| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2113757
П'єзоелектричні ГЕНЕРАТОР ПОСТІЙНОГО СТРУМУ
Ім'я винахідника: Самойлов Валерій Михайлович; Черняєв Віктор Миколайович
Ім'я патентовласника: Самойлов Валерій Михайлович; Черняєв Віктор Миколайович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1993.03.19
Винахід відноситься до перетворювачів енергії, які працюють на основі застосування пьезокерамических матеріалів, і може бути використано в будь-якій області техніки як малопотужного джерела струму. Сутність: генератор містить ротор, який приводиться в рух від механічної енергії, і статор, на якому закріплені один або кілька дискових біморфних п'єзоелементів. За допомогою закріплених на роторі роликів здійснюється кругова деформація пьезоелемента. В результаті внаслідок прямого п'єзоефекту на електродах п'єзоелемента генерується постійна напруга.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до електромеханічних перетворювачів енергії, а саме до перетворювачів, що працюють на основі застосування пьезокерамических матеріалів.
Винахід може бути використано в якості малопотужного джерела постійного струму в пристроях з приводом від енергії вітру, пара, води, м'язової сили і ін. В промисловості, сільському господарстві, побуті.
Базовим елементом більшості відомих в неварта час перетворювачів є електромагнітний механізм.
Завдяки тривалій історії розвитку і експлуатації вони доведені до конструктивного досконалості. У той же час недоліки електромагнітних перетворювачів відомі: це відносно велика маса, застосування дорогих дефіцитних матеріалів, складність пристрою, що містить котушку, магніт або обмотку збудження, залежність напруги, що генерується від швидкості обертання ротора, наведення від іскріння і електромагнітних полів та ін.
Практика проектування перетворювачів показує, що в даний час багато електромагнітні механізми можуть бути замінені твердотільними, п'єзокерамічними, при цьому вдається істотно поліпшити багато якісні показники. Так, досягаються велика надійність, зниження масогабаритних показників, технологічність і на базі цього нижча вартість, високий ККД перетворення.
Одним з таких пристроїв є пьезокерамический генератор постійного струму, обраний в якості прототипу. Цей генератор має циліндричний тонкостінний п'єзоелемент, два деформирующих ролика і два токос'емника.
При деформації роликами поляризованого в радіальному напрямку пьезоелемента на електродах, якими є металізовані поверхні, виникають внаслідок прямого п'єзоефекту заряди, які передаються у вигляді напруги споживачеві через струмознімальних ролики.
Недоліками цього пристрою є:
- мала надійність внаслідок того, що тонкошарове покриття - електроди пьезоелемента - швидко буде виведено з ладу котяться нажімнимі і струмознімальних роликами;
- складність конструкції;
- мала ефективність перетворення внаслідок того, що при деформації циліндра в ньому є зони стиснення і розширення, в яких при односторонній радіальної поляризації будуть виникати одночасно позитивні і негативні заряди на одному електроді, що призведе до їх часткового підсумовування, при цьому знижується ефективність перетворення.
Ці недоліки відсутні в заявленому пристрої п'єзоелектричного генератора постійного струму, в якому п'єзоелемент виконаний у вигляді плоского біморфного диска, закріпленого в центрі диска і деформується в осьовому напрямку двома встановленими на роторі роликами через гнучку ізолюючу прокладку. При цьому досягаються суттєве спрощення пристрою, підвищення технологічності, надійності і ефективності перетворення.
Так, при деформації в одному напрямку плоского біморфного диска, пластини якого поляризовані, на електродах генеруються заряди, при цьому на електродах в зонах стиснення пьезоматеріала - потенціал одного знака, на електродах в зонах розтягування - іншого. Зони стиснення і розтягування знаходяться на різних сторонах диска пьезоелемента, і тому заряди "+" і "-" розділені. Це дозволяє знімати напругу без контактних роликів, прямо з електродів п'єзоелемента.
Для підвищення надійності, зменшення зносу деформація пьезоелемента нажімнимі роликами проводиться через гнучку прокладку, закріплену по краю біморфного диска.
Ця прокладка може бути виконана у вигляді мембрани, що розділяє зону приводу деформуючих роликів і зону пьезоелемента. При необхідності поділу зон, наприклад, повітря і вакууму, повітря і води прокладка буде виконувати функцію розділової мембрани.
Перевага плоского дискового елемента полягає ще і в тому, що легко реалізується шляхом застосування безлічі елементів збільшення потужності, отримання різних рівнів напруги і зменшення синфазної складової постійної напруги. Це досягається шляхом установки двох і більше біморфних дискових елементів, закріплених в центрі співвісно, з можливістю повороту в місці закріплення. При цьому генеруються напруги в різних п'єзоелементах можуть бути підсумовані з протифазою по синфазної складової напруги при повороті одного з елементів з наступним його закріпленням.
