Пьезоэлектрический первичный источник энергии перепада температур

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно - к емкостным преобразователям энергии, и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с периодическим перепадом температур, например дневных и ночных, либо в полете искусственного спутника Земли на орбите при вхождении в тень планеты и выходе из нее. Устройство с помощью емкости преобразует энергию перепада температур. Устройство включает брусок из любого диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры, пластины емкости, одна из которых закреплена неподвижно, а вторая подвижная прикреплена к одному концу бруска из диэлектрического материала, при этом второй конец этого бруска жестко закреплен на неподвижном основании, материал, имеющий высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например сегнетоэлектрик, пьезоэлемент, установленный в пространство между неподвижным корпусом устройства и концом подвижного диэлектрического материала и жестко закрепленный с ними по обеим сторонам. При этом пьезоэлемент выполняет функции источника питания. Техническим результатом является отсутствие дополнительного потребления энергии для первичной зарядки пластин. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно - к емкостным преобразователям энергии, и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с периодическим перепадом температур, например дневных и ночных, либо в полете искусственного спутника Земли на орбите при вхождении в тень планеты и выходе из нее. Устройство преобразует энергию перепада температур, например, между днем и ночью в электрическую энергию.

Известны устройства получения энергии на основе использования эффекта перепада температур, например патент RU №2489793, опубл. 10.08.2013.

В известном устройстве имеется брусок из любого диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры, две пластины емкости, одна из которых закреплена неподвижно, а вторая подвижная прикреплена к одному концу бруска из диэлектрического материала. Второй конец этого бруска жестко закреплен на неподвижном основании.

Между неподвижной и подвижной пластинами конденсатора помещен материал, имеющий высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например сегнетоэлектрик. Этот диэлектрик помещен между пластинами емкости таким образом, что одна его часть плотно закреплена к неподвижной пластине емкости, а противоположная часть обращена к второй подвижной пластине. Между этой частью сегнетоэлектрика и подвижной пластиной устанавливается небольшой воздушный зазор, который подбирается таким образом, что при максимальном удлинении бруска из пластика подвижная пластина плотно прижимается к нему, а при минимальном размере бруска из пластика подвижная пластина емкости отодвигается от сегнетоэлектрика и образует воздушный зазор. Устройство образует емкость, одна из пластин которой является подвижной.

Устройство также имеет источник возбуждения постоянного тока и контакты, необходимые для заряда емкости в момент максимального сближения пластин и для снятия напряжения в нагрузку в момент их максимального раздвижения.

Когда изменяется внешняя температура, брусок меняет свои линейные размеры и отодвигает или приближает подвижную пластину емкости к неподвижной, в зависимости от направления изменения температуры, меняя тем самым значение емкости конденсатора.

При помещении устройства в пространство с высокой температурой, брусок увеличивает свои размеры в осевом направлении и придвигает подвижную пластину к диэлектрику, имеющему высокую относительную диэлектрическую проницаемость, плотно прижимая ее к нему. В этом случае емкость устройства будет максимальной и пропорциональной относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика, помещенного между пластинами емкости. В этом состоянии пластины подключаются к контактам источника возбуждения постоянного тока, после чего конденсатор заряжается зарядами до напряжения возбуждения. Далее источник возбуждения отключается, и конденсатор отсоединяется от него.

При понижении температуры, например ночью, брусок уменьшает свои линейные размеры в осевом направлении и отодвигает подвижную пластину от диэлектрика, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость, создавая зазор между ней и диэлектриком. В этом случае емкость устройства резко скачком упадет пропорционально снижению относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика вследствие появления воздушного зазора между пластиной емкости и диэлектриком. При этом емкость уменьшается, а напряжение вырастает. Когда подвижная пластина отодвинется на максимальное удаление от неподвижной пластины, напряжение вырастает до максимума, контакт подключается к ней и разряжает ее в сеть на нагрузку. Далее процесс повторяется с периодическим падением и ростом внешней температуры.

