УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ

Предлагаемое устройство относится к электромеханическим преобразователям энергии, а именно: к преобразователям, работающим на основе явления поляризации диэлектрика.
Область применения устройства - в промышленности, сельском хозяйстве и быту.
Большинство известных электромеханических преобразователей используют способ, основанный на явлении электромагнитной индукции, открытом М.Фарадеем. Благодаря длительной истории развития эти преобразователи доведены до конструктивного совершенства [1].
Их недостатками являются относительно большая масса, применение дорогостоящих материалов, сложность устройства, наводки от искрения и электромагнитных полей, критичность магнитных свойств материалов к температуре и вибрациям.
В настоящее время некоторые электромагнитные устройства могут быть заменены твердотельными, пьезокерамическими, использующими явление поляризации при пьезоэффекте. При этом достигается большая надежность, технологичность изготовления, снижается масса преобразователя, уменьшается его стоимость, увеличивается КПД преобразования.
Одним из таких устройств является пьезоэлектрический генератор электрического тока [2], выбранный в качестве прототипа. Этот генератор использует пьезоэлемент в виде плоского диска, закрепленного в центре несущего диска и деформируемого в осевом направлении двумя установленными на роторе роликами через гибкую изолирующую прокладку.
При деформации в одном направлении плоского диска, пластины которого поляризованы, на электродах генерируются заряды, при этом на электродах в зонах сжатия пьезоматериала - потенциал одного знака, на электродах в зонах растяжения - другого. Зоны сжатия и растяжения находятся на разных сторонах диска пьезоэлемента, и поэтому заряды разного знака разделены. Это позволяет снимать напряжение прямо с электродов пьезоэлемента. При вращении ротора и круговой деформации пьезоэлемента на электродах возникает постоянная разность потенциалов, соответствующая величине деформации.
Общим признаком предлагаемого устройства и прототипа является использование в преобразователе явления поляризации диэлектрика.
Недостатками известного устройства, принятого автором за прототип являются сложность конструкции, ее малая надежность вследствие износа гибкой прокладки пьезоэлемента при движении роликов, невысокая эффективность преобразования.
Целью предлагаемого устройства является повышение надежности и упрощение конструкции преобразователя.
Поставленная цель достигается тем, что используется отличный от деформационного способ создания поляризационной разности потенциалов на поверхности диэлектрика, а именно: поляризация возникает в результате инерционного эффекта для атомов диэлектрика при его ускоренном движении [3], что позволяет использовать в качестве чувствительного элемента обычный линейный диэлектрик.
Заявитель считает, что предлагаемое устройство обладает существенными отличиями от прототипа.
На фиг.1 изображена схема устройства. Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При механическом вращении цилиндрического конденсатора вокруг его оси симметрии (1) с частотой со атомы (молекулы) диэлектрика (2), находящегося между обкладками (3 и 4), испытывают действие центростремительной силы. В результате инерционного эффекта происходит поляризация диэлектрика и между обкладками конденсатора появляется поляризационная разность потенциалов, которая фиксируется с помощью осевых контактных поверхностей (5 и 6) и скользящих контактов (7). Причем внешняя обкладка (4) заряжается отрицательно, а внутренняя (3) - положительно.
На фиг.2 изображена зависимость поляризационной разности потенциалов от времени при различных значениях частоты вращения для керамического диэлектрика (1-7 кГц; 2-11 кГц; 3-14 кГц; 4-17.5 кГц). Расстояние между обкладками составляло ~0.1 мм, а внутренний радиус вращения был ~10 мм.
Анализ полученных данных показывает, что с увеличением частоты вращения поляризационная разность потенциалов увеличивается. При постоянной частоте вращения поляризационная разность потенциалов остается величиной постоянной.
Реализация данного устройства позволит:
1. Снизить его стоимость по сравнению с известными преобразователями.
2. Плавно управлять величиной потенциала, изменяя частоту вращения.
3. Увеличить надежность работы устройства.
Источники информации
1. Бертинов А.И., Бут Д.А., Мизюрин С.Р. Специальные электрические машины. - М.: Энергоиздат, 1982. - С.552.
2. Патент РФ №2113757 (прототип).
3. Заводовский А.Г. Инерционная поляризация диэлектрика // Известия вузов. Физика. - 2012. - Т.55. - №9. - С.50-53.