RU188804U1 - SHOCK ENERGY GENERATOR - Google Patents
SHOCK ENERGY GENERATOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU188804U1 RU188804U1 RU2018131563U RU2018131563U RU188804U1 RU 188804 U1 RU188804 U1 RU 188804U1 RU 2018131563 U RU2018131563 U RU 2018131563U RU 2018131563 U RU2018131563 U RU 2018131563U RU 188804 U1 RU188804 U1 RU 188804U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- spring
- energy generator
- shock energy
- cylinder
- Prior art date
Links
- 230000035939 shock Effects 0.000 title claims abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области электротехники, а именно к пьезоэлектрическим приборам, производящим электрический выходной сигнал от механического входного сигнала, и может быть использована в различных областях промышленности для питания маломощных электронных узлов.Предложен ударный генератор энергии, содержащий основание, пьезоэлемент, пружину, удерживающую крышку, стягивающую шпильку и выходные электроды, при этом пружина с закрепленной на ней инертной массой размещена внутри пьезоэлемента, выполненного в виде цилиндра, поляризованного по радиусу, причем ударное воздействие осуществляется по оси указанного цилиндра.Достигаемый при этом технический результат заключается в увеличении объема пьезоэлемента и добавлении инертной массы.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely, piezoelectric devices producing electrical output signal from a mechanical input signal, and can be used in various industries to power low-power electronic nodes. A shock energy generator is proposed that contains a base, a piezoelectric element, a spring holding the cover tightening the pin and the output electrodes, while the spring with an inert mass attached to it is placed inside the piezoelectric element, made in the form of a cylinder, along radarized, and the impact is carried out along the axis of the specified cylinder. The technical result achieved by this is to increase the volume of the piezoelectric element and add an inert mass.
Description
Полезная модель относится к области электротехники, а именно к пьезоэлектрическим приборам, производящим электрический выходной сигнал от механического входного сигнала, и может быть использована в различных областях промышленности для питания маломощных электронных узлов.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely, piezoelectric devices, producing electrical output signal from a mechanical input signal, and can be used in various industries to power low-power electronic nodes.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является ударный генератор энергии, описанный в документе [патент US 2013/0181459, опубл. 18.07.2013]. Генератор энергии, представляющий собой металлический цилиндр, состоит из пружины, пьезоэлемента, системы шайб Бельвилля. Шайбы Бельвилля служат для создания предварительной механической нагрузки для пьезоэлемента. Пьезоэлемент имеет форму диска.Closest to the proposed utility model is a shock energy generator, described in the document [patent US 2013/0181459, publ. 07/18/2013]. The energy generator, which is a metal cylinder, consists of a spring, a piezoelectric element, a Belleville washer system. Belleville washers are used to create a preliminary mechanical load for the piezoelectric element. The piezoelectric element has the form of a disk.
Указанное устройство работает следующим образом. Под действием ударных вибраций, направленных вдоль продольной оси генератора энергии, пружина совершает механические колебания, передающиеся пьезоэлементу, в котором в результате пьезоэффекта генерируется переменное электрическое напряжение.The specified device works as follows. Under the action of shock vibrations directed along the longitudinal axis of the power generator, the spring performs mechanical vibrations transmitted by the piezoelectric element, in which as a result of the piezoelectric effect an alternating electrical voltage is generated.
Недостатком данного устройства является малый объем пьезоэлемента (не более 5% от объема всего устройства), преобразующего механические вибрации в электрическую энергию. Совмещение инертной массы с пружиной также ограничивает увеличение удельной мощности устройства.The disadvantage of this device is the small volume of the piezoelectric element (not more than 5% of the volume of the entire device), which converts mechanical vibrations into electrical energy. The combination of inert mass with a spring also limits the increase in the power density of the device.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение технической задачи по устранению этого недостатка, а именно, повышение удельной мощности ударного генератора энергии.The proposed utility model is aimed at solving a technical problem to eliminate this drawback, namely, increasing the power density of a shock energy generator.
Достигаемый при этом технический результат заключается в увеличении объема пьезоэлемента и добавлении инертной массы.Achievable technical result is to increase the volume of the piezoelectric element and add an inert mass.
Технический результат достигается тем, что ударный генератор энергии содержит основание, пьезоэлемент, пружину, удерживающую крышку, стягивающую шпильку и выходные электроды и отличается тем, что пружина с закрепленной на ней инертной массой размещена внутри пьезоэлемента, выполненного в виде цилиндра, поляризованного по радиусу, причем ударное воздействие осуществляется по оси указанного цилиндра.The technical result is achieved in that the impact energy generator contains a base, a piezoelectric element, a spring, a retaining lid, a tensioning pin and output electrodes, and is characterized in that the spring with an inertial mass fixed to it is placed inside a piezoelectric element that is shaped like a cylinder radially radially impact is carried out along the axis of the specified cylinder.
Указанные признаки полезной модели являются существенными и совокупность этих признаков достаточна для получения требуемого технического результата.These features of the utility model are essential and the combination of these features is sufficient to obtain the desired technical result.
На фиг. 1 показана конструкция заявляемой полезной модели. Полезная модель содержит основание 1, пьезоэлемент 2, пружину 3, удерживающую крышку 4, стягивающую шпильку 5, инертную массу 6 и выходные электроды 7.FIG. 1 shows the design of the proposed utility model. The utility model includes a
Представленная конструкция не является единственно возможной, но наглядно демонстрирует получение требуемого технического результата.The presented design is not the only possible, but clearly demonstrates the receipt of the required technical result.
Работает устройство следующим образом. При воздействии на конструкцию механического удара с ускорением а инертная масса 6, жестко связанная с пружиной 3, начинает колебаться, тем самым вызывая механические деформации в пьезоэлементе 2. Под действием механических напряжений пьезоэлемент начинает деформироваться. В результате пьезоэффекта в пьезоэлементе механическая энергия преобразуется в электрическую.The device works as follows. When exposed to a mechanical shock with acceleration, the
Как отмечено в [1], предпочтительным является движение фронта ударной волны, перпендикулярное направлению поляризации 
Как известно, энергия, генерируемая пьезоэлементом, зависит от его объема [2]. Представляя пьезоэлектрический элемент в качестве конденсатора, энергия, запасенная в нем, может быть выражена как:As is known, the energy generated by the piezoelectric element depends on its volume [2]. By representing the piezoelectric element as a capacitor, the energy stored in it can be expressed as:
где W - энергия электрического поля, ε - диэлектрическая проницаемость среды, εo - диэлектрическая постоянная, V - объем пьезоэлемента, U - электрическое напряжение, h - расстояние между электродами пьезоэлемента.where W is the energy of the electric field, ε is the dielectric constant of the medium, ε o is the dielectric constant, V is the volume of the piezoelectric element, U is the voltage, h is the distance between the electrodes of the piezoelectric element.
Энергия, запасенная в пьезоэлементе при воздействии на него механическим импульсом, также пропорциональна массе элемента:The energy stored in the piezoelectric element when exposed to a mechanical impulse is also proportional to the mass of the element:
где m и ρ - масса и плотность пьезоэлектрического элемента соответственно, ΔP - скачек поляризации на фронте ударной волны, k1 и k2 - безразмерные эмпирические коэффициенты, обобщенно характеризующие различные потери энергии при работе пьезоэлемента, Еƒ - напряженность электрического поля, при котором происходит пробой материала пьезоэлемента.where m and ρ are the mass and density of the piezoelectric element, respectively, ΔP is the polarization jump on the shock wave front, k 1 and k 2 are dimensionless empirical coefficients, which generally characterize various energy losses during the operation of the piezoelectric element, E ƒ is the electric field strength at which occurs breakdown of the piezoelectric material.
Электрическая энергия, производимая ударным генератором, накапливается известными способами [3].The electrical energy produced by the shock generator is accumulated by known methods [3].
Список литературы:Bibliography:
[1] Третьяков Д.В. О выборе рациональных размеров сегнетоэлектрического рабочего тела импульсного генератора напряжения // Электронный ресурс: https://uchil.net/?cm-10797.[1] Tretyakov D.V. On the choice of rational dimensions of the ferroelectric working medium of a pulse voltage generator // Electronic resource: https://uchil.net/?cm-10797.
[2] Савельев И.В. Курс физики: Учеб.: в 3-х т. Т. 2: Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика. - М.: Наука, 1989. - 464 с. [2] Saveliev I.V. Physics course: Textbook: in 3 tons. T. 2: Electricity. Oscillations and waves. Wave optics. - M .: Science, 1989. - 464 p.
