Емкостный электромеханический преобразователь
Изобретение относится к области приборостроения, в частности к микроэлектронике. Описан емкостной электромеханический преобразователь, состоящий из двух связанных в противофазе электрически и механически конденсаторов переменной емкости, в которых гибкие электроды изготовлены из нерастяжимой токопроводящей пленки, образующей гофрированную поверхность, которая одними гребнями касается сегнетоэлектрических поверхностей, а другими гребнями прикреплена к поверхности подвижного жесткого электрода. Технический результат - существенное увеличение удельной мощности. 1 ил.
Изобретение относится к области приборостроения, в частности к микроэлектронике.
Известно электростатическое устройство для преобразования энергии (US 4217804, H02N 1/00, 28.11.1978), состоящее из двух связанных механически и электрически конденсаторов переменной емкости, каждый из которых имеет минимальную и максимальную емкость, связанных механически между собой в противофазе так, что когда одна емкость имеет минимальное значение, другая емкость имеет максимальное значение. Кроме того, преобразователь содержит устройство для создания и поддержания необходимого уровня зарядов в конденсаторах. При этом механическая энергия внешнего источника, приложенная к подвижному электроду (обкладке) конденсатора, преобразуется в электрическую энергию за счет встречного изменения емкости обоих конденсаторов. Недостатком этого устройства является малая удельная мощность.
Известен емкостной генератор (SU 1711312, H02N 1/08, 07.02.92), содержащий плоские электроды, подвижной диэлектрик, размещенный между ними, и контактную систему, подвижной диэлектрик выполнен в виде составного кольца, две части которого выполнены из сегнетонаполненной резины, и на их внешней поверхности закреплены электроды, а разделяющие их две другие части кольца выполнены из эластичного материала. Недостатком этого устройства является малая удельная мощность.
Наиболее близким является устройство, представляющее собой конденсатор переменной емкости, содержащий две пластины и множество диэлектрических пленок, расположенных между пластинами и выполненных с токопроводящими покрытиями, расположенными на их поверхностях, обращенных в сторону одной пластины, и участками механического соединения соседних диэлектрических пленок, расположенных с постоянным шагом и со смещением на половину этого шага для соседних диэлектрических пленок, причем токопроводящие покрытия всех диэлектрических пленок, расположенных через одну, электрически соединены соответственно с двумя выводами, а крайние диэлектрические пленки жестко связаны с пластинами, на участках соединения соседних диэлектрических пленок эти диэлектрические пленки непосредственно соединены между собой. Недостатком этого устройства является малая удельная мощность.
Задачей данного изобретения является существенное увеличение удельной мощности преобразователя.
Задача решается тем, что предлагаемый емкостной электромеханический преобразователь состоит из двух связанных в противофазе электрически и механически конденсаторов переменной емкости, в которых гибкие электроды изготовлены из нерастяжимой токопроводящей пленки, образующей гофрированную поверхность, которая одними гребнями касается сегнетоэлектрических поверхностей, а другими гребнями прикреплена к поверхности подвижного жесткого электрода, выполняющего функцию силового элемента, при этом колебания силового элемента вызывают колебания связанных с ним гибких электродов так, что их емкость меняется от максимального до минимального значений.
Отличие от прототипа состоит в том, что в прототипе в качестве диэлектрика используют пленки, диэлектрическая проницаемость которых в тысячи раз меньше проницаемости сегнетоэлектрика, используемого в предлагаемом устройстве, что приводит к такому же уменьшению удельной мощности.
Перечисленные признаки, отличающие заявляемый способ от известных, не выявлены в других технических решениях при изучении данной области техники, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "новизна" и "изобретательский уровень".
На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.
Устройство состоит из подвижного жесткого электрода, являющегося общей обкладкой для двух конденсаторов 1, из сегнетоэлектрических поверхностей 2, 3, из гибких электродов (обкладок конденсатора), выполненных в виде гофрированных поверхностей 4, 5, касающихся своими гребнями сегнетоэлектрических поверхностей 2, 3, из неподвижных электродов (обкладок конденсатора) 6, 7 и нагрузки 8.
Емкостной электромеханический преобразователь работает следующим образом.
Перед началом работы конденсаторы должны быть заряжены до некоторого начального напряжения сторонним генератором зарядов, на схеме не показанным.
Под действием внешней механической нагрузки подвижный электрод 1 совершает периодические колебания, как показано стрелками. Эти колебания будут вызывать деформацию гибких электродов 6 и 7, что будет сопровождаться изменением площадей контакта гибких электродов и изменением емкостей конденсаторов и, как следствие, периодическим перетеканием зарядов с одного конденсатора на другой.
Наличие в цепи нагрузки приведет к появлению разницы потенциалов между двумя конденсаторами. В результате чего электростатические силы притяжения, действующие на обкладки конденсаторов, имея противоположные знаки, не будут совпадать по величине.
Таким образом, колебания подвижного электрода 1 потребуют приложения внешней силы, которая и будет совершать работу, преобразуемую в электрическую мощность.
Увеличение удельной мощности преобразователя энергии по сравнению с прототипом примерно в 100 раз позволяет создавать автономные зарядные устройства для электронных приборов (пульт дистанционного управления, мобильный телефон, ноутбук и т.д.), работающих от мускульных усилий человека, таких малых размеров, что они могут быть встроены в сами приборы без изменения их размеров и дизайна.
Емкостный электромеханический преобразователь, имеющий электрический конденсатор переменной емкости с гибкими подвижными электродами, отличающийся тем, что преобразователь состоит из двух связанных в противофазе электрически и механически конденсаторов переменной емкости, в которых гибкие электроды изготовлены из нерастяжимой токопроводящей пленки, образующей гофрированную поверхность, которая одними гребнями касается сегнетоэлектрических поверхностей, а другими гребнями прикреплена к поверхности подвижного жесткого электрода.
