ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ПОДЗАРЯДА ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА Российский патент 2020 года по МПК H02N1/00 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, в частности к микроэлектромеханическим генераторам, преобразующим энергию механических колебаний в электрическую энергию, и может быть использовано для подзаряда химического источника тока.

Известен электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока, содержащий три диода, электронный ключ, один постоянный конденсатор и два переменных конденсатора (de Queiroz А.С.М., Domingues М. Electrostatic energy harvesting using doublers of electricity // Circuits and systems: Proc. / 54th IEEE International Midwest Symposium on, Seoul, Korea, Aug. 7-10, 2011. - Seoul, 2011. - P. 1-4). Катод первого диода соединен с постоянным конденсатором, первым переменным конденсатором и электронным ключом, второй электрод электронного ключа подключен к положительному полюсу химического источника тока, второй электрод первого переменного конденсатора соединен с анодом второго диода и вторым переменным конденсатором, катод второго диода соединен со вторым электродом постоянного конденсатора, анодом третьего диода и подключен к отрицательному полюсу химического источника тока, катод третьего диода соединен со вторым электродом второго переменного конденсатора и анодом первого диода.

Однако указанное устройство способно работать только при глубине модуляции емкости переменных конденсаторов не менее 1,618, что не позволяет генератору работать при малых амплитудах внешних механических колебаний, и содержит электронный ключ, который требует применения дополнительной схемы управления, что усложняет конструкцию.

Кроме того, известен электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока (Электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока [Текст]: пат. 2528430 С2 Рос. Федерация: МПК H02N 1/00 / Драгунов В.П., Доржиев В.Ю.; заявитель и патентообладатель Новосибирск, гос. техн. унив. - №2013101854/07; заявл. 15.01.13; опубл. 20.09.14, Бюл. №26. - 5 с.: ил.), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий три диода, два переменных конденсатора и стабилитрон. Катод первого диода соединен с постоянным конденсатором, катодом стабилитрона и первым переменным конденсатором, второй электрод первого переменного конденсатора соединен с анодом второго диода и вторым переменным конденсатором, катод второго диода подключен к отрицательному полюсу химического источника тока и соединен с анодом третьего диода, катод третьего диода соединен со вторым электродом второго переменного конденсатора и анодом первого диода, положительный полюс химического источника тока соединен с анодом стабилитрона и вторым электродом постоянного конденсатора.

Однако указанный электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока способен работать только при глубине модуляции емкости переменных конденсаторов не менее 1,618, что не позволяет генератору работать при малых амплитудах внешних механических колебаний, а также содержит фазу разряда химического источника тока, что уменьшает средний ток через химический источник тока за цикл модуляции емкости.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является расширение диапазона глубины модуляции емкости переменных конденсаторов, позволяющее генератору осуществлять подзаряд химического источника тока при меньших амплитудах внешних механических колебаний, а также исключение фазы разряда химического источника тока в процессе работы генератора.

Поставленная задача достигается тем, что в известный электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока, содержащий постоянный конденсатор, первый диод, стабилитрон, первый переменный конденсатор, соединенный с катодом первого диода, катодом стабилитрона и постоянным конденсатором, второй диод, соединенный анодом со вторым электродом первого переменного конденсатора, а катодом подключенный к отрицательному полюсу химического источника тока, второй переменный конденсатор, соединенный с анодом второго диода и вторым электродом первого переменного конденсатора, третий диод, соединенный катодом со вторым электродом второго переменного конденсатора и анодом первого диода, а анодом соединенный с катодом второго диода и подключенный к отрицательному полюсу химического источника тока, второй электрод постоянного конденсатора и анод стабилитрона подключены к положительному полюсу химического источника тока, введен источник напряжения, подключенный отрицательным полюсом ко второму электроду первого переменного конденсатора, а положительным полюсом подключенный к первому электроду второго переменного конденсатора, при этом отсутствует соединение второго электрода первого переменного конденсатора с анодом второго диода и первым электродом второго переменного конденсатора, и отсутствует соединение анода второго диода с первым электродом второго переменного конденсатора, а также изменено расположение химического источника тока, путем отключения его положительного полюса от анода стабилитрона и второго электрода постоянного конденсатора, а отрицательного полюса - от катода второго диода и анода третьего диода, и подключения его положительного полюса к первому электроду второго переменного конденсатора и положительному полюсу источника напряжения, а отрицательного полюса - к аноду второго диода, при этом анод стабилитрона соединен со вторым электродом постоянного конденсатора, катодом второго диода и анодом третьего диода.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого электростатического микроэлектромеханического генератора для подзаряда химического источника тока.

