ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к преобразователям энергии, работающим на основе пьезоэлектрического эффекта, и может быть использована в любой области техники в качестве маломощного источника тока для питания электронных систем.
Всем электронным устройствам необходим источник питания. Если устройство мобильное, то оно часто переносится или перевозится с места на место, при этом подвергаясь ударам и вибрациям. Преобразование естественной энергии (удара, вибрации и т.д.) в электрическую с применением пьезоэлектрического преобразователя является наиболее выгодным, так как плотность энергии у пьезоэлектриков выше, и высокое выходное напряжение.
Пьезоэлектрический генератор, преобразователь которого выполнен в виде пластины из пьезоэлектрического материала, представлен в заявке на изобретение «Пьезоэлектрический генератор» (RU, з.№93043190)
Изобретение относится к пьезоэлектрическим устройствам и может быть использовано для преобразования энергии ветра, волнения моря, течения воды, мускульной силы человека в электрическую энергию для обеспечения главным образом маломощных потребителей энергии. Устройство содержит основание, механический камертон, расположенный параллельно ему и консольно закрепленный на основании, причем одна ветвь камертона соединена с устройством нагружения, а другая ветвь - с преобразователем механических колебаний в электроэнергию. В качестве преобразователя использована незагруженная ветвь камертона (или обе ветви), выполненная в виде многослойной конструкции из пьезоэлектрических и иных материалов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является пьезоэлектрический генератор, описываемый в журнале «SMART MATERIALS AND STRUCTURES» (издательство - NSTITUTE OF
PHYSICS PUBLISHING), №13, 2004 г., стр. 1131-1142.
Генератор представляет собой жестко закрепленную с одной стороны пластину из пьезоэлектрика. Напряжение снимается с двух проводов, которые соединены с верхней и нижней плоскостями пластины.
Недостатками такого генератора являются:
- необходимость наличия преобразователя переменного напряжения в постоянное;
- при определенных частотах вибрации могут возникать две и более выпуклости пластины, которые называются узлами. Таким образом, на одной поверхности пластины могут возникнуть заряды разных знаков. Из-за того, что узлы объединены токопроводящим материалом, происходит компенсация зарядов, тогда энергия, полученная при вибрации пластины, будет либо мала, либо отсутствовать.
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка источника питания, работа которого основана на прямом пьезоэлектрическом эффекте, лишенного перечисленных недостатков.
Поставленные задачи решаются тем, что в пьезоэлектрическом генераторе, состоящем из жестко закрепленной с одной стороны пластины из пьезоэлектрического материала, к обеим сторонам которой подведены токопроводящие провода, на поверхностях пластины (верхней и нижней) выполнены токопроводящие дорожки (например, методом напыления), причем, токопроводящие дорожки, например, верхней поверхности параллельны, а токопроводящие дорожки нижней поверхности параллельны друг другу, но перпендикулярны токопроводящим дорожкам верхней поверхности.
На концах каждой токопроводящей дорожки размещены диоды. Катоды диодов соединены через один проводник, аноды диодов соединены через другой проводник, образуя диодные мосты, через которые происходит выпрямление напряжения.
Такая конструкция пьезоэлектрического генератора имеет преимущества
по сравнению с прототипом:
1. Даже при образовании нескольких узлов на пластине можно получать электрическую энергию: разноименные заряды находящиеся на одной токопроводящей дорожке образуют «ноль» на одной стороне пластины, а с противоположной стороны пластины токопровдящими дорожками с соответствующих узлов происходит «съем» зарядов. (Фиг.3)
2. При помощи диодов, образующих диодные мосты, происходит выпрямление переменного напряжения, поступающего непосредственно с пьезоэлектрической пластины.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами:
Фиг.1.- Пьезоэлектрический генератор,
Фиг.2. - Два узла пьезоэлектрического генератора (вид сверху),
Фиг.3. - Диодные мосты (при возникновении 2-х узлов)
Пьезоэлектрический генератор состоит из жестко закрепленной с одной стороны пластины (1), выполненной их пьезоэлектрического материала. На верхней и нижней плоскостях находятся токопроводящие дорожки (2), Токопроводящие дорожки одной плоскости параллельны. Токопроводящие дорожки разных плоскостей перпендикулярны. На концах каждой токопроводящей дорожки находятся диоды (3), направленные в одну сторону. Катоды диодов соединяются через проводник, аноды диодов соединяются через другой проводник, образуя диодные мосты с контактами (4).
Работает пьезоэлектрический генератор следующим образом:
при вибрации на пластине образуются узлы (выпуклости). В узлах на поверхностях пластин образуются заряды противоположных знаков. Через токопроводящие дорожки с пьезоэлектрической пластины снимается электрическая энергия. Выпрямление напряжения происходит через диодные мосты.
Таким образом, реализация предлагаемого технического решения обеспечивает выполнение поставленных задач.