RU2317631C1

RU2317631C1 - Capacitive electromechanical current generator

Info

Publication number: RU2317631C1
Application number: RU2007103651/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Меркулов; Сергей Кузьмич Голушко
Original assignee: Владимир Иванович Меркулов; Сергей Кузьмич Голушко; Общество с ограниченной ответственностью "Мармирус"
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2008-02-20

Abstract

FIELD: instrumentation engineering; microelectronics.

SUBSTANCE: proposed capacitive electromechanical current generator has variable capacitors with solid ferroelectric plates and movable flexible electrodes in the form of set of rollers made of flexible electricity conductive material; disposed on ferroelectric plates on side of rollers, in parallel with the latter, at certain interval and same pitch, are insulating strips made of low dielectric constant material; position of strips of one capacitor is offset with respect to that of other capacitor.

EFFECT: enhanced specific power capacity.

1 cl, 1 dwg

Description

Емкостный электромеханический генератор тока предназначен для использования в приборостроении, в частности в микроэлектронике.Capacitive electromechanical current generator is intended for use in instrumentation, in particular in microelectronics.

Известно устройство электромеханического преобразования энергии, состоящее из двух электрических конденсаторов переменной емкости, каждый из которых имеет минимальную и максимальную емкость, связанных между собой электрически и механически в противофазе таким образом, что когда одна емкость имеет минимальное значение, другая емкость имеет максимальное значение. Способ работы этого устройства заключается в том, что электрический заряд одной емкости периодически перетекает из одной емкости в другую, совершая полезную работу в электрической нагрузке, включенной последовательно между указанными емкостями. Однако изменение емкости требует подведения механической энергии к конденсаторам (US 4127804, МПК H02N 1/08, опубликован 28.11.1978).A device for electromechanical energy conversion is known, consisting of two electric capacitors of variable capacitance, each of which has a minimum and maximum capacitance, interconnected electrically and mechanically in antiphase so that when one capacitance has a minimum value, the other capacitance has a maximum value. The method of operation of this device is that the electric charge of one tank periodically flows from one tank to another, doing useful work in an electric load connected in series between these tanks. However, changing the capacitance requires the supply of mechanical energy to the capacitors (US 4127804, IPC H02N 1/08, published 11/28/1978).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электростатическое устройство преобразования энергии, состоящее из конденсаторов переменной емкости, в котором используются подвижные эластичные диэлектрики и электроды, принудительное перемещение которых сопровождается изменением емкости конденсаторов (RU 2019900, МПК H02N 1/08, опубликован 15.09.1994).Closest to the invention in technical essence is an electrostatic energy conversion device, consisting of variable capacitors, which use movable elastic dielectrics and electrodes, the forced movement of which is accompanied by a change in the capacitance of capacitors (RU 2019900, IPC H02N 1/08, published September 15, 1994) .

Недостатком указанных устройств является малая удельная мощность, достигаемая в них.The disadvantage of these devices is the low specific power achieved in them.

Задачей данного изобретения является повышение удельной мощности емкостного электромеханического генератора тока.The objective of the invention is to increase the specific power of a capacitive electromechanical current generator.

Поставленная задача решается за счет того, что в емкостном электромеханическом генераторе тока, состоящем из конденсаторов переменной емкости с подвижными эластичными электродами, конденсаторы выполнены из твердых сегнетоэлектрических пластин и подвижных эластичных электродов в виде набора роликов из электропроводящего эластичного материала, а на сегнетоэлектрических пластинах со стороны роликов расположены параллельно роликам с некоторым интервалом и с тем же шагом изолирующие полоски из материала с малой диэлектрической проницаемостью, причем расположение полосок одного конденсатора сдвинуто на полшага по отношению к другому конденсатору.The problem is solved due to the fact that in a capacitive electromechanical current generator, consisting of variable capacitors with movable elastic electrodes, the capacitors are made of solid ferroelectric plates and movable elastic electrodes in the form of a set of rollers from an electrically conductive elastic material, and on ferroelectric plates from the rollers located parallel to the rollers with a certain interval and with the same step, insulating strips of material with a small dielectric constant by capacitance, moreover, the arrangement of the strips of one capacitor is shifted by half a step with respect to the other capacitor.

При этом гибкий диэлектрик заменяется твердым сегнетоэлектриком, который, как известно, обладает большей диэлектрической проницаемостью, чем диэлектрик, а электрод, хотя бы с одной стороны конденсатора, представляет собой набор роликов из эластичного электропроводящего материала, при этом сегнетоэлектрик со стороны роликов покрывается диэлектрическими полосками, расположенными параллельно роликам, с некоторым интервалом между собой и с шагом, совпадающим с шагом расположения роликов.In this case, the flexible dielectric is replaced by a solid ferroelectric, which, as is known, has a higher dielectric constant than the dielectric, and the electrode, at least on one side of the capacitor, is a set of rollers made of elastic electrically conductive material, while the ferroelectric on the rollers side is coated with dielectric strips, located parallel to the rollers, with a certain interval between each other and with a step coinciding with the pitch of the rollers.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема предлагаемого устройства.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the proposed device.

