[go: up one dir, main page]

RU2362263C2 - Piezoelectric generator - Google Patents

Piezoelectric generator Download PDF

Info

Publication number
RU2362263C2
RU2362263C2 RU2006120049/06A RU2006120049A RU2362263C2 RU 2362263 C2 RU2362263 C2 RU 2362263C2 RU 2006120049/06 A RU2006120049/06 A RU 2006120049/06A RU 2006120049 A RU2006120049 A RU 2006120049A RU 2362263 C2 RU2362263 C2 RU 2362263C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piezoelectric element
vibromechanism
piezoelectric
drive lever
spring
Prior art date
Application number
RU2006120049/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006120049A (en
Inventor
Александр Вильямович Казакевич (RU)
Александр Вильямович Казакевич
Original Assignee
Александр Вильямович Казакевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Вильямович Казакевич filed Critical Александр Вильямович Казакевич
Priority to RU2006120049/06A priority Critical patent/RU2362263C2/en
Publication of RU2006120049A publication Critical patent/RU2006120049A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2362263C2 publication Critical patent/RU2362263C2/en

Links

Images

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: piezoelectric generator is meant for emergency power supply for low-power devices - mobile telephones and electronic locks. The generator has an actuating arm, which can act on a piezoelectric element through an actuating device, made in form of a vibromechanism meant for converting movement of the actuating arm into pulsed effect on the piezoelectric element. The actuating arm can be linked to the vibromechanism through a damper spring or mechanical spring mechanism, and the vibromechanism can be self-exciting.
EFFECT: simplicity and reliability of the design; high output of electrical energy for single mechanical action on the actuating arm.
2 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к пьезоэлектрическим генераторам и может быть использовано в устройствах с малым потреблением энергии, например в устройствах аварийного питания мобильных телефонов и в электронных замках.The invention relates to piezoelectric generators and can be used in devices with low energy consumption, for example in emergency power devices for mobile phones and electronic locks.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен пьезоэлектрический генератор, содержащий приводной механизм в виде ротора и пьезоэлемент в виде статора, на котором закреплены один или несколько дисковых биморфных пьезоэлементов. С помощью закрепленных на роторе роликов осуществляется круговая деформация пьезоэлемента. Данное устройство построено с использованием вращающихся частей, что снижает надежность и ресурс изделия (RU 2113757 С1, опубликован 20.06.1998).A known piezoelectric generator containing a drive mechanism in the form of a rotor and a piezoelectric element in the form of a stator on which one or more disk bimorph piezoelectric elements are fixed. With the help of the rollers fixed on the rotor, circular deformation of the piezoelectric element is carried out. This device is built using rotating parts, which reduces the reliability and resource of the product (RU 2113757 C1, published on 06/20/1998).

Известен также пьезоэлектрический генератор, выполненный в виде пьезозажигалки для прикуривания, содержащий приводной рычаг, установленный с возможностью воздействия на пьезоэлемент посредством приводного устройства, выполненного в виде пружинного ударного механизма. Данное устройство обеспечивает осуществление одного цикла воздействия на пьезоэлемент и соответственно позволяет генерировать энергию, достаточную для получения одного искрового разряда. Использование варианта этого механизма, позволяющего при одном нажатии на приводной рычаг осуществлять ряд ударов по пьезоэлементу, позволяет повысить объем генерируемой энергии, но сопряжено со снижением ресурса и технической надежности устройства (RU 2217662 С2, опубликован 27.11.2003).Also known is a piezoelectric generator made in the form of a piezo lighter for lighting, comprising a drive lever mounted to act on the piezoelectric element by means of a drive device made in the form of a spring shock mechanism. This device provides a single cycle of action on the piezoelectric element and, accordingly, allows you to generate enough energy to obtain one spark discharge. Using a variant of this mechanism, which allows a single stroke on the drive lever to carry out a series of strokes on the piezoelectric element, can increase the amount of generated energy, but is associated with a decrease in the resource and technical reliability of the device (RU 2217662 C2, published November 27, 2003).

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является пьезоэлектрический генератор, выполненный в виде зажигалки для поджога газа в газовых плитах. Устройство содержит подвижный приводной рычаг, установленный с возможностью безударного воздействия на пенал с пьезоэлектрическими элементами посредством приводного устройства, выполненного в виде рычажного механизма. Однократное воздействие на приводной рычаг позволяет получить серию искровых разрядов, что свидетельствует о значительном объеме генерируемой энергии. Все же, величина электроэнергии, генерируемой данным устройством, недостаточна для некоторых применений, например, для аварийного питания мобильного телефона (RU 92002101 А, опубликован 30.10.1994).The closest analogue to the claimed invention is a piezoelectric generator, made in the form of a lighter for burning gas in gas stoves. The device comprises a movable drive lever mounted with the possibility of shockless impact on the pencil case with piezoelectric elements by means of a drive device made in the form of a lever mechanism. A single exposure to the drive lever allows you to get a series of spark discharges, which indicates a significant amount of generated energy. Nevertheless, the amount of electricity generated by this device is insufficient for some applications, for example, for emergency power supply of a mobile phone (RU 92002101 A, published on 10/30/1994).

