专利名称：辊带变容器和电场发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及变容器和发电机，尤其是一种由辊电极和带电极通过滚动形成 的辊带变容器以及通过在辊带变容器上建立的时变电场进行发电的电场发电 机。属于电力电子技术领域。
背景技术：
传统的发电机是利用磁场感应原理，通过将电枢(电感器)置于由磁极对 形成的磁场中旋转进行发电的磁场发电机。磁场发电机在发电过程中，由于磁 场的作用力使电感器中的电子与原子分离，从而产生了阻碍电枢在磁场中转动 的磁力矩，且磁力矩与发电量的大小成正比，必需借助外力来克服该磁力矩及 机械阻力才能维持运转，因此，磁场发电机实质上是一个换能器。
电场发电机与磁场发电机的结构不同。磁场发电机的核心组件是两个在空 间上彼此分开的磁体和电感器，而电场发电机的核心组件只有一个一一变容器 (一种容量可从零变至满容量再从满容量变至零的电容器)，电场建立在变容器 之上、与变容器同体。
电场发电与磁场发电的原理不同。
一个荷电电容器，其上的电荷已经完成
了电子与原子的分离，形成了一个电场，其能量Wc = QV/2 = CV2/2，该能量不 是电容器本身产生的，而是由外界给予的，电容器本身没有分离电子与原子的 功能，它只是电能的载体。但根据公式Q-CV，当电量Q不变时，减小电容C, 电压V将升高，能量Wc将变大；反之，增大电容C,电压V将降低，能量Wc将 变小，由此可见，电容中隐含着发电机理。
电场发电机是利用变容器上时变电场的能量变化原理，发电过程分两个阶 段进行1、当变容器的容量从零变至满容量时，由一个外部低电压电源为其充 电，在变容器上建立电场，形成"建场电压"；2、当变容器的容量从满容量变 至零时，建场电压被提升，变容器上的能量变大，当变容器上的电压上升至另 一外部高电压蓄电池(储能电源)的电压值时，变容器开始放电，直至将电能 全部输出到蓄电池中，完成一个发电周期。电场发电在时间上是不连续的，虽 然变容器在周而复始地不断变容，但其输出是断续的。
电场发电机在发电过程中，变容器没有分离电子与原子，充入变容器的电 量并没有改变，因此不需要付出使电子与原子分离的能量；变容器只不过通过 (正、负电极转离)改变自身的容量，使存于其正、负电极上的电子双向迁移，且电子迁移的方向与变容器上的电场电力矩方向呈90° ,在变容器两电极的离 合点上不形成阻碍变容器变容的阻力(这与引力场很相似，月球沿着它与地球 形成的引力线的切线方向移动，地球与月球之间的引力并不形成阻碍月球运行 的阻力)；电子迁移增加了电荷的密度，提高了电场的势能，而电子迁移并不需 要施加外力，只要改变它的存在环境(如变容)，它即会主动(以光速)迁移， 电子是能量粒子，迁移是电子的固有特性。
电能是电子与原子分离后的能量，电能的功率是以电流(电量)和电压的 乘积来表征的，其中，电流必须通过电子与原子分离才能得到，电子是带电粒
子，是一种质能，其能量是守恒的；而电压不同，电压是电子(电荷)的密度，
是一种势能，而势能是相对的。因此，从此意义上说，磁场发电机是质能发电
机，而电场发电机则是势能发电机；磁场发电机是原生发电机，电场发电机是 二次发电机；电场发电是以"超能"的形式体现的，因此，电场发电机又是超 能发电机。
要想使电场发电机实现超能发电，必需要有一个功率型变容器，并且要使 该功率型变容器的运转消耗和建场功率之和小于其发电功率。本发明专利申请 人曾在1994年提交过一个《电能发生方法和用以实现该方法的电能发生器》的 发明专利申请(申请号94116708.9。公开号CN 1109226A)，当时由于没能 得到一个功率型变容器而未能实现超能发电，但实验证明，变容器的升压特性 和时变电场的发电机理无可置疑。