Виникнення синфазної складової пов'язано з погрішностями в п'єзоматеріалів, поляризації, ексцентриситетом установки диска пьезоелемента і деформують роликів.
У многоелементом п'єзоелектричному генераторі можуть бути отримані різні рівні напруг шляхом з'єднання електродів п'єзоелементів в електричний ланцюг послідовно і паралельно.
Зазначені ознаки винаходу є істотними, тобто впливають безпосередньо на результат, який може бути отриманий при здійсненні винаходу.
 |
 |
На фіг.1 зображений схематично п'єзоелектричний генератор постійного струму з одним елементом; на фіг.2 - то ж з декількома п'єзоелементами.
Генератор (фіг. 1) має ротор 1 з деформуючими роликами 2, біморфний дисковий п'єзоелемент 3, закріплений за допомогою полого штиря 4 на статорі 5. Знаками "+" і "-" на фігурах показано напрямок поляризації пластин пьезоелемента. У кріпленні пьезоелемента 3 є ізолюючі шайби 6, по краю диска пьезоелемента 3 закріплена гнучка ізолююча прокладка 7, яка, як уже зазначено вище, може бути виконана у вигляді герметизуючої мембрани. У багатоелементними варіанті генератора (фіг. 2) п'єзоелементи закріплені на штирі і відокремлені один від одного ізолюючими шайбами 6, по краю кожного елемента закріплені гнучкі прокладки 7.
ГЕНЕРАТОР працює наступним чином
При обертанні ротора 1 від зовнішнього джерела механічної енергії ролики 2, які встановлені щодо дискових п'єзоелементів таким чином, що забезпечується їх деформація, прокочуються по прокладці 7. При деформації п'єзоелемента на електродах внаслідок прямого п'єзоефекту виникають заряди, при цьому на зовнішніх електродах п'єзоелемента - заряди протилежного знака, які складають різниці потенціалів.
При обертанні ротора і кругової деформації п'єзоелемента на електродах виникає постійна різниця потенціалів, що відповідає величині деформації. Ролики 2 прокочуються по поверхні гнучкої прокладки 7. У генераторі можуть бути отримані два рівня напруги:
1 - між зовнішніми електродами;
2 - між одним із зовнішніх електродів і середнім електродом пьезоелемента, потенціал якого дорівнює нулю.
У одноелементна генераторі і в многоелементом прокладка 7 першого елемента має функції захисту електрода п'єзоелемента від впливу з боку деформирующих роликів 2, ізоляції електрода від замикання через ролики і завдяки гнучкості зменшення втрат енергії на деформацію.
Прокладки другого і інших елементів в багатоелементними генераторі мають функції ізоляції електродів сусідніх елементів і передачі деформуючого зусилля без істотного, завдяки гнучкості прокладки, збільшення втрат потужності на її деформацію. Електроди різних п'єзоелементів можна з'єднувати в електричний ланцюг послідовно і паралельно, отримуючи різні рівні напруги, що генерується. Завдяки закріпленню п'єзоелементів 3 з можливістю повороту в значній мірі компенсується синфазна складова напруги, що генерується. Можливість здійснення винаходу підтверджується макетуванням із застосуванням дискового диморфний елемента, склеєної з двох п'єзокерамічних пластин товщиною 0,3 мм, діаметром 65 мм на металевій підкладці. Практично можна реалізувати виготовлення дискових п'єзоелементів для виготовлення генератора великої потужності. Проведені проектні роботи зі створення багатоелементного генератора для вітроенергетичної силової установки.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
- П'єзоелектричний генератор постійного струму, що містить статор, на якому закріплений п'єзоелемент, що має форму тіла обертання, і ротор, виконаний у вигляді валу, на якому закріплені два деформирующих п'єзоелемент ролика, який відрізняється тим, що в ньому п'єзоелемент виконаний у вигляді закріпленого в центрі біморфного диска, по краю якого, в зоні контакту з деформуючими роликами, є гнучка ізолююча прокладка.
- Генератор по п.1, що відрізняється тим, що в ньому на статорі співвісно встановлені додаткові один або кілька біморфних дискових п'єзоелементів, закріплених в центрі з можливістю повороту і відокремлених один від одного в центрі ізолюючими шайбами, а по краю гнучкими ізолюючими прокладками.
- Генератор по п. 2, який відрізняється тим, що в ньому електроди п'єзоелементів з'єднані послідовно.
- Генератор по п. 2, який відрізняється тим, що в ньому електроди п'єзоелементів з'єднані паралельно.
Версія для друку
Дата публікації 23.12.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.