輥帶變容器和電場發電機的製作方法

2023-10-31 13:27:32 1

專利名稱：輥帶變容器和電場發電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及變容器和發電機，尤其是一種由輥電極和帶電極通過滾動形成 的輥帶變容器以及通過在輥帶變容器上建立的時變電場進行發電的電場發電 機。屬於電力電子技術領域。
背景技術：
傳統的發電機是利用磁場感應原理，通過將電樞(電感器)置於由磁極對 形成的磁場中旋轉進行發電的磁場發電機。磁場發電機在發電過程中，由於磁 場的作用力使電感器中的電子與原子分離，從而產生了阻礙電樞在磁場中轉動 的磁力矩，且磁力矩與發電量的大小成正比，必需藉助外力來克服該磁力矩及 機械阻力才能維持運轉，因此，磁場發電機實質上是一個換能器。
電場發電機與磁場發電機的結構不同。磁場發電機的核心組件是兩個在空 間上彼此分開的磁體和電感器，而電場發電機的核心組件只有一個一一變容器 (一種容量可從零變至滿容量再從滿容量變至零的電容器)，電場建立在變容器 之上、與變容器同體。
電場發電與磁場發電的原理不同。
一個荷電電容器，其上的電荷已經完成
了電子與原子的分離，形成了一個電場，其能量Wc = QV/2 = CV2/2，該能量不 是電容器本身產生的，而是由外界給予的，電容器本身沒有分離電子與原子的 功能，它只是電能的載體。但根據公式Q-CV，當電量Q不變時，減小電容C, 電壓V將升高，能量Wc將變大；反之，增大電容C,電壓V將降低，能量Wc將 變小，由此可見，電容中隱含著發電機理。
電場發電機是利用變容器上時變電場的能量變化原理，發電過程分兩個階 段進行1、當變容器的容量從零變至滿容量時，由一個外部低電壓電源為其充 電，在變容器上建立電場，形成"建場電壓"；2、當變容器的容量從滿容量變 至零時，建場電壓被提升，變容器上的能量變大，當變容器上的電壓上升至另 一外部高電壓蓄電池(儲能電源)的電壓值時，變容器開始放電，直至將電能 全部輸出到蓄電池中，完成一個發電周期。電場發電在時間上是不連續的，雖 然變容器在周而復始地不斷變容，但其輸出是斷續的。
電場發電機在發電過程中，變容器沒有分離電子與原子，充入變容器的電 量並沒有改變，因此不需要付出使電子與原子分離的能量；變容器只不過通過 (正、負電極轉離)改變自身的容量，使存於其正、負電極上的電子雙向遷移，且電子遷移的方向與變容器上的電場電力矩方向呈90° ,在變容器兩電極的離 合點上不形成阻礙變容器變容的阻力(這與引力場很相似，月球沿著它與地球 形成的引力線的切線方向移動，地球與月球之間的引力並不形成阻礙月球運行 的阻力)；電子遷移增加了電荷的密度，提高了電場的勢能，而電子遷移並不需 要施加外力，只要改變它的存在環境(如變容)，它即會主動(以光速)遷移， 電子是能量粒子，遷移是電子的固有特性。
電能是電子與原子分離後的能量，電能的功率是以電流(電量)和電壓的 乘積來表徵的，其中，電流必須通過電子與原子分離才能得到，電子是帶電粒
子，是一種質能，其能量是守恆的；而電壓不同，電壓是電子(電荷)的密度，
是一種勢能，而勢能是相對的。因此，從此意義上說，磁場發電機是質能發電
機，而電場發電機則是勢能發電機；磁場發電機是原生發電機，電場發電機是 二次發電機；電場發電是以"超能"的形式體現的，因此，電場發電機又是超 能發電機。
要想使電場發電機實現超能發電，必需要有一個功率型變容器，並且要使 該功率型變容器的運轉消耗和建場功率之和小於其發電功率。本發明專利申請 人曾在1994年提交過一個《電能發生方法和用以實現該方法的電能發生器》的 發明專利申請(申請號94116708.9。公開號CN 1109226A)，當時由於沒能 得到一個功率型變容器而未能實現超能發電，但實驗證明，變容器的升壓特性 和時變電場的發電機理無可置疑。

