专利名称:多级变容恒电位静电发生器的制作方法
本发明属于高电压工程领域。
至今研制的各种高电压装置尽管把电压升得相当高，但输出的电流却很小。近年来为了在直流高电压下大功率输电，在该领域里开展了不少研究工作，其中一种是采用高真空中的可变电容发生器，即可变电容式恒电位静电发生器·E·库弗尔，M·阿卜杜勒所著的《高电压工程》(E·KUFFEL M·ABDULLAH，《HIGH-VOLTAGE ENGINEER-ING》，Pergamon Press Ltd，Oxford，England，1977)一书中介绍了这种发生器的工作原理。该发生器的转子和定子是交错的金属板，定子和转子均在高真空内，绝缘可靠，用串联在输出电压和电源回路中的电子管控制输出电压的高度。这种发生器需将整个变容器置于高真空里。真空的介电常数往往小于固体介质的介电常数，所以在相同的几何尺寸下其电容量较小。在两个极板间距相同的条件下，高真空的介电强度往往低于某些固体材料，因此在相同的高电压输出时，其几何尺寸较大。
本发明的目的是使变容器这部分不用真空，采取适当措施以后提高输出电压的数量级，增大其电容量及输出容量，减小几何尺寸，于是简化了高电压设备，为静电的广泛应用提供廉价的高电压装置，同时还能作直流电源的降压器。
本发生器的工作原理是将可变电容器的转子(1)和定子组(2)用“通-断”器(3)和有关直流电源(4)相联。动力(5)驱动转子(1)旋转时，转子(1)和各级定子间的电容在最小值CO和最大值CM之间作周期性变化。在转子(1)和定子(2)间的电容量从CO增大到CM时，“通-断”器(3)使之和有关电源(4)接通吸收电能，它们储存的电荷为Q＝CMV。电容量从CM开始减小时，各组定子和有关电源断开。随着转子(1)的旋转，电容C减小，转子(1)和各级定子间的电压就升高，最后一级达到某电位时，由“通-断”器(3)接通输出引线(6)，有高电压输出。
本静电发生器主要由用绝缘材料均匀密封金属定片的定子组(2)、转子(1)、“通-断”器(3)、动力机(5)、传动机构(7)及润滑系统等组成。把绝缘材料均匀结合在金属定片上的方法颇多。其中有胶粘、复铜箔板工艺、塑料电镀工艺、尼龙喷涂工艺、在金属定片的表面喷刷绝缘层和热胶合等，也可以从以上方法中按一定工序选择几种并用，以达到使金属定片密封绝缘的目的。如果绝缘介质是片状胶合的，除了用胶粘使之和金属定片固定外，必须上夹板固定。必要时最后可在各定片的绝缘介质表面刷抗冲击且耐磨的绝缘保护层。
转子(1)上的动片(8)在轴(9)上呈对称性分布，因此它不论转到任何位置均能保持高度平衡，这样在旋转过程中就避免了有害的振动。如果轴径较大则可采用空轴。为了减小转子(1)的转动惯量，可用塑料模压成型，在其表面镀导电薄层，再涂抗冲击耐磨层，或将轴(9)和动片(8)分别成型，在轴(9)和动片(8)上镀金属层，再在动片上涂抗冲击耐磨层，然后把动片固定在轴上。
为了减小转子(1)和定子(2)间的可能摩擦，在转子(1)和定子(2)间用油孔或注油杯等方法间歇润滑，或者用滴注、飞溅、压力循环等方法连续给各动定片间提供润滑油，实现连续润滑。
本发生器的“通-断”器有多种。可利用高压硅或高压电子管的单向导通特性，也可由换向器(10)和电刷(11)组成。机械式的“通-断”器(3)可放在金属壳体(12)或严密的金属网里，也可放在高真空或高气压室里、换向器(10)是用绝缘材料做成的在上面开了若干槽的园柱体，外形类似三角带轮，把和导通角弧长等长的换向片(13)固定在园柱体槽沟的一定位置。该换向器(10)是固定在转子(1)的轴(9)或减速齿轮的轴上的。电刷(11)的刷握结构由刷盒部分(14)、加压部分(15)、框架部分(16)、固定部分及使刷盒和加压部分密封的密封盖(17)组成。刷盒部分(14)、框架部分(16)、固定部分及密封盖(17)均由绝缘材料做成。刷盒(14)底部最好做成和换向器(10)相吻合的弧形。换向器(10)的外形也可做成带轮辐的带轮或塔轮，或能起到换向目的的其它形式，例如类似转子励磁式自整角机的转子，其刷盒底部的结构及其固定方式类似定子励磁式自整角机的定子。为了结构上的需要，可采用园锥齿轮传动改变换向器(10)转轴的取向，用蜗杆或减速齿轮传动等方式减小换向器(10)的转速，改善电刷(11)和换向片(13)间的接触，必要时可通过这种机械传动方式把换向器(10)置于绝缘油中。