李·梅静电发电机
本帖最后由 能量海 于 2017-8-10 12:52 编辑
第七章：天线系统
李•梅静电发电机
本发明涉及到一种类型的能量转换机，其中的可变电容器充放电与电容量周期变化同步。
有几种不同类型的静电机，其中，例如，其功能为从动能产生电能或从电能产生动能。对这些机器的一个粗分类法是基于系统内是否使用了导电的或非导电的装置来传送电荷。本发明涉及到的机器的种类是电荷是通过导电装置输送的。更具体地说，本发明涉及静电系统，在该系统中，可变电容器的一种形式是被机械地驱动去提供一个周期性变化的电容量，它在高电容的间隔期间被充电，而在低电容的间隔期间被放电，以此提供电能。
在一般情况下，以前提出的可变电容器静电发电机（有时谓之静电感应发电机）已经能够具有非常高的效率，并且可以在相对较轻的装置中实施。这些考虑主要是因为静电场可以持久在空气、真空、或其它非常轻的介质里维持，而电磁场事实上必须要使用重的铁类材料。另外，不是由导体中的电流，而是表面的带电荷产生静电场，从而可以回避电磁机器的对相对较重的铜的需求。人们已经发现，在真空中运行静电机，不会有电磁机的铁损、铜损或风阻损失，从而实现极高的效率。
然而，其它方面的考虑却阻止了这些机器进入广泛应用。具体地说，这一类的先有技术的静电机通常相对于其发电能力是大尺寸的。此外，先有技术机器的实际应用通常需要极高电压运行。这些缺点都导致了静电场的性质、其对磁场强度的高电位梯度的要求相当于电磁场，并通过电介质的击穿限制强加的电位梯度。因此，在先有技术静电系统中需要相当大的绝缘和安全设备，并没有实用的中等电压可以操作。再进一步，某些形式的静电感应发电机需要相当复杂的切换系统去充放电电容器；这些系统在商业上不是可行的。
一般情况下，本发明包括一个有效的静电感应系统，能够经济运行，可以以一个相对于输出功率的能力来说是一个小的装置中实施。该系统包括两套杆状组件，其中一套相对于另一套旋转，从而使一定的相对可移动的杆变成了一个可变电容器。在结构中的其它棒于是用来形成静电场，以一种在装置的最大和最小电容之间产生更大的差异的方式，从而为单元的大小提高功率转换能力。可变电容的构造被连接到电系统，该系统以一个周期性变化的方式对电容充电和放电。反应性元件于是耦合到系统，使系统中的电压相对于可变电容周相移动，以增加施加的和汲取的电荷，运行周期期间，电容构造从而进一步提高系统的功率转换能力。
本发明的另一个目的是提供一种改进的静电感应系统。
在本发明的另一目的是提供一种静电感应发电机或电动机，相对于其物理尺寸，它具有更高的功率转换能力。
本发明还有另外一个目的是提供一种静电能量转换系统，该系统可以用相对小型的装置上经济地实施。
本发明的再一个目的是提供一种静电感应电动机或发电机，通过改善在系统中的静电场的形状，其能量能更有效地转换为另一种形式。
本发明还有的另一个目的是提供一种静电感应发电机或电动机，通过配备的反应元件来调整系统中所固有的电容性元件来使能量有效地转化为另一种形式。
在本发明的一个进一步的目的是提供一种改进的系统，用于有效地把能量从一种形式转换到另一种形式，其中静电场用于互相耦合能量的不同形式。
本发明的这些——和其它的目的，通过下面结合所采用的附图将变得清晰：
图.1是本发明可以应用的一个初步系统的基本运行原理图；
图.2是一种形式的可变电容器的透视图和示意图，它可以成为本发明的装置的一个部分；
图.3是另一种形式的可变电容器的透视图，它可以成为本发明的装置中的一个部分；
图.4a，4b和4c是图示说明结合本发明的一个系统的运行的一个方面；
图.5是结合了本发明的一种形式的电路图；
图.6是一组曲线图，说明图.5中所示的系统的运行；