Предлагаемый генератор содержит диоды 1-3; переменные конденсаторы 4, 5; стабилитрон 6 и постоянный конденсатор 7. Катод диода 1 соединен с катодом стабилитрона 6, постоянным конденсатором 7 и переменным конденсатором 4, второй электрод переменного конденсатора 4 подключен к отрицательному полюсу источника напряжения, анод диода 2 подключен к отрицательному полюсу химического источника тока, переменный конденсатор 5 подключен к положительному полюсу источника напряжения и положительному полюсу химического источника тока, катод диода 2 соединен со вторым электродом постоянного конденсатора 7, анодом стабилитрона 6 и анодом диода 3, катод диода 3 соединен со вторым электродом переменного конденсатора 5 и анодом диода 1.

Предлагаемый генератор работает следующим образом. Под действием внешних механических колебаний емкость переменных конденсаторов 4 и 5 изменяется в противофазе, глубина модуляции емкости при этом зависит от амплитуды внешних механических колебаний. При увеличении емкости переменного конденсатора 4 (уменьшении емкости переменного конденсатора 5) через диоды 1 и 2 течет создаваемый источником напряжения ток, заряжающий переменный конденсатор 4 и химический источник тока и разряжающий переменный конденсатор 5. При уменьшении емкости переменного конденсатора 4 (увеличении емкости переменного конденсатора 5) переменный конденсатор 4 разряжается, заряжая постоянный конденсатор 7 и переменный конденсатор 5. Таким образом, с каждым новым циклом напряжение на конденсаторе 7 растет, а химический источник тока заряжается в каждом новом цикле. При этом в процессе работы генератора исключается фаза разряда химического источника тока.

При глубине модуляции емкости переменных конденсаторов более 1, но менее 1,618, с каждым последующим циклом приращение заряда конденсатора 7 уменьшается. В результате в течение нескольких циклов работы генератора после подключения его к химическому источнику тока и источнику напряжения постоянный конденсатор 7 зарядится до некоторого стабилизированного напряжения.

При глубине модуляции емкости переменных конденсаторов более или равной 1,618, с каждым последующим циклом приращение заряда конденсатора 7 увеличивается. В результате в течение нескольких циклов работы генератора после подключения его к химическому источнику тока и источнику напряжения постоянный конденсатор 7 зарядится до напряжения стабилизации стабилитрона 6.

Таким образом, за счет введения источника напряжения, предлагаемый электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока позволяет использовать расширенный диапазон глубины модуляции емкости переменных конденсаторов и, соответственно, имеет расширенный диапазон амплитуд внешних механических колебаний, при которых устройство обеспечивает подзаряд химического источника тока, а также исключает фазу разряда химического источника тока в процессе работы генератора.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, в частности к микроэлектромеханическим генераторам, преобразующим энергию механических колебаний в электрическую энергию, и может быть использовано для подзаряда химического источника тока. Техническим результатом предлагаемого электростатического микроэлектромеханического генератора для подзаряда химического источника тока является расширение диапазона амплитуд внешних механических колебаний, при которых устройство подзаряжает химический источник тока, а также исключение фазы разряда химического источника тока в процессе работы генератора. Электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока содержит постоянный конденсатор, первый диод, первый переменный конденсатор, соединенный с катодом первого диода и постоянным конденсатором, а вторым электродом подключенный к отрицательному полюсу источника напряжения, второй диод, подключенный анодом к отрицательному полюсу химического источника тока, а катодом соединенный со вторым электродом постоянного конденсатора, второй переменный конденсатор, подключенный к положительному полюсу источника напряжения и положительному полюсу химического источника тока, третий диод, соединенный катодом со вторым электродом второго переменного конденсатора и анодом первого диода, а анодом соединенный с катодом второго диода и вторым электродом постоянного конденсатора, стабилитрон, соединенный катодом с первым переменным конденсатором, катодом первого диода и постоянным конденсатором, а анодом соединенный с постоянным конденсатором, катодом второго диода и анодом третьего диода. 1 ил.

Электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока, содержащий постоянный конденсатор, первый диод, стабилитрон, первый переменный конденсатор, соединенный с катодом первого диода, катодом стабилитрона и постоянным конденсатором, второй диод, соединенный анодом со вторым электродом первого переменного конденсатора, а катодом подключенный к отрицательному полюсу химического источника тока, второй переменный конденсатор, соединенный с анодом второго диода и вторым электродом первого переменного конденсатора, третий диод, соединенный катодом со вторым электродом второго переменного конденсатора и анодом первого диода, а анодом соединенный с катодом второго диода и подключенный к отрицательному полюсу химического источника тока, второй электрод постоянного конденсатора и анод стабилитрона подключены к положительному полюсу химического источника тока, отличающийся тем, что в него введен источник напряжения, подключенный отрицательным полюсом ко второму электроду первого переменного конденсатора и положительным полюсом подключенный к первому электроду второго переменного конденсатора, а химический источник тока подключен положительным полюсом к положительному полюсу источника напряжения и первому электроду второго переменного конденсатора, а отрицательным полюсом подключен к аноду второго диода.