可用于移動(dòng)車輛和旋轉(zhuǎn)飛輪的靜電懸浮裝置制造方法
【專利摘要】可用于移動(dòng)車輛和旋轉(zhuǎn)飛輪的靜電懸浮裝置利用兩帶電平行板之間的靜電力作靜電懸浮，原理極為簡(jiǎn)單初看起來很好實(shí)現(xiàn)，但至今還沒有靜電懸浮列車。究其原因是：1、原理上講的是靜電平衡條件下帶電平行板之間電場(chǎng)力，而實(shí)際車輛是移動(dòng)的，當(dāng)一塊帶電板接近另一塊帶電板時(shí)，都要受對(duì)方電場(chǎng)力的影響而使內(nèi)部電荷發(fā)生重新分布，這里是動(dòng)平衡，若不采取措施，動(dòng)平衡電場(chǎng)力與靜電平衡電場(chǎng)力面目全非，2、靜電場(chǎng)力比較弱，要采取措施才能滿足懸浮列車的要求，3、移動(dòng)中同性電荷不易獲得和維持。本發(fā)明用陶瓷基集成平板電極解決動(dòng)平衡與靜電平衡差別；用移動(dòng)電極充電法、范德格拉夫靜電發(fā)生器注入法、高速帶電粒子束注入法，解決移動(dòng)車輛及路基電極的充電和維持；使靜電懸浮走向?qū)嵱谩?br> 【專利說明】可用于移動(dòng)車輛和旋轉(zhuǎn)飛輪的靜電懸浮裝置
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】利用兩塊帶異性電荷的平行板之間有吸引力，我們先固定其中一板，通過改變電荷量，使相互吸引力正好抵消另一板(含附著物)的重力，達(dá)到另一板無依托地懸浮于其下方，稱為吸頂式靜電懸浮。反之，利用兩塊帶同性電荷的平行板之間有排斥力，我們把其中一板經(jīng)絕緣固定在地面，依靠相互排斥力正好抵消重力的辦法，使另一板(含附著物)無依托地懸浮于上方，稱為托底式靜電懸浮。與磁懸浮一樣，靜電懸浮也可以應(yīng)用于交通運(yùn)輸和懸浮飛輪。本發(fā)明屬于機(jī)械、電力、交通運(yùn)輸【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002]技術(shù)背景上述吸頂式靜電懸浮、托底式靜電懸浮原理極為簡(jiǎn)單，但建立在靜電平衡條件下，也就是說平行板內(nèi)電荷相對(duì)靜止，而實(shí)際應(yīng)用時(shí)上下電極要作移動(dòng)的，電極內(nèi)電荷因此而發(fā)生迅速移動(dòng)，這里是動(dòng)平衡，動(dòng)平衡電場(chǎng)力與靜電平衡電場(chǎng)力面目全非。另外靜電場(chǎng)力比較弱，若不作相應(yīng)處理，很難實(shí)現(xiàn)懸浮列車的要求。
[0003]一些小型靜電懸浮飛輪獲得成功是因?yàn)槠鋭?dòng)態(tài)電場(chǎng)趨近靜電平衡時(shí)的狀態(tài)。
[0004]本發(fā)明是楊金玉發(fā)明“兆瓦級(jí)低速飛輪儲(chǔ)能裝置”(200910219473.X)的延續(xù)。屬于懸浮超大型飛輪，之所以能在現(xiàn)有條件下實(shí)現(xiàn)巨大儲(chǔ)能，靠的是擴(kuò)大飛輪半徑降低轉(zhuǎn)速。其動(dòng)態(tài)電場(chǎng)也趨近靜電平衡時(shí)的狀態(tài)。但只有吸頂式靜電懸浮而沒有托底式靜電懸浮。托底式難度要大于吸頂式，因?yàn)橥噪姾刹缓毛@得。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
