RU2629846C2 - Method of electromechanical energy conversion and electric-propulsion device on its basis - Google Patents

Method of electromechanical energy conversion and electric-propulsion device on its basis Download PDF

Info

Publication number
RU2629846C2
RU2629846C2 RU2011132592A RU2011132592A RU2629846C2 RU 2629846 C2 RU2629846 C2 RU 2629846C2 RU 2011132592 A RU2011132592 A RU 2011132592A RU 2011132592 A RU2011132592 A RU 2011132592A RU 2629846 C2 RU2629846 C2 RU 2629846C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plates
energy
electric
electric field
dielectric
Prior art date
Application number
RU2011132592A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011132592A (en
Inventor
Владимир Андреевич Степанец
Original Assignee
Владимир Андреевич Степанец
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 Владимир Андреевич Степанец filed Critical Владимир Андреевич Степанец
Priority to RU2011132592A priority Critical patent/RU2629846C2/en
Publication of RU2011132592A publication Critical patent/RU2011132592A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2629846C2 publication Critical patent/RU2629846C2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier

Landscapes

  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: method of electromechanical energy conversion and an electric-propulsion on its basis relate to electromechanical construction, in particular to the methods and devices of electromechanical conversion of electrical energy into mechanical and can be widely used in industry, transport, household appliances, aeronautics, astronautics and other areas of human activity; replace existing non-economical internal combustion engines and electric machines of electromagnetic induction. According to the invention, the energy of the electric field acting between the mechanically interconnected charged movable plates of the electric capacitor is converted into the mechanical energy of their mutual rotational or translational motion, for which the said plates are arranged in a dielectric medium and unfolded relative to each other in such a way that the composite force of electrostatic interaction formed between the plates was oriented in the direction of the required displacement.
EFFECT: increasing the efficiency and simplifying the process of converting the energy of electric field into mechanical energy, the method is environmentally friendly.
8 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к способам и устройствам электромеханического преобразования электрической энергии в механическую, и может найти широкое применение в промышленности, транспорте, бытовой технике, воздухоплавании, космонавтике и других областях человеческой деятельности, заменить существующие неэкономичные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) и электрические машины электромагнитной индукции.The invention relates to electrical engineering, in particular to methods and devices for electromechanical conversion of electrical energy into mechanical energy, and can be widely used in industry, transport, household appliances, aeronautics, astronautics and other areas of human activity, replace existing uneconomical internal combustion engines (ICE) and electric machines of electromagnetic induction.

Наиболее широкое применение в качестве средств производства механической энергии в современной технике приобрели ДВС, использующие сжигание углеводородного топлива, и индукционные машины, т.е. машины, в которых электродвижущая сила возникает в результате процесса электромагнитной индукции, занявшие практически монопольное положение в электромашиностроении (см. Ландсберг Г.С. (ред.). Элементарный учебник физики. Т. 2. 13-е изд. - М.: Физматлит, 2008. С.361, 410).The most widely used as means of producing mechanical energy in modern technology are ICEs using the combustion of hydrocarbon fuels and induction machines, i.e. machines in which the electromotive force arises as a result of the process of electromagnetic induction, which have taken an almost monopoly position in electrical engineering (see Landsberg G.S. (ed.). Elementary textbook of physics. Vol. 2. 13th ed. - M .: Fizmatlit , 2008. S. 361, 410).

Основные недостатки ДВС - низкий КПД, менее 60% у лучших образцов и загрязнение окружающей среды при сжигании топлива. Недостатки индукционных машин (способа и устройств) состоят в технологической сложности способа, в значительной материалоемкости и дороговизне устройств для его реализации, ограничениях допустимого рабочего напряжения (не выше 6 кВ) по условию электрического пробоя изоляции обмоток машин, критичности магнитных свойств материалов к температуре и вибрациям. Кроме того, индукционный электромагнитный способ энергозатратен, поскольку для создания электромагнитных полей по обмоткам индуктивных электрических машин и преобразователей пропускают значительные токи. Вследствие высоких омических потерь энергии в индуктивных обмотках таких машин, а также вследствие потерь электрической энергии на создание электромагнитного поля и потреблении ими значительной реактивной мощности (до 20-30% от полной мощности машины) эффективность электромеханического преобразования энергии в индуктивных электрических машинах недостаточно высока. Так, у наиболее распространенных индуктивных электрических машин средней мощности КПД не превышает 70-75%.The main disadvantages of internal combustion engines are low efficiency, less than 60% of the best samples and environmental pollution during fuel combustion. The disadvantages of induction machines (method and devices) are the technological complexity of the method, the significant material consumption and the high cost of devices for its implementation, the limitations of the permissible operating voltage (not higher than 6 kV) under the condition of electrical breakdown of the insulation of the windings of the machines, the criticality of the magnetic properties of materials to temperature and vibration . In addition, the induction electromagnetic method is energy-consuming, since significant currents are passed through the windings of inductive electric machines and converters to create electromagnetic fields. Due to the high ohmic energy losses in the inductive windings of such machines, as well as due to the loss of electric energy to create an electromagnetic field and their consumption of significant reactive power (up to 20-30% of the total machine power), the efficiency of electromechanical energy conversion in inductive electric machines is not high enough. So, for the most common inductive electric machines of average power, the efficiency does not exceed 70-75%.