Вследствие падения емкости на конденсаторе, напряжение его пропорционально растет, и нагрузка получает напряжение, более высокое по сравнению с напряжением источника возбуждения.

Необходимость иметь дополнительно источник энергии для возбуждения в известном устройстве является недостатком.

Задачей настоящего изобретения является устранение данного недостатка за счет использования энергии пьезоэлемента, установленного в устройство.

Техническим результатом является отсутствие дополнительного потребления энергии для первичной зарядки пластин.

Схема устройства приведена на чертеже, где 1 - брусок из любого диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры, 2 и 3 - пластины емкости, одна из которых закреплена неподвижно, а вторая подвижная прикреплена к одному концу бруска 1 из диэлектрического материала, при этом второй конец этого бруска жестко закреплен на неподвижном основании, 4 - материал, имеющий высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например сегнетоэлектрик, 5 - пьезоэлемент.

На чертеже представлены: а) - положение системы при высокой температуре t°max - емкость заряжается до напряжения возбуждения Uв; б) - положение системы при низкой температуре t°min, система разряжается на нагрузку.

Сущность изобретения следующая. В известное устройство добавлен пьезоэлемент 5, который помещается между одним концом бруска из пластика и неподвижной стенкой, жестко закрепленный к этой стенке одной стороной, например приклеенный, и также жестко закреплен к концу диэлектрического бруска 1.

Линейные размеры диэлектрического бруска 1 подбираются таким образом, чтобы при его максимальном удлинении он плотно придвигал подвижную пластину к диэлектрику, имеющему высокую относительную диэлектрическую проницаемость, и кроме того, создавал силу давления на пьезоэлемент.

Устройство работает следующим образом. При помещении устройства в пространство с высокой температурой, брусок увеличивает свои размеры в осевом направлении и придвигает подвижную пластину к диэлектрику, имеющему высокую относительную диэлектрическую проницаемость, плотно прижимая ее к нему. В этом случае емкость устройства будет максимальной и пропорциональной относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика, помещенного между пластинами емкости. Одновременно брусок создает давление на пьезоэлемент, на выходных контактах которого появляется напряжение.

В этом состоянии пластины емкости подключаются к контактам пьезоэлемента, после чего конденсатор заряжается зарядами до напряжения возбуждения.

При понижении температуры, например ночью, брусок уменьшает свои линейные размеры в осевом направлении, и так как он жестко закреплен одним концом к пьезоэлементу, который тоже жестко закреплен к бруску и неподвижной стенке, то второй его конец отодвигает подвижную пластину от диэлектрика, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость, создавая зазор между ней и диэлектриком, одновременно отключая эту пластину от вывода пьезоэлемента. В этом случае емкость устройства резко скачком упадет пропорционально снижению относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика вследствие появления воздушного зазора между пластиной емкости и диэлектриком. При этом емкость уменьшается, а напряжение на выходе пропорционально возрастает. Когда подвижная пластина отодвинется на максимальное удаление, напряжение вырастает до максимума, пластина подсоединяется к нагрузке. Далее процесс повторяется с периодическим падением и ростом внешней температуры.

Вследствие падения емкости на конденсаторе, напряжение его, полученное от пьезоэлемента, пропорционально растет, и нагрузка получает напряжение, более высокое по сравнению с напряжением пьезоэлемента.

Пьезоэлектрический первичный источник энергии перепада температур, состоящий из емкости, одна пластина которой закреплена неподвижно, а вторая закреплена на подвижном диэлектрическом материале, который передвигается при помощи энергии перепада температур и имеет возможность отдаляться и приближаться к неподвижной пластине, источника возбуждения и контактной системы, обеспечивающей заряд емкости при сближении пластин и разряд при максимальном их отдалении, отличающийся тем, что в пространство между неподвижным корпусом устройства и концом подвижного диэлектрического материала дополнительно установлен пьезоэлемент, который жестко закреплен с ними по обеим сторонам и выполняет функции источника питания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электромашиностроения. Технический результат: повышение эксплуатационной надежности емкостного двигателя, повышение технологичности, упрощение конструкции.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, в частности к микроэлектромеханическим генераторам, преобразующим энергию механических колебаний в электрическую энергию, и может быть использовано для подзаряда химического источника тока.

