KR20100068369A

KR20100068369A - 용량성 전류 제너레이터

Info

Publication number: KR20100068369A
Application number: KR1020107003520A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 그리고리비츠 베르코그리아드; 알렉산더 구에오르구이에비츠 카바쉬닌; 세르게이 니콜라에비츠 마카로브; 세르게이 쿠즈미츠 고루쉬코; 블라디미르 이바노비츠 메르쿠로브
Original assignee: 마미러스 엘엘씨
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2010-06-23
Also published as: EP2168231A2; JP2010534052A; KR101652914B1; EP2168231B1; US8441167B2; WO2009011614A2; GB201002720D0; GB2464079A; JP5509074B2; WO2009011614A3; RU2346380C1; US20100194236A1

Abstract

용량성 제너레이터가 제공되며, 상기 용량성 제너레이터는 제너레이터 회로(G)와, 그리고 가변 커패시터들((1, 2, 101, 102)로 구성된 전하 프라이밍 회로(P)를 구비하며, 상기 커패시터들 모두는 상기 커패시터들의 커패시턴스를 변경시키고 아울러 스위치들(K)의 어레이가 동작되도록 동작하는 기계적 트랜스미션에 연결된다. 따라서, 프라이밍 회로(P) 상의 작은 잔여 전하는 증폭되어 제너레이터 회로(G)에 전달되고, 여기서 발생 회로의 가변 커패시터들(1, 2) 사이에서 교류 전류를 발생시키는 데 사용된다. 발생 커패시터들(1, 2)의 커패시턴스는 트랜스미션의 움직임에 응답하여 역위상으로 변한다. 제너레이터 커패시터들(1, 2)과의 회로를 형성하는 전기 에너지 적출 디바이스(8)가 상기 교류에 대해 반응하여 회로로부터 전기 에너지를 적출하고, 이것은 이후 소형의 휴대용 디바이스에 전력을 공급하거나 혹은 재충전용으로 사용될 수 있다.

Description

용량성 전류 제너레이터{A CAPACITIVE ELECTRIC CURRENT GENERATOR}

본 발명은 주로, 셀폰의 플립(flip)과 같은 흔히 일어나는 움직임에 응답하여 유용한 전류를 발생시킬 수 있는 저비용의 작고 휴대가능한 용량성 전류 제너레이터(capacitive electric current generator)의 설계 및 동작에 관한 것이다.

이러한 제너레이터는, 모바일 폰, PDA(Personal Digital Assistant), GPS(Global Positioning System), MP3 플레이어, 개인용 및/또는 이식된 의료 기기 등과 같은 휴대용 전자 기기에 전력을 공급하는데 특히 유용할 것으로 예상된다. 이러한 제너레이터의 애플리케이션으로는 가능하게는 전하의 동작을 필요로 하는 임의의 작은 소형 디바이스가 있을 수 있으며, 상기 제시된 예들로만 한정되지 않음을 이해해야 한다. 본 발명의 제너레이터는 대략 0.1W 내지 4W의 평균 전력을 소비하고 10W의 최대 전력을 소비하는 디바이스를 지원할 목적으로 제공되지만, 이보다 더 많거나 적은 전력을 소비하는 디바이스를 지원할 수도 있다.

전자기기, 특히 데이터 처리 장치의 비용, 크기 및 성능이 개선됨에 따라, 이들은 도처에서 점점 더 많이 발견되게 되고, 가까운 장래에는 인간이 만든 거의 모든 제품에 사용되게 될 것이다. 현재 대부분의 휴대가능한 소형 전자 기기들은 필요한 전력을 저장하고 전달하기 위해 재충전이 가능한 화학적 셀 혹은 일회용 화학적 셀을 사용하고 있다. 그러나, 이러한 화학적 셀 혹은 배터리는 때때로 교체해야만 하고, 재충전이 가능한 셀의 경우, 주기적으로 재충전시켜야 하는 번거로움이 있다. 소형 전자 기기에서 사용하기에 충분히 작은 대부분의 재충전가능 셀들을 하루 단위 혹은 한 주 단위로 시간의 경과에 따라 측정하는 경우 상당한 양의 자체 방전이 일어남을 알 수 있고, 이로 인해 때때로 이들이 사용되는 디바이스에 이들을 사용하는 것을 부적절하게 한다.

예전부터, 소형 전자 기기의 전력 수요 중 적어도 일부를 공급할 수 있는 가능한 하나의 소스로 인간의 근력이 알려져 있다. 역사적으로, 매일 움직이는 손목의 움직임은 손목시계의 스프링을 감는데 사용되어 왔다. 일부 연구가들은 전기 기기에 사용되도록 셀들에 저장할 전기를 발생시키기 위해 자기장을 통해 전도체를 움직이는 유사한 매커니즘을 사용하고자 했다.

기계적 움직임으로부터 전하를 발생시키는 다른 매커니즘은 커패시터 내에 전기장을 발생시키는 것으로, 여기서 전도체를 통해 전하가 움직이게 하기 위해 제너레이터의 일부를 기계적으로 움직이도록 함으로써 전기장은 변하게 된다. 이러한 정전 용량성의 제너레이터의 초기 예들은 미국 특허 제4,127,804호에 설명되어 있다. 여기에 설명된 제너레이터에서, 두 개의 가변 커패시터들이 공통 샤프트(common shaft)에 장착된다. 각각의 커패시터의 각각의 플레이트(plate)는 디스크(disk)의 세그먼트(segment)이다. 가변 커패시터들 각각의 하나의 플레이트는 샤프트의 회전자(rotator)로서 장착되고, 반면에 다른 플레이트는 고정자(stator)로서 장착된다. 커패시터들 각각의 구성은, 샤프트가 회전함에 따라, 그들 각각의 커패시턴스가 역위상(anti-phase)으로 변하게, 즉 하나가 최대로 상승하면 다른 하나는 최소로 떨어지게, 각각의 커패시터의 플레이트들 간의 거리가 변하도록 하는 구성이다. 각각의 커패시터 플레이트들은 부하를 통해 전도체에 의해 전기적으로 연결된다. 초기에 프라이밍 전하(priming charge)는 커패시터들 중 하나에 로딩 돼야만 한다. 드라이브샤프트(driveshaft)가 회전하도록 하는 임의의 기계적 힘은 충전된 커패시터의 용량이 떨어지게 하고, 반면에 충전되지 않은 커패시터의 용량은 상승하게 할 것이고, 따라서, 전하는 교류에 따라 커패시터들 상호 간을 흐를 것이다. 나중에 사용하기 위해, 화학적 저장 셀과 같은 축전지 상에 전하를 유도하는데 교류의 흐름이 사용될 수 있다.

미국 특허 제4,127,804호에 설명된 디바이스는 전체적 효율 및 용적 효율면에서 만족스럽지 못하고, 프라이밍 전하가 상당히 짧은 시간 동안 방전된다는 점에서 심각한 단점을 가지고 있다. 용어 "용적 효율(volumetric efficiency)"에 관해 명확히 말하면, 이 용어는 입력된 에너지 대비 제너레이터에 의해 출력되는 유용한 에너지 및 제너레이터의 용적과 관련된 표현이다. 일단 방전되면, 프라이밍 전하는 교체돼야만 하고, 혹은 제너레이터는 전혀 동작하지 않을 것이다.

미국 특허 제4,897,592호는 원리상 미국 특허 제4,127,804호와 유사한 디바이스를 개시하고 있고, 이 디바이스 역시 용적 효율 및 전체적 효율면에서 만족스럽지 못하지만, 정전 프라이밍 전하가 배터리와 같은 외부 에너지 소스에 의해 제너레이터의 커패시터 플레이트들에 인가되도록 하는 약간 만족스럽지 못한 방식으로 프라이밍 전하 방전 문제를 처리하고 있다.