发明内容
本发明的目的在于提供一个功率型变容器；
本发明的另一目的在于提供一个容量足够大的变容器；
本发明的又一目的在于提供一个耐压足够高的变容器；
本发明的再 一 目的在于提供 一 个运转消耗足够小的变容器；
本发明的最终目的在于提供应用该功率型变容器的电场发电机。
功率型变容器是电场发电机的关键器件，根据目前的电容器制造技术和工
艺水平，可以通过利用和改造电解电容器的制造工艺和釆取辊、带结构获得功
率型变容器。因此，本发明的辊带变容器也称为辊带(电解)变容器。
以下将结合附图对本发明的辊带(电解)变容器和电场发电机的构造、工
作原理、技术特征和能量变换关系等进行详细描述。
附图l为辊带(电解)变容器的组件和结构示意图。其中 附图1 (A)为辊带(电解)变容器的辊电极示意图。 附图1 (B)为辊带(电解)变容器的带电极示意图。附图1 (C)为辊带(电解)变容器的电解液辊示意图。 附图1 (D)为辊带(电解)变容器的构造示意图。
附图2为应用辊带(电解)变容器的电场发电机电路示意图。其中
附图2U)为采用两组蓄电池作为充电电源和储能电源的电场发电机电路。
附图2 (B)为釆用开关稳功率电源和一组蓄电池作为充电电源和储能电源
的高效电场发电机电路。
具体实施例方式
参见图1。图l包括(A)、 (B)、 (C)、 (D)四幅图，分别是辊电极、带电极, 电解液辊和由以上元件及电刷等组成的辊带(电解)变容器。
参见图1(A)。如图所示为一辊带(电解)变容器的辊电极，图中A11为辊 体，它是一个由塑料等绝缘材料做成的空心圆辊，两头带有转轴A16 (转轴上套 有轴承)，辊体表面镶有两个半圆弧极片A13,两半圆弧极片被(两个)绝缘条 A14隔开，半圆弧极片是由高纯度铝金属经腐蚀、赋能氧化等工艺制成的辊带(电 解)变容器的正电极，A15是两半圆弧极片的金属滑道，以供半圆弧极片通过电 刷与外电路相连；A12为辊电极的轴视图。
参见图1(B)。如图所示为一辊带变容器的圈形带电极展开图，带电极B21 由卷曲性好的带状薄铝合金材料经腐蚀等工艺制成，薄铝合金带的宽度与半圆 弧极片的长度相等，另外，薄铝合金带的表面还用导电胶粘有一层吸水和保水 性好的绒毡状材料，以吸收电解液；带电极是辊带(电解)变容器的负电极。
参见图1(C)。如图所示为一辊带(电解)变容器的电解液辊，图中C31为 辊体，它是一个由塑料等绝缘材料做成的圆形辊(或可将辊体做成空心，内注 电解液，表面分布小孔)，两头带有转轴C34 (转轴上套有轴承)，辊体上巻有一 层吸水和保水性好的绒毡状材料C33， C33的长度与带电极B21薄铝合金带的宽 度相等，电解液辊的作用是为带电极补充电解液，使其保持一定湿度以便更好 地与辊电极接合；C32为电解液辊的轴视图。
参见图1 (D)。如图所示为一辊带(电解)变容器构造图(图中省略了安装 支架和机箱)，图中辊带(电解)变容器DCG由辊电极A121和A122、带电极B21 、 电解液辊C321,以及电刷DS1、 DS2、 DS3、 DS4、 DS5等组成，其中带电极B21 圈在辊电极A121和A122上，与辊电极上的半圆弧极片合成两个变容器；电解 液辊C321与带电极B21电极接触，形成联带滚动结构；电刷DS1和DS5分别是 辊电极A121和A122的充电电刷，电刷DS2和DS4分别是辊电极A121和A122 的输出电刷，充电电刷和输出电刷分别呈180°安装在辊电极与带电极离合切点 的半圆弧极片的金属滑道上；电刷DS3是带电极的接地电刷；另外，所有电刷 与电极之间的接触均釆取滚动或滑动接触，以减小阻力和提高使用寿命。当用一电动机(图中未示出。实用辊带变容器可将电动机设计在一个辊体的空心圆