發明內容
本發明的目的在於提供一個功率型變容器；
本發明的另一目的在於提供一個容量足夠大的變容器；
本發明的又一目的在於提供一個耐壓足夠高的變容器；
本發明的再 一 目的在於提供 一 個運轉消耗足夠小的變容器；
本發明的最終目的在於提供應用該功率型變容器的電場發電機。
功率型變容器是電場發電機的關鍵器件，根據目前的電容器製造技術和工
藝水平，可以通過利用和改造電解電容器的製造工藝和釆取輥、帶結構獲得功
率型變容器。因此，本發明的輥帶變容器也稱為輥帶(電解)變容器。
以下將結合附圖對本發明的輥帶(電解)變容器和電場發電機的構造、工
作原理、技術特徵和能量變換關係等進行詳細描述。


附圖l為輥帶(電解)變容器的組件和結構示意圖。其中 附圖1 (A)為輥帶(電解)變容器的輥電極示意圖。 附圖1 (B)為輥帶(電解)變容器的帶電極示意圖。附圖1 (C)為輥帶(電解)變容器的電解液輥示意圖。 附圖1 (D)為輥帶(電解)變容器的構造示意圖。
附圖2為應用輥帶(電解)變容器的電場發電機電路示意圖。其中
附圖2U)為採用兩組蓄電池作為充電電源和儲能電源的電場發電機電路。
附圖2 (B)為釆用開關穩功率電源和一組蓄電池作為充電電源和儲能電源
的高效電場發電機電路。
具體實施例方式
參見圖1。圖l包括(A)、 (B)、 (C)、 (D)四幅圖，分別是輥電極、帶電極, 電解液輥和由以上元件及電刷等組成的輥帶(電解)變容器。
參見圖1(A)。如圖所示為一輥帶(電解)變容器的輥電極，圖中A11為輥 體，它是一個由塑料等絕緣材料做成的空心圓輥，兩頭帶有轉軸A16 (轉軸上套 有軸承)，輥體表面鑲有兩個半圓弧極片A13,兩半圓弧極片被(兩個)絕緣條 A14隔開，半圓弧極片是由高純度鋁金屬經腐蝕、賦能氧化等工藝製成的輥帶(電 解)變容器的正電極，A15是兩半圓弧極片的金屬滑道，以供半圓弧極片通過電 刷與外電路相連；A12為輥電極的軸視圖。
參見圖1(B)。如圖所示為一輥帶變容器的圈形帶電極展開圖，帶電極B21 由捲曲性好的帶狀薄鋁合金材料經腐蝕等工藝製成，薄鋁合金帶的寬度與半圓 弧極片的長度相等，另外，薄鋁合金帶的表面還用導電膠粘有一層吸水和保水 性好的絨氈狀材料，以吸收電解液；帶電極是輥帶(電解)變容器的負電極。
參見圖1(C)。如圖所示為一輥帶(電解)變容器的電解液輥，圖中C31為 輥體，它是一個由塑料等絕緣材料做成的圓形輥(或可將輥體做成空心，內注 電解液，表面分布小孔)，兩頭帶有轉軸C34 (轉軸上套有軸承)，輥體上巻有一 層吸水和保水性好的絨氈狀材料C33， C33的長度與帶電極B21薄鋁合金帶的寬 度相等，電解液輥的作用是為帶電極補充電解液，使其保持一定溼度以便更好 地與輥電極接合；C32為電解液輥的軸視圖。
參見圖1 (D)。如圖所示為一輥帶(電解)變容器構造圖(圖中省略了安裝 支架和機箱)，圖中輥帶(電解)變容器DCG由輥電極A121和A122、帶電極B21 、 電解液輥C321,以及電刷DS1、 DS2、 DS3、 DS4、 DS5等組成，其中帶電極B21 圈在輥電極A121和A122上，與輥電極上的半圓弧極片合成兩個變容器；電解 液輥C321與帶電極B21電極接觸，形成聯帶滾動結構；電刷DS1和DS5分別是 輥電極A121和A122的充電電刷，電刷DS2和DS4分別是輥電極A121和A122 的輸出電刷，充電電刷和輸出電刷分別呈180°安裝在輥電極與帶電極離合切點 的半圓弧極片的金屬滑道上；電刷DS3是帶電極的接地電刷；另外，所有電刷 與電極之間的接觸均釆取滾動或滑動接觸，以減小阻力和提高使用壽命。當用一電動機(圖中未示出。實用輥帶變容器可將電動機設計在一個輥體的空心圓