프라이밍 전하 문제를 피하기 위해, 현재 연구되고 있는 것은 일렉트릿 기반의 디바이스(electret based device)에 초점이 맞추어져 있다. 일렉트릿 기반의 디바이스의 일 예는 미국 특허출원 제2004/0207369호에 설명되어 있다. 이러한 디바이스들은, 일렉트릿이 제조 공정 동안 인가되는 정전 전하를 영구 저장하는 물질로 형성되는 컴포넌트라는 점에서, 커패시턴스 기반의 디바이스들과 다르다. 이러한 전하는 일렉트릿을 떠날 수 없지만, 두 개의 인접 전극들에 대해 일렉트릿을 이동시킴으로써 전하의 이동을 유도하는데 사용된다. 따라서, 일렉트릿 기반의 제너레이터들은 커패시턴스 기반의 제너레이터들의 주된 단점 중 하나를 극복한다. 불행하게도, 일렉트릿은 상당히 비싸고, 대부분의 애플리케이션에 있어 비경제적이다. 더욱이, 일렉트릿 제너레이터의 전하 밀도는 커패시터 기반의 제너레이터들 대한 전하 밀도보다 그다지 좋지 못하고, 따라서 일렉트릿 기반의 제너레이터들은 유사한 높은 전체적 효율 혹은 용적 효율을 달성할 수 없다.

본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 용량성 전류 제너레이터가 제공되고, 상기 용량성 전류 제너레이터는,

전류를 발생시키기 위해 트랜스미션(transmission)으로부터의 힘에 응답하도록 구성된 용량성 발생 회로와, 그리고

커패시턴스가 변경되도록 상기 트랜스미션과 연결되고 아울러 프라이밍 전하(priming charge)를 발생시켜 상기 용량성 발생 회로에 전달하도록 상기 용량성 발생 회로에 전기적으로 연결된 적어도 두 개의 프라이밍 커패시터들을 포함하는 프라이밍 전하 회로를 포함한다.

본 발명의 제 2 실시형태에 따르면, 제너레이터가 제공되고, 상기 제너레이터는,

적어도 두 개의 가변 커패시터들과, 상기 커패시터들 각각은 가변 유전체에 의해 분리된 전도성 층들의 쌍을 포함하고,

상기 가변 커패시터들 중 하나의 일 커패시터 플레이트의 전도성 층과 상기 커패시터들 중 다른 하나의 전도성 층 사이에 연결되는 전기 에너지 적출 디바이스와, 그리고

상기 전도성 층들 간에 일정한 거리를 유지한 채, 하나의 커패시턴스가 증가함에 따라 다른 커패시턴스가 감소하도록 하기 위해, 외부 소스로부터의 힘에 응답하여, 각각의 커패시터의 용량을 변경시키도록 연결된 트랜스미션을 구비하며,

그럼으로써, 상기 커패시터들 상에 프라이밍 전하가 저장될 때, 전기 에너지가 적출되도록 상기 프라이밍 전하가 상기 전기 에너지 적출 디바이스를 통해 전도된다.

본 발명의 제 3 실시형태에 따르면, 제너레이터가 제공되고, 상기 제너레이터는,

적어도 두 개의 가변 커패시터들과, 상기 커패시터들 각각은 가동성 플레이트(mobile plate) 및 고정자 플레이트(stator plate)를 포함하고,

각각의 플레이트는 상기 플레이트들의 마주보는 면들 사이에 놓인 전도성 층 및 유전체 층을 포함하고,

상기 커패시터들 각각의 상기 전도성 층들 중 하나는 전기 에너지 적출 디바이스에 전기적으로 연결되고,

각각의 커패시터는, 외부 소스로부터의 자극적인 힘에 응답하여, 상기 고정자 플레이트들에 대해 각각의 커패시터의 상기 가동성 플레이트들을 움직이게 함으로써, 각각의 커패시터의 용량을 변경시키는 기계적 트랜스 미션에 연결되며,

그럼으로써, 상기 커패시터들 상에 프라이밍 전하가 저장될 때, 상기 전기 에너지 적출 디바이스가 전기 에너지를 적출하도록 상기 프라이밍 전하가 상기 전기 에너지 적출 디바이스를 통해 운반되며, 각각의 커패시터의 층들의 형상은, 상기 가동성 플레이트가 상기 고정자 플레이트에 대해 움직일 때, 상기 플레이트들 사이의 유전체가 변경되어 커패시턴스가 변경되도록 하는 그러한 형상이다.

본 발명의 제 4 실시형태에 따르면, 제너레이터 내에서 사용하기 위한 가변 커패시터가 제공되며, 상기 커패시터는 대향하는 전도성 층들의 쌍을 포함하고, 상기 전도성 층들 간의 거리는 일정하고, 아울러 임의의 힘에 응답하여 변할 수 있는 유전율을 갖는 유전체 층으로 분리되어 있다.

유전체의 유전율은 적어도 두 개의 위에 놓이는 유전체 층들을 구비함으로써 변할 수 있으며, 유전체 층들 각각은 마주보는 표면들 전체에 걸쳐 정렬된 다른 유전율을 가진 유전체의 영역으로 형성된다. 하나의 위치에서 높은 유전율을 가진 영역들이 각각의 플레이트 상에서 일치하고, 또 다른 위치에서 높은 유전율을 가진 영역들과 낮은 유전율을 가진 영역들이 대향하는 플레이트들 상에서 일치하도록 하기 위해, 하나의 유전체가 다른 유전체에 대해 위치가 변경되도록 장착된다. 따라서, 유전체의 유전율의 전체 값은 높은 값으로부터 낮은 값으로 변할 수 있고, 그래서 커패시터의 커패시턴스가 변경될 수 있다. 유전체 층의 상대적 운동은 유전체를 선형으로 혹은 회전시켜 위치를 변경시킬 수 있는 트랜스미션에 의해 용이하게 달성될 수 있다. 바람직한 것으로, 변위는 층에 평행하거나 접선방향이다. 바람직한 것으로, 변위는 커패시터의 체적을 변경시킴 없이 달성된다.

커패시터들의 커패시턴스는 커패시턴스의 변경에 영향을 미치도록 동기적으로 그리고/또는 역위상으로 변경될 수 있다.

기계적 트랜스미션은, 푸시 버튼(push button), 슬라이딩 커버(sliding cover) 혹은 플립 개방 커버(flip open cover), 힌지(hinge) 혹은 압착가능 핸들(squeezable handle)과 같은 휴대용 디바이스의 구조체에 연결될 수 있어, 예를 들어, 사용하기 위해 디바이스를 개방하는 근력이 제너레이터를 구동시킨다. 제너레이터는 전하를 다른 디바이스들에 전달하기 위해 단독형 디바이스로서 구현될 수 있다. 제너레이터는 신발 착용자의 걷는 동작으로부터 전력을 얻어내기 위해 신발 내에 구현될 수 있다.

본 발명의 추가적인 바람직한 특징 및 선택적 특징은 종속 청구항들에서 설명되어 진다.

본 발명에 따라 구성되는 제너레이터의 실시예가 단지 예시적으로, 그리고 첨부되는 도면을 참조하여 이제 설명될 것이다.

