WO2007084024A1 - Electromechanical capacitance transducer - Google Patents
Electromechanical capacitance transducer Download PDFInfo
- Publication number
- WO2007084024A1 WO2007084024A1 PCT/RU2006/000615 RU2006000615W WO2007084024A1 WO 2007084024 A1 WO2007084024 A1 WO 2007084024A1 RU 2006000615 W RU2006000615 W RU 2006000615W WO 2007084024 A1 WO2007084024 A1 WO 2007084024A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- electromechanical
- electrodes
- capacitance transducer
- capacitors
- capacitance
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
- H02N1/06—Influence generators
- H02N1/08—Influence generators with conductive charge carrier, i.e. capacitor machines
Definitions
- the invention relates to the field of instrumentation, in particular to microelectronics.
- an electrostatic device for energy conversion (US 4217804, H02N 1/00, 11/28/1978), consisting of two mechanically and electrically coupled capacitors of variable capacitance, each of which has a minimum and maximum capacitance, mechanically interconnected in antiphase so that when one capacity has a minimum value, the other capacity has a maximum value.
- the converter contains a device for creating and maintaining the required level of charges in the capacitors. In this case, the mechanical energy of an external source applied to the movable electrode (lining) of the capacitor is converted into electrical energy due to a counter change in the capacitance of both capacitors.
- the disadvantage of this device is its low power density.
- a movable dielectric is made in the form of a composite ring, two parts of which are made of ferro-filled rubber, and electrodes are fixed on their outer surface, and two other parts are separated rings are made of elastic material.
- the disadvantage of this device is its low power density.
- the closest is a device that is a capacitor of variable capacitance, containing two plates and many dielectric films located between the plates and made with conductive coatings located on their surfaces, facing the side of one plate, and sections of the mechanical connection of adjacent dielectric films arranged with a constant pitch and offset by half this step for adjacent dielectric films, and the conductive coatings of all dielectric films located through one, are electrically connected, respectively, with two terminals, and the extreme dielectric films are rigidly connected to the plates, in the connection areas of neighboring dielectrics tric films, these dielectric films are directly interconnected (RU 2019900, H02N 1/08, 09/15/1994).
- the disadvantage of this device is the low specific power
- the objective of this invention is to significantly increase the specific power of the Converter.
- the problem is solved in that the proposed capacitive electromechanical converter consists of two electrically and mechanically connected capacitors of variable capacitance in antiphase, in which the flexible electrodes are made of an inextensible conductive film forming a corrugated surface that touches ferroelectric surfaces with one comb and is attached to the surface of the other with crests a hard electrode acting as a power element, while the vibrations of the power element cause fluctuations in the associated flexible electrodes so that their capacitance varies from maximum to minimum values.
- FIG. 1 shows a diagram of the proposed device.
- the device consists of a movable rigid electrode, which is a common lining for two capacitors 1, of ferroelectric surfaces 2, 3, of flexible electrodes (capacitor plates) made in the form of corrugated surfaces 4, 5, touching their ridges of ferroelectric surfaces 2, 3, of fixed electrodes (capacitor plates) 6, 7 and load 8.
- the proposed capacitive electromechanical converter operates as follows. Before starting work, the capacitors must be charged to a certain initial voltage by a third-party charge generator, not shown in the diagram.
- the movable electrode 1 Under the action of external mechanical load, the movable electrode 1 performs periodic oscillations, as shown by arrows. These oscillations will cause the deformation of the flexible electrodes 6 and 7, which will be accompanied by a change in the contact areas of the flexible electrodes and a change in the capacitance of the capacitors and, as a consequence, the periodic flow of charges from one capacitor to another.
Abstract
The invention relates to instrument engineering, in particular to microelectronics. The inventive electromechanical capacitance transducer consisting of two antiphase electrically and mechanically connected continuously-adjustable capacitors, wherein elastic electrodes are made of an inextensible current conductive film forming a corrugated surface, which is brought into contact with ferroelectric surfaces by means of one rib and is fixed to the surface of a movable rigid electrode by the other ribs thereof.
