RU2225671C2 - Piezoelectric thermomechanical motor-generator set - Google Patents
Piezoelectric thermomechanical motor-generator set Download PDFInfo
- Publication number
- RU2225671C2 RU2225671C2 RU2001116777/06A RU2001116777A RU2225671C2 RU 2225671 C2 RU2225671 C2 RU 2225671C2 RU 2001116777/06 A RU2001116777/06 A RU 2001116777/06A RU 2001116777 A RU2001116777 A RU 2001116777A RU 2225671 C2 RU2225671 C2 RU 2225671C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric
- thermomechanical
- elements
- nitinol
- electrodes
- Prior art date
Links
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится одновременно к тепломеханическим двигателям, работающим при малом температурном градиенте, и пьезоэлектрическим генераторам. Пьезоэлектрический тепломеханический двигатель-генератор сочетает свойства тепломеханического двигателя и пьезоэлектрического генератора. Может быть использован во всех областях народного хозяйства. The present invention relates simultaneously to thermomechanical engines operating at a small temperature gradient, and piezoelectric generators. A piezoelectric thermomechanical engine generator combines the properties of a thermomechanical engine and a piezoelectric generator. It can be used in all areas of the national economy.
Известен пьезоэлектрический генератор, содержащий пьезоэлектрический элемент с электродами, работающий на изгиб (см. книгу В.В. Лавриненко, И.А. Карташева, B.C. Вишневского. Пьезоэлектрические двигатели. М.: Энергия, 1980 г., стр. 102-103). Known piezoelectric generator containing a piezoelectric element with electrodes, working in bending (see the book of V.V. Lavrinenko, I.A. Kartashev, BC Vishnevsky. Piezoelectric motors. M .: Energy, 1980, pp. 102-103) .
Известный пьезоэлектрический генератор преобразует приложенную к ротору механическую энергию в электрическую, однако его конструкция не дозволяет осуществлять непосредственное преобразование энергии гравитационного поля в электрическую. The well-known piezoelectric generator converts the mechanical energy applied to the rotor into electrical energy, but its design does not allow the direct conversion of the energy of the gravitational field into electrical energy.
Известен тепломеханический двигатель, содержащий проходящие через зоны нагрева и охлаждения колесо с радиально расположенными изогнутыми биметаллическими элементами с массами на свободных концах (патент СССР 19407, кл. F 03 G 7/00, 1929 г.). A thermomechanical engine is known comprising a wheel passing through heating and cooling zones with radially arranged curved bimetallic elements with masses at the free ends (USSR patent 19407, class F 03 G 7/00, 1929).
Известная конструкция двигателя не позволяет непосредственно преобразовывать энергию гравитационного поля в механическую энергию без внешних источников тепловой энергии. The known engine design does not directly convert the energy of the gravitational field into mechanical energy without external sources of thermal energy.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является тепломеханический двигатель, содержащий частично погруженное в резервуар с горячей водой колесо с валом и радиально расположенными нитиноловыми элементами, обладающими эффектом памяти формы (SU 1094984 А, МПК 7 F 03 G 7/06, опубл. 30.05.1984 г. - прототип). Closest to the proposed invention is a thermomechanical engine containing a wheel partially immersed in a hot water tank with a shaft and radially arranged nitinol elements having a shape memory effect (SU 1094984 A, IPC 7 F 03 G 7/06, publ. 05/30/1984 g . - prototype).
Известная конструкция двигателя не позволяет непосредственно преобразовывать энергию гравитационного поля в механическую энергию без внешних источников тепловой энергии. The known engine design does not directly convert the energy of the gravitational field into mechanical energy without external sources of thermal energy.
Задача предлагаемого изобретения заключается в расширении эксплуатационных и функциональных возможностей путем непосредственного преобразования энергии гравитационного поля в электрическую и механическую энергию. The task of the invention is to expand the operational and functional capabilities by directly converting the energy of the gravitational field into electrical and mechanical energy.
Технический результат достигается тем, что пьезоэлектрический тепломеханический двигатель-генератор, содержащий вал, установленный в опорах с возможностью вращения, и радиально расположенные нитиноловые элементы, обладающие эффектом памяти формы и соединенные с массами, на которые воздействует гравитационное поле, снабжен пьезоэлектрическими элементами с электродами, электроды электрически соединены через выключатель с концами нитиноловых элементов, а массы воздействуют через рычаги на пьезоэлектрические элементы и периодически деформируют их. The technical result is achieved by the fact that a piezoelectric thermomechanical engine generator containing a shaft mounted in bearings with the possibility of rotation, and radially arranged nitinol elements having a shape memory effect and connected to masses affected by the gravitational field, is equipped with piezoelectric elements with electrodes, electrodes electrically connected through the switch to the ends of the nitinol elements, and the masses act through the levers on the piezoelectric elements and periodically deform them.