靜電懸浮原理極為簡(jiǎn)單，初看起來很好實(shí)現(xiàn)，但至今還沒有靜電懸浮列車。原因是原理上講的是靜電平衡條件下帶電平行板之間電場(chǎng)力，而實(shí)際車輛是移動(dòng)的，電極內(nèi)電荷也不會(huì)呆著不動(dòng)，當(dāng)一塊帶電板接近另一塊帶電板時(shí)，都要受對(duì)方電場(chǎng)力的影響而使內(nèi)部電荷發(fā)生重新分布，這里是動(dòng)平衡，與靜電平衡完全不一樣。我們的發(fā)明采取多種措施，使總的動(dòng)態(tài)電場(chǎng)趨近靜電平衡時(shí)的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)真正的可用于移動(dòng)車輛和旋轉(zhuǎn)飛輪的靜電懸浮。詳細(xì)
【發(fā)明內(nèi)容】
結(jié)合附圖加以說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為“無限大”均勻帶電平行板電場(chǎng)分布圖；
[0007]圖2為有凹槽的陶瓷平板上金屬電極及介質(zhì)材料覆蓋圖
[0008]圖中I為陶瓷平板，2為金屬電極，3為介質(zhì)材料；
[0009]圖3為車輛下分裂電極示意圖
[0010]圖中4為車輛，5為車底分裂電極，6為路基上的分裂電極；
[0011]圖4為靜電懸浮車輛加電原理示意圖
[0012]圖5為旋轉(zhuǎn)飛輪的靜電懸浮原理示意圖
[0013]圖中12為飛輪，13為底座，在12底部平面安裝上陶瓷基集成平板電極15，在正對(duì)15下方安裝下陶瓷基集成平板電極16。制造時(shí)已考慮12與15、13與16之間的電氣絕緣。在15、16分別加注足量同性電荷，便成為托底式靜電懸浮。圖中14為飛輪頂蓋，在其底部平面安裝電極17，電極17與頂蓋14之間電氣絕緣、也與底座13之間電氣絕緣。同時(shí)在飛輪12頂部安裝平板電極18 (若飛輪12頂部是金屬，經(jīng)精加工磨平，可作電極用)，只要在17、18之間加上直流高壓，便成為吸頂式靜電懸浮。
[0014]先引用物理教科書上關(guān)于“無限大”均勻帶電平行板電場(chǎng)分布的結(jié)論:圖1中“無限大”兩板分別帶等量面電荷密度σρ Q2，各單板分別產(chǎn)生如圖所示電場(chǎng)E1 = σ:/2 ε 0>E2 = σ J2 ε ^,圖1a為帶等量異性電荷,此時(shí)兩平行板間合成電場(chǎng)相加E^E2 = σ / ε ^(該電場(chǎng)使兩帶電板靠近)，平行板外合成電場(chǎng)相減為零；圖1b為帶等量同性電荷，此時(shí)兩平行板間合成電場(chǎng)相減為零，平行板外合成電場(chǎng)相加EfE2 = σ / ε ^ (該電場(chǎng)使兩帶電板遠(yuǎn)離)。如果其中一板面積為S,則兩者的斥力或吸力可以用F = qE = S σ i σ 2/2 ε Q = S σ 2/2 ε。計(jì)笪
ο
[0015]我們知道空氣的擊穿強(qiáng)度約3X106v/m，據(jù)此可算出不發(fā)生空氣擊穿，每平米平板可攜帶最大面電荷密度σ m，目卩E = ο J B0 = 3X 106v/m,得σ m = 2.65X l(T5c/m2。就依此電荷密度代入 F = S σ 2/2 ε 0 = I X (2.65 X 1(Γ5) 2/2 X 8.85 X 1(Γ12 = 0.396 X 12N = 4kgf,即每平米只有4公斤浮力，顯然太小。因此必需加大電荷密度，但要采用絕緣介質(zhì)材料包裹電極，防止發(fā)生向空氣放電而泄漏電荷。圖2示出金屬電極2附著在有凹槽的陶瓷平板I上，其表面涂覆一層無機(jī)的或有機(jī)的介質(zhì)材料3，只在凹槽底留有沒有覆蓋介質(zhì)材料的縫隙，裸露出金屬，可作為向電極注入電荷的通道。這樣做的原由，是考慮到電荷趨膚效應(yīng)，凹陷處的面電荷密度要小于平面處，可保證縫隙處帶電的裸露金屬不發(fā)生向空氣放電。如需要還可用硅、陶瓷半導(dǎo)體封堵縫隙，利用半導(dǎo)體與金屬接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)阻擋層，該阻擋層有單向?qū)щ娞匦?作注入電荷用)，反方向阻擋層起介質(zhì)作用。
