RU154684U1

RU154684U1 - PIEZOCERAMIC GENERATOR

Info

Publication number: RU154684U1
Application number: RU2014147228/07U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Аверкиевич Шляхин; Юрий Эдуардович Сеницкий; Анатолий Петрович Литиков; Алексей Валерьевич Зеленов; Владимир Альбертович Гринёв
Priority date: 2014-11-24
Filing date: 2014-11-24
Publication date: 2015-08-27

Abstract

Пьзокерамический генератор, включающий в себя статор на неподвижном основании, на котором закреплен пьезоэлемент, массивный ротор цилиндрической формы и токосъемники, отличающийся тем, что генератор дополнительно содержит опорный подшипник, закрепленный в нижней части ротора, а пьезоэлемент выполнен в виде набора пьезокерамических цилиндров с электродированными торцами и аксиальной поляризацией материала, закрепленных в диэлектрической обойме; количество пьезокерамических цилиндров равно количеству шариков опорного подшипника в зависимости от его типоразмера, при этом под каждым цилиндром расположены токосъемники в виде контактной группы.A piezoceramic generator including a stator on a fixed base on which a piezoelectric element is mounted, a massive cylindrical rotor and current collectors, characterized in that the generator further comprises a support bearing fixed in the lower part of the rotor, and the piezoelectric element is made in the form of a set of piezoceramic cylinders with electroded ends and axial polarization of the material, fixed in a dielectric cage; the number of piezoceramic cylinders is equal to the number of balls of the support bearing, depending on its size, with current collectors in the form of a contact group located under each cylinder.

Description

Полезная модель относится к области электроэнергетики, в частности, к пьезокерамическим генераторам напряжения.The utility model relates to the field of electric power industry, in particular, to piezoelectric voltage generators.

Наиболее близким известным техническим решением того же назначения является пьезоэлектрическое устройство для преобразования энергии, включающее ротор, статор и пьезокерамическую пластину (патент на ПМ №124459 зарег. 20.01.2013 г.). Принято за прототип.The closest known technical solution for the same purpose is a piezoelectric device for energy conversion, comprising a rotor, a stator and a piezoceramic plate (patent for PM No. 124459 registered. 01.20.2013). Taken as a prototype.

Недостатком является то, что в известном устройстве увеличение скорости вращения ротора приводит, вследствие наложения волн деформирования в толстой пьезокерамической пластине, к уменьшению ее вертикальных перемещений, и следовательно к уменьшению электрических зарядов индуцируемых на электродах, а также сложность преобразующего устройства, которое состоит из толстостенной круглой пластины, на торцевых поверхностях которой располагается система разрезных электродов.The disadvantage is that in the known device, an increase in the rotor speed leads, due to the superposition of deformation waves in a thick piezoceramic plate, to a decrease in its vertical displacements, and therefore to a decrease in the electric charges induced on the electrodes, as well as the complexity of the conversion device, which consists of a round thick-walled plates, on the end surfaces of which there is a system of split electrodes.

Сущностью заявляемой полезной модели является повышение эффективности преобразования механической энергии в электрическую.The essence of the claimed utility model is to increase the conversion efficiency of mechanical energy into electrical energy.

Техническим результатом полезной модели является упрощение преобразующей конструкции механической энергии в электрическую и повышение ее надежности.The technical result of the utility model is to simplify the transforming design of mechanical energy into electrical energy and increase its reliability.

Технический результат достигается тем, что в известном пьзокерамическом генераторе, включающем в себя статор на неподвижном основании, на котором закреплен пьезоэлемент, массивный ротор цилиндрической формы и токосъемники, особенностью является то, что генератор дополнительно содержит опорный подшипник, закрепленный в нижней части ротора, а пьезоэлемент выполнен в виде набора пьезокерамических цилиндров с электродированными торцами и аксиальной поляризацией материала, закрепленных в диэлектрической обойме; количество пьезокерамических цилиндров равно количеству шариков опорного подшипника в зависимости от его типоразмеpa, при этом под каждым цилиндром расположены токосъемники в виде контактной группы.The technical result is achieved by the fact that in the known piezoceramic generator, which includes a stator on a fixed base, on which a piezoelectric element, a massive cylindrical rotor and current collectors are fixed, the feature is that the generator additionally contains a thrust bearing fixed in the lower part of the rotor, and the piezoelectric element made in the form of a set of piezoceramic cylinders with electroded ends and axial polarization of the material, fixed in a dielectric cage; the number of piezoceramic cylinders is equal to the number of balls of the support bearing, depending on its size, while current collectors are located under each cylinder in the form of a contact group.