图.7是结合本发明的另一系统的电路图；
图.8是一系列的曲线，说明根据本发明构成的系统的有效性；
图.9是一个俯视剖面图和根据本发明构成的装置的图示；
图.10是图.9中沿线10--- 10的俯视垂直剖视图；
图.11是图.9中沿线11--- 11的俯视垂直剖视图；
图.12是图.9中沿线12--- 12的俯视垂直剖视图；
开始时参照图.1，显示的是一台静电感应发电机的初步形式。可变电容器20与电池（或别的电源）22以及二极管24连接成一个串行回路。然后，包括一个二极管26和一个电阻器28的串联电路跨接在二极管24上。二极管24和26是用一种允许电流通过电池22向相反的方向流动的方式连接的。由电机提供一种周期性的可变电容去驱动可变电容器20，因此用于驱动电容器20的机械能被转换为电能供应给负载电阻器28。
仔细想想图.1系统的运行，电容器20不得不在最大和最小电容量之间变化。在电容呈最大值上，电容器20被电池22通过二极管24充电到一个电荷水平“Q”上。跨电容器20的电压于是等于Q/C，其中C是电容器20的电容量。当然，这个电压与电池22的电压减去二极管24两端的电压降大致一致。
当电容器20的电容量C朝着它的最小值减少时，电荷Q保持不变；因此电容器的跨压增加，以适应下跌的电容量，即V=Q/C。电容器20两端增加的电压产生的电流通过电池22、负载电阻器28和二极管26。这个电流往往会给电池22再充电，并同时给负载电阻28提供能量。
以这种方式，机械能周期性地用于驱动电容器20，明显地是以电能的形式传递到负载电阻28的。因此，一般情况下，这个静电发电机的基本运行与电磁发电机相似，只是耦合机械输入能到电输出能的场是静电场而不是电磁场。
在静电发电机中的可变电容器可以用各种各样的结构。然而，在选定的结构中，通常是可取的是通过使用圆形电容器元件——如管状或条状，而不是带锐角转角的电容板极板——来降低峰值场电压梯度的比率到平均梯度。应用这些导电条的两个可变电容器结构已经在图.2和图.3中显示，现在将会详细考虑。
图.2的结构是一个放射状条形可变电容，它被安装成可相对移动的一行行放射状延伸的条，从而使得两行之间成为一个可变电容器。具体而言，条30的第一行被安装在一个固定的轴34的轮毂32上。同样，放射状延伸的条36的另一行由轮毂38支承，安装在固定的轴40上，它是可伸缩地接纳同心轴42的，而同心轴连接到电机44，而它还携带着支承条48的那一行的轮毂46，定位于行30和36之间。在30、36和48每一行中的条可以通过各自的轮毂中的导体支持而电互连。不过，作为单个的毂32、38和46是由绝缘材料组成的，不同的行没有电互连。因此，在各个行30、36和48之间存在可变电容。这个电容有点类似于一个公共旋转板电容结构，但是，为了降低行与行之间的峰值场电压梯度，条或电容元件为圆形，以避免锐角转角。
条48的行在与30行和36行的处于角对准的时候，条与条之间最近，电容量有着最大值。当行48旋转到达与行30和36中的条的最小对齐位置时（如图所示），而那里，在行与行之间存在的电容量是在最小值。因此，当电机44转动行48的条，在这条以及行30和行36中的条之间就给出了一个周期性变化的电容。这个结构应用于本发明中，若干条可以用来形成静电场——如下所述，而其余的条可提供所需的可变电容。当然，这种类型的结构中给出的行的数目可以改变以增加电容，条的大小也可以改变。当然，这些因素要由特定的应用的系统来确定。