Description
Емкостной электромеханический преобразователь Capacitive Electromechanical Converter
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.The invention relates to the field of instrumentation, in particular to microelectronics. It is known an electrostatic device for energy conversion (US 4217804, H02N 1/00, 11/28/1978), consisting of two mechanically and electrically coupled capacitors of variable capacitance, each of which has a minimum and maximum capacitance, mechanically interconnected in antiphase so that when one capacity has a minimum value, the other capacity has a maximum value. In addition, the converter contains a device for creating and maintaining the required level of charges in the capacitors. In this case, the mechanical energy of an external source applied to the movable electrode (lining) of the capacitor is converted into electrical energy due to a counter change in the capacitance of both capacitors.
Недостатком этого устройства является малая удельная мощность .The disadvantage of this device is its low power density.
Известен емкостной генератор (SU 1711312, H02N 1/08,Known capacitive generator (SU 1711312, H02N 1/08,
07.02.1992), 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.02/07/1992) containing flat electrodes, a movable dielectric placed between them, and a contact system, a movable dielectric is made in the form of a composite ring, two parts of which are made of ferro-filled rubber, and electrodes are fixed on their outer surface, and two other parts are separated rings are made of elastic material. The disadvantage of this device is its low power density.
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 (RU 2019900, H02N 1/08, 15.09.1994).The closest is a device that is a capacitor of variable capacitance, containing two plates and many dielectric films located between the plates and made with conductive coatings located on their surfaces, facing the side of one plate, and sections of the mechanical connection of adjacent dielectric films arranged with a constant pitch and offset by half this step for adjacent dielectric films, and the conductive coatings of all dielectric films located through one, are electrically connected, respectively, with two terminals, and the extreme dielectric films are rigidly connected to the plates, in the connection areas of neighboring dielectrics tric films, these dielectric films are directly interconnected (RU 2019900, H02N 1/08, 09/15/1994).
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.The disadvantage of this device is the low specific power The objective of this invention is to significantly increase the specific power of the Converter. The problem is solved in that the proposed capacitive electromechanical converter consists of two electrically and mechanically connected capacitors of variable capacitance in antiphase, in which the flexible electrodes are made of an inextensible conductive film forming a corrugated surface that touches ferroelectric surfaces with one comb and is attached to the surface of the other with crests a hard electrode acting as a power element, while the vibrations of the power element cause fluctuations in the associated flexible electrodes so that their capacitance varies from maximum to minimum values.
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".The difference from the prototype is that in the prototype films are used as dielectric, the dielectric constant of which is thousands of times less than the permeability of the ferroelectric used in the proposed device, which leads to the same decrease in specific power. The listed features that distinguish the claimed method from the known, are not identified in other technical solutions when studying this technical field, therefore, provide the claimed solution with the criteria of "novelty" and "inventive step".
На Фиг. 1 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.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed device. The device consists of a movable rigid electrode, which is a common lining for two capacitors 1, of ferroelectric surfaces 2, 3, of flexible electrodes (capacitor plates) made in the form of corrugated surfaces 4, 5, touching their ridges of ferroelectric surfaces 2, 3, of fixed electrodes (capacitor plates) 6, 7 and load 8.
Предлагаемый емкостной электромеханический преобразователь работает следующим образом. Перед началом работы конденсаторы должны быть заряжены до некоторого начального напряжения сторонним генератором зарядов, на схеме не показанным.The proposed capacitive electromechanical converter operates as follows. Before starting work, the capacitors must be charged to a certain initial voltage by a third-party charge generator, not shown in the diagram.
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.Under the action of external mechanical load, the movable electrode 1 performs periodic oscillations, as shown by arrows. These oscillations will cause the deformation of the flexible electrodes 6 and 7, which will be accompanied by a change in the contact areas of the flexible electrodes and a change in the capacitance of the capacitors and, as a consequence, the periodic flow of charges from one capacitor to another.
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 поThe presence in the load circuit will lead to the appearance of a potential difference between the two capacitors. As a result, the electrostatic forces of attraction acting on the capacitor plates, having opposite signs, will not coincide in
• величине.
Таким образом, колебание подвижного электрода 1 потребует приложения внешней силы, которая и будет совершать работу, преобразуемую в электрическую мощность. • size. Thus, the oscillation of the movable electrode 1 will require the application of an external force, which will perform the work that is converted into electrical power.
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.
The increase in the specific power of the energy converter compared to the prototype by about 100 times allows you to create stand-alone chargers for electronic devices (remote control, mobile phone, laptop, etc.) that work from the muscular efforts of a person so small that they can be built into the devices themselves without changing their size and design.
Claims
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM
Емкостной 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.