도 1은 제너레이터 회로 및 프라이밍 회로를 포함하는 제너레이터의 전기적 연결을 나타낸 회로도이다.
도 2a는 제너레이터의 제 1 실시예를 나타낸 분해된 사시도를 나타낸다.
도 2b는 도 2a의 제너레이터의 컷어웨이 조립체(cutaway assembly)의 사시도이다.
도 2c는 제 1 실시예의 내부 세부도를 더 나타낸 추가적인 커어웨이 사시도이다.
도 2d는 제 1 실시예의 측면 입면도이다.
도 3a는 제 1 실시예의 평면도이다.
도 3b는 라인 ⅢB-ⅢB 상에서 관측된 도 2a의 제너레이터의 하나의 가변 커패시터의 고정자 플레이트를 도식적으로 나타낸 평면도이다.
도 3c는 라인 ⅢC-ⅢC 상에서 관측된 도 2a의 제너레이터의 하나의 가변 커패시터의 회전자 플레이트의 평면도이다.
도 4a는 도 3a에서 화살표 방향에서 관측된 라인 Ⅳ(A)-Ⅳ(A) 상의 절단면을 도식적으로 나타낸 것으로, 초기 프라이밍된 상태에서 제 1 실시예의 제너레이터의 세그먼트를 보여주고 있다.
도 4b는 초기 프라이밍된 상태에서 커패시터의 전하 조건을 보여주는 도 4a의 제너레이터의 회로도이다.
도 5a는 도 3a의 라인 Ⅳ(A)-Ⅳ(A) 상의 절단면을 도식적으로 나타낸 것으로, 싸이클을 통해 전하 변위 위상이 대략 90도인 가변 커패시터의 세그먼트를 보여주고 있다.
도 5b는 도 5a의 전하 변위 위상에서의 커패시터의 전하 상태를 나타낸 회로도이다.
도 6a는 도 3a의 라인 Ⅳ(A)-Ⅳ(A) 상의 절단면을 도식적으로 나타낸 것으로, 프로세스 싸이클을 통해 전하 변위 위상의 종단, 즉 180도에서 가변 커패시터의 세그먼트를 보여주고 있다.
도 6b는 도 6a에서의 커패시터의 전하 상태를 나타낸 회로도이다.
도 7a는 제너레이터의 사시도로서, 위로부터의 프라이밍 커패시터들의 초기 상태를 나타내고 있다.
도 7b는 도 7a의 초기 위상에서 프라이밍 커패시터 회로의 전하 상태 및 스위치 조건을 보여주는 제너레이터의 회로도이다.
도 8a는 도 7a에 관한 도면으로, 셀프 프라이밍 회로의 동작에서 제 2 위상 스위칭 단계를 나타낸다.
도 8b는 도 8a의 셀프 프라이밍 회로의 제 2 위상의 대전 상태를 나타낸 회로도이다.
도 9a는 도 7a에 관한 도면으로, 제 3 위상에서의 프라이밍 커패시터들을 나타낸다.
도 9b는 제 3 위상의 대전 상태를 나타낸 회로도이다.
도 10a는 도 7a에 관한 도면으로, 제 4 위상을 나타낸다.
도 10b는 제 4 위상에서 셀프 프라이밍 회로의 컴포넌트들의 대전 상태 및 스위칭 상태를 나타낸 회로도이다.
도 11은 힌지 구조에 설치된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제너레이터를 구비한 플립 폰의 사시도이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 제 2 실시예에서의 사용을 위한 대안적 커패시터 구조체의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 13a는 본 발명의 제 3 실시예의 커패시터 플레이트의 평면도이다.
도 13b는 도 13a의 커패시터 구조체를 사용하는 제너레이터의 입면도이다.
도 13c는 도 13a에서 라인 A-A 상에서의 절단면을 나타낸다.
도 14a, 도 14b, 및 도 14c는 가능한 본 발명의 제 4 실시예이다.

도 1은 본 발명의 제너레이터에 대한 전기 회로도로서, 본 발명의 제너레이터는 제 1 가변 커패시터(1)와 제 2 가변 커패시터(2)를 포함한다. 도 2a에 도시되는 바와 같이, 상기 제너레이터는 3개의 디스크들(A, B, C)로 구성되며, 이들 디스크들은 드라이브샤프트(18)를 중심으로 하여 동축으로 장착된다.

디스크 B는 디스크 A와 C 사이에 장착되고 드라이브샤프트(18)에 접속되어 회전하는 반면에, 상부 디스크(A)와 하부 디스크(C)는 드라이브샤프트와 디스크(B)에 대해서 회전시킬 수 없게 장착된다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 각각의 디스크는 G로 표시된 내부 환형(annulus)과 P로 표시된 외부 환형으로 나누어진다. 링(R)은 이들 환형들을 전기적으로 절연시킨다. 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 디스크의 내부 환형 영역은 발생 회로(G)를 제공하는 반면에, 외부 환형 영역은 셀프 프라이밍 회로(self priming circuit)(P)를 제공한다.

도 3a는 도 2a의 조립된 제너레이터를 위에서부터 바라본 평면도이다. 디스크 A의 하부 표면과 디스크 B의 상부 표면은 서로 유사하다.

도 3b는 디스크 C의 상부 표면에 대한 평면도이다. 도3C는 도 2a에는 도시되어 있지 않은 디스크 B의 하부 표면을 예시한 도면이다.

도 2a 내지 도 2d에 구조적으로 도시된 바와 같이 그리고 도 4a, 도 5a, 도6a에서 좀더 기능적으로 도시된 바와 같이, 가변 커패시터들(1, 2) 각각은 2개의 대향하는 환형 플레이트를 포함한다. 제 1 커패시터(1)는 대향 플레이트들(3, 5)을 포함하며 반면에 제 2 커패시터(2)는 대향 플레이트들(4, 6)을 포함한다. 도2에서 플레이트(3)는 디스크 A에 제공되며, 플레이트(4 및 5)는 디스크 B에, 플레이트(6)는 디스크 C에 제공된다. 대향하는 플레이트들(3, 4, 5, 6) 각각은, 전기전도층(9, 10, 11, 12)을 포함하며 그리고 유전층(13, 14, 13a, 14a)이 각각의 전도층(9, 10, 11, 12) 마다 결합되어, 플레이트들을 분리하는 갭(gap)을 전기 전하들이 넘나드는 것을 방지하는 반면에 전기장의 영향을 어느 정도까지는 받게 한다.

각각의 유전층(13, 14, 13a, 14a)은 낮은 유전율(dielectric permittivity)을 갖는 영역 15(크로스해칭으로 도시됨)과 높은 유전율을 갖는 영역 16(깨끗하게 도시됨)으로 나뉘어진다. 도 3b 및 도 3c로부터 알 수 있는 바와 같이, 고유전율 및 저유전율을 갖는 영역은 유사한 크기를 갖는 세그먼트들로서 디스크 중심 부근의 내부 환형 영역으로부터 디스크 테두리 쪽으로 방사상으로 확장된다. 플레이트(4) 상의 고유전율 영역 및 저유전율 영역은 다른 플레이트들(3, 5 및 6)에 대해서 회전됨을 유의해야 한다.

가변 커패시터는 마주보고 있는 유전물질층을 이용하기 때문에, 그 층의 최대 유전율은 공기에 비하여 매우 높을 수 있다. 실제 값은 선택된 유전체에 따라 달라질 것이다.

각각의 플레이트들(3, 4, 5, 6)은 드라이브샤프트(18)에 의해 제공되는 트랜스미션(transmission) 둘레에 동일축 상으로 장착된다.

