Способ генерирования тока электретом и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК H03K3/45 

(54) СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ТОКА ЭЛЕКТРЕТОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1

Изобретение относится к эдектропитаВИЮ и может быть использовано в систеч мах управления, радиовещания, свяэи и космических аппаратах для автономного питания микросхем, полупроводниковых и др. 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 спосо бом ток во внещней цепи электрета не - ,5 : значительный (единицы микроампер), а система генерирования тока в поле элек;трета сложна.

Наиболее близким к изобретению является способ генерирования тока электре- 20 том путем воздействия на внешнее электрическое поле электрета и электрический заряд его электродов Генерирование тока во внешней цепи электрета в известном способе осуществляется путем , изменения величины эдектрического поля, дейсгвуютего иа один из электродов вследствие изменения расстояния между поверхностью электрета и этим электродом.

Недостатком известного способа является малая величина генерируемого тока, составляющего микроамперы, поскольку величина индуцированного на подвижном электроде заряда изменяется по формуле

.

(1)

где d{ - плотность поверхностного заряда прилежащей к подвижному электроду плоскости;

-относительная диэлектрическая

Б . проницаемость;

L,e

-соответственно толщина .элекTjieTa и величина зазора между электродом и поверхностью электрета. 39 С учетом возможного нарушения конструкции вследствие искривления поверхности подвижного электрода минимальный зазор не будет меньше 1 мм, отчего не возможно индуцирование на подвижном электроде максимально возможного заряда, индуцируемого на электроде при О учитывая 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 внеишее электрическое поле эле трета и электрический заряд его электродов, содержащее электрет с электродами и внешнюю цепь Г2, 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 внешнее электрическое поле электрета и электрический заряд его электродов, внешнее электрическое поле электрета сохраняют постоянным, а электрический заряд электродов электрета, которым воздействуют на релаксационно-поляризуемую среду, изменяют по периодическому закону. Устройство для осуществления способа, содержащее электрет с электродами и внешнюю цепь, снабжено полярным диэлектриком, имеющим жестко связанные с ним электроды, которые соединены по.средством коммутатора через внешнюю цепь с двумя разнополярными электрода- ми электрета. Электрическим полем электрета действуют на электроды, нанесенные на противополярные поверхности электрета, на которых индуцируются максимальные . заряды, поскольку б О. При этом на близлежащих к электрету поверхностях индуцируются разнополярные, а на противоположных поверхностях однополярные зарядам электрета свободные заряды. Появление электрического тока во внешней соединенной с электродами цепи происходит при сохранении постоянным электрического поля вследствие неизменности 9 путем изменения электрического заряда электродов по периодическому закону. Этот процесс осуществляется путем коммутации индуцированных на электродах свободных зарядов на внешнюю цепь В момент ее подключения коммутатором 29 течет в течение времени d-t, ток нейтрализации свободных зарядов в соответсгвии с законом электрической индукции (2) 1 -1 Поскольку, вследствие Р О индуцированные на электродах свободные заряды максимальны, во внешней цепи течет для используемого типа электрета максимальный ток, изменяющийся во времени по закону н- N(0)6 постоянная времени релаксации внещней цепи; амплитуда тока нейтрализации, определяемая параметрами внешней цепи. Отключение коммутатором внешней цеот элект:родов в течение времени д-Ьп обуславливает последующее индуцирование свободных зарядов на внешних поверхностях электродов электрета, а также спад до нуля тока во внешней цепи. При последующей коммутации электродов на внещнюю 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 поля электрета посредством свободных зарядов электродов : электрета на релаксационнополяризуемую среду, например полярный диэлектрик, среда поляризуется, в ней появляется электрический заряц 6иил, где Р - вектор поляризации релаксационно-поляризуемой среды. В процессе поляризации этой среды в течение времени воздействия на ее электрического поля электрета -ai течет ток Г , где (,е-1)Е - вектор поляризации релаксационно-поляризуемой среды. Последующее отключение коммутатором релаксационно-поляризуемой среды от электродов электрета в течение времени д to вызывает деполяризацию в ней сформированного электрического заряда и через нее течет ток деполяризации J.j P/at 2 обратной полярности току поляризации Л(+).. Как показали результаты эксперимента, действующее значение тока будет максимальным при условии