электростатическая емкостная машина для преобразования энергии ветрового потока

Формула изобретения

Электростатическая емкостная машина для преобразования энергии ветрового потока, содержащая корпус, подвижный электрод, неподвижный электрод с кольцевыми секторами на диэлектрической подложке и вспомогательный электрод, обеспечивающий подвод потенциала возбуждения к подвижному электроду, отличающаяся тем, что машина снабжена потокоприемником с поворотными лопатками и фокусирующим каналом, расположенным над поверхностью подвижного электрода, последний выполнен в виде слоя электролита, в котором размещен вспомогательный электрод, неподвижный электрод выполнен в виде набора проводящих концентрических колец, имеющих покрытие из диэлектрического материала и соединенных через блок диодов возбуждения, при этом пространство между подвижным и неподвижным электродами заполнено жидким сегнетоэлектриком, а блок диодов нагрузки электрически соединен с блоком диодов возбуждения и неподвижным электродом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электромеханическим преобразователям, в частности к преобразователям энергии, применяемым для генерации электроэнергии, например, в ветроэнергетических установках.

Известен емкостный преобразователь (см. авторское свидетельство №1249679), содержащий диэлектрический ротор с цилиндрическими электродами на внешней поверхности, которые имеют возможность вращения вокруг собственных осей, металлический статор, покрытый слоем твердого диэлектрика в виде секторов с различной относительной диэлектрической проницаемостью, величина которой тем меньше, чем дальше сектор расположен от системы возбуждения, электроды возбуждения и съема заряда, расположенные в областях наибольшего и наименьшего потенциалов.

Недостатком указанной конструкции является наличие трущихся поверхностей, сложность конструкции и, как следствие, недостаточная надежность и эффективность преобразования энергии.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является электростатический генератор, преобразующий механическую энергию в виде вращательного движения в электрическую (см. патент США №4897592, кл. H 02 N 1/08), содержащий два электрода возбуждения, электростатически заряженных до равных и противоположных по знаку потенциалов, статор с электродами в виде секторов, расположенных между электродами возбуждения для наведения в нем посредством созданного электродами электрического поля зарядов разной полярности, ротор, вращающийся в электрическом поле между электродами возбуждения и электродами статора и периодически экранирующий поле электродов возбуждения, выходное устройство, соединенное со статором, для отделения его от рабочего напряжения в зависимости от движения экранирующего статор ротора.

Недостатком генератора является то, что входной механической энергией является вращательное движение ротора, что неудобно для преобразования поступательного движения ветрового потока.

Задача изобретения - увеличение эффективности преобразования энергии поступательного движения ветрового потока.

Указанная задача решается тем, что в электростатической емкостной машине один из электродов рабочей емкости машины выполнен в виде слоя электролита, неподвижный электрод выполнен в виде набора проводящих концентрических колец на диэлектрической подложке и покрыт диэлектрическим материалом с высоким значением относительной диэлектрической проницаемости, пространство между электродами заполнено жидким сегнетоэлектриком с высоким значением относительной диэлектрической проницаемости и плотностью, меньшей, чем плотность электролита.

Подвижный электрод 6 расположен в корпусе 3 так, что имеет рабочую поверхность на расстоянии от отдельных секций 4 неподвижного электрода, равном амплитуде колебаний поверхности подвижного электрода. Подложка неподвижного электрода 13 имеет кольцевую проточку 10. Отдельные проводящие части неподвижного электрода 4 соединены через блок диодов возбуждения 8. Пространство между электродами заполнено жидким сегнетоэлектриком 11 с плотностью, меньшей, чем плотность электролита. Потокоприемник 1 с поворотными лопатками 9 и фокусирующий канал 2 установлены так, что выход фокусирующего канала находится над поверхностью подвижного электрода 6 на некотором расстоянии от нее. Блок диодов нагрузки 12 электрически соединен с блоком диодов возбуждения 8 и отдельными частями неподвижного электрода. Вспомогательный электрод 7 расположен в объеме подвижного электрода 6 и находится под потенциалом возбуждения U1 относительно общей точки.

Такое конструктивное решение позволяет эффективно использовать энергию поступательного движения ветрового потока без промежуточного ее преобразования в энергию вращательного движения.

Устройство электростатической емкостной машины поясняется чертежом.

Ветровой поток, попадая через поворотные лопатки 9 в потокоприемник 1, проходит через фокусирующий канал 2 и взаимодействует с поверхностью подвижного электрода 6, вызывая ее колебательное движение в поперечной плоскости, при этом с частотой, равной частоте колебаний поверхности электрода, изменяется емкость между отдельными частями неподвижного электрода 4 и электродом 6. Напряжение возбуждения подается с одной стороны через блок диодов возбуждения 8 на неподвижные электроды и с другой стороны на вспомогательный электрод 7, создающий контакт с проводящей поверхностью электролита. В процессе волнообразного движения поверхности подвижного электрода происходит изменение емкости между отдельными частями неподвижного электрода 4 и поверхностью подвижного электрода 6 и повышение разности потенциалов от потенциала возбуждения U1 в положении максимальной емкости до потенциала U2 в положении минимальной емкости. В положении максимальной емкости заряд на неподвижном электроде имеет минимальный потенциал и через блок диодов возбуждения 8 проходит ток, уравнивающий потенциал неподвижного электрода с потенциалом общей точки. В положении минимальной емкости потенциал заряда неподвижного электрода повышается до U2 и через блок диодов нагрузки 12 подается на потребителя. Масса газообразной среды, потеряв кинетическую энергию поступательного движения на подвижном электроде, вытесняется через кольцевую прорезь 10 в неподвижном электроде в окружающую среду.

Использование предлагаемого изобретения дает возможность более эффективно использовать энергию поступательного движения ветрового потока.