辊内，以减小体积。)带动转轴A16按图中箭头所示方向转动时，辊电极A121 带动带电极B21、辊电极A122、电解液辊C321 —同转动，致使辊电极A121和 A122上的半圆弧极片与带电极B21之间的电容发生从零至满容量、再从满容量 至零反复变化，同时电解液辊C321为带电极补充电解液。另外，为了防止辊带 变容器在运转时辊电极和带电极之间产生打滑和移位，有必要在两电极的边缘 上设置若干齿、孔进行"齿合"(图中未示出)。
设，辊带变容器DCG的辊电极半圆弧极片的半径R-10cm,长度L-50cm,绝
缘条的宽度忽略不计，则半圆弧极片的面积
A-ttRL-3. 14*10*50=1570cm2 (1) 根据目前电解电容器的制造水平，耐压200V的电解电容器的面积比容量一
般已做到2mF/ciii2以上，在此取2，因此， 一个半圆弧极片的变容量
Cw=1570*2-3140juF=0. 00314F (2) 由于一台辊带变容器含两只辊电极，每只辊电极有两个半圆弧极片，因此，
辊带变容器DCG (转动1周)的变容量
C"-O. 00314*2*2=0. 01256F (3) 另外，根据(1)式中半圆弧极片的设计尺寸，辊带变容器DCG配上机箱后
的体积可设计为
56*50*25=70000cm3=0. 07m3 (4) 按此计算，lm3体积约可容纳14个辊带变容器，总变容量可达 0. 01256*14=0. 17584F (5) 再有，由于辊带变容器DCG采用的材料主要是铝金属和塑料，其质量不会 超过10kg，如辊电极每秒运转l周，则其线速度
v=2 ttR=2*3. 14*0. 1=0. 628m/s (6) 由此计算，以上设计的辊带变容器DCG运转1周的消耗功率不超过10W。
综上所述，本发明辊带变容器的容量已足够大，耐压已足够高，运转消耗 已足够小，已足以成为我们想得到的功率型变容器。
参见图2。图2包括(A)、 (B)两幅电场发电机电路图，分别是图1辊带变 容器DCG的两个实施例。
参见图2(A)。如图所示为釆用两组蓄电池作为充电电源和储能电源的电场 发电机电路。图中，蓄电池E1是充电电源，蓄电池E2是储能电源，EZ的电压 Vo高于El的电压Vi;蓄电池El通过二极管Dl和D2为辊带变容器DCG充电， 蓄电池E2通过二级管D3和D4从辊带变容器DCG获取电能；由于一台辊带变容 器含有两只辊电极(辊带变容器也可以仅含一只辊电极，另一只设为"空辊"，但不具典型性)，且实际应用时往往需要将多台辊带变容器并联起来发电，为了 防止辊电极之间的串扰，因此需用二级管进行隔离。
当辊带变容器DCG在电动机的带动下沿图中所示箭头方向运转时，辊带变
容器DCG的两个辊电极的半圆弧极片交替转进与带电极接合和转出与带电极脱 离，接合时半圆弧极片与带电极之间的容量从零线性增大至满容量，同时从蓄 电池E1接受充电，建立与蓄电池E1的电压Vi相等的建场电压，脱离时半圆弧
极片与带电极之间的容量从满容量线性减小至零，其上的电压线性上升，当电 压升高至超出蓄电池E2的电压Vo时，即开始给E2充电，直至将全部电量输出 给蓄电池E2。
设，蓄电池El的电压Vi=100V,蓄电池E2的电压Vo-200V,辊带变容器DCG 的变容量C^0. 01256F，忽略二级管的管压降，则图2(A)所示电场发电机(辊 带变容器DCG运转1周)的能量变化如下 Wa=Wo-Wi=Cbf!ViVo-CbgVi2
=0. 01256*100*200-0. 01256*1002 =251. 2-125. 6
