CN106253738B - 一种高密度电荷电场发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高密度电荷电场发电机，包括骨架、转轴、可随转轴旋转的动极板和静止的定极板，动极板安装在轴上，定极板安装在骨架上，动极板、定极板相间排列，动极板、定极板之间有间隙，动极板、定极板上均设置有多个第一导电金属片、第二导电金属片，各个第一导电金属片、第二导电金属片分别电连接；所述动极板和定极板中，至少有一个极板，将其上的导电金属片做成大比表面积结构且在该结构上设置介电常数不小于10的介电材料。本发明结构简单，可实现高密度电荷电场，同时大大提高发电机功率，满足发电机的工作需求。

Description

一种高密度电荷电场发电机
技术领域
本发明涉及一种发电机，尤其涉及一种高密度电荷电场发电机。
背景技术
现有的通过静电感应产生电力的发电机较少，而且，由于受设备、环境因素等限制，现有的静电感应发电机产生的电量较少，其输出功率实际上是很小的，无法满足实际应用中发电的需求。该类发电装置目前基本停留在理论设计上，尚未发现具备实际应用价值的发电机出现。
发明内容
为了解决现有静电感应发电机中产生电量较少的问题，提出一种高密度电荷电场发电机。
本发明采用的技术方案是：一种高密度电荷电场发电机，包括骨架、转轴、静止的定极板和可随转轴旋转的动极板，安装在转轴上的所述动极板和安装在骨架上的定极板各有至少两个，动极板与定极板相间且平行排列，相邻动极板与定极板之间有间隙，其特征在于，所述动极板的基础结构是，在中心部位是轴孔的绝缘基片上布置有沿一圆周均匀分布的多个第一导电金属片和沿一圆周均匀分布的多个第二导电金属片，第一导电金属片与第二导电金属片相间排列且第一导电金属片与第二导电金属片之间留有间隙；各第一导电金属片电连接后接至第一电极，各第二导电金属片电连接后接至第二电极，各第一导电金属片的第一电极电连接后接至第一端电极，各第二导电金属片的第二电极电连接后接至第二端电极；所述定极板与所述动极板有相同的基础结构且各第一导电金属片的第一电极电连接后接至第三端电极，各第二导电金属片的第二电极电连接后接至第四端电极；所述动极板和定极板中，至少有一个极板，将其上的导电金属片做成大比表面积结构且在该结构上设置介电常数不小于10的介电材料。
通过设置可旋转的动极板和静止的定极板，并设置第一导电金属片和第二导电金属片，则动极板和定极板产生相对运动时，即可产生电量，通过在极板结构上设置介电常数不小于10的材料，可以显著增加感应产生的电荷量。
进一步地，所述极板的大比表面积结构为多孔隙结构或蜂窝状结构或针状凸起结构。通过将极板设置为多孔隙结构或蜂窝状结构或针状凸起结构，可以实现极板的大比表面积，由此可以显著增加电流通路。可在多孔隙结构或蜂窝状结构或针状凸起结构中设置介电常数不小于10的介电材料，可以显著增加电荷量。
进一步地，所述多孔隙结构为海绵结构。
进一步地，所述动极板和/或定极板的结构是，它依次由绝缘基片、第一导电金属片或第二导电金属片、介电材料层、绝缘层叠加组成，其中介电材料层由介电材料构成，介电材料层可设置介电常数不小于10的介电材料。通过包裹绝缘层，可以实现有效的绝缘。
进一步地，所述介电材料为介电常数不小于10的陶瓷或玻璃。
进一步地，在所述第三端电极、第四端电极或在所述第一端电极、第二端电极施加励电电压；当在第三端电极、第四端电极施加励电电压时，所述第一端电极、第二端电极为功率输出端；当在所述第一端电极、第二端电极施加励电电压时，所述第三端电极、第四端电极为功率输出端。
进一步地，施加的所述励电电压范围为10000-200000V。
进一步地，还包括设置在转轴上的内置电动机，它包括固定在转轴上的电动机内定子、电动机外转子，所述内置电动机驱动转轴旋转。
进一步地，外部动力装置驱动转轴旋转。
进一步地，所述动极板、定极板的绝缘基片的两面上均布置有第一导电金属片、第二导电金属片。在动极板、定极板的绝缘基片的的两面均设置有第一导电金属片、第二导电金属片，则产生的电量更大。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可实现高密度电荷电场，由此大大提高发电机输出功率，满足发电机的工作需求。
附图说明
图1为本发明的高电场强度发电机一种实施例的结构示意图；
图2(a)为本发明的高电场强度发电机的A-A向定极板结构示意图；
图2(b)为仅有第一导电金属片的定极板结构示意图；
图2(c)为仅有第二导电金属片的定极板结构示意图；
图3为本发明的动极板或定极板一种实施例的截面结构示意图；
图4为本发明中原边极板与副边极板的极片(第一导电金属片与第二导电金属片)电连接示意图，其中圆形虚线内表示发电机的原边(原边极板)，圆形虚线外表示发电机的副边(副边极板)；
