Способ получения электрической энергии от маломощных источников электропитания



Способ получения электрической энергии от маломощных источников электропитания
Способ получения электрической энергии от маломощных источников электропитания

 

H03K3/53 - Импульсная техника (измерение импульсных характеристик G01R; механические счетчики с электрическим входом G06M; устройства для накопления /хранения/ информации вообще G11; устройства хранения и выборки информации в электрических аналоговых запоминающих устройствах G11C 27/02; конструкция переключателей для генерации импульсов путем замыкания и размыкания контактов, например с использованием подвижных магнитов, H01H; статическое преобразование электрической энергии H02M;генерирование колебаний с помощью схем, содержащих активные элементы, работающие в некоммутационном режиме, H03B; импульсная модуляция колебаний синусоидальной формы H03C;H04L ; схемы дискриминаторов с подсчетом импульсов H03D;

Владельцы патента RU 2474042:

Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (RU)

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. Технический результат изобретения состоит в обеспечении накопления небольших по генерируемой мощности импульсов с последующим преобразованием накопленного потенциала в получение электрической энергии, достаточной для электропитания различных потребителей. Отличие заявленного изобретения заключается в накоплении электрических зарядов с высоким потенциалом, а затем периодически производят разряд накопителя на приемник, выполненный в виде накопительного конденсатора, включенного параллельно с аккумулятором электрической энергии. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

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.

1. Способ 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, отличающийся тем, что 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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разряд накопителя передают на приемник, выполненный в виде первичной обмотки трансформатора тока, а часть энергии накопителя передают на приемник через выпрямитель, включенный на вторичную обмотку указанного трансформатора.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что маломощные источники электропитания встраивают в атомобильно-дорожное полотно.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что маломощные источники электропитания встраивают в железнодорожное полотно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники. .

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании управляющих вычислительных систем реального времени, работающих при воздействии мощных электромагнитных импульсных излучений, в том числе импульсов ионизирующего излучения как естественного, так и искусственного происхождения.

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Изобретение относится к интегральным микросхемам и может быть использовано в синхронных системах приема, обработки и передачи цифровых данных, в которых установлены жесткие требования к времени задержки распространения и скважности управляющих сигналов.

Изобретение относится к электротехнике, к сильноточной коммутационной технике и может быть использовано для формирования в низкоимпедансных нагрузках мультимегаамперных импульсов тока с временем нарастания порядка одной и менее микросекунды.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технологии и оборудованию для передачи электроэнергии по одному проводящему каналу. .

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к инфранизкочастотным импульсным устройствам с термозависимыми времязадающими элементами, и может быть использовано в приборах автоматического контроля и регулирования.

Изобретение относится к мощной импульсной технике и может использоваться для генерации конечных последовательностей импульсов тока килоамперного диапазона в активной нагрузке.

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к устройствам генерирования субнаносекундных импульсов. .

Триггер // 2453987
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при создании переключающих устройств, схем включения (запуска) аппаратуры с малыми тепловыми потерями при значительных токах нагрузки.

Изобретение относится к области вычислительной техники и электроники, а именно к способам повышения надежности дискретных электронных систем, работающих в условиях радиации, и более точно, к способам постоянного поэлементного дублирования в дискретных электронных системах, находящихся под воздействием частиц излучения

Изобретение относится к области схемотехники

Изобретение относится к области импульсной и вычислительной техники и может быть использовано при построении самосинхронных вычислительных устройств, систем цифровой обработки информации

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах зажигания, светотехнике, квантовой электронике, в электрофизических установках с высоковольтными емкостными накопителями энергии

Изобретение относится к области автоматики и телемеханики

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к устройствам, аналогичным триггеру Шмитта

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве устройства электронного гистерезиса

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве устройства электронного гистерезиса

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при передаче электрической энергии потребителю с помощью неизолированной линии электропередачи трехпроводного исполнения
Наверх