где Т - постоянная времени релаксацион но-поляризуемой среды. Воздействуя электрическим зарядом электродов электрета на релаксационно-по ляризуемую среду по периодическому зако ну, во внешней, цепи получают переменный электрический ток. Поскольку ,в способе прототипе при наличии воздушного промещтка между электретом и подвижным эле третом максимально индуцированный заряд на электродах ,а в предлагаемом способе при воздействии электрического поля электрета на релаксацио нно-поляризу емую среду 6, Ер(,TO отношение токов генерируемых предлагаемым спосо бом-прототипом при прочных равных условиях составляет . Таким образом, вследствие того, что в предлагаемом способе внешнее электри ческое поле электрета сохраняют постоянным, поскольку не изменяют зазор ме ду электретом и его электродами, который в пределе стремится к нулю, а вмес то неполярной диэлектрической среды (га за) используют релаксационно-поляризу- емую среду, более чем на порядок возрастает электрический ток, генерируемый по предлагаемому способу в сравнении со способом-прототипом. На чертеже представлено устройство генерирования тока. Устройство состоит из электрета 1 с двумя жестко связанными противополярными электродами 2, кoм Iyтaтopa 3 с контактной группой, внешней цепи (нагрузки) 4, релаксационно-поляризуемой среды, в качестве которой используется твердотельный полярный диэлектрик 5 с жестко соединенными электродами 6. Электрет 1 выполнен из материала с высоким поверхностным зарядом d.,например, из полиметилметакрылата с напряженностью поля Е 2-10 В/см. В качестве полярного диэлектрика 5 используется титанат стронция с 2ОО и стабильными электрическими параметрами. Металлические электроды 2 и 6 наносятся соответственно на электрет 1 и полярный диэлектрик 5 с обеих сторон. Размеры электрета 1 полярного диэлектрика 5 обуславливаются габаритными размерами устройствав целом с учетом того, что с ростом плошади как элек трета 1, так и полярного диэлектрика 5, пропорционально возрастает инД5Ц111)ованный электрической заряд и соответственно величина генерируемого тока. В качестве внешней цепи 4, используется индуктивная нагрузка, например высокочастотный трансформатор с ферритовым магнитопроводом. Заземление одного из электродов 2 электрета 1, соединенного через внешнюю цепь 4 с одним из электродов 6 полярного диэлектрика 5, обеспечивает улучшение деполяризации накопленного в полярном диэлектрике 5 разряда, а также исключает появление наводок. Устройство работает следуюшим образом. При замыкании общего и размыкающего зажимов контактной группы коммутатора 3, в качестве которого может быть использовано микромошное быстродействуюшее реле, полярный диэлекгрик 5, вследствие действия на него электрического поля инаукционных на жостко связанных электродах б зарядов, обусловленных зарядами противополярных электродов 2 электрета 1, поляризуется указанной на фигуре полярностью с появшением результируюшего электрического момента Р и заряда нагрузке --1 (первичной обмотке высокочастотного трансформатора) в течение времени действия электрического поля электрета 1 на полярный диэлектрик 5 - i будет протекать ток.г мнд Р т - сгде Р Sp(E-l)Е - вектор поляризации полярного диэлектрика 5, При последующем замыкании общего и замыкающего зажимов контактной группы коммутатора 3 в течение времени t-j происходит деполяризация накопленного на полярном диэлектрике 5 заряда 6, через нагрузку 4 - первичную обмотку высокочастотного трансформатора. При этом через нагрузку 4 при условии, что время 1, протекает в обратном направлении ток деполяризации зарядайи„д(.; равный 3.) т.е. инл „ Р At t Периодическое подключение с помошью контактной группы коммутатора 3 противополярных электродов 2 электрета 1 к электродам 6 полярного диэлектрика 5, соединенного с внешней цепью 4, и последующее замыкание полярного диэлектрика 5 контактной группой коммутатора . 3 на внешнюю цепь - высокочастотный

грансформагор 4 обеспечивает проте-э кание во внешней цепи 4 переменного тока. Формула изобретения

1. Способ генерирования тока электретом путем воздействия на внешнее электрическое поле электрета и электрический заряд его электродов, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения величины генерируемого тока, внешнее электрическое поле электрета сохраняют постоянным, а электрический заряд электродов, которым воздействуют

на релаксационно-попяризуемую среду, изменяют по периодическому закону.

2. Устройство для осушествления способа по п. 1, содержашее электрет с электродами и внешнюю цепь,, отличающееся тем, что. оно снабжено полярным диэлектриком, имеющим жестко связанные с ним электроды, которые соединены посредством коммутатора через внешнюю цепь с двумя разнополярными электродами электрета.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Губкин А. Н. 3neктpeты 1978, с. 167.

2,Там же, с. 96-97.