Предложенное техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для зарядки батареи любого мобильного средства связи в т. ч. сотового телефона, Смартфона, радиотелефона, планшетника и т. д. путем преобразования механической энергии в электрическую.
Мобильный телефон — переносное средство связи, предназначенное преимущественно для голосового общения. В настоящее время сотовая связь — самая распространенная из всех видов мобильной связи, поэтому часто мобильным телефоном называют сотовый телефон, хотя мобильными телефонами помимо сотовых являются также спутниковые телефоны, радиотелефоны и аппараты магистральной связи. Любой из вышеназванных аппаратов имеет ограниченный по времени и использованию заряда ресурс аккумуляторной батареи. Мобильный телефон — вещь в наше время просто необходимая. А вместе с ним — и его аккумулятор. И, естественно, большинство из нас вспоминает о его существовании не чаще двух раз в неделю — когда мобильный телефон отказывается работать. Производители сотовых телефонов и аккумуляторных батарей к ним решают данную проблему по-разному. Одни, такие как Philips, создают аккумуляторы с увеличенным сроком ра-боты, другие идут по пути уменьшения эргономичности устройств, третьи оставляют все как есть, заставляя владельца раз в два дня, а то и чаще заряжать аккумулятор. Мы пред-лагаем зарядное устройство, встроенное в корпус аппаратов определенных видов, и спо-собное поддерживать заряд аккумулятора.
В современных мобильных телефонах используются источники питания следую-щих типов (электрохимических систем): никель-кадмиевые (Nickel-Cadmium или сокра-щенно NiCd), никель-металлогидридные (Nickel Metal Hydride или NiMH), литий-ионные (Lithium ion или Li-ion) и литий-полимерные (Lithium polymer или Li-pol). Аккумуляторы характеризуются такими основными параметрами: напряжением, электрической емко-стью; внутренним сопротивлением, током саморазряда и сроком службы.
Напряжение аккумулятора определяется моделью телефона, в котором он исполь-зуется. Аккумулятор может состоять как из одного, так и из нескольких однотипных эле-ментов, соединенных последовательно. Например, в мобильных телефонах используются аккумуляторы с напряжением 3,6 В (один Li-ion элемент или три NiCd или NiMH элемен-та), 4,8 В (только четыре NiCd или NiMH элемента), 6 В (только пять NiCd или NiMH элементов), 7,2 В (два Li-ion элемента или шесть NiCd или NiMH элементов). Таким обра-зом, если телефон питается напряжением 4,8 В или 6 В, то использование в нем литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов невозможно.
Недостатки всех видов источников энергии малый срок службы без перезарядки примерно трое суток для сотового телефона и несколько часов непрерывной работы для других мобильных устройств.
Предложено мобильное средство связи (рис. 1…13) содержит корпус 1, клавиатуру 2, дисплей 3, микрофон 4 и динамик 5. Внутри корпуса 1 установлены электронная плата 6, соединенная электрическими связями 7 с микрофоном 4 и динамиком 5. Электронная плата 8 соединена электрическими проводами 8 с преобразователем энергии 9, который проводами 10, соединен с накопителем энергии 11 и источником электроэнергии 12 (рис. 1).

В качестве накопителя энергии 11 может быть применен или конденсатор большой емкости или ионистор.
Ионистор состоит из двух металлических пластин, плотно прижатых к «начинке» из активированного угля. Уголь уложен двумя слоями, между которыми проложен тонкий разделительный слой вещества, не проводящего электроны. Все это пропитано электролитом. Интересен он тем, что в порах частиц активированного угля возникает так называемый двойной электрический слой — два расположенных близко друг к другу слоя электрических зарядов разного знака, то есть своего рода электрохимический конденсатор. Расстояние между слоями исчисляется ангстремами (1 ангстрем — 10-9 м). А емкость конденсатора, как известно, тем больше, чем меньше расстояние между обкладками.
Благодаря этому запас энергии на единицу объема в двойном слое больше, чем у самого мощного взрывчатого вещества.
Работает ионистор следующим образом. При отсутствии внешнего напряжения его емкость ничтожно мала. Но под действием приложенного к полюсам конденсатора напряжения прилегающие к ним слои угля заряжаются. Находящиеся в растворе ионы противоположного знака устремляются к частицам угля и образуют на их поверхности двойной электрический слой.
Источник электроэнергии 12 содержит электроэлектрет 13 установленный между обкладками конденсатора 14 и 15 (рис. 3 и 4). При этом возможно применение гетероэлектрета (рис. 3) или гомоэлектрета (рис. 4). Облаки конденсатора 14 и 15 могут быть выполнены в виде металлических пластин или металлизированного покрытия.

