專利名稱：功率變?nèi)萜鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變?nèi)萜?，尤其是功率變?nèi)萜?，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
功率變?nèi)萜魇请妶霭l(fā)電機一一超能發(fā)電機的核心器件，參閱《輥帶變?nèi)萜骱碗妶?發(fā)電機》發(fā)明專利說明書，申請?zhí)?00910(^8718. 0。理想的功率變?nèi)萜鲬?yīng)具有運行功耗小、 耐壓高、容量大三大特性，此外，還需要有取材廣、好回收、易維護、壽命長、造價低和普適性 好等特點。
電容器的基本結(jié)構(gòu)是在兩平行電極之間夾以電介質(zhì)，有公式C = ε A/r2。式中C 表示電容器的容量；ε表示電介質(zhì)的介電常數(shù)；A表示兩電極的相對面積；r表示兩電極間 的間距。如按以上公式將電容器改為功率變?nèi)萜?，則有以下幾種情形
(A)僅改變電介質(zhì)的介電常數(shù)ε改變?nèi)萘緾，式為AC = Δ ε A/r2。
通常，電介質(zhì)一經(jīng)選定，其介電常數(shù)也就確定了，一般是不能改變的，但是，如果采 用的是液體電介質(zhì)，則可以通過使液體電介質(zhì)在兩電極間“流動”的辦法來改變電容器容 量，進而獲得功率變?nèi)萜鳌?br> (B)僅改變兩電極的間距r改變?nèi)萘緾，式為Δ C = ε A/ Δ r2。
靜電學(xué)理論表明，電容器上正、負電荷的引力與其上的電場強度成正比，因此，僅 改變兩電極的間距來獲取變?nèi)萜?，就意味著需要克服兩電極上正、負電荷的引力，而功率變 容器要求兩電極在電場中變?nèi)輹r不得產(chǎn)生電力矩，因此，僅靠改變兩電極間的間距來改變 容量沒有實用性。
(C)同時改變兩電極的間距r和兩電極的相對面積A改變?nèi)萘緾，式為AC = ε ΔΑ/Δι·2。
此即為“輥帶變?nèi)萜鳌钡淖內(nèi)莘绞?。輥帶變?nèi)萜髟陔妶鲋凶內(nèi)輹r，輥電極與帶電極 的離合切線上出現(xiàn)了 “三個極限”一是電荷遷移最小電壓差(1電子伏特)極限；二是電荷 遷移速度(趨近于光速)極限；三是輥電極與帶電極轉(zhuǎn)離最小距離(提升1電子伏特)極 限，因此理論上只有當(dāng)輥帶變?nèi)萜鞯霓D(zhuǎn)動線速度趨近光速時才可能產(chǎn)生電力矩。
(D)僅改變兩電極的相對面積A改變?nèi)萘緾，式為Δ C = ε Δ A/r2。
通過改變兩電極的相對面積改變?nèi)萘康淖內(nèi)萜髟缫延兄?，如空氣可變電容器、?膜可變電容器等，但此類變?nèi)萜鞑皇侨萘啃?、就是運行功耗大，離超能發(fā)電機所需要的功率 變?nèi)萜飨嗳ド踹h，但這畢竟是一種行之有效的基本變?nèi)莘椒?，那么，能否在此基礎(chǔ)上找到一 條解決問題的出路呢？答案是肯定的。
先解決功率變?nèi)萜鞯倪\行功耗問題——
兩平行電極反復(fù)地分離/復(fù)合(簡稱“離合”)，是變?nèi)萜鞯幕緞幼?，如要使兩?極的運行功耗小，就必須將它們分開并保持一定間隙，這樣做雖然會使功率變?nèi)萜鞯娜萘?減小，但可以通過在兩電極間充填介電常數(shù)大的液體電介質(zhì)來彌補。液體電介質(zhì)在功率變 容器中有如下作用3
1、消減兩電極間的離合摩擦力，減小運行功耗。
2、防止電極磨損。
3、“融合”兩電極，使容量充分顯現(xiàn)。
4、對絕緣電介質(zhì)起到“修補”作用(見下文)。
5、傳導(dǎo)和儲存電場能量。
液體電介質(zhì)在功率變?nèi)萜髦须m有多重功用，但只有第5項與“電”直接有關(guān)，功率 變?nèi)萜魉捎玫囊后w電介質(zhì)都要求有一個共性，即它們自由電子少，在直流電場作用下會 產(chǎn)生一個瞬時電流，如不是因自身變性或與外界進行物質(zhì)交換，均不能連續(xù)導(dǎo)電，是靠“極 化”來傳導(dǎo)和儲存電場能量的。功率變?nèi)萜鞯墓ぷ黝l率(兩電極單位時間的離合次數(shù))比 較低，不超過20Hz/s，甚至低于lHz/s，且功率變?nèi)萜魇莻€“電壓提升器”，因此希望液體電 介質(zhì)的阻抗能在滿足所需介電常數(shù)的前提下應(yīng)盡可能大，以提高功率變?nèi)萜鞯淖內(nèi)菪屎?減小電極離合的相鄰效應(yīng)。
液體電介質(zhì)材料可分為自然形成和人工合成兩類，有數(shù)百種之多，而且還不斷地 有新材料產(chǎn)生，實驗表明，多數(shù)液體電介質(zhì)材料都可用于功率變?nèi)萜?，但對于一個具體的功 率變?nèi)萜鲄s存在“最佳配方”。
氣體(包括混合氣體)電介質(zhì)也可以用于功率變?nèi)萜?，其顯著的優(yōu)點是可以使功 率變?nèi)萜鞯馁|(zhì)量更輕、運行功耗更小，但氣體電介質(zhì)因質(zhì)量小、密度低，傳導(dǎo)和儲存電場能 量的能力遠非與液體電介質(zhì)可比，另氣體電介質(zhì)對存儲容器的要求較高，因此氣體電介質(zhì) 只適用于有特殊需要的場合
再解決功率變?nèi)萜鞯哪蛪簡栴}——