Поэтому остается по-прежнему актуальным поиск экологически чистых способов построения двигателей с более высоким КПД.Therefore, it remains relevant to search for environmentally friendly ways to build engines with higher efficiency.

Известен способ обратимого электромеханического преобразования электрической энергии в механическую энергию, основанный на явлениях электростатической индукции, и емкостные генераторы и электрические машины на их основе (см. Тэнэсеску Ф., Крамарюк Р. Электростатика в технике. - М.: Энергия, 1980. С.174-184; Губкин А.Н. Электреты. - М.: Наука, 1978. С.177-179).There is a method of reversible electromechanical conversion of electrical energy into mechanical energy, based on the phenomena of electrostatic induction, and capacitive generators and electrical machines based on them (see Tenescu F., Kramaryuk R. Electrostatics in technology. - M .: Energy, 1980. S. 174-184; Gubkin A.N. Electrets. - M .: Nauka, 1978. S.177-179).

Недостатком способа является несовершенство известных устройств и низкая выходная мощность, поэтому способ в основном применяется в качестве генераторов высокого напряжения, например, в копировальной технике.The disadvantage of this method is the imperfection of the known devices and low output power, so the method is mainly used as high voltage generators, for example, in copying technology.

Известен способ преобразования энергии путем перемещения тела, являющегося источником электрического поля, относительно обкладок конденсатора, в котором в емкостной электрической машине преобразуют энергию электрического поля ротора, являющегося гетероэлектретом, и вращающегося электрического поля, образуемого путем подачи на неподвижные обкладки статора высоковольтных потенциалов от многофазного полупроводникового высоковольтного коммутатора, во вращательное движение ротора. Развитие способа состоит в том, что зазор электрической машины вакуумируют или заполняют инертным газом с высокой диэлектрической проницаемостью, а скорость и момент ротора регулируют путем изменения частоты, амплитуды и фазы напряжения на статорных неподвижных обкладках конденсаторов (см. «Способ электромеханического преобразования энергии (варианты)», патент РФ №2182398, МПК7 H04N 1/10, 1998 г., а также Губкин А.Н. Электреты. - М.: Наука, 1978. С.179, рис.89).A known method of converting energy by moving the body, which is the source of the electric field, relative to the capacitor plates, in which the electric field energy of the rotor, which is a heteroelectrode, and the rotating electric field, formed by applying high voltage potentials to the stationary stator plates from a multiphase semiconductor high voltage, are converted in a capacitive electric machine. switch in the rotational movement of the rotor. The development of the method consists in the fact that the gap of the electric machine is evacuated or filled with an inert gas with a high dielectric constant, and the speed and moment of the rotor are controlled by changing the frequency, amplitude and phase of the voltage on the stator fixed plates of the capacitors (see. "Electromechanical energy conversion method (options) ", RF patent No. 2182398, IPC 7 H04N 1/10, 1998, as well as Gubkin AN Electrets. - M .: Nauka, 1978. P.179, Fig. 89).

В связи с тем, что в устройствах, реализующих предложенный способ, практически отсутствуют тепловые потери, а удельная сила взаимодействия электрических зарядов на несколько порядков выше отнесенной к массе устройства силы электромагнитного взаимодействия, используемой в индуктивных электрических машинах, то и эффективность их значительно выше.Due to the fact that in devices that implement the proposed method, there are practically no heat losses, and the specific force of interaction of electric charges is several orders of magnitude higher than the electromagnetic force used in inductive electric machines relative to the mass of the device, their efficiency is much higher.

Недостатком способа является потеря энергии на организацию вращающегося электрического поля и сложность устройства.The disadvantage of this method is the loss of energy for the organization of a rotating electric field and the complexity of the device.

Наиболее близким к предлагаемому способу является выбранный в качестве прототипа способ преобразования энергии путем перемещения тела, являющегося источником электрического поля, относительно обкладок конденсатора, в котором преобразуют энергию электрического поля тела, являющегося моноэлектретом, для чего размещают его между незаряженными обкладками электрического конденсатора, затем заряжают этот конденсатор и задают частоту качания тела изменением частоты перезарядки обкладок конденсатора. Развитие способа состоит в том, что силу взаимодействия заряженных обкладок конденсатора с подвижным телом регулируют изменением величины заряда обкладок (см. «Способ электромеханического преобразования энергии (варианты)», патент РФ №2182398, МПК7 H04N 1/10, 1998 г.).Closest to the proposed method is the method of energy conversion, selected as a prototype, by moving the body, which is the source of the electric field, relative to the plates of the capacitor, in which the energy of the electric field of the body, which is the monoelectret, is converted, for which it is placed between the uncharged plates of the electric capacitor, then charge this capacitor and set the frequency of the body swing by changing the frequency of recharging the capacitor plates. The development of the method consists in the fact that the force of interaction of the charged plates of the capacitor with the moving body is controlled by changing the value of the charge of the plates (see "Electromechanical energy conversion method (options)", RF patent No. 2182398, IPC 7 H04N 1/10, 1998).