Электре́т — диэлектрик, длительное время сохраняющий поляризованное состоя-ние после снятия внешнего воздействия, которое привело к поляризации (или заряжению) этого диэлектрика, и создающий в окружающем пространстве квазипостоянное электрическое поле.

Большое количество используемых материалов, методов внешнего воздействия, технологических приемов для создания поляризованного состояния в диэлектриках обуславливают многообразие проявления электретного эффекта в них.
Современные представления об электретном эффекте основаны на двух типах за-рядов в диэлектриках — гетеро- и гомозаряде. Гетерозаряд обусловлен электрической поляризацией в объёме диэлектриков вследствие ориентации диполей, ионной (или электронной) поляризации, а также смещением пространственного заряда. В этом случае отрицательный заряд электрета сосредотачивается у анода, положительный у катода, и возникающее электрическое поле противоположно по направлению полю поляризации.
Гомозаряд обусловлен инжекцией из электродов в диэлектрик носителей зарядов и локализацией их на центрах захвата или рекомбинации электронов и дырок (энергетических ловушках) различной природы. В этом случае у катода располагается связанный отрицательный, а у анода — связанный положительный заряд, и результирующее образующееся поле имеет то же направление, что и поляризующее. Вышеупомянутые ловушки представляют собой энергетические уровни захвата инжектированных носителей заряда в запрещенной зоне диэлектрика или полупроводника.
Существует несколько способов изготовления электретов. Большинство из них основано на том, что диэлектрик помещают в электрическое поле и подвергают дополни-тельному физическому воздействию, которое уменьшает время релаксации диполей либо ускоряет процесс миграции заряженных частиц. В зависимости от вида физического воз-действия различают термо-, электро-, фото-, магнито-, радиоэлектреты и др. Электретное состояние может возникать и без приложения к диэлектрику внешнего электрического поля, например, от механической деформации (механоэлектреты), при заряжении диэлек-трика в поле коронного разряда (короноэлектреты), при нагревании полимеров в контакте с электродами из разнородных металлов (металлополимерные электреты), при электризации трением (трибоэлектреты), под воздействием плазмы тлеющего разряда. Электретный эффект присущ сегнетоэлектрикам (сегнетоэлектреты), тканям живого организма (био-электреты). При фиксировании ориентированных в электрическом поле диполей и смещенных ионов химическим путем, например, вулканизацией, получают хемоэлектреты.
Важнейшей характеристикой электретов, определяемой экспериментально, является эффективная поверхностная плотность зарядов (σэф, Кл/м2), равная разности между гомо- и гетерозарядами. Другим параметром, характеризующим свойства электретов, явля-ется время релаксации зарядов τр (время уменьшения заряда в e раз). Временем жизни электрета τж называется промежуток времени, в течение которого материал сохраняет электретные характеристики. У различных полимеров τж составляет 3 — 10 лет.
Электроэлектреты получают путем воздействия на диэлектрик только электриче-ского поля, без нагрева или облучения, но физический процесс электризации фактически сводится к рассмотренным. Электроэлектреты изготовляются без нагревания и освещения с использованием только электрического поля. Электроэлектрет может быть приготовлен практически из любого полимерного диэлектрика. Данные параметры определяют долговременную стабильность свойств полимерного электрета. Электроэлектреты полу-чают путем поляризации полимеров без термической обработки. Заряд электроэлектретов обусловлен инжекцией зарядов. Механизм образования электроэлектретов обусловлен внедрением носителей заряда из зазора образец электрод.
Для повышения стабильности электроэлектреты подвергают отжигу — прогреванию при повышенной температуре. Ранее полагали, что такая обработка ведет к быстрому спаду быстро релаксирующей компоненты и вследствие этого к стабилизации заряда. Однако в последнее время полагают, что отжиг повышает стабильность электретов благодаря снижению электропроводности поверхностного слоя.
Итак, для получения электроэлектретов показывают, что для образования боль-ших поверхностных зарядов не требуется проводить обработку в поле при повышенных температурах, а достаточно воздействовать электрическим полем, напряженность которо-го близка к пробивной, при комнатной температуре.
В предложенном мобильном средстве связи использованы электроэлектреты 13 в виде полимерной пленки с обкладками конденсатора 14 и 15 в виде металлизированного покрытия с обеих сторон. Металлизированное покрытие выполняет роль электрической шины и предназначено для снятия напряжения с электроэлектретов 13 и его передачи по проводам 10. На обкладки конденсатора 14 и 15 нанесено электроизоляционное покрытие 16 и 17 для исключения утечки тока.
Возможно выполнение электроэлектрета 13 в виде рулона из металлизиированной пленки электроэлектрета 13 (рис. 5 и 6).

