RU2300168C2 - Parametric capacitive electrical energy generator - Google Patents

Parametric capacitive electrical energy generator Download PDF

Info

Publication number
RU2300168C2
RU2300168C2 RU2005114805/06A RU2005114805A RU2300168C2 RU 2300168 C2 RU2300168 C2 RU 2300168C2 RU 2005114805/06 A RU2005114805/06 A RU 2005114805/06A RU 2005114805 A RU2005114805 A RU 2005114805A RU 2300168 C2 RU2300168 C2 RU 2300168C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
capacitor
plates
capacitance
changing
electrical energy
Prior art date
Application number
RU2005114805/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005114805A (en
Inventor
Игорь Игоревич Маслов (RU)
Игорь Игоревич Маслов
Original Assignee
Игорь Игоревич Маслов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Игорь Игоревич Маслов filed Critical Игорь Игоревич Маслов
Priority to RU2005114805/06A priority Critical patent/RU2300168C2/en
Publication of RU2005114805A publication Critical patent/RU2005114805A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2300168C2 publication Critical patent/RU2300168C2/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

FIELD: electrical energy generation.
SUBSTANCE: proposed generator has capacitor with plates made of current conducting materials distinguished by different electronic work function; this capacitor is connected to capacitor of active load or that incorporating active component. Capacitor charge caused by contact potential difference between its plates performs useful work by means of capacitance cyclic variation device (mechanical one that functions to vary plate-to-plate distance or plate surface area, insulator displacement, or otherwise changing its properties). Generator depends for its operation on reducing energy of capacitor charged by contact potential difference of its plates by external action and for yielding electrical energy only at output.
EFFECT: facilitated electrical energy generation.
1 cl

Description

Изобретение (далее - генератор) относится к генераторам электрической энергии.The invention (hereinafter referred to as the generator) relates to electric energy generators.

Ближайшим прототипом генератора является общеизвестный из техники измерений датчик Кельвина, предназначенный для определения работы выхода электронов (РВЭ) токопроводящих материалов (ТПМ) и микроскопического обследования поверхности образца ТПМ. Он состоит из образца исследуемого ТПМ, зонда, изготовленного из ТПМ с известной РВЭ, и устройства, осуществляющего механические (вибрирующие) колебания зонда перпендикулярно плоскости образца. При изменении электрической емкости между зондом и образцом возникает переменная электродвижущая сила, по амплитуде которой и известной РВЭ зонда высчитывается РВЭ или определяется рельеф образца [1].The closest prototype of the generator is the Kelvin sensor, well known from the measurement technique, designed to determine the work function of electrons (RWE) of conductive materials (TPM) and microscopic examination of the surface of a TPM sample. It consists of a sample of the studied TPM, a probe made of TPM with a known RWE, and a device that performs mechanical (vibrating) vibrations of the probe perpendicular to the plane of the sample. When the electric capacitance changes, a variable electromotive force arises between the probe and the sample, the amplitude of which and the known REM of the probe determines the REM or determines the relief of the sample [1].

Другим прототипом можно назвать общеизвестный параметрический генератор, состоящий из электрического колебательного контура, в который входят конденсатор и катушка индуктивности. При циклическом изменении емкости конденсатора с определенной частотой и фазой, связанных с резонансными характеристиками контура, происходит, при начальном поступлении извне заряда на конденсатор, поддержание и рост амплитуды колебаний за счет внешней работы [2].Another prototype can be called a well-known parametric generator, consisting of an electric oscillatory circuit, which includes a capacitor and an inductor. With a cyclic change in the capacitance of a capacitor with a certain frequency and phase, associated with the resonant characteristics of the circuit, when the charge arrives at the capacitor from the outside, the oscillation amplitude is maintained and increased due to external work [2].

Техническая задача, решаемая данным генератором, является осуществление возможности использования физического эффекта контактной разности потенциалов (КРП) в генераторе электроэнергии.The technical problem solved by this generator is the implementation of the possibility of using the physical effect of the contact potential difference (CLC) in the electric power generator.

Техническим результатом является выработка электроэнергии с применением эффекта КРП, возникающей при контакте ТПМ с различными РВЭ.The technical result is the generation of electricity with the use of the KRP effect that occurs when the SST comes into contact with various electronic components.

