СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ОТ МАЛОМОЩНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
METHOD TO RECEIVE ELECTRIC ENERGY FROM LOW-CAPACITY SOURCES OF POWER SUPPLY

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам получения электрической энергии от маломощных источников электропитания, например, пьезоэлементов, вмонтированных в поверхность, по которой перемещаются подвижные объекты.
Известен способ получения электрической энергии от маломощных источников электропитания описанный в патенте (RU 2095265 C1, 20.02.2011).
В известном способе на поверхности устанавливают пьезоэлектрические элементы, преобразующие механическое давление в разность электрических потенциалов, и располагают их на некотором расстоянии между собой. Давление колес транспортных средств, в дальнейшем, используют для получения электрической энергии.
Недостаток известного способа состоит в том, что в нем не раскрыт механизм утилизации получаемой электрической энергии, выделяемой маломощными источниками электропитания. Между тем именно механизм передачи электроэнергии к потребителю является ключевым для введения в практику таких источников. Известно, что при одностороннем давлении, например, на пьезоэлемент он генерирует однополярный кратковременный импульс. Этот импульс представляет собой всплеск напряжения, длится несколько миллисекунд и его мощность измеряется в долях мВ·А. Напряжение может доходить до 1 кВ. Использовать такие хаотичные маломощные импульсы, имеющие произвольную форму, для дальнейшего применение крайне затруднительно.
В качестве прототипа выбран способ, описанный в патенте (RU 2150170 C1), в котором производят преобразование неэлектрической энергии в электрическую энергию, накопление электрических зарядов, за счет генерации небольшого числа электрических зарядов с высоким электрическим потенциалом с понижением их потенциала.
Известный способ позволяет обеспечить накопление электрических зарядов с последующим использованием полученной энергии для питания небольших по энергопотреблению электронных схем.
Недостаток известного способа заключается в том, что он предназначен для питания небольших по энергопотреблению потребителей. Между тем, использование преобразователей неэлектрической энергии в электрическую энергию, в частности, пьезоэлементов, становится актуальным. В настоящее время стоимость таких элементов невелика, они надежны и способны работать продолжительное время, не требуя ухода.
Задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить накопление небольших по генерируемой мощности импульсов с последующим преобразованием накопленного потенциала в электрическую энергию, достаточную для электропитания различных потребителей.
Техническим результатом является создание способа накопления электрической энергии от маломощных источников электропитания с последующим преобразованием накопленной энергии в источник, удобный для питания различных энергопотребителей.
Дополнительным техническим результатом является упрощение системы преобразования.
Технический результат достигается за счет того, что в способе получения электрической энергии от маломощных источников электропитания, встроенных в дорожное полотно, в которых производят преобразование неэлектрической энергии в электрическую энергию, накопление электрических зарядов с последующим преобразованием накопленного потенциала в электрическую энергию, согласно изобретению формируют накопитель электрических зарядов с высоким потенциалом, затем периодически производят разряд накопителя на приемник, выполненный в виде накопительного конденсатора, включенного параллельно с аккумулятором электрической энергии,
Разряд накопителя могут передавать на приемник, выполненный в виде первичной обмотки трансформатора тока, а часть энергии накопителя могут передавать на приемник через выпрямитель, включенный на вторичную обмотку указанного трансформатора.
Маломощные источники электропитания могут быть встроены в атомобильно-дорожное полотно.
Маломощные источники электропитания могут быть встроены в железнодорожное полотно.
Формирование накопителя больших электрических зарядов и полей с высоким потенциалом, с последующим периодическим разрядом накопителя на приемник, выполненный в виде накопительного конденсатора, включенного параллельно с аккумулятором электрической энергии, позволяет обеспечить простой и надежный механизм передачи энергии от маломощных, но многочисленных источников электропитания к потребителю.
Передача энергии от накопителя на приемник через первичную обмотку трансформатора тока с передачей части энергии накопителя на приемник через выпрямитель, включенный на вторичную обмотку указанного трансформатора, позволяет снизить динамические процессы при передаче энергии.
Встраивание маломощных источников электропитания в атомобильно-дорожное полотно, позволяет получать электроэнергию за счет движения автомобильного транспорта или при движении пешеходов.
Встраивание маломощных источников электропитания в железнодорожное полотно, позволяет получать электроэнергию за счет движения железнодорожного транспорта.
Способ получения электрической энергии от маломощных источников электропитания иллюстрируется двумя фигурами.
На фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема установки, реализующей предложенный способ.
