Генератор емкостного типа с гальванической развязкой и плоскопараллельным сдвигом электродов

Генератор емкостного типа с гальванической развязкой и устройством регулирования мощности (ГЕТ) относится к широкому классу преобразователей - электрическим машинам емкостного типа (ЭМЕ), предназначенным для трансформации механической энергии в электрическую и обратного преобразования, и действующих за счет электростатических сил кулоновского притяжения между электрическими зарядами противоположных знаков, размещаемыми на специально предназначенных для этого электродах, называемых контактной парой электродов.
Промышленная применимость.
ГЕТ, заявленный в настоящей полезной модели, может использоваться в промышленности и технике в качестве генератора, осуществляющего преобразование механической энергии в электрическую.
Текущий уровень техники.
Известен широкий класс электрических машин, работающих на принципах электростатики, которые содержат как минимум одну пару электродов, предназначенных для накопления электрических зарядов противоположного знака, посредством которых электроды взаимодействуют друг с другом. Электростатическое взаимодействие электродов удобнее и проще описывать через динамику их емкостных характеристик, поскольку любая пара электродов может быть рассмотрена как электрический конденсатор переменной емкости (КПЕ), емкость которого зависит от геометрии электродов, их взаимного расположения и диэлектрических характеристик среды, расположенной между электродами. Изменение любого из этих факторов приводит к изменению емкости, изменение емкости заряженных электродов приводит к изменению разности потенциалов между электродами и электрической энергии КПЕ, и может быть произведено множеством механических способов. Именно эта связь механических характеристик устройства с его электрической емкостью и, как следствие, с электрическим напряжением КПЕ лежит в основе преобразования энергии в данном типе электрических машин, поэтому они часто называются емкостными, хотя могут встречаться и другие названия.
Известно изобретение - электрическая машина емкостная (ЭМЕ) с гальванической развязкой (патент на изобретение РФ №2705214), в котором для увеличения мощности данных устройств в цепь в ЭМЕ включены элементы, позволяющие осуществить гальваническую развязку КПЕ ЭМЕ от цепи нагрузки и одновременно исключить или уменьшить до минимума необходимость постоянно создавать на электродах КПЕ заряды возбуждения.
Известны ЭМЕ, содержащие КПЕ с плоскопараллельным сдвигом электродов, которые содержат электроды, сдвигаемые относительно друг друга плоскопараллельным способом таким образом, что изменение емкости КПЕ происходит за счет изменения площади контакта электродов КПЕ, сдвигаемых относительно друг друга (патент на изобретение РФ №2663499).
Целью настоящей полезной модели и общим техническим результатом является совмещение в одном устройстве гальванической развязки и плоскопараллельного принципа изменения емкости КПЕ, в результате чего появляется возможность для прямого преобразования возвратно-поступательного механического движения в электрическую энергию с высокой эффективностью и мощностью.
max
min
max
0
0
0
max
min
1
0
max
min
min
max
Раскрытие полезной модели и способы осуществления полезной модели. Для емкостных преобразователей, содержащих КПЕ, общим является то, что их емкость периодически изменяется от максимальной величины C до минимальной величины C и обратно. Когда ЭМЕ работает в режиме генератора, электроды КПЕ в положении C заряжают от источника напряжения Uнекоторыми начальными зарядами возбуждения Q=UC, потом емкость КПЕ уменьшают до C, в результате напряжение (энергия) зарядов увеличиваются до величины U=UC/C, после чего заряды возбуждения с увеличенной энергией подаются в цепь нагрузки. При работе в режиме двигателя на электроды КПЕ, находящегося в положении C, подают разность потенциалов, на электродах образуются заряды и под действием электростатических сил КПЕ переходит в положение C, производя при этом механическую работу.
При этом изменение емкости КПЕ в заявленной полезной модели происходит за счет плоскопараллельного сдвига электродов КПЕ относительно друг друга.
d
0
-12
Например, рассмотрим КПЕ, состоящий из двух плоских электродов, наложенных друг на друга через разделяющий токопроводящие части электродов слой диэлектрика. Пусть площадь поверхности контакта электродов S, толщина слоя диэлектрика d, его диэлектрическая проницаемость ε. Емкость такого конденсатора  где ε - электрическая постоянная, равная 8,85⋅10 (Ф/м). Емкость плоского конденсатора может меняться путем изменения площади поверхности контакта пластин S путем плоскопараллельного сдвига одного электрода относительно другого. Использование предложенной конструкции КПЕ в ГЕТ позволяет проектировать генераторы, позволяющие преобразовывать напрямую механическую энергию возвратно-поступательного движения в электрическую. Например, энергию движения поршня ДВС. В настоящий момент для подачи механической энергии движения поршня на вал электрогенератора применяется кривошипно-шатунный механизм, либо иные преобразователи возвратно-поступательного движения во вращательное движение. В таких механизмах происходит значительная потеря энергии на трение, что значительно снижает КПД генерации.
Таким образом, предложенное в настоящей полезной модели техническое решение решает эту проблему и позволит создавать генераторы с прямым преобразованием механической энергии поршня ДВС в электрическую.
Достигаемые технические результаты.
В заявленной полезной модели достигается следующий технический результат: реализована возможность использования гальванической развязки, повышающей удельную мощность генератора, и прямого преобразования механической энергии поршня ДВС в электрическую, результатом чего является снижение потерь на трение и увеличение КПД генератора.