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sábado, 3 de enero de 2015

GENERADORES ELECTROSTÁTICOS

Generadores electrostáticos

No son en absoluto a diferencia de los sistemas aéreos en que se necesita una conversión a corriente ordinaria generadores electrostáticos. El dispositivo suizo diseñado por Paul Baumann (capítulo 13), que tiene kilovatios de potencia de salida eléctrica convencional y que es autoalimentado demuestra que los sistemas muy útiles pueden utilizar carga electrostática. El diseño de Paul está construido alrededor de una máquina de Wimshurst que es auto-rotatorio debido a las tiras inclinadas de recogida de carga que forman un motor electrostático, así como la recogida de la carga que se transmite al resto del circuito.

Un buen número de generadores electrostáticos han sido diseñados y utilizados. Por lo general, utilizan un motor pequeño, de bajo poder de alterar repetidamente la capacitancia entre una serie de placas de metal y así, crear flujo de corriente alterna. Algunos de estos diseños son realmente inteligente en la forma en que operan. Por ejemplo, la siguiente patente de Charles Goldie tiene una fuente de tensión de entrada que es generada por el propio dispositivo y la tensión usada puede ser ajustado por el usuario, mientras que el dispositivo proporciona dos salidas de CC separados en serie, que se pueden utilizar como una sola voltaje más alto si lo desea.

La patente Le May se muestra a continuación tiene técnicas útiles que elevan la potencia de salida de más de cinco veces más de lo que habría sido sin el uso de esas técnicas. La impresión general de los generadores electrostáticos es que son engorrosas y generalmente ineficaces. Eso puede ser el caso de algunos de ellos, pero ciertamente no es el caso para todos ellos. Por ejemplo, el diseño del generador electrostático de William Hyde, que se muestra en el capítulo 11, tiene un COP = 10 rendimiento en la producción eléctrica es diez veces mayor que la potencia mecánica necesaria para que pueda operar, y me han dicho que la salida del generador puede ser de 10 kilovatios, que es una de salida más respetable.

Un diseño particularmente inteligente proviene de Onezime Breaux (US 4127804), donde se genera una carga de alto voltaje brevemente, y luego esa misma carga se transportó hacia atrás y adelante a través de la carga de salida, sin que la carga siempre está 'agotado' (por decirlo en términos simples). Como ningún sistema es 100% perfecto, cada diez minutos más o menos, la carga de alto voltaje se refuerza muy brevemente. Un sistema de ese tipo tiene que ser capaz de ser un generador de auto-sostenido. En un prototipo mínimo que no estaba perfectamente construido por cualquier medio, la potencia necesaria para hacer girar el rotor fue de 0,8 vatios, mientras que la salida eléctrica fue de 20 vatios. Esto muestra claramente, que los generadores electrostáticos pueden ser seriamente útil, sobre todo si se construye en los tamaños más grandes.



El Charles Goldie Generador electrostático



Patente de Estados Unidos 3.013.201 12 de diciembre 1961 Inventor: Charles H. Goldie

Capacitancia variable Autoexcitado Generador electrostático



Esta invención se refiere a los generadores electrostáticos en la que el mecanismo de transferencia de carga hace uso de efectos capacitivos entre los cuerpos y electrodos cargados sobre el que cargo es para ser inducida y, en particular, a la excitación auto de dichos generadores.

La invención se puede entender mejor a partir de la siguiente descripción detallada, haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que:



La figura 1 es un diagrama que ilustra una forma de un generador electrostático de capacitancia variable;


La figura 2 es otro diagrama que ilustra además la disposición de la figura 1;


La figura 3 es un diagrama que ilustra una modificación del aparato de la figura 1 y que incorpora la invención; y


La figura 4 es un diagrama que ilustra una porción del aparato de la Fig.3.


En cuanto a los dibujos con más detalle, la figura 1 muestra un rotor 1 y un estator 2. El rotor 1 tiene una carga positiva en él. Una fuente de alimentación 3 mantiene la carga en el rotor 1.



En la figura 2 se puede observar que el estator 2 está conectado a tierra por una trayectoria resistiva 4 que está conectado en paralelo con al menos un rectificador 5, de manera que la corriente sólo puede fluir en una dirección entre el estator 2 y tierra.



En el dispositivo mostrado en la figura 3 y la figura 4, el rotor sirve como un enlace capacitivo entre un electrodo de carga estacionaria y un estator. Un rotor 11 pasa periódicamente cerca de un estator 12. Sin embargo, en lugar de llevar su propia carga como en el dispositivo mostrado en la figura 1 y la figura 2, la carga de inducción necesaria en el rotor 11 está a su vez induce en el rotor 11 por el electrodo de carga 13. Así que, cuando un extremo del rotor 11 se encuentra cerca del elemento de estator 12, y el extremo opuesto del rotor 11 está cerca del electrodo de carga 13, una carga negativa es inducida en la parte de rotor 11 que está cerca del electrodo de carga 13 con el resultado de que la carga positiva aparece en el extremo opuesto del rotor 11 desde el rotor 11 debe ser en sí mismo eléctricamente neutro.

La invención se describirá ahora con referencia al aparato mostrado en la figura 3 y la figura 4, pero será claro a partir de los comentarios anteriores, que la invención igualmente bien podría ser utilizado con un dispositivo del tipo mostrado en la figura 1 y Fig.2. La principal ventaja del dispositivo mostrado en la figura 3 y la figura 4 es el hecho de que se elimina la necesidad de un cepillo en el rotor para suministrar con carga, como la carga sobre el rotor es inducida capacitivamente.

Haciendo referencia de nuevo brevemente a la figura 1 y la figura 2, se recordará que la invención se refiere a la construcción de un generador autoexcitado sin energía externa distinta de la potencia en el eje suministrado. Es decir, el objetivo es un generador completamente auto-carga. Haciendo referencia a la figura 1 y la figura 2, se verá que la retroalimentación directa de la salida a la placa de inducción se descarta por la polaridad cambiar inherente a este tipo de máquina. La dificultad se evita por la unidad de dos secciones se muestra en la Fig.3 y Fig.4. Aquí, una fracción de la tensión de salida de cada sección se alimenta a la placa de inducción de la otra.