輥內，以減小體積。)帶動轉軸A16按圖中箭頭所示方向轉動時，輥電極A121 帶動帶電極B21、輥電極A122、電解液輥C321 —同轉動，致使輥電極A121和 A122上的半圓弧極片與帶電極B21之間的電容發生從零至滿容量、再從滿容量 至零反覆變化，同時電解液輥C321為帶電極補充電解液。另外，為了防止輥帶 變容器在運轉時輥電極和帶電極之間產生打滑和移位，有必要在兩電極的邊緣 上設置若干齒、孔進行"齒合"(圖中未示出)。
設，輥帶變容器DCG的輥電極半圓弧極片的半徑R-10cm,長度L-50cm,絕
緣條的寬度忽略不計，則半圓弧極片的面積
A-ttRL-3. 14*10*50=1570cm2 (1) 根據目前電解電容器的製造水平，耐壓200V的電解電容器的面積比容量一
般已做到2mF/ciii2以上，在此取2，因此， 一個半圓弧極片的變容量
Cw=1570*2-3140juF=0. 00314F (2) 由於一臺輥帶變容器含兩隻輥電極，每隻輥電極有兩個半圓弧極片，因此，
輥帶變容器DCG (轉動1周)的變容量
C"-O. 00314*2*2=0. 01256F (3) 另外，根據(1)式中半圓弧極片的設計尺寸，輥帶變容器DCG配上機箱後
的體積可設計為
56*50*25=70000cm3=0. 07m3 (4) 按此計算，lm3體積約可容納14個輥帶變容器，總變容量可達 0. 01256*14=0. 17584F (5) 再有，由於輥帶變容器DCG採用的材料主要是鋁金屬和塑料，其質量不會 超過10kg，如輥電極每秒運轉l周，則其線速度
v=2 ttR=2*3. 14*0. 1=0. 628m/s (6) 由此計算，以上設計的輥帶變容器DCG運轉1周的消耗功率不超過10W。
綜上所述，本發明輥帶變容器的容量已足夠大，耐壓已足夠高，運轉消耗 已足夠小，已足以成為我們想得到的功率型變容器。
參見圖2。圖2包括(A)、 (B)兩幅電場發電機電路圖，分別是圖1輥帶變 容器DCG的兩個實施例。
參見圖2(A)。如圖所示為釆用兩組蓄電池作為充電電源和儲能電源的電場 發電機電路。圖中，蓄電池E1是充電電源，蓄電池E2是儲能電源，EZ的電壓 Vo高於El的電壓Vi;蓄電池El通過二極體Dl和D2為輥帶變容器DCG充電， 蓄電池E2通過二級管D3和D4從輥帶變容器DCG獲取電能；由於一臺輥帶變容 器含有兩隻輥電極(輥帶變容器也可以僅含一隻輥電極，另一隻設為"空輥"，但不具典型性)，且實際應用時往往需要將多臺輥帶變容器並聯起來發電，為了 防止輥電極之間的串擾，因此需用二級管進行隔離。
當輥帶變容器DCG在電動機的帶動下沿圖中所示箭頭方向運轉時，輥帶變
容器DCG的兩個輥電極的半圓弧極片交替轉進與帶電極接合和轉出與帶電極脫 離，接合時半圓弧極片與帶電極之間的容量從零線性增大至滿容量，同時從蓄 電池E1接受充電，建立與蓄電池E1的電壓Vi相等的建場電壓，脫離時半圓弧
極片與帶電極之間的容量從滿容量線性減小至零，其上的電壓線性上升，當電 壓升高至超出蓄電池E2的電壓Vo時，即開始給E2充電，直至將全部電量輸出 給蓄電池E2。
設，蓄電池El的電壓Vi=100V,蓄電池E2的電壓Vo-200V,輥帶變容器DCG 的變容量C^0. 01256F，忽略二級管的管壓降，則圖2(A)所示電場發電機(輥 帶變容器DCG運轉1周)的能量變化如下 Wa=Wo-Wi=Cbf!ViVo-CbgVi2
=0. 01256*100*200-0. 01256*1002 =251. 2-125. 6
=125. 6W (7) 式中Wa為圖2 (A)所示電場發電機的發電功率；Wo為輥帶變容器DCG輸出給 蓄電池E2的功率；Wi為蓄電池E1給輥帶變容器DCG的充電功率。 式(7)說明