На фиг. 1 изображена схема пьезокерамического генератора, где приняты следующие обозначения: статор - 1, диэлектрическая обойма - 2, пьезокерамические цилиндры - 3, опорный подшипник - 4, стопорные винты - 5, ротор - 6.In FIG. 1 shows a diagram of a piezoceramic generator, where the following notation is adopted: stator - 1, dielectric cage - 2, piezoceramic cylinders - 3, pillow block - 4, locking screws - 5, rotor - 6.

На фиг. 2 изображена деталировка схемы пьезокерамического генератора, где приняты следующие обозначения: статор - 1, диэлектрическая обойма - 2, пьезокерамические цилиндры - 3, опорный подшипник - 4, стопорные винты - 5, ротор - 6.In FIG. 2 shows a detail diagram of a piezoceramic generator, where the following notation is adopted: stator - 1, dielectric cage - 2, piezoceramic cylinders - 3, pillow block - 4, locking screws - 5, rotor - 6.

Пьезокерамический генератор работает следующим образом. Вращение массивной части ротора - 6 с угловой скоростью ω посредством внешней механической энергии (энергия ветра, пара, воды и т.д.) позволяет с помощью опорного подшипника - 4 создать нестационарные усилия на торцевых поверхностях пьезокерамических цилиндров - 3 с аксиальной поляризацией материала диэлектрической обоймы - 2. Пьезокерамические цилиндры - 3 устанавливают в диэлектрическую обойму - 2, которая выполнена, например, из керамического или стеклотекстолитового материала и устанавливают на неподвижное основание - статор - 1. В нижней части массивного цилиндрического ротора - 6 располагают опорный подшипник - 4, закрепленный стопорными винтами - 5 для предотвращения проворачивания сепаратора опорного подшипника - 4 относительно ротора - 6. В результате механических поперечных колебаний на торцевых поверхностях пьезокерамических цилиндров - 3 появляются свободные электрические заряды разных знаков. При этом равное количество пьезокерамических цилиндров - 3 и шариков в опорном подшипнике - 4 (в зависимости от типоразмера выбранного подшипника подбирают количество пьезокерамических цилиндров равных числу его шариков) позволяет одновременно на всех нижних и верхних торцевых поверхностях пьезокерамических цилиндров - 3 получать электрический потенциал одного знака. Подключение электродов, расположенных на торцевых поверхностях пьезокерамических цилиндров - 3 с аксиальной поляризацией материала диэлектрической обоймы - 2 к токосъемному устройству (не показано) позволяет получить переменное электрическое напряжение.Piezoceramic generator operates as follows. Rotation of the massive part of the rotor - 6 with an angular velocity ω by means of external mechanical energy (wind, steam, water, etc. energy) allows using the thrust bearing - 4 to create unsteady forces on the end surfaces of piezoceramic cylinders - 3 with axial polarization of the dielectric material - 2. Piezoceramic cylinders - 3 are installed in a dielectric holder - 2, which is made, for example, of ceramic or fiberglass material and mounted on a fixed base - stator - 1. In the lower h The parts of a massive cylindrical rotor - 6 have a support bearing - 4, fixed with locking screws - 5 to prevent the bearing cage - 4 from turning around the rotor - 6. As a result of mechanical transverse vibrations, free electric charges of different signs appear on the end surfaces of the piezoceramic cylinders - 3. At the same time, an equal number of piezoceramic cylinders - 3 and balls in a support bearing - 4 (depending on the size of the selected bearing, the number of piezoceramic cylinders equal to the number of balls is selected) allows simultaneously obtaining the electric potential of the same sign on all lower and upper end surfaces of the piezoceramic cylinders. Connecting the electrodes located on the end surfaces of the piezoceramic cylinders — 3 with axial polarization of the dielectric material — 2 to a current collector (not shown) makes it possible to obtain an alternating electric voltage.

Использование заявленного технического решения позволяет упростить энергопреобразующее устройство, уменьшить его чувствительность к внешним факторам и обеспечить температурную стабильность пьезокерамики.Using the claimed technical solution allows us to simplify the energy-converting device, reduce its sensitivity to external factors and ensure the temperature stability of piezoceramics.

Claims

A piezoceramic generator including a stator on a fixed base on which a piezoelectric element is mounted, a massive cylindrical rotor and current collectors, characterized in that the generator further comprises a support bearing fixed in the lower part of the rotor, and the piezoelectric element is made in the form of a set of piezoceramic cylinders with electroded ends and axial polarization of the material, fixed in a dielectric cage; the number of piezoceramic cylinders is equal to the number of balls of the support bearing, depending on its size, with current collectors in the form of a contact group located under each cylinder.