SU978329A1

SU978329A1 - Method and apparatus for generating current by electret

Info

Publication number: SU978329A1
Application number: SU792811127A
Authority: SU
Inventors: Василий Андреевич Сычик
Original assignee: За витель В. А. Сычик
Priority date: 1979-08-10
Filing date: 1979-08-10
Publication date: 1982-11-30

Description

(54) СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ТОКА ЭЛЕКТРЕТОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(54) METHOD FOR GENERATING CURRENT ELECTRET AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

1one

Изобретение относитс к эдектропитаВИЮ и может быть использовано в систеч мах управлени , радиовещани , св эи и космических аппаратах дл автономного питани микросхем, полупроводниковых и др. электронных приборов.The invention relates to electrical powering and can be used in control systems, broadcasting, communications and spacecraft for the autonomous power supply of microcircuits, semiconductor, and other electronic devices.

Известен способ генерировани переменного тока электретом путем изменени электрического пол электрета, действующего на металлические электроды, . вследствие введени в зазор между поверхностью электрета и электродом металлической пластины 1.A known method of generating an alternating current by an electret by changing the electric field of an electret acting on metal electrodes,. due to the introduction into the gap between the surface of the electret and the electrode of the metal plate 1.

Однако генерированный таким спосо бом ток во внещней цепи электрета не - ,5 : значительный (единицы микроампер), а система генерировани тока в поле элек;трета сложна.However, the current generated in this way in the external circuit of the electret is not, - 5: significant (units of microamps), and the system for generating the current in the electric field is one-third difficult.

Наиболее близким к изобретению вл етс способ генерировани тока электре- 20 том путем воздействи на внешнее электрическое поле электрета и электрический зар д его электродов Генерирование тока во внешней цепи электрета в известном способе осуществл етс путем , изменени величины эдектрического пол , дейсгвуютего иа один из электродов вследствие изменени рассто ни между поверхностью электрета и этим электродом .The closest to the invention is the method of generating current by the electrolyte by acting on the external electric field of the electret and the electric charge of its electrodes. The generation of current in the external circuit of the electret in a known method is carried out by changing the magnitude of the electric field, one of its electrodes due to changes in the distance between the surface of the electret and this electrode.

Недостатком известного способа вл етс мала величина генерируемого тока, составл ющего микроамперы, поскольку величина индуцированного на подвижном электроде зар да измен етс по формулеThe disadvantage of the known method is the small value of the generated current constituting the microamps, since the magnitude of the charge induced on the moving electrode varies according to the formula

..

(1)(one)

где d{ - плотность поверхностного зар да прилежащей к подвижному электроду плоскости;where d {is the surface charge density of the plane adjacent to the moving electrode;

-относительна диэлектрическа is a relative dielectric

Б . проницаемость;B. permeability;