1、 圖2 (A)所示電場發電機發出的電是基於蓄電池El輸入的電量(C化Vi)
進行的，因此，它是一個"二次發電機"。
2、 圖2 U)所示電場發電機在發電過程中，電量(QVi)不變，僅建場電 壓由100V變成了 200V,因此，它是一個"電壓提升器"。
3、 圖2 (A)所示電場發電機的輸出功率Wo大於輸入功率Wi,因此，它是
一個"超能發電機"。
另外，不難發現，圖2 U)所示的電場發電機存在一個問題，即蓄電池E1 給輥帶變容器DCG的充電功率Wl- CbgVi'2大於變容器在滿容量時的實際建場功率 (CbgVi72)，即
cbsvi2/ (cji2/2) -2 m
這是因為，直接用蓄電池E1給輥帶變容器DCG充電，由於所謂電容器的電 壓滯後效應使充電功率損耗了 50%,功率因素只有0.5 (功率因素定義為有功功 率與視在功率之比，在此為建場功率與充電功率之比)，因此，提高充電的功率 因素，即意味著能夠提高圖2 (A)所示電場發電機的發電效率。
參見圖2 (B)。如圖所示為採用開關穩功率電源E01和蓄電池E2作為充電電源和儲能電源的高效電場發電機電路。該電場發電機省去了原充電蓄電池El，
而代之以開關穩功率電源EOl， E01的輸入直接由蓄電池E2提供。"開關穩功率 電源"是一種輸出電壓、電流可以雙向隨機大範圍調整的高頻電源(參閱本發 明專利申請人的另一發明《開關穩功率電源》，專利號ZL0U13745.2 ),它能 夠為運行於低速狀態下的變容器進行跟蹤充電，並最大限度地與之匹配，從而 能將充電的功率因素提高到0.9以上，由此可將(7)式改寫為 Wa=Wo-We=ChKViVo-C,'Ji72/0. 9
=0. 01256*100*200-0. 01256*1002/2/0. 9
-251. 2-69. 8
=181. 4W (9)
式中We為開關穩功率電源EOl給輥帶變容器DCG的充電功率。
由此可見，圖2 (B)所示電場發電機在不計運轉消耗和二級管管壓降情況 下，其發電功率為181. 4W,但如將輥帶變容器DCG運轉(l周)的消耗也取自 於蓄電池E2，並扣除二級管的管壓降，則圖2 (B)所示電場發電機的發電功率
可達now。
電場發電機是"積木式"發電機，如按lm3體積容納14個輥帶變容器計算 (不計儲能電源)，則其體積比功率可達
170*14=2380W=2. 38kW/m3 (10)
電場發電機的發電量是轉動速率的函數，以上的發電功率都是按每秒運轉1 周計算的，如將電場發電機的運轉速度提高到每秒5周，則W體積14臺輥帶 變容器的發電量可達
2. 38*5=11. 9kW/s (11) 除以上輥帶(電解)變容器的設計和實施例外，本發明還可以有其它設計
方案和實施方式，凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案均落在本發明的
保護範圍。
迄今，人類掌握的發電方法多是原生發電法，為此，消耗了大量能源，損 害了地球的生態環境，超能發電機的出現，將使世界發生巨變。
權利要求
1.一種輥帶變容器，包括輥電極(A121和A122)；帶電極(B21)；電刷(DS1)、(DS2)、(DS3)、(DS4)、(DS5)；所述輥電極(A121和A122)的構造相同，包括錕體(A11)和轉軸(A16)、兩半圓弧極片(A13)、兩金屬滑道(A15)、兩絕緣條(A14)；其中所述錕體(A11)是由塑料等絕緣材料製成的空心圓輥，兩頭帶有所述轉軸(A16)，所述兩半圓弧極片(A13)由金屬材料製成鑲在所述錕體(A11)上，所述兩金屬滑道(A15)分別與所述兩半圓弧極片(A13)相聯，所