Недостатком способа является потеря энергии на перезарядку задающего конденсатора и на организацию соответствующих коммутационных операций. Поэтому коэффициент полезного действия этого способа недостаточно высок. К недостаткам можно отнести и относительную сложность устройства, заключающуюся в необходимости использования статора, относительно которого совершается заданное перемещение подвижной части устройства - ротора или тела линейного перемещения.The disadvantage of this method is the loss of energy for recharging the master capacitor and the organization of the corresponding switching operations. Therefore, the efficiency of this method is not high enough. The disadvantages include the relative complexity of the device, which consists in the need to use a stator, relative to which a given movement of the moving part of the device — the rotor or linear motion body — is performed.

Задачей изобретения является существенное повышение коэффициента полезного действия и мощности движителя, использующего электростатические силы взаимодействия заряженных тел, упрощение его конструкции и расширение функциональных возможностей.The objective of the invention is to significantly increase the efficiency and power of the propulsion device using electrostatic forces of interaction of charged bodies, simplifying its design and expanding functionality.

Поставленная задача достигается тем, что энергию электрического поля, действующего между механически связанными между собой заряженными подвижными обкладками электрического конденсатора, преобразуют в механическую энергию их взаимного вращательного или поступательного движения, для чего указанные обкладки располагают в диэлектрической среде и разворачивают друг относительно друга таким образом, чтобы образующаяся при этом между обкладками результирующая сила электростатического взаимодействия была ориентирована в направлении требуемого их перемещения.The problem is achieved in that the energy of the electric field acting between mechanically connected charged charged movable plates of the electric capacitor is converted into mechanical energy of their mutual rotational or translational motion, for which these plates are placed in a dielectric medium and rotated relative to each other so that the resulting force of electrostatic interaction formed between the plates was oriented in the direction rebuemogo move them.

Сущность изобретения состоит в том, что для электромеханического преобразования энергии совместно используют ряд хорошо известных в электротехнике явлений и эффектов, в том числе явления электростатического (кулоновского) взаимодействия электрических зарядов, электростатической индукции, эффект взаимодействия проводника с электрическим полем и свойства электрического поля системы плоских электродов, образованного в неоднородной диэлектрической среде (см. Ландсберг Г.С. (ред.). Элементарный учебник физики. Т. 2. 13-е изд. - М.: Физматлит, 2008. С.24-31, 40-41, 44-45, 68-74, 91-93; Тэнэсеску Ф., Крамарюк Р. Электростатика в технике. - М.: Энергия, 1980. с.13-15, 50-57, Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2. 10-е изд. - М.: Лань, 2008. С.73-80; Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 1967. С.578-581, 587-592, 602-605).The essence of the invention lies in the fact that for the electromechanical conversion of energy they share a number of phenomena and effects well known in electrical engineering, including the phenomena of electrostatic (Coulomb) interaction of electric charges, electrostatic induction, the effect of the interaction of a conductor with an electric field and the properties of the electric field of a flat electrode system formed in an inhomogeneous dielectric medium (see Landsberg G.S. (ed.). Elementary textbook of physics. T. 2. 13th ed. - M .: Fizmatlit, 20 08. S.24-31, 40-41, 44-45, 68-74, 91-93; Tenescu F., Kramaryuk R. Electrostatics in technology. - M .: Energy, 1980.p.13-15, 50 -57, Savelyev I.V. Course in General Physics, vol. 2. 10th ed. - Moscow: Lan, 2008. P. 73-80; Bessonov L.A. Theoretical Foundations of Electrical Engineering. - M.: Higher School , 1967. S.578-581, 587-592, 602-605).

Как известно, согласно закону Кулона заряды противоположного знака притягиваются, а одного знака - отталкиваются. Силовые линии исходного электрического поля искажаются внесенным в поле проводником так, что они всегда перпендикулярны поверхности проводника. Они начинаются и заканчиваются на зарядах, которые полностью располагаются на поверхности проводника и имеют физический смысл силы, приложенной к зарядам, и через эти заряды к поверхности проводника. При этом электростатические силы в обычном плоском конденсаторе имеют не зависящий от расстояния между пластинами стационарный, а поле однородный характер, с силовыми линиями, перпендикулярными плоскостям пластин (за исключением краевых эффектов).As you know, according to the law of Coulomb, charges of the opposite sign are attracted, and of one sign are repelled. The lines of force of the initial electric field are distorted by the conductor introduced into the field so that they are always perpendicular to the surface of the conductor. They begin and end on charges that are completely located on the surface of the conductor and have the physical meaning of the force applied to the charges, and through these charges to the surface of the conductor. In this case, the electrostatic forces in an ordinary flat capacitor are stationary and the field is uniform in nature, independent of the distance between the plates, with field lines perpendicular to the planes of the plates (except for edge effects).