[0016]參考日本某磁懸浮試驗(yàn)車的數(shù)據(jù)(車寬2.6m,長(zhǎng)8.6m,總重18t，折算成每平米浮力18t/2.6mX 8.6m = 0.814t/m2)。如果用靜電懸浮,算算需要多少電荷可產(chǎn)生相等浮力。還用F = S σ 2/2 ε ^ ε ^ = 0.814t/m2求σ，式中相對(duì)介電系數(shù)ε r是考慮到電極是用平板陶瓷作支撐的，陶瓷的約5.5，那么需要增加電荷(5.5X841kgf/4kgf)1/2 = 10.747倍，即σ = 2.65Xl(T5c/m2X 10.747 = 2.848Xl(T4c/m2。雖說該電荷密度已遠(yuǎn)超空氣擊穿強(qiáng)度，但只要用絕緣材料包裹電極(現(xiàn)有的無機(jī)有機(jī)介質(zhì)材料都能滿足要求)，就不會(huì)發(fā)生向空氣放電。
[0017]上面討論的是靜電平衡時(shí)的狀態(tài)，而實(shí)際應(yīng)用中兩板要作相對(duì)平移或旋轉(zhuǎn)的。當(dāng)一塊帶電板接近另一塊帶電板時(shí)，都要受對(duì)方電場(chǎng)力的影響而使內(nèi)部電荷發(fā)生重新分布。比如帶同性電荷的車輛往前開，車底所帶電荷將對(duì)路基上“無限大”平板電極內(nèi)的同性電荷產(chǎn)生排斥力作用，促使路基上“無限大”平板電極內(nèi)的同性電荷遠(yuǎn)離車輛，造成路基上“無限大”平板電極與車底對(duì)應(yīng)的局部電極無電荷，即無浮力！為了限制電荷流動(dòng)對(duì)浮力的影響，我們采用分裂電極方案，最簡(jiǎn)單的如圖3所示，沿車輛前進(jìn)垂直方向把“無限大”平板電極分裂成互相獨(dú)立的窄條，各窄條間用二極管連接，二極管的單向?qū)щ娦再|(zhì)限制電荷流向，如圖4所示。這樣接法的目的:當(dāng)列車前進(jìn)時(shí)，車頭下方的電荷將受到路基上同性電荷排斥，有向后流的傾向，但遇二極管反向阻攔，只能在小范圍內(nèi)流動(dòng)，路基上情況類似。但充電電荷卻能沿二極管正方向順利注入。如果上下兩電極都帶負(fù)電荷，所有二極管都反接。有需要時(shí)，可進(jìn)一步把電極分裂成小方塊，形成與液晶中各象素的類似布局。這樣，電荷就被分隔、限制在有限空間內(nèi)流動(dòng)，使總的動(dòng)態(tài)電場(chǎng)趨近靜電平衡時(shí)的狀態(tài)。也就是把理論上要求的“無限大”均勻帶電平行板，分裂成無數(shù)個(gè)緊鄰的小帶電平板，再利用二極管只讓電荷單向流動(dòng)及二極管壓降與直流高壓相比可以忽略，讓注入電荷后各分裂平板電極的電位基本一致，即所有分裂電極的面電荷密度都相等。就微觀而言，小分裂平板電極使電荷被均勻分隔、限制在有限空間內(nèi)流動(dòng)，就宏觀而言，由無數(shù)個(gè)緊鄰的小帶電平板組成的大帶電平行板具有非常接近“無限大”均勻帶電平行板的性能，使總的動(dòng)態(tài)電場(chǎng)趨近靜電平衡時(shí)的狀態(tài)。
[0018]具體實(shí)施方法
[0019]用真空鍍膜和制作半導(dǎo)體集成電路相結(jié)合的工藝，直接在平板陶瓷基板上制作出圖案形狀固定、相互獨(dú)立但又緊鄰的金屬分裂平板電極，該圖案形狀可以是窄條形、方塊形或扇面形；各分裂平板電極之間按前后次序用單向?qū)щ姷亩O管連結(jié)，即A板電荷只能流向B板，B板電荷只能流向C板，C板電荷只能流向D板(見圖4);在留下必要的與另一塊陶瓷基集成平板電極的電氣接口之后，再在表面蒸鍍一層絕緣介質(zhì)和保護(hù)膜；用于車輛底的上集成平板電極與用于路基的下集成平板電極的圖案形狀基本上相同，只在尺寸上稍作微小調(diào)整，避免上下圖案完全重合；整條路基都用上述陶瓷