Сущность технического решения заключается в осуществлении разрядки на нагрузку конденсатора, заряженного КРП собственных обкладок, путем уменьшения его электрической емкости.The essence of the technical solution lies in the discharge of the capacitor charged by the CRP of its own plates to the load by reducing its electric capacitance.

Генератор содержит электрический конденсатор с диэлектриком, нагрузку и устройство изменения емкости (УИЕ). Обкладки конденсатора изготовлены из ТПМ. Это могут быть металлы, полупроводники или токопроводящие композиты различного происхождения. Пара ТПМ подбирается из расчета получения максимальной КРП между ними. Выбор материала диэлектрика диктуется получением наибольшей емкости конденсатора при данном конструктивном его исполнении. Обкладки конденсатора электрически подключены к нагрузке. Емкость конденсатора циклически изменяется УИЕ - это его основная функция. УИЕ, как и способ изменения емкости, могут быть любыми с учетом сохранения им (УИЕ) основной функции. Например, возможно механическое изменение расстояния между обкладками (изменяя расстояние между ними), площади обкладок (складывая или сжимая), взаимной площади (сдвигая обкладки с, или без изменения расстояния между ними), перемещение диэлектрика (например, вдвигая и выдвигая его в промежуток между обкладками), изменение диэлектрической проницаемости диэлектрика посредством физического воздействия на материал диэлектрика (различными полями, механическим воздействием) и прочее. Основными функциями нагрузки являются разрядка конденсатора при уменьшении его емкости и предоставлении возможности конденсатору заряжаться КРП собственных обкладок при увеличении емкости. В связи с этим нагрузка должна быть активной или иметь активную составляющую. Конкретное исполнение нагрузки может быть самым разнообразным с учетом сохранения ей основных функций. Самый простой вариант реализации нагрузки - в виде омического сопротивления (резистора). Возможен вариант нагрузки с механическими, электронными и иными ключами, а также трансформаторный, когда конденсатор нагружен на его первичную обмотку. В трансформаторном варианте, особенно ненагруженном, могут возникнуть: реактивные и резонансные явления, придающие генератору отличительные признаки обычного резонансного параметрического генератора; токи смещения из-за несимметричности амплитуды напряжения на конденсаторе, тем большем, чем больше сопротивление нагрузки.The generator contains an electric capacitor with a dielectric, a load and a capacitance changing device (UIE). Capacitor plates are made of TPM. It can be metals, semiconductors or conductive composites of various origins. A pair of TPMs is selected based on the calculation of the maximum KRP between them. The choice of dielectric material is dictated by obtaining the largest capacitance of the capacitor with this design. Capacitor plates are electrically connected to the load. The capacitance of the capacitor cyclically changes UIE - this is its main function. UIE, as well as a method of changing the capacity, can be any, taking into account the preservation by it (UIE) of the main function. For example, it is possible to mechanically change the distance between the plates (changing the distance between them), the area of the plates (folding or compressing), the mutual area (shifting the plates with or without changing the distance between them), moving the dielectric (for example, pushing it in and out in the gap between plates), a change in the dielectric constant of a dielectric by means of physical action on a dielectric material (by various fields, mechanical action), and so on. The main functions of the load are discharging the capacitor while decreasing its capacity and allowing the capacitor to charge the CRC of its own plates with increasing capacity. In this regard, the load must be active or have an active component. The specific performance of the load can be the most diverse, taking into account the preservation of its basic functions. The easiest way to implement the load is in the form of ohmic resistance (resistor). A load variant with mechanical, electronic and other keys is possible, as well as a transformer, when the capacitor is loaded on its primary winding. In the transformer version, especially unloaded, the following can occur: reactive and resonant phenomena, giving the generator the distinguishing features of a conventional resonant parametric generator; bias currents due to the asymmetry of the voltage amplitude across the capacitor, the greater the greater the load resistance.

Чертежи и схемы не приводятся ввиду простоты конструкции генератора.Drawings and schemes are not given due to the simplicity of the design of the generator.