각 커패시터(1, 2)의 플레이트(5, 4)를 고정자 플레이트들(3, 6) 각각에 대해서 상대적으로 회전가능하도록 드라이브샤프트(18) 상에 장착시킴으로써, 각각의 커패시터에 대해서 하나씩인 회전자 플레이트들(4, 5)이 제공된다. 이러한 배치로부터 다음과 같은 점을 용이하게 이해할 수 있을 것인바, 회전자 플레이트(4, 5)가 회전함에 따라, 각각의 커패시터(1, 2)의 대향하는 플레이트들의 고유전율 영역들(15)은, 도 4a의 커패시터(1)와 이에 인접한 커패시터(2)에서 도시된 바와 같이 반대로 교번적으로 정렬된다. 커패시터(1, 2)의 회전자 플레이트들의 배치는 도 4a에 도시된 바와 같으며, 따라서 하나의 회전자 플레이트가 그 유전 영역을 대향하게 완전히 정렬하는 경우 다른 하나의 회전자 플레이트의 유전 영역들은 완전히 인접한다. 이러한 배치의 결과, 각 커패시터의 전도층들 사이의 유전층들의 유전율은 플레이트(4, 5)가 회전함에 따라 최대값으로부터 최소값으로 주기적으로 변화한다. 유사한 유전율을 갖는 영역들이 대향하는 때에, 유전율의 최대 값이 얻어진다. 이러한 배치 덕분에, 각 커패시터(1, 2)의 커패시턴스는 역위상으로 변화된다.

영역들(15, 16)에서 유전율의 차이는 상이한 유전율을 갖는 물질들을 전도층 상에 증착시킴으로써 얻어질 수도 있으며 또는 하나의 유전층에 대해 서로 다른 처리를 수행하여 유전 성질의 원하는 변화를 야기함으로써 얻어질 수도 있다. 따라서, 커패시터의 플레이트들은 적절한 기판 상에 프린팅하거나 또는 플라즈마 증착과 같은 공지된 공정들에 의해서 제조될 수 있다.

스페이서 또는 베어링 부재(bearing member)(17a, 17b)가 유전층들의 대향하는 표면들 사이에 제공될 수 있다.

각각의 고정자 플레이트들(3, 6)의 전도층(10, 11) 각각은 전도체(7, 7a)를 통해 다른 커패시터의 회전자 플레이트(5, 4)의 전도층(9, 12)과 각각 통신한다. 따라서, 플레이트(3)의 전도층(11)은 전도체(7)를 통해서 회전자 플레이트(4)의 전도층(12)과 통신하며 반면에, 전도층(9)은 전도체(7A)를 통해서 전도층(10)과 통신한다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 전하가 제 1 제너레이터 커패시터(1) 상에 로딩되는 때에, 그래서, 이 경우에 플레이트(5)는 상대적으로 양의 전하를 획득하며, 대향하는 플레이트(3)는 대응하는 음의 전하를 획득한다. 토크가 인가되어 드라이브샤프트(18)를 회전시키는 때에, 회전자 플레이트(3, 4)가 회전하여, 대향하는 각각의 플레이트의 유전 영역(15, 16)의 상대적인 정렬을 교번시킨다. 결과적으로, 커패시터(1)의 커패시턴스는 최대값으로부터 감소하며 반면에 커패시터(2)의 커패시턴스는 최소값으로부터 증가한다. 도 5a 및 도 5b에 예시된 바와 같이, 결과적으로 전하는 도체(7a)를 통해 커패시터(1)로부터 커패시터(2)로 옮겨가는바, 전류 I로서 에너지 적출 디바이스(8)를 거쳐 커패시터(2)로 옮겨간다.

에너지 적출 디바이스는 예를 들면, 트랜스포머(transformer)와 같은 부하이다.

전류가 에너지 적출 디바이스(8)를 거쳐 흘러감에 따라, 프라이밍 전하 Q를 방전함이 없이도 전기적인 에너지가 적출되며 이후, 원하는 대로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 에너지는 화학 전지 또는 몇몇 다른 형태의 축전지(accumulator)를 충전할 수 있다.

만일, 프로세스가 계속된다면 도 6a 및 도 6b에 예시된 영역들(15, 16)의 상대적인 정렬은 최대 전하가 제 2 커패시터(2)에 저장되고 그리고 최소 전하가 제 1 커패시터(1)에 저장되는 상황에 이르게 될 것이 쉽게 이해될 것이다. 이는 전체 발생 사이클을 통해 180도 회전이 이루어진 것으로 간주될 수 있다. 그 어느 방향으로의 계속된 회전은 도 4a 및 도 4b에 도시된 커패시터의 위상 조건을 향해 역으로 진행되도록 전하가 전달되게 할 것인바, 따라서 전하는 전도체(7)를 통해 커패시터(1)로 되돌아가게 되며, 에너지 적출 디바이스(8)는 교류 전류를 보게될 것이다.

제 1 커패시터(1)의 전도층들(9, 11) 사이의 거리 또는 제 2 커패시터(2)의 전도층들(10, 12) 사이의 거리를 변화시키지 않고도 각 커패시터의 커패시턴스가 변경된다는 점이 이해될 것이다. 각 커패시터의 전도성 플레이트들 사이에서 가변 유전율을 갖는 유전층을 이용하기 때문에, 커패시터들은 고전압에서 큰 전하를 저장할 수 있으며 그리고 유사한 디바이스들을 이용하여 지금까지 가능했던것 보다 상대적으로 더 높은 전력 발생 성능 및 고에너지 밀도를 가능케 한다. 유전층들의 마주보고 있는 표면들을 상당한 정도로 연마하고 그리고 갭을 최소화함으로써(이는 이들 사이의 에어 갭(air gap)이 될 수도 있음), 용적 효율이 향상될 수 있다.

커패시턴스 C = C_O/[1+ε(δ/d)]이다.

여기서, C_O는 유전층들 간에 어떠한 에어 갭도 없는 가변 커패시터의 커패시턴스이고;

ε은 유전율이고;

d는 유전층들의 두께이고;

δ는 유전층들 간의 에어 갭으로 (t-d)와 같으며; 그리고

t는 전도성 플레이트들 간의 총 갭이다.

이 공식은 δ<< d의 조건에 대해 참(true)이다. 이러한 공식으로부터, 커패시턴스를 크게 감소시키지 않는 허용가능한 에어 갭은 유전체의 두께 보다 ε배 적어야 한다.

도면번호 17은 회전자 플레이트들(4 및 5)이 형성되는 회전자 기판을 나타내며, 플레이트들(4 및 5) 간에 전기적인 절연 및 구조적인 강도를 제공한다. 유사한 절연 및 강화 부재들이 다른 제너레이터 구성요소들 주위에 제공될 수 있지만, 불필요하게 복잡해지는 것을 피하기 위해 도시하지는 않았다.

이러한 커패시터들의 설계는, 고성능 및 높은 정도의 신뢰성을 보이면서도, 낮은 비용으로 제너레이터를 제조할 수 있게 한다.

임의 형태의 커패시터 기반의 제너레이터에 의해 발생하는 하나의 문제는 프라이밍 전하(priming charge)가 점차적으로 손실된다는 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 제너레이터는 셀프 프라이밍 회로(self priming circuit)(101)를 구비하는 바, 이러한 셀프 프라이밍 회로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 트랜스미션 샤프트(transmission shaft)(18)에 의해 전달되는 이동의 결과로서, 제너레이터 커패시터들 상에 프라이밍 전하를 발생시키거나 복구시킬 것이다. 이러한 회로(101)는 제너레이터 커패시터들(1 및 2)의 것과 유사한 설계를 갖는 2개의 가변 프라이밍 커패시터들(102, 103)로 이루어진다. 셀프 프라이밍 커패시터들의 구조적인 도면은 도 2a, 2b 및 2c에 의해 제공된다. 도 7a는 커패시터 플레이트들의 위상 정렬(phse alignment)을 도시한다. 도 7b는 도 7a 및 도 7b에 도시된 제 1 위상 내의 각 구성요소의 전하 상태를 도시한다.

