CN110739844A - 可改变容量电容器产生电能发电的方法 - Google Patents

Abstract

一种把动能.势能.化学能.核能等其它能量转化成电能的发电方法技术。其表征是采用单向导电如二极管.三极管等开关器件或组合单向对可改变容量电容器简称可变电容充电，充电的可变电容就贮存了电能，电极间存在电场力，此时减小电容需要损耗其它能量克服电极间电场作用力，根据能量守恒定律损耗的其它能量转化为电能并在电容贮存下来，随着电容不断减小电极贮存的电能增加电极间电动势不断增加大于充电电源电动势，在合适时候采用可以适时导通的单向导电二极管.三极管和电容或电池等电子器件的组合单向对可变电容在另一通道把贮存在电极间电能释放出来把其它能量转化成电能输出，实现把动能.势能.化学能.核能等其它能量转化为电能发电。

Description

可改变容量电容器产生电能发电的方法

技术领域：

本发明涉及把动能.势能.化学能.核能等其它能量转化为电能输出发电的方法技术。

背景技术：

众所周知发电机技术是现代文明的基石，没有发电技术参与支持，所有现代文明发明的实施使用都没有存在意义。传统发电机发电技术方法是磁感应交流发电技术，原理如图1：与固定南极S北极N磁场垂直的ABCD金属线圈绕OP中轴单方向匀速旋转运动，金属导体AB和DC里自由电子相对固定南极S北极N磁场垂直切割运动，运动的电子电荷形成电流产生一个与电流方向垂直的闭合的柱状磁场与固定南极S北极N磁场异性相吸同性相斥，在作用力和反用力下自由电子获得统一指向导体一端的力互相叠加形成电动势。当导体AB垂直向下切割磁力线，根据右手定则线圈ABCD电动势指向A端，A端为正D端为负。在线圈匀速旋转到固定NS磁场上下中轴平面，两导体垂直切割磁力线速度最大，AD两端电动势值最大，导体继续旋转两导体垂直切割磁力线速度不断减小，AD两端电动势值不断减少，在导体匀速旋转通过固定NS磁场左右中轴平面，导体垂直切割磁力线速度为零，AD两端电动势为零。线圈继续旋转导体AB由下向上垂直切割磁力线，导体DC运动方向则由上往下运动，则电动势改变为D端为正A端为负，电动势值不断增大且电动势值大少变化相同。瞬时电动势u变化与时间t一一相对应，可以用正弦函数解折。当电流表EA用导线通过导电环连接AD两端构成回路，自由电子在AD两端电动势作用下方向交替变化通过EA形成交流电流即输出，同样电流通过导体产生磁场且与固定南极S北极N磁场异性相吸同性相斥而阻碍线圈旋转运动而把动能转化为电能。显然磁感交流发电机是间接地利用磁场力驱动自由电子流动形成电流把动能转化成电能而完成发电。表征磁感交流发电技术发电机的主要参数是有效电动势和有效电流的积称有效功率。导体对电流有阻碍作用称作导体的电阻，电流因电阻会发热，发热的功率等于电流的平方和电阻的积。超出最大有效电流电阻发热会损坏导体绝缘层损坏发电机。电阻大小与材料有关且与导体长度成正比与导线截面面积成反比，提高有效电流只能增大线圈导体截面面积和采用优质导体。目前综合指标最好的只有贵重的铜导线了。有效电动势与线圈的面积，串联线圈匝数，转速，穿透线圈的磁场强度成正比。其中线圈的感抗与线圈的匝数通过的电流频率成正比.提高匝数.转速会增加无功损耗。由于轴承制造材料工艺限制，空气导磁率很小，高导磁率的硅铁合金存在磁饱和效应，这样增加线圈匝数提高转速和穿透线圈的磁场强度而提高有效电动势的方法效果有限，只能增大线圈的面积增加有效电动势结果却增加线圈电阻和增大发电机硅铁定子.转子截面面积和体积而增加了发电机质量和增加线圈之间漏磁等等从而降低了发电机的机械能转换换成电能效率，同时转子的惯性和轴承承受的摩擦力越来越大而发电机难以启动。综上所述磁感应交流发电方法技术主要有以下几个缺点：1：制造大功率磁感应交流发电机非常困难和复杂，能成功效率也不理想。2：仅仅两台磁感交流发电机并联的供电也非常困难和复杂，若没有逆变器参与瞬时电动势大小正负相位不相同则容易烧毁发电机。3：磁感交流发电机采用大量的贵重铜导线和硅铁合金则极其笨重和贵重而失窃风险极高，故风力发电机为能并联方便和管理而制造成庞然大物安放在人烟稀少之地而失去了绿色能源的意义。4：成品磁感交流发电机动能转换效率随频率转速变化，偏离某一频率转速就不合格甚至烧毁发电机，这就是白天负载重拉闸停电，晚上负载轻而需要花费巨资建蓄水池以贮存多余电能的原因。另外也大大限制了它在某些转速高低变化的设备应用，例如汽车.飞机.轮船等。5：磁感应交流发电机之间相互制约不容易采用直流供电，直流供电比于交流供电更理想，直流供电仅需一根供电导线且没有地球电容效应损耗可深埋地底不占地面空间。可改变容量的电容器简称可变电容产生电能发电技术完美解决上述问题。