Изобретение относится к электротехнике. Электростатический генератор содержит расположенный на валу и состоящий из диэлектрического материала цилиндр.

Изобретение относится к технике высоких напряжений, к электростатическим генераторам с транспортерами-проводниками. Технический результат состоит в повышении мощности.

Изобретение относится к области электротехники и направлено на достижение технического результата, состоящего в повышении точности и расширении функциональных возможностей микроэлектромеханических систем за счет использования реверсивного микродвигателя вращения в качестве углового шагового микро-, нанопозиционера, реверсивного высокоэнергоемкого быстродействующего вращательного микропривода в шаговом и квазиустановившимся режимах.

Изобретение относится к области преобразования электрической энергии, а именно к устройствам преобразования статического электричества в электрическую энергию небольших напряжений при малых токах.

Изобретение относится к области генерации электроэнергии путем электризации диэлектрических веществ, а именно к устройствам, в которых тепловая или кинетическая энергия преобразуется в электрическую энергию путем ионизации жидкой или газовой среды и снятия с нее заряда.

Изобретение относится к области генерации электроэнергии путем электризации диэлектрических веществ, а именно к устройствам, в которых тепловая или кинетическая энергия преобразуется в электрическую энергию путем ионизации жидкой или газовой среды и снятия с нее заряда.

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам электромеханического преобразования энергии и является быстродействующим высокоэнергоемким емкостным преобразователем энергии, изготавливаемым методами технологии микроэлектроники, может быть использовано в устройствах, в которых необходимо создание больших механических сил за короткое время, например в устройствах впрыска топлива в цилиндры двигателей внутреннего сгорания, инжекторов струй жидкости, в микродвигателях для микролетательных аппаратов и микророботов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для промышленного получения электроэнергии, а также в технологиях индукционного нагрева вещества.

Изобретение относится к системам очистки воздуха с использованием электрического поля для поляризации частиц и материала и может использоваться в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, автономных блоках фильтров или вентиляторах, а также в промышленных системах очистки воздуха. Технический результат состоит в снижении габаритов и расширении функциональных возможностей за счет обеспечения сепарации твердых частиц воздуха. В электростатическом сепараторе диэлектрический корпус состоит из нескольких секций, разделенных разделительными перегородками, и содержит заземляющие решетки, а также заряжающие электроды, предварительно заземленные. Проволочный электрод подключен к источнику положительного постоянного тока напряжением большим, чем напряжение источника питания металлических электродов. Изобретение обеспечивает отделение частиц газов, различающихся по их удельному весу друг от друга, и их раздельный сбор в приемные секционированные ячейки с возможностью их раздельной утилизации путем поляризации частиц газов в электростатическом поле и их осаждения на металлических электродах. 1 ил.

Электростатический генератор высокого напряжения (ЭГВН) относится к устройствам, предназначенным для генерации высокого напряжения или высоковольтных электрических разрядов и может использоваться для генерации импульсов тока высокого напряжения в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания. В настоящем изобретении в качестве ЭГВН используется электрический конденсатор переменной емкости (ЭКПЕ), емкость которого зависит от расстояния между электродами ЭКПЕ, главным отличием которого от аналогов является дополнительное использование диэлектрического материала с повышенной электрической прочностью, специально помещаемого в пространство, образующееся между электродами ЭКПЕ при увеличении расстояния между ними в процессе работы ЭКПЕ. Это необходимо для того, чтобы уменьшить величину напряжения электрического пробоя между электродами ЭКПЕ и тем самым во много раз увеличить рабочее напряжение и мощность ЭГВН. Наиболее перспективным является использование для этих целей жидкого диэлектрика, который естественным образом заполняет все внутреннее пространство между электродами ЭКПЕ при отдалении электродов ЭКПЕ друг от друга и вытесняется из этого пространства при обратном сближении электродов ЭКПЕ. 7 з.п. ф-лы.