在上述附图中：1、动极板，2、定极板，3、电动机内定子，4、电动机外转子，5、轴承，6、轴支座，7、转轴，8、外壳，9、骨架，10、底座，13、集电环，14、支架，16、介电材料层，17、绝缘层，101、第一导电金属片，102、第二导电金属片，103、第一电极，104、第二电极，105、第一端电极，106、第二端电极，107、第三端电极，108、第四端电极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-4所示。一种高密度电荷电场发电机，包括骨架9、转轴7、静止的定极板2和可随转轴7旋转的动极板1，安装在转轴7上的所述动极板1和安装在骨架9上的定极板2各有至少两个，动极板1与定极板2相间且平行排列，相邻动极板1与定极板2之间有间隙；所述动极板1的基础结构是，在中心部位是轴孔的绝缘基片上布置有沿一圆周均匀分布的多个第一导电金属片101和沿一圆周均匀分布的多个第二导电金属片102，第一导电金属片101与第二导电金属片102相间排列且第一导电金属片与第二导电金属片之间留有间隙；各第一导电金属片101电连接后接至第一电极103，各第二导电金属片102电连接后接至第二电极104，各第一导电金属片101的第一电极103电连接后接至第一端电极105，各第二导电金属片102的第二电极104电连接后接至第二端电极106；所述定极板2与所述动极板1有相同的基础结构且各第一导电金属片101的第一电极103电连接后接至第三端电极107，各第二导电金属片102的第二电极104电连接后接至第四端电极108；所述动极板1和定极板2中，至少有一个极板，将其上的导电金属片做成大比表面积结构且在该结构上设置介电常数不小于10的介电材料。介电材料可采用介电常数不小于10的陶瓷或玻璃。
图1为本发明的发电机结构，底部为具有支撑作用的底座10，轴支座6起到支承转轴7的作用，还设置有轴承5、外壳8、骨架9，同时设置可旋转的动极板1、静止的定极板2。转轴7上设置导体材料的集电环13。在发电机中设置内置电动机，驱动转轴旋转，或在发电机外部设置机械动力装置驱动转轴7旋转。内置电动机包括电动机内定子3、电动机外转子4。电动机内定子3设置于转轴7上，电动机外转子4位于电动机内定子3外侧。
图3为本发明的动极板和/或定极板的截面结构示意图，它依次由绝缘基片、第一导电金属片101或第二导电金属片102、介电材料层16、绝缘层17叠加组成。介电材料层16由介电材料构成。支架14起到支撑作用；通过在第一导电金属片101与第二导电金属片102以及介电材料层16外侧包裹绝缘层17，可以实现有效的绝缘。介电材料层16可设置介电常数不小于10的介电材料，介电材料可采用介电常数不小于10的陶瓷或玻璃。
本发明中，既可以令动极板1通电，也可令定极板2通电。转轴7旋转时，转轴7上安装的动极板1随之转动，即动极板1和定极板2形成相对运动。若在动极板1通电(施加外电压)，使得动极板1构成发电机的原边，定极板2构成发电机的副边，则在定极板2上产生电荷量，即在所述第一端电极105、第二端电极106施加励电电压，则第三端电极107、第四端电极108为功率输出端。
若定极板2通电(施加外电压)，使得定极板2构成发电机的原边(原边极板)，动极板1构成发电机的副边(副边极板)，则在动极板1上产生电荷量，即在所述第三端电极107、第四端电极108施加励电电压，则第一端电极105、第二端电极106为功率输出端。
在所述第三端电极107、第四端电极108施加励电电压，或在所述第一端电极105、第二端电极106施加励电电压。施加的所述励电电压范围为10000-200000V。
在本发明中，为了提高输出功率，即为了产生高密度电荷电场，研究人员通过深入理论分析和大量而反复的试验选优，采用了如下创新性措施：
(1)设置较高的转子转速，本发明中，设置转子转速为25转/秒或更大的转速值；
(2)在动极板1、定极板2的绝缘基片的一面或两面上均布置有第一导电金属片102、第二导电金属片102；
(3)设置较多的电极数量，即将第一导电金属片101、第二导电金属片102的数量之和设置为不少于100个，优选为不少于200个，即设置较大的导电金属片(第一导电金属片101和第二导电金属片102)的数量，使得电极数量较多，是增加感应电流的有效途径；
(4)设置较大的施加电压值，即在所述第三端电极107、第四端电极108施加励电电压，或在所述第一端电极105、第二端电极106施加励电电压。施加的所述励电电压范围为10000-200000V；
特别是：
(5)设置第一导电金属片101和第二导电金属片102的大比表面积之结构，即将极板设置为多孔隙结构或蜂窝状结构或针状凸起结构，由此可以实现极板的大比表面积，可以显著增加电流通路，其中，多孔隙结构为海绵状的结构。
(6)在极板结构中设置介电常数不小于10的介电材料，可以显著增加电荷量。所述介电材料可采用介电常数不小于10的陶瓷或玻璃。若极板设置为多孔隙结构或蜂窝状结构或针状凸起结构，则在多孔隙结构或蜂窝状结构或针状凸起结构内设置所述介电材料。
在本实施例中：动极板1和定极板2的外直径均为1400mm，第一导电金属片101和第二导电金属片102的数量之和为200个(即感应电极数为200个)；由动极板1、定极板2组成的极板总数为20个；在动极板1、定极板2的两面均设置第一导电金属片101、第二导电金属片102；动极板1和定极板2的内直径为700mm，第一导电金属片101和第二导电金属片102的长度均为350mm，每个导电金属片的面积为38cm2，每个动极板1或定极板2的导电金属片的面积为1.52m2，动极板1与相邻定极板2距离1mm，转子转速为25转/秒。
经过实测，本发明中，对于副边极板，每平方米面积的导电金属片的电荷量为1.6×10-9库伦；设置对原边极板施加的电压为100kV，副边极板感应电压为原边电压的1/15-1/10，副边极板电压实测为7000V，副边电流实测为24.3A，则计算得到副边产生的功率170kW；由此，得到较大的副边输出功率，可以满足实际发电机的应用需求。
公知的是，相对运动的两个极板(动极板与定极板)之因感应产生的运动阻力只与极板上的电荷量有关，而与原边施加的电压的高低无关。本发明实施例中，实际空载功率约为50KW；该实际空载功率是指副边不带负载、原边不施加电压时驱动所述动极板维持预定转速所需功率；副边感生每1A电流需要原边提供约1KW的功率。
本发明的实施例中，由于副边感生每1A电流需要原边提供约1KW的功率，因此副边感生24.3A电流需要原边提供约24.3KW的功率，同时由于空载功率约为50KW，则计算可得原边消耗的功率约为74.3KW，而本发明的实施例中计算得到的副边产生的功率为170kW。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种高密度电荷电场发电机，包括骨架(9)、转轴(7)、静止的定极板(2)和可随转轴(7)旋转的动极板(1)，安装在转轴(7)上的所述动极板(1)和安装在骨架(9)上的定极板(2)各有至少两个，动极板(1)与定极板(2)相间且平行排列，相邻动极板(1)与定极板(2)之间有间隙，其特征在于：所述动极板(1)的基础结构是，动极板(1)包括中心部位为可穿过转轴(7)的轴孔的绝缘基片，所述绝缘基片上布置有沿一圆周均匀分布的多个第一导电金属片(101)和沿一圆周均匀分布的多个第二导电金属片(102)，第一导电金属片(101)与第二导电金属片(102)相间排列且第一导电金属片与第二导电金属片之间留有间隙；各第一导电金属片(101)电连接后接至第一电极(103)，各第二导电金属片(102)电连接后接至第二电极(104)，各第一导电金属片(101)的第一电极(103)电连接后接至第一端电极(105)，各第二导电金属片(102)的第二电极(104)电连接后接至第二端电极(106)；所述定极板(2)与所述动极板(1)有相同的基础结构且各第一导电金属片(101)的第一电极(103)电连接后接至第三端电极(107)，各第二导电金属片(102)的第二电极(104)电连接后接至第四端电极(108)；所述动极板(1)和定极板(2)中，至少有一个极板，将其上的导电金属片做成大比表面积结构且在该结构上设置介电常数不小于10的介电材料，所述极板的大比表面积结构为多孔隙结构或蜂窝状结构或针状凸起结构，在多孔隙结构或蜂窝状结构或针状凸起结构中设置介电常数不小于10的介电材料。
2.根据权利要求1所述的高密度电荷电场发电机，其特征在于：所述多孔隙结构为海绵结构。
3.根据权利要求1所述的高密度电荷电场发电机，其特征在于：所述动极板(1)和/或定极板(2)的结构是，它依次由绝缘基片、第一导电金属片(101)或第二导电金属片(102)、介电材料层(16)、绝缘层(17)叠加组成，其中介电材料层(16)由介电材料构成。
4.根据权利要求1或3所述的高密度电荷电场发电机，其特征在于：所述介电材料为介电常数不小于10的陶瓷或玻璃。
5.根据权利要求1所述的高密度电荷电场发电机，其特征在于：在所述第三端电极(107)、第四端电极(108)或在所述第一端电极(105)、第二端电极(106)施加励电电压；当在第三端电极(107)、第四端电极(108)施加励电电压时，所述第一端电极(105)、第二端电极(106)为功率输出端；当在所述第一端电极(105)、第二端电极(106)施加励电电压时，所述第三端电极(107)、第四端电极(108)为功率输出端。
6.根据权利要求5所述的高密度电荷电场发电机，其特征在于：施加的所述励电电压范围为10000V-200000V。
7.根据权利要求1所述的高密度电荷电场发电机，其特征在于：外部动力装置驱动转轴(7)旋转。
8.根据权利要求1所述的高密度电荷电场发电机，其特征在于：所述动极板(1)、定极板(2)的绝缘基片的两面上均布置有第一导电金属片(101)、第二导电金属片(102)。
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