Наличие отличительных признаков обусловливает соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна". The presence of distinctive features determines the compliance of the proposed technical solution to the criterion of "novelty."
Заявляемое техническое решение соответствует также критерию "изобретательский уровень", поскольку не обнаружено решений с признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа, и критерию "промышленная применимость". The claimed technical solution also meets the criterion of "inventive step", since no solutions with features distinguishing the claimed technical solution from the prototype and the criterion of "industrial applicability" were found.
Возможность достижения технического результата подтверждается нижеследующими теоретическими выводами: нагревание нитиноловых элементов возможно не только путем контакта их с нагретой жидкостью или газом, но и пропусканием по ним электрического тока (см. а.с. 612784, a.c. 598773, a.с. 700888, a.c. 817143). При деформации пьезоэлектрических элементов, которая возникает в результате воздействия на них силы веса массы, в цепи, соединяющей электроды пьезоэлемента, в момент замыкания ее выключателем возникает импульс тока (см. книгу С.П. Калашникова. Электричество. М.: Наука, 1977 г., стр.97-104, рис. 72, 74, 75). Следовательно, если создать условия, при которых будет возникать периодическая деформация пьезоэлементов, а по нитиноловым элементам периодически будет протекать ток, который их будет периодически нагревать, то в результате изменения размеров нитиноловых элементов возникнет дисбаланс масс. Если же при этом создать условия, при которых ток будет периодически протекать в нитиноловых элементах, расположенных с одной стороны от вертикальной оси симметрии, и в тот же самый момент времени не будет тока в нитиноловых элементах, расположенных с другой стороны от вертикальной оси симметрии, то вал двигателя придет во вращение под воздействием постоянно поддерживающегося дисбаланса масс. The possibility of achieving a technical result is confirmed by the following theoretical conclusions: heating of nitinol elements is possible not only by contacting them with a heated liquid or gas, but also by passing electric current through them (see AS 612784, ac 598773, a.s. 700888, ac 817143). When a piezoelectric element is deformed, which arises as a result of the action of a mass weight force, a current pulse arises in the circuit connecting the piezoelectric element’s electrodes when it is closed by a switch (see the book by S. P. Kalashnikov. Electricity. M .: Nauka, 1977 ., pp. 97-104, Fig. 72, 74, 75). Therefore, if we create the conditions under which periodic deformation of the piezoelectric elements will occur, and the current will periodically flow through the nitinol elements, which will periodically heat them, then a mass imbalance will occur as a result of a change in the size of the nitinol elements. If, however, create conditions under which the current will periodically flow in nitinol elements located on one side of the vertical axis of symmetry, and at the same time there will be no current in nitinol elements located on the other side of the vertical axis of symmetry, then the motor shaft will come into rotation under the influence of a constantly maintained mass imbalance.
Периодическую деформацию пьезоэлементов можно создать, если привести внешним толчком двигатель во вращение, при этом пьезоэлементы будут работать преимущественно на изгиб. Пьезоэлемент, работающий на изгиб, описан в книге С.Г. Калашникова. Электричество. М.: Наука, 1977 г., на стр.104, рис.75. Periodic deformation of piezoelectric elements can be created if the motor is rotated with an external push, while the piezoelectric elements will work mainly in bending. A bend piezoelectric element is described in S.G. Kalashnikov. Electricity. M .: Nauka, 1977, on p. 104, Fig. 75.
Условия, при которых ток будет периодически протекать в нитиноловых элементах, расположенных с одной стороны от вертикальной оси симметрии, и в тот же самый момент времени не будет тока в нитиноловых элементах, расположенных с другой стороны от вертикальной оси симметрии, можно создать конструктивно различными способами. The conditions under which current will periodically flow in nitinol elements located on one side of the vertical axis of symmetry, and at the same time there will be no current in nitinol elements located on the other side of the vertical axis of symmetry, can be created constructively in various ways.
На чертеже схематично представлен общий вид пьезоэлектрического тепломеханического двигателя-генератора (промежуточные элементы конструкции не показаны). The drawing schematically shows a General view of a piezoelectric thermomechanical engine generator (intermediate structural elements are not shown).