La acción del circuito se entiende mejor consultando primero en sólo la sección inferior. Rotor 11 es un aislado eléctricamente del rotor, en forma de abanico plana montada en un eje de aislante 14 que es accionado por un motor adecuado 15. Como rotor 11 gira, cubre periódicamente estator 2 y el electrodo de carga 13, ambos de los cuales se aisló y sector en forma de. Electrodo de carga 13 se mantiene a una tensión de CC positiva con respecto a tierra. Como rotor 11 gira a una posición en la que cubre tanto el electrodo de carga 13 y el estator 12, la capacitancia entre el electrodo de carga 13 y el estator 12 aumenta y la carga negativa es inducida desde el suelo a través del diodo 16 y al estator 12. Como se rotor 11 gira lejos de estator 12 y el electrodo 13, los descensos acoplamiento capacitivo y el voltaje del estator en 12 aumentos, negativo con respecto a tierra la carga. Diodo 16 bloquea cualquier flujo de carga negativa del estator 12 y como el potencial negativo de estator 12 se eleva, la corriente fluye a través de un segundo diodo 17 a la carga 18. Una fracción "V2" de esta tensión de carga negativa se aplica al electrodo de carga o placa de inducción 13 'de la segunda o sección superior por medio de la resistencia variable 19. la acción de carga de esta segunda sección es idéntica a la de la primera sección a excepción de polaridad invertida, y la salida de la segunda sección está correspondientemente realimenta a placa de inducción 13 de la primera sección a través de una segunda resistencia variable 20. las resistencias variables 19 y 20, controlar la tensión de salida y la potencia mediante el ajuste de las proporciones de retroalimentación.

El circuito es regenerativa y por lo que es necesario suministrar una pequeña tensión de referencia para empezar en la dirección correcta. El uso de materiales de estator y rotor con potenciales de contacto adecuados es una solución. Otra solución es utilizar una pequeña batería 21 en una línea de inducción. Los dispositivos limitadores de tensión adecuados 22 se añadirían sea a través de la placa de inducción 13, oa través de la carga 18 para evitar la excesiva acumulación de voltaje.

Una serie de características en este circuito son de interés. Los anillos colectores y escobillas habituales son eliminados por el uso de estator 12 y el electrodo 13 de carga y un rotor aislado 11 en lugar de un único estator 2 y un rotor 1 se mantiene a potencial de inducción constante como se muestra en la Fig.1 y Fig.2.

A pesar del hecho de que la segunda sección fue añadido para el propósito de auto-excitación, se añaden las dos tensiones de salida juntos a través de la carga 18, 18 '. La disposición mostrada en la figura 3 es simplemente para la explicación del principio de auto-excitación. La planta se muestra, por ejemplo, no se requiere y para tensiones más altas, las unidades pueden ser en cascada con un eje de accionamiento común aislante 14. Para una salida de tensión total dado, el número de conjuntos de rotor / estator es el mismo para esta auto-carga generador como para un generador de carga que requieren suministros auxiliares.

Dos polos se muestran por la simplicidad. En una máquina real un número mayor sería más práctico. El sistema se aplica igualmente bien a otras disposiciones geométricas, tales como el diseño del tambor concéntrico o segmentado mencionado en la solicitud de patente US 829.823.




El Le May Generador electrostático

Patente de Estados Unidos 3.094.653 18 de junio 1963 Inventores: DB Le May et al.

Generador electrostático

La presente invención se refiere a una máquina de conversión de energía del tipo en el que un capacitor variable está impulsado cíclicamente mientras se cargan y descargan en sincronismo con las variaciones cíclicas en la capacitancia.

Hay varios tipos diferentes de máquinas electrostáticas que, por ejemplo, la función para generar energía eléctrica a partir de energía cinética o energía cinética a partir de energía eléctrica. Una amplia clasificación para estas máquinas se basa en si el aparato conductor o no conductor se utiliza para transportar carga eléctrica en el sistema. La presente invención se refiere a la clase de máquinas en las que la carga eléctrica se transporta a través del aparato conductor. Más específicamente, la presente invención se refiere a sistemas electrostáticos en la que una forma de condensador variable está accionado mecánicamente para proporcionar una capacitancia cíclicamente variables en el que se carga durante los intervalos de alta capacitancia y se descarga a intervalos de baja capacitancia, para proporcionar energía eléctrica.

En los generadores electrostáticos-capacitores variables generales, propuestas previamente (a veces llamados generadores de inducción electrostática) han sido capaces de eficiencias muy altas y podrían ser incorporados en un aparato relativamente ligero. Estas consideraciones resultan principalmente del hecho de que los campos electrostáticos pueden mantenerse en el aire, vacío, u otro medio muy ligero, mientras que los campos electromagnéticos requieren el uso de material ferroso pesado. Además, los campos electrostáticos son causadas por las cargas realizadas en las superficies, en lugar de por las corrientes en los conductores, por lo que pueden evitarse los requisitos relativamente pesados de cobre de máquinas electromagnéticas. Se ha encontrado que las máquinas electrostáticas que operan en el vacío, no tienen la pérdida de hierro, cobre o pérdida huelgo pérdida de máquinas electromagnéticas, logrando así su eficiencia extremadamente alta.

Sin embargo, otras consideraciones han impedido que estas máquinas entren en uso generalizado. Específicamente, las máquinas electrostáticas anteriores de esta clase normalmente han sido de gran tamaño en relación con su capacidad de potencia. Por otra parte, el uso práctico de las máquinas anteriores normalmente se requiere un funcionamiento extremadamente alta tensión. Ambos de estos inconvenientes son el resultado de la naturaleza del campo electrostático, es requisito de altos gradientes de potencial para intensidades de campo comparables a los campos electromagnéticos, y las limitaciones en gradientes de potencial impuestas por la descomposición del medio dieléctrico. Por lo tanto, considerable equipos de aislamiento y seguridad ha sido necesaria en los sistemas electrostáticos anteriores, y el funcionamiento a tensiones moderadas no ha sido práctico. Aún más, ciertas formas de generadores de inducción electrostática han requerido sistemas de conmutación más complejos para cargar y descargar los condensadores; estos sistemas no han sido comercialmente viable.

