Пьезогидравлический генератор электрического тока

Полезная модель относится к электромеханическим преобразователям энергии, а именно к преобразователям, работающим на основе применения пьезокерамических материалов, и может быть использована в любой области техники в качестве источника тока.
Из существующего уровня техники известны различные модели пьезоэлектрических генераторов. Например, пьезоэлектрический генератор постоянного тока (RU 2113757), содержащий пьезоэлемент, выполненный в виде плоского биморфного диска, закрепленного в центре диска, и деформируемого в осевом направлении двумя установленными на роторе роликами через гибкую изолирующую прокладку. Пьезоэлемент может содержать множество пьезокерамических дисков для увеличения мощности. При вращении ротора от внешнего источника механической энергии ролики, которые установлены относительно дисковых элементов таким образом, что обеспечивается их деформация, прокатываются по прокладке, деформируя пьезоэлементы. При деформации пьезоэлементов на электродах вследствие прямого пьезоэффекта возникают заряды, при этом на внешних электродах пьезоэлемента - заряды противоположного знака, которые составляют разности потенциалов.
При вращении ротора и круговой деформации пьезоэлемента на электродах возникает постоянная разность потенциалов, соответствующая величине деформации.
К недостаткам этого генератора относятся его малые размеры, и, следовательно, генерируемая энергия также ограничена.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является пьезоэлектрический генератор (патент RU 136937, опублик. 2014.01.20), содержащий пьезоэлектрический преобразователь, параллельно которому включен резистор, выпрямитель, накопительный конденсатор и аккумулятор с регулятором зарядного тока, отличающийся тем, что пьезоэлектрический преобразователь выполнен в виде плоского секционированного преобразователя, секции которого электрически соединены друг с другом, а каждая секция состоит из одного или более пьезоэлементов, соединенных друг с другом. Преобразователь прикрепляется к вибрирующему элементу строительной, промышленной, бытовой или дорожной конструкции. Преобразователь может крепиться либо на опорах, либо плотно прилегать к вибрирующей поверхности, например к элементу строительной конструкции, либо к полу, либо к дорожному полотну. В первом случае, преобразователь может колебаться на частоте основного изгибного резонанса под действием внешней возбуждающей силы f. Амплитуда переменного напряжения на выходе преобразователя в этом случае максимальна. Во втором случае, преобразователь может колебаться на частоте вибрирующего элемента, которая может не совпадать с частотой резонанса преобразователя. В этом случае, на выходе преобразователя вырабатывается несколько меньшее напряжение, но за счет плотного контакта с вибрирующей поверхностью достигается значительно большая прочность преобразователя по сравнению с предыдущим случаем. При вибрации в результате прямого пьезоэффекта на выходе преобразователя возникает переменное напряжение, которое поступает на резистор, а затем на выпрямитель. После выпрямления электрический заряд накапливается на накопительном конденсаторе, затем поступает на схему, управляющую зарядом аккумулятора. Энергия заряженного аккумулятора используется потребителем.
Рассмотренное решение наиболее близко по совокупности существенных признаков к предлагаемому решению.
К недостаткам этого генератора относятся малая мощность электрического тока по отношению к его габаритным размерам.
Как видно из приведенных примеров широкому применению газоэлектрических генераторов препятствует небольшая мощность генерируемой ими электрической энергии, позволяющая обеспечивать электроэнергий только маломощные потребители.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является увеличение электрической выходной мощности пьезогенератора по отношению к его габаритным размерам, с целью использования для обеспечения питанием электрическим током потребителей большой мощности.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемая полезная модель так же, как и известный пьезоэлектрический генератор содержит пьезоэлектрический преобразователь, параллельно которому включен резистор, выпрямитель, накопительный конденсатор и выходную регулирующую электронную цепь. Но, в отличие от известного, в предлагаемом генераторе пьезоэлектрический преобразователь объединен в секции, которые компактно расположены в герметичном корпусе, заполненном жидкостью. В корпус встроено устройство изменения давления, преобразующий механическое воздействие в гидравлическое давление, что позволяет передавать давление на все пьезоэлементы, расположенные в герметичном корпусе, и значительно увеличивать мощность преобразователя в отличие от известных аналогов. Достигаемым техническим результатом является увеличение мощности пьезоэлектрического генератора по отношению к его габаритным размерам и возможность его использования для обеспечения электроэнергией потребителей большой мощности.
Работает генератор следующим образом - механическое воздействие на встроенное в герметичный корпус устройство изменения давления передается через жидкость на поверхность пьезоэлементов, на обкладках которого вследствие механической деформации возникает разность потенциалов.
Выбор типа устройства изменения давления зависит от имеющегося источника механического воздействия. Для вибрирующего воздействия применяется мембрана. В случае наличия вращающегося источника механического воздействия применяется поршень с кривошипно-шатунным механизмом, создающим переменное (пульсирующее) воздействие, необходимое для образования зарядов в пьезоэлементе.
Для увеличения мощности генератора используется эффект гидростатического парадокса (парадокса Паскаля). Физическую суть парадокса объяснил французский ученый Блез Паскаль. Он сформулировал закон, который теперь носит его имя: «Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каждую их точку».
Таким образом, используя эффект закона Паскаля и воздействуя на небольшой по площади участок устройства изменения давления, вследствие мультипликации приложенного воздействия, аналогичное по силе давление, испытывает вся площадь поверхности секций пьезоэлемента, размещенных в замкнутом герметичном объеме, заполненном жидкостью.
Пояснение к чертежу:
1. Устройство изменения давления.
2. Пьезоэлемент в составе секции.
3. Герметичный корпус.