Исходная идея изобретения состоит в развороте пластин плоского конденсатора из начального параллельного положения на некоторый угол. При этом получаем неравномерное убывающее поле, силовые линии которого замыкаются между равноотстоящими от вершины угла разворота пластин точками по искривленной траектории, но, тем не менее, остаются перпендикулярными к поверхностям пластин в этих точках. Назовем эту систему плоских проводников, характерную переменным (расходящимся) расстоянием между пластинами, «конденсаторным диполем» или «раскрывающимся конденсатором». Поскольку общий вектор приложенной к каждой пластине силы формируется силовыми линиями на поверхности пластин, то, таким образом, в системе заряженных обкладок (пластин) конденсатора имеем некоторую результирующую силу, направленную по биссектрисе угла между пластинами конденсатора, т.е. получаем универсальный безопорный (в обычном понимании этого слова) электрополевой движитель, преобразующий энергию электрического поля в энергию механического движения. Закрепив указанные пластины или комбинацию их пар на рабочем объекте (теле), которое необходимо вращать или перемещать в пространстве, совершаем требуемую полезную работу.The original idea of the invention is to turn the plates of a flat capacitor from an initial parallel position to a certain angle. In this case, we obtain a non-uniform decreasing field, the lines of force of which are closed between points equally spaced from the top of the angle of rotation of the plates along a curved path, but nevertheless remain perpendicular to the surfaces of the plates at these points. We call this system of flat conductors, characteristic of a variable (diverging) distance between the plates, a "capacitor dipole" or "a drop-down capacitor." Since the common vector of the force applied to each plate is formed by force lines on the surface of the plates, therefore, in the system of charged plates of the capacitor, we have some resulting force directed along the bisector of the angle between the plates of the capacitor, i.e. we obtain a universal unsupported (in the usual sense of the word) electric field propulsion that converts the energy of the electric field into the energy of mechanical motion. Having fixed these plates or a combination of their pairs on a work object (body), which must be rotated or moved in space, we perform the required useful work.

Недостатками такого устройства является незначительная мощность, ограниченная значением напряжения пробоя между ближайшими точками пластин конденсаторного диполя, поскольку большая часть заряда в силу действия кулоновских сил окажется стянутой в эту область.The disadvantages of such a device is its insignificant power, limited by the value of the breakdown voltage between the nearest points of the plates of the capacitor dipole, since most of the charge will be pulled into this region due to the action of Coulomb forces.

Для повышения мощности и эффективности движителя в конструкции устройства с помощью эффекта преломления силовых линий электрического поля на границе между диэлектриками с различной диэлектрической проницаемостью решается задача создания характерного для конденсаторов максимально однородного поля с равномерной плотностью распределения заряда пластин. При этом используется не менее двух таких переходов, располагаемых таким образом, чтобы преломленные силовые линии были направлены под острым углом или перпендикулярно к пластинам конденсатора. Если силовые линии перпендикулярны пластинам, то в качестве заряженных пластин конденсатора можно использовать электреты. Другим возможным способом создания равномерной плотности распределения заряда и однородного поля пластин является разбиение поверхности пластин на отдельные изолированные одинаково заряженные участки.To increase the power and efficiency of the propulsion device in the device’s design by using the effect of refraction of electric field lines at the interface between dielectrics with different dielectric constants, the problem of creating a maximally uniform field characteristic of capacitors with a uniform plate charge density is solved. At the same time, at least two such transitions are used, arranged so that the refracted lines of force are directed at an acute angle or perpendicular to the capacitor plates. If the lines of force are perpendicular to the plates, then electrets can be used as charged plates of the capacitor. Another possible way to create a uniform charge distribution density and a uniform field of the plates is to divide the surface of the plates into separate isolated, equally charged sections.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ получения механической энергии отличается иной, более эффективной и более экономичной технологией преобразования энергии электрического поля в механическую энергию, осуществляемого путем электростатического взаимодействия заряженных обкладок между собой, без применения статора и без затрат энергии на перезарядку обкладок и коммутационных потерь. При необходимости реверс двигателя осуществляется путем формирования на обкладках зарядов одного знака или использования самостоятельного блока обратного хода.Comparative analysis with the prototype shows that the proposed method for producing mechanical energy is characterized by a different, more efficient and more economical technology for converting electric field energy into mechanical energy, carried out by electrostatic interaction of charged plates with each other, without using a stator and without energy consumption for recharging plates and switching losses. If necessary, the reverse engine is carried out by forming on the plates of the charges of the same sign or using an independent block reverse.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию "новизна" и "изобретательский уровень".Thus, the present invention meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

На фиг.1-5 показаны примеры работы устройства, реализующего предлагаемый способ преобразования энергии, которая заключается в следующем.Figure 1-5 shows examples of the operation of the device that implements the proposed method of energy conversion, which is as follows.