En general, la presente invención comprende un sistema de inducción electrostática eficiente, capaz de un funcionamiento económico que puede ser incorporado en una unidad que es de tamaño pequeño con relación a la capacidad de potencia. El sistema incluye dos conjuntos de miembros de tipo varilla, un conjunto de las cuales se hace girar con respecto al otro, de modo que algunas de las varillas relativamente móviles proporcionan una capacitancia variable. Las otras barras en la estructura se utilizan para dar forma al campo electrostático de una manera que produce una mayor diferencia entre la capacitancia mínimo y máximo del aparato, resultando en una mayor capacidad de conversión de potencia para el tamaño de la unidad. La estructura de capacitancia variable está conectada a un sistema eléctrico que carga y descarga la capacitancia de una manera cíclica-variable. Elementos reactivos se acoplan al sistema para causar cambios de fase de tensión en el sistema con respecto a la capacidad variable, para aumentar la carga aplicada a, y toman de, la estructura de la capacitancia durante el ciclo de funcionamiento, lo que aumenta aún más las capacidades de conversión de energía de el sistema.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de inducción electrostática mejorada.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un generador de inducción electrostática o motor que tiene una capacidad de conversión de energía más alto en relación a su tamaño físico.

Todavía otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de conversión de energía electrostática que puede realizarse económicamente en un aparato de tamaño relativamente pequeño.

Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un motor de inducción electrostática o de un generador en el cual la energía se convierte más eficazmente a otra forma mediante la mejora de la forma de los campos electrostáticos en el sistema.

Todavía un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un generador de inducción electrostática o el motor en el que la energía se transforma efectivamente a otra forma por la disposición de elementos reactivos para sintonizar los elementos capacitivos que son inherentes en el sistema.

Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un sistema mejorado para convertir eficientemente la energía de una forma a otra, en el que un campo electrostático se utiliza para inter-par las diferentes formas de energía.

Estos y otros objetos de la presente invención se harán evidentes a partir de una consideración de la siguiente, tomada en conjunción con los dibujos, en donde:



La figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra el funcionamiento básico de un sistema preliminar a la que puede aplicarse la presente invención;



La figura 2 es una perspectiva y representación esquemática de una forma de condensador variable que puede ser incorporado en un aparato de la presente invención;



La figura 3 es una vista en perspectiva de otra forma de condensador variable que puede ser incorporado en un aparato de la presente invención;



La figura 4a, 4b y 4c son representaciones esquemáticas que ilustran un aspecto de la operación de un sistema que incorpora la presente invención;


La figura 5 es un diagrama de circuito que incorpora una forma de la presente invención;


La figura 6 es un conjunto de gráficos que ilustran el funcionamiento del sistema mostrado en la figura 5.


La figura 7 es un diagrama de circuito de otro sistema que incorpora la presente invención;

La figura 8 es una serie de curvas que ilustran la eficacia de los sistemas construidos de acuerdo con la presente invención;


La figura 9 es una vista en sección vertical y representación esquemática de un aparato construido de acuerdo con la presente invención;

Fig.10 es una vista en sección vertical a lo largo de la línea 10 --- 10 de la figura 9;

La figura 11 es una vista en sección vertical a lo largo de la línea 11 --- 11 de la figura 9;

La figura 12 es una vista en sección horizontal a lo largo de la línea 12 --- 12 de la Fig.9.


Haciendo referencia inicialmente a la figura 1, se muestra una forma preliminar de un generador de inducción electrostática. Un condensador variable 20 está conectado en un bucle en serie con una batería (o de otra fuente de tensión) 22 y un diodo 24. Un circuito en serie que incluye un diodo 26 y una resistencia 28 se conecta entonces a través del diodo 24. Los diodos 24 y 26 están conectados de una manera que permite el flujo de corriente en direcciones opuestas a través del condensador variable de la batería 22. 20 es accionado por un motor para proporcionar una capacitancia variable cíclicamente, con el resultado de que la energía mecánica utilizada para conducir el condensador 20 se convierte en energía eléctrica suministrada a la resistencia de carga 28.

Teniendo en cuenta el funcionamiento del sistema de la figura 1 en detalle, el condensador 20 es impulsado a variar entre los niveles máximos y mínimos de la capacitancia. A un nivel máximo de capacitancia, el condensador 20 se carga a un nivel de carga de "Q" por la batería 22 a través del diodo 4. El voltaje a través del condensador 20 a continuación, es igual a Q / C, donde C es la capacitancia del condensador 20. Por supuesto, este voltaje coincide sustancialmente con el voltaje de la batería 22 menos la caída de voltaje a través del diodo 24.

Como la capacitancia C del condensador 20 disminuye hacia su valor mínimo, la carga Q permanece constante; Por lo tanto, el voltaje a través del condensador aumenta para dar cabida a la disminución de la capacitancia como V = Q / C. El aumento de la tensión en el condensador 20 produce una corriente a través de la batería 22, la resistencia de carga 28 y el diodo 26. Esta corriente tiende a recargar la batería 22, así como el suministro de energía a la resistencia de carga 28.

De esta manera, la energía mecánica utiliza para conducir el condensador 20 en función del ciclo, se manifiesta en la forma de energía eléctrica que pasa a la resistencia de carga 28. Por lo tanto, en general, esta operación básica del generador electrostático es similar a un generador electromagnético, excepto que el campo que acopla la energía de entrada mecánica a la energía eléctrica de salida es electrostática en lugar de electromagnético.