=125. 6W (7) 式中Wa为图2 (A)所示电场发电机的发电功率；Wo为辊带变容器DCG输出给 蓄电池E2的功率；Wi为蓄电池E1给辊带变容器DCG的充电功率。 式(7)说明
1、 图2 (A)所示电场发电机发出的电是基于蓄电池El输入的电量(C化Vi)
进行的，因此，它是一个"二次发电机"。
2、 图2 U)所示电场发电机在发电过程中，电量(QVi)不变，仅建场电 压由100V变成了 200V,因此，它是一个"电压提升器"。
3、 图2 (A)所示电场发电机的输出功率Wo大于输入功率Wi,因此，它是
一个"超能发电机"。
另外，不难发现，图2 U)所示的电场发电机存在一个问题，即蓄电池E1 给辊带变容器DCG的充电功率Wl- CbgVi'2大于变容器在满容量时的实际建场功率 (CbgVi72)，即
cbsvi2/ (cji2/2) -2 m
这是因为，直接用蓄电池E1给辊带变容器DCG充电，由于所谓电容器的电 压滞后效应使充电功率损耗了 50%,功率因素只有0.5 (功率因素定义为有功功 率与视在功率之比，在此为建场功率与充电功率之比)，因此，提高充电的功率 因素，即意味着能够提高图2 (A)所示电场发电机的发电效率。
参见图2 (B)。如图所示为采用开关稳功率电源E01和蓄电池E2作为充电电源和储能电源的高效电场发电机电路。该电场发电机省去了原充电蓄电池El，
而代之以开关稳功率电源EOl， E01的输入直接由蓄电池E2提供。"开关稳功率 电源"是一种输出电压、电流可以双向随机大范围调整的高频电源(参阅本发 明专利申请人的另一发明《开关稳功率电源》，专利号ZL0U13745.2 ),它能 够为运行于低速状态下的变容器进行跟踪充电，并最大限度地与之匹配，从而 能将充电的功率因素提高到0.9以上，由此可将(7)式改写为 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为开关稳功率电源EOl给辊带变容器DCG的充电功率。
由此可见，图2 (B)所示电场发电机在不计运转消耗和二级管管压降情况 下，其发电功率为181. 4W,但如将辊带变容器DCG运转(l周)的消耗也取自 于蓄电池E2，并扣除二级管的管压降，则图2 (B)所示电场发电机的发电功率
可达now。
电场发电机是"积木式"发电机，如按lm3体积容纳14个辊带变容器计算 (不计储能电源)，则其体积比功率可达
170*14=2380W=2. 38kW/m3 (10)
电场发电机的发电量是转动速率的函数，以上的发电功率都是按每秒运转1 周计算的，如将电场发电机的运转速度提高到每秒5周，则W体积14台辊带 变容器的发电量可达
2. 38*5=11. 9kW/s (11) 除以上辊带(电解)变容器的设计和实施例外，本发明还可以有其它设计
方案和实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案均落在本发明的
保护范围。
迄今，人类掌握的发电方法多是原生发电法，为此，消耗了大量能源，损 害了地球的生态环境，超能发电机的出现，将使世界发生巨变。
权利要求
1.一种辊带变容器，包括辊电极(A121和A122)；带电极(B21)；电刷(DS1)、(DS2)、(DS3)、(DS4)、(DS5)；所述辊电极(A121和A122)的构造相同，包括锟体(A11)和转轴(A16)、两半圆弧极片(A13)、两金属滑道(A15)、两绝缘条(A14)；其中所述锟体(A11)是由塑料等绝缘材料制成的空心圆辊，两头带有所述转轴(A16)，所述两半圆弧极片(A13)由金属材料制成镶在所述锟体(A11)上，所述两金属滑道(A15)分别与所述两半圆弧极片(A13)相联，所述两半圆弧极片(A13)和所述两金属滑