Работу генератора рассмотрим на примере с нагрузкой в виде резистора. В начальный период времени емкость конденсатора максимальна, а его обкладки замкнуты через резистор. УИЕ начинает уменьшать емкость конденсатора. Повышающееся напряжение на конденсаторе вызывает ток в резисторе. В момент минимальной емкости конденсатора и полной его разрядки напряжение на его обкладках равно КРП. Далее УИЕ начинает увеличивать емкость конденсатора. Происходит понижение напряжения на конденсаторе ниже КРП и зарядка его до КРП через резистор. УИЕ во время полного цикла совершает суммарно положительную работу, которая преобразуется в электрический ток и тоже выделяется на нагрузке. Далее цикл повторяется.We will consider the operation of the generator as an example with a load in the form of a resistor. In the initial period of time, the capacitance of the capacitor is maximum, and its plates are closed through a resistor. UIE begins to reduce the capacitance of the capacitor. Rising voltage across the capacitor causes a current in the resistor. At the time of the minimum capacitance of the capacitor and its complete discharge, the voltage on its plates is equal to the RPC. Further, UIE begins to increase the capacitance of the capacitor. There is a decrease in the voltage on the capacitor below the RPC and charging it to the RPC through a resistor. UIE during a full cycle performs a total positive work, which is converted into electric current and also stands out on the load. Next, the cycle repeats.

Доказательство возможности осуществления генератора. Рассмотрим конденсатор с обкладками, выполненными из материалов с различной РВЭ. Конденсатор имеет возможность изменять свою емкость. Переведем конденсатор в положение максимальной емкости и замкнем его обкладки через резистор. При этом конденсатор зарядится до напряжения, равного КРП, и энергия его заряда будетProof of the feasibility of the generator. Consider a capacitor with plates made of materials with different REE. The capacitor has the ability to change its capacity. We translate the capacitor to the maximum capacity position and close its plates through the resistor. In this case, the capacitor will be charged to a voltage equal to the CRP, and the energy of its charge will be

Figure 00000001
Figure 00000001

где E1 - энергия заряда конденсатора в положении максимальной емкости с замкнутыми обкладками;where E 1 is the charge energy of the capacitor in the position of maximum capacity with closed plates;

C1 - емкость конденсатора в положении максимальной емкости;C 1 is the capacitance of the capacitor in the position of maximum capacity;

U - контактная разность потенциалов [3].U is the contact potential difference [3].

Этот заряд напрямую снять с конденсатора невозможно, так как суммарная КРП в замкнутой цепи равна нулю. Теперь уменьшим емкость конденсатора. Очевидно, снижение емкости заряженного конденсатора вызовет повышение напряжения на его обкладках выше КРП и возникновение тока в резисторе. Кроме того, на уменьшение емкости будет затрачена положительная внешняя работа, величина которой будет зависеть от взаимоотношения двух параметров: скорости изменения емкости конденсатора и величины сопротивления резистора. Эта работа, какова бы ни была ее природа, также выделится в виде тепла на резисторе. Однако конденсатор разрядится не до конца - на нем останется КРП. Далее, отключив резистор, вернем емкость конденсатора к первоначальной величине. При этом, поскольку заряд на конденсаторе остался, выделится положительная внешняя работа, связанная с уменьшением энергии заряда, а напряжение на обкладках станет меньше КРП обкладок конденсатора. И теперь, при исходной максимальной емкости конденсатора, мы имеем энергиюThis charge cannot be directly removed from the capacitor, since the total KRP in a closed circuit is zero. Now reduce the capacitance of the capacitor. Obviously, a decrease in the capacitance of a charged capacitor will cause an increase in voltage on its plates above the KRP and a current in the resistor. In addition, positive external work will be spent on reducing the capacitance, the magnitude of which will depend on the relationship of two parameters: the rate of change of the capacitance of the capacitor and the resistance value of the resistor. This work, whatever its nature, will also be released as heat on the resistor. However, the capacitor is not completely discharged - it will remain on the control panel. Next, by disconnecting the resistor, we return the capacitance of the capacitor to its original value. At the same time, since the charge on the capacitor remains, positive external work associated with a decrease in the charge energy will be released, and the voltage on the plates will become less than the CIR of the capacitor plates. And now, with the initial maximum capacitance of the capacitor, we have energy

Figure 00000002
Figure 00000002

где Е2 - энергия изолированного конденсатора после увеличения его емкости;where E 2 is the energy of an isolated capacitor after increasing its capacity;