Una amplia variedad de estructuras se puede utilizar como condensador variable en un generador electrostático. Sin embargo, en la estructura seleccionada, normalmente es deseable reducir la proporción de los gradientes máximos de tensión de campo a los gradientes promedio mediante el uso de elementos de condensador redondeadas, por ejemplo, tubos o barras, en lugar de placas del condensador con esquinas afiladas. Dos estructuras de condensadores variables utilizando estas barras conductoras se muestran en la figura 2 y la figura 3 y ahora se consideran en detalle.


La estructura de la figura 2 es una configuración de condensador variable radial-bar donde las filas de barras que se extienden radialmente se montan a ser relativamente móvil y así proporcionar una capacitancia variable entre las filas. Específicamente, una primera fila de barras 30 está montado en un eje 32 que se realiza en un eje fijo 34. De manera similar, otra fila de barras que se extienden radialmente 36 está soportado en un eje 38 que está montado sobre eje fijo 40, que recibe telescópicamente un eje concéntrico 42 que está acoplado al motor 44 y que lleva concentrador 46 el apoyo a la fila de barras 48 que está posicionada entre las filas 30 y 36. las barras en cada una de las filas 30, 36 y 48 pueden estar interconectados eléctricamente por un conductor apoyado en los respectivos centros. Sin embargo, como los cubos individuales 32, 38 y 46 están formados de material aislante, las filas separadas no están interconectadas eléctricamente. Por lo tanto, existe una capacitancia variable entre las filas individuales 30, 36 y 48. Esta capacitancia es algo similar a una estructura de placa capacitiva giratorio común, sin embargo, a fin de reducir los gradientes de tensión de campo pico entre las filas, las barras o elementos capacitivos son redondeado para evitar esquinas agudas.

En un momento cuando la fila de barras 48 está en alineación angular con las barras en las filas 30 y 36, las barras son más cercano y hay máxima capacitancia. Como la fila 48 gira en que alcanza una posición de menos de alineación de las barras en las filas 30 y 36 (como se muestra en el dibujo) y allí, la capacitancia entre las filas está en un mínimo. Por tanto, como motor 44 hace girar las barras en la fila 48, se proporciona una capacitancia variable cíclicamente entre estos bares y las barras en las filas 30 y 36. En la aplicación de esta estructura con la presente invención, algunas de las barras se puede usar para dar forma a la campo electrostático como se describe a continuación, mientras que las barras restantes proporcionan la capacitancia variable deseada. Por supuesto, el número de filas proporcionados en una configuración de este tipo se puede variar para aumentar la capacitancia, al igual que el tamaño de las barras. Por supuesto, estas consideraciones son determinadas por la aplicación particular del sistema.


La figura 3 muestra otra forma de estructura de capacitancia variable que puede ser utilizado en un sistema de la presente invención. La estructura mostrada en la figura 3 incluye dos estructuras cilíndricas concéntricas 50 y 52, que están montados de manera que giren uno respecto al otro. Estas dos estructuras son similares excepto por su tamaño. La estructura más pequeña 50 está telescópicamente montado concéntricamente en la estructura más grande 52. La estructura más pequeña 50 incluye un par de anillos aislantes 54 y 56 que se mantienen separados por barras conductoras 58 y están desplazados angularmente en una configuración circular. Un par de anillos aislantes 60 y 62 de la estructura 52 están montados concéntricamente fuera de los anillos 54 y 56, respectivamente, y se mantienen separados por barras conductoras desplazadas angularmente 64. La estructura 52, que comprende los anillos 60 y 62 y las barras 64 se lleva a cabo fija, mientras que la estructura 50, que comprende los anillos 54 y 56 y las barras 58, se giró en la fabricación de varillas 58 y 64 pasan entre sí en relación paralela. Como resultado de este movimiento, existe una capacitancia variable entre las barras de las dos estructuras. Al igual que en la estructura mostrada en la figura 2, las barras individuales en las estructuras separadas pueden estar interconectados eléctricamente para proporcionar una capacitancia compuesto, o, alternativamente, algunas de las barras puede ser utilizado para conformación de campo como se describe a continuación. Así, la estructura que se muestra en la figura 3, así como la estructura mostrada en la figura 2, se pueden utilizar como la capacitancia variable en función del ciclo en el sistema mostrado en la figura 1 para proporcionar energía eléctrica a partir de energía cinética. En tal sistema, la energía sería proporcionado por motores 44 o 66, sin embargo, la fuente de la energía cinética no es importante para la presente invención.

En el funcionamiento de un generador electrostático como se muestra anteriormente, la relación de conversión de energía por unidad de tamaño (y peso) de la máquina puede aumentarse mediante el aumento de la capacitancia máxima, o por la disminución de la capacitancia mínima del condensador variable. Por supuesto, es evidente que a medida que la conversión de la energía se lleva a cabo en los sistemas de la presente invención por un condensador variable, la eficacia de la conversión depende de la distancia en que el condensador varía. En general, la eficacia de estos sistemas es bastante alta incluso cuando se opera con una pequeña gama capacitiva, sin embargo, en tales sistemas la capacidad o potencia nominal de conversión de energía del sistema es bajo en relación con su tamaño físico. Un aspecto importante de la presente invención reside en una estructura para aumentar la gama de cambio capacitiva, y ahora se considera en detalle. Para fines de ilustración, un condensador variable placa móvil será considerado con referencia a las figuras 4a, 4b y 4c. El condensador de placa plana ofrece un buen ejemplo del principio universal que se describirá porque del campo electrostático presente simple en una estructura de este tipo.


La figura 4a muestra un par de placas conductoras separadas entre sí 70 y 72 en relación de cara opuestas y individualmente conectados a los terminales de una fuente de voltaje de la batería 74 u otro. El campo electrostático entre las placas 70 y 72 se indica mediante líneas de igual potencial, y líneas de flujo ortogonales que indican la capacitancia entre las placas. La figura 4b muestra las placas 70 y 72 en una posición de desplazamiento, desplazado fuera de la relación de cara opuestas para resultar en la capacitancia reducida entre las placas. Una vez más, el campo electrostático entre las placas 70 y 72 se indica mediante líneas de igual potencial y las líneas de flujo ortogonales que indican la capacitancia entre las placas.

Como se mencionó anteriormente, cualquier disposición que puede resultar en una mayor capacitancia de las placas en la configuración mostrada en la figura 4a, o la reducción de la capacitancia entre las placas en la posición mostrada en la figura 4b, los resultados en la conversión de energía más eficaz en un generador electrostático. El sistema de la presente invención incluye una estructura para conformar el campo electrostático entre las placas 70 y 72, para reducir la capacitancia entre ellos cuando estas placas están en su posición de capacitancia mínimo. Este campo de conformación se lleva a cabo mediante la adición de conductores adicionales para influir en el campo entre las placas.

Haciendo referencia a la figura 4c, las placas 70 y 72 se muestran de nuevo en su posición de capacitancia mínima, sin embargo, otra placa 76 se muestra en relación cara oponerse a la placa 70. Placa 76 está conectado a tierra u otro potencial independiente. Como resultado de esto, y campo electrostático se proporciona entre las placas 70 y 76, alterando la forma de campo y los gradientes de potencial, como se muestra en la figura 4c. El campo eléctrico y la capacitancia entre las placas 70 y 72 se reduce sustancialmente, mientras que la capacitancia máxima entre estas placas (cuando se alinean en una relación cara opuestas como se muestra en la figura 4a) permanece sustancialmente sin cambios.

Estas mismas consideraciones se aplican de una manera similar a la barra conductores u otras configuraciones de condensadores variables. Por supuesto, las placas de conexión a tierra o campo de conformación como la placa 76 pueden proporcionarse tanto en el estator y el rotor de un condensador variable, o pueden ser realizadas por una sola de estas estructuras.

Haciendo referencia ahora a la figura 5, se muestra un sistema que incorpora electrodos de conformación de campo y la utilización de estructuras capacitivas que comprenden barras que pueden adoptar la forma general ilustrada en la figura 2 y la figura 3.



En la figura 5, las barras del estator están esquemáticamente representados alineados en una fila 78 y las barras del rotor se muestran de manera similar a estar alineados en una fila adyacente 82. Por supuesto, cualquiera de las filas 78 y 82 puede comprender un estator, mientras que la otra comprende el rotor desde el movimiento relativo es todo lo que es necesario. Sin embargo, en la técnica anterior se ha convertido en algo común para denominar los conductores del rotor como inductores de carga al describir los elementos de rotor como transportadores de carga.

En el sistema mostrado en la figura 5, electrodos o conductores de campo de la conformación de puesta a tierra se proporcionan tanto en la fila 78 y la fila 82, y se designan barras 78a y 82a muestran sombreada. La 82a electrodos están conectados directamente a tierra, sin embargo, la 78a electrodos están conectados a tierra a través de un inductor 86. La función de esta bobina se discutirá más adelante.

Las barras conductoras que sirven como elementos de capacidad en las dos filas se designan 78b y 82b respectivamente. Las barras 78b (en la fila 78) y las barras 82b (en la fila 82) están conectados en una configuración de circuito ligeramente como se muestra en la figura 1. Específicamente, las barras 78b están conectados en un bucle en serie con un diodo 88 y una batería 90. El punto 91 de unión entre el diodo 88 y la batería 90 está conectado a tierra, y un diodo 92 conectado en serie con una resistencia de carga 94 está conectado a través del diodo 88. un condensador 96 está conectado a través de la resistencia de carga 94, y sirve como un archivador para la corriente de carga.

En el funcionamiento del sistema, se proporciona un movimiento relativo entre la fila 78 y la fila 82 produciendo una capacitancia cíclicamente variable para provocar que el sistema funcione como el sistema mostrado en la figura 1. Es decir, durante el intervalo de alta capacitancia entre las filas 78 y 82 (como se muestra en la figura 5), la estructura capacitiva se carga por la batería 90 a través del diodo 88. Entonces, como las barras están separadas para reducir la capacitancia, el voltaje a través de ellos aumenta, haciendo que una corriente fluya en la dirección opuesta a través de la batería 90, la resistencia de carga 94 y el diodo 92. Como barras alternas en cada una de las filas 78 y 82 están conectados a tierra, el campo electrostático se forma para reducir la capacitancia mínima entre las barras 78b y 82b como se describe en la figura 4. Como resultado, la variación de capacitancia es mayor y más carga se transfiere a través de la carga durante cada ciclo eléctrico.

En la operación del sistema mostrado en la figura 5 para convertir la energía mecánica en energía eléctrica, se proporciona un sistema eléctrico general capacitiva. Por lo tanto las relaciones de fase dentro del sistema son generalmente los de un aparato capacitivo. En vista de esto, la presente invención incluye la provisión de bobinas de reactancia para producir desplazamientos de fase y amplificaciones tensión resonante que aumentan las capacidades de conversión de energía eficaz del sistema. En la figura 5, una inductancia tales 86 está conectado entre la 78a bares y tierra. El funcionamiento del sistema de la figura 5, incluyendo el inductor 86 se ilustra gráficamente en la figura 6 que incluye parcelas de capacitancia, voltaje y la corriente eléctrica en comparación con la posición de la estructura capacitiva.


La familia superior de curvas son gráficos de capacitancia, en el que, la curva C1 es un gráfico de la variación de la capacitancia entre las barras conductoras 78b y 82b. La curva C2 es un gráfico de la capacitancia entre las barras 78a y 82a, mientras que la curva C3 es un gráfico de la capacitancia entre las barras 78a y 82b bares. Estas curvas se representan frente a una variación uniforme en posiciones relativas entre la fila 78 y la fila 82, las curvas comienza en el punto de la capacitancia mínima para la estructura. Fig.5 ilustra la posición relativa marcado como 3 en la figura 6.

Las curvas de tensión en la figura 6 se representan en la misma base que las curvas de capacitancia, e incluyen una V1 curva que representa la tensión a través de la bobina 86, y un V2 curva que representa la tensión en las barras 78b con respecto al potencial de tierra. La curva I, ilustra el flujo de corriente eléctrica a través del inductor 86, y también se representa gráficamente con respecto al desplazamiento capacitivo.