述兩半圓弧極片(A13)和所述兩金屬滑道(A15)被所述兩絕緣條(A14)隔開；所述帶電極(B21)為一寬度與所述半圓弧極片(A13)長度相等的圈形金屬帶；所述電刷(DS1)、(DS2)、(DS3)、(DS4)、(DS5)為滾動或滑動接觸電刷；所述輥帶變容器的所述帶電極(B21)圈在所述輥電極(A121和A122)上，與所述輥電極(A121和A122)上的所述半圓弧極片(A13)合成兩變容器，形成轉動離合結構；所述電刷(DS1和DS5)分別是所述輥電極(A121和A122)的充電電刷，所述電刷(DS2和DS4)分別是所述輥電極(A121和A122)的輸出電刷，所述充電電刷(DS1和DS5)和所述輸出電刷(DS2和DS4)分別呈180°安裝在所述輥電極(A121和A122)與所述帶電極(B21)離合切點的所述兩金屬滑道(A15)上，所述電刷(DS3)是所述帶電極(B21)的接地電刷；以上形成輥帶變容器；
2. 如權利要求1所述輥帶變容器的特徵在於它還包括電解液輥(C321); 所述電解液輥(C321)由輥體(C31)、轉軸(C34)和絨氈狀材料(C33)組成， 所述輥體(C31)和轉軸(C34)由塑料等絕緣材料製成，所述輥體(C31)上卷 有一層絨氈狀材料(C33);以上所述電解液輥(C321)與所述帶電極(B21)接 觸形成聯帶滾動結構；
3. 所述權利要求1和2所述輥帶變容器其特徵在於進一步將所述輥電極 (A121和A122)上的所述兩半圓弧極片(A13)採用電解電容器的正電極材料和工藝製造；所述帶電極(B21)釆用電解電容器的負電極材料和工藝製造，表 面還粘有一層吸水和保水性好的絨氈狀材料；以上形成輥帶(電解)變容器 (DCG );當帶動所述輥電極U121)的轉動時，所述輥電極(A122)、帶電極(B21)、 電解液輥(C321)將一同轉動，致使所述輥電極U121和A122)上的所述半圓 弧極片(A13)與所述帶電極(B21)之間的電容發生從零至滿容量、再從滿容 量至零反覆變容，同時所述電解液輥(C321)給所述帶電極(B21)添加電解液；
4. 一種電場發電機，包括如權利要求1至3所述輥帶(電解)變容器(DCG);蓄電池(El);蓄電池(E2); 二級管(Dl、 D2、 D3、 D4 );其中所述蓄電池(El ) 為充電電源，所述蓄電池(E2)為儲能電源，所述儲能電源(E2)的電壓(V2) 高於所述充電電源(El)的電壓(VI);所述二級管(Dl、 D2、 D3、 D4 )為隔離 二級管；所述蓄電池(El)的正極通過所述二級管(D1和D2)分別與所述輥帶 (電解)變容器(DCG)的所述電刷(DS1和DS5)連接，所述蓄電池(El)的 負極接於所述輥帶(電解)變容器(DCG)的所述接地電刷(DS3)，形成充電回 路；所述蓄電池(E2)的正極通過所述二級管(D3和D4)分別與所述輥帶(電 解)變容器(DCG)的所述電刷(DS2和DS4)連接，所述蓄電池(E2 )的負極 接於所述輥帶(電解)變容器(DCG)的所述接地電刷(DS3)，形成儲能迴路；
5.如權利要求4所述電場發電機，其特徵在於將所述蓄電池(El)替換為 開關穩功率電源(E01),所述開關穩功率電源(E01)的輸入由所述蓄電池(E2) 提供，形成高效電場發電機。
全文摘要
本發明公開了一種電場發電機。所述電場發電機是利用輥帶(電解)變容器上的時變電場，將所述輥帶(電解)變容器輸入的低電壓電量提升為高電壓電量輸出的二次發電機，它是一個電壓提升器，一個超能發電機。
文檔編號H02N1/00GK101552573SQ200910028718
公開日2009年10月7日 申請日期2009年1月5日 優先權日2009年1月5日
發明者周符明 申請人:周符明