Электрическое поле, энергию которого преобразуют в механическую, действует между разноименно заряженными пластинами (обкладками) 1 и 2 конденсатора, закрепленными на диэлектрических опорах 3 подвижного рабочего тела, на которое или посредством которого необходимо осуществлять требуемое силовое воздействие. Пластины 1 и 2 посредством диэлектрических опор 3 зафиксированы между собой под углом α1. Пространство между пластинами заполнено диэлектриком с максимально высокой диэлектрической прочностью и минимальной диэлектрической проницаемостью (это может быть вакуум или иной диэлектрик в любом агрегатном состоянии), поскольку диэлектрическая среда, не являющаяся вакуумом, уменьшает силу взаимодействия находящихся в них зарядов (см. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: Наука, 1974. С.356-359).An electric field whose energy is converted into mechanical energy acts between oppositely charged plates (plates) 1 and 2 of the capacitor, mounted on the dielectric supports 3 of the movable working fluid, on which or by which it is necessary to carry out the required force. The plates 1 and 2 by means of dielectric supports 3 are fixed to each other at an angle α 1 . The space between the plates is filled with a dielectric with the highest possible dielectric strength and minimum dielectric constant (this can be a vacuum or another dielectric in any aggregate state), since a dielectric medium that is not a vacuum reduces the interaction force of the charges contained in them (see Yavorsky B.M. ., Detlaf A.A. Handbook of Physics. - M .: Nauka, 1974. S.356-359).

Для формирования на поверхности пластин 1, 2 максимально однородного электрического поля, силовые линии действующего между пластинами 1 и 2 поля, преломленные на поверхности диэлектрической призмы 4, направляются к пластинам 1, 2 конденсаторного диполя под прямыми или острыми углами α2 и α3 (см. фиг.2).In order to form the most uniform electric field on the surface of plates 1, 2, the field lines acting between the plates 1 and 2, refracted on the surface of the dielectric prism 4, are directed to the plates 1, 2 of the capacitor dipole at right or acute angles α 2 and α 3 (cm Fig. 2).

Для изоляции устройства от воздействия внешних полей (например, поля Земли) и исключения (купирования) нежелательных излучений с внешних нерабочих поверхностей пластин, в устройстве применено частичное или полное экранирование пластин конденсаторного диполя экранами 5, как это показано на фиг.3-5.To isolate the device from the effects of external fields (for example, the Earth's field) and to eliminate (stop) unwanted emissions from external non-working surfaces of the plates, the device uses partial or full screening of the plates of the capacitor dipole with shields 5, as shown in Figs. 3-5.

Будучи заряженными, элементарные участки пластин конденсаторного диполя притягиваются (или отталкиваются при одноименных зарядах) друг к другу с силой f1,2, результирующая векторной суммы которых в проекции на срединную линию устройства дает линейную составляющую fл:Being charged, the elementary sections of the plates of the capacitor dipole are attracted (or repelled by the same charges) to each other with a force of f 1.2 , the resulting vector sum of which in projection onto the median line of the device gives a linear component f l :

Figure 00000001
Figure 00000001

где f=|f1|+|f2| - алгебраическая сумма модулей сил f1 и f2.where f = | f 1 | + | f 2 | is the algebraic sum of the moduli of forces f 1 and f 2 .

Проинтегрировав указанные электростатические силы по всем пластинам, получаем приложенную к конденсаторному диполю результирующую силу Fp, которая может быть использована для выполнения полезной работы (см. фиг.1).Integrating the indicated electrostatic forces over all the plates, we obtain the resulting force F p applied to the capacitor dipole, which can be used to perform useful work (see Fig. 1).

В устройстве обеспечивается возможность реверса движителя путем формирования одноименных зарядов на оппозитных пластинах или с помощью отдельных реверсных групп обкладок, что более предпочтительно, поскольку не нарушает общую электрическую нейтральность устройства и не требует перезарядки основных обкладок устройства. Возможен также механический разворот конденсаторного диполя в нужном направлении.The device provides the ability to reverse the mover by forming the same charges on the opposite plates or using separate reverse groups of plates, which is more preferable because it does not violate the general electrical neutrality of the device and does not require recharging the main plates of the device. A mechanical reversal of the capacitor dipole in the desired direction is also possible.