Teniendo en cuenta la operación de la inductancia 86; en vista de la capacitancia entre las barras de tierra 78a y las barras cargadas capacitivamente-82b (conectada a la batería 90) una carga se deposita sobre las barras 78a. Por supuesto, en la ausencia de la inductancia 86, esta carga se pasó inmediatamente a tierra. Sin embargo, proporcionando la inductancia 86, la tensión de la curva V1 se desarrolla a través de este elemento. Esta tensión sirve para producir más de conformación de campo entre las barras y los resultados en la conversión de energía más eficiente. Es decir, la tensión de la curva V1 aparece en las barras 78a en fase con la capacidad C1 de modo que el campo de influencia de las barras 78a sirve para aumentar la carga inducida en o cerca del máximo de la capacitancia C1 y también sirve, mediante la reducción de la intensidad de campo para reducir la carga mínima mantenida en bares 78b y 82b en, o cerca de la instantánea de la capacitancia mínima. Así, la variación en el campo electrostático provoca que el sistema de absorber más de par motor, lo que resulta en un aumento de la capacidad de conversión de energía para el sistema.

Además de la provisión de inductor 86 como se muestra en la figura 5, otras configuraciones de circuito utilizando inductores son a afectar aún más los picos de corriente resonante que aumentan y disminuyen las tensiones de campo en relación de fase adecuada con la variación de la capacitancia, y así aumentar la amplitud de la corriente alterna condensador. Uno de tales otra variación se muestra en la figura 7 que utiliza barras similares a los de la figura 5 y en el que, los elementos similares se identifican de manera similar.


En el sistema mostrado en la figura 7, un inductor 98 está conectado entre el diodo 88 y el punto de unión 99 entre el diodo 92 y las barras 78b. Además, un condensador 100 está conectado a través del diodo 88. En general, el circuito resonante añadido proporciona más picos de corriente en la relación de fase deseada con la variación de la capacitancia. Además, la resonancia entre inductor 98 y el condensador 100, tiende a producir voltajes más altos en el campo eléctrico de la capacitor variable con respecto a los voltajes a través de la fuente de excitación 90 y la carga 94. La capacidad de la máquina para lograr una alta potencia de una pequeña tamaño de condensador variable con ello se mejora en gran medida.



Una indicación gráfica de la mejora a un sistema resultante de la aplicación de ciertos principios de la presente invención puede verse en la figura 8, que incluye varias curvas descriptivo de diversos aparatos, y en el que la velocidad se traza en el eje horizontal frente a potencia específica que es representa a lo largo del eje vertical. Potencia específica se define aquí como la potencia de salida por unidad de tensión de excitación al cuadrado (P / EO2) para un tamaño y configuración de máquina dada.

La curva E1 indica la característica de operación del sistema simple que se muestra en la figura 1. La curva E2 (que indica una mejora sustancial en el rendimiento) es indicativo del sistema mostrado en la figura 5. La curva E3 indica la mejora del sistema de la figura 7 (sin el aspecto descrito con respecto a la figura 5), mientras que la curva E4 indica la operación del sistema mostrado en la figura 7 como illustrasted allí.

Es evidente que las capacidades de conversión de energía del sistema de la figura 7 (indicado por la curva de E4) se mejoran en gran medida sobre el sistema simple que no incluye estos aspectos de la presente invención, en particular si el generador se hace funcionar a una velocidad fija , o si se proporcionan medios para ajustar los valores de inductancia o capacitancia de los componentes 86, 98 y 100 para dar la potencia pico atentos a cualquier velocidad está funcionando la máquina.


Aunque diversos aspectos de la presente invención pueden aplicarse de manera diferente a las máquinas electrostáticas, para lograr los resultados deseados, una ilustración específica de una máquina de funcionamiento se muestra en las figuras 9,10, 11 y 12, y ahora se considera en detalle.

El sistema está montado en un alojamiento 110 que se sella y mantenida evacuado por una bomba de vacío 112. Al operar el aparato de condensador en función del ciclo variable en un relativamente alto vacío, problemas de aislamiento se reducen las pérdidas por resistencia aerodinámica y se reducen al mínimo. La carcasa 110 tiene una forma cilíndrica plana y consiste en una placa circular atornillado a un miembro en forma de copa 116 con una junta anular 118 proporcionado en la unión entre estos miembros.

Un mecánico del eje 120 pasa concéntricamente a través del alojamiento 110 y es la revista llevó a los cojinetes 124 y 126, que incorporan sellos de vacío 124a y 126a. El eje 120 tiene un rotor 128 coaxialmente fijado en él y está conectado a un aparato mecánico 130 por la que se acciona el eje. Eje 120 (hecho de material aislante) tiene una sección conductora 132 formada en él, que conecta eléctricamente rotor 128 a través de un cepillo 134 y un saliente 136 a un terminal de una batería 138, el otro terminal está conectado a tierra.

En general, el sistema eléctrico básico es similar a la de la figura 7 con los elementos de estator están conectados por orejetas 146 y 148 a un punto de unión 150 que está conectado a través de un inductor 152 y un condensador 154 a masa. Un diodo 156 está conectado en paralelo con el condensador 154. El punto de unión 150 está también conectado a través del diodo 158 a un filtro 160 que es a su vez conectado a una carga 162. Los electrodos de campo de conformación en los elementos de estator 140 y 142, están conectados de orejetas 164 y 166 a través de un inductor 168 a tierra.

Teniendo en cuenta el aparato de capacitancia variable en función del ciclo en mayor detalle, el rotor comprende un par de placas 170 y 172 (Fig.12), que se forman con ranuras angularmente compensado radiante 174 que están interconectadas por puntos de soldadura 176 de manera que las ranuras 174 esencialmente forma irradiando barras 175. En esta estructura, el rotor es completamente material conductor, por ejemplo, metal, formada para comprender tubos radiantes 175 (Fig.11) que están conectados a través del conductor de eje 132 y el cepillo 134 a la batería 138.