프라이밍 커패시터들(102, 103) 각각은 한 쌍의 환형 플레이트들(104, 105, 106, 107)로 이루어진다. 플레이트(107)는 고정자 디스크(C)의 바깥 고리(outer annulus) 상에 제공된다. 플레이트들(106 및 105)은 회전 디스크(B) 상에 등을 서로 맞댄 상태로 제공되고, 플레이트(104)는 고정 디스크(S) 상에 제공된다.

각 플레이트(104, 105, 106, 107)는 각각의 전도성층(104a, 105a, 106a, 107a)으로부터 형성되는바, 이러한 전도성층 위에는 유전층들(103b, 104b, 105b, 106b)이 각각 증착된다. 특히, 프라이밍 커패시터들의 전도성층들은, 전기 절연성 링들(R)에 의해, 동일한 디스크 상에서, 제너레이터 커패시터들의 전도성층들로부터 분리된다. 도 3b 및 도 3c 뿐 아니라 도 8 내지 11로부터 식별할 수 있는 바와 같이, 프라이밍 커패시터들(102, 103)의 유전층들은, 플레이트들이 트랜스미션 샤프트(18)에 의해 위치가 변경될 때에 위상이 변경되도록 구성된, 고유전율(115)(도면들에서 평행선의 음영이 들어간 세그먼트들) 및 저유전율(116)(음영이 없는 밝은 세그먼트들)을 갖고 아울러 교번적인 방사형으로 연장되는 영역들로 분리된다.

스위치 시스템(108)은 플레이트들(104 내지 107)의 상대적인 변위에 의해 야기되는 커패시턴스의 변화에 대해 동기적으로 구동된다. 이러한 스위치 시스템은 각각 3개의 스위치들(K1, K2 및 K3)로 이루어진다. 스위치(K1)는 제 1 프라이밍 커패시터(102)의 플레이트(104)와 제 2 프라이밍 커패시터(103)의 플레이트(106) 간을 전기적으로 절연시키거나 또는 통신하도록 배열된다. 스위치(K2)는 제 1 프라이밍 커패시터(102)의 플레이트(105)에 대해 플레이트(106)를 전기적으로 절연시키거나 또는 통신하도록 배열된다. 스위치(K3)는 제 2 프라이밍 커패시터(103)의 플레이트(107)에 대해 플레이트(105)를 전기적으로 절연시키거나 또는 통신하도록 배열된다.

셀프 프라이밍 회로는 제너레이터 커패시터들(1, 2) 상의 적어도 작은 잔여 전하의 존재에 의존할 수 있다. 잔여 전하는 프라이밍 전하 보다 훨씬 더 작다. 예를 들어, 10% 또는 1% 또는 0.1% 이다. 그 실제 값은 프라이밍 커패시터들의 구성 뿐 아니라 동작 조건에도 의존할 것이다. 이는 커패시터들이 구성되는 물질을 신중하게 선택함으로써 보장될 수 있다. 바람직한 물질들은 바륨 티타네이트(Barium Titanate), 바륨 스트론튬 니오베이트(Barium Strontium Niobate)를 포함할 수 있는데, 그 이유는 이들의 높은 유전율 때문이다. 이러한 물질들은 적어도 작은 전기 전하를 영구 보유한다.

대향하고 있는 커패시터 플레이트들이 움직일 때의 마찰 작용에 의해 간단히 작은 전기 전하들을 발생시키는 다른 유전 물질들이 존재한다. 마찰은 대향하고 있는 유전층들 간에 삽입되는 스페이서(102a, 103a)에 대해 회전 유전체를 누르는 작용에 의해 야기될 수 있다. 이는 하기 설명되는 셀프 프라이밍 프로세스를 개시하기에 충분하다.

도 8a와 함께 참조할 때에 도 1에 나타낸 바와 같이, 잔여 전하(Q)는 플레이트들(104 및 107)과 통신하도록 배열된 제너레이터 커패시터(2) 상에 존재하는 것으로서 도시된다. 최초 상태에서, K1, K2 및 K3의 스위치들은 모두 개방되며, 프라이밍 커패시터 플레이트들 중 어느 플레이트 상에서도 전하가 존재하지 않는다.

도 8a 및 도 8b는 셀프 프라이밍 프로세스의 제 2 위상을 나타내는바, 여기서 회전자(B)의 회전은 K1 및 K3을 개방시키고 K2를 닫도록 스위치들을 설정하고, 잔여 전하 소스는 먼저 프라이밍 커패시터 플레이트들(104 및 107)과 통신함으로써, 이러한 플레이트들 상의 전하를 각각 +q 및 -q로 올린다. 결과적으로, 대향하는 플레이트들(105, 106) 상에 같지만 반대의 전하가 야기된다. 이러한 단계에서, 유전 영역들은 커패시터들(102 및 103) 모두에서 최대 유전율로 정렬된다는 것을 주목해야 한다. 제너레이터 커패시터 플레이트들 상에서의 전하는 +(Q-q) 및 -(Q-q)로 변경된다.

도 9a 및 도 9b에 도시된 제 3 위상에서, 모든 스위치들은 개방되고, 회전 플레이트들(104, 106)은 커패시터들(102, 103) 간의 유전층들의 유전율을 최소화하도록 위치가 변경되며, 이에 따라 제너레이터 커패시터(2) 상의 전하는 +Q 및 -Q로 되돌아간다.

도 10a 및 10b에 도시된 제 4 위상에서는, 유전층들이 최소의 유전율을 생성하도록 정렬된 채로 유지되는 동안, 스위치들(K1 및 K3)이 닫히고 K2가 개방되어, 플레이트(104)가 플레이트(106)와 통신하고 플레이트(105)가 플레이트(107)와 통신하게 된다. 그 결과, 제너레이터 커패시터(2) 상의 전하는 Q+q로 올라간다. 셀프 프라이밍 회로를 제 1 위상으로 되돌아가게 함으로써 셀프 프라이밍 프로세스 단계들을 반복하게 되면, Q는 다음 사이클의 셀프 프라이밍에 대해 Q+q와 같게 설정되는데, 이러한 다음 사이클의 셀프 프라이밍은 Q가 제너레이터 커패시터들(1, 2)의 제한 용량에 의해 결정되는 최대값에 도달함으로써 프라이밍 전하를 최대로 증폭시킬 때 까지, 무기한으로 반복될 수 있다.

유익하게는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 셀프 프라이밍 회로의 설계는 제너레이터 커패시터들을 형성하는 동일한 구조의 디스크들의 고리들 상에 프라이밍 커패시터 플레이트들(104-107)을 구성함으로써 회전 제너레이터 내에서 구현된다.

편리하게는, 스위치들(K1, K2, K3)은 고정 디스크에 대한 샤프트의 회전에 의해 가동되는 고정 디스크들(A 및 C)의 바깥쪽 표면들 상에 제공된다. 대안적으로, 이러한 스위치들은 커패시터들로서 작용하지 않는 회전자 디스크 및 고정자 디스크(A, B, C)의 일부분들 내에 제공될 수 있으며, 이에 따라 회전자 디스크 및 고정자 디스크의 상대적인 회전이 프라이밍 회로 스위치들을 작동시킨다.