图.3显示了可用于本发明系统中的另一种形式的可变电容结构。图.3所示的结构包括两个同轴滚筒结构50和52，它们被安装成可以相对于彼此地旋转。这两个结构类似，只是大小不同。较小的结构50是可伸缩地同轴嵌入较大的结构52体内。较小的结构50包括一对绝缘环54和56，通过导电条58隔开，并在一个圆形结构里成角度偏移。结构52的一对绝缘环60和62被分别同轴地安装在环54和56的外面，并通过导电条64的角度偏移而把它们分隔开来。由环60和62和条64组成结构52被固定，而环54和56以及条58组成的结构50则被旋转，使条58和64以相互平行的关系通过。由于这个移动，两个结构的条之间存在可变电容。正如在图.2所示的结构里，在不同结构中的各个条可以电互连以提供一种复合的电容，或者若干条可用于如下所述的场整形。因此图.3所示的结构、以及图.2所示的结构可用于图.1所示系统的周期性电容改变，以从动能提供电能。在这种系统中，将由电机44或66提供能量，但是，对于本发明来说，动能的来源并不重要。
在上述的静电发电机的运行中，机器的每单位大小（和重量）的功率转换的比率可以通过增加最大电容值、或通过降低可变电容器的最小电容值来增加。当然，很明显，本发明的系统中能量转换是通过一个可变电容器来的实现的，转换的有效性依赖于电容变化涉及的范围。一般情况下，这些系统的效率是相当高的，即使是在小的电容范围内运行时，然而，在这样的系统中，能量转换能力或系统的额定功率相对于它的物理尺寸是比较低的。本发明的一个主要方面在于作为增加电容的变化范围的结构，而现在将认真考虑。为了说明起见，将参照图.4a、4b及4c审视一个可移动板极可变电容器。平板电容器提供了这一普遍原则的一个很好的例子，因为它描述了这种结构中存在的简单的静电场。
图.4a显示了对置面关系间隔开的、并分别连接到电池74或其他电压源终端的一对导电极板70和72。极板70和72间的静电场用等势和正交通量线表示，它表示了板间的电容量。图.4b显示了极板70和72在偏移位置中，失去对置面关系以减少极板之间的电容量。同样，极板70和72间的静电场用等势和正交通量线表示，它表示了板间的电容量。
如前所述，任何图.4a所示的使极板产生更大电容，或降低在图.4b中极板位置之间电容的配置，会导致静电发电机中更有效的能量转换。本发明的系统包括一个对极板70和72之间的静电场塑形的构造，当这些极板处于其最小电容的位置时减少它们之间的电容静电场。这种场的塑形是通过添加额外的导体来影响极板之间的场来实现的。
参照图.4c，极板70和72再次显示在其最小电容的位置，然而，显示的另一个极板76与极板70是对置关系。极板76接地或别的独立的电势。由于这个结果，在板70和76提供了静电场，改变场形状和电势梯度，如图.4c所示。板70和72之间的电场和电容大幅减少，而这些板之间的最大电容（当排列成图.4a所示的对置关系时）基本上保持不变。
这些相同的考虑适用于对条形导体或可变电容器的其它构造用类似的方式。当然，接地或磁场整形极板——如极板76可以同时在可变电容器的定子和转子上给出，或者可以仅通过这些结构之一来执行。
现在参照图.5，那里显示了一个系统含有磁场整形电极和由栅条组成的电容性应用结构，其形式通常如图.2和图.3所示。
在图.5中，定子的栅条示意性表示为排成一行的78，而转子的栅条同样显示为对齐在一个相邻的行82中。当然，行78和行82都可以构成一个定子，而其它的则可以构成一个转子，因为相对运动是这一切所需要的。然而，在现有技术中，它成为某种比较常见的术语称为转子导体——作为电荷感应器，而描述转子元件作为电荷输送器。
图.5所示系统中，接地的场整形电极或导体是由行78和行82所提供的，并指定为阴影所示的栅条78a和82a。电极82a直接接地，不过电极78a是通过电感86接地的，这个线圈的功能稍后将会讨论。