发明内容

可变电容发电方法是充电电源利用单向导电电子开关器件.组合对可变电容单向充电，电容就贮存了一定的电能电极间存在电场力的作用，此时减小电容需要损耗其它能量克服电场力，根据能量守恒定律损耗的其它能量转化为电能贮存在可变电容中即产生了新的电能。如图2：由绝缘体W隔开的两个平板阴影部分的导电体D的组合称为电容器，组成的导体D称为电极。DG1为单向导通二极管，正电荷只能从空白端经带黑环端通过，反之即使电容电极电动势上升大于电池电动势正电荷也不能够回流到电源。电池电源EA用导线通过二极管DG1向电容器单向充电，电池的正负电荷在电池电动势作用下异性相吸移动一一对应分别集结在上下D电极上，正负电荷部分电力线穿透绝缘体W异性相吸交联闭合形成电场力，闭合电力线强度数量与绝缘体介电常数大小成正比，介电常数大小与材料有关。正负电荷没能交联闭合的电力线分别同性相斥相互叠加在D电极上形成上正下负的电动势，随着配对的正负电荷不断积聚，上下电极D电动势不断增大达到电池电动势大小值u且方向相反，则电容电动势抵消了电池对电容电极的电势从而停止电池正负电荷进入电容电极，即电容器完成充电。这时电极正或负的单位电荷数q与电极间电势u的比值称为电容器的电容C，同时电容器贮存了二分之一单位正或负的电荷数q与电极电动势u的积的电能E。显然能够改变绝缘体材料或者电极间距又或者电极正对面积而改变电容量大小的电容器称可变电容。对于单向充电并贮存了电能的可变电容若电容减小有以下特性。如图3增高绝缘W则增大电极D间距从而减小电容到原来的n分之C，其中n大于1。如图4减小上下电极D正对面积从而减小电容到原来的n分之C。如图5更换介电常数小的绝缘体如干燥的空气等从而减小电容到原来的n分之C。在以上各种减小电容的过程中都必须损耗其它能量以克服电场力从而打破减小电荷交联闭合的电力线相反增加非闭合电力线，又或者是增加了电力线强度而使同电极电荷同性相斥的力增强，电极电动势上升，由于二极管D1单向导通反向截止，电极电荷不能回流到电池，电极电荷q保持不变，所以随着非闭合电力线的增加电力线增强电极间电动势也不断增大，一直达到n倍u电动势，则电容贮存的电能增加到n倍E的电能。可见对电容单向充电后减小电容都必须损耗其它能量而增加电容贮存电能。如图6是利用旋转平板电极改变电极正对面积改变电容大小而产生电能的方法。以导体0P为中轴的2n+1片用如塑料等绝缘材料制造的薄片间隔相联并分别固定在外壳和中轴上依次排列，n为自然数。每片薄片平均分成2N个的扇形区域，N为自然数。