Между слоями электроэлектретов 13 с обкладками конденсатора 14 и 15 в виде металлизированного покрытия проложена электроизоляционная прокладка 18 для исключения короткого замыкания (рис. 6).
Между электретом 12 и обкладками конденсатора 14 и 15 с обоих сторон могут быть выполнены слои пористого активированного углерода 19 и 20, пропитанного электролитом (рис. 7). Слои активированного углерода 16 и 17 выполняют роль ионисторов, т. е. многократно увеличивают емкость конденсатора.

Возможны три варианта компоновки источника электроэнергии 12 (фиг. 8…10).

Первый – в котором источник электроэнергии 12 выполнен в корпусе 21 из диэлектрического материала и установлен на корпусе 1 мобильного устройства связи см. рис. 8 (средства крепление на рис. 8 не показаны), а разъем 22 мобильного средства связи и разъем 23 источника электроэнергии 12 соединены кабелем 24). В этом случае предложенная полезная модель может использоваться на ранее изготовленных мобильных средствах связи.
Во втором варианте корпус источника электроэнергии 12 установлен внутри корпуса 1 мобильного средства связи (рис. 9). Этот вариант предпочтительнее.
В третьем варианте в корпусе 1 дополнительно установлен аккумулятор 25, например никель-кадмиевый (рис. 10).

На рис. 11 приведен вариант источника электроэнергии 12 в начале эксплуатации, электроэлектреты 13 полностью заряжены при изготовлении источника электроэнергии 12.

На рис. 12 приведен вариант источника электроэнергии 12 после длительной работы.

На рис. 13 приведен вариант источника электроэнергии 12 после подзарядки от электрического поля земли.

РАБОТА ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
При работе с мобильным средством связи, например сотовым телефоном, абонент не менее 30 % времени в сутки находится в движении, передвигается пешком, едет в автомобиле и перемещается по офису. При сеансах связи заряд в электроэлектретах 13 расходуется (рис. 8) Электрическое поле земли (между ее поверхностью и ионосферой составляет около 150 В на 1 м на уровне моря и постоянно действует на электроэлектрет 13. При толщине электроэлектрета 13 всего в 10 мм он будет постоянно подзаряжаться напряжением 1,5 В. Если этого напряжения недостаточно можно соединить последователь-но от 2-х до 4-х электроэлектретов 13. Ток по проводам 10 поступает на преобразователь 9 для стабилизации напряжения и далее к накопителю энергии 11 или к электронной плате 6 при работе мобильного средства связи. При наличии аккумулятора 25 осуществляется его подзарядка для компенсации израсходованной электроэнергии.
Можно использовать электрическое поле земли для подзарядки электроэлектретов 13, являющихся основой источника электроэнергии.
Применение полезной модели позволило значительно повысить ресурс работы мобильного средства связи за счет использования «замороженного электричества» электро-электретов.
В принципе возможно создание источника электроэнергии, который может работать в течение всего срока эксплуатации мобильного средства связи (обычно 3…5 лет) без подзарядки от внешнего устройства зарядки.

Авторы статьи: Академик Дудышев Валерий дсмитриевич

Патентный поверенный РФ, рег № 466 Болотин Николай Борисович