RU2264687C2 - Piezoelectric generator - Google Patents

Abstract

FIELD: electric generators; mechanical-to-electrical energy conversion.

SUBSTANCE: proposed piezoelectric generator has first bimorph piezoceramic ring with electrodes on main surfaces, as well as rollers and second bimorph piezoceramic ring with electrodes on main pins which is installed inside first bimorph piezoceramic ring coaxially with the latter. Rollers are disposed between these rings. Ring ends carry separators provided with slits accommodating springs. Rollers are held tight against one of rings or against both rings by means of these springs through rods disposed on roller pins. Internal or external ring is free to rotate. Rollers are made of piezoelectric material and have electrodes. One roller electrode is disposed on side surface, and conducting rod disposed on axis of roller revolution functions as second electrode. Electrodes may be mounted on side surface of roller along and perpendicular to axis of revolution and interconnected through switching circuit, or else they may be installed on roller ends perpendicular to its axis of revolution.

EFFECT: enhanced specific power.

5 cl, 1 dwg

Description

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.The invention relates to electric generators and can be used to convert mechanical energy of engines and devices operating from various energy sources, including moving gases and liquids, human muscle energy, into electrical energy. Allows you to increase the specific power of the piezoelectric generator, to expand its functionality.

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/.Known DC generator on piezoelectric elements, adopted for the prototype, which contains a bimorph piezoelectric ring with electrodes on the main surfaces and rollers located perpendicular to the inner electrode and elastically pressed to it / a.p. 699590, H 01 41/10, publ. 1977, USSR.

Недостатки прототипа: сравнительно небольшая удельная мощность генератора и ограниченные функциональные возможности.The disadvantages of the prototype: a relatively small specific power of the generator and limited functionality.

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.A known generator of a wind electric unit containing a bimorph piezoelectric ring with electrodes / a.s. 819388, P 03 B 9/00, publ. 1981, USSR /. The disadvantages of the analogue are the same.

Технический результат изобретения - повышение удельной мощности пьезоэлектрического генератора, расширение перечня устройств, которые могут быть использованы для получения электроэнергии от различных источников энергии.The technical result of the invention is to increase the specific power of the piezoelectric generator, expanding the list of devices that can be used to generate electricity from various energy sources.

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.The technical result is achieved by the fact that in the known device containing a bimorphic piezoelectric ring with electrodes on the main surfaces and rollers, a second bimorphic piezoelectric ring with electrodes on the main surfaces is installed coaxially to the ring inside the device, the rollers are placed between the rings, separators with cutouts are installed on the ends of the rings, in which the springs are placed. The rollers can be made of piezoelectric material. One electrode of the roller is located on the side surface, the second is made in the form of an electrically conductive rod and placed on the axis of rotation. The electrodes of the rollers can be located on the lateral surface along and perpendicular to the axis of rotation and are interconnected by a switching circuit. In addition, the electrodes can be placed on the ends of the rollers perpendicular to their axis.

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.In the proposed device, the generation of electricity is possible due to the rotation of one of the rings. The rotation of the rollers in this case will cause deformation of the piezomaterial of both rings and the rollers themselves, therefore, the generation of electric charges and their removal for consumption.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается от прототипа следующими признаками:Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device differs from the prototype in the following features:

- вторым биморфным пьезоэлектрическим кольцом, размещенным соосно первому кольцу внутри него, с электродами на главных поверхностях;- a second bimorph piezoelectric ring placed coaxially to the first ring inside it, with electrodes on the main surfaces;

- изготовлением роликов из пьезоматериала и размещением их между кольцами;- the manufacture of rollers from the piezomaterial and placing them between the rings;

- размещением электродов роликов на боковой поверхности, при этом вторые электроды выполнены в виде электропроводного (металлического, графитового и др.) стержня на оси вращения роликов;- placing the electrodes of the rollers on the side surface, while the second electrodes are made in the form of an electrically conductive (metal, graphite, etc.) rod on the axis of rotation of the rollers;

- на боковой поверхности роликов вдоль и перпендикулярно оси роликов с соединением электродов схемой коммутации;- on the lateral surface of the rollers along and perpendicular to the axis of the rollers with the connection of the electrodes by a switching circuit;

- на торцах роликов перпендикулярно оси вращения;- at the ends of the rollers perpendicular to the axis of rotation;

- наличием на торцах колец сепараторов с вырезами для каждого ролика, в которых установлены пружины.- the presence on the ends of the rings of separators with cutouts for each roller in which the springs are installed.

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.The essence of the device is illustrated in the drawing, which gives a General view of the device. The device contains: 1 and 2 - bimorph piezoelectric rings, 3 - rolling rollers, 4 - electrically conductive rods, 5 - separator, 6 - cutouts in the separator, 7 - springs.

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.The device operates as follows. When rotating under load of the outer 1 or inner 2 rings, the points of the rollers 3 and rings will experience pulsating cyclic loads. As a result of this, the piezoelectric material of the rings and rollers will deform with the appearance of electric charges on their electrodes, which will subsequently go to the current consumer. Since the radial load is perceived by the rollers only in the area limited by angles of no more than 180 degrees, in order to increase the power of the piezoelectric generator in the separators 5, cutouts 6 are provided for each roller 3, in which the springs 7 are placed, with which the rollers (through the rods 4) are pressed to one of the rings 1 or 2, or, for example, in a checkerboard pattern, to both rings with a given force. In this case, the rollers will deform the piezoelectric material continuously for a full revolution of the rings.

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.The device is industrially applicable. It can be made in the form of a bearing, including tapered roller bearings for the perception of both radial and axial loads, for example, in high-speed wind and hydraulic motors of relatively low power.

Claims (5)

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.1. A piezoelectric generator containing a bimorph piezoelectric ring with electrodes on the main surfaces, rollers, characterized in that a second bimorph piezoceramic ring is installed coaxially with the bimorph piezoelectric ring, the rollers are placed between the rings, separators with cutouts are installed on the ends of the rings, in which the springs are placed by means of which the rollers, through the rods placed on their axis, are pressed against one of the rings or to both rings in a checkerboard pattern, while the inner or outer ring has the possibility st rotation. 2. Пьезогенератор по п.1, отличающийся тем, что ролики выполнены из пьезоэлектрического материала и имеют электроды.2. The piezoelectric generator according to claim 1, characterized in that the rollers are made of piezoelectric material and have electrodes. 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.3. The piezoelectric generator according to claim 2, characterized in that one roller electrode is located on the side surface, and an electrically conductive rod located on the axis of rotation of the roller is used as the second electrode. 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.4. The piezoelectric generator according to claim 2, characterized in that the roller electrodes are located on the lateral surface along and perpendicular to the axis of rotation and are interconnected by a switching circuit. 5. Пьезогенератор по п.2, отличающийся тем, что электроды расположены на торцах роликов перпендикулярно их оси вращения.5. The piezoelectric generator according to claim 2, characterized in that the electrodes are located at the ends of the rollers perpendicular to their axis of rotation.