[发明专利]可用于移动车辆和旋转飞轮的静电悬浮装置

摘要

可用于移动车辆和旋转飞轮的静电悬浮装置，利用两带电平行板之间的静电力作静电悬浮，原理极为简单初看起来很好实现，但至今还没有静电悬浮列车。究其原因是：1、原理上讲的是静电平衡条件下带电平行板之间电场力，而实际车辆是移动的，当一块带电板接近另一块带电板时，都要受对方电场力的影响而使内部电荷发生重新分布，这里是动平衡，若不采取措施，动平衡电场力与静电平衡电场力面目全非；2、静电场力比较弱，要采取措施才能满足悬浮列车的要求；3、移动中同性电荷不易获得和维持。本发明用陶瓷基集成平板电极解决动平衡与静电平衡差别；用车载直流高压、地面直流高压充电法，解决移动车辆及路基电极的充电和维持；使静电悬浮走向实用。

主权项

一种可用于移动车辆和旋转飞轮的静电悬浮装置，由上、下陶瓷基集成平板电极，直流高压电源充电器，高速带电粒子束发生器，动力系统，控制系统构成：其中，上、下陶瓷基集成平板电极：用真空镀膜和制作半导体集成电路相结合的工艺，直接在平板陶瓷基板上制作出图案形状固定、相互独立但又紧邻的金属分裂平板电极，该图案形状可以是窄条形、方块形或扇面形；各分裂平板电极之间按前后次序用单向导电的二极管连结，即A板电荷只能流向B板，B板电荷只能流向C板，C板电荷只能流向D板；在留下必要的与另一块陶瓷基集成平板电极的电气接口之后，再在表面蒸镀一层绝缘介质和保护膜；安装于悬浮车底、悬浮飞轮底的上陶瓷基集成平板电极与安装于悬浮车路基、悬浮飞轮底基的下陶瓷基集成平板电极的图案形状基本上相同，只在尺寸上稍作微小调整，避免上下图案完全重合；整条路基都用上述陶瓷基集成平板电极重复拼接铺设而成，最后作板间电气连接和连接处绝缘保护处理；有时还需要图2所示有凹槽的陶瓷平板做基板，利用凹陷处的面电荷密度要小于平面处的优势作注入电荷入口，可保证缝隙处带电的裸露金属不发生向空气放电，如需要还可用硅、陶瓷半导体封堵缝隙，利用半导体与金属接触时会产生一个阻挡层，该阻挡层有单向导电特性，作注入电荷用，反方向阻挡层起介质作用；把理论上要求的“无限大”均匀带电平行板，分裂成无数个紧邻的小带电平板，再利用二极管只让电荷单向流动及二极管压降与直流高压相比可以忽略，让注入电荷后各分裂平板电极的电位基本一致，即所有分裂电极的面电荷密度都相等；就微观而言，小分裂平板电极使电荷被均匀分隔、限制在有限空间内流动，就宏观而言，由无数个紧邻的小带电平板组成的大带电平行板具有非常接近“无限大”均匀带电平行板的性能，使总的动态电场趋近静电平衡时的状态；其中，直流高压电源充电器：是向陶瓷基集成平板电极注入大量电荷的能源，分车载与地面安装两种；我们先看车辆，为人身安全车辆应该接地，如图4车载的直流高压电源由车辆尾部接入，正极接陶瓷基集成平板电极，负极接车辆地线，陶瓷基集成平板电极与车辆是绝缘的；路基上直流高压电源按间隔一定距离接一个的方法，正极接陶瓷基集成平板电极，负极接地；如果上下电极都采用负电荷，则二极管和高压电源都反接；调控直流高压U就能调控注入电荷的多少，即调控浮力大小；其中，高速带电粒子束发生器：市面上已开发出大功率的电子束、离子束发生器，都有控制输出功率的功能，使用时把带电粒子束对准需要注入电荷的电极就行，很方便；不过高速带电粒子束包含巨大能量会使注入电荷的电极发热甚至损伤，要采取防护措施；其中，动力系统：对于用作悬浮铁路列车、地铁、城市轨道车，可采用直线电机驱动，既能驱动列车又能控制车厢左右方位；对于用作高速公路节油性悬浮汽车，可以在高速公路部分路段的路基上，直接加铺一条宽度比汽车轮间距稍窄的陶瓷基集成平板电极基带，再在汽车底加装陶瓷基集成平板电极，汽车上自带一个小型直流高压电源充电器，这就完成部分抵消汽车重量的静电悬浮，汽车顺着基带，车轮在基带两侧的原高速公路路基上走，汽车还用原动力系统开，但省油了；对于用作真空隧道货运，由于隧道上下左右都是有支撑的实体，我们把四壁都利用起来，底层建立托底式静电悬浮，顶部建立吸顶式静电悬浮，左右侧也建立托底式静电悬浮，这里静电力的作用不是向上托起车辆，而是利用侧向排斥力阻止车辆靠近隧道壁，保证车辆始终处在四壁都悬空状况下运行而不碰壁，再利用抽气造成列车两头压力差推动列车运行；对于用作悬浮旋转飞轮，顶部采用吸顶式静电悬浮，为防范两平行板之间的放电成为关键，可采取抽真空、电极镀银镀铍、电极老练处理等提高击穿强度措施，飞轮底部采用托底式静电悬浮，驱动飞轮旋转动力有电机、水轮机、汽轮机；其中，控制系统：根据所要求的浮力确定需要向电极注入的电荷量，要求的电荷量越大，陶瓷基集成平板电极的防电荷泄漏绝缘等级越高，而注入电荷的多少是由充电器的直流高压来确定的，调控直流高压就能调控注入电荷的多少，即调控浮力大小。