基集成平板電極重復(fù)拼接鋪設(shè)而成，最后作板間電氣連接和連接處絕緣保護(hù)處理；有時(shí)還需要圖2所示有凹槽的陶瓷平板做基板，利用凹陷處的面電荷密度要小于平面處的優(yōu)勢(shì)作注入電荷入口，可保證縫隙處帶電的裸露金屬不發(fā)生向空氣放電，如需要還可用硅、陶瓷半導(dǎo)體封堵縫隙，利用半導(dǎo)體與金屬接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)阻擋層，該阻擋層有單向?qū)щ娞匦裕髯⑷腚姾捎?，反方向阻擋層起介質(zhì)作用。
[0020]如何在移動(dòng)中向陶瓷基集成平板電極注入大量電荷？有三種方案:一、移動(dòng)電極充電法，二、范德格拉夫(Van de Graaff)靜電發(fā)生器注入法，三、高速帶電粒子束注入法。
[0021]移動(dòng)電極充電法，其原理是把需要注入電荷的電極當(dāng)作平行板電容的一極，再平行移入另一平板電極使構(gòu)成電容C，同時(shí)直流高壓U向該電容C充當(dāng)，然后斷電并移去剛剛移入的平板電極，這樣需要注入電荷的電極就保留了所充電荷Q = CU。圖4為圓弧型移動(dòng)電極充電器，其圓弧型移動(dòng)電極9由旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)，周期性接近和離開圓弧型固定電極電極10，10與9構(gòu)成電容，11為充電電源，其一極與9固定連接，另一極與10作滑動(dòng)連接，自動(dòng)完成電源的有序充電或斷電，他們與二極管一起共同完成向車底的分裂電極5充電,其注入電荷的原理是相同的，區(qū)別在于這里是先完成向電極10注入電荷，然后經(jīng)二極管轉(zhuǎn)移電荷至分裂電極5，再向前轉(zhuǎn)移電荷，直到車底所有電極都充滿電荷。圖4圓弧型移動(dòng)電極充電器只不過是原理性的，實(shí)際上要把整個(gè)裝置密封在高壓倉內(nèi)，充入幾個(gè)大氣壓的空氣或絕緣強(qiáng)度高的氟里昂電負(fù)性氣體，提高氣體的絕緣強(qiáng)度，兩電極邊緣要做成圓角消除邊緣效應(yīng)，電極要作老練處理并鍍銀等提高火花電壓，也可考慮用表面陽極氧化的鋁做電極，理論上Al2O3的介電強(qiáng)度有70000kv/mm。對(duì)于路基上分裂電極也用圓弧型移動(dòng)電極充電器充電，此時(shí)把圓弧型移動(dòng)電極充電器安裝在路基旁，隔一定距離安裝一個(gè)，也用沿二極管正向逐個(gè)連接分裂電極6，直至所有電極都充滿電荷。
[0022]范德格拉夫靜電發(fā)生器(請(qǐng)參考有關(guān)資料，這里從略)注入法，從范德格拉夫靜電發(fā)生器的外層球殼引出注入電荷，與移動(dòng)電極充電法一樣，先把電荷轉(zhuǎn)移至分裂電極5,再沿二極管正向轉(zhuǎn)移電荷，直到車底所有電極都充滿電荷。為提高電荷密度，也需要把整個(gè)裝置密封在高壓倉內(nèi)，充入幾個(gè)大氣壓的空氣或絕緣強(qiáng)度高的氟里昂電負(fù)性氣體。
[0023]高速帶電粒子束注入法，已開發(fā)出大功率的電子束、離子束發(fā)生器，都有控制輸出功率的功能，使用時(shí)把帶電粒子束對(duì)準(zhǔn)需要注入電荷的電極就行，很方便。不過高速帶電粒子束包含巨大能量會(huì)使注入電荷的電極發(fā)熱甚至損傷，要采取防護(hù)措施。
[0024]需要說明，由于采取了有效防護(hù)措施，電極上的電荷泄漏是很小的，即前面經(jīng)過車輛所充電荷絕大部分將保留下來，后車只需稍作補(bǔ)充電，就可補(bǔ)足電荷，繼續(xù)“懸浮運(yùn)行”。補(bǔ)充注入電荷的多少，由直流高壓高低來調(diào)控，一般直流高壓一定，補(bǔ)充注入后總電荷也一定。當(dāng)然也可以車來加電、車走斷電。相比之下，超導(dǎo)磁懸浮車的維持繼續(xù)“懸浮運(yùn)行”的能耗非常巨大。