제너레이터가 선형으로 움직이는 커패시터 플레이트들로서 구현되는 경우 동일한 효과들이 달성될 수 있다는 것을 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 디스크들(A, B, C) 및 샤프트(18)는 플립 폰(flip phone)(21)의 부분들(21A, 21B)을 결합하는 힌지 구조의 부분을 형성할 수 있다. 제너레이터의 이러한 응용에서, 디스크들(A 및 C)은 부분(21A)에 장착되는 반면, 디스크(B)는 부분(21B)에 장착되며, 이에 따라 폰이 플립 오픈(flip open)될 때, 디스크(B)는 디스크들(A 및 C)에 대해 회전한다. 기어링(gearing)(간략함을 위해 도시하지 않음)이 고정 디스크들(A 및 C) 중 하나 또는 회전 디스크(B)에 제공될 수 있으며, 이에 따라 플립 폰을 열게 되면, 디스크들의 몇 번의 상대적인 회전을 야기하게 된다. 또한, 제너레이터들은 도 11에 나타낸 바와 같이 쌓아 올려질 수 있으며, 이에 따라 복수의 제너레이터들이 힌지 구조를 제공하게 된다.

도 12a 및 도 12b는 가변 제너레이터 또는 프라이밍 커패시터로서 사용하기 위한 커패시터 구조의 제 2 실시예를 도시한다. 각각의 커패시터(1, 2)는 서로 유사하며, 따라서 하나의 커패시터만이 설명될 것이다. 커패시터는 제 1 가동성 플레이트(mobile plate)(201) 및 제 2 고정 플레이트(static plate)(202)를 포함한다. 플레이트들 중 어느 것이 움직일 수 있는지는 오직 설계 선택의 문제이며, 제 1 실시예와 같은 중요한 특징은, 커패시터 플레이트들이 그들의 마주보는 표면들에 평행한 평면에 놓이는 방향에서 상대적으로 이동할 수 있다는 것이다. 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트는 각각 전도성 층(203, 204)을 가진다. 전도성 플레이트들(203, 204)에는, 인접한 홈들(troughs)(209, 210)에 의해 분리되는 돌출부(projection)들을 제공하는 리브 구조(rib formation)(207, 208)와 같은 형상으로된 마주보는(confronting) 표면들(205, 206)이 제공되며, 각각의 마주보는 표면(205, 206) 전체는 바스트론(Bastron)의 균일한 두께 층으로 코팅되어, 유전체 층을 제공한다. 이 경우에, 바스트론은 단지 적절한 물질의 예이다. 리브 구조는 전도성 층(203, 204)에 고정된 구리 테입에 의해 생성될 수 있으나, 제조시에는 더욱 복잡한 생산 기법들이 사용될 수 있다. 플레이트(203, 204)는, 리브들이 도 12a에 도시된 것과 같이 대향하여 정렬될 때 최소의 가능한 갭이 리브(207, 208)의 인접 단부들(proximal ends)을 분리시키도록 지지된다. 이동 플레이트(201)가 화살표 A 방향으로 이동됨에 따라, 플레이트들 위의 마주보는 리브들(207, 208)은 도 12A에 도시된 대향식 정렬(opposed alignment)로부터 도 12b에 도시된 인접한 정렬(adjacent alignment)로 이동한다. 이는, 플레이트들 사이의 유전체의 유전율을 변경하여, 커패시터의 커패시턴스를 최소 값과 최대 값 사이에서 변하게 한다. 플레이트(201) 상에서 리브 형태들을 분리하는 홈들은 플레이트(202) 상에서 리브들을 분리하는 홈들의 너비의 정수배라는 것이 이해될 것이다. 본 예에서, 그 정수는 3이다.

주어진 제너레이터의 예들은 플레이트들의 상대적인 회전 운동에 의존하며, 이는 효율성 및 기구적인 면에서 특정한 이점들을 제공한다. 그러나, 플레이트들이 회전적으로 또는 선형적으로, 상대적으로 상호적으로(reciprocally) 움직일 수 있다는 것은 본 발명의 범주 내에 있는 것이다.

커패시터들의 제조는 간헐적인(intermittent) 레이저 임펄스에 의해 층별로 레이저 소결(laser sintering)을 행하거나 한 층의 단일 레이저 임펄스에 의해 일회의 레이저 소결을 행함으로써 레이저를 사용하여 편리하게 달성될 수 있다. 유전체들은 스퍼터링을 사용하여 기판 위로 증착될 수 있다.

도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예는 우선권 출원 RU2007127122/06(029591)에 제시된다. 전류의 용량성 제너레이터는 교번 커패시턴스를 가지는 두 개의 전자 커패시터들(301, 302)을 포함하고, 각각의 커패시터들은 최소값과 최대값 사이에서 변경될 수 있는 커패시턴스를 가지며, 상기 커패시터들은 전자 회로에 의해 연결된다. 커패시터들은 기계적으로 역위상으로 연결되어, 한 커패시터가 최소의 커패시턴스를 가질 때, 다른 커패시터는 최대의 커패시턴스를 가진다. 커패시터들이 제조될 때, 직류 전위(direct potential)가 커패시터의 전극에 인가된다.

커패시터들 각각은 강유전성(ferroelectric) 플레이트들(303)(일릭트릿(electrets))로부터 형성되며, 그것의 최외측(outermost) 표면은 전도성 층으로 코팅된다. 대향 표면들은 톱니 요소들(tooth elements)(303)을 가지며, 상기 톱니 요소들의 융기(ridge)는 상대적인 이동 방향에 수직이다. 두 전극들 모두 다른 전극에 대해 전진 운동(foward movement) 또는 회전 운동을 가질 수 있으며, 따라서 전극들은 그것들의 주축에 평행한 평면 내에서 이동하고, 상기 전극들은 서로 일정한 거리로 유지된다. 전기 회로(306)는 소자들을 포함하며, 상기 소자들은 제너레이터 커패시터들(301, 302)에 프라이밍 전하를 제공하기 위한 전하 자기여기(self-excitation) 방식을 제공한다.

하나의 강유전체 평면(일렉트릿)이 다른 강유전체 평면에 대해 회전할 때, 톱니 요소들은 다른 것들에 대해 이동되는 것들이다. 플레이트들 사이의 에어 갭은톱니의 융기들이 서로 마주보고 있을 때 최소 값으로부터, 한 플레이트의 톱니 요소들의 융기들이 또 다른 평면의 톱니 요소들의 패인부분들(cavities)의 위에 있을 때 최대값으로 변경된다. 에어 갭의 그러한 변형은 커패시터의 커패시턴스의 교번(alternation)과 전극들에 대한 전위 차이의 교번을 야기한다. 이러한 변경은 전압계(6)에 의해 기록된다. 강유전체 플레이트들(일렉트릿)의 회전은 전기 에너지로 변환되는 기계적 에너지의 적용을 요구한다. 디바이스의 최선의 실시예는, 일 기계적 회전 동안 커패시터가 충전되고 기어의 이동 범위(span)를 커버하는 톱니 요소들의 수와 동일한 주파수로 재충전되는 것이다.

도 14는 제너레이터가 다수의 형상들로 구성될 수 있는 본 발명의 이점을 도시한다. 이 경우에, 제너레이터는 두 개의 동심 튜브(concentric tube)로부터 형성된다. 제너레이터는 두 개의 축방향으로 이격된(axially spaced) 튜브형 제너레이터 커패시터(401, 402)를 포함한다. 이 커패시터들은 두 개의 축방향으로 이격된 튜브형 제너레이터 커패시터 플레이트들(404)을 제공하는 내부 튜브를 포함하고, 그것들 중 하나만이 도면에 도시된다. 대향하는 제너레이터 커패시터 플레이트들은 406과 403에서 도시되는 외부 튜브 부분들로서 제공된다. 각각의 플레이트는 링(R)에 의해 인접한 플레이트들로부터 전기적으로 절연된다.