Необходимую силу взаимодействия заряженных обкладок регулируют изменением величины их заряда любым известным методом, например, от источника регулируемого высокого напряжения (на чертежах не показан).The necessary interaction force of the charged plates is controlled by changing the value of their charge by any known method, for example, from a source of controlled high voltage (not shown in the drawings).

Рассмотрим численный пример работы устройства. Пусть пластины размещены в вакууме, разведены на угол α1=60° и имеют площадь каждой по 1 м2, а образуемое ими поле с помощью диэлектрической призмы сделано однородным. Для оценки нижней границы действующих в устройстве сил, вклад диэлектрической призмы в повышение результирующей электростатической силы учитывать не будем. В этом случае при оценке можно использовать соотношения для плоского конденсатора (см. Ландсберг Г.С. (ред.). Элементарный учебник физики. Т. 2. 13-е изд. - М.: Физматлит, 2008. С.91-92):Consider a numerical example of the operation of the device. Let the plates be placed in a vacuum, divorced by an angle α 1 = 60 ° and have an area of 1 m 2 each, and the field formed by them with the help of a dielectric prism be made uniform. To assess the lower boundary of the forces acting in the device, the contribution of the dielectric prism to the increase in the resulting electrostatic force will not be taken into account. In this case, when evaluating, one can use the relations for a flat capacitor (see Landsberg G.S. (ed.). Elementary textbook of physics. T. 2. 13th ed. - M .: Fizmatlit, 2008. P.91-92 ):

Figure 00000002
Figure 00000002

где:Where:

F - суммарная сила, действующая между обкладками,F is the total force acting between the plates,

q - заряд каждой обкладки,q is the charge of each plate,

σ - поверхностная плотность заряда обкладки,σ is the surface charge density of the plate,

εo - электрическая постоянная,ε o is the electric constant,

Е - напряженность поля между обкладками, Е=σ/So,E is the field strength between the plates, E = σ / S o ,

S - площадь обкладки.S is the area of the lining.

Подставляя заданные значения, приняв Е=90 кВ/мм (для сравнения: напряжение пробоя органических диэлектриков, применяемых в конденсаторостроении, например, полипропилена (ε=2,1) составляет 140-200 кВ/мм, фторопласта (ε=2,0) составляет 150-200 кВ/мм, ПВДФ (поливинилиденфторида) - 600-800 кВ/мм при ε=10-12 - см.: Ханин С.Д. и др. Пассивные радиокомпоненты. Часть 1. Электрические конденсаторы. - СПб.: Северо-Западный заочный политехнический институт, 1998. С.60-67), получим F=3654 кГ. Откуда вычислим линейную, рабочую составляющую: Fp=F⋅sin(0,5⋅α1)=1827 кГ.Substituting the specified values, taking E = 90 kV / mm (for comparison: the breakdown voltage of organic dielectrics used in capacitor manufacturing, for example, polypropylene (ε = 2.1) is 140-200 kV / mm, fluoroplastic (ε = 2.0) amounts to 150-200 kV / mm, PVDF (polyvinylidene fluoride) - 600-800 kV / mm at ε = 10-12 - see: SD Khanin et al. Passive radio components. Part 1. Electric capacitors. - St. Petersburg: North-West Correspondence Polytechnic Institute, 1998. S.60-67), we get F = 3654 kg. From where we calculate the linear, working component: F p = F⋅sin (0,5⋅α 1 ) = 1827 kg.

Использование предлагаемого способа преобразования электрической энергии в механическую дает, по сравнению с существующими способами, следующий технический результат:Using the proposed method of converting electrical energy into mechanical energy gives, in comparison with existing methods, the following technical result:

позволяет радикально упростить конструкцию электрических двигателей;allows to radically simplify the design of electric motors;

экономичнее и эффективнее по сравнению с существующими способами, обладает более высоким коэффициентом полезного действия и гораздо более высокой мощностью, а также лучшими удельными характеристиками, чем известные электростатические и емкостные двигатели;more economical and efficient compared to existing methods, has a higher efficiency and much higher power, as well as better specific characteristics than the known electrostatic and capacitive engines;

является экологически чистым способом производства механической энергии.is an environmentally friendly way to produce mechanical energy.

Перспективы промышленного применения изобретения не вызывают трудностей, поскольку предлагаемый способ состоит из совместного действия давно известных и широко применяемых в электротехнике и радиоэлектронике явлений электростатического (кулоновского) взаимодействия электрических зарядов, электростатической индукции, эффекта взаимодействия проводника с электрическим полем и свойств электрического поля системы плоских электродов, образованного в неоднородной диэлектрической среде, а также не требует использования каких-либо неизвестных современной промышленности средств, материалов или элементов. В том числе упомянутые электреты промышленно выпускаются уже более 50 лет (см. Губкин А.Н. Электреты. - М.: Наука, 1978. - 192 с.).The prospects for the industrial application of the invention do not cause difficulties, since the proposed method consists of the combined action of the phenomena of electrostatic (Coulomb) interaction of electric charges, electrostatic induction, the effect of the interaction of a conductor with an electric field and the properties of the electric field of a system of flat electrodes, which have long been known and widely used in electrical engineering and radio electronics. formed in an inhomogeneous dielectric medium, and also does not require the use of any Vestnik modern industry funds, materials or elements. Including the mentioned electrets have been industrially produced for more than 50 years (see Gubkin A.N. Electrets. - M .: Nauka, 1978. - 192 p.).