L,eL, e

-соответственно толщина .элекTjieTa и величина зазора между электродом и поверхностью электрета. 39 С учетом возможного нарушени конструкции вследствие искривлени поверхности подвижного электрода минимальный зазор не будет меньше 1 мм, отчего не возможно индуцирование на подвижном электроде максимально возможного зар да , индуцируемого на электроде при О учитыва также, что действующее на подвижный электрод поле электрета снижаетс пропорционально квадрату рассто ни . Наиболее близко к предлагаемому устройство дл осуществлени способа генерировани тока электретом путем воздействи на внеишее электрическое поле эле трета и электрический зар д его электродов , содержащее электрет с электродами и внешнюю цепь Г2, Недостатком этого устройства вл етс низка величина генерируемого тока. Цель изобретени - повышение величины генерируемого тока. Поставленна цель достигаетс тем, что по способу генерировани тока электретом путем воздействи на внешнее электрическое поле электрета и электрический зар д его электродов, внешнее электрическое поле электрета сохран ют посто нным, а электрический зар д электродов электрета, которым воздействуют на релаксационно-пол ризуемую среду, измен ют по периодическому закону. Устройство дл осуществлени способа , содержащее электрет с электродами и внешнюю цепь, снабжено пол рным диэлектриком , имеющим жестко св занные с ним электроды, которые соединены по .средством коммутатора через внешнюю цепь с двум разнопол рными электрода- ми электрета. Электрическим полем электрета действуют на электроды, нанесенные на противопол рные поверхности электрета, на которых индуцируютс максимальные . зар ды, поскольку б О. При этом на близлежащих к электрету поверхност х индуцируютс разнопол рные, а на противоположных поверхност х однопол рные зар дам электрета свободные зар ды. По вление электрического тока во внешней соединенной с электродами цепи происходит при сохранении посто нным электрического пол вследствие неизменности 9 путем изменени электрического зар да электродов по периодическому закону. Этот процесс осуществл етс путем коммутации индуцированных на электродах свободных зар дов на внешнюю цепь В момент ее подключени коммутатором 29 течет в течение времени d-t, ток нейтрализации свободных зар дов в соответсгвии с законом электрической индукции ( 2) 1 -1 Поскольку, вследствие Р О индуцированные на электродах свободные зар ды максимальны, во внешней цепи течет дл используемого типа электрета максимальный ток, измен ющийс во времени по закону н- N(0)6 посто нна времени релаксации внещней цепи; амплитуда тока нейтрализации, определ ема параметрами внешней цепи. Отключение коммутатором внешней цеот элект:родов в течение времени д-Ьп обуславливает последующее индуцирование свободных зар дов на внешних поверхност х электродов электрета, а также спад до нул тока во внешней цепи. При последующей коммутации электродов на внещнюю цепь в последней течет новый импульс тока, той же пол рности что и предыдущий , который также обусловлен изменением электрического зар да электродов от максимального значени до нул , т.е. путем нейтрализации свободных зар дов электродов. При воздействии электрического пол электрета посредством свободных зар дов электродов : электрета на релаксационнопол ризуемую среду, например пол рный диэлектрик, среда пол ризуетс , в ней по вл етс электрический зар ц 6иил, где Р - вектор пол ризации релаксационно-пол ризуемой среды. В процессе пол ризации этой среды в течение времени воздействи на ее электрического пол электрета -ai течет ток Г , где (,е-1)Е - вектор пол ризации релаксационно-пол ризуемой среды. Последующее отключение коммутатором релаксационно-пол ризуемой среды от электродов электрета в течение времени д to вызывает депол ризацию в ней сформированного электрического зар да и через нее течет ток депол ризации J.j P/at 2 обратной пол рности току пол ризации Л(+).. Как показали результаты эксперимента , действующее значение тока будет максимальным при условии где Т - посто нна времени релаксацион но-пол ризуемой среды. Воздейству электрическим зар дом электродов электрета на релаксационно-по л ризуемую среду по периодическому зако ну, во внешней, цепи получают переменный электрический ток. Поскольку ,в способе прототипе при наличии воздушного промещтка между электретом и подвижным эле третом максимально индуцированный зар д на электродах ,а в предлагаемом способе при воздействии электрического пол электрета на релаксацио нно-пол ризу емую среду 6, Ер(,TO отношение токов генерируемых предлагаемым спосо бом-прототипом при прочных равных услови х составл ет . Таким образом, вследствие того, что в предлагаемом способе внешнее электри ческое поле электрета сохран ют посто нным , поскольку не измен ют зазор ме ду электретом и его электродами, который в пределе стремитс к нулю, а вмес то непол рной диэлектрической среды (га за) используют релаксационно-пол ризу- емую среду, более чем на пор док возрастает электрический ток, генерируемый по предлагаемому способу в сравнении со способом-прототипом. На чертеже представлено устройство генерировани тока. Устройство состоит из электрета 1 с двум жестко св занными противопол рными электродами 2, кoм Iyтaтopa 3 с контактной группой, внешней цепи (нагрузки ) 4, релаксационно-пол ризуемой среды, в качестве которой используетс твердотельный пол рный диэлектрик 5 с жестко соединенными электродами 6. Электрет 1 выполнен из материала с высоким поверхностным зар дом d.,например , из полиметилметакрылата с напр женностью пол Е 2-10 В/см. В качестве пол рного диэлектрика 5 используетс титанат стронци с 2ОО и стабильными