Способ генерирования тока электретом и устройство для его осуществления

О П И С А Н И Е 978329ИЗОБРЕТЕН ИяК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоеетскинСоциалнстнческинРеспублик(51) М, Кл. Н 03 К 3/45 с присоединением заявки И 3 еаударстынный комитет СССР ао делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ТОКА ЭЛЕКТРЕТОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ б;Изобретение относится к электропитанию и может быть использовано в систе.мах управления, радиовещания, связи икосмических аппаратах для автономногопитания микросхем, полупроводниковых и5др. электронных приборов,Известен способ генерирования переменного тока электретом путем изменения электрического поля электрета, действующего на металлические электроды,вследствие введения в зазор между поверхностью электрета и электродом металлической пластины 1,Однако генерированный таким способом ток во внешней цепи электрета незначительный (единицы микроампер), асистема генерирования тока в поле электрета сложна.Наиболее близким к изобретению является способ генерирования тока электре отом путем воздействия на внешнее электрическое поле электрета и электрический заряд его электродов . Генерированиетока во внешней цепи электрета в иэвестном способе осуществляется путемизменения величины электрического поля,действуюшего на один иэ электродоввследствие изменения расстояния междуповерхностью электрета и этим электродом,Недостатком известного способа является малая величина генерируемого тока,составляющего микроамперы, посколькувеличина индуцированного на подвижномэлектроде заряда изменяется по формуле где б; - плотность поверхностного заряда прилежащей к подвижному электроду плоскости;- относительная диэлектрическаяпроницаемостьЬ,0 - соответственно толщина .электрета и величина зазора между электродом и поверхностью электрета.3 9783С учетом возможного нарушения конструкции вследствие искривления поверхности подвижного электрода минимальныйзазор не будет меньше 1 мм, отчего невозможно индуцирование на подвижном5электроде максимально возможного зарядаи ндуцируемого на электроде при 0 - Оучитывая также, что действующее на подвижный электрод поле электрета снижается пропорционально квадрату расстояния,Наиболее близко к предлагаемому устройство для осуществления способа генерирования тока электретом путем воздействия на внешнее электрическое поле элек трета и электрический заряд его электродов, содержащее электрет с электродамии внешнюю цепь 23,Недостатком этого устройства является низкая величина генерируемого тока,Цель изобретения - повышение величины генерируемого тока.Поставленная цель достигается тем,что по способу генерирования тока электретом путем воздействия на внешнееэлектрическое поле электрета и электрический заряд его электродов, внешнееэлектрическое поле электрета сохраняютпостоянным, а электрический заряд электродов электрета, которым воздействуютна релаксационно-поляризуемую среду,изменяют по периодическому закону.Устройство для осуществления способа, содержащее электрет с электродамии внешнюю цепь, снабжено полярным ди 35электриком, имеющим жестко связанныес ним электроды которые соединены по.средством коммутатора через внешнююцепь с двумя разнополярными электрода-ми электрета.40Электрическим полем электрета действуют на электроды, нанесенные на противополярные поверхности электрета, накоторых индуцируются максимальные.заряды, поскольку 0 -" О, При этом наблизлежащих к электрету поверхностяхиндуцируются разнополярные, а на противоположных поверхностях однополярныезарядам электрета свободные заряды, Появление электрического тока во внешнейсоединенной с электродами цепи происходит при сохранении постоянным электрического поля вследствие неизменностипутем изменения электрического зарядаэлектродов по периодическому закону,Этот процесс осуществляется путемкоммутации индуцированных на электродах свободных зарядов на внешнюю цепь,В момент ее подключения коммутатором29 4течет в течение времени а 1 ток нейтрализации свободных зарядов в соответствии с законом электрической индукцииН Д 11 ДПоскольку, вследствие Р-. О индуцированные на электродах свободные заряды максимальны, во внешней цепи течет для используемого типа электрета максимальный ток, изменяющийся во времени по закону Мн (о)8(3) дР Ргде Р=бо -1) Е - вектор поляризации ре- лаксационно-поляризуемой среды,Последующее: отключение коммутатором релаксационно-поляриэуемой среды от электродов электрета в течение времени д 1 выэывает деполяризацию в ней сформированного электрического заряда и через нее течет ток деполяризации Э ) - Р/Мобратной полярности току поляризации 3+), Как показали результаты эксгде- постоянная времени релаксациивнешней цепи;3 Н - амплитуда тока нейтрализации,определяемая параметрами внешней цепи,Отключение коммутатором внешней цепи от электродов в течение времени добуславливает последующее индуцированиесвободных зарядов на внешних поверхностях электродов электрета, а также спаддо нуля тока во внешней цепи, При последующей коммутации электродов на внешнюю цепь в последней течет новый импульс тока, той же полярности что и предыдущий, который также обусловлен изменением электрического заряда электродов от максимального значения до нуля,т,е. путем нейтрализации свободных зарядов электродов.