Capacitive electromechanical converter having an electric capacitor of variable capacitance with flexible movable electrodes, characterized in that the converter consists of two electrically and mechanically connected capacitors of variable capacitance in antiphase, in which the flexible electrodes are made of an inextensible conductive film forming a corrugated surface that touches with only one comb ferroelectric surfaces, and other ridges attached to the surface of the movable hard electrode .
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006102589/09A RU2306662C1 (en) | 2006-01-18 | 2006-01-18 | Capacitive electro-mechanical transformer |
| RU2006102589 | 2006-01-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2007084024A1 true WO2007084024A1 (en) | 2007-07-26 |
Family
ID=38287879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2006/000615 WO2007084024A1 (en) | 2006-01-18 | 2006-11-17 | Electromechanical capacitance transducer |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2306662C1 (en) |
| WO (1) | WO2007084024A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4127804A (en) * | 1976-05-24 | 1978-11-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Electrostatic energy conversion system |
| JPS5829379A (en) * | 1981-08-13 | 1983-02-21 | Toko Seiki Seisakusho:Kk | Electrostatic generator |
| WO2003038969A2 (en) * | 2001-10-26 | 2003-05-08 | Potter Michael D | An electrostatic based power source and methods thereof |
| RU2241300C2 (en) * | 2003-02-12 | 2004-11-27 | Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | Electrostatic capacitor machine for wind stream energy conversion |
-
2006
- 2006-01-18 RU RU2006102589/09A patent/RU2306662C1/en not_active IP Right Cessation
- 2006-11-17 WO PCT/RU2006/000615 patent/WO2007084024A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4127804A (en) * | 1976-05-24 | 1978-11-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Electrostatic energy conversion system |
| JPS5829379A (en) * | 1981-08-13 | 1983-02-21 | Toko Seiki Seisakusho:Kk | Electrostatic generator |
| WO2003038969A2 (en) * | 2001-10-26 | 2003-05-08 | Potter Michael D | An electrostatic based power source and methods thereof |
| RU2241300C2 (en) * | 2003-02-12 | 2004-11-27 | Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | Electrostatic capacitor machine for wind stream energy conversion |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2306662C1 (en) | 2007-09-20 |
| RU2006102589A (en) | 2007-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5411871B2 (en) | Electret electrode, actuator using the same, vibration power generator, vibration power generation device, and communication device equipped with the vibration power generation device | |
| US6833687B2 (en) | Electromechanical power converter | |
| US8053914B1 (en) | Method and apparatus for energy harvesting using microfluidics | |
| US8441167B2 (en) | Capacitive electric current generator | |
| KR102214474B1 (en) | Generatorusingionicelastomer | |
| US11527967B2 (en) | Rhomboid structured triboelectric nanogenerator based on built-in U-shaped support | |
| US20130241346A1 (en) | Device for converting mechanical energy into electrical energy | |
| JPH1198868A (en) | Electrostatic power generation device | |
| Ouanes et al. | A new type of triboelectric nanogenerator with self-actuated series-to-parallel electrical interface based on self-synchronized mechanical switches for exponential charge accumulation in a capacitor | |
| Jean-Mistral et al. | On the power management and electret hybridization of dielectric elastomer generators | |
| RU2306662C1 (en) | Capacitive electro-mechanical transformer | |
| WO2004109817A3 (en) | Electroactive polymer contractible actuator | |
| KR101610738B1 (en) | Device for generating hybrid energy | |
| CN112042106A (en) | Vibration power generation element and vibration power generation device | |
| JP2015164379A (en) | power generator | |
| JP6678526B2 (en) | Electromechanical transducer | |
| RU2317631C1 (en) | Capacitive electromechanical current generator | |
| Ghomian et al. | A hybrid structure for energy harvesting from human body thermal radiation and mechanical movement | |
| JP2011002256A (en) | Sensor using field reactive polymer | |
| CN113726215B (en) | Static electrostatic voltage source device and preparation method thereof | |
| RU209171U1 (en) | Piezohydraulic electric current generator | |
| Ahmed et al. | A novel angular SiO2 electret-based electrostatic energy harvester for cardiac and neural implants. | |
| JP2011259584A (en) | Power generator and power generation method | |
| RU2797442C2 (en) | Electrostatic transducer | |
| Tamura et al. | Demonstration of Non-Contact Type Vibrational Energy Harvester with Electric Double Layer Electrets |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 06843970 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |