静电机电转换装置

摘要

本发明公开了一种静电机电转换装置，该装置包括壳体、液体电介质电容器，动力输出轴及输出轴动作复位机构；电容器由定极板和动极板或定极板组和动极板组构成，动极板固定在动力输出轴上，定极板固定在壳体上；动力输出轴的顶端从壳体上方的轴孔向外伸出；底端与壳体底部的输出轴动作复位机构连接；该装置可节约电能、输出动力可调，是可反复使用的半永久性元件；圆锥状的定极板和动极板可以无限重叠加，从而增加了电容的有效使用面积从而也就扩大了输出轴的移动行程；再者，定极板和动极板经冲压和化学处理其表面积增加了数百倍，进而提高了输出功率和降低了工作电压；该机构可替代现有的电磁继电器、接触器和电磁控制执行器等器件的电磁控制部分。

权利要求

1.一种静电机电转换装置，其特征是：该装置包括壳体、液体电介质电容器，动力输出轴及输出轴动作复位机构；所述的电容器由多个定极板(6)组成的定极板组(25)和由多个动极板(10)组成的动极板组(27)构成，定极板(6)和动极板(10)的主体为锥台形环面，其非工作面上带有绝缘层，动极板(10)固定在动力输出轴(3)上，定极板(6)固定于壳体上；动力输出轴(3)的顶端从壳体上方的轴孔向外伸出；底端与装在壳体底部的输出轴动作复位机构连接，在输出轴动作复位机构上设有两极板间最小距离控制机构；本设计的电路连接关系是：动极板引线(17)与直流电源(36)和放电电阻(32)的并联电路连接，直流电源(36)另一端与开关(35)的开触点(34)连接；放电电阻(32)的另一端与定极板引线(19)和开关(35)断触点(33)连接。

2.根据权利要求1所述的一种静电机电转换装置，其特征是：在所述壳体的上壳体(12)上轴孔外侧设有密封圈(14)和压盖(15)，在轴孔的内侧固定有减振片(13)。

3.根据权利要求1或2所述的一种静电机电转换装置，其特征是：在相邻两片动极板(10)之间的动力输出轴(3)上套有垫环(30)，所有的动极板(10)都固定在动力输出轴(3)上，构成动极板组(27)；在定极板(6)的外沿设有环形带(24)，间隙套(22)夹在相邻两个定极板(6)上的环形带(24)之间，在相邻的每对定极板(6)和动极板(10)构成的单元电容内，间隙套(22)的高度与对应的垫环(30)等高；在环形带(24)上和间隙套(22)的中心设有对应的定位孔(23)，由螺杆(7)穿过定位孔(23)将其串联，构成定极板组(25)；在下壳体(1)上设有对应的固定台(8)，由螺杆(7)通过最底层的定极板(6)将定极板组(25)固定于固定台(8)上；极板组中动极板引线(17)和定极板引线(19)分别汇合后再与电路连接。

4.根据权利要求3所述的一种静电机电转换装置，其特征是：所述的定极板(6)和动极板(10)的表面带有化学腐蚀处理层和小流液孔(37)。

5.根据权利要求4所述的一种静电机电转换装置，其特征是：所述的定极板(6)和动极板(10)由冲压成形，表面上均布直径为0.1-2毫米的冲压圆通孔及间距为0.1-1毫米的微小凹凸面。

6.根据权利要求3所述的一种静电机电转换装置，其特征是：所述的动力输出轴(3)的复位机构为弹性复位机构，其具体结构是下壳体(1)内底面中心设有定位柱(2)，定位柱(2)的轴心处设有内孔，动力输出轴(3)的底端插入该内孔，在固定轴套(21)底部的定位台(5)和定位柱(2)之间镶有复位弹簧(4)。