實驗證明，當(dāng)功率變?nèi)萜鲀呻姌O間存在液體電介質(zhì)后，一般就能有幾伏至幾十伏 的耐壓，這意味著在電壓要求不高、功率要求不大的應(yīng)用場合，僅用一種液體電介質(zhì)也是可 行的，但單一液體電介質(zhì)的功率變?nèi)萜鞒舜嬖谀蛪旱?、功率小的不足外，同時還存在漏電 流大、受溫度影響大的缺點，難以獲得高效率、高穩(wěn)定、高功率的功率變?nèi)萜鳌?br> 為了獲得高效率、高穩(wěn)定、高功率且普適性好的功率變?nèi)萜?，必須提高耐壓值，?高功率變?nèi)萜鞯哪蛪壕哂幸韵乱饬x
1、根據(jù)公式W = CV2/2,電容器C上的能量W與其上的電壓V存在二次方關(guān)系，電壓提升一倍，能量提高四倍。
2、電場發(fā)電機是超能發(fā)電機，它的能量超出部分體現(xiàn)在提升“勢能”上，因此，提高 功率變?nèi)萜鞯哪蛪褐?，即意味著是在提高超能輸出功率?br> 3、我國交流電網(wǎng)的單相峰值電壓高于300V，如超能發(fā)電機需要切入交流電網(wǎng)，就 必須將功率變?nèi)萜鞯哪蛪禾岣叩?00V以上。
4、為了向“無碳經(jīng)濟”平穩(wěn)過渡，最終淘汰磁場發(fā)電系統(tǒng)，就要求功率變?nèi)萜鞯哪?壓至少達到200V以上。
5、高電壓有利于電能變換?，F(xiàn)今的電能變換技術(shù)雖已較成熟，但電能變換是有損 耗的，根據(jù)經(jīng)驗，電能變換的輸入電壓為200V時經(jīng)濟性較好。
6、提高功率變?nèi)萜鞯哪蛪褐?，有利于拓寬它的普適性。今后，超能發(fā)電機是以一 機一用、一機幾用，至多一個家庭，一個單位，乃至一座建筑共用一機的形式出現(xiàn)的，因此， 要求功率變?nèi)萜髂軌蚋鶕?jù)用電設(shè)備和用電場合的客觀需要，來設(shè)計它的輸出電壓和輸出功率。
目前，提高功率變?nèi)萜髂蛪旱挠行мk法，是在金屬電極表面生成一層絕緣層，形成 “絕緣電介質(zhì)”。絕緣電介質(zhì)在功率變?nèi)萜髦杏腥缦伦饔煤鸵饬x
1、傳遞電場電壓，將電荷“阻擋，，在電極上。
2、替代液體電介質(zhì)“儲存電場能量”的地位，減輕液體電介質(zhì)的“負擔(dān)”，從而降低 對液體電介質(zhì)的要求。
3、絕緣電介質(zhì)將使兩電極有正、負之分，帶有絕緣電介質(zhì)的電極為“正電極”，另一 電極為“負電極”，與電場發(fā)電機的直流發(fā)電機本質(zhì)相一致。
4、使當(dāng)正、負電極分離時，電荷能在兩電極上無阻抗(可忽略)遷移。
5、使能通過調(diào)整絕緣電解質(zhì)的厚度，獲得不同耐壓。
6、使能通過調(diào)整絕緣電解質(zhì)的厚度，獲得不同比容。
——總之，絕緣電介質(zhì)能夠使兩電極建立理想電場。
絕緣電介質(zhì)雖然可以在多種金屬上、用多種絕緣材料和多種方法獲得，但比較起 來，都不如在鋁金屬上通過“電解法”直接生成氧化膜(該方法習(xí)慣被稱為“賦能”)，即絕 緣電介質(zhì)的傳統(tǒng)方法來得好
1、地球的鋁金屬蘊藏豐富，能夠滿足人類普及超能發(fā)電機的需要。
2、鋁金屬易于回收，純鋁可用電解法直接制得，用超能制鋁適得其所，可大大降低 功率變?nèi)萜鞯脑靸r。
3、純鋁生成的絕緣電介質(zhì)的耐壓可高達600V以上，通過控制絕緣電介質(zhì)的厚度 可以獲得不同的耐壓值和不同的比容。
4、用于純鋁生成絕緣電介質(zhì)的電解液，可以直接當(dāng)功率變?nèi)萜饕后w電介質(zhì)使用， 因而對絕緣電介質(zhì)具有“修補”作用，可使破損的絕緣電介質(zhì)在運行中自愈。
5、鋁電極腐蝕后增大的表面積高達數(shù)十倍，其它金屬無法與之相比。
最后，解決功率變?nèi)萜鞯娜萘繂栴}——
按電容器公式，增大功率變?nèi)萜魅萘坑腥N途徑，即采用介電常數(shù)大的電介質(zhì)、增 大兩電極的面積和縮小兩電極的間距；然而，功率變?nèi)萜魇莻€“變?nèi)萜鳌保娜萘渴冀K處在 從零至滿容量、再從滿容量至零的反復(fù)變化之中，是時間的函數(shù)；再有，增大功率變?nèi)萜鞯?容量，即意味著是在提高功率變?nèi)萜鞯妮敵龉β?，因此，增大功率變?nèi)萜魅萘康姆椒ㄒ矐?yīng)包 含提高輸出功率的方法在內(nèi)。
功率變?nèi)萜髟鋈莺吞岣咻敵龉β实姆椒ㄈ缦?br> 1、壓槽/壓花——在鋁金屬電極的表面壓槽/壓花，以增大其表面積。
2、腐蝕——通過腐蝕工藝使鋁金屬表面凹凸不平，以增大其表面積。
3、分頻——“頻”定義為功率變?nèi)萜鬓D(zhuǎn)動一周、正、負電極離合一次為“1頻”；“分 頻”即是將正、負電極劃分為若干等份(可以是雙數(shù)，也可以是單數(shù)，但正電極不能為1 ；正、 負電極的分頻數(shù)可以對等，也可以不等)，使其具有一定的周期(離合)頻數(shù)。
將正、負電極的面積對應(yīng)均分為二，各去除一半，使正、負電極的周期頻數(shù)為1，稱 為“2分頻”；將正、負電極的面積對應(yīng)均分為四，兩兩相間去除其中的一半，另一半相聯(lián)，使 正、負電極的周期頻數(shù)為2，稱為“4分頻”；將正、負電極的面積對應(yīng)均分為八，兩兩相間去除 其中的一半，另一半相聯(lián)，使正、負電極的周期頻數(shù)為4，稱為“8分頻”；依此類推，將正、負電極的面積對應(yīng)均分成若干等份，兩兩相間去除其中的一半，另一半相聯(lián)，形成“多分頻”， 以增加正、負電極周期頻數(shù)。