[3] Stephen Evanczuk, Pervasive RF Energy Offers Ready Power Source, https://www.digikey.lv/en/ articles/techzone/2014/may/pervasive-rf-energy-offers-[3] Stephen Evanczuk, Pervasive RF Energy Offers Ready Power Source, https://www.digikey.lv/en/ articles / techzone / 2014 / may / pervasive-rf-energy-offers-
ready-power-source.ready-power-source.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018131563U RU188804U1 (en) | 2018-09-04 | 2018-09-04 | SHOCK ENERGY GENERATOR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018131563U RU188804U1 (en) | 2018-09-04 | 2018-09-04 | SHOCK ENERGY GENERATOR |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU188804U1 true RU188804U1 (en) | 2019-04-24 |
Family
ID=66315082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018131563U RU188804U1 (en) | 2018-09-04 | 2018-09-04 | SHOCK ENERGY GENERATOR |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU188804U1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1434323A1 (en) * | 1987-04-01 | 1988-10-30 | Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса | Apparatus for checking hardness |
| RU2069373C1 (en) * | 1993-07-01 | 1996-11-20 | Шакиров Рустам Анисович | Piezoelectric pressure transducer |
| US20130270968A1 (en) * | 2010-10-19 | 2013-10-17 | Epcos Ag | Stackable piezoelectric actuator component |
-
2018
- 2018-09-04 RU RU2018131563U patent/RU188804U1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1434323A1 (en) * | 1987-04-01 | 1988-10-30 | Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса | Apparatus for checking hardness |
| RU2069373C1 (en) * | 1993-07-01 | 1996-11-20 | Шакиров Рустам Анисович | Piezoelectric pressure transducer |
| US20130270968A1 (en) * | 2010-10-19 | 2013-10-17 | Epcos Ag | Stackable piezoelectric actuator component |
| US9455397B2 (en) * | 2010-10-19 | 2016-09-27 | Epcos Ag | Stackable piezoelectric actuator component |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rezaei et al. | Broadband and tunable PZT energy harvesting utilizing local nonlinearity and tip mass effects | |
| Halim et al. | Piezoceramic based wideband energy harvester using impact-enhanced dynamic magnifier for low frequency vibration | |
| US20090322184A1 (en) | Energy Harvesting Using Frequency Rectification | |
| Ashour et al. | Adaptive control of flexible structures using a nonlinear vibration absorber | |
| Babitsky et al. | Autoresonant control of nonlinear mode in ultrasonic transducer for machining applications | |
| Garimella et al. | Piezo-Gen-An approach to generate electricity from vibrations | |
| WO2014170922A1 (en) | Multi-frequency vibration piezoelectric harvester device | |
| Zhang et al. | Performance dependence on initial free-end levitation of a magnetically levitated piezoelectric vibration energy harvester with a composite cantilever beam | |
| Guyomar et al. | Energy harvester of 1.5 cm3 giving output power of 2.6 mW with only 1 G acceleration | |
| RU188804U1 (en) | SHOCK ENERGY GENERATOR | |
| Halim et al. | A handy motion driven, frequency up-converting piezoelectric energy harvester using flexible base for wearable sensors applications | |
| Trigona et al. | Tri-stable behavior in mechanical oscillators to improve the performance of vibration energy harvesters | |
| US3710150A (en) | Power conversion means | |
| Wu et al. | Piezoelectric spring pendulum oscillator for animal/human motion energy harvesting | |
| Rahman et al. | Harvesting energy from sound and vibration | |
| Tol et al. | Embedded elastic wave mirrors for enhanced energy harvesting | |
| Allamraju et al. | Design and experimental study of novel piezoelectric vibration energy impact mass harvester | |
| Wang et al. | Synchronous charge extraction and voltage inversion (SCEVI): a new efficient vibration-based energy harvesting scheme | |
| US3590288A (en) | Piezoelectric transducer utilizing a catenoidally tapered horn | |
| Mohammadi | Semi-passive vibration control using shunted piezoelectric materials | |
| Chen et al. | Research on vibration energy collector of T-shaped piezoelectric beam | |
| Sun et al. | Study on Piezoelectric Harvesting Mechanism of Nonlinear Cantilever Harvester | |
| Ramkrishnaa et al. | Comparative study between tapping and straining for effective energy harvesting using piezoelectirc disc actuators | |
| ITCT20130012A1 (en) | ELECTROMECHANICAL DEVICE FOR THE RECOVERY OF ENERGY FROM VIBRATIONS ABLE TO ACCUMULATE ELECTRICAL LOADS FROM TENSIONES, BASED ON THE SELF-ADAPTATION PRINCIPLE OF VOLTAGE TO THE HEADS OF AN INDUCTOR THROUGH THE USE OF AN INTERRU | |
| Okayasu et al. | Characteristics of electrical power generation from lead zirconate titanatepiezoelectric ceramics under cyclic loading |