При воздействии электрического поляэлектрета посредством свободных зарядовэлектродов: электрета на релаксационнополяризуемую среду, например полярныйдиэлектрик, среда поляризуется в нейпоявляется электрический заряд бишь=а"- Ргде Р - вектор поляризации релаксационно-поляриэуемой среды, В процессе поляризации этой среды в течение временивоздействия на ее электрического поляэлектрета - а течет токФ5 9783перимента, действуюшее значение токабудет максимальным при условии НдФ =,где ь - постоянная времени релаксационно-поляризуемой среды,Воздействуя электрическим зарядомэлектродов электретв нв релвксационно-поляризуемую среду по периодическому закону,во внешней. цепи получают переменныйэлектрический ток, Поскольку ,в способе -прототипе при наличии воздушного промежутка между электретом и подвижным электретом максимально индуцированный зарядна электродах б =Е Е,а в предлагаемомспособе при воздействии электрическогополя электретв нв релаксационно-поляризу 15емую среду Йи р - Ео (6- 1) Е,то отношениетоков генерируемых предлагаемым способом-прототипом при прочных равных условиях составляетЭб Я) Е(5)оТаким образом, вследствие того, чтов предлагаемом способе внешнее электрическое поле электрета сохраняют постоянным, поскольку не изменяют зазор между злектретом и его электродами, который в пределе стремится к нулю, а вместо неполярной диэлектрической среды (газа) используют релаксационно-поляризу- ЗОемую среду, более чем на порядок возрастает электрический ток, генерируемыйпо предлагаемому способу в сравнениисо способом-прототипом,На чертеже представлено устройствогенерирования тока,Устройство состоит из электрета 1 сдвумя жестко связанными противополярными электродами 2, коммутатора 3 сконтактной группой, внешней цепи (нагрузки) 4, релаксационно-поляризуемойсреды, в качестве которой используетсятвердотельный полярный диэлектрик 5 сжестко соединенными электродами 6Электрет 1 выполнен из материала 5с высоким поверхностным зарядом б;,например, из полиметилметакрылата с напряженностью поля Е = 2 10+ В/см.В качестве полярного диэлектрика 5 используется титанвт стронция с=20050и стабильными электрическими параметрами, Металлические электроды 2 и 6наносятся соответственно на злектрет 1и полярный диэлектрик 5 с обеих сторон.Размеры электрета 1 полярного ди 55электрика 5 обуславливаются габаритными размерами устройствав целом с учетом того, что с ростом площади как электрета 1, так и полярного диэлектрика 5,29 6пропорционально возрастает цндуцированный электрической заряд и соответственно величина генерируемого тока, В качестве внешней цепи 4, используется индуктивная нагрузка, например высокочастотный трансформатор с феррцтовым мвгнитопроводом,Заземление одного из электродов 2электрета 1, соединенного через внешнюю цепь 4 с одним из электродов 6 полярного диэлектрика 5, обеспечйвает улучшение деполяризации накопленного в полярном диэлектрике 5 разряда, а также.исключает появление наводок,Устройство работает следующим образом,Прц замыкании обшего ц размыкаюшего зажимов контактной группы коммутатора 3, в качестве ко торого може т бы тьиспользовано мцкромошное быстродсйствующее реле, полярный дизлекгрик 5,вследствие действия нв него электрического поля ццпукпцонцых цв жесткосвязанных электродах 6 зарядов, обусловленных зарядами противополлрцых электродов 2 злектрета 1, поляризуется указанной нв фигуре полярностью с польчением результирующего электрического момента Р ц зврлдв бцд.В нагрузке(первичной обмотке высокочастотноготрансформатора) в течение времени действия электрического полл злектрета 1на поллрный диэлектрик 5 - 1будетпротекать токинд Р(+) д 1где Р= Е, Ж)Е - вектор поляризации полярного диэлектрика 5,При последующем замыкании общегои замыкающего зажимов контактной группы коммутатора 3 в течение временипроисходит деполяризвцця накопленногона полярном дцэлектрцке 5 заряда бичерез нагрузку 4 - первичную обмоткувысокочастотного трансформатора,При этом через нагрузку 4 при условии, что время 12:Ф, протекает в обратном направлении ток деполяризации зарядабщ,з(равный 3(+ т,е,фи нд РЭЬ .2Периодическое подключение с помошьюконтактной группы коммутатора 3 противопоцярных электродов 2 электретв 1 кэлектродам 6 полярного диэлектрика 5,соединенного с внешней цепью 4, и последуюшее замыкание полярного диэлектрика 5 контактной группой коммутатора .3 нв внешнюю цепь - высокочастотный978329 ВНИИПИ Заказ 9240/74 Тираж 959 Подписное Филиал ППП "Патент жгород, ул. Проектная трансформатор 4 обеспечивает проте-гкание во внешней цепи 4 переменного тока,3формула изобретения 1, Способ генерирования тока электретом путем воздействия на внешнее электрическое попе электрета и электри ческий заряд его электродов, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения величины генерируемого тока, внешнее электрическое поле электрета сохраняют постоянным, а электрический за ряд электродов, которым воздействуют на релаксационно-поляризуемую среду,изменяют по периодическому закону.2. Устройство для осуществления способа по и. 1 содержащее электрет сэлектродами и внешнюю цепь,. о т л ич а ю ш е е с я тем, что. оно снабженополярным диэлектриком, имеющим жестко связанные с ним электроды, которыесоединены посредством коммутатора через внешнюю цепь с двумя разнопалярными электродами электрета.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Губкин А, Н, "Электреты " 1978,с, 167.2, Там же, с. 96-97;