Генератор состоит из двух конденсаторов, образованных сегнетоэлектрическими пластинами 1 и 2, заключенными между жесткими электродами 3 и 4, и общим для обоих конденсаторов электродом, образованным набором роликов 5 из эластичного электропроводящего материала.The generator consists of two capacitors formed by ferroelectric plates 1 and 2, enclosed between the hard electrodes 3 and 4, and a common electrode for both capacitors, formed by a set of rollers 5 made of elastic electrically conductive material.

На сегнетоэлектрических пластинах 1, 2 со стороны роликов 5 и параллельно роликам 5 с некоторым интервалом и с тем же шагом нанесены полоски 6 и 7 из материала с малой диэлектрической проницаемостью, причем расположение полосок одного конденсатора сдвинуто на полшага по отношению к полоскам другого конденсатора. Сегнетоэлектрические пластины 1, 2 установлены таким образом, что они допускают взаимное продольное перемещение (на чертеже показано стрелкой). Жесткие электроды 3 и 4 конденсаторов соединены между собой через электрическую нагрузку 8.On ferroelectric plates 1, 2 from the side of the rollers 5 and parallel to the rollers 5, strips 6 and 7 of material with a low dielectric constant are applied at a certain interval and with the same step, and the arrangement of the strips of one capacitor is shifted by half a step relative to the strips of the other capacitor. Ferroelectric plates 1, 2 are installed in such a way that they allow mutual longitudinal movement (shown in the drawing by an arrow). The hard electrodes 3 and 4 of the capacitors are interconnected via an electric load 8.

Емкостный генератор работает следующим образом.Capacitive generator operates as follows.

Перед началом работы конденсаторы должны быть заряжены до некоторого одинакового начального напряжения сторонним генератором зарядов (на чертеже условно не показан).Before starting work, the capacitors must be charged to a certain identical initial voltage by a third-party charge generator (not conventionally shown in the drawing).

Под действием внешней механической нагрузки конденсаторы - пластины 1 и 2 смещаются друг относительно друга (на чертеже показано стрелками). Эти продольные перемещения будут вызывать перемещение роликов 5 с изолирующих полосок одного конденсатора на изолирующие полоски другого конденсатора, что будет сопровождаться встречным изменением емкостей конденсаторов и, как следствие, периодическим перетеканием зарядов с одного конденсатора на другой через нагрузку 8.Under the action of external mechanical load, the capacitors - plates 1 and 2 are displaced relative to each other (shown in the drawing by arrows). These longitudinal displacements will cause the rollers 5 to move from the insulating strips of one capacitor to the insulating strips of the other capacitor, which will be accompanied by a counter change in the capacitance of the capacitors and, as a consequence, the periodic flow of charges from one capacitor to another through load 8.

Наличие в цепи нагрузки приведет к появлению разницы потенциалов между двумя конденсаторами. В результате чего электростатические силы притяжения, действующие на обкладки конденсаторов, имея противоположные знаки, не будут совпадать по величине.The presence in the load circuit will lead to the appearance of a potential difference between the two capacitors. As a result, the electrostatic forces of attraction acting on the capacitor plates, having opposite signs, will not coincide in magnitude.

Таким образом, перемещение конденсаторов относительно друг друга потребует приложения внешней силы, которая и будет совершать работу, преобразуемую в электрическую мощность.Thus, the movement of capacitors relative to each other will require the application of an external force, which will perform the work that is converted into electrical power.

В предлагаемом генераторе реализуется такой способ работы, при котором перезарядка конденсаторов за один цикл работы привода производится столько раз, сколько роликов размещается на величине хода привода.The proposed generator implements such a method of operation in which the capacitors are recharged in one drive operation cycle as many times as the number of rollers is placed on the actuator stroke value.

Описанные усовершенствования обеспечивают большую удельную мощность генератора за счет высокочастотного режима работы при низкочастотном внешнем приводе.The described improvements provide a high specific power of the generator due to the high-frequency mode of operation with a low-frequency external drive.

Claims

Capacitive electromechanical current generator, consisting of variable capacitors with movable elastic electrodes, characterized in that the capacitors are made of solid ferroelectric plates and movable elastic electrodes in the form of a set of rollers from an electrically conductive elastic material, and on the ferroelectric plates from the rollers are parallel to the rollers with some with an interval and with the same step, insulating strips of a material with a low dielectric constant, and it is located two strips of one capacitor are shifted by half a step with respect to the other capacitor.