由此可見，隨著分頻數(shù)的增大，正、負電極的周期頻數(shù)雖然也隨之增加，卻始終是 分頻數(shù)的二分之一，分頻是正、負電極的基本形式，不分頻則功率變?nèi)萜鞑荒芄ぷ鳌?br> 4、倍頻——將正、負電極的面積對應(yīng)均分為二，負電極去除一半，正電極的兩半分 別由各自的引出端子引出，使正、負電極的周期頻數(shù)為2，稱為“2分頻2倍頻”；將正、負電 極的面積對應(yīng)均分為四，負電極兩兩相間去除其中的一半(另一半相聯(lián))，正電極兩兩間隔 相聯(lián)，形成兩個正電極，并分別由各自的引出端子引出，使正、負電極的周期頻數(shù)為4，稱為 “4分頻2倍頻”；將正、負電極的面積對應(yīng)均分為八，負電極兩兩相間去除其中的一半(另一 半相聯(lián))，正電極兩兩間隔相聯(lián)，形成兩個正電極，并分別由各自的引出端子引出，使正、負 電極的周期頻數(shù)為8，稱為“8分頻2倍頻”；依此類推，將正、負電極的面積對應(yīng)均分成若干 (雙數(shù))等份，負電極兩兩相間去除其中的一半(另一半相聯(lián))，正電極兩兩間隔相聯(lián)，形成 兩個正電極，并分別由各自的引出端子引出，使正、負電極的周期頻數(shù)與分頻數(shù)相等。
顯然，倍頻的效率比分頻提高了一倍，這是由于“分頻”留下了一半可資利用的“空 間和時間”，但倍頻有兩組正電極，需要在“外電路”的支持下才能顯現(xiàn)效果；倍頻的兩組正 電極不能并聯(lián)，并聯(lián)后功率變?nèi)萜鲗⒉荒芄ぷ?，但兩組正電極可以串聯(lián)輸出或分路輸出，其 效果有如以下的“串頻”、“分頻分路”和“串頻分路”等。
5、串頻——將正、負電極的面積對應(yīng)均分為二，負電極去除其中的一半，兩個正電 極分別由各自的引出端子引出，被引出的兩個正電極通過二極管等電子開關(guān)串聯(lián)起來，形 成“2串頻”升壓電路；將正、負電極的面積對應(yīng)均分為三，負電極去除其中的三分之二，三 個正電極分別由各自的引出端子引出，被引出的三個正電極再通過二極管等電子開關(guān)順序 串聯(lián)起來，形成“3串頻”升壓電路。依此類推，可以做成“多串頻”升壓功率變?nèi)萜?，用以?寬功率變?nèi)萜鞯墓ぷ麟妷悍秶?，以期用最小的輸入功率換取最大的輸出功率。
“串頻”方法基于以下原理
(1)根據(jù)公式Q = CV,電容C上的電量Q是其上電壓V的函數(shù)，電容C與電壓V的 不同乘積均能產(chǎn)生同一電量Q ；
(2)電容C是面積A和介電常數(shù)ε的函數(shù)，可用式表示為C = εΑ，代入上式得Q= ε AV，該式表明當(dāng)面積A不變時，介電常數(shù)ε與電壓V的不同乘積均能產(chǎn)生同一電量 Q0
按照以上兩式，只需將所有參與“串頻”的正電極，逐級按低耐壓、大容量至高耐 壓、小容量進行配比，即可獲得將低輸入電壓提升為高輸出電壓，即用最小輸入功率換取最 大輸出功率的效果。
6、分頻分路——將正、負電極的面積對應(yīng)均分為二，負電極去除其中的一半，兩個 (耐壓和容量不同)正電極分別由各自的引出端子引出，形成2路輸出(稱為2分頻2分 路)；將正、負電極的面積對應(yīng)均分為三，負電極去除其中的三分之二，三個(耐壓和容量不 同)正電極分別由各自的引出端子引出，形成3路輸出(3分頻3分路)；將正、負電極的面 積對應(yīng)均分為四，負電極兩兩相間去除其中的一半，四個(耐壓和容量不同，但其中對應(yīng)的 兩個相同)正電極分別由各自的引出端子引出，其中兩個耐壓和容量相同的對應(yīng)正電極通 過外電路并聯(lián)，形成“4分頻3分路”輸出；依此類推，可以做成“多分頻多分路”輸出的功率6變?nèi)萜鳌?br> 7、串頻分路——將正、負電極的面積對應(yīng)均分為四，負電極兩兩相間去除其中的 一半(另一半相聯(lián))，四個(耐壓和容量不同)正電極分別由各自的引出端子引出，被引出 的四個正電極分為相鄰兩組，每組的兩個正電極分別通過二極管等電子開關(guān)串聯(lián)起來，形 成“2串頻2分路”升壓輸出電路；將正、負電極的面積對應(yīng)均分為六，負電極兩兩相間去除 其中的一半，六個(耐壓和容量不同)正電極分別由各自的引出端子引出，被引出的六個正 電極分為相鄰三組，每組的兩個正電極分別通過二極管等電子開關(guān)串聯(lián)起來，形成“2串頻 3分路”升壓輸出電路；依此類推，可以做成“多路串頻”輸出的功率變?nèi)萜鳌?br> 8、組合——將若干個幾何尺寸相同的正、負電極(負電極通常比正電極多一個) 疊加起來形成“組合”，使功率變?nèi)萜鞯娜萘繛槿舾蓚€正、負電極的容量之和。
9、混裝——將若干個耐壓和容量不同的“組合”，裝在同一個封裝里，形成由多個 組合組成的多路輸出功率變?nèi)萜鳌?br> 10、提速——提高功率變?nèi)萜鞯倪\行速度，以提高正、負電極的離合速率，從而提 高功率變?nèi)萜鞯妮敵龉β省?br> 功率變?nèi)萜鞯倪\行速度是允許改變的，這就是說，電場發(fā)電機的發(fā)電量是可以控 制的，通過隨機調(diào)整功率變?nèi)萜鞯倪\行速度，可使其與負載的時變耗電量相適應(yīng)。
從以上3至10所述增容和提高輸出功率的方法，不難看出，功率變?nèi)萜鞑粌H有“電 能發(fā)生器”的功用，并且還具有“電能變換器”的內(nèi)涵，它集兩者于一身，是一個“超能電源”。
