RU136937U1 - PIEZOELECTRIC GENERATOR - Google Patents
PIEZOELECTRIC GENERATOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU136937U1 RU136937U1 RU2013137682/07U RU2013137682U RU136937U1 RU 136937 U1 RU136937 U1 RU 136937U1 RU 2013137682/07 U RU2013137682/07 U RU 2013137682/07U RU 2013137682 U RU2013137682 U RU 2013137682U RU 136937 U1 RU136937 U1 RU 136937U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric
- generator
- energy
- transducer
- sections
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Пьезоэлектрический генератор относится к электромеханическим преобразователям энергии, а именно к преобразователям, работающим на основе применения пьезокерамических материалов, и может быть использовано в любой области техники в качестве источника тока. Генератор содержит пьезоэлектрический преобразователь, выполненный в виде плоской биморфной секционированной пластины, состоящей из набора поляризованных прямоугольных пьезоэлементов, объединенных в секции. Пьезоэлементы внутри каждой секции, а также секции между собой электрически соединяются последовательно, либо параллельно. Генератор содержит резистор, выпрямитель, накопительный конденсатор, схему, управляющую зарядом конденсатора и аккумулятор. Преобразователь крепится к объектам, подверженным вибрации, и генератор вырабатывает электрическую энергию за счет энергии вибрации объекта, к которому он прикреплен. Достигаемый технический результат: использование даровой энергии вибрации для получения электроэнергии; увеличение мощности пьезоэлектрического генератора; экономия электрической энергии или ее получение в тех местах, где она отсутствует. A piezoelectric generator relates to electromechanical energy converters, namely, converters operating on the basis of the use of piezoelectric materials, and can be used in any field of technology as a current source. The generator contains a piezoelectric transducer made in the form of a flat bimorph sectional plate, consisting of a set of polarized rectangular piezoelectric elements combined in sections. The piezoelectric elements inside each section, as well as the sections between themselves, are electrically connected in series or in parallel. The generator contains a resistor, a rectifier, a storage capacitor, a circuit that controls the charge of the capacitor and a battery. The transducer is attached to objects subject to vibration, and the generator generates electrical energy due to the vibration energy of the object to which it is attached. Technical result achieved: the use of free vibration energy to generate electricity; increasing the power of the piezoelectric generator; saving of electric energy or its receipt in those places where it is absent.
Description
Полезная модель относится к электромеханическим преобразователям энергии, а именно к преобразователям, работающим на основе применения пьезокерамических материалов, и может быть использован в любой области техники в качестве источника тока.The utility model relates to electromechanical energy converters, namely to converters operating on the basis of the use of piezoceramic materials, and can be used in any field of technology as a current source.
Известен пьезоэлектрический генератор постоянного тока, например 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.A known piezoelectric direct current generator, for example RU 2113757, containing a piezoelectric element made in the form of a flat bimorph disk mounted in the center of the disk, and axially deformed by two rollers mounted on the rotor through a flexible insulating gasket. The piezoelectric element may contain many piezoceramic discs to increase power. When the rotor rotates from an external source of mechanical energy, the rollers that are mounted relative to the disk elements in such a way that their deformation is ensured are rolled along the gasket, deforming the piezoelectric elements. When the piezoelectric elements are deformed on the electrodes due to the direct piezoelectric effect, charges arise, while on the external electrodes of the piezoelectric element - charges of the opposite sign, which make up the potential difference.
При вращении ротора и круговой деформации пьезоэлемента на электродах возникает постоянная разность потенциалов, соответствующая величине деформации.During the rotation of the rotor and the circular deformation of the piezoelectric element on the electrodes, a constant potential difference arises, corresponding to the strain value.
К недостаткам этого генератора относится то, что он приводится во вращение внешним источником энергии, например ветра или воды, т.е. требует дополнительного устройства преобразования энергии. Кроме того, в силу своей конструкции он ограничен размерами пьезоэлемента, и, следовательно, генерируемая энергия также ограничена. Отсутствует накопитель электрической энергии.The disadvantages of this generator are that it is driven by an external energy source, such as wind or water, i.e. requires an additional energy conversion device. In addition, by virtue of its design, it is limited by the size of the piezoelectric element, and therefore, the generated energy is also limited. There is no electrical energy storage.
Известен также пьезоэлектрический генератор, например US №5801475, содержащий консольно закрепленный биморфный пьезоэлемент, который под действием внешних вибраций колеблется, вследствие чего на его обкладках благодаря прямому пьезоэффекту возникает переменная разность потенциалов, резистор, выпрямительный элемент, накопительный конденсатор и выходную регулирующую электронную цепь.A piezoelectric generator is also known, for example, US Pat. No. 5,801,475, which contains a cantilever-mounted bimorph piezoelectric element that oscillates under the influence of external vibrations, as a result of which a variable potential difference, a resistor, a rectifier element, a storage capacitor, and an output regulating electronic circuit are generated on its plates by a direct piezoelectric effect.