электрическими параметрами . Металлические электроды 2 и 6 нанос тс соответственно на электрет 1 и пол рный диэлектрик 5 с обеих сторон. Размеры электрета 1 пол рного диэлектрика 5 обуславливаютс габаритными размерами устройствав целом с учетом того, что с ростом плошади как элек трета 1, так и пол рного диэлектрика 5, пропорционально возрастает инД5Ц111)ованный электрической зар д и соответственно величина генерируемого тока. В качестве внешней цепи 4, используетс индуктивна нагрузка, например высокочастотный трансформатор с ферритовым магнитопроводом . Заземление одного из электродов 2 электрета 1, соединенного через внешнюю цепь 4 с одним из электродов 6 пол рного диэлектрика 5, обеспечивает улучшение депол ризации накопленного в пол рном диэлектрике 5 разр да, а также исключает по вление наводок. Устройство работает следуюшим образом . При замыкании общего и размыкающего зажимов контактной группы коммутатора 3, в качестве которого может быть использовано микромошное быстродействуюшее реле, пол рный диэлекгрик 5, вследствие действи на него электрического пол инаукционных на жостко св занных электродах б зар дов, обусловленных зар дами противопол рных электродов 2 электрета 1, пол ризуетс указанной на фигуре пол рностью с по вшением результируюшего электрического момента Р и зар да нагрузке --1 (первичной обмотке высокочастотного трансформатора) в течение времени действи электрического пол электрета 1 на пол рный диэлектрик 5 - i будет протекать ток.г мнд Р т - сгде Р Sp(E-l)Е - вектор пол ризации пол рного диэлектрика 5, При последующем замыкании общего и замыкающего зажимов контактной группы коммутатора 3 в течение времени t-j происходит депол ризаци накопленного на пол рном диэлектрике 5 зар да 6, через нагрузку 4 - первичную обмотку высокочастотного трансформатора. При этом через нагрузку 4 при условии , что врем 1, протекает в обратном направлении ток депол ризации зар дайи„д (.; равный 3.) т.е. инл „ Р At t Периодическое подключение с помошью контактной группы коммутатора 3 противопол рных электродов 2 электрета 1 к электродам 6 пол рного диэлектрика 5, соединенного с внешней цепью 4, и последующее замыкание пол рного диэлектрика 5 контактной группой коммутатора . 3 на внешнюю цепь - высокочастотный- according to the thickness of the .Tele and the gap between the electrode and the surface of the electret. 39 Considering possible structural failure due to the curvature of the surface of the moving electrode, the minimum gap will not be less than 1 mm, which is why the maximum possible charge induced on the electrode at O is not possible, also taking into account that the electret field acting on the moving electrode decreases in proportion to the square of the distance neither Closest to the proposed device is a method for generating a current by an electret by affecting the external electric field of an elec- tric and electric charge of its electrodes, containing an electret with electrodes and an external circuit G2. The disadvantage of this device is the low value of the generated current. The purpose of the invention is to increase the magnitude of the generated current. The goal is achieved by the method of generating a current by an electret by affecting the external electric field of the electret and the electric charge of its electrodes, the external electric field of the electret is kept constant, and the electric charge of the electret electrodes, which affect the relaxation-polarizable medium, change according to periodic law. A device for carrying out the method, comprising an electret with electrodes and an external circuit, is provided with a polar dielectric having rigidly connected electrodes, which are connected by means of a switch through an external circuit to two electropolitan electrets. The electret electric field acts on electrodes deposited on the antipolar surfaces of the electret on which the maximum is induced. charges, because bO. In this case, on the surfaces adjacent to the electret, opposite polarities are induced, and on opposite surfaces, unipolar charges of the electret, free charges. The appearance of electric current in an external circuit connected to the electrodes occurs while maintaining a constant electric field due to the unchanged 9 by changing the electric charge of the electrodes according to a periodic law. This process is carried out by switching induced external charges on the electrodes to an external circuit. At the time of its connection by the switch 29 flows for a time dt, the neutralization current of the free charges in accordance with the law of electrical induction (2) 1 -1 Because, due to P O, induced the free charges are maximum at the electrodes; the maximum current in the external circuit for the type of electret used, which varies in time according to the law n-N (0) 6, is the constant relaxation time of the external circuit; neutralization current amplitude determined by the parameters of the external circuit. The switch-off of the external electrical switch: during the time of d-bp causes the subsequent induction of free charges on the external surfaces of the electret electrodes, as well as the drop to zero current in the external circuit. During the subsequent switching of electrodes to an external circuit, a new current impulse flows in the latter, of the same polarity as the previous one, which is also caused by a change in the electric charge of the electrodes from the maximum value to zero, i.e. by neutralizing the free charges of the electrodes. When an electret is applied to an electret by means of free charges of the