Los componentes de estator 140 y 142 son similares y comprenden una pluralidad de tubos 180 (Fig.10) que irradian en un plano desde una ubicación axial en el elemento de estator y apoyados en un montaje 181 al ser incrustada en el mismo estator circular. Los tubos 180 están formados de metal y el montaje 181 de soporte de los tubos está formado de material aislante tal como una pieza de fundición de material epoxi. Alternativo de los tubos 180 son designados 180a y están conectados eléctricamente a un terminal 184 que está en contacto por una de las orejetas 146 o 148 en un punto 186.

Las orejetas 164 y 166 están conectados a tierra a través del inductor 168, con las barras 180a utilizados como barras de campo de formación mientras que las barras 180b son los elementos reales de capacitancia variable. En esta estructura, sólo el estator está provisto de electrodos de campo de conformación; Sin embargo, se debe entender, que en diversas otras formas de realización, los electrodos de campo de conformación puede estar provisto tanto en el estator y el rotor, o en una sola estructura, tal como se enseña con respecto a la figura 5 y la figura 7. Además, en el sistema mostrado en la figura 9, sólo se proporciona una placa de rotor único; sin embargo, se debe entender claramente que un gran número de placas de rotor y estator engranados puede ser proporcionada en los sistemas de la presente invención, dependiendo de la capacidad de conversión de potencia nominal del sistema.

En la operación del sistema mostrado en la figura 9, el rotor 128 se hace girar con relación a los elementos de estator 140 y 142 por el aparato mecánico 130. Por lo tanto, las barras del rotor tubulares son accionados en y fuera de la alineación con las barras del estator se irradia 180b. Por tanto, las conexiones a estos elementos (orejetas 146 y 148, y el cepillo 134) muestran una capacitancia variable en función del ciclo. Las barras del estator 180a ampliar la gama de esta capacitancia de la manera descrita con respecto a la Fig.4.

Durante los intervalos de alta capacitancia, la estructura capacitiva cíclico se carga por la batería 138 a través del inductor 152 y el diodo 156. Como la capacitancia de la estructura disminuye, la tensión en el mismo aumenta, proporcionando una corriente a través del diodo 158 y el filtro 160 a la carga 162. Así, la energía mecánica del aparato mecánico 130 se convierte de manera eficiente en energía eléctrica y se suministra en esa forma a la carga 162.

Mientras que las discusiones anteriores han pertenecido principalmente a los generadores electrostáticos, es de entenderse que las características importantes de la presente invención se aplican igualmente a motores electrostáticos.

Una característica importante de la presente invención reside en la estructura descrita en la figura 9, que puede ser fabricado y utilizado en sistemas eléctricos prácticos económicamente.

Otra característica importante de la invención reside en el uso de electrodos de campo de formación en el estator o rotor, o ambos el estator y el rotor para llevar a cabo las transiciones de energía más eficaces.

Otra característica importante de la invención reside en la provisión de elementos de inductancia para aumentar aún más la eficacia del sistema.



El Onezime Breaux Generador electrostático

Patente de Estados Unidos 4.127.804 28 de noviembre 1978 Inventor: Onezime Breaux.

SISTEMA DE CONVERSIÓN energía electrostática

Este es un diseño importante, pero como los detalles físicos de la patente parecen bastante limitado, en lugar de reproducir la patente aquí, voy a tratar de proporcionar una descripción que debería ser más comprensible para la persona promedio.

el Principio
Para que haya una salida de energía mayor que la energía de entrada necesaria para hacer cualquier generador de operar, esa energía extra debe venir de alguna parte. No hay magia sobre cualquiera de estos sistemas como nosotros mismos estamos inmersos en un campo de energía masiva. No nos damos cuenta esto más que nos damos cuenta de las ondas de radio que pasan por, ya través de nosotros, todo el tiempo. Este campo de energía es muy poderosa como Thomas Henry Moray demostró muchas veces mediante la obtención de cincuenta kilovatios de energía eléctrica a partir de una simple conexión de la antena y un suelo. No sabemos cómo lo hizo, pero nos gustaría mucho saber cómo. Sin embargo, Moray demostró que hay un poder enorme a nuestro alrededor - el poder que es libre para tomar si sabemos cómo hacerlo. Por desgracia, la mayor parte de la gran cantidad de personas que saben cómo extraer esta energía, se niegan a compartir esa información, nos salen a trabajar fuera de los principios básicos, la forma de obtener esta energía libre. Cabe señalar, de paso, que ya usamos esta energía libre cuando utilizamos "red eléctrica", ya que ninguno de la energía suministrada por la empresa local de energía en realidad sale de la caja de enchufe de la red ya que toda la corriente suministrada por la Empresa de Energía fluye directamente de nuevo a esa empresa. Todo el Power Company hace es establecer las condiciones que causan algunas de la energía libre en su ubicación a fluir a través del material eléctrico que se conecta a las tomas de corriente. ¿Qué dispositivos de energía libre hacen, es para establecer esas mismas condiciones para atraer a la electricidad de nuestro enorme campo de energía que rodea, sin necesidad de ninguna ayuda de la compañía eléctrica local.


el Diseño
Cuando intenta iniciar un motor de automóvil, se conecta la batería del coche para un motor de arranque eléctrico que gira el motor y hace que las chispas que se generan dentro de cada uno de los cilindros del motor. El consumo de corriente de la batería pasa a través del motor de arranque y se pierde para siempre. Si el motor del coche comienza, entonces parte de la energía almacenada en el combustible quemado por el motor se utiliza para reemplazar la corriente eléctrica tomada de la batería. Si el motor del coche no se inicia, a continuación, después de un tiempo bastante corto, toda la energía eléctrica almacenada en la batería del coche se alimenta al motor de arranque y la batería ya no será capaz de suministrar más actual para girar el motor .