각각의 내부 플레이트(404)는 전도체의 내부 층(inner layer)을 포함하며, 각각의 외부 플레이트는 전도체(403a, 406a)의 최외부 층을 포함한다. 각각의 내부 튜브는 유전체 물질의 최외부 층을 가지며, 각각의 외부 튜브에는 유전체 물질의 내부 층이 제공된다. 유전체 물질의 층들은 세로로 확장되는 낮은 유전율의 영역들(415)로 나누어지며, 상기 영역들은 어두운 영역들로 표시되고, 높은 유전율(416)은 밝은 영역들로 표시된다. 앞의 실시예들에서와 같이, 커패시터들 중 하나의 유전체 층들 중 하나는 오프셋 영역들을 가지며, 따라서, 한 튜브가 다른 튜브에 상대적으로 회전될 때, 한 커패시터의 유전율이 증가하는 반면, 다른 커패시터의 유전율은 감소한다.

제 1 실시예를 참조로 설명된 것과 유사한 회로는, 두 개의 상술된 제너레이터 커패시터들을 연결하며, 따라서, 한 튜브가 다음 튜브에 상대적으로 회전될 때, 커패시터들에 로딩된 전하가 커패시터들 사이에서 앞 뒤로 이동 할 것이다.

프라이밍 커패시터들(402', 403)이, 전도체의 외부층(404a)과 내부층(405a)에 의해 제공되는 유사한 튜브형 커패시터들에 의해 제공되며, 상기 외부층 및 내부층 위에는 각각 제너레이터의 축방향 단부(axial end)에 있는 마주보는 유전체층들(404, 405)이 제공된다. 유전체 물질의 층들에는 세로로 신장되고 방사상으로 교번되는(radially alternated) 높은 유전체 유전율 영역과 낮은 유전체 유전율 영역이 제공된다. 프라이밍 커패시터들의 상술한 예들에서와 같이, 이 영역들은 각각의 프라이밍 커패시터에서 유사하게 정렬되어, 그들의 커패시턴스가 동위상(in phase)으로 변화된다. 프라이밍 커패시터들(402', 403)은 제 1 실시예에서 기술된 바와 같이 프라이밍 회로(101) 내에서 연결된다.