Массы 1 закреплены на нитиноловых элементах 2, обладающих эффектом памяти формы. Нитиноловые элементы 2 закреплены на рычагах 3, которые шарнирно установлены на диске 4 с одной степенью свободы в вертикальной плоскости. Шарнирное соединение обозначено позицией 5. Рычаги 3 с одной стороны зафиксированны упорами 6, которые неподвижно закреплены на диске 4 и ограничивают движение (поворот) рычагов 3 против часовой стрелки. На диске 4 неподвижно закреплены пьезоэлементы 7 с электродами (на чертеже электроды не показаны). Электроды пьезоэлементов 7 электрически соединены проводником (проводом) 8 с концами нитиноловых элементов 2. Нитиноловые элементы 2 электрически изолированы от рычагов 3 и масс 1. Между пьезоэлектрическими элементами 7 и рычагами 3 установлены диэлектрические прокладки 9. Диск 4 выполнен из диэлектрического материала и установлен на валу 10. На диске 4 установлены по окружности концевые выключатели 11, а на опоре 12 установлены замыкающий сектор 13 и замыкающий сектор 14. Проводники 8 разомкнуты концевыми выключателями 11 (на чертеже условно-схематично изображен один концевой выключатель 11). Замыкающий сектор 13 установлен по вертикальной оси симметрии (на входе в правый верхний квадрант координатной плоскости). Замыкающий сектор 14 установлен по горизонтальной оси симметрии (на выходе из правого верхнего квадранта координатной плоскости). Замыкающие сектора 13 и 14 прикреплены к опоре 12 на таком расстоянии от плоскости диска 4, что обеспечивают замыкание концевых выключателей 11 при их входе в зону расположения замыкающих секторов. Все концевые выключатели 11 установлены на диске 4 строго под соответствующими им пьезоэлементами 7 (на чертеже виден только один выключатель). The masses 1 are fixed on nitinol elements 2 having a shape memory effect. Nitinol elements 2 are mounted on levers 3, which are pivotally mounted on disk 4 with one degree of freedom in the vertical plane. The swivel joint is indicated by the position 5. The levers 3 on one side are fixed by stops 6, which are fixedly mounted on the disk 4 and limit the movement (rotation) of the levers 3 counterclockwise. Piezoelectric elements 7 with electrodes are fixedly mounted on the disk 4 (electrodes are not shown in the drawing). The electrodes of the piezoelectric elements 7 are electrically connected by a conductor (wire) 8 to the ends of the nitinol elements 2. The nitinol elements 2 are electrically isolated from the levers 3 and masses 1. Dielectric spacers 9 are installed between the piezoelectric elements 7 and levers 3. The disk 4 is made of dielectric material and mounted on the shaft 10. On the disk 4, limit switches 11 are installed around the circumference, and on the support 12 there is a closing sector 13 and a closing sector 14. The conductors 8 are open by limit switches 11 (in the drawing, a schematic diagram a limit switch 11) adic depicted. The closing sector 13 is installed along the vertical axis of symmetry (at the entrance to the upper right quadrant of the coordinate plane). The closing sector 14 is installed along the horizontal axis of symmetry (at the exit from the upper right quadrant of the coordinate plane). The closing sectors 13 and 14 are attached to the support 12 at such a distance from the plane of the disk 4 that they provide the closure of the limit switches 11 when they enter the zone of location of the closing sectors. All limit switches 11 are installed on the disk 4 strictly under the corresponding piezoelectric elements 7 (only one switch is visible in the drawing).
Для того чтобы двигатель начал работать, ему надо сообщить толчок внешней силой. В начальный момент движения пьезоэлемент 7, находящийся в крайнем верхнем положении, не испытывает изгибающих нагрузок и его электроды не заряжены. После начала движения (по часовой стрелке, как указано на чертеже) соответствующий этому пьезоэлементу концевой выключатель 11 выйдет из зацепления с замыкающим сектором 13 и будет находиться в выключенном состоянии, т. е. электроды пьезоэлемента будут разомкнуты. По мере дальнейшего движения по окружности этот пьезоэлемент будет испытывать все возрастающий изгибающий момент от воздействия массы 1, который передается на пьезоэлемент через нитиноловый элемент 2 и рычаг 3. В результате этого воздействия возникнет соответствующая ему деформация пьезоэлемента, а в результате деформации пьезоэлемента на его электродах появится разность потенциалов. При входе этого пьезоэлемента и соответствующего ему концевого выключателя в зону расположения замыкающего сектора 14 концевой выключатель включится (замкнет электроды пьезоэлемента через проводник 8) и по нитиноловому элементу 2 пройдет импульс тока, который его нагреет. В результате нагрева нитиноловый элемент 2 изменит свои размеры (выпрямится и увеличит свою габаритную длину) и переместит закрепленную на нем массу 1, что создаст общий дисбаланс масс, который будет поддерживать вращение двигателя. In order for the engine to start working, it needs to be informed of a push by an external force. At the initial moment of motion, the piezoelectric element 7, which is in its highest position, does not experience bending loads and its electrodes are not charged. After the start of movement (clockwise, as indicated in the drawing), the limit switch 11 corresponding to this piezoelectric element will disengage from the closing sector 13 and will be in the off state, i.e., the electrodes of the piezoelectric element will be open. With further movement around the circumference, this piezoelectric element will experience an increasing bending moment from the action of mass 1, which is transmitted to the piezoelectric element through the nitinol element 2 and lever 3. As a result of this action, a corresponding deformation of the piezoelectric element will occur, and as a result of deformation of the piezoelectric element on its electrodes will appear potential difference. When this piezoelectric element and its corresponding limit switch enter the zone of closure sector 14, the limit switch will turn on (close the electrodes of the piezoelectric element through conductor 8) and a current pulse will pass through the nitinol element 2, which will heat it. As a result of heating, the nitinol element 2 will change its size (it will straighten and increase its overall length) and move the mass 1 fixed on it, which will create a general mass imbalance that will support the rotation of the engine.