El generador se describe aquí es un diseño muy inteligente como cualquier potencia de salida que se ofrece, se mantiene y no pierde nada de eso. Es algo así como que el coche motor de arranque devolver la corriente a la batería, lo que permite cualquier número de intentos de arranque del motor. La forma en que funciona es pasar corriente hacia atrás y adelante entre dos condensadores. Esa corriente se hace pasar a través del devanado primario de un transformador de salida, imitando exactamente la señal de que el Power Company le cobra por. Sin embargo, con nuestro generador, que la corriente nunca se pierde y se puede utilizar una y otra y otra vez. Una batería se utiliza para crear que la corriente inicial, y cuando el generador comienza a funcionar, se recarga la batería y si se desea, la batería puede ser completamente eliminado y el generador es entonces auto-sostenible. La batería sólo se utiliza para iniciar el generador en funcionamiento y no se utiliza en cualquier otro momento.

El esquema de diseño es muy sencillo y se puede visualizar como se muestra aquí:


Aquí, el motor M marcada en el diagrama, hace girar un eje de metal 23. El eje está montado sobre cojinetes de rodillos de cerámica (tal como se utiliza en los monopatines) y nada en el eje toca cualquier otra parte, lo que significa que el eje gira muy libremente y muy se necesita poco poder para hacerlo girar.

Eje 23 tiene metálicos 'paletas' o placas 21 que se le atribuye y éstos pase aunque algo metal similar paletas 25 que se fijan en su lugar y no se mueven. Estos cuatro conjuntos de paletas de metal forman dos condensadores variables separadas.

Las paletas 21 están dispuestas de modo que cuando un conjunto llega a su máxima capacidad (siendo completamente insertada en la que no se mueve álabes 25, como se muestra a la derecha del diagrama), entonces el otro conjunto de paletas está en su capacitancia mínima siendo tan lejos como posible de ella es a Juego de paletas 25.

Inicialmente, en el arranque, tanto de los conjuntos de paletas marcado 25 están completamente cargados con una tensión positiva de alto por un sistema eléctrico (no mostrado aquí) y el transformador de salida está conectado entre estos dos conjuntos de paletas, la producción de esta disposición:


Los conjuntos de paletas 21 están conectados a una carga fuertemente negativa, se pasa a ellos a través del eje de metal 23. Cuando las placas negativas 21 se insertan entre las placas cargadas positivamente 25, todos de la carga positiva en las placas unmeshed 25 es succionado hacia el carga negativa en las placas de malla 21, pero que la carga es forzado a fluir a través del transformador de salida sobre el mismo de viaje. Esta disposición hace que la carga positiva en las placas fijas de lanzadera hacia atrás y hacia delante a través del transformador de salida, nunca conseguir 'agotado' en el proceso. Esto significa que el generador tiene una potencia eléctrica de 220 voltios a 50 ciclos por segundo y la única potencia de entrada necesaria es la pequeña cantidad requerida para hacer girar el eje del rotor. La fuerza necesaria para hacer girar el eje del rotor no se ve afectada en modo alguno por la intensidad de la corriente extraída del transformador de salida, lo que significa que el generador es totalmente independiente de la carga. Si bien este es un diseño muy inteligente, una serie de detalles prácticos de la construcción puede ser alterada para mejorar el rendimiento.

La patente Breaux muestra una forma de paletas que duplica la frecuencia a la que el motor de accionamiento gira y que está equilibrado sobre el eje, sin producir la vibración del eje cuando se gira rápidamente. La forma de paleta se muestra aquí:


Usted se dará cuenta de que las aspas del rotor (en gris), se colocan noventa grados entre sí, proporcionando incluso mejor equilibrio eje. Todos los álabes de rotor tienen la misma forma y todas las paletas de estator tienen la misma forma, que es útil para la producción en masa. Mientras que sólo dos paletas del rotor y dos paletas de estator se muestran en este diagrama de introducción, no puede haber tantos pares de placas de rotor / estator como se desee. Cada par adicional de placas aumenta la potencia de salida del generador.

Este diseño requiere de las paletas para estar en un vacío, lo que sugiere fuertemente que este dispositivo nunca fue un prototipo que operan en un vacío, a menos que todas las superficies conductoras tienen aislamiento excepcional, sería un desastre de gran magnitud como la descarga coronal sería masiva - después de todo , así es como se hacen las válvulas termoiónicos o "tubos de vacío 'y llevan grandes corrientes eléctricas a través del vacío. Para este diseño funcione adecuadamente, tiene que ser operado en el aire seco.

La potencia de salida de un dispositivo de esta naturaleza aumenta con el aumento de área de la veleta, y con disminución de la brecha entre paleta y con el aumento de voltaje. En consecuencia, una tensión de trabajo considerablemente mayor que 220 voltios se utiliza cuando la carga de las paletas. Esto significa que la tensión de salida será mucho mayor de lo que es conveniente. Generadores de este tipo por lo general muestran una carga resistiva y sólo una carga resistiva. Una aplicación práctica requeriría un transformador reductor en la salida con el fin de alcanzar una tensión de CA de trabajo de 220V. Se cree generalmente que la naturaleza inductiva del arrollamiento primario del transformador de tal crearía un efecto importante de la asfixia en el flujo oscilante de carga entre las paletas, debido a la parte posterior-EMF de que bobinado. Ese no es el caso si se utiliza un estilo Thane Heins del transformador (como se muestra en el capítulo 3) como un transformador de ese tipo no tiene ninguna significativa back-EMF, haciendo de este un diseño muy interesante, sobre todo porque la salida de corriente hace no afecta a la potencia de entrada que se utiliza exclusivamente para hacer girar el eje del rotor.

En teoría, la carga estática colocado inicialmente en las paletas de condensadores nunca se agota. Sin embargo, en este mundo, perfecto estado nunca parecen ser encontrado. En este caso, hay una muy ligera pérdida de carga con el tiempo, y que la carga se potencia muy brevemente después de que ha transcurrido un tiempo considerable. Un breve impulso de alta tensión una vez cada diez minutos es probable que sea suficiente. No hay pérdida de energía corona como serpentinas corona sólo se forman a alta frecuencia y este generador no supere un máximo absoluto de 60 Hz que es una frecuencia muy bajo, por lo que nunca hay ninguna descarga de corona en absoluto.



Patrick Kelly
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