electrodes: an electret on a relaxation polarized medium, for example, a polar dielectric, the medium polarizes, an electric charge appears in it, where P is the polarization vector of the relaxation polarized medium. In the process of polarization of this medium, a current Γ flows on its electric field -ai during its time, where (, е-1) Е is the polarization vector of the relaxation-polarized medium. The subsequent switch-off of the relaxation-polarized medium from the electret electrodes during the time d to causes the polarization of the formed electric charge in it and the depolarization current Jj P / at 2 flows through the reverse polarity of the polarization L (+) through it. showed the results of the experiment, the effective value of the current will be maximum, provided that T is a constant time of the relaxation-polarized medium. The effect of the electric charge of the electret electrodes on a relaxation-polarized medium according to a periodic law, in an external circuit, receive an alternating electric current. Since, in the prototype method, in the presence of an air gap between the electret and the movable electrolyte, the maximum induced charge on the electrodes, and in the proposed method, when the electric field of the electret is applied to the relaxation-polarized medium 6, Ер (, TO is the ratio of currents generated by the proposed method Bomb-prototype under strong equal conditions is. Thus, due to the fact that in the proposed method, the external electric field of electret is kept constant, because they do not change the gap between electret and its electrodes, which in the limit tends to zero, and instead of a non-polar dielectric medium (gas) they use a relaxation-polarized medium, the electric current generated by the proposed method in comparison with the prototype method increases more than by an order of magnitude. The drawing shows a device for generating current. The device consists of an electret 1 with two rigidly connected anti-polar electrodes 2, of which Iyatatopa 3 with a contact group, an external circuit (load) 4, a relaxation-polarizable medium as which A solid-state polar dielectric 5 with rigidly connected electrodes 6 is installed. The electret 1 is made of a material with a high surface charge d., for example, polymethyl methacrylate with a field strength of E 2-10 V / cm. As the polar dielectric 5, strontium titanate with 2OO and stable electrical parameters is used. Metal electrodes 2 and 6 are applied to electret 1 and polar dielectric 5 on both sides, respectively. The dimensions of electret 1 of a polar dielectric 5 are determined by the overall dimensions of the device on the whole, taking into account the fact that with an increase in the area of both electric 1 and polar dielectric 5, the electrical charge and proportionally of the generated current increase proportionally. As an external circuit 4, an inductive load is used, for example a high-frequency transformer with a ferrite magnetic core. The grounding of one of the electrodes 2 of the electret 1, connected via an external circuit 4 to one of the electrodes 6 of the polar dielectric 5, provides an improvement in the depolarization of the 5th discharge accumulated in the polar dielectric, and also eliminates pickups. The device works as follows. When the common and disconnecting terminals of the contact group of the switch 3 are closed, which can be used as a micromotive high-speed relay, polar dielectric 5, due to the action of an electric field on it on the hard-coupled electrodes of the charge banks caused by the charges of the antipolar electrodes 2 electret 1, is polarized as indicated in the figure with the resultant electric moment P and a load —1 (the primary winding of the high-frequency transformer) during the time If the electric field of the electret 1 is applied to the polar dielectric 5 - i, a current will flow. P t - where P Sp (El) E is the polarization vector of the polar dielectric 5, Upon the subsequent closure of the common and closing terminals of the contact group of the 3 switch time tj depolarization of charge 6 accumulated on the polar dielectric 5 occurs, through the load 4 the primary winding of the high-frequency transformer. At the same time, through the load 4, provided that time 1, the depolarization current flows in the opposite direction, charge dai d (.; Equal to 3.) i.e. INL P At t Connection periodically with the help of the contact group of the switch 3 of the anti-polar electrodes 2 electret 1 to the electrodes 6 of the polar dielectric 5 connected to the external circuit 4, and the subsequent closure of the polar dielectric 5 with the contact group of the switch. 3 on the external circuit - high frequency

Claims

1. A method of generating current by an electret by acting on an external electric field of an electret and an electric charge of its electrodes, so that in order to increase the magnitude of the generated current, the external electric field of an electret is kept constant, and the electric charge of electrodes impacted

on a relaxation-permeable medium, change according to a periodic law.

2. A device for performing the method according to claim 1, comprising an electret with electrodes and an external circuit, characterized in that. it is equipped with a polar dielectric having electrodes rigidly connected to it, which are connected by means of a switch through an external circuit to two electropolishing electrets.

Sources of information taken into account in the examination

1. Gubkin, A.N., 3nektrety 1978, p. 167.

2, ibid., P. 96-97.