JP2010534052A - 容量型電流発電機 - Google Patents
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Abstract
Description
静電容量は、C=C0/[1+ε(δ/d)]である。
この式で、C0は誘電体層間に空隙のない可変コンデンサの静電容量であり、εは誘電体誘電率であり、dは誘電体層の厚さであり、δは(t−d)(誘電体層間の空隙)に等しく、tは導電プレートの間のギャップの合計である。この式は、δ<<dの状況に当てはまる。この式から、静電容量の重大な低下をもたらさない許容できる空隙は、誘電体の厚さのε倍小さいものであるべきである。
Claims (22)
- 容量型発電回路(G)は、伝動装置からの機械的力に応答して電流を発生するように構成され、
プライミング電荷回路(P)は、プライミングコンデンサ(102、103)の静電容量を変化させるように前記伝動装置と機械的に結合され、且つ前記容量型発電回路(G)に電気的に接続され、前記機械的力に応答してプライミング電荷を発生し、前記容量型発電回路(G)へ送出する、プライミングコンデンサ(102、103)を備えることを特徴とする容量型電流発電機。 - 前記プライミング電荷回路(P)は、第2の可変コンデンサ(103)付の回路内の第1の可変コンデンサ(102)と、前記機械的伝動装置によって同期式で順次駆動されるように構成された配列のスイッチとを備えることを特徴とする請求項1に記載の発電機。
- 前記プライミングコンデンサ(102、103)の前記静電容量は、前記伝動装置による運動に応答して同相で変化するように構成され、前記スイッチ(K)は、前記プライミングコンデンサの極板間で開閉するように構成され、その結果、
前記伝動装置の第1の位置では、前記プライミングコンデンサ(102、103)上の初期電荷は、前記プライミングコンデンサの極板(104、105、106、107)間で均等に分散され、このとき前記プライミングコンデンサ(102、103)の前記静電容量は最小であり、
前記スイッチは、前記伝動装置の第2の位置への運動に応答して開き、前記コンデンサ極板(104、105、106、107)を互いに他のものから絶縁するように構成され、
前記コンデンサ極板の前記静電容量は、同時に最大値へ上昇させられることになり、それによって、1つのプライミングコンデンサの1つ極板(106)上の比較的小さなプラス電荷ともう1つのプライミングコンデンサの1つの極板(105)上のマイナス電荷(−q)とが絶縁され、その一方で、残りの極板は、発電機回路(1)と連絡している間は実質的に中性に帯電され、
前記伝動装置(18)による第3の位置へのさらなる運動に応答して、それぞれの帯電した極板(105、106)を、他方のコンデンサのそれぞれの中性帯電状態の極板(104、107)に接続し、それによって、前記発電機コンデンサ回路(1)上の電荷が増加され、
前記伝動装置の前記第1の位置へ戻るさらなる運動に応答して、電荷が増加し、前記初期電荷として働くことを特徴とする請求項2に記載の発電機。 - 前記可変プライミングコンデンサ(102、103)は、前記コンデンサ極板間の誘電体の誘電率を変化させることにより、それらの静電容量を変化させることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の発電機。
- 各コンデンサ(102、103)は、向かい合わせに配置された誘電体層が各極板(104、105、106、107)に備わっている可動極板および固定子極板を有し、前記誘電体層は、高誘電体誘電率の領域(15)および比較的低誘電体誘電率の領域(16)を有し、これらの領域は、一方の極板が他方に対して動くとき、それぞれの対向する誘電体層上の前記高誘電体誘電率の領域が一致し、前記低誘電体誘電率の領域が一致して前記コンデンサの前記静電容量を最小限にし、また、前記伝動装置による変位で、
前記低誘電体誘電率の領域(15)が前記高誘電体誘電率の領域(16)と一致して前記プライミングコンデンサの前記静電容量を最大化するように構成されることを特徴とする請求項4に記載の発電機。 - 前記発電機回路は、
誘電体によって分離された1対の導電層(9、10、11、12)をそれぞれが備える第1の可変コンデンサ(1)および第2の可変コンデンサ(2)と、
前記可変コンデンサのうちの一方(1)の1枚のコンデンサ極板(5)の導電層(9)と前記コンデンサの他方(2)の導電層(10)との間を電気的に連絡する電気エネルギー抽出デバイス(8)と、
各コンデンサ(1、2)に結合され、外部供給源からの機械的衝撃に応答して、前記導電層間の距離を変化させることなく、同期して各コンデンサの前記静電容量(1、2)を逆位相で変化させる機械的伝動装置とを有し、それによって、
前記コンデンサ(1、2)上にプライミング電荷が蓄積されたとき、前記電気エネルギー抽出デバイス(8)によって前記プライミング電荷が伝導されて電気エネルギーが抽出されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の発電機。 - 誘電体によって分離された1対の導電層(9、10、11、12)をそれぞれが備える第1の可変コンデンサ(1)および第2の可変コンデンサ(2)と、