Claims (8)

1. Способ электромеханического преобразования энергии путем взаимодействия тел, являющихся источником электрического поля, отличающийся тем, что преобразуют энергию электрического поля, действующего между механически связанными между собой заряженными подвижными обкладками электрического конденсатора, в механическую энергию их взаимного вращательного или поступательного движения, для чего указанные обкладки располагают в диэлектрической среде и разворачивают друг относительно друга таким образом, чтобы образующаяся при этом между обкладками результирующая сила электростатического взаимодействия была ориентирована в направлении требуемого их перемещения.1. The method of electromechanical energy conversion through the interaction of bodies that are a source of an electric field, characterized in that they convert the energy of an electric field acting between mechanically connected charged mobile plates of an electric capacitor, into the mechanical energy of their mutual rotational or translational motion, for which these plates placed in a dielectric medium and deployed relative to each other so that formed between y electrodes resultant force of electrostatic interaction are oriented in a desired direction to move them. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что силу взаимодействия обкладок регулируют изменением величины их заряда.2. The method according to claim 1, characterized in that the interaction force of the plates is controlled by changing the magnitude of their charge. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что все или некоторые обкладки являются моноэлектретами или выполнены из отдельных одинаково заряженных изолированных проводящих участков.3. The method according to claim 1, characterized in that all or some of the plates are monoelectrets or are made of separate equally charged isolated conductive sections. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что внешние нерабочие поверхности обкладок частично или полностью экранируют от окружающей среды, а однородности действующего между заряженными обкладками электрического поля на рабочей поверхности обкладок достигают преломлением силовых линий этого поля при пропускании их через слои диэлектрика с различной диэлектрической проницаемостью.4. The method according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the external non-working surfaces of the plates are partially or completely shielded from the environment, and the uniformity of the electric field acting between the charged plates on the working surface of the plates is achieved by refraction of the lines of force of this field when they are passed through dielectric layers with different dielectric constants. 5. Электрополевой движитель, содержащий механически связанные между собой обкладки электрического конденсатора, отличающийся тем, что указанные обкладки подвижны и расположены в диэлектрической среде под углом друг относительно друга.5. An electric field propulsion device containing mechanically interconnected plates of an electric capacitor, characterized in that said plates are movable and located in a dielectric medium at an angle relative to each other. 6. Движитель по п.5, отличающийся тем, что обеспечена возможность регулирования величины заряда обкладок, например, подключением обкладок к источнику регулируемого напряжения.6. The mover according to claim 5, characterized in that it is possible to control the value of the charge of the plates, for example, by connecting the plates to a source of adjustable voltage. 7. Движитель по п.5, отличающийся тем, что все или некоторые обкладки являются моноэлектретами или выполнены из отдельных одинаково заряженных изолированных проводящих участков.7. The mover according to claim 5, characterized in that all or some of the plates are monoelectrets or are made of separate identically charged isolated conductive sections. 8. Движитель по любому из пп. 5-7, отличающийся тем, что внешние нерабочие поверхности обкладок частично или полностью экранированы от окружающей среды, а между рабочими поверхностями обкладок размещены слои диэлектрика с различной диэлектрической проницаемостью, величина которой, количество и наклоны слоев диэлектрика подобраны таким образом, что силовые линии электрического поля между обкладками после преломления на границах слоев диэлектрика направлены на обкладки под острым или прямым углом.8. The mover according to any one of paragraphs. 5-7, characterized in that the external non-working surfaces of the plates are partially or completely shielded from the environment, and between the working surfaces of the plates are placed dielectric layers with different dielectric constants, the value of which, the number and slopes of the dielectric layers are selected so that the electric field lines between the plates after refraction at the boundaries of the layers of the dielectric are directed to the plates at an acute or right angle.
RU2011132592A 2011-08-03 2011-08-03 Method of electromechanical energy conversion and electric-propulsion device on its basis RU2629846C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011132592A RU2629846C2 (en) 2011-08-03 2011-08-03 Method of electromechanical energy conversion and electric-propulsion device on its basis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011132592A RU2629846C2 (en) 2011-08-03 2011-08-03 Method of electromechanical energy conversion and electric-propulsion device on its basis

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011132592A RU2011132592A (en) 2013-02-10
RU2629846C2 true RU2629846C2 (en) 2017-09-04