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDESCRIPTION OF THE INVENTION

Задачей изобретения является создание простого по конструкции, надежного пьезоэлектрического генератора с высокой отдачей электрической энергии при однократном механическом воздействии на приводной рычаг.The objective of the invention is the creation of a simple in design, reliable piezoelectric generator with a high return of electrical energy with a single mechanical impact on the drive lever.

Технический результат, позволяющий решить эту задачу - преобразование поступательного перемещения приводного рычага в пульсирующее циклическое воздействие на пьезоэлемент.The technical result that allows to solve this problem is the conversion of the translational movement of the drive arm into a pulsating cyclic effect on the piezoelectric element.

Технический результат достигается тем, что в пьезоэлектрическом генераторе, содержащем приводной рычаг, установленный с возможностью воздействия на пьезоэлемент посредством приводного устройства, в соответствии с формулой изобретения, последнее выполнено в виде вибромеханизма, преобразующего перемещение рычага в пульсирующее воздействие на пьезоэлемент, причем рычаг может быть связан с вибромеханизмом посредством амортизирующей пружины или заводного пружинного механизма, а вибромеханизм может быть выполнен автоколебательным.The technical result is achieved by the fact that in a piezoelectric generator containing a drive lever mounted with the possibility of influencing the piezoelectric element by means of the drive device, in accordance with the claims, the latter is made in the form of a vibro-mechanism that converts the movement of the lever into a pulsating effect on the piezoelectric element, and the lever can be connected with a vibro mechanism by means of a shock-absorbing spring or a winding spring mechanism, and the vibro mechanism can be self-oscillating.

Признаками, отличительными от наиболее близкого аналога, являются:Signs that distinguish from the closest analogue are:

- приводное устройство выполнено в виде вибромеханизма;- the drive device is made in the form of a vibromechanism;

- вибромеханизм преобразует перемещение приводного рычага в пульсирующее воздействие на пьезоэлемент;- vibromechanism converts the movement of the drive arm into a pulsating effect on the piezoelectric element;

- приводной рычаг может быть связан с вибромеханизмом посредством амортизирующей пружины;- the drive lever may be associated with a vibro mechanism by means of a shock absorber spring;

- приводной рычаг может быть связан с вибромеханизмом посредством заводного пружинного механизма.- the drive lever may be associated with a vibro mechanism through a winding spring mechanism.

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯMODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

Далее изобретение поясняется описанием примера конкретного выполнения и чертежами,The invention is further illustrated by the description of an example of a specific implementation and the drawings,

где на фиг.1 изображена условная кинематическая схема пьезоэлектрического генератора и положение его элементов;where figure 1 shows a conventional kinematic diagram of a piezoelectric generator and the position of its elements;

на фиг.2 показан пьезоэлектрический генератор с дополнительными функциональными элементами, введенными в соответствии с альтернативными признаками формулы изобретения.figure 2 shows a piezoelectric generator with additional functional elements introduced in accordance with alternative features of the claims.

Генератор содержит пьезоэлемент 1 (фиг.1), выполненный в виде пьезопластины (пакета из нескольких пьезопластин), закрепленной одним концом в корпусе 2, и снабженный электрическими выводами (не показаны). На корпусе поворотно установлен приводной рычаг 3 с рукояткой 4 на конце. Вибромеханизм образован установленными подвижно пружинным лепестком 5 и толкателем 6. Лепесток 5 размещен в направляющих 7 с возможностью взаимодействия своим первым концом 8 с приводным рычагом 3. Второй конец 9 лепестка 5 отжат возвратной пружиной 10 в сторону приводного рычага 3. Толкатель 6 размещен на свободном конце поворотно установленного рычага 11 с возможностью взаимодействия одним концом с боковой поверхностью лепестка 5, выполненной рифленой, а другим концом - с незакрепленным концом пьезоэлемента 1. Обращенный к лепестку 5 конец толкателя 6 оснащен роликом 12, предназначенным для исключения трения между толкателем 6 и лепестком 5.The generator contains a piezoelectric element 1 (figure 1), made in the form of a piezoelectric plate (a package of several piezoelectric plates), fixed at one end in the housing 2, and provided with electrical leads (not shown). A drive lever 3 with a handle 4 at the end is rotary mounted on the housing. The vibro mechanism is formed by the movable spring lobe 5 and the pusher 6. The petal 5 is placed in the guides 7 with the possibility of interaction with its first end 8 with the drive lever 3. The second end 9 of the blade 5 is pressed by the return spring 10 towards the drive lever 3. The pusher 6 is placed on the free end the pivotally mounted lever 11 with the possibility of interaction with one end with the side surface of the petal 5, made corrugated, and the other end with the loose end of the piezoelectric element 1. The end facing the petal 5 then Catel 6 equipped with a roller 12 designed to avoid friction between the tappet 6 and 5 lobe.