如果为了进一步提高“通-断”器(3)的性能，在导通的时间里电刷(11)与换向片(13)接触无相对运动，就采用间歇运动机构，该机构的主动件固定在转子(1)或园锥齿轮或蜗轮等的轴上，换向器(10)固定在从动件上，这样能保证电刷(11)与换向片(13)间的良好接触。如有必要可把“通-断”器(3)置于金属壳体(12)或严密的金属网里，用同步随动系统把转子(1)和“通-断”器(3)联系起来，使转子(1)的转动和换向器(10)的转动协调。在高电压或超高电压下，为了减小“通-断”器(3)的某些几何尺寸，可把“通-断”器(3)放在高真空或高气压室里，用同步随动系统使转子(1)和换向器(10)协调。例如在原来固定换向器(10)的地方装一台自整角机作为发送机，再用另一相同的自整角机作为接收机，使伺服电机带动换向器(10)。如果用步进电动机等组成控制随动系统带动换向器(10)，则控制电脉冲使“通-断”器(3)的通断频率和转子(1)的转速相应，且相位一致。
对本发生器输出电压的连续性要求不高时，用单或对称的双定子组组成变容发生器。在连续性要求高的场合，则采用多组变容发生器，它们在指定的象限里相继输出。每组可以是单级变容方式，也可以是多级方式使电压逐级升高。因此每组动片可以在同一转轴上或分级在不同的轴上。有时各级的容量较大，片数太多，为了减小旋转振动，将该级动片分成几个子级分散在几根轴上，用联轴器或齿形带等传动方式或同步随动系统使它们同步转动。对电位的稳定性要求高的地方，除了电源需要高度稳定外，在输出端可接一大电容，减小输出电压的波动，必要时再接一限位球，其半径可根据式U＝RE确定。
本发生器的输出方式有定输出和动输出两种。定输出是指作为储存一定电荷并限制输出电压高度的两极板无相对运动。动输出是指作为输出的两极有相对运动，各组在相应象限里转动的一定角度内保持电压输出值不变。
将本发生器“通-断”器(3)的导通及关断角互换，或将转子(1)转动方向逆转，则原用于升压的发生器就成了降压器。
本发明的效果之所以令人十分满意，是由于动定片间有固体绝缘介质，使其间绝缘强度高于高真空，另外电介常数较大，特别是采用了高电介常数的电介质作绝缘层后，电容量就会很大，所以本起电机比在高真空里运行，靠真空绝缘的效果好，输出功率大。由于采用了多极升压方式和有效的防止漏电的“通-断”器(3)，所以电压能升得很高，使在直流高电压下大功率输电成为可能。由于变容器部分不再要高真空，所以为直流高电压和高压静电的各种应用一律提供了廉价的设备。正是由于本发生器独具以上优点，它不仅在超高电压应用方面可作粒子加速器、X-射线装置及高电压试验设备等的高电压发生器，而且在高电压发生器应用方面也很广泛，例如它可用于电集尘，有色金属冶炼粉末回收、稀有金属提炼回收、煤气脱焦油、水泥窑烟道除尘(雾)、空气净化、静电分选、静电喷涂、静电植绒、静电纺纱、静电法制砂纸等的设备中。在农业上的应用有作静电喷雾、喷粉、喷烟等机具的高电压发生器。还可用于改良土壤，促使植物生长，提高农作物产量，进行电除草，静电分选种子，防治害虫和控制大地病源区等。它也能用在各类仪器设备中作高电源发生器。此外本发生器能成为直流高压源的降压器。
本发明的工作原理结构剖面简图如图所示。
根据附图在此列举一种实施本发明的最好方式。如图所示的是两级动输出升压方式的结构剖面图。
首先分别制作各级的定片(2)。用同一材质不同厚度的绝缘层压板分别做各级金属定片的绝缘层。用冲床冲制金属定片箔板及绝缘定片，采取复铜箔板工艺用绝缘定片把金属定片夹在中间，其断面如图中(2)所示。
其次冲制各级隔板(18)。把定片(2)和隔板(18)交错分层对齐叠放，用固定夹板(19)夹住定子组，螺柱(20)穿过固定夹板(19)及定子组，两端用螺母(20)上紧，如图中所示。
再次制作安装机械式的“通-断”器(3)。“通-断”器(3)由换向器(10)和电刷(13)组成。换向器(10)、与框架部分(16)联为一体的刷盒部分(14)和固定部分以及密封盖(17)均可模压成图中所示的结构。把换向片(13)固定在换向器(10)槽沟里的一定位置，用级间传输导线(22)按图示联结各级。主动轮(23)、从动轮(24)、转轴(9)及支架(25)按常规方法制造，把动片(8)焊在转轴(9)上组成转子(1)。按机械装配的方法把主动轮(23)固定在动力机(5)的轴上，把轴承(26)和从动轮(24)套在转轴(9)上，然后把转子(1)固定在支架(25)上。用螺钉(27)把定子组固定在基座上，安装时转子应转动自如，动片(8)不摩擦定片(2)。各定片间用电缆(28)联结组成该级的定子组。用键联结方式把换向器(10)固定在转轴(9)上。按图示把电刷(11)放进刷盒(14)，再放上加压弹簧(15)，然后盖上密封盖(17)，最后把刷握固定在基座上。用电缆(28)按图所示把电源及各级定子与“通-断”器(3)相联。最后用金属壳体(12)把“通-断”器(3)封住，用传动带(29)把主动轮(23)和从动轮(24)联在一起。