说明书

技术领域

本发明属于机电元器件，更具体地说，为一种能够在机电产品中将电能转换成机械能的静电机电转换装置。

背景技术

机电转换装置是指利用电信号或机械的作用使电路产生换接、接通或断开、控制以及机电能量转换等功能的元件组合。现有的机电转换装置功能大都利用电磁线圈所产生的电磁能来实现的，如继电器、交流接触器、电磁开关等电磁控制器和电磁执行器等。但是，用于制作机电转换器的电磁线圈本身就在加工难度、制造成本方面存在着不少缺点，而且电磁线圈在使用中还普遍存在着易烧毁、长时间工作耗电多、不易修复、不能反复使用等诸多不足。虽然经过长期的研究现在已经提出了利用静电场能代替电磁能设计机电转换装置的科学构想，但是由于到目前为止还无法找到一种可供利用的单位体积输出功率大的高介电常数材料，因而利用静电原理将电场能转换为机械能的相关设计目前还只能用于试验演示，还无法制成一种真正具有实用意义的产品。而且现有的静电电动机也只能在高电压、小功率的特殊场所才可应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有机电转换装置的工作电压高，行程小，难以制成功率较大的机电转换装置等缺点，提供一种工作电压相对较低，行程大，具有足够实用性的一种静电机电转换装置。
本发明的技术方案如下：
该装置包括壳体、液体电介质电容器，动力输出轴及输出轴动作复位机构；电容器由定极板和动极板构成，定极板和动极板的主体为锥台形环面，其非工作面上带有绝缘层，动极板固定在动力输出轴上，定极板固定于壳体上；动力输出轴的顶端从壳体上方的轴孔向外伸出；底端与设在壳体底部的输出轴动作复位机构连接，在输出轴动作复位机构上设有两极板间最小距离控制机构；上述设计的电路连接关系是：动极板引线与直流电源和放电电阻的并联电路连接，直流电源另一端与开关的开触点连接；放电电阻的另一端与定极板引线和开关断触点连接。
在所述的下壳体上轴孔的外侧设有密封圈和压盖，在轴孔的内侧固定有减振片。
所述的电容器由多个定极板组成的定极板组和由多个动极板组成的动极板组构成，在相邻两片动极板之间的动力输出轴上套有垫环，所有的动极板都固定在动力输出轴上，构成动极板组；在定极板的外沿设有环形带，间隙套夹在相邻两个定极板上的环形带之间，在相邻的每对定极板和动极板构成的单元电容内，间隙套的高度与对应的垫环等高；在环形带上和间隙套的中心设有对应的定位孔，由螺杆穿过定位孔将所有的定极板串联，构成定极板组；在下壳体上设有对应的固定台，由螺杆通过最底层的定极板将定极板组固定于固定台上；极板组中动极板引线和定极板引线分别汇合后再与电路连接。
所述的定极板和动极板的表面带有化学腐蚀处理层和小流液孔。
所述的定极板和动极板由冲压成形，表面上均布直径为0.1-2毫米的冲压圆通孔及间距为0.1-1毫米的微小凹凸面。
所述的动力输出轴的复位机构为弹性复位机构，其具体结构是下壳体内底面中心设有定位柱，定位柱的轴心处设有内孔，动力输出轴的底端插入该内孔，在固定轴套底部的定位台和定位柱之间镶有复位弹簧。
本发明具有以下有益效果：首先，在本发明中定极板和动极板被设计成为圆锥状，由于这种圆锥状的极板可以无限重叠加，从而增加了电容的有效使用面积从而也就扩大了输出轴的移动行程。电容极板的表面积的增大完全可以制成一种真正具有实用意义的产品。此外，由于定极板和动极板经冲压和化学处理其表面积增加了数百倍，进而提高了输出功率和降低了工作电压。从另一个角度增加了本发明产品的实用意义。设置了流液路径和定、动极板的圆形流液孔，减小了动极板组运动时电介质液体造成的阻力。由于采用高介电常数的液体作为电介质，大大地提高了单位体积的输出功率，使之成为具有实用价值的产品。壳体和端盖处采用螺纹连接，可进行拆装、维修、补充电介质液体，为装配和维修带来方便；采用了放电电阻，防止了释放电流过大损坏开关和极板，提高了开关和极板的使用寿命。该装置可节约电能、输出动力可调，是可反复使用的半永久性元件；该机构可替代现有的电磁继电器、接触器和电磁控制执行器等器件的电磁控制部分。
附图说明：
图1为静电机电转换装置的结构示意图
图2为定极板的主视图
图3为动极板的主视图
图4为定极板的俯视图
图5为动极板的俯视图
图6为定极板组组装后的结构示意图
图7为动极板组组装后的结构示意图
图8为动极板组的部件装配分解图
图中标号：
1、下壳体  2、定位柱  3、动力输出轴  4、复位弹簧  5、定位台
6、定极板  7、螺杆  8、固定台  9、流液通道  10、动极板
11、螺母  12、上壳体  13、减振片  14、密封圈  15、压盖  16、安装孔
17、动极板引线  18、壳体螺纹  19、定极板引线  20、电介质液体
21、固定轴套  22、间隙套  23、定位孔  24、环形带  25、定极板组
26、圆形流液孔  27、动极板组  28、环形底  29、紧固螺母  30、垫环
31、长垫环  32、放电电阻  33、断触点  34、开触点  35、开关
36、直流电源  37、小流液孔

具体实施方式

例1
本发明的技术方案如下：
该静电机电转换装置包括壳体、电容器，动力输出轴及动力输出轴动作复位机构；所述的壳体由下壳体1和上壳体12构成，二者之间通过壳体螺纹18连接，其内装有电介质液体20。在上壳体12的上轴孔外侧设有密封圈14和压盖15，在轴孔的内侧固定有减振片13。电容器由定极板6和动极板10构成，定极板6和动极板10的主体均为锥台形环面，其非工作面上带有绝缘层。动极板10底部带有环形底28，在该环形底28的中心开有安装孔16；定极板组6的底部为圆形流液孔26；动力输出轴3穿过定极板6底部的圆形流液孔26和动极板10底部的安装孔16，动极板10固定在动力输出轴3上，定极板6由螺杆7固定于下壳体1上的固定台8上；在上壳体12的顶面中心开有轴孔，动力输出轴3的顶端从该轴孔向外伸出；动力输出轴动作复位机构上设有两极板最小距离控制机构；在下壳体1上设有极板引线孔，在边缘处和四分之一圆弧空位处留有流液通道9；上述设计的电路连接关系是：动板板引线17与直流电源36和放电电阻32的并联电路连接，直流电源36另一端与开关35的开触点34连接；放电电阻32的另一端与定级板引线19和开关35断触点33连接。
例2
如图4、图6、图7、图8所示，所述电容器由多个定极板6组成的定极片组25和由多个动极板10组成的动极板组27构成，在相邻两个动极板10之间的动力输出轴3上套有同样的垫环30，并通过紧固螺母29将所有的动极板10固定在动力输出轴3上，构成动极板组27；在定极板6的外沿还设有环形带24，间隙套22夹在相邻两个定极板6的环形带24之间，在相邻的每对定、动极板6、10组成的单元电容中，间隙套22的高度要与对应的垫环30等高。在环形带24上和间隙套22的中心设有对应的定位孔23，由螺杆7穿过定位孔23将其串联，构成定极板组25；在下壳体1上设有对应的固定台8，由螺杆7通过最底层的定极板将定极板组25固定于固定台8上。
在所述的定极板6和动极板10的表面带有化学腐蚀处理层和小流液孔37。所述的定极板6和动极板10由冲压成形，表面上均分布有直径为0.1-2毫米的冲压圆通孔及间距为0.1-0.3毫米的微小凹凸面。
所述的动力输出轴3的复位机构为弹性复位机构，其具体结构是下壳体1内底面中心设有定位柱2，定位柱2的轴心处设有内孔，动力输出轴3的底端插入该内孔，在固定轴套21底部的定位台5和定位柱2之间镶有复位弹簧4。定位台5与复位弹簧4之间设有两极板最小距离控制机构，该控制机构可以为一个调节螺母，也可以为一组垫圈，也可以由定位台5直接控制。以保证当弹簧被压至极限位时，两极板能够保留设定的最小距离。其余部分同例1。
例3
本例为本发明的安装顺序：定极板组25和动极板组27的各定极板6和动极板10都上设有均匀分布的圆形流液孔26，两种极板组各有五个极板，安装顺序为动力输出轴3→定极板6→间隙套22→动极板10→垫环30循环安装到长垫环31→螺母11→减振片13，此时将复位弹簧4穿入动力输出轴3→定位柱2内，用螺杆7将整体的定极板组25固定到定位台8上，同时将连接螺杆7和定极板引线19一起固定。将电介质液体20注入到下壳体1；再将减振片13套入动力输出轴3上，将上壳体12由螺纹18旋紧，安装密封圈14后将压盖15由螺钉固定；动极板引线17焊接在动力输出轴3上。
例4
下面结合图1、2、3、4对本发明的工作原理进行描述：当给动极板引线17和定极板引线19加入直流电压时，在所有的定极板6和动极板10上有电势差产生，在电场力的作用下两极板组相互吸引，由于定极板组25固定，动极板组27克服复位弹簧4的弹力，被吸引向定极板组25方向，直至到达预定位置即弹簧限位位置，而两极板最小距离为0.1-0.5毫米，留此距离是为了在电介质出现真空状态时不产生击穿现象发生。当关断电源时，开关35与断触点33接通，通过放电电阻32将存储在装置内的电荷释放，由于两极板组间没有电流，无电场力作用，动极板组27在复位弹簧4的弹力作用下复位，完成一个工作周期。
本发明的原理可制作成继电器，在接通瞬间，消耗极少的电能。断开开关与电源的同时，与断点接通短路，将储存在装置内的电容器电源短路而释放存储的电荷。由于断点的触点接触电阻和释放电阻R值在1000欧姆以内，而时间常数τ＝RC，电容器C值在微法拉级(只有1×10-6法拉)，因此放电过程时间非常短，在瞬间即可完成。电功率损耗完全可以忽略不计，可以节约电能百分之九十五以上。由于继电器是长时间使用的用电器件，节电效果显著，无烧毁现象发生。制作成的电控执行器可以控制力的大小，尤其适合自动控制系统中的电气自动控制执行器，可节约百分之五十的电能。制成的电容弹簧可调节弹力大小，克服了现有螺旋弹簧的易疲劳、断裂等缺点，由于采用可拆装的螺纹安装结构，可反复使用，是半永久性器件。该种类型机电弹性元件的推广和应用，必将会取得大的经济和社会效益。