在两行里的导电的栅条作为电容元件分别是78b和82b。栅条78b（在行78里）和栅条82b（在行82里）连接到图.1中所示的某种电路结构中。具体而言，栅条78b与一个二极管88和一个电池90连接成一个串联回路。二极管88和电池90之间的结合点91接地，而二极管92与负载电阻器94串联并跨接二极管88。电容器96跨接负载电阻94，并且充当负载电流的滤波器。
在系统的运行中，行78和行82之间有一个相对运动，产生一个周期性可变电容，导致系统如图.1所示的系统中所起的作用。这就是，在行78和82（如图.5所示）之间的高电容的间隔期，电容性结构是由电池90穿过二极管88被充电的。随即，当栅条分开以减少电容时，其两端的电压增加，产生一个通过电池90、负载电阻94和二极管92的相反的方向流动的电流。在每一行78和82中的交替栅条接地时，静电场被塑形，以减少栅条78b和82b之间的最小电容，如图.4中所表现的。其结果是，在每个电周期，电容变化更大，而更多的电荷通过负载被转移。
图.5所示的系统运行中的机械能转换成电能，给出了一个一般的电容性电气系统。因此，在系统内的相位关系通常是那些电容性装置。有鉴于此，本发明包括提供电感器产生的相移和谐振电压扩增，从而增加了系统的有效功率转换能力。在图.5中，这样的电感86是被连接在栅条78a和地之间。图.5中电感器86的系统的运行，在图.6中用图表说明的，是包括电容、电压和电流的图表对应于电容性结构的位置。
上部的曲线族是电容量的图域，其中，曲线C1是导电栅条78b和82b之间的电容变化的图域。曲线C2是栅条78a和82a之间的电容图域，而曲线C3是栅条78a和82b之间的电容图域。这些曲线是按照行78和行82之间的相对位置的清一色变化而绘制的，曲线是在结构上的最小电容的点上开始的。图.5说明了在图.6中标记为3的相对位置。
图.6中的电压曲线是在相同的电容曲线基础上绘制的，并包括一条曲线V1，表示线圈86的跨电压，而曲线V2表示在栅条78b上的相对于地电势的电压。曲线 I 描述了电流流过电感86，而它也是就容性位移而绘制的。
想一想电感86的运行；鉴于栅条78a和容性充电的栅条82b（连接到电池90）之间的电容量，电荷是储存在栅条78a上的。当然，在电感86缺乏时，该电荷会被立即传递到地。然而，通过提供的电感86，曲线V1的跨该元件的电压被发展。这个电压提供了产生进一步的栅条间的磁场整形并导致更高效的功率转换。也就是说，曲线V1的电压出现在栅条78a上的是与电容C1同相的，使栅条78a的场影响有助于在、或接近电容C1的最大值时增加感应电荷，也有助于通过降低场强来减少栅条78b和82b在、或接近最小电容的瞬间的最小电荷。因此在静电场中的变化会导致系统吸收更多的扭矩，从而导致系统提高功率转换能力。
除了提供如图.5中所示的电感器86，使用电感器的其他电路结构是进一步影响谐振电流浪涌，从而增加和减少与电容变化在适当的相位关系时的励磁电压，因而增加电容器交互电流幅度。这样的一个其它的变化示于图.7，它采用的栅条类似于图.5的，而其中，相同的元件也用相同的标识。
在图.7中所示的系统中，电感器98被连接在二极管88和二极管92和栅条78b之间的接合点99之间。此外，一个电容器100跨接着二极管88。通常，添加的谐振电路在与电容变化的所需相位关系中进一步提供电流浪涌。同样，电感器98和电容器100之间的谐振，趋于在相对于激励源90和负载94的跨电压的可变电容器的电场产生更高的电压。用一个小的可变电容器实现高功率，从而大大提高了设备的能力。
图.8可见对一个系统改进的图形指示是由于本发明的某些原理的应用，它包括各种装置的几个曲线描述，而其中速度是沿着水平轴标绘的，对着的功率系数是沿着垂直轴标绘的。此中的功率系数界定为：对于一个给出尺寸和结构的机器，每单位的激励电压的平方的功率输出
。
曲线E1是图.1所示的简单系统的运行特性的标示。曲线E2（表示在性能上有着显着的改善）是图.5中所示系统标示。曲线E3表示图.7（就图.5没有描述的方面）系统的改进，而曲线E4指示图.7所示系统的运行。
很明显，图.7（由曲线E4表示）的系统的功率转换能力在简单系统方面大大提高了，它不包括本发明的这些方面，尤其是如果发电机以一个固定的速度运行，或者如果所提供的方法调节元件86、98和100的电感或电容值，以调整装置运行时在任何速度下的峰值功率。
虽然本发明的各个方面可能会以不同的方式应用于静电机，去得到所期望的结果，而在图.9、10、11和12中所示的运行装置的具体图示，现在将将详细考虑。
该系统被安装在一个外壳110里，它是密封的，并由真空泵112维持抽空。通过在相对高真空中运行一个循环可变电容器装置，减少了绝缘问题，并把风阻损失降至最低。壳体110为扁平圆筒状，并构成一块圆板以螺栓连接到杯形构件116，在这些元件之间的结点为上还有一个环形密封圈118。
一个机械轴120同轴地通过壳体110，而轴颈插入有着真空封接124a和126a的轴承124和126。轴120有一个固定其上的同轴转子128，并与该轴所驱动的机械装置130连接。轴120（由绝缘材料制成）有一个导电部分132在它里边，它通过电刷134和凸耳形成电连接转子128到电池138的一个终端，电池的另一个终端是接地的。
在一般情况下，基本的电系统类似于图.7那个，以定子元件通过凸耳146和148连接到接合点150，而它又通过一个电感器152和电容器154接地。二极管156与电容器154并联连接。接合点150还通过二极管158连接到滤波器160，再次第连接到负载162。在定子元件中的塑形电极140和142的连接是从凸耳164和166穿过电感器168而到地的。
更周详地考虑电容装置的循环变化，转子由一对板170和172（图.12）组成，它是用角偏移的放射槽174构成，通过焊点176互相连接，使得槽174实质上形成辐射状175。在此结构中，转子是全导电材料，如金属等，形成了由辐射状管175 (图.11) 组成的结构，它们通过轴导体132和电刷134连接到电池138。
定子组件140和142是相似的，并由在一个平面上的多个管180（图.10）从定子元件的轴向位置向外辐射，而嵌在那里的环形定子托181支承着它。管180由金属构成，而支承管子的底托181是用像浇注的环氧一类的绝缘材料构成的。与管180交替的是180a，被电连接到端子184，这是凸耳146或148在点186上的触点。
凸耳164和166通过电感器168接地，当栅条180b是实际的可变电容元件时，以栅条180a用作磁场塑形栅条。在这种结构中，只有定子有磁场整形电极，不过，可以理解，在各种其它的实施中，场整形电极可以同时设置在定子和转子中，或仅在一个结构中，就像图.5和图.7中所教的那样。另外，在图.9所示的系统中，只有一个单个的转子板，但应充分理解的是，那是本发明的系统中所能提供的一个大量的多分支转子和定子板，基于系统的额定功率转换能力。
图.9所示的系统运行中，转子128是通过机械装置130使其相对于定子元件140和142旋转的。因此，管状的转子栅条与辐射状的定子栅条180b在驱动下对齐和错开。因此，连接这些元件（凸耳146和148，以及电刷134）则经历了一个电容的周期性变化。定子栅条180a以图.4所描述的方式扩展了这个电容的范围。
高电容间隔期间，环状电容结构由电池138通过电感器152和二极管156充电。随着结构的电容减小，其中的电压增加，使得一个电流通过二极管158和滤波器160至负载162。因此，机械装置130的机械能有效地转化为电能，并以这种形式提供给负载162。