С2 - емкость конденсатора в положении минимальной емкости,C 2 is the capacitance of the capacitor in the minimum capacity position,

с учетом того, что напряжение на обкладках станет меньше КРП в той мере, в которой C1 больше С2. Очевидно, что Е2 меньше E1, откуда следует вывод: имеется возможность внешним воздействием уменьшить энергию электрического конденсатора, заряженного контактной разностью потенциалов собственных обкладок, получив на выходе только электрическую энергию, работа которой включает работу внешнего воздействия. Таким образом, заряд такого конденсатора может совершать полезную работу.taking into account the fact that the voltage on the plates will become less than the KRP to the extent that C 1 is greater than C 2 . Obviously, E 2 is less than E 1 , whence the conclusion follows: there is the possibility of external influence to reduce the energy of an electric capacitor charged by the contact potential difference of its own plates, having received only electric energy at the output, the work of which includes the work of external influence. Thus, the charge of such a capacitor can do useful work.

Эффективность генератора (отношение разности E1 и Е2, выделяемой в нагрузку, к внешней работе по изменению емкости конденсатора) обратно пропорциональна сопротивлению нагрузки.The efficiency of the generator (the ratio of the difference E 1 and E 2 allocated to the load to the external work on changing the capacitance of the capacitor) is inversely proportional to the load resistance.

Итог. Возможность снятия заряда с конденсатора, заряженного КРП собственных обкладок, путем уменьшения его емкости неоспорима, исходя из школьного курса электростатики (опыт с пластинами и электроскопом, ([4], стр.105) и работоспособности прототипа - датчика Кельвина, имеющего на выходе только ЭДС и не являющегося резонансным параметрическим генератором, где электрические колебания поддерживаются исключительно внешней работой.Total. The possibility of removing the charge from the capacitor charged by the CRC of its own plates by reducing its capacity is undeniable, based on the school course of electrostatics (experience with plates and an electroscope, ([4], p. 105) and the operability of the prototype — the Kelvin sensor, which has only EMF output and not a resonant parametric generator, where electrical oscillations are supported exclusively by external work.

Источники информации:Information sources:

1. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. М.: Мир, 1989.1. Woodruff D., Delchar T. Modern methods of surface research. M .: Mir, 1989.

2. Бухараев А.А., Овчинников Д.В., Бухараева А.А. Диагностика поверхности с помощью сканирующей силовой микроскопии (обзор). Завод. лаб., 1997, N5.2. Bukharaev A.A., Ovchinnikov D.V., Bukharaeva A.A. Surface diagnostics using scanning force microscopy (review). Plant. Lab., 1997, N5.

3. Капранов М.В., Кулешов В.Н., Уткин Г.М. Теория колебаний в радиотехнике. Учебное пособие для вузов. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984.3. Kapranov M.V., Kuleshov V.N., Utkin G.M. The theory of oscillations in radio engineering. Textbook for universities. M .: Science. The main edition of the physical and mathematical literature, 1984.

4. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика. Учеб. пособие, книга 2. Электродинамика. Оптика. - М.: Физматлит, 2000 г.4. Butikov E.I., Kondratiev A.S. Physics. Textbook allowance, book 2. Electrodynamics. Optics. - M .: Fizmatlit, 2000.

Claims (4)

