Электростатическая машина Советский патент 1958 года по МПК H02N1/08 

Известные электростатические машины, действие которых основано на возбуждении электрических зарядов при соприкосновении электропроводного элемента с диэлектрическим элементом, содержат два диэлектрических элемента, выполненных из разных материалов (например плексигласа и тефлона) для получения зарядов разных знаков.

В описываемой машине электропроводный элемент взаимодействует поочередно с указанными двумя диэлектрическими элементами, что повышает электрическую мощность машины на единицу ее веса и объема.

На фиг. 1 изображена схема генерирования постоянного тока при возвратно-поступательном движении электропроводного элемента; на фиг. 2 - то же при враш,ательном движении электропроводного элемента; на фиг. 3 - схема генерирования переменного тока при враш,ательном движении диэлектрических элементов.

Как видно из фиг. 1, при перемещении металлической пластинки / с одного диэлектрика 2 на другой 3 происходит накопление электрических зарядов на их поверхностях или процесс эффективного самовозбуждения индуктора. При достижении предельной плотности зарядов на поверхностях индуктора наступает режим насыш,ения. Когда металлическая пластинка / находится на положительно заряженной поверхности плексигласа 2, под действием электрического поля в ней происходит разделение зарядов; при этом положительный «свободный заряд при соприкосновении пластинки / с контактом К стекает на одну из обкладок конденсатора С, а отрицательный «связанный заряд остается на пластинке. После перемешения пластинки / на поверхность тефлона 5, этот отрицательный заряд становится «свободным. Кроме того, под действием электрического поля заряженной поверхности тефлона вновь происходит разделение зарядов в металлической пластинке, «связывается часть положительных зарядов, и обш,ее количество отрицательного «свободного заряда как бы удваивается (если поверхностная плотность зарядов на диэлектриках одинакова). При соприкосновении пластинки 1 с контактом К2 отрицательный заряд стекает с нее на вторую обкладку

№ 115383

конденсатора, а положительный «связанный заряд остается на ней. Таким образом, при следующем касании контакта /Ci с пластинки уже стекаетзадвоенное количество положительного заряда, по сравнению с первым случаем, т. е. осуществляется использование разделенных зарядов металлической пластинки обоих знаков.

Если вместо конденсатора подключить сопротивление, то при перемещении пластинки / от одного контакта к другому через него потечет постоянный по знаку и пульсирующий по величине ток. Средняя величина тока пропорциональна площади соприкосновения, частоте перемещения металлической пластинки и плотности зарядов на поверхностях диэлектриков.

Процесс генерирования постоянного тока можно осуществить также путем вращательного движения электропроводного элемента (см. фиг. 2). В этом случае необходимо обеспечить вращение одной или двух металлических пластин 1 на поверхности составного диска из диэлектриков 2 и 3 и установить токосъемные контакты. Такой процесс эквивалентен генерированию постоянного тока коллекторной машиной с магнитной цепью. Роль электромагнитной возбуждающей системы здесь играет электростатический двухполюсный индуктор, а роль обмоток - металлические пластины, в которых индуктируются заряды противоположных знаков. Такая машина может быть выполнена многополюсной. Для этого необходимо лишь изготовить диск с чередующимися секторами из плексигласа и тефлона или других подходящих материалов, как например: ацетобутирата или триацетата целлюлозы («положительпые диэлектрики); резины, полихлорвинила, полистирола и эбонита («отрицательные диэлектрики). Сравнительно невысокое сопротивление изоляции некоторых из них не является препятствием к их использованию, так как в результате непрерывного подвозбуждения происходит компенсация утекающих с их поверхностей зарядов.

По схеме фиг. 3 осуществляется генерирование переменного тока. В отличие от схемы фиг. 2 здесь отсутствуют скользящие выпрямляющие контакты и подвижным элементом служит составной диск из диэлектриков 2-3 (двухполюсный индуктор). Процесс накопления электрических зарядов на диэлектриках протекает таким же образом. Нагрузка подключается между металлическими пластинками /. При вращении индуктора через нагрузку протекает ток в обоих направлениях. Величина амплитуды переменного тока в установившемся режиме пропорциональна плотности зарядов на диэлектрике и поверхности соприкосновения пластин, а частота тока равна числу оборотов диска в секунду.

Конструкции описанной электростатической машины могут найти применение в переносных и стационарных установках, где необходимы высокие напряжения при небольшом потреблении тока, в частности, в дозиметрических приборах, а также для наглядной демонстрации электростатических процессов взамен используемых для этих целей громоздких и дорогостоящих электростатических процессов и машин Теплера, Гольтц-Вимшерста и др.

Предмет изобретения

Электростатическая машина, основанная на возбулсдении электрических зарядов при соприкосновении электропроводпого элемента (или элементов) с диэлектрическим элементом и содержащая два диэлектрических элемента, выполненных из разных материалов (например плексигласа и тефлона) для получения разных знаков, отличающаяся тем, что, с целью увеличения электрической мощности машины на единицу ее веса и объема, электропроводный элемент поочередно взаимодействует с указанными двумя диэлектрическими элементами.