在2n+1片薄片上的阴影部分对应排成一列的扇形区域和每隔一列的扇形区域即阴影部分上隐藏覆盖了金属薄片或导电薄膜的导体构成电极D，中轴电极与外壳电极之间不导通。显然固定在中轴上并与之导通的电极与固定在外壳且相导通的电极构成一个由2n乘N个的小电容并联而成的大电容Cn，电容大小随着中轴的旋转中轴电极与外壳电极正对面积随着重叠面积大小变化而变化。电池E电源负极接地，可变电容的一个电极如中轴电极接地，则电池E正极通过二极管DG2连接外壳电极对可变电容充电，在可变电容最大值时完成充电电容贮存了一定电能，电极间产生存在了电场力，完成充电的时间很短可以忽略不计。当中轴电极旋转可变电容由大变小而电极间电动势不断增大，当电动势增大大于电池E电源与贮能电容C串联而叠加的电动势时通过二极管DG1向电池E和电容C单向放电，即把电池输入可变电容的电能回输给电池电源同时把旋转中轴电极的动能转化的电能贮存在电容C中。随着中轴电极的旋转当可变电容减小到最小值则电极间电动势达到最大值u，同时电容C的电极间电动势随着吸收的电能增加而增大与电池E电动势串联叠加达到最大值u，可变电容停止放电，随着中轴电极的继续旋转电容不断增大，可变电容电极间电动势不断减小，小于电池电源E的值时电池再次通过二极管DG2对可变电容充电，在可变电容最大值时完成充电。当中轴电极继续旋转可变电容又从大到小变化，可变电容再一次对电池和贮能电容C放电，周而复始.循环还复地把旋转电极的动能转化为电能贮存在电容C中。电容C两端AB就有一直流的电能输出。这种转化是直接把电荷从低电势推向高电势，电动势与时间不是一一对应关系，与磁感应交流发电方法间接地利用磁场把电荷从低电势推向高电动势且电动势是瞬时的与时间一一对应的关系有本质的区别。所以可变电容发电方法没有不利条件制约而没有磁感应交流发电方法的所有缺点效率能够达百分百，可变电容发电技术制作的一定单位重量体积发电机有效输出功率成百上千倍于磁感应技术制作的相同重量体积的发电机。可以制作高效.轻便.紧凑.非常廉价等无失窃风险的风力可变电容发电机漫山遍野布放，一定能取代化石能源和核能能源发电，甚至取代水能发电实现真正绿色地球。如果汽车用可变电容发电技术把发动机动能转换成电能再用电动机驱动汽车代替机械传动，不但大大增加了动力降低了油耗，提高可操控性而且廉价而完美实现高性四轮驱动。因家用汽车每天正常行使不超四十公里，若为这种家用汽车配备纯电动汽车十分之一约五十公里续航里程的可充电池或超级电容，则比纯电动汽车环保十倍并拥有发动机机械传动汽车所有优点而大大降低了它的缺点，并成为未来汽车发展的方向。可变电容发电机在动车.飞机.轮船等的应用意义就更重大了。