При выходе пьезоэлемента 7 и соответствующего ему концевого выключателя 11 из зоны расположения замыкающего сектора 14 концевой выключатель выключится (разорвет цепь) и на электродах останутся индуцированные заряды. При дальнейшем повороте на 270o нитиноловый элемент 2 будет охлаждаться окружающим воздухом и снова изменит свои размеры в противоположном направлении (примет ту форму и размеры, которые он имел до нагрева), поддерживая тем самым общий дисбаланс масс. При вхождении в зону замыкающего сектора 13 концевой выключатель 11 снова включится (замкнет цепь) и по нитиноловому элементу 2 пройдет импульс тока разряда, который снова его нагреет. Дальше процесс повторится и в результате постоянно поддерживающегося дисбаланса масс двигатель будет вращаться со скоростью, при которой нитиноловые элементы будут успевать охлаждаться.When the piezoelectric element 7 and the corresponding limit switch 11 exit from the location zone of the closing sector 14, the limit switch will turn off (break the circuit) and the induced charges will remain on the electrodes. With a further 270 ° rotation, the nitinol element 2 will be cooled by the surrounding air and again change its dimensions in the opposite direction (will take the shape and dimensions that it had before heating), thereby maintaining a general mass imbalance. When entering the zone of the closing sector 13, the limit switch 11 will turn on again (close the circuit) and a discharge current pulse will pass through the nitinol element 2, which will heat it again. Then the process will be repeated and as a result of the constantly maintained mass imbalance, the engine will rotate at a speed at which the nitinol elements will have time to cool.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001116777/06A RU2225671C2 (en) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | Piezoelectric thermomechanical motor-generator set |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001116777/06A RU2225671C2 (en) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | Piezoelectric thermomechanical motor-generator set |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001116777A RU2001116777A (en) | 2002-07-20 |
RU2225671C2 true RU2225671C2 (en) | 2004-03-10 |
Family
ID=32390022
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001116777/06A RU2225671C2 (en) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | Piezoelectric thermomechanical motor-generator set |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2225671C2 (en) |
-
2001
- 2001-06-15 RU RU2001116777/06A patent/RU2225671C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3957697B2 (en) | Microsystem generator with double thin film | |
US9883552B2 (en) | Heat generator | |
TWI374974B (en) | Method and system for electrical and mechanical power generation using stirling engine principles | |
JPS61502227A (en) | improved generator | |
RU2225671C2 (en) | Piezoelectric thermomechanical motor-generator set | |
JPH0576270B2 (en) | ||
JPS63201376A (en) | Drive utilizing shape memory alloy | |
USRE25242E (en) | Method and apparatus for generating electrical | |
Toader et al. | The Current State of Special Actuators and Motors Researches in the University of Ştefan cel Mare Suceava | |
RU2070989C1 (en) | Wind-power unit | |
CN207968165U (en) | A kind of heat-dissipation motor end cap and synchronous motor | |
KR910010063A (en) | Ignition coil one-piece distributor, ignition coil support member and ignition coil used therein | |
CN207064165U (en) | A kind of device of solar generating with Stirling motor concentration structure | |
Romanescu et al. | Considerations regarding the practical implementation of the heliothermic actuator in the form of flat spiral spring | |
BR9804321A (en) | Electric motor with thermal overload protection and thermal overload protection process in an electric motor. | |
RU1815418C (en) | Drive | |
WO1999050535A1 (en) | High heat producing system | |
SU750126A1 (en) | Apparatus for converting thermal energy to mechanical energy | |
SU759778A1 (en) | Variable inertia-moment flywheel | |
US1023475A (en) | Electric heater. | |
RU2522738C2 (en) | Friction heat generator | |
US20130167535A1 (en) | Rotary Engine with Unidirectional Monatomic Gas Flow, Static Heat Exchangers | |
SU1283436A1 (en) | Heat engine | |
SU1176104A1 (en) | Magnetic-thermal engine | |
JPH01232174A (en) | Power plant utilizing temperature sensing magnetic substance |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050616 |