Изобретение относится к области электротехники и может быть использована 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 работы, 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 предлагаем зарядное устройство, встроенное в корпус аппаратов определенных видов, и способное поддерживать заряд аккумулятора.
Мобильное средство связи (рис. 1…22) 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, аккумулятор 8 соединенный электрическими проводами 9 с электронной платой 6, электрогенератор 10, который проводами 11, содержащими автоматический выключатель 12 соединен с аккумулятором 8 (рис. 1).

При этом генератор электрической энергии 10 содержит корпус 13, в ячейках 14 которого установлены грузы 15.
Грузы 15 могут быть выполнены из любого материала, в частности из керамики или стекла. Предпочтительно грузы 15 выполнить из металла с диэлектрическим покрытием, чтобы исключить короткое замыкание внутри ячеек 14. Наиболее предпочтительно грузы 15 выполнить из свинца. В этом случае мощность электрогенератора 10 при тех же гадаритах возрастет в несколько раз.
Возможно применение в качестве материала для грузов 15 предварительно заряженных электретов, которые будут дополнительно усиливать электрическое поле внутри ячеек 14, что способствует повышению КПД электрогенератора 10.
На всех стенках ячеек 14 установлены механоэлектреты 16. В механоэлектретах 16 электрическая энергия образуется при деформации электретов (от ударов). В частном случае могут быть использованы трибоэлектреты, в которых электрическая энергия обра-зуется от трения.
Ячейки 14 могут быть выполнены в виде параллелепипеда с основанием в форме квадрата (рис. 2) или в форме шестиугольника (рис. 3). Между электрогенератором 10 и аккумулятором 8 установлен преобразователь 17, предназначенный для снижения напряжения и его стабилизации.

Электре́т — диэлектрик, длительное время сохраняющий поляризованное состояние 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 от-рицательный 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 (биоэлектреты). 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 го-мо- и гетерозарядами. Другим параметром, характеризующим свойства электретов, является 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.
Возможна установка на выходе из электрогенератора 10 перед автоматическим выключателем 12 накопителя энергии 18 в виде конденсатора (фиг. 1), для исключения пере-зарядки аккумулятора 8.
В предложенном мобильном средстве связи использованы механоэлектреты 16 в виде полимерной пленки с металлизированным покрытием 19 и 20 с обеих сторон (рис. 4). Металлизированное покрытие 19 и 20 выполняет роль электрической шины и предназначено для снятия напряжения с электретов и его передачи по проводам 11. В то же время, из-за очень малой толщины оно не препятствует деформации механоэлектретов 16.
Возможны два варианта компоновки электрогенератора 10, который выполнен в корпусе 13 из диэлектрического материала (рис. 5).

В первом варианте корпус 13 закреплен на корпусе 1 мобильного средства связи (средства крепление на рис. 1…22 не показаны), а разъем 21 мобильного средства связи и разъем 22 электрогенератора 10 соединены кабелем 23 (рис. 6). В этом случае предложенное изобретение может использоваться на ранее изготовленных мобильных средствах связи.
Во втором варианте корпус 20 электрогенератора 10 установлен внутри корпуса 1 мобильного средства связи (рис. 7). Этот вариант предпочтительнее.
На фиг. 8 приведен вариант электрогенератора 10 с ячейками 14, имеющими основание квадратной (прямоугольной) формы и цилиндрическими грузами 15, На фиг. 9 приведен вариант электрогенератора 10, установленного вне корпуса 1 мобильного средства связи и с грузами 15 цилиндрической формы, На фиг. 10 приведен вариант электро-генератора, установленного внутри корпуса 1 мобильного средства связи и цилиндрическими грузами 15.

На рис. 11 и 12 приведен электрогенератор 10 с грузами 15 в форме шара. На рис. 13 приведена ячейка 14 шестигранной формы.

На рис. 14 и 15 приведен электрогенератор 10 с механоэлектретами 16 в виде три-боэлектретов и установкой цилиндрических грузов в ячейки 14 без зазора. В этом случае энергия вырабатывается не от ударов, а от трения произведенного грузами 15.
На рис. 16 приведено средство мобильной связи, конкретно сотовый телефон, в ко-тором электрогенератор 10 совмещен с клавиатурой 2.

На рис. 17 приведена электрическая схема соединения механоэлектретов 16, размещенных на торцовых стенках ячейки 14, при этом к металлизированному покрытию 19 присоединен провод 24, а к металлизированному покрытию 20 – провод 25. На рис. 18 приведена схема вывода электрического тока из электрогенератора 10. К разъему 22, который может быть выполнен коаксиальным, присоединены провода 24 и 25.
На рис. 19 приведена схема вывода электрической энергии с механоэлектретов 16, расположенных на боковых стенках ячейки 14. Вывод потенциала с этих механоэлектретов 16 осуществлен проводами 26 и 27. Провода 24, 25, 26 и 27 соединены попарно параллельно. Это увеличивает общий ток и мощность электрогенератора 10, т. к. он вырабатывает ток при колебании корпуса 1 мобильного средства связи, в частности сотового теле-фона в любой плоскости.

На рис. 20…22 приведена схема выработки энергии в механоэлектретах 16 в дина-мике. Электрический заряд в предварительно заряженных механоэлектретах 16 постоянно уменьшается (рис. 21), но вследствие периодических ударов грузов 15 в механоэлектретах 16 снова наводится статическое электричество (рис. 22) и оно используется для подзарядки аккумулятора 8.

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 этом грузы 15 совершают колебательные движения и ударяют по механоэлектретам 16, постоянно вырабатывая в них электрическое напряжение. Ток по проводам 11 поступает на преобразователь 17 для снижения и стабилизации напряжения и далее в аккумулятор 8 и постоянно заряжает его. При полном заряде аккумулятора 8 автоматический выключатель 12 отключает генератор электроэнергии 10 от аккумулятора 8. Управление автоматическим выключателем 12 может быть осуществлено по напряжению на выходе из аккумулятора 8. (средство измерения напряжения на фиг. 1 не показано).
Применение этого изобретения позволило значительно повысить надежность работы мобильного средства связи за счет увеличения ресурса работы аккумулятора в сотни и тысячи раз, т. е. в течение всего срока эксплуатации мобильного средства связи без подзарядки от внешнего устройства зарядки.

Автор статьи  Патентный поверенный РФ, рег № 466

Болотин Николай Борисович