CC BY
50
ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2004. № 4
ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА И ЭНЕРГЕТИКА
УДК 621.22:621.314.241
пьезоэлектрический преобразователь энергии
© 2004 г. М.Д. Скубилин, А.В. Письменов, В.Н. Джуплин
Энергообеспечение автономных необслуживаемых источников информации морского базирования, например буйковых автоматических метеорологических станций, предполагает использование сменных элементов электропитания, что и трудоемко, и экономически невыгодно, и экологически небезопасно. Пьезоэлектрики находят широкое применение в качестве преобразователей неэлектрических величин в электрические [1]. Альтернативой сменным гальваническим элементам электропитания или аккумуляторам, нуждающимся в периодической подзарядке, может стать устройство с пьезоэлектрическими преобразователями волнения поверхности моря в электрическую энергию.
Известны экологически чистые способы и устройства преобразования тепловой и других видов энергии в электрическую энергию.
Так, способ и устройство преобразования энергии гравитации [2], заключающиеся в перемещении масс вещества и, за счет разности произведения масс на плечи рычагов, вращении ротора генератора электроэнергии, обладает значительными сложностью и себестоимостью, ограниченностью срока функционирования и надежности в работе при незначительной выходной мощности.
Способ и устройство преобразования тепловой энергии окружающей среды [3] состоит в использовании известных свойств ферромагнитных материалов, способных генерировать или поглощать электроэнергию при изменении их температуры, но сложность их технической реализации, малая мощность и значительная себестоимость часто оказываются неприемлемыми.
Энергетическая установка морского базирования [4], содержащая заякоренное плавучее средство с противовесом, в корпусе плавучего средства сквозную шахту и турбоэлектрогенератор постоянного тока, отличается значительными габаритно-весовыми характеристиками, сложностью аппаратурной реализации, высокой себестоимостью и необходимостью в заякорении, что ограничивает её применение.
Энергетическая установка [5] произвольного базирования, содержащая ротор с радиально расположенными спицами, с размещенными на них, по легко -ходовой возвратно-поступательной посадке массами, нитиноловыми элементами, обладающими эффектом
памяти формы и соединенными концами со ступицей и массами, и пьезоэлектрическими элементами, электрически соединенными с концами нитиноловых элементов, способна работать только при использовании пьезоэлектрических и нитиноловых элементов с коэффициентами полезного действия, значительно (на 2^3 порядка) превышающими единицу, что существенно препятствует её реализации для практических целей.
Предлагается устройство преобразования энергии волн моря в электрическую энергию, содержащее плавучее, с противовесом, средство, состоящее из двух и более подвижно сопряженных элементов, способных при волнении моря совершать вращательные или возвратно-поступательные колебания друг относительно друга, и накопитель электрической энергии (НЭ), один на всё устройство. В элементах плавучего средства вмонтированы пьезоэлектрические преобразователи (IIII). преобразователи механических колебаний сопряженных элементов плавучего средства в дискретные силовые воздействия на пьезоэлектрические преобразователи, механически контактирующие с сопряженными элементами плавучего средства и одноименными пьезоэлектрическими преобразователями, и выпрямители тока (ВТ), соединенные входами с электродами одноименных пьезоэлектрических преобразователей, а выходами с накопителем электрической энергии (см. рис. 1 и 2).
F
I
ПП
A3
Рис. 1
В этом устройстве при волнении поверхности моря элементы плавучего средства совершают колебания друг относительно друга, которые преобразуются (см. рис. 3) в дискретные силовые воздействия на пьезоэлектрические преобразователи, по каждому воздействию Е(Г) генерируется электродвижущая сила Е(/), на выходе выпрямителя протекает ток /(/), а в накопителе накапливается электроэнергия W(t). Накопленная в накопителе электроэнергия постоянного тока приемлема для использования потребителями.
ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИМ РЕГИОН.
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ.2004. № 4
р
1 ПП
1
ВТ
нхн<н!
ч<[н>н
НЭ
ПП
ВТ
нхг-кн
н^н
Рис. 2
Будучи установленным на объекте морского базирования, устройство, даже при коэффициенте полезного действия пьезоэлектрических преобразователей в пределах 0,10^0,20, за счет последовательно во времени генерируемых импульсов тока накапливает электрическую энергию, достаточную для информирования потребителя, например буйковой автоматической метеорологической станции для передачи информации о метеорологическом состоянии района её пребывания, об опасности района плавания в точке установке буя, или о динамике перемещении плавучего автономного научно-исследовательского объекта (о координатах пребывания, направлении и скорости, перемещения).
F
I . . к
г г y
к к
vk кк
к к_ь^
W
Рис. 3
Преимущества использования предлагаемых способа и устройства преобразования энергии волн моря в электрическую энергию состоят в том, что они работоспособны в автономном режиме неограниченно долго по времени суток и года, просты в применении, реализуемы на современной элементной базе в произвольных условиях их производства, надежны и долговечны в эксплуатации, не нуждаются в обслуживании до физического износа, обладают экологической чистотой, имеют пониженную себестоимость.
Литература
1. Агеев О.А., Мамиконова В.М., Петров В.В., Котов В.Н., Негоденко О.Н. Микроэлектронные преобразователи неэлектрических величин. Таганрог, 2000.
2. Мезенцев Л.Н. Способ преобразования гравитационной
энергии в механическую энергию вращения и гравитационный двигатель: Заявка ЯИ 2001118518/06, кл. Е030 3/00, б. 10, 2003.
3. Миронов Н.И. Способ конверсии тепла окружающей
среды в электроэнергию и устройство для его осуществления - ферроэссор: Заявка ЯИ 2002120692/06, кл. Н04Я 23/00, б. 6, 2004.
4. Шпаков Г.Т., Шпаков В.Г., Шпаков Е.Г. Энергетическая установка морского базирования: Патент ЯИ 2225530, кл. Е03Б 13/16, б. 7, 2004.
5. Чернышенко Л.В. Пьезоэлектрический тепломеханический двигатель-генератор: Патент ЯИ 2225671, кл. Н02Ы 2/10, б. 7, 2004.
Таганрогский радиотехнический университет
31 мая 2004 г.