В этой конструкции первый конец 8 лепестка 5 в соответствии с альтернативным признаком формулы изобретения выполняет функцию жесткой связи рычага 3 с вибромеханизмом.In this design, the first end 8 of the petal 5, in accordance with an alternative feature of the claims, functions as a rigid connection of the lever 3 with the vibromechanism.

Отличия конструкции, показанной на фиг.2, заключаются в следующем.Differences in the design shown in figure 2, are as follows.

На первом конце 8 лепестка 5 (фиг.2) в соответствии с альтернативным признаком формулы изобретения установлена выполненная в виде пружинной отгибки лепестка 5 амортизирующая пружина 14, предназначенная для снижения вибрации на приводном рычаге 3 и для его перемещения в темпе, не связанном с работой вибромеханизма. Приводной рычаг 3 в соответствии с альтернативным признаком формулы изобретения может быть также связан с вибромеханизмом посредством заводного пружинного механизма (не показан), позволяющего накапливать в устройстве механическую энергию впрок.At the first end 8 of the petal 5 (FIG. 2), in accordance with an alternative feature of the claims, a shock absorber spring 14 made in the form of a spring bending of the petal 5 is installed, designed to reduce vibration on the drive arm 3 and to move it at a pace not associated with the operation of the vibromechanism . The drive lever 3 in accordance with an alternative feature of the claims may also be associated with a vibromechanism by means of a winding spring mechanism (not shown) that allows the mechanical energy to be stored in the device for future use.

Для снижения усилия на ручке 4, а также между элементами вибромеханизма, последнему, в соответствии с п.2 формулы изобретения, приданы свойства колебательной системы путем введения в конструкцию дополнительных элементов - пружинного элемента 15 и инерционной массы 16, связанных с толкателем 6, а также демпфирующей пружины 17 между толкателем 6 и пьезоэлементом 1.To reduce the effort on the handle 4, as well as between the elements of the vibro-mechanism, the latter, in accordance with claim 2, is given the properties of an oscillating system by introducing additional elements into the design - a spring element 15 and an inertial mass 16 connected to the pusher 6, and a damping spring 17 between the pusher 6 and the piezoelectric element 1.

Ролик 13 на конце толкателя 6 снабжен по периферии выступами, отвечающими впадинам рифленой поверхности лепестка.The roller 13 at the end of the pusher 6 is provided on the periphery with protrusions corresponding to the depressions of the corrugated surface of the petal.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Для приведения устройства в действие нажимают на ручку 4 (фиг.1) приводного рычага 3. Он поворачивается, нажимая на конец 8 лепестка 5. Лепесток 5, преодолевая действие возвратной пружины 10, перемещается в направляющих 7 и под воздействием перекатывающегося по его рифленой поверхности ролика 12 изгибается, циклически нажимая на толкатель 6. Тот передает пульсирующее усилие на незакрепленный конец пьезоэлемента 1, в результате чего на выводах пьезоэлемента 1 появляется меняющее знак электрическое напряжение, которое поступает на выпрямительную схему и схему накопления заряда (не показаны).To actuate the device, press the handle 4 (Fig. 1) of the drive lever 3. It rotates by pressing the end 8 of the petal 5. The petal 5, overcoming the action of the return spring 10, moves in the guides 7 and under the influence of the roller rolling along its corrugated surface 12 is bent, cyclically pressing the pusher 6. He transfers a pulsating force to the loose end of the piezoelectric element 1, as a result of which the sign-changing electrical voltage appears on the terminals of the piezoelectric element 1, which is supplied to the rectifier circuit and charge storage circuit (not shown).

При снятии усилия с ручки 4 лепесток 5 и рычаг 4 под действием возвратной пружины 10 возвращаются в исходное положение. При этом процесс генерации электроэнергии повторяется вновь.When removing the force from the handle 4, the petal 5 and the lever 4 under the action of the return spring 10 return to their original position. In this case, the process of generating electricity is repeated again.