权利要求
1.静电发生器，特别是可变电容式恒电位静电发生器，主要由运行在靠高真空绝缘的交错转子和定子金属板及电子管组成，它的定子接在两个电子管的公共点，电子管串在-EV的直流回路中，转子对地绝缘并由辅助电源维持其对地电压V，本发明的特征在于a、各级金属定片用绝缘介质均匀覆盖结合在一起，b、转子(1)上的动片(8)在轴(9)上呈对称性分布，c、动定片间有磨擦时用供油装置在其间提供润滑油，d、用“通-断”器保证电荷在各级间的单向传导，e、本发生器采用多级升压方式，f、高电压输出有定输出和动输出两种方式，g、本发生器可作直流电源降压器，h、本发生器具有高电压设备的各种用途。
2.根据权利要求
1所述发生器的定片制作，其特征是用胶粘的方法，用喷刷绝缘层的方法，用复铜箔板工艺，用塑料电镀工艺，用尼龙喷涂工艺，用热胶合工艺，先用胶粘然后再上夹板固定，在每一定片的绝缘层表面喷刷抗冲击耐磨的绝缘保护薄层。
3.根据权利要求
1、2、所述发生器的定片的制作，其特征是从诸方法中按工艺需要选几种并用，最后在表面喷刷抗冲击耐磨的绝缘保护薄层。
4.根据权利要求
1所述的发生器，其特征是转子(1)用塑料模压而成，在表面镀一导电层，然后刷一抗冲击耐磨层，动片(8)和轴(9)分别用塑料模压而成，在表面镀一导电层，再在动片上刷抗冲击耐磨层后固定在轴(9)上。
5.根据权利要求
1所述的发生器，其特征是用高压硅，高压电子管做“通-断”器，用换向器(10)和电刷(11)构成“通-断”器(3)。
6.根据权利要求
5所述的“通-断”器(3)，其特征是换向器(10)是把换向片(13)固定在用绝缘材料做成类似带轮或塔轮的在上面开了若干槽的园柱体槽内的一定位置的结构，用绝缘材料做电刷的刷握结构，密封盖(17)把刷盒(14)及加压部分(15)盖在里面，刷盒底部是和换向器(10)相吻合的弧形，用金属壳体(12)或严密的金属网把“通-断”器(3)密封住。
7.根据权利要求
5所述的“通-断”器(3)，其特征是用机械传动方法把换向器(10)转速减小，置于绝缘油中，或与间歇机构的从动件联在一起，把“通-断”器(3)置于高气压室、高真空室、金属壳体(12)或严密的金属网里，用同步联络随动系统使它与转子(1)协调。
8.根据权利要求
1所述的发生器，其特征是变容器为单组、对称的双组，每组为多级变容，转子(1)上的各级动片(8)在同一转轴上，轴(9)上只有同级的动片(8)构成转子(1)或是同级定片分成几个子级，在轴(9)上只有一个子级构成转子(1)，用机械传动或联轴或同步系统使它们(同级的各子级转子以及各级的转子)同步转动。
9.根据权利要求
1所述的发生器，其特征是用电容器减小输出电压的波动，用限位球限制输出的最高电位，电位和球半径的关系式为U＝RE。
10.根据权利要求
1所述的发生器，其特征是它可作为直流高电压输电、粒子加速器、X-射线装置、高电压试验设备、电集尘、有色金属冶炼粉末回收、稀有金属提炼回收、煤气脱焦油、水泥窑烟道除尘(雾)、空气净化、静电分选、静电喷涂、静电植绒、静电纺纱、静电法制作砂纸、静电喷雾机、静电喷雾器、超低量静电喷雾器、静电喷粉机(器)、静电喷烟机(器)、改良土壤、促使植物生长和作物增产、电除草、静电分选种子、防治害虫和控制大地病源区等需要直流高电压发生器的一切场合以及作为各类仪器设备中的高压直流电源发生器。
专利摘要
多级变容恒电位静电发生器主要由用绝缘材料均匀密封金属定片的定子组、转子、“通-断”器、动力机、传动机构及润滑系统等组成。定片间隔相等，转子在旋转时不碰擦定片。本发生器采用多级升压的方式，“通-断”器保证电荷在各级间的单向传导以获得所需的高压输出。改变转子旋转方向或将“通-断”器的导通及关断角互换可将升压的发生器作降压用。本发生器适用于静电除尘、离子加速器、静电喷涂、X射线装置等需要直流高电压的领域。
文档编号H02N1/08GK86107637SQ86107637
公开日1987年8月19日 申请日期1986年11月1日
发明者李东跃 申请人:李东跃导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan