ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к области электроэнергетики, в частности, к пьезокерамическим генераторам напряжения.
Наиболее близким известным техническим решением того же назначения является устройство для преобразования механической энергии в электрическую и связанное с изгибными колебаниями тонкостенных биморфных пластин (патент RU 2113757, опубл. 20.06.1998 г.). Принято за прототип.
Недостатком известного устройства является:
- сложность преобразующего устройства, которое состоит из нескольких тонкостенных круглых пластин, закрепленных на жесткой подложке;
- большая чувствительность к внешним факторам не связанным с работой устройства, в частности, к вибрации и акустическому давлению;
- температурная нестабильность пьезокерамики, которая наиболее ярко проявляется в тонкостенных элементах и приводит к изменению параметров преобразования.
Сущностью заявляемой полезной модели является повышение эффективности преобразования механической энергии в электрическую.
Техническим результатом полезной модели является упрощение преобразующей конструкции и повышение ее надежности.
Технический результат достигается тем, что в известном пьезокерамическом генераторе, включающем статор, состоящий из неподвижного основания и жестко закрепленного пьезокерамического элемента, выполненного в виде тонкостенных пластин, ротор, состоящий из цилиндрического тела и системы роликов, пьезокерамический элемент выполнен в виде толстой полой цилиндрической пластины с радиальной поляризацией материала, имеющей секционное электродное покрытие на ее внешней и внутренней поверхностях.
На фиг.1 изображена схема пьезокерамического генератора, где приняты следующие обозначения: неподвижное основание - 1, пьезокерамическая пластина - 2, токосъемное устройство - 4, ротор - 5, система спаренных роликов из диэлектрического материала - 6, крепление роликов - 7.
На фиг.2 изображено сечение по I-I, где приняты следующие обозначения: неподвижное основание - 1, пьезокерамическая пластина - 2; секционные электроды - 3, токосъемное устройство - 4, система спаренных роликов из диэлектрического материала - 6, крепление роликов - 7.
Пьезокерамический генератор работает следующим образом. Вращение массивной части ротора - 5 с угловой скоростью ω посредством внешней механической энергии (энергия ветра, пара, воды и т.д.) позволяет с помощью системы четырех спаренных роликов из диэлектрического материала создать нестационарные усилия на торцевой поверхности пьезокерамической пластины - 2. В результате механических продольно-поперечных колебаний на внешней и внутренней цилиндрических поверхностях пьезокерамической пластины - 2 появляются свободные электрические заряды разных знаков. Принимая во внимание данный факт для эффективной работы пьезокерамического генератора на внешней и внутренней поверхностях пьезокерамической пластины - 2 наносится электродное покрытие в виде восьми, не связанных между собой, секционных электродов - 3 (восемь штук на каждой цилиндрической поверхности пьезокерамического элемента). Кроме того, для уменьшения компенсации зарядов разных знаков в пределах каждого секционного электрода - 3 конструкция системы спаренных роликов из диэлектрического материала - 6 в виде усеченных конусов подбирается таким образом, чтобы их расположение в середине электрода создавало во всей области сектора усилие сжатия. Данный эффект достигается за счет подбора размеров конусов спаренных роликов из диэлектрического материала, пьезокерамической пластины, а также скорости вращения и массы ротора.
Наличие свободных зарядов разных знаков на секционных электродах - 3 и различное подключение их к токосъемному устройству - 4 позволяет получать разнообразные уровни генерируемого электрического напряжения.
Одним из преимуществ данного пьезокерамического генератора является расположение секционных электродов - 3 на цилиндрических поверхностях толстой полой пьезокерамической пластины - 2, которая используется в качестве основного рабочего элемента с радиальной поляризацией материала для генерирования электрической энергии.
Использование заявленного технического решения позволяет упростить энергопреобразующее устройство, уменьшить его чувствительность к внешним факторам и обеспечить температурную стабильность пьезокерамики.