道(A15)被所述两绝缘条(A14)隔开；所述带电极(B21)为一宽度与所述半圆弧极片(A13)长度相等的圈形金属带；所述电刷(DS1)、(DS2)、(DS3)、(DS4)、(DS5)为滚动或滑动接触电刷；所述辊带变容器的所述带电极(B21)圈在所述辊电极(A121和A122)上，与所述辊电极(A121和A122)上的所述半圆弧极片(A13)合成两变容器，形成转动离合结构；所述电刷(DS1和DS5)分别是所述辊电极(A121和A122)的充电电刷，所述电刷(DS2和DS4)分别是所述辊电极(A121和A122)的输出电刷，所述充电电刷(DS1和DS5)和所述输出电刷(DS2和DS4)分别呈180°安装在所述辊电极(A121和A122)与所述带电极(B21)离合切点的所述两金属滑道(A15)上，所述电刷(DS3)是所述带电极(B21)的接地电刷；以上形成辊带变容器；
2. 如权利要求1所述辊带变容器的特征在于它还包括电解液辊(C321); 所述电解液辊(C321)由辊体(C31)、转轴(C34)和绒毡状材料(C33)组成， 所述辊体(C31)和转轴(C34)由塑料等绝缘材料制成，所述辊体(C31)上卷 有一层绒毡状材料(C33);以上所述电解液辊(C321)与所述带电极(B21)接 触形成联带滚动结构；
3. 所述权利要求1和2所述辊带变容器其特征在于进一步将所述辊电极 (A121和A122)上的所述两半圆弧极片(A13)采用电解电容器的正电极材料和工艺制造；所述带电极(B21)釆用电解电容器的负电极材料和工艺制造，表 面还粘有一层吸水和保水性好的绒毡状材料；以上形成辊带(电解)变容器 (DCG );当带动所述辊电极U121)的转动时，所述辊电极(A122)、带电极(B21)、 电解液辊(C321)将一同转动，致使所述辊电极U121和A122)上的所述半圆 弧极片(A13)与所述带电极(B21)之间的电容发生从零至满容量、再从满容 量至零反复变容，同时所述电解液辊(C321)给所述带电极(B21)添加电解液；
4. 一种电场发电机，包括如权利要求1至3所述辊带(电解)变容器(DCG);蓄电池(El);蓄电池(E2); 二级管(Dl、 D2、 D3、 D4 );其中所述蓄电池(El ) 为充电电源，所述蓄电池(E2)为储能电源，所述储能电源(E2)的电压(V2) 高于所述充电电源(El)的电压(VI);所述二级管(Dl、 D2、 D3、 D4 )为隔离 二级管；所述蓄电池(El)的正极通过所述二级管(D1和D2)分别与所述辊带 (电解)变容器(DCG)的所述电刷(DS1和DS5)连接，所述蓄电池(El)的 负极接于所述辊带(电解)变容器(DCG)的所述接地电刷(DS3)，形成充电回 路；所述蓄电池(E2)的正极通过所述二级管(D3和D4)分别与所述辊带(电 解)变容器(DCG)的所述电刷(DS2和DS4)连接，所述蓄电池(E2 )的负极 接于所述辊带(电解)变容器(DCG)的所述接地电刷(DS3)，形成储能回路；
5.如权利要求4所述电场发电机，其特征在于将所述蓄电池(El)替换为 开关稳功率电源(E01),所述开关稳功率电源(E01)的输入由所述蓄电池(E2) 提供，形成高效电场发电机。
全文摘要
本发明公开了一种电场发电机。所述电场发电机是利用辊带(电解)变容器上的时变电场，将所述辊带(电解)变容器输入的低电压电量提升为高电压电量输出的二次发电机，它是一个电压提升器，一个超能发电机。
文档编号H02N1/00GK101552573SQ200910028718
公开日2009年10月7日 申请日期2009年1月5日 优先权日2009年1月5日
发明者周符明 申请人:周符明