前記可変コンデンサのうちの一方(1)の1枚のコンデンサ極板(5)の導電層(9)と前記コンデンサの他方(2)の導電層(10)との間に接続された電気エネルギー抽出デバイス(8)と、
外部供給源からの機械的力に応答して、前記導電層間の距離を変化させることなく、一方の静電容量が増加するとき他方の静電容量が減少するように、各コンデンサの静電容量(1、2)を変化させるために各コンデンサ(1、2)に結合された機械的伝動装置(18)とにより、
前記コンデンサ(1、2)上にプライミング電荷が蓄積されたとき、前記電気エネルギー抽出デバイス(8)によって前記プライミング電荷が伝導されて電気エネルギーが抽出されることを特徴とする発電機。 - 前記機械的伝動装置(18)は、各コンデンサ(1、2)の前記静電容量が前記誘電体誘電率と同相で変化するように、各コンデンサ(1、2)の前記導電層(9、10、11、12)間の前記誘電体の前記誘電率を変化させることを特徴とする請求項7に記載の発電機。
- 各導電層(9、10、11、12)は、それぞれの誘電体層(13、13a、14、14a)を支持してコンデンサ極板(3、4、5、6)を形成し、前記第1のコンデンサ(1)は1対の前記極板(3、5)から形成され、前記第2のコンデンサ(2)は前記極板(4、6)の第2の対から形成され、
各誘電体層(13、13a、14、14a)は、高誘電率誘電体領域に比べて低い誘電率の誘電体の低誘電体領域(16)によって分離された高誘電率の誘電体から形成された高誘電体領域(15)を有し、
前記コンデンサ(1、2)のそれぞれは、1対の前記極板(3、4、5、6)で形成され、前記誘電体層(13、13a、14、14a)は、前記導電層(9、10、11、12)の間で対向する関係にあり、また、前記機械的伝動装置は、各コンデンサ(1、2)の前記誘電体層(13、13a、14、14a)のうちの1つを前記極板と平行な面内にある方向へ動かし、その結果、前記高誘電体領域(15)と前記低誘電体領域(16)との一致の変化が静電容量の変化をもたらすことを特徴とする請求項8に記載の発電機。 - 各コンデンサの前記極板のうちの1つは、各コンデンサの固定子極板(5、6)である他方に対して運動可能な可動極板(3、4)であり、前記機械的伝動装置は、前記固定子極板(5、6)のそれぞれの前記誘電体層(11、14)に対するそれぞれの前記可動極板(3、4)の前記誘電体層(12、13)の変位をもたらすために、前記可動極板(3、4)を変位させるように結合されることを特徴とする請求項9に記載の発電機。
- 前記発電機の可動極板(3、4)は、共通のアーマチュア上に背中合わせの関係で取り付けられることを特徴とする請求項10に記載の発電機。
- 前記対向する誘電体層(11、12、13、14)の対向面は、平坦であって、前記発電機のエネルギー密度を向上させることを特徴とする請求項9または10に記載の発電機。
- 前記対向面は、研磨されていることを特徴とする請求項12に記載の発電機。
- 前記可動極板は、回転子であることを特徴とする請求項9ないし13のいずれかに記載の発電機。
- 前記極板(3、4、5、6)は、ディスクであることを特徴とする請求項14に記載の発電機。
- 前記機械的伝動装置は、前記可動極板(3、4)を往復運動させることを特徴とする請求項12ないし15のいずれかに記載の発電機。
- 前記領域は、細長片であることを特徴とする請求項9ないし16のいずれかに記載の発電機。
- 前記細長片は、放射状に広がることを特徴とする請求項2および請求項17に記載の発電機。
- 第1の可変コンデンサ(1)および第2の可変コンデンサ(2)は、可動極板および固定子極板をそれぞれ備え、
各極板は、前記極板の向かい合う面の間に存在する導電層(9、10、11、12)および誘電体層を備え、
それぞれの前記コンデンサ(1、2)の前記導電層(9、12)のうちの1つは、電気エネルギー抽出デバイスを含む導体(7)を介して電気的に接続され、
各コンデンサ(1、2)は、外部供給源からの機械的原動力に応答して各コンデンサ(1、2)の前記可動極板を前記固定子極板に対して動かすことにより各コンデンサの静電容量(1、2)を変化させる、機械的伝動装置に結合され、それによって、
前記コンデンサ(1、2)上にプライミング電荷が蓄積されたとき、前記プライミング電荷が導体(7)を通って運搬されて、前記電気エネルギー抽出デバイスに電気エネルギーを抽出させ、各コンデンサ(1、2)の前記導電層の前記向かい合う面は、前記可動極板が前記固定子極板に対して動かされるとき、前記極板間の前記誘電体が変化して前記静電容量を変化させるように成形されることを特徴とする発電機。 - 前記極板は、コルゲーションの形に成形されることを特徴とする請求項19に記載の発電機。
- 前記コルゲーションは、長方形断面を有し、その結果、前記コルゲーションの対向するリブは、相対運動の方向において類似の幅の平坦な相補的対向面を示すことを特徴とする請求項20に記載の発電機。
- 前記対向する極板の一方では、前記リブを分離するチャネルは各リブ幅に類似の幅を有し、前記対向する極板の他方では、前記リブを分離する前記チャネルは各リブの前記幅の整数倍の幅を有することを特徴とする請求項21に記載の発電機。
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