Family

ID=49119537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011132592A RU2629846C2 (en) 2011-08-03 2011-08-03 Method of electromechanical energy conversion and electric-propulsion device on its basis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2629846C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2733068C1 (en) * 2019-06-03 2020-09-29 Владимир Андреевич Степанец Electric field propulsor

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3187206A (en) * 1958-05-09 1965-06-01 Electrokinetics Inc Electrokinetic apparatus
US4225801A (en) * 1979-05-15 1980-09-30 Parker Jr Charles M Electrostatic motor
SU1173512A1 (en) * 1983-08-12 1985-08-15 Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский И Проектный Институт Механической Обработки Полезных Ископаемых Electrostatic machine
RU94008025A (en) * 1994-03-03 1996-01-10 Н.Е. Заев METHOD FOR OBTAINING ELECTRODYNAMIC REACTIVE FORCE IN A DIELECTRIC MEDIUM (ε≈1)
DE4431956A1 (en) * 1994-09-08 1996-03-14 Parras Karl Heinz Electrostatic motor fed from DC voltage source
RU95108155A (en) * 1995-05-29 1997-05-10 В.Г. Лиманский Propeller-generator
RU2225066C2 (en) * 2001-12-17 2004-02-27 Красноярский государственный университет Electrostatic motor (alternatives)

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3187206A (en) * 1958-05-09 1965-06-01 Electrokinetics Inc Electrokinetic apparatus
US4225801A (en) * 1979-05-15 1980-09-30 Parker Jr Charles M Electrostatic motor
SU1173512A1 (en) * 1983-08-12 1985-08-15 Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский И Проектный Институт Механической Обработки Полезных Ископаемых Electrostatic machine
RU94008025A (en) * 1994-03-03 1996-01-10 Н.Е. Заев METHOD FOR OBTAINING ELECTRODYNAMIC REACTIVE FORCE IN A DIELECTRIC MEDIUM (ε≈1)
DE4431956A1 (en) * 1994-09-08 1996-03-14 Parras Karl Heinz Electrostatic motor fed from DC voltage source
RU95108155A (en) * 1995-05-29 1997-05-10 В.Г. Лиманский Propeller-generator
RU2225066C2 (en) * 2001-12-17 2004-02-27 Красноярский государственный университет Electrostatic motor (alternatives)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Элементарный учебник физики. Под редакцией академика Г.С. Ландсберга, Том I, Москва, АОЗТ "Шрайк", 1995, с.210. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2733068C1 (en) * 2019-06-03 2020-09-29 Владимир Андреевич Степанец Electric field propulsor

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011132592A (en) 2013-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Askari et al. A hybridized electromagnetic-triboelectric self-powered sensor for traffic monitoring: concept, modelling, and optimization
Niu et al. A theoretical study of grating structured triboelectric nanogenerators
RU2471283C1 (en) Method of electromechanical conversion of energy and electrostatic capacitance motor on its basis
US20140175941A1 (en) Variable capacitive electrostatic machinery with macro pressure-gap product
Saadatnia et al. A heaving point absorber‐based triboelectric‐electromagnetic wave energy harvester: An efficient approach toward blue energy
US7834513B2 (en) Electrostatic generator/motor having rotors of varying thickness and a central stator electrically connected together into two groups
US9270203B2 (en) Electrode geometry for electrostatic generators and motors
US10056848B2 (en) Axially gapped electrostatic machine having drive structure configured to recycle charge
RU2629846C2 (en) Method of electromechanical energy conversion and electric-propulsion device on its basis
He et al. Output characteristics of series-parallel triboelectric nanogenerators
CN113162460B (en) Electrostatic rotary and linear reciprocating motion coupling energy collector
Reitz et al. A switched elastance electrostatic machine constructed from sustainable elements for rotational actuators
US10110146B2 (en) Pulse-train drive system for electrostatic generators and motors
RU2458451C1 (en) Method of electromechanical conversion of power
RU2733068C1 (en) Electric field propulsor
Khayam Electric Field Characteristics under Three-phase Voltage in Three-phase Gas Insulated Switchgear
RU2182398C2 (en) Method for electromechanical energy conversion (alternatives)
RU2454783C1 (en) Electric energy generation method, and capacitive electric field generator using above mentioned method
Mognaschi et al. Asynchronous dielectric induction motor
RU2672099C2 (en) Capacity electric machine (cme) with internal compression cells
WO2018106147A1 (en) Capacitive electrical machine with tensioned electrodes
US10148198B2 (en) Electrostatic induction generator for creating high voltage direct current
KR102642631B1 (en) Triboelectric Nanogenerator with Staggered Electrodes
Uddin et al. Three dimensional analysis of rotating electric field in three-phase gas insulated switchgear
Zhang et al. A simulation study on the contact‐separation triboelectric nano‐generator for magnetic energy harvester

Legal Events

Date Code Title Description
QA4A Patent open for licensing

Effective date: 20191112