經(jīng)驗和計算表明，當(dāng)功率變?nèi)萜鞯恼姌OQ00V)比容達到0.2yF/cm2以上時，就 能實現(xiàn)超能發(fā)電，而通過上述增容和提高輸出功率的方法，已完全能夠使O00V)正電極的 變?nèi)萘窟_到20 μ F/cm2s以上，IL容積功率變?nèi)萜骺商峁?00W以上電能，因此，電場發(fā)電機 還是個體積小、功率大的超能發(fā)電機。
至此，功率變?nèi)萜饕螂娊橘|(zhì)不同，已可有三種形式
1、單一液體電介質(zhì)功率變?nèi)萜?。該類功率變?nèi)萜鞯碾姌O沒有正、負之分(由于直 流電壓的電解作用，初次使用后，電極表面不免會產(chǎn)生些許的阻擋層，該阻擋層實質(zhì)上也屬 于絕緣電介質(zhì)，客觀上使兩電極也有了正、負之分)，應(yīng)采用高阻抗液體電介質(zhì)；電極可以 全浸/半浸在液體電介質(zhì)中；電極可以做成分頻/倍頻的形式，由于液體電介質(zhì)的耐壓低， 正電極不宜采用串頻輸出的形式；電極的離合方式有液體電介質(zhì)在兩電極中流動的“流 動離合”；一個電極固定(定電極)，一個電極轉(zhuǎn)動(動電極)的“轉(zhuǎn)動離合”。
2、單一絕緣電介質(zhì)功率變?nèi)萜?。本發(fā)明人曾經(jīng)有一個《水銀變?nèi)萜鳌穼＠@而易 見，該專利利用了水銀是液體金屬的特點。水銀變?nèi)萜鞯碾姌O有正、負之分，帶有絕緣電介 質(zhì)的電極是正電極，水銀為負電極；由于水銀是良導(dǎo)體，正電極只能半浸在水銀中；正電極 可以做成1分頻/2倍頻/串頻的形式；水銀變?nèi)萜鞯碾x合方式只適用(水銀)流動離合。 由于水銀是有毒稀有金屬，且侵蝕性大，因此水銀變?nèi)萜鞯钠者m性差；但由于水銀的壽命 長、穩(wěn)定性好、且與正電極不存在間距問題，因此水銀變?nèi)萜魅钥捎迷谟刑厥庑枰膱龊稀?br> 3、雙電介質(zhì)(液體電介質(zhì)和絕緣電介質(zhì))功率變?nèi)萜?br> 雙電介質(zhì)功率變?nèi)萜鞯碾姌O有正、負之分，帶有絕緣電介質(zhì)的電極是正電極，另一 電極為負電極，正、負電極可以全浸/半浸在液體電介質(zhì)中，由于絕緣電介質(zhì)的存在，液體 電介質(zhì)的阻抗允許取得較??；正、負電極適合做成分頻/倍頻/串頻等形式不限，并且適宜組合和混裝；正、負電極的離合方式可采取流動離合/轉(zhuǎn)動離合等。雙電介質(zhì)功率變?nèi)萜饕?具有極好的普適性，是功率變?nèi)萜鞯牡湫汀?br> 功率變?nèi)萜髡?、負電極的離合方式除流動離合/轉(zhuǎn)動離合外，還可以有平動離合、 擺動離合等，但此類變?nèi)莘绞接羞`反工程力學(xué)的“走捷徑”原則之嫌，故欠少普適性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供功率變?nèi)萜?br> 本發(fā)明的另一目的在于提供運行功耗小、耐壓高、容量大的功率變?nèi)萜鳎?br> 本發(fā)明的又一目的在于提供取材廣、好回收、易維護、壽命長、造價低的功率變?nèi)?器；
本發(fā)明的再一目的在于提供普適性好的功率變?nèi)萜鳎?br> 本發(fā)明的最終目的是為電能成為“獨立能源”創(chuàng)造條件。
功率變?nèi)萜饕螂娊橘|(zhì)不同、分頻方式不同、離合方式不同、形狀不同，以及輸入、輸 出方式不同等，可以有很多種形式，以下僅選取幾種具有代表性的形式，并結(jié)合附圖，對本 發(fā)明功率變?nèi)萜鞯臉?gòu)造、工作原理、技術(shù)特征等進行綜合描述。


圖1為2分頻正電極和負電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為4分頻正電極和負電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為8分頻正電極和負電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為4分頻2倍頻正電極和負電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為8分頻2倍頻正電極和負電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為3分頻3串頻正電極和負電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為4分頻3分路正電極和負電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為罐型功率變?nèi)萜鹘Y(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為槽型功率變?nèi)萜鹘Y(jié)構(gòu)示意圖。
圖10為半槽型功率變?nèi)萜鞯恼姌O和負電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11為半槽型功率變?nèi)萜鹘Y(jié)構(gòu)示意圖。
圖12為滾筒型功率變?nèi)萜鞯耐残?分頻正電極和負電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖13為筒形電極滾筒形功率變?nèi)萜鹘Y(jié)構(gòu)示意圖。