Очевидно, что в случае отсутствия необходимости в генерации электроэнергии на обратном ходе приводного рычага 3 конструкция может быть модифицирована таким образом, что взаимодействие лепестка 5 и толкателя 6 на этом этапе происходить не будет.It is obvious that in the absence of the need for generating electricity in the reverse stroke of the drive lever 3, the design can be modified so that the interaction of the petal 5 and the pusher 6 at this stage will not occur.

Функционирование конструкции, показанной на фиг.2, имеет ряд следующих особенностей.The functioning of the structure shown in figure 2, has a number of the following features.

Вибрацию на приводном рычаге 3 (фиг.2) гасит амортизирующая пружина 14. Если последняя имеет невысокую жесткость, перемещение приводного рычага 3 можно производить в ускоренном темпе, при этом вибромеханизм будет функционировать под действием сжатой амортизирующей пружины 14.The vibration on the drive lever 3 (figure 2) dampens the shock absorber spring 14. If the latter has a low stiffness, the movement of the drive lever 3 can be done at an accelerated pace, while the vibromechanism will function under the action of the compressed shock absorber spring 14.

Если приводной рычаг 3 связан с вибромеханизмом посредством заводного пружинного механизма, устройство позволяет накапливать механическую энергию "впрок" - в темпе, не связанном с темпом передачи энергии от вибромеханизма к пьезоэлементу 1. При этом темп работы вибромеханизма определяется частотой его автоколебаний, определяемой жесткостью пружинного элемента 15 и величиной инерционной массы 16, а усилие на рычаге 3 благодаря накоплению энергии в вибромеханизме меньше, чем в механизме, показанном на фиг.1. Соответственно меньше и износ элементов конструкции. Демпфирующая пружина 17 и амортизирующая пружина 14 ослабляют связь колебательной системы (15, 16) с внешними «жесткими» подсистемами - пьезоэлементом 1 и приводным рычагом 3, что обеспечивает условия для накопления энергии в колебательной системе (15, 16). Следует отметить, что благодаря наличию демпфирующей пружины 17 рифленая часть лепестка 5 может быть выполнена жесткой.If the drive lever 3 is connected to the vibromechanism by means of a winding spring mechanism, the device allows you to accumulate mechanical energy "for future use" - at a pace that is not related to the rate of energy transfer from the vibromechanism to the piezoelectric element 1. The rate of operation of the vibromechanism is determined by the frequency of its oscillations, determined by the stiffness of the spring element 15 and the value of the inertial mass 16, and the force on the lever 3 due to the accumulation of energy in the vibro mechanism is less than in the mechanism shown in figure 1. Accordingly, less wear and tear on structural elements. The damping spring 17 and the shock-absorbing spring 14 weaken the connection of the oscillatory system (15, 16) with external “rigid” subsystems — the piezoelectric element 1 and the drive lever 3, which provides conditions for the accumulation of energy in the oscillatory system (15, 16). It should be noted that due to the presence of the damping spring 17, the corrugated part of the petal 5 can be made rigid.

Наличие выступов на внешней поверхности ролика 13 позволяет ему при перемещении лепестка 5 "шагать" выступами по впадинам рифленой части лепестка 5, поворачиваясь в них как в локальных центрах поворота. Благодаря этому снижается износ взаимодействующих поверхностей ролика 13 и лепестка 5.The presence of protrusions on the outer surface of the roller 13 allows him to move the petal 5 to "step" with the protrusions along the troughs of the corrugated part of the petal 5, turning in them as in local turning centers. Due to this, the wear of the interacting surfaces of the roller 13 and the petal 5 is reduced.

Таким образом, предложенная конструкция, обладая простотой и надежностью, обеспечивает генерирование значительного объема электроэнергии при однократном механическом воздействии на приводной рычаг 3.Thus, the proposed design, having simplicity and reliability, provides the generation of a significant amount of electricity with a single mechanical impact on the drive lever 3.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯAPPLICATION AREA

Изобретение может быть использовано в устройствах с малым потреблением энергии, например, в устройствах аварийного питания мобильных телефонов и в электронных замках, оснащенных поворотной ручкой: нажатие на ручку, приводящую в действие пьезоэлектрический генератор, обеспечит получение электрической энергии, достаточной для запитывания электронной схемы и срабатывания электромеханизма замка.The invention can be used in devices with low energy consumption, for example, in emergency power supply devices for mobile phones and in electronic locks equipped with a rotary handle: pressing the handle driving the piezoelectric generator will provide sufficient electrical energy to power the electronic circuit and operate lock electromechanism.