Claims

용량성 전류 제너레이터(capacitive electric current generator)로서,
트랜스미션(transmission)으로부터의 기계적 힘에 응답하여 전류를 발생시키도록 된 용량성 발생 회로(G)와; 그리고
상기 기계적 힘에 응답하여, 자신들의 커패시턴스가 변경되도록 상기 트랜스미션에 기계적으로 연결됨과 아울러 프라이밍 전하(priming charge)를 발생시켜 상기 용량성 발생 회로(G)에 전달하도록 상기 용량성 발생 회로(G)에 전기적으로 연결된 프라이밍 커패시터들(102, 103)로 구성되는 프라이밍 전하 회로(P)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량성 전류 제너레이터.
제1항에 있어서,
상기 프라이밍 전하 회로(P)는 제 2 가변 커패시터(103)와 함께 회로를 이루는 제 1 가변 커패시터(102)와, 상기 기계적 트랜스미션에 의해 동기적으로 그리고 순차적으로 동작하도록 된 스위치들의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량성 전류 제너레이터.
제2항에 있어서,
상기 프라이밍 커패시터들(102, 103)의 용량은 상기 트랜스미션에 의한 움직임에 응답하여 동위상(in phase)으로 변하고, 그리고 상기 스위치들(K)은 상기 프라이밍 커패시터들의 플레이트들 사이에서 개방 및 폐쇄되어,
상기 트랜스미션의 제 1 위치에서, 상기 프라이밍 커패시터들(102, 103) 상의 초기 전하는 상기 프라이밍 커패시터 플레이트들(104, 105, 106, 107) 사이에서 균등하게 분산되고, 이 경우 상기 프라이밍 커패시터들(102, 103)의 커패시턴스는 최소이며,
상기 트랜스미션의 제 2 위치로의 움직임에 응답하여, 상기 스위치들은 상기 커패시터 플레이트들(104, 105, 106, 107)이 서로 분리되도록 개방되며, 그리고
상기 커패시터 플레이트들의 커패시턴스가 동시에 최대로 상승하게 되어, 상대적으로 작은 양의 전하가 하나의 프라이밍 커패시터의 하나의 플레이트(106) 상에 분리되고, 음의 전하(-q)가 다른 프라이밍 커패시터의 하나의 플레이트(105) 상에 분리되며, 나머지 플레이트들은 상기 제너레이터 회로(1)와 통신하는 동안 실질적으로 중성으로 대전되며,
상기 커패시터들 중 상기 다른 커패시터의 각각 중성으로 대전된 플레이트들(104, 107)의 각각의 전하 함유 플레이트(105, 106)를 연결시키는 제 3 위치로의 상기 트랜스미션의 추가 움직임에 응답하여, 상기 제너레이터 커패시터 회로(1) 상의 전하가 증가하고, 그리고
상기 제 1 위치로 복귀하는 상기 트랜스미션의 후속 움직임에 응답하여, 상기 증가된 전하가 상기 초기 전하로서 동작하는 것을 특징으로 하는 용량성 전류 제너레이터.
앞선 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 가변 프라이밍 커패시터들(102, 103)의 용량은 상기 커패시터 플레이트들 간의 유전체의 유전율을 변경시킴으로써 변경되는 것을 특징으로 하는 용량성 전류 제너레이터.
제4항에 있어서,
각각의 커패시터(102, 103)는 움직일 수 있는 플레이트 및 고정자 플레이트를 구비하고, 각각의 플레이트(104, 105, 106, 107)는 서로 대향하여 정렬되는 유전체 층으로 제공되고, 상기 유전체 층들은 높은 유전율을 가진 영역들(15)과 상대적으로 낮은 유전율을 가진 영역들(16)을 구비하며, 상기 높은 유전율을 가진 영역들과 상기 낮은 유전율을 가진 영역들은, 하나의 플레이트가 다른 플레이트와 상대적으로 움직임에 따라, 각각의 대향하는 유전체 층들 상에서 상기 높은 유전율을 가진 영역들이 일치하고 아울러 상기 낮은 유전율을 가진 영역들이 일치하여 상기 트랜스미션에 의한 변위에 따라 상기 커패시터의 커패시턴스가 최소가 되도록 정렬되며, 그리고
상기 낮은 유전율을 가진 영역들이 상기 높은 유전율을 가진 영역들과 일치하여 상기 프라이밍 커패시터의 커패시턴스가 최대로 되는 것을 특징으로 하는 용량성 전류 제너레이터.
앞선 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제너레이터 회로는,
가변의 제 1 커패시터(1) 및 가변의 제 2 커패시터(2)와, 여기서 상기 커패시터들(1, 2) 각각은 유전체로 분리된 전도성 층들(9, 10, 11, 12)의 쌍을 포함하고,
상기 가변 커패시터들 중 하나(1)의 일 커패시터 플레이트(15)의 전도체 층(9)과 상기 커패시터들 중 다른 하나(2) 전도성 층들(10) 사이에서 전기적으로 통신하는 전기 에너지 적출 디바이스(8)와, 그리고
상기 전도성 층들 간의 거리를 변경시킴 없이, 외부 소스로부터의 기계적 임펄스에 응답하여, 역위상으로, 각각의 커패시터(1, 2)의 용량이 동기적으로 변경되도록 각각의 커패시터(1, 2)에 연결된 기계적 트랜스미션을 포함하며,
여기서, 상기 커패시터들(1, 2) 상에 프라이밍 전하가 저장될 때, 전기 에너지가 적출되도록 상기 프라이밍 전하가 상기 전기 에너지 적출 디바이스(8)를 통해 전도되는 것을 특징으로 하는 용량성 전류 제너레이터.
제너레이터로서,
가변의 제 1 커패시터(1) 및 가변의 제 2 커패시터(2)와, 여기서 상기 커패시터들(1, 2) 각각은 유전체로 분리된 전도성 층들(9, 10, 11, 12)의 쌍을 포함하고;
상기 가변 커패시터들 중 하나(1)의 일 커패시터 플레이트(15)의 전도체 층(9)과 상기 커패시터들 중 다른 하나(2)의 전도성 층들(10) 사이에 연결되는 전기 에너지 적출 디바이스(8)와; 그리고
상기 전도성 층들 간의 거리를 변경시킴 없이, 하나의 커패시턴스가 증가함에 따라 다른 커패시턴스가 감소하도록, 외부 소스로부터의 기계적 힘에 응답하여, 각각의 커패시터(1, 2)의 용량을 변경시키기 위해 각각의 커패시터(1, 2)에 연결된 기계적 트랜스미션(18)을 포함하여 구성되며,
여기서, 상기 커패시터들(1, 2) 상에 프라이밍 전하가 저장될 때, 전기 에너지가 적출되도록 상기 프라이밍 전하가 상기 전기 에너지 적출 디바이스(8)를 통해 전도되는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
제7항에 있어서,
각각의 커패시터(1, 2)의 커패시턴스가 유전율에 따라 동위상으로 변하도록, 상기 기계적 트랜스미션(18)이 각각의 커패시터(1, 2)의 상기 전도성 층들(9, 10, 11, 12) 간의 상기 유전체의 유전율을 변경시키는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
제8항에 있어서,
각각의 전도성 층(9, 10, 11, 12)은 커패시터 플레이트(3, 4, 5, 6)가 형성되도록 각각의 유전체 층(13, 13a, 14, 14a)을 지지하고, 여기서 상기 제 1 커패시터(1)는 상기 플레이트들(3, 5)의 쌍으로 형성되고 상기 제 2 커패시터(2)는 상기 플레이트들(4, 6)의 제2의 쌍으로 형성되며,
각각의 유전체 층(13, 13a, 14, 14a)은 높은 유전율을 가진 유전체로 형성된 높은 유전체 영역들(15)을 구비하고, 상기 높은 유전체 영역들(15)은 상기 높은 유전율의 유전체 영역보다 낮은 유전율을 가진 유전체로 된 낮은 유전체 영역들(16)로 분리되며,
상기 커패시터들(1, 2) 각각은 상기 전도성 층들(9, 10, 11, 12) 사이에서 서로 대향하는 관계의 상기 유전체 층들(13, 13a, 14, 14a)을 구비한 상기 플레이트들(3, 4, 5, 6)의 쌍으로 형성되고, 그리고, 상기 높은 유전체 영역들(15)과 상기 낮은 유전체 영역들(16)의 일치의 변경이 커패시턴스의 변경에 영향을 미치도록 상기 기계적 트랜스미션이 상기 플레이트와 평행한 평면 방향에서 각각의 커패시터들(1, 2)의 상기 유전체 층들(13, 13a, 14, 14a) 중 하나를 움직이게 하는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
제9항에 있어서,
각각의 커패시터의 상기 플레이트들 중 하나는 다른 하나, 즉 각각의 커패시터의 고정자 플레이트(5, 6)에 대해 움직일 수 있는 가동성 플레이트(3, 4)이고, 그리고 상기 고정자 플레이트들(5, 6)의 상기 유전체 층들(11, 14) 각각에 대한, 상기 가동성 플레이트(3, 4) 각각의 상기 유전체 층(12, 13)의 변위에 영향을 미치도록 하기 위해, 상기 가동성 플레이트들(3, 4)의 위치가 변경되도록 상기 기계적 트랜스미션이 연결되는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
제10항에 있어서,
상기 제너레이터의 상기 가동성 플레이트들(3, 4)은 공통 전기자 상에 서로 등진 관계(back-to-back relation)로 장착되는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
제9항 또는 제10항에 있어서,
서로 대향하는 상기 유전체 층들(11, 12, 13, 14)의 마주보는 표면들은 상기 제너레이터의 에너지 밀도가 증진되도록 평탄한 것을 특징으로 하는 제너레이터.
제12항에 있어서,
상기 마주보는 표면들은 연마(polish)되는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
제9항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 가동성 플레이트는 회전자인 것을 특징으로 하는 제너레이터.
제14항에 있어서,
상기 플레이트들(3, 4, 5, 6)은 디스크(disk)들인 것을 특징으로 하는 제너레이터.
제12항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 기계적 트랜스미션은 상기 가동성 플레이트들(3, 4)을 왕복운동시키는
것을 특징으로 하는 제너레이터.
제9항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 영역들은 스트립(strip)들인 것을 특징으로 하는 제너레이터.
제2항 및 제17항에 있어서,
상기 스트립들은 방사형(radial)으로 연장되는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
제너레이터로서,
가변의 제 1 커패시터(1)와; 그리고
가변의 제 2 커패시터(2)를 포함하여 구성되고,
상기 커패시터들(1, 2) 각각은 가동성 플레이트 및 고정자 플레이트를 포함하고,
각각의 플레이트는 상기 플레이트들의 마주보는 면들 사이에 놓인 전도성 층(9, 10, 11, 12) 및 유전체 층을 포함하고,
상기 커패시터들(1, 2) 각각의 상기 전도성 층들(9, 12) 중 하나는 전기 에너지 적출 디바이스를 포함하는 전도체(7)를 통해 전기적으로 연결되고,
각각의 커패시터(1, 2)는, 외부 소스로부터의 자극적인 기계적 힘에 응답하여, 상기 고정자 플레이트들에 대해 각각의 커패시터(1, 2)의 상기 가동성 플레이트들을 움직이게 함으로써, 각각의 커패시터(1, 2)의 용량을 변경시키는 기계적 트랜스 미션에 연결되며,
여기서, 상기 커패시터들(1, 2) 상에 프라이밍 전하가 저장될 때, 상기 전기 에너지 적출 디바이스가 전기 에너지를 적출하도록 상기 프라이밍 전하가 전도체(7)를 통해 운반되며, 상기 가동성 플레이트가 상기 고정자 플레이트에 대해 움직일 때 커패시턴스가 변경되도록 하기 위해 상기 플레이트들 사이의 유전체가 변경되도록 각각의 커패시터(1, 2)의 상기 전도성 층들의 상기 마주보는 표면들이 형성되는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
제19항에 있어서,
상기 플레이트들은 물결모양(corrugations)의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
제20항에 있어서,
상기 물결모양은 직사각형 부분을 구비하여 상기 물결모양의 대향하는 리브(rib)들이 상대적 운동 방향에서 유사한 폭을 가진 평탄하고 상보적인 대향 표면들을 제공하는 것을 특징으로 하는 제너레이터.
제21항에 있어서,
상기 대향하는 플레이들 중 하나 상에서 상기 리브들을 분리하는 채널들은 각각의 리브의 폭과 유사한 폭을 가지고, 상기 대향하는 플레이트들 중 다른 하나 상에서 상기 리브들을 분리하는 채널들은 각각의 리브의 폭의 정수 배가 되는 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 제너레이터.