圖14為滾筒型功率變?nèi)萜鞯膱A片形2分頻正電極和負電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖15為圓片形電極滾筒型功率變?nèi)萜鹘Y(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參見圖1。
圖1為2分頻正電極和負電極的結(jié)構(gòu)示意圖，本圖包括㈧、⑶、(C)三幅圖，分別 為圓片形2分頻正電極和負電極的正視圖和側(cè)視圖，以及正、負電極重合圖。
參見圖1 (A)，如圖所示為2分頻正電極的正視圖和側(cè)視圖，圖中All為一半圓弧形 正電極，正電極的材料為鋁金屬，表面先經(jīng)壓槽/壓花和腐蝕前處理，再經(jīng)過賦能工絕緣電介質(zhì)；A12為絕緣環(huán)，絕緣環(huán)的材料為塑料，其作用一是固定正電極，二是使電極之 間保持一定間距；A13為“電極標(biāo)號”，電極標(biāo)號只有正電極有，負電極不標(biāo)號，電極標(biāo)號由 數(shù)字和字母組成，本圖的電極標(biāo)號為“2F1”，其中“2F”表示“2分頻”，尾數(shù)“1”在此表示只 有一種正電極；
參見圖1(B)，如圖所示為負電極的正視圖和側(cè)視圖，圖中Bll為一半圓弧形負電 極，負電極的材料為鋁金屬，表面需經(jīng)過壓槽/壓花和腐蝕工藝處理；B12為定位環(huán)，定位環(huán) 的材料與負電極相同，其作用一是聯(lián)接和固定負電極，二是使電極之間保持一定間距，三是 與轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接；B13為軸孔；
參見圖1(C)，如圖所示為正電極和負電極的重合圖，顯而易見，圖中負電極轉(zhuǎn)動一 周與正電極只離合一次，即周期頻數(shù)為1。
參見圖2。
圖2為4分頻正電極和負電極的結(jié)構(gòu)示意圖，本圖包括(A)、(B)、(C)三幅圖，分別 為圓片形4分頻正電極和負電極的正視圖和側(cè)視圖，以及正、負電極重合圖。
參見圖2(A)，如圖所示為4分頻正電極的正視圖和側(cè)視圖，圖中A21為兩個對稱 四分之一圓弧形正電極，本圖兩個正電極的標(biāo)號均為“4F1”，表示需用外電路將它們并聯(lián)起 來；A22為絕緣環(huán)；
參見圖2 (B)，如圖所示為4分頻負電極的正視圖和側(cè)視圖，圖中B21為兩個相聯(lián)結(jié) 的對稱四分之一圓弧形負電極；B22為定位環(huán)；B23為軸孔；
參見圖2(C)，如圖所示為正電極和負電極的重合圖，顯而易見，圖中負電極轉(zhuǎn)動一 周與正電極離合二次，周期頻數(shù)為2。
參見圖3。
圖3為8分頻正電極和負電極的結(jié)構(gòu)示意圖，本圖包括(A)、(B)、(C)三幅圖，分別 為圓片形8分頻正電極和負電極的正視圖和側(cè)視圖，以及正、負電極重合圖。
參見圖3 (A)，如圖所示為8分頻正電極的正視圖和側(cè)視圖，圖中A31為四個對稱八 分之一圓弧形正電極，本圖四個正電極的標(biāo)號均為“8F1”，表示須用外電路將它們?nèi)坎⒙?lián) 起來；A32為絕緣環(huán)；
參見圖3 (B)，如圖所示為8分頻負電極的正視圖和側(cè)視圖，圖中B31為四個相聯(lián)結(jié) 的對稱八分之一圓弧形負電極；B32為定位環(huán)；B33為軸孔；
參見圖3(C)，如圖所示為正電極和負電極的重合圖，顯而易見，圖中負電極轉(zhuǎn)動一 周與正電極的離合四次，周期頻數(shù)為4。
參見圖4。
圖4為4分頻2倍頻正電極和負電極的結(jié)構(gòu)示意圖，本圖包括(A)、(B)、(C)三幅 圖，分別為圓片形4分頻2倍頻正電極和負電極的正視圖和側(cè)視圖，以及正、負電極的重合 圖。
參見圖4(A)，如圖所示為4分頻2倍頻正電極的正視圖和側(cè)視圖，圖中A41為四個 對稱四分之一圓弧形正電極，本圖四個正電極的標(biāo)號順序為“4F2B1”、“4F2B2”、“4F2B1”、 “4F2B2”，標(biāo)號尾數(shù)出現(xiàn)“1”和“2”，表示有兩組正電極，須用外電路將標(biāo)號尾數(shù)相同的正電 極并聯(lián)起來，形成兩個正電極；A42為絕緣環(huán)；
參見圖4(B)，如圖所示為4分頻負電極的正視圖和側(cè)視圖，圖中B41為兩個相聯(lián)結(jié)的對稱四分之一圓弧形負電極；B42為定位環(huán)；B43為軸孔；
參見圖4(C)，如圖所示為正電極和負電極的重合圖，顯而易見，圖中負電極轉(zhuǎn)動一 周與兩個正電極共計離合四次，周期頻數(shù)為4。
參見圖5。
圖5為8分頻2倍頻正電極和負電極的結(jié)構(gòu)示意圖，本圖包括㈧、⑶、(C)三幅 圖，分別為圓片形8分頻2倍頻正電極和負電極的正視圖和側(cè)視圖，以及正、負電極的重合 圖。
參見圖5(A)，如圖所示為8分頻2倍頻正電極的正視圖和側(cè)視圖，圖中A51為 八個對稱八分之一圓弧形正電極，本圖八個正電極的標(biāo)號兩兩間隔分為兩組，標(biāo)號分別為 “8F2B1”和“8F2B2”共計八個，表示須用外電路將相同標(biāo)號的正電極并聯(lián)起來；A52為絕緣 環(huán)；