1. Параметрический емкостный генератор электрической энергии, содержащий электрическую емкость, выполненную с возможностью ее циклического изменения и изготовленную из токопроводящих материалов, и устройство циклического изменения емкости, отличающийся тем, что он снабжен нагрузкой, емкость выполнена в виде конденсатора, обкладки которого изготовлены из токопроводящих материалов с различной работой выхода электронов и электрически подключены к нагрузке, причем нагрузка выполнена с возможностью разрядки конденсатора при уменьшении его емкости и с обеспечением возможности конденсатору заряжаться при увеличении емкости.1. A parametric capacitive generator of electrical energy containing an electric capacitance made with the possibility of its cyclical change and made of conductive materials, and a device for cyclic change of capacitance, characterized in that it is provided with a load, the capacitance is made in the form of a capacitor, the lining of which is made of conductive materials with different work function of the electron output and are electrically connected to the load, and the load is configured to discharge the capacitor with decreasing its capacity and with the possibility of the capacitor being charged with increasing capacity. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что устройство циклического изменения электрической емкости конденсатора выполнено с возможностью изменения емкости посредством изменения расстояния между обкладками конденсатора, или изменения площади обкладок, или изменения взаимной площади обкладок, или перемещения диэлектрика, или изменения диэлектрической проницаемости диэлектрика посредством физического воздействия на его материал.2. The generator according to claim 1, characterized in that the device for cyclically changing the capacitance of the capacitor is configured to change the capacitance by changing the distance between the capacitor plates, or changing the area of the plates, or changing the mutual area of the plates, or moving the dielectric, or changing the dielectric constant of the dielectric through physical action on its material. 3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что нагрузка выполнена активной или имеет активную составляющую.3. The generator according to claim 1, characterized in that the load is made active or has an active component. 4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что токопроводящие материалы выполнены из комбинации двух и более металлов, полупроводников или проводящих электрический ток искусственных или естественных материалов, имеющих различные работы выхода электронов.4. The generator according to claim 1, characterized in that the conductive materials are made of a combination of two or more metals, semiconductors or conductive electric current of artificial or natural materials having different electron work functions.
RU2005114805/06A 2005-05-14 2005-05-14 Parametric capacitive electrical energy generator RU2300168C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005114805/06A RU2300168C2 (en) 2005-05-14 2005-05-14 Parametric capacitive electrical energy generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005114805/06A RU2300168C2 (en) 2005-05-14 2005-05-14 Parametric capacitive electrical energy generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005114805A RU2005114805A (en) 2006-11-20
RU2300168C2 true RU2300168C2 (en) 2007-05-27

Family

ID=37501874

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005114805/06A RU2300168C2 (en) 2005-05-14 2005-05-14 Parametric capacitive electrical energy generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2300168C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2518191C2 (en) * 2012-07-27 2014-06-10 Владимир Олегович Бушма Capacitive induction generator (versions)
RU2584147C1 (en) * 2015-02-17 2016-05-20 Евгений Анатольевич Обжиров Electrostatic generator of high voltage

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2518191C2 (en) * 2012-07-27 2014-06-10 Владимир Олегович Бушма Capacitive induction generator (versions)
RU2584147C1 (en) * 2015-02-17 2016-05-20 Евгений Анатольевич Обжиров Electrostatic generator of high voltage

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005114805A (en) 2006-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Niu et al. Optimization of triboelectric nanogenerator charging systems for efficient energy harvesting and storage
de Queiroz et al. The doubler of electricity used as battery charger
Miao et al. MEMS inertial power generators for biomedical applications
Umeda et al. Energy storage characteristics of a piezo-generator using impact induced vibration
Kuehne et al. Power MEMS—A capacitive vibration-to-electrical energy converter with built-in voltage
Mitcheson et al. Electrostatic microgenerators
US20040007877A1 (en) Electret generator apparatus and method
Varpula et al. Harvesting vibrational energy using material work functions
US6058027A (en) Micromachined circuit elements driven by micromachined DC-to-DC converter on a common substrate
Dragunov et al. Microelectromechanical converters
de Queiroz Electrostatic energy harvesting using capacitive generators without control circuits
RU2300168C2 (en) Parametric capacitive electrical energy generator
Elliott et al. Implementation of a single supply pre-biasing circuit for piezoelectric energy harvesters
Dhakar et al. A wideband triboelectric energy harvester
Vu-Cong et al. Autonomous dielectric elastomer generator using electret
Baginsky et al. Electrostatic microgenerators of energy with a high specific power
Guillemet et al. Efficient inplane gapclosing MEMS electrostatic vibration energy harvester
Schlichting et al. A low-loss hybrid rectification technique for piezoelectric energy harvesting
Kloub et al. Electromechanical modeling and designing of capacitive MEMS DC/AC interactive power inverter for renewable energy applications
Le et al. MEMS electrostatic influence machines
de Queiroz et al. Energy harvesting with 3D-printed electrostatic generators
Pérez Moyet et al. Non-resonant electromechanical energy harvesting using inter-ferroelectric phase transitions
Gieras et al. Performance characteristics of a shake flashlight
Kuehne et al. Design and analysis of a capacitive vibration-to-electrical energy converter with built-in voltage
JPS6091716A (en) Function generator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110515