Claims (1)

Пьезоэлектрический генератор, содержащий приводной рычаг (3), установленный с возможностью воздействия на пьезоэлемент (1) посредством приводного устройства, отличающийся тем, что последнее выполнено в виде вибромеханизма (5, 13, 6), предназначенного для преобразования перемещения приводного рычага (3) в пульсирующее воздействие на пьезоэлемент (1), причем приводной рычаг (3) может быть связан с вибромеханизмом (5, 13, 6) посредством амортизирующей пружины (14) или заводного пружинного механизма, а вибромеханизм (5, 13, 6) может быть выполнен автоколебательным. A piezoelectric generator containing a drive lever (3), mounted with the possibility of influencing the piezoelectric element (1) by means of a drive device, characterized in that the latter is made in the form of a vibromechanism (5, 13, 6), designed to convert the movement of the drive lever (3) to a pulsating effect on the piezoelectric element (1), and the drive lever (3) can be connected with the vibro mechanism (5, 13, 6) by means of a shock absorber spring (14) or a winding spring mechanism, and the vibro mechanism (5, 13, 6) can be self-oscillating solid.
RU2006120049/06A 2006-06-08 2006-06-08 Piezoelectric generator RU2362263C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006120049/06A RU2362263C2 (en) 2006-06-08 2006-06-08 Piezoelectric generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006120049/06A RU2362263C2 (en) 2006-06-08 2006-06-08 Piezoelectric generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006120049A RU2006120049A (en) 2007-12-27
RU2362263C2 true RU2362263C2 (en) 2009-07-20

Family

ID=39018423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006120049/06A RU2362263C2 (en) 2006-06-08 2006-06-08 Piezoelectric generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2362263C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2058509C1 (en) * 1990-02-28 1996-04-20 Фламагаз, С.А. Liquified-gas-operated kitchen lighter
RU2113757C1 (en) * 1993-03-19 1998-06-20 Самойлов Валерий Михайлович Piezoelectric direct current generator
RU2217662C2 (en) * 2001-04-26 2003-11-27 Ки-чул ЛИ Piezoelectric gas lighter with jet unit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2058509C1 (en) * 1990-02-28 1996-04-20 Фламагаз, С.А. Liquified-gas-operated kitchen lighter
RU2113757C1 (en) * 1993-03-19 1998-06-20 Самойлов Валерий Михайлович Piezoelectric direct current generator
RU2217662C2 (en) * 2001-04-26 2003-11-27 Ки-чул ЛИ Piezoelectric gas lighter with jet unit

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006120049A (en) 2007-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201252497Y (en) Piezoelectric self-powered low power consumption remote controller
US8410667B2 (en) Electrical generators for low-frequency and time-varying rocking and rotary motions
CN101866768B (en) Environment-friendly remote switch for lamps
CN109742972B (en) A piezoelectric ceramic power generation device and method
EP1362381A1 (en) Piezoelectric generator
CN110474561B (en) Friction-piezo-electromagnetic hybrid generator with tension-compression full-stroke energy capture
CN101447748A (en) Piezoelectric self-powersupply low power consumption remote controller
CN204271949U (en) Pontoon bridge monitoring system is from maintaining cantilever piezoelectric power supply
CN106555727A (en) A kind of ocean wave energy piezoelectric generating device and its working method
JPH0990065A (en) Portable equipment with power generator
CN203288466U (en) Central-symmetric remote control switch with double piezoelectric oscillators
CN109150007A (en) A kind of magnetic suspension vibrating prisoner energy battery
CN110601587A (en) Energy storage type friction nano generator capable of efficiently capturing intermittent motion energy
RU2362263C2 (en) Piezoelectric generator
CN109973575A (en) A spring generating type shock absorber
CN203423635U (en) Self-sustaining cymbal piezoelectric generating apparatus
CN110611414B (en) Hybrid nano-generator for supplying power to portable and wearable electronic equipment through low-frequency vibration and mechanical impact
CN102386804A (en) Self-powered device of automobile remote keyless entry
CN206759340U (en) Corrugated piezoelectric cantilever beam vibration energy collector
CN202795737U (en) Piezoelectric power generation remote controller
KR102517133B1 (en) Piezoelectric energy harvesting devices
JP2003061369A (en) Piezoelectric power-generating unit
CN111555660B (en) A dandelion-shaped piezoelectric vibration energy harvesting device
CN109546889B (en) Time-sharing multiplexing piezoelectric type energy collecting device
JP3170752U (en) Power generator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090609