Электростатическая емкостная машина для преобразования энергии ветрового потока

 

Изобретение относится к электромеханическим преобразователям для преобразования энергии поступательного движения ветрового потока. Электростатическая емкостная машина для преобразования энергии ветрового потока содержит корпус, подвижный электрод, неподвижный электрод с кольцевыми секторами на диэлектрической подложке, вспомогательный электрод, обеспечивающий подвод потенциала возбуждения к подвижному электроду, потокоприемник и фокусирующий канал. Подвижный электрод выполнен в виде слоя электролита, а воздушный промежуток между электродами заполнен жидким сегнетоэлектриком. Электростатическая емкостная машина позволяет увеличить эффективность использования энергии поступательного движения ветра. 1 ил.

Изобретение относится к электромеханическим преобразователям, в частности к преобразователям энергии, применяемым для генерации электроэнергии, например, в ветроэнергетических установках.

Известен емкостный преобразователь (см. авторское свидетельство №1249679), содержащий диэлектрический ротор с цилиндрическими электродами на внешней поверхности, которые имеют возможность вращения вокруг собственных осей, металлический статор, покрытый слоем твердого диэлектрика в виде секторов с различной относительной диэлектрической проницаемостью, величина которой тем меньше, чем дальше сектор расположен от системы возбуждения, электроды возбуждения и съема заряда, расположенные в областях наибольшего и наименьшего потенциалов.

Недостатком указанной конструкции является наличие трущихся поверхностей, сложность конструкции и, как следствие, недостаточная надежность и эффективность преобразования энергии.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является электростатический генератор, преобразующий механическую энергию в виде вращательного движения в электрическую (см. патент США №4897592, кл. H 02 N 1/08), содержащий два электрода возбуждения, электростатически заряженных до равных и противоположных по знаку потенциалов, статор с электродами в виде секторов, расположенных между электродами возбуждения для наведения в нем посредством созданного электродами электрического поля зарядов разной полярности, ротор, вращающийся в электрическом поле между электродами возбуждения и электродами статора и периодически экранирующий поле электродов возбуждения, выходное устройство, соединенное со статором, для отделения его от рабочего напряжения в зависимости от движения экранирующего статор ротора.

Недостатком генератора является то, что входной механической энергией является вращательное движение ротора, что неудобно для преобразования поступательного движения ветрового потока.

Задача изобретения - увеличение эффективности преобразования энергии поступательного движения ветрового потока.

Указанная задача решается тем, что в электростатической емкостной машине один из электродов рабочей емкости машины выполнен в виде слоя электролита, неподвижный электрод выполнен в виде набора проводящих концентрических колец на диэлектрической подложке и покрыт диэлектрическим материалом с высоким значением относительной диэлектрической проницаемости, пространство между электродами заполнено жидким сегнетоэлектриком с высоким значением относительной диэлектрической проницаемости и плотностью, меньшей, чем плотность электролита.

Подвижный электрод 6 расположен в корпусе 3 так, что имеет рабочую поверхность на расстоянии от отдельных секций 4 неподвижного электрода, равном амплитуде колебаний поверхности подвижного электрода. Подложка неподвижного электрода 13 имеет кольцевую проточку 10. Отдельные проводящие части неподвижного электрода 4 соединены через блок диодов возбуждения 8. Пространство между электродами заполнено жидким сегнетоэлектриком 11 с плотностью, меньшей, чем плотность электролита. Потокоприемник 1 с поворотными лопатками 9 и фокусирующий канал 2 установлены так, что выход фокусирующего канала находится над поверхностью подвижного электрода 6 на некотором расстоянии от нее. Блок диодов нагрузки 12 электрически соединен с блоком диодов возбуждения 8 и отдельными частями неподвижного электрода. Вспомогательный электрод 7 расположен в объеме подвижного электрода 6 и находится под потенциалом возбуждения U1 относительно общей точки.

Такое конструктивное решение позволяет эффективно использовать энергию поступательного движения ветрового потока без промежуточного ее преобразования в энергию вращательного движения.

Устройство электростатической емкостной машины поясняется чертежом.

Ветровой поток, попадая через поворотные лопатки 9 в потокоприемник 1, проходит через фокусирующий канал 2 и взаимодействует с поверхностью подвижного электрода 6, вызывая ее колебательное движение в поперечной плоскости, при этом с частотой, равной частоте колебаний поверхности электрода, изменяется емкость между отдельными частями неподвижного электрода 4 и электродом 6. Напряжение возбуждения подается с одной стороны через блок диодов возбуждения 8 на неподвижные электроды и с другой стороны на вспомогательный электрод 7, создающий контакт с проводящей поверхностью электролита. В процессе волнообразного движения поверхности подвижного электрода происходит изменение емкости между отдельными частями неподвижного электрода 4 и поверхностью подвижного электрода 6 и повышение разности потенциалов от потенциала возбуждения U1 в положении максимальной емкости до потенциала U2 в положении минимальной емкости. В положении максимальной емкости заряд на неподвижном электроде имеет минимальный потенциал и через блок диодов возбуждения 8 проходит ток, уравнивающий потенциал неподвижного электрода с потенциалом общей точки. В положении минимальной емкости потенциал заряда неподвижного электрода повышается до U2 и через блок диодов нагрузки 12 подается на потребителя. Масса газообразной среды, потеряв кинетическую энергию поступательного движения на подвижном электроде, вытесняется через кольцевую прорезь 10 в неподвижном электроде в окружающую среду.

Использование предлагаемого изобретения дает возможность более эффективно использовать энергию поступательного движения ветрового потока.

Формула изобретения

Электростатическая емкостная машина для преобразования энергии ветрового потока, содержащая корпус, подвижный электрод, неподвижный электрод с кольцевыми секторами на диэлектрической подложке и вспомогательный электрод, обеспечивающий подвод потенциала возбуждения к подвижному электроду, отличающаяся тем, что машина снабжена потокоприемником с поворотными лопатками и фокусирующим каналом, расположенным над поверхностью подвижного электрода, последний выполнен в виде слоя электролита, в котором размещен вспомогательный электрод, неподвижный электрод выполнен в виде набора проводящих концентрических колец, имеющих покрытие из диэлектрического материала и соединенных через блок диодов возбуждения, при этом пространство между подвижным и неподвижным электродами заполнено жидким сегнетоэлектриком, а блок диодов нагрузки электрически соединен с блоком диодов возбуждения и неподвижным электродом.

РИСУНКИ