參見圖5 (B)，如圖所示為8分頻負電極的正視圖和側(cè)視圖，圖中B51為四個相聯(lián)結(jié) 的對稱八分之一圓弧形負電極；B52為定位環(huán)；B53為軸孔；
參見圖5(C)，如圖所示為正電極和負電極的重合圖，顯而易見，圖中負電極轉(zhuǎn)動一 周與兩組正電極共計離合八次，周期頻數(shù)為8。
參見圖6。
圖6為3分頻3串頻正電極和負電極的結(jié)構(gòu)示意圖，本圖包括(A)、(B)、(C)三幅 圖，分別為圓片形3分頻3串頻正電極和負電極的正視圖和側(cè)視圖，以及正、負電極的重合 圖。
參見圖6(A)，如圖所示為3分頻3串頻正電極的正視圖和側(cè)視圖，圖中A61為三 個三分之一圓弧形正電極，本圖三個正電極的標(biāo)號分別為“3C1”、“3C2”、“3C3”，實際應(yīng)用 時，須外接二極管等電子開關(guān)將三個正電極順序串聯(lián)；A52為絕緣環(huán)；
參見圖6 (B)，如圖所示為3分頻負電極的正視圖和側(cè)視圖，圖中B61為三分之一圓 弧形負電極；B62為定位環(huán)；B63為軸孔；
參見圖6(C)，如圖所示為正電極和負電極的重合圖，可以想見，圖中負電極轉(zhuǎn)動一 周，負電極與三個正電極各離合1次，但三個正電極是串聯(lián)關(guān)系，輸出只有一次，因此其周 期頻數(shù)為1。
參見圖7。
圖7為4分頻3分路正電極和負電極結(jié)構(gòu)示意圖。本圖包括㈧、⑶、(C)三幅 圖，分別為圓片形4分頻3分路正電極和負電極的正視圖和側(cè)視圖，以及正、負電極的重合 圖。
參見圖7(A)，如圖所示為4分頻3分路正電極的正視圖和側(cè)視圖，圖中A71為四個 四分之一圓弧形正電極，本圖四個正電極的標(biāo)號分別為“4F1”、“4F2”、“4F1”、“4F3”，實際 應(yīng)用時，須將兩個“4F1”并聯(lián)；A72為絕緣環(huán)；
參見圖7 (B)，如圖所示為4分頻負電極的正視圖和側(cè)視圖；圖中B71為兩個相聯(lián) 結(jié)的對稱四分之一圓弧形負電極；AM為定位環(huán)；A55為軸孔；
參見圖7(C)，如圖所示為正電極和負電極的重合圖，可以想見，圖中負電極轉(zhuǎn)動一 周與三個正電極各離合2次，由于輸出有三個，因此周期頻數(shù)為6。
參見圖8。
圖8為罐型功率變?nèi)萜鹘Y(jié)構(gòu)示意圖。圖中G81為罐體，罐體包括罐身和罐蓋，罐 體一般采用塑料等絕緣材料制作，如需采用金屬材料，則應(yīng)與負電極聯(lián)接、成為負電極的一 部分，但須與正電極及其引出端子等隔離；G82為圓片形正電極，圖中畫了三個；G83為正電 極的引出端子，三個圓片形正電極的電極標(biāo)號相同的圓弧形正電極并聯(lián)后，均由引出端子 在罐蓋上引出，引出端子的數(shù)量至多與圓片形正電極的分頻數(shù)相等(混裝則需另計)，圖中 只畫出了兩個，另電極標(biāo)號均需在罐蓋上引出端子旁標(biāo)出；G84為圓片形負電極，圖中畫了 四個，負電極比正電極多一個；G85為轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸與所有負電極相聯(lián)，是負電極的總引出端； G86為軸承；G87為液體電介質(zhì)，其“水線”在圓片形之上；
上述圖1至圖7所示的圓片形電極均適用于罐型功率變?nèi)萜?，并可組合/混裝；
罐型功率變?nèi)萜鞯膱A弧形正電極引出端子一律采取從罐蓋上引出的形式，以簡化 結(jié)構(gòu)和便于檢測、維修；
罐型功率變?nèi)萜鞯呢撾姌O均采取由轉(zhuǎn)軸引出的形式，且單軸伸向上，以簡化結(jié)構(gòu)、 防止液體電介質(zhì)泄漏和提高工作可靠性；
罐型功率變?nèi)萜鞯墓β?，因體積而異，可從十幾瓦、幾十瓦、幾百瓦、幾千瓦，一直 做到幾十千瓦；
罐型功率變?nèi)萜饕蚬β什煌?、電壓不同、分路不同，以及體積不同、應(yīng)用場合不同 等，可以設(shè)計成多個通用或?qū)Ｓ孟盗挟a(chǎn)品；
由罐型功率變?nèi)萜髟O(shè)計的超能電源適用于計算機、空調(diào)、電冰箱、洗衣機、電爐、電 動自行車、電瓶車、電動汽車等一切功率在幾十千瓦以下的電氣設(shè)備，以及作為家用發(fā)電和 供電設(shè)備；
由于罐型功率變?nèi)萜鞯碾姌O需要水平放置、且高度受限，因此其單臺功率不能做 的過大，但可多臺并用。
參見圖9。
圖9為槽型功率變?nèi)萜鹘Y(jié)構(gòu)示意圖。圖中C91為槽體，槽體可采用塑料、玻璃鋼、 陶瓷等絕緣材料制作，如采用金屬材料，則應(yīng)與負電極聯(lián)接、成為負電極的一部分，但須與 正電極及其引出端子等隔離；C92為下轉(zhuǎn)軸，C93為軸承，下轉(zhuǎn)軸與負電極相聯(lián)，全部置于槽 內(nèi)，并浸在液體電介質(zhì)中C94為上轉(zhuǎn)軸，C95為軸承，上轉(zhuǎn)軸放在槽體上端，與槽體呈雙軸 伸結(jié)構(gòu)，不接觸液體電介質(zhì)C96為金屬鏈條，其作用一是作為上、下軸的傳動鏈，二是保持 上、下軸導(dǎo)電C97為負電極，圖中共畫出了十個圓片形負電極，分為兩組，兩組負電極都與 下轉(zhuǎn)軸相聯(lián)；C98為正電極，圖中共有八個圓片形正電極，分為兩組，與兩組負電極形成“混 裝”功率變?nèi)萜鰿99為正電極的引出端子，圓片形正電極的分頻圓弧形正電極按電極標(biāo)號 并聯(lián)后，均通過引出端子(不接觸液體電介質(zhì))在槽體上端引出，引出端子的數(shù)量應(yīng)與電極 標(biāo)號的種數(shù)相符，圖中只畫了四個示意，另電極標(biāo)號均需在引出端子旁標(biāo)出；C910為液體 電介質(zhì)，水線在電極的上端；