附图说明

图1是磁感应交流发电技术基本原理图。图2.图3.图4.图5是揭示可变电容在电池电源单向完成充电后，电容停止吸收充电电源电能后，贮存的电能随着可变电容减小其它能量转化为电能使可变电容贮存电能增加电极电动势上升大于充电电源电动势的特性。图6是旋转平板电极可变电容发电技术方法简单说明图。图7是旋转平板电极可变电容发电技术具体实施说明图。

具体实施方式

可变电容发电技术方法非常简单。对于旋转平板电极而改变电极正对面积改变电容大小产生电能的方法。为了可变电容和动力系统机械性更匹配则更节约能源，同时使输出电能更好匹配负载，必须配备集成控制电路模块监控和电源降压电路对可变电容充电。如图7中可变电容Cn的结构和图6中的可变电容Cn结构相同，C2贮能电容可以由蓄电池组代替，电阻R3和稳压二极管DW产生辅助电源从集成电路模块IC01的1脚输入，2脚输出可以对外供电信号，3脚输出请求调整可变电容中轴旋转速度信号，4脚输出电源的要求电压数据输入.5脚可变电容中轴瞬时转速数据输入.6脚可变电容中轴电极转速目标数据输入，7脚输出电源即贮能电容电压检测，8脚接地，9脚集成电路工作电源输入，10脚的R6.R7构成电池充电电压检测，11.12.13.14.15脚开关三极管控制信号输出，16脚可变电容充电电源电压检测。当集成电路模块接通电源，在4脚输入的输出电源要求电压数据比7脚R4.R5构成的贮能电容C2电压检测电路输入的电压数据大则启动发电程序，在输出电源即贮能电容的电压大于开关三极管BG1.BG2.电感L1.电容C1构成降压电路工作电压时，IC的14.15脚交替输出脉冲信号，使开关三极管BG1.BG2交替导通启动降压电路，电容C1电压随之上升并通过二极管DG1单向对可变电容充电，随着中轴电极的旋转远大于可变电容的贮能电容C2电压不断上升到某值，IC01的2脚输出可以对外供电信号正常供电。随着C1电压上升C2输出电源电压随之上升而中轴电极瞬时转速下降接近等于目标转速，当C2输出电源电压上升小于目标供电电压，IC的3脚输出调整可变电容中轴旋转速度信号加大动力输入，直到C2输出电源电压上升到目标供电电压，这时降压电路维持C1电压不变，发电系统和动力系统正常运转。开关三极管BG4.BG5.电感L2构成降压电路在发电机正常供电后对电池E补充电能。在贮能电容C2电压小于充电降压电路工作电压时IC01的13脚输出信号控制由电池E.二极管I)63.开关三极管B65.磁吸开关LT.保护二极管的限流电阻R8构成充电电路工作对可变电容辅助充电，在可变电容中轴电极不断旋转贮能电容C2电压不断增大，当贮能电容C2电压大于充电降压电路工作电压时停止辅助充电从而使发电系统正常工作。

Claims (4)

1.一种把动能.势能.化学能.核能等其它能量转化为电能的发电技术方法，其特征是充电电源利用二极管.三极管.电容等电子器件.组合构成单向导电开关对可改变容量的电容器简称可变电容单向充电，电容电极贮存了一定的从充电电源获得的电能，电极间存在着电场力，在其它能量的作用下克服电场力减小可变电容的电容量，根据能量守恒定律其它能量则转化为电能贮存在电容中而增大可变电容的电动势和贮存的电能，在合适的时候采用二极管.三极管和电容等电子器件.组合单向对可变电容器放电实现其它能量转化为电能的发电方法。

2.根据权利要求1把动能.势能.化学能.核能等其它能量转化为电能的方法，其特征是充电电源可以是蓄电池电源.供电电源升压或降压获得的电源，能够实现单向导电特性的所有电子器件.组合，能够改变电容大小的可变电容和能适时单向的所有单向导通电子器件对电容单向充电反向截止后，减小电容需要损耗其它能量，损耗的其它能量没有消失而是提升了电容电极电动势增加了电容贮存电能，在电容最小值时电容电极电动势和贮存的电能远大于充电电源电动势和充电能够贮存的电能，继续改变电容由最小值向最大值增大电容时贮存的其它能量转化的电能再一次转化为其它能量，在电容最大值时剩余原充电电源充入的电能，若把电容减小过程中其它能量转化的电能单向取出就构成形形色色.大大小小的可变电容风力.水力.内燃..核能等发电机。

3.根据权利要求1把动能.势能.化学能.核能等其它能量转化为电能的方法，其特征是采用可变电容转化电能不存在电阻发热损耗的缺点，其能量转化为电能效率高，当可变电容采用旋转电极改变电容大小，电极同时平均间隔分成n等份，n大于1自然数，则电极每旋转一圈电容大小到小大变化一周是2分之n次，同轴联动n个这种可变电容构成大容量可变电容，这种可变电容发电技术方法制作的发电机，其相同重量体积输出的有效功率是磁感应发电技术的发电机的成百上千倍，这种可变电容发电技术与各种电力推动技术相结合构成电力传动技术方法相比于现时汽车.火车.轮船.飞机的发动机动力采用的各种机械传递的传动技术具有更高的效率.更好的可靠性和操控性.更加简洁和更低的制作成本。

4.根据权利要求1把动能.势能.化学能.核能等其它能量转化为电能的方法，其特征是可变电容贮存了电能电极间存在电场作用力下减小电容，其它能量转化为电能贮存在电容中，而减小电容的方法有改变电极的正对面积.增大电极间隔距离.改变电极间绝缘体减小电极间绝缘体介电常数等的一种或多种同时采用，根据实际情况可以并联可以串联。

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