[0025]現(xiàn)在討論旋轉(zhuǎn)飛輪的靜電懸浮:見圖5，我們把圖1a安置在飛輪頂，使形成吸頂式靜電懸??；把圖1b安置在飛輪底，使形成托底式靜電懸??；由于旋轉(zhuǎn)飛輪與平移車輛的運(yùn)動(dòng)方式的不同帶來電場(chǎng)分布的不同:
[0026]①旋轉(zhuǎn)飛輪頂部比較符合“無限大”平行板條件，帶等量異性電荷，兩平行板間合成電場(chǎng)相加，而平行板外合成電場(chǎng)相減為零，所以防范兩平行板之間的放電成為關(guān)鍵，可采取抽真空、電極鍍銀鍍鈹、電極老練處理等提高擊穿強(qiáng)度措施；對(duì)頂部加注等量異性電荷特別簡(jiǎn)單，只要通過旋轉(zhuǎn)接觸環(huán)連接直流高壓就行。
[0027]②旋轉(zhuǎn)飛輪底部，帶等量同性電荷，兩平行板間合成電場(chǎng)相減為零，故此處勿需防范放電，電極上也不必覆蓋介質(zhì)材料(邊緣需要)。平行板外合成電場(chǎng)相加為E= σ/ ε。必須用絕緣材料包裹電極。需要說明:移動(dòng)車輛與旋轉(zhuǎn)飛輪底部的電場(chǎng)是不同的，車輛移走后，路基電極上部，因失去等量同性電荷的電場(chǎng)抵消，合成電場(chǎng)不為零而是E= σ /2 ε。必須防范放電。如何向電極充電辦法有二:一、通過旋轉(zhuǎn)接觸環(huán)連接直流高壓，二、“高速帶電粒子束注入法”對(duì)其實(shí)施電荷注入。
[0028]下面討論本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)和可能的應(yīng)用前景
[0029]1、節(jié)能:從以下三方面分析
[0030]①由于車輛或飛輪處于懸浮狀態(tài)，前行或旋轉(zhuǎn)阻力只有空氣阻力，該阻力遠(yuǎn)低于在地面行駛阻力，而且旋轉(zhuǎn)飛輪還可裝在真空環(huán)境中運(yùn)行，阻力更小。
[0031]②當(dāng)采取有效措施之后，平板電極上所帶電荷的泄漏將會(huì)很小，只要及時(shí)補(bǔ)足就能維持正常懸浮運(yùn)轉(zhuǎn)，而且為補(bǔ)足泄漏所消耗能量很小，也就是說，為維持正?！办o電懸浮運(yùn)轉(zhuǎn)”的維持能耗，比維持“磁懸浮運(yùn)轉(zhuǎn)”的能耗要小得多。
[0032]③如果在地鐵或城市軌道車中實(shí)施本專利，還可采用靜電懸浮飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，把到站停車、中途剎車等減速能量轉(zhuǎn)化成增加飛輪轉(zhuǎn)速的動(dòng)能儲(chǔ)存起來，稍后用于重新起動(dòng)車輛。
[0033]2、基建成本低:
[0034]①靜電懸浮是建立在大面積平板電極基礎(chǔ)上的，因此我們大量使用產(chǎn)量大工藝成熟的平板陶瓷作基板，并在其上依統(tǒng)一的模本用真空鍍膜等工藝批量生產(chǎn)陶瓷基集成平板電極，量大工藝成熟成本自然低；可以用鋪地板一樣的工藝拼鋪路基電極，也是低成本。
[0035]②靜電懸浮的浮力大小與電極面積成正比，雖然總浮力大，但單位面積平均值不大，落實(shí)到對(duì)地基的壓強(qiáng)也不大，因此對(duì)路基承壓處理要求大為降低，比如要求每平米浮力3.6噸(相當(dāng)于浮起一米見方、半米高的鋼鐵)，換算成對(duì)地基的壓強(qiáng)為0.36kgf/cm2 =35.3kpa，有關(guān)資料顯示陜西黃土的承壓能力為200kpa，即使不經(jīng)處理也能滿足承壓要求。
[0036]③基建成本中包含供電、控制系統(tǒng)，由于靜電懸浮比磁懸浮省電、好控制，也能降不少費(fèi)用。