上述圖1至圖7所示的正電極和負電極均適用于槽型功率變?nèi)萜鳎⒖伞敖M合”或 “混裝”；
槽型功率變?nèi)萜鞯呢撾姌O之所以采取由金屬鏈條和上轉(zhuǎn)軸(雙軸伸)引出的形 式，是為了避免在槽體上開孔，因為液體電介質(zhì)泄漏不但難以修理，修理時還需要“停機”， 此類事對于“發(fā)電機”來說最好不發(fā)生。11
槽型功率變?nèi)萜鞯恼姌O引出端子一律采取從槽體上端引出的形式，是為了便于 檢測和維修；
槽型功率變?nèi)萜鞯墓β士梢宰龅暮艽?，占?m2的單臺槽型功率變?nèi)萜鞯墓β士?達到IOOkW以上，因此，用槽型功率變?nèi)萜髟O(shè)計的超能發(fā)電機適合用在建筑物、公共設(shè)施等 需要集中供電的場合。
槽型功率變?nèi)萜鞯墓β孰m大，但其上、下轉(zhuǎn)軸通過鏈條傳動和導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)，終究是 “薄弱環(huán)節(jié)”，需要特別處理。
參見圖10。
圖10為半槽型功率變?nèi)萜鞯?分頻正電極和負電極的結(jié)構(gòu)示意圖。本圖包括(A)、 (B)、(C)三幅圖，分別為圓片形2分頻正電極和負電極的正視圖和側(cè)視圖，以及正、負電極重合圖。
參見圖10(A)，如圖所示為半槽型功率變?nèi)萜鞯?分頻正電極的正視圖和側(cè)視圖， 圖中AlOl為一半圓弧形正電極，A102為半圓弧形絕緣環(huán)；
參見圖10(B)，如圖所示為半槽型功率變?nèi)萜髫撾姌O的正視圖和側(cè)視圖，圖中 BlOl為一半圓弧形負電極，B102為定位環(huán)，B103為軸孔；
參見圖10(C)，如圖所示為正電極和負電極的重合圖，圖中負電極轉(zhuǎn)動一周與正電 極離合一次，周期頻數(shù)為1。
本圖的2分頻正電極和負電極與上述圖1的2分頻正電極和負電極相比有以下差 別本圖的正電極比圖1的正電極弧度小，絕緣環(huán)為半圓弧形，離軸孔的距離遠；本圖的負 電極比圖1的負電極弧度小和離軸孔的距離遠。
參見圖11。
圖11為半槽型功率變?nèi)萜鞯慕Y(jié)構(gòu)示意圖。圖中BClll為槽體，BC112為轉(zhuǎn)軸，BC113 為軸承，BC114為負電極，BC115為正電極，BC116為正電極引出端子，BC117為液體電介質(zhì)；
與圖10的槽型功率變?nèi)萜飨啾?，半槽型功率變?nèi)萜鞯膮^(qū)別在于1、液體電介質(zhì)的 水線在轉(zhuǎn)軸和軸承的下方，可有效防止液體電介質(zhì)泄漏；2、半槽型功率變?nèi)萜髦挥幸粋€轉(zhuǎn) 軸，去掉了上轉(zhuǎn)軸和鏈條等，不但簡化了結(jié)構(gòu)，可靠性也大為提高；3、正電極為半圓弧形，比 槽型功率變?nèi)萜鞯恼姌O面積少一半，因此功率也相應(yīng)減小；4、半槽型功率變?nèi)萜鞯霓D(zhuǎn)動 阻力比槽型功率變?nèi)萜餍。型ㄟ^“提速”獲取功率的余地；5、半槽型功率變?nèi)萜饕部梢圆?取上述圖1至圖7所示的正電極和負電極的結(jié)構(gòu)，但正電極和負電極的面積、弧度，以及與 軸孔的距離等均應(yīng)與圖10的結(jié)構(gòu)相似，遵守防止液體電介質(zhì)泄漏的原則；6、半槽型功率變 容器結(jié)構(gòu)簡明，工作可靠，便于維護和檢修；7、為了減小運行阻力和改善輸出波形，可將一 組負電極旋轉(zhuǎn)180°，形成兩組負電極與正電極交替離合的形式；8、多臺半槽型功率變?nèi)?器協(xié)同工作，通過調(diào)整負電極的角度，可獲得較為理想的直流輸出波形；
半槽型功率變?nèi)萜鞯墓β士梢宰龅暮艽?，適合用來設(shè)計集中供電式超能發(fā)電機。
參見圖12。
圖12為滾筒型功率變?nèi)萜鞯耐残?分頻正電極和負電極結(jié)構(gòu)示意圖。本圖包括 (A)、(B)、(C)三幅圖，分別為筒形2分頻正電極和負電極的展開圖和成型側(cè)視圖，以及正、 負電極重合側(cè)視圖。
參見圖12(A)，如圖所示為筒形2分頻正電極的展開圖和成型側(cè)視圖，圖中A121為筒形2分頻正電極的展開圖，A122為兩個正電極，電極標(biāo)號分別為2F1、2F2，A123為兩個絕 緣帶，A124為筒形2分頻正電極的成型側(cè)視參見圖12(B)，如圖所示為筒形負電極的展開圖和成型側(cè)視圖，圖中B121為筒形 負電極的展開圖，B122為負電極，B123為筒形負電極的成型側(cè)視參見圖12(C)，如圖所示為筒形2分頻正電極和負電極的重合側(cè)視圖，圖中多畫了 一個負電極，兩負電極圍繞正電極，并與正電極之間留有(可供液體電介質(zhì)流動的)間隙。
參見圖13。