Рассмотренное решение наиболее близко по совокупности существенных признаков к предлагаемому решению.The considered solution is the closest in the aggregate of essential features to the proposed solution.
К недостаткам этого генератора относятся его малые размеры и консольное закрепление пьезоэлемента, как следствие, малая выходная мощность и повышенная хрупкость. Эти недостатки ограничивают использование такого генератора лишь устройствами микроэлектроники.The disadvantages of this generator include its small size and cantilever fixing of the piezoelectric element, as a result, low output power and increased fragility. These disadvantages limit the use of such a generator only to microelectronic devices.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является увеличение электрической мощности пьезогенератора, а также использование даровой энергии вибрации различных промышленных, строительных, дорожных и бытовых конструкций.The problem solved by the proposed utility model is to increase the electric power of the piezoelectric generator, as well as the use of free vibration energy of various industrial, construction, road and household structures.
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 выполнен в виде плоского секционированного преобразователя, секции которого электрически соединены друг с другом, а каждая секция состоит из одного или более пьезоэлементов, склеенных друг с другом и электрически соединенных друг с другом.The problem is solved due to the fact that the proposed utility model, like the well-known piezoelectric generator, contains a piezoelectric transducer, in parallel with which is included a resistor, a rectifier, a storage capacitor and an output regulatory electronic circuit. But, unlike the known one, in the proposed generator the piezoelectric transducer is made in the form of a flat sectioned transducer, the sections of which are electrically connected to each other, and each section consists of one or more piezoelectric elements glued to each other and electrically connected to each other.
Достигаемым техническим результатом является увеличение мощности пьезоэлектрического генератора и возможность использования даровой энергии.Achievable technical result is an increase in the power of the piezoelectric generator and the possibility of using free energy.
Совокупность признаков, сформулированных в п. 2 формулы полезной модели, характеризует пьезоэлектрический генератор в котором преобразователи в каждой секции соединены последовательно.The set of features formulated in
Достигаемым техническим результатом является увеличение выходного напряжения пьезоэлектрического генератора и снижение собственной электрической емкости генератора.The technical result achieved is an increase in the output voltage of the piezoelectric generator and a decrease in the generator’s own electric capacity.
Совокупность признаков, сформулированных в п. 3 формулы полезной модели, характеризует пьезоэлектрический генератор в котором преобразователи в каждой секции соединены параллельно.The set of features formulated in
Достигаемым техническим результатом является увеличение электрического заряда, вырабатываемого пьезоэлектрическим генератором.The technical result achieved is an increase in the electric charge generated by the piezoelectric generator.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:The utility model is illustrated by drawings, where:
на фиг. 1 показана схема пьезоэлектрического генератора;in FIG. 1 shows a diagram of a piezoelectric generator;
на фиг. 2 изображен схематически пример выполнения составной части пьезоэлектрического генератора - биморфного преобразователя;in FIG. 2 is a schematic illustration of an embodiment of a component of a piezoelectric generator — a bimorph transducer;
на фиг. 3 и 4 приведены примеры установки преобразователя.in FIG. 3 and 4 are examples of installation of the converter.
Пьезоэлектрический генератор (фиг. 1) имеет биморфный пьезопреобразователь 1, резистор 2, выпрямитель 3, накопительный конденсатор 4, схему, управляющую зарядом аккумулятора 5 и аккумулятор 6.The piezoelectric generator (Fig. 1) has a bimorph
Пьезоэлектрический преобразователь 1 (фиг. 2) выполнен в виде плоской биморфной секционированной пластины, состоящей из набора поляризованных прямоугольных пьезоэлементов, объединенных в секции 7-12. Пьезоэлементы внутри каждой секции, а также секции между собой электрически соединяются последовательно, либо параллельно, в зависимости от того, какое напряжение и какую мощность требуется получить от преобразователя. В приведенном примере выполнения преобразователя (фиг. 2) верхняя часть состоит из шести секций 7-12 по пяти элементов в каждой, соединенных последовательно. Все секции соединены параллельно. Аналогичное устройство имеет нижняя часть, которая также состоит из шести секций по пяти элементов в каждой. К электродам верхней и нижней частей припаяны выводы 13, 14, с которых снимается переменное напряжение и поступает дальше на выпрямитель. Верхняя и нижняя части для увеличения прочности могут быть наклеены на базовую металлическую упругую пластину 15.The piezoelectric transducer 1 (Fig. 2) is made in the form of a flat bimorph sectional plate, consisting of a set of polarized rectangular piezoelectric elements combined in sections 7-12. The piezoelectric elements inside each section, as well as the sections between themselves, are electrically connected in series or in parallel, depending on what voltage and what power is required from the converter. In the above example, the converter (Fig. 2), the upper part consists of six sections 7-12 with five elements in each, connected in series. All sections are connected in parallel. A similar device has a lower part, which also consists of six sections of five elements each. The
Преобразователь в целом может опираться на опоры 16, расположенные по ее концам (т.е. в узлах смещений колеблющейся пластины) (фиг. 3), либо плотно лежать на колеблющейся плоскости 17 (фиг. 4). Таким образом, биморфный преобразователь может выдерживать без разрушения большие статические и динамические нагрузки.The converter as a whole can rely on
Выходное напряжение преобразователя через согласующий резистор 2 поступает на вход выпрямителя 3, а затем выпрямленное напряжение поступает на вход накопительного конденсатора 4. После накопительного конденсатора через электронную схему регулирования 5 напряжение поступает на вход аккумулятора 6.The output voltage of the converter through the
Указанные признаки полезной модели являются существенными, т.е. влияющими непосредственно на результат, который может быть получен при осуществлении изобретения.The indicated features of the utility model are significant, i.e. directly affecting the result that can be obtained by carrying out the invention.
Генератор работает следующим образом.The generator operates as follows.
Биморфный преобразователь 1 прикрепляется к вибрирующему элементу строительной, промышленной, бытовой или дорожной конструкции. Преобразователь может крепиться либо на опорах 16 (фиг. 3), которые размещаются по концам преобразователя, в узловых сечениях, либо плотно прилегать к вибрирующей поверхности (17), 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 2, а затем на выпрямитель 3. После выпрямления электрический заряд накапливается на накопительном конденсаторе 4, затем поступает на схему 5, управляющую зарядом аккумулятора. Энергия заряженного аккумулятора используется потребителем. Таким образом, используется даровая энергия вибрации различных объектов.The
Достигаемый технический результат:Technical result achieved:
1. Использование даровой энергии вибрации для получения электроэнергии;1. The use of free vibration energy to generate electricity;
2. Увеличение мощности пьезоэлектрического генератора;2. An increase in the power of the piezoelectric generator;
3. Экономия электрической энергии или ее получение в тех местах, где она отсутствует.3. Saving electric energy or its receipt in those places where it is absent.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013137682/07U RU136937U1 (en) | 2013-08-12 | 2013-08-12 | PIEZOELECTRIC GENERATOR |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013137682/07U RU136937U1 (en) | 2013-08-12 | 2013-08-12 | PIEZOELECTRIC GENERATOR |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU136937U1 true RU136937U1 (en) | 2014-01-20 |
Family
ID=49945300
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013137682/07U RU136937U1 (en) | 2013-08-12 | 2013-08-12 | PIEZOELECTRIC GENERATOR |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU136937U1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2665479C2 (en) * | 2016-09-06 | 2018-08-30 | Петр Тихонович Харитонов | Mobile device autonomous power supply and charging system at the motor transport stops |
RU183847U1 (en) * | 2018-05-21 | 2018-10-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Sectioned Piezoelectric Generator |
RU2719538C1 (en) * | 2019-07-08 | 2020-04-21 | ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет" | Piezoelectric backup power supply (versions) |
-
2013
- 2013-08-12 RU RU2013137682/07U patent/RU136937U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2665479C2 (en) * | 2016-09-06 | 2018-08-30 | Петр Тихонович Харитонов | Mobile device autonomous power supply and charging system at the motor transport stops |
RU183847U1 (en) * | 2018-05-21 | 2018-10-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Sectioned Piezoelectric Generator |
RU2719538C1 (en) * | 2019-07-08 | 2020-04-21 | ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет" | Piezoelectric backup power supply (versions) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lefeuvre et al. | A comparison between several approaches of piezoelectric energy harvesting | |
KR20080070629A (en) | Energy harvesting using frequency rectification | |
EP3035521B1 (en) | Electric power generating device | |
KR20120071767A (en) | Piezo power generator for emergency power feeding | |
JP2011152004A (en) | Power generation unit and power generation devic | |
RU136937U1 (en) | PIEZOELECTRIC GENERATOR | |
JP2005130624A (en) | Generator and power generation method | |
JPH11146663A (en) | Piezoelectric generator | |
KR100951592B1 (en) | Self power generating apparatus for portable electronic equipments | |
CN102176646A (en) | Free micro-vibration generator of electret film | |
KR101417848B1 (en) | Vibration energy harvesting device having drum head structure | |
US20140339954A1 (en) | Vibration power generator | |
KR20100049730A (en) | Self-powered device using piezoelectric element | |
RU155155U1 (en) | DISC PIEZOELECTRIC GENERATOR | |
KR20090048974A (en) | Portable generator using piezoelectric film | |
CN110429862A (en) | A kind of adjustable broadband spoke type piezoelectric energy collecting device | |
RU183847U1 (en) | Sectioned Piezoelectric Generator | |
RU154688U1 (en) | BIMORPHIC PIEZOELECTRIC GENERATOR | |
CN206759340U (en) | Corrugated piezoelectric cantilever beam vibration energy collector | |
RU195757U1 (en) | Piezoelectric beam generator | |
JP2011193665A (en) | Power generation system | |
RU136938U1 (en) | NONLINEAR PIEZOELECTRIC GENERATOR | |
Covaci et al. | Energy harvesting with piezoelectric materials for IoT–Review | |
Motey et al. | Footstep power generation system | |
Ruman et al. | Human footsteps for energy generation by using piezoelectric tiles |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180813 |