[0037]3、運(yùn)行平穩(wěn)好維護(hù):從靜電懸浮原理可見，在靜電懸浮列車載重不變的情況下，只要保持極板上電荷不變(即保持充電用的直流高壓不變)就能保持浮力不變，也就是保持列車底與路基的間距不變，而且原理上浮力與間距成反比，象彈簧一樣，有自動(dòng)調(diào)節(jié)列車底與路基的間距的功效，列車運(yùn)行自然平穩(wěn)。列車懸浮在空中運(yùn)行與地面沒有復(fù)雜機(jī)械聯(lián)系，控制系統(tǒng)也不復(fù)雜，好維護(hù)。
[0038]動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān):用于靜電懸浮鐵路列車、地鐵、城市軌道車可采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，既能驅(qū)動(dòng)列車又能控制車廂左右方位。用于靜電懸浮飛輪，其驅(qū)動(dòng)力有電機(jī)、水輪機(jī)、汽輪機(jī)。用于真空隧道貨運(yùn)，由于隧道上下左右都是有支撐的實(shí)體，我們把四壁都利用起來:底層建立托底式靜電懸??；頂部建立吸頂式靜電懸浮；左右側(cè)也建立托底式靜電懸浮，這里靜電力的作用不是向上托起車輛，而是利用側(cè)向排斥力阻止車輛靠近隧道壁，保證車輛始終處在四壁都懸空狀況下運(yùn)行而不碰壁。再利用抽氣造成列車兩頭壓力差推動(dòng)列車運(yùn)行。
【權(quán)利要求】
1.一種可用于移動(dòng)車輛和旋轉(zhuǎn)飛輪的靜電懸浮裝置，由上、下陶瓷基集成平板電極，移動(dòng)電極充電法，范德格拉夫靜電發(fā)生器注入法，高速帶電粒子束發(fā)生器注入法，動(dòng)力系統(tǒng)，控制系統(tǒng)構(gòu)成: 其中，上、下陶瓷基集成平板電極:用真空鍍膜和制作半導(dǎo)體集成電路相結(jié)合的工藝，直接在平板陶瓷基板上制作出圖案形狀固定、相互獨(dú)立但又緊鄰的金屬分裂平板電極，該圖案形狀可以是窄條形、方塊形或扇面形；各分裂平板電極之間按前后次序用單向?qū)щ姷亩O管連結(jié)，即A板電荷只能流向B板，B板電荷只能流向C板，C板電荷只能流向D板；在留下必要的與另一塊陶瓷基集成平板電極的電氣接口之后，再在表面蒸鍍一層絕緣介質(zhì)和保護(hù)膜；安裝于懸浮車底、懸浮飛輪底的上陶瓷基集成平板電極與安裝于懸浮車路基、懸浮飛輪底基的下陶瓷基集成平板電極的圖案形狀基本上相同，只在尺寸上稍作微小調(diào)整，避免上下圖案完全重合；整條路基都用上述陶瓷基集成平板電極重復(fù)拼接鋪設(shè)而成，最后作板間電氣連接和連接處絕緣保護(hù)處理；有時(shí)還需要圖2所示有凹槽的陶瓷平板做基板，利用凹陷處的面電荷密度要小于平面處的優(yōu)勢(shì)作注入電荷入口，可保證縫隙處帶電的裸露金屬不發(fā)生向空氣放電，如需要還可用硅、陶瓷半導(dǎo)體封堵縫隙，利用半導(dǎo)體與金屬接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)阻擋層，該阻擋層有單向?qū)щ娞匦?，作注入電荷用，反方向阻擋層起介質(zhì)作用；把理論上要求的“無限大”均勻帶電平行板，分裂成無數(shù)個(gè)緊鄰的小帶電平板，再利用二極管只讓電荷單向流動(dòng)及二極管壓降與直流高壓相比可以忽略，讓注入電荷后各分裂平板電極的電位基本一致，即所有分裂電極的面電荷密度都相等；就微觀而言，小分裂平板電極使電荷被均勻分隔、限制在有限空間內(nèi)流動(dòng)，就宏觀而言，由無數(shù)個(gè)緊鄰的小帶電平板組成的大帶電平行板具有非常接近“無限大”均勻帶電平行板的性能，使總的動(dòng)態(tài)電場(chǎng)趨近靜電平衡時(shí)的狀態(tài)； 