На фиг.2 показана возможная форма электрического импульса, генерируемого маломощным источником
Устройство, демонстрирующее предложенный способ получения электрической энергии от маломощных источников электропитания выполнено следующим образом. Накопитель электрических зарядов с высоким потенциалом представляет собой полый металлизированный шар 1, установленный на изолирующей пустотелой колонне 2, расположенной в сухом помещении. Шар может быть выполнен из пластмассы и покрыт с внешней стороны алюминиевой фольгой. Маломощные источники электропитания, например пьезоэлементы, 3 установлены на твердой поверхности 4. Поверхность 4 заземлена и соединена с отрицательными электродами пьезоэлементов 3. Над верхними гранями пьезоэлементов выполнено дорожное полотно 5, обладающее определенной гибкостью. Положительные электроды всех пьезоэлементов 3 соединены между собой общим проводом 6. Этот провод проходит под дорожным полотном, введен через внутреннюю полость колонны 2 внутрь шара 1 и соединен с его металлизированной поверхностью. На некотором расстоянии от шара установлен электропроводящий шарообразный разрядник 7. Расстояние между разрядником 7 и поверхностью шара 1 определяет напряжение разряда. Разрядник 7, в свою очередь, соединен с первичной обмоткой трансформатора 8. Второй конец первичной обмотки соединен с накопительным конденсатором 9. Параллельно конденсатору 9 включен аккумулятор 10. Вторичная обмотка трансформатора 8 через двухполупериодный мостовой выпрямитель 11 соединена с зажимами приемника электрической энергии. Этот приемник, как было сказано, выполнен в виде накопительного конденсатора 9, включенного параллельно с аккумулятором электрической энергии 10. Вторые зажимы конденсатора и аккумулятора заземлены. От приемника электрическая энергия поступает потребителю (на фиг. не показан).
В некоторых случаях разряд накопителя производят на приемник, выполненный в виде накопительного конденсатора, включенного параллельно с аккумулятором электрической энергии,
Электрический сигнал, генерируемый маломощным источником, в частности, пьезоэлементом, представляет собой однополярный импульс 12 напряжения и (фиг.2) в функции времени t, вид которого, величина и форма зависят от величины давления, и скорости воздействия на него внешних сил.
Маломощные источники электропитания могут быть встроены в атомобильно-дорожное полотно 5.
Маломощные источники электропитания могут быть встроены в железнодорожное полотно 5.
Способ получения электрической энергии от маломощных источников электропитания действует следующим образом. Установленные на поверхности 4 пьезоэлементы 3 под воздействием дорожного полотна 5 производят преобразование неэлектрической энергии в электрическую энергию, генерируя однополярные импульсы, аналогичные по форме фиг.2. Накопление электрических зарядов осуществляется на внешней поверхности шара 1 за счет передачи на нее импульсов напряжения 12. Процесс накопления, в некоторой степени, аналогичен формированию напряжения в генераторе Ван-де-Граафа, с той разницей, что в предлагаемом способе нет подвижной ленты, щеток и электростатического генератора. При некотором количестве импульсов электрический потенциал шара достигает пороговой величины, при которой происходит разряд накопителя через разрядник 7 на приемник, выполненный в виде накопительного конденсатора 9, включенного параллельно с аккумулятором 10. Этот вариант передачи энергии может сопровождаться относительно высокими всплесками тока и для их снижения необходимо уменьшить расстояние между шаром 1 и разрядником 7.
Разряд накопителя 1 можно передавать на приемник частично через первичную обмотку трансформатора 8 и частично через вторичную его обмотку через двухполупериодный мостовой выпрямитель 11. В этом случае всплески тока практически отсутствуют.
В случае когда маломощные источники электропитания встроены в атомобильно-дорожное полотно, то под переменным давлением проходящего автомобильного транспорта или при движении пешеходов происходит периодическое надавливание на пьезоэлементы, которые генерируют сигналы на накопитель 1 с последующей передачей результирующей электрической энергии на приемник.
Если маломощные источники электропитания встроены в железнодорожное полотно, например, как это осуществлено в патенте РФ 2095265, то сигналы генерируются при прохождении железнодорожных средств передвижения с последующей их передачей на приемник.
Таким образом, предлагаемый способ получения электрической энергии от маломощных источников электропитания обеспечивает накопление больших электрических потенциалов с последующим периодическим разрядом на приемник. Он позволяет формировать простой, универсальный и надежный механизм передачи энергии от многочисленных источников электропитания к потребителю.