Способ электромеханического преобразования энергии и электрополевой движитель на его основе относятся к электромашиностроению, в частности к способам и устройствам электромеханического преобразования электрической энергии в механическую и могут найти широкое применение в промышленности, транспорте, бытовой технике, воздухоплавании, космонавтике и других областях человеческой деятельности, заменить существующие неэкономичные двигатели внутреннего сгорания и электрические машины электромагнитной индукции. Согласно изобретению преобразуют энергию электрического поля, действующего между механически связанными между собой заряженными подвижными обкладками электрического конденсатора, в механическую энергию их взаимного вращательного или поступательного движения, для чего указанные обкладки располагают в диэлектрической среде и разворачивают друг относительно друга таким образом, чтобы образующаяся при этом между обкладками результирующая сила электростатического взаимодействия была ориентирована в направлении требуемого их перемещения. Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия и упрощение процесса преобразования энергии электрического поля в механическую энергию. Способ экологически чист. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к двигательным и энергосистемам транспортных средств (объектов), перемещающихся в любых средах, в т.ч. в воздушно-космическом пространстве. На объекте, взаимодействующем с физическими полями пространства, дополнительно создают генератор электроэнергии (ГЭ), имеющий роторы с дополнительными периферийными массивными телами (РМТ), и разгонно-тормозные блоки, закрепленные на корпусе двух колец, взаимно противоположно вращающихся (с нулевым гироскопическим моментом) соосно валу динамо-машины. Внутри колец на крепежной раме установлены блоки в виде полых цилиндров с параллельными осями симметрии. Внутри них крепят несколько пар РТМ с осями вращения, параллельными оси цилиндра. Все блоки размещены определённым образом по отношению к плоскости симметрии объекта. Магнитные и индуктивные элементы ГЭ располагают в зависимости от оптимальной (по максим. электроэнергии) скорости вращения ротора ГЭ. Синхронизируют моменты прохождения магнитами ротора ГЭ катушек статора ГЭ с моментами прохождения массивными телами РТМ областей их торможения. Техническими результатами изобретений являются возможность автономной работы объекта, увеличение его тяги в выбранном направлении, уменьшение энергозатрат и расширение области применения. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к преобразователям электрической энергии в механическую и обратно за счет электростатических сил кулоновского притяжения между зарядами противоположных знаков и может использоваться в промышленности и технике в качестве электрических двигателей и генераторов. Технический результат состоит в повышении мощности и улучшении силовых характеристик. Электрическая машина емкостная (ЭМЕ) с ротором и статором, состоящими из множества плоскопараллельных электродов, чередующихся друг за другом, обеспечивает одновременное движение всех электродов ротора между электродами статора. Электроды ЭМЕ плоскопараллельной конструкции совершают маятниковые колебания. Для обоих вариантов используются электроды, выполненные в виде лент или пленок, находящихся в состоянии постоянного натяжения и зафиксированных в таком состоянии в конструкции ЭМЕ, что позволяет размещать в ограниченном объеме большее количество взаимодействующих плоскопараллельных электродов. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно - к емкостным преобразователям энергии, и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с периодическим перепадом температур, например дневных и ночных, либо в полете искусственного спутника Земли на орбите при вхождении в тень планеты и выходе из нее. Устройство с помощью емкости преобразует энергию перепада температур. Устройство включает брусок из любого диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры, пластины емкости, одна из которых закреплена неподвижно, а вторая подвижная прикреплена к одному концу бруска из диэлектрического материала, при этом второй конец этого бруска жестко закреплен на неподвижном основании, материал, имеющий высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например сегнетоэлектрик, пьезоэлемент, установленный в пространство между неподвижным корпусом устройства и концом подвижного диэлектрического материала и жестко закрепленный с ними по обеим сторонам. При этом пьезоэлемент выполняет функции источника питания. Техническим результатом является отсутствие дополнительного потребления энергии для первичной зарядки пластин. 1 ил.

Наверх