其中，移動(dòng)電極充電法:其原理是把需要注入電荷的電極當(dāng)作平行板電容的一極，再平行移入另一平板電極使構(gòu)成電容C，同時(shí)直流高壓U向該電容C充當(dāng)，然后斷電并移去剛剛移入的平板電極，這樣需要注入電荷的電極就保留了所充電荷Q = CU ;圖4為圓弧型移動(dòng)電極充電器，其圓弧型移動(dòng)電極9由旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)，周期性接近和離開圓弧型固定電極電極10，11為充電電源，其一極與9固定連接，另一極與10作滑動(dòng)連接，自動(dòng)完成電源的有序充電或斷電，他們與二極管一起共同完成向車底的分裂電極5充電；要把整個(gè)裝置密封在高壓倉內(nèi)，充入幾個(gè)大氣壓的空氣或絕緣強(qiáng)度高的氟里昂電負(fù)性氣體，提高氣體的絕緣強(qiáng)度，兩電極邊緣要做成圓角消除邊緣效應(yīng)，電極要作老練處理并鍍銀提高火花電壓，也可考慮用表面陽極氧化的鋁做電極，理論上Al2O3的介電強(qiáng)度有70000kv/mm ； 其中，范德格拉夫靜電發(fā)生器注入法:從范德格拉夫靜電發(fā)生器的外層球殼引出注入電荷，與移動(dòng)電極充電法一樣，先把電荷轉(zhuǎn)移至分裂電極5,再沿二極管正向轉(zhuǎn)移電荷,直到車底所有電極都充滿電荷；為提高電荷密度，也需要把整個(gè)裝置密封在高壓倉內(nèi)，充入幾個(gè)大氣壓的空氣或絕緣強(qiáng)度高的氟里昂I電負(fù)性氣體； 其中，高速帶電粒子束發(fā)生器注入法:市面上已開發(fā)出大功率的電子束、離子束發(fā)生器，都有控制輸出功率的功能，使用時(shí)把帶電粒子束對(duì)準(zhǔn)需要注入電荷的電極就行，很方便；不過高速帶電粒子束包含巨大能量會(huì)使注入電荷的電極發(fā)熱甚至損傷，要采取防護(hù)措施； 其中，動(dòng)力系統(tǒng):對(duì)于用作懸浮鐵路列車、地鐵、城市軌道車，可采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，既能驅(qū)動(dòng)列車又能控制車廂左右方位；對(duì)于用作真空隧道貨運(yùn)，由于隧道上下左右都是有支撐的實(shí)體，我們把四壁都利用起來，底層建立托底式靜電懸浮，頂部建立吸頂式靜電懸浮，左右側(cè)也建立托底式靜電懸浮，這里靜電力的作用不是向上托起車輛，而是利用側(cè)向排斥力阻止車輛靠近隧道壁，保證車輛始終處在四壁都懸空狀況下運(yùn)行而不碰壁，再利用抽氣造成列車兩頭壓力差推動(dòng)列車運(yùn)行；對(duì)于用作懸浮旋轉(zhuǎn)飛輪，頂部采用吸頂式靜電懸浮，為防范兩平行板之間的放電成為關(guān)鍵，可采取抽真空、電極鍍銀鍍鈹、電極老練處理μ提高擊穿強(qiáng)度措施，飛輪底部采用托底式靜電懸浮，驅(qū)動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)動(dòng)力有電機(jī)、水輪機(jī)、汽輪機(jī)；其中，控制系統(tǒng):根據(jù)所要求的浮力確定需要向電極注入的電荷量，要求的電荷量越大，陶瓷基集成平板電極的防電荷泄漏絕緣等級(jí)越高，而注入電荷的多少是由充電器的直流高壓來確定的，調(diào)控直流高壓就能調(diào)控注入電荷的多少，即調(diào)控浮力大小。
【文檔編號(hào)】B60L13/04GK104149646SQ201310177539
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2013年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月15日
【發(fā)明者】楊金玉 申請(qǐng)人:楊金玉