемо-передающих устройствах.
Ветро-пьезоэлектрогенератор, содержащий пьезоэлектрические элементы, отличающийся тем, что в него введены флюгер, полотно, электроды, полотно закреплено на флюгере, пьезоэлектрические элементы закреплены внутри полотна, полотно удерживает пьезоэлектрические элементы и не позволяет им деформироваться более максимального значения, электроды расположены на противоположных поверхностях пьезоэлектрических элементов, выходы всех электродов являются выходами ветро-пьезоэлектрогенератора.