圖13為筒形電極滾筒型功率變?nèi)萜鹘Y(jié)構(gòu)示意圖。圖中GT131為筒體，筒體的材料 為塑料等絕緣材料，GT132為(三個)筒形負電極，GT133為右半軸兼筒形負電極的并聯(lián)引 出端，GT134為(兩個)2分頻筒形正電極，GT135為兩個筒形正電極同電極標(biāo)號的并聯(lián)引出 端子，該引出端子在筒體一側(cè)體現(xiàn)為一導(dǎo)電圓環(huán)，GT136為左半軸，并兼兩個筒形正電極另 一同電極標(biāo)號的并聯(lián)引出端，GT137為液體電介質(zhì)，液體電介質(zhì)的水線在筒體軸線的下方；
筒形電極滾筒型功率變?nèi)萜鞯耐怀鎏攸c是——正、負電極相對不動，而是靠筒體 轉(zhuǎn)動，使液體電介質(zhì)在正、負電極之間因重力而自然流動，形成了 “流動離合”的變?nèi)菪问剑?由此就派生出了以下一些特點1、筒形正電極最好采取2分頻結(jié)構(gòu)，如筒形正電極分頻過 多，則會造成許多引出端子隨筒體滾動的復(fù)雜局面；2、筒體上無軸承，避開了液體電介質(zhì)泄 漏的難題；3、筒體的滾動速度不能太高，以液體電介質(zhì)的流動速度為限；4、液體電介質(zhì)的 阻抗可選的較低；5、筒體是個“密封容器”，成型后難以維修，可能有“一次性”使用之虞；
筒形電極滾筒型功率變?nèi)萜鳂?gòu)造簡單，用材少、造價低、工作可靠，因受限于電極 的成形難度、電極的增加空間、轉(zhuǎn)速的調(diào)整度等因素，筒形電極滾筒型功率變?nèi)萜鞯膯闻_功 率不容易做大，但仍可以設(shè)計成為家庭、建筑物和公共設(shè)施的常備超能發(fā)電機。
參見圖14。
圖14為滾筒型功率變?nèi)萜鞯膱A片形2分頻正電極和負電極的結(jié)構(gòu)示意圖。本圖 包括(A)、(B)、(C)三幅圖，分別為圓片形2分頻正電極和負電極的正視圖和側(cè)視圖，以及 正、負電極重合圖。
參見圖14(A)，如圖所示為圓片形2分頻正電極的正視圖和側(cè)視圖，圖中A141為兩 個半圓形正電極，電極標(biāo)號分別為2F1、2F2，A142為絕緣環(huán)；
參見圖14(B)，如圖所示為圓片形負電極的正視圖和側(cè)視圖，圖中B141為一圓片 形負電極，B142為定位環(huán)，B143為軸孔；
參見圖14(C)，如圖所示為正電極和負電極的重合圖，圖中正、負電極的位置相對固定。
參見圖15。
圖15為圓片形電極滾筒型功率變?nèi)萜鞯慕Y(jié)構(gòu)示意圖。圖中GP151為筒體，筒體的 材料為塑料等絕緣材料，GP152為上下兩組、每組各五個半圓形正電極，GP153為上邊五個 電極標(biāo)號相同的正電極并聯(lián)引出端子，該引出端子如圖在筒體上體現(xiàn)為一導(dǎo)電圓環(huán)，GP154 為下邊五個電極標(biāo)號相同的正電極并聯(lián)引出端子，該引出端子如圖在筒體上體現(xiàn)為另一導(dǎo) 電圓環(huán)，GP155為六個圓片形負電極，GP156為軸，負電極與軸相聯(lián)并由軸引出，GP157為液 體電介質(zhì)，液體電介質(zhì)的水線在軸的下方；
圓片形電極滾筒型功率變?nèi)萜鞯奶攸c，與上述筒形電極滾筒型功率變?nèi)萜骰鞠嗤?，所不同的是，前者的電極成形難度、電極增加空間、轉(zhuǎn)速調(diào)整度等的矛盾沒有后者大，因 此，圓片形電極滾筒型功率變?nèi)萜鞯膯闻_功率可以做的較大，適合設(shè)計成為家庭、建筑物和 公共設(shè)施的常備超能發(fā)電機。
權(quán)利要求
1.功率變?nèi)萜?，包括帶有絕緣電介質(zhì)的正電極，負電極，液體電介質(zhì)；所述正電極和負 電極為圓片形、筒形；所述正電極和負電極平行且有間隙；所述正電極和負電極為分頻/倍 頻/串頻/分頻分路/串頻分路；所述功率變?nèi)萜鞯恼姌O和負電極為組合/混裝；所述 功率變?nèi)萜鬟€包括轉(zhuǎn)軸、軸承；所述功率變?nèi)萜鳛楣扌?槽型/半槽型/筒形電極滾筒型/ 圓片形電極滾筒型；所述功率變?nèi)萜鞯淖內(nèi)莘绞綖檗D(zhuǎn)動離合/流動離合；
2.如權(quán)利要求1所述正電極和負電極經(jīng)過壓槽/壓花和腐蝕前處理；
3.如權(quán)利要求1所述正電極帶有電極標(biāo)號并通過各自的引出端子引出；
4.如權(quán)利要求1所述負電極與轉(zhuǎn)軸相聯(lián)為負電極引出端；
5.如權(quán)利要求1所述筒形電極滾筒型和圓片形電極滾筒型功率變?nèi)萜鳠o軸承；
6.如權(quán)利要求1所述液體電介質(zhì)為氣體電介質(zhì)；
7.如權(quán)利要求1所述功率變?nèi)萜鞯淖內(nèi)莘绞綖槠絼与x合/擺動離合。
全文摘要
功率變?nèi)萜鳌馨l(fā)電機的核心器件。包括帶有絕緣電介質(zhì)的正電極，負電極，液體電介質(zhì)；所述正電極和負電極平行且有間隙；所述正電極和負電極為分頻/倍頻/串頻/分頻分路/串頻分路/組合/混裝；所述功率變?nèi)萜鳛楣扌?槽型/半槽型/滾筒型；所述功率變?nèi)萜鞯淖內(nèi)莘绞綖檗D(zhuǎn)動離合/流動離合。
文檔編號H02N3/00GK102035433SQ201010582239
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
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