虽然前面的讨论主要涉及静电发电机，应当理解本发明的重要的特征同样适用于静电电机。
在图.9中所披露的本发明的一个重要特征在于结构上可以经济地制造,并实际地应用于电系统。
本发明的另一个重要特征在于在定子或转子中的磁场整形电极的使用，或定子和转子实现更加有效的能量跃迁。
本发明的另外一个重要的特征在于提供了电感元件以进一步提高系统的有效性。
第七章：天线系统
李•梅静电发电机
美国专利 3,094,653 1963年6月18日 发明人：D. B. 李•梅(Le May)等
静电发电机
本发明涉及到一种类型的能量转换机，其中的可变电容器充放电与电容量周期变化同步。
有几种不同类型的静电机，其中，例如，其功能为从动能产生电能或从电能产生动能。对这些机器的一个粗分类法是基于系统内是否使用了导电的或非导电的装置来传送电荷。本发明涉及到的机器的种类是电荷是通过导电装置输送的。更具体地说，本发明涉及静电系统，在该系统中，可变电容器的一种形式是被机械地驱动去提供一个周期性变化的电容量，它在高电容的间隔期间被充电，而在低电容的间隔期间被放电，以此提供电能。
在一般情况下，以前提出的可变电容器静电发电机（有时谓之静电感应发电机）已经能够具有非常高的效率，并且可以在相对较轻的装置中实施。这些考虑主要是因为静电场可以持久在空气、真空、或其它非常轻的介质里维持，而电磁场事实上必须要使用重的铁类材料。另外，不是由导体中的电流，而是表面的带电荷产生静电场，从而可以回避电磁机器的对相对较重的铜的需求。人们已经发现，在真空中运行静电机，不会有电磁机的铁损、铜损或风阻损失，从而实现极高的效率。
然而，其它方面的考虑却阻止了这些机器进入广泛应用。具体地说，这一类的先有技术的静电机通常相对于其发电能力是大尺寸的。此外，先有技术机器的实际应用通常需要极高电压运行。这些缺点都导致了静电场的性质、其对磁场强度的高电位梯度的要求相当于电磁场，并通过电介质的击穿限制强加的电位梯度。因此，在先有技术静电系统中需要相当大的绝缘和安全设备，并没有实用的中等电压可以操作。再进一步，某些形式的静电感应发电机需要相当复杂的切换系统去充放电电容器；这些系统在商业上不是可行的。
一般情况下，本发明包括一个有效的静电感应系统，能够经济运行，可以以一个相对于输出功率的能力来说是一个小的装置中实施。该系统包括两套杆状组件，其中一套相对于另一套旋转，从而使一定的相对可移动的杆变成了一个可变电容器。在结构中的其它棒于是用来形成静电场，以一种在装置的最大和最小电容之间产生更大的差异的方式，从而为单元的大小提高功率转换能力。可变电容的构造被连接到电系统，该系统以一个周期性变化的方式对电容充电和放电。反应性元件于是耦合到系统，使系统中的电压相对于可变电容周相移动，以增加施加的和汲取的电荷，运行周期期间，电容构造从而进一步提高系统的功率转换能力。
本发明的另一个目的是提供一种改进的静电感应系统。
在本发明的另一目的是提供一种静电感应发电机或电动机，相对于其物理尺寸，它具有更高的功率转换能力。
本发明还有另外一个目的是提供一种静电能量转换系统，该系统可以用相对小型的装置上经济地实施。
本发明的再一个目的是提供一种静电感应电动机或发电机，通过改善在系统中的静电场的形状，其能量能更有效地转换为另一种形式。
本发明还有的另一个目的是提供一种静电感应发电机或电动机，通过配备的反应元件来调整系统中所固有的电容性元件来使能量有效地转化为另一种形式。
在本发明的一个进一步的目的是提供一种改进的系统，用于有效地把能量从一种形式转换到另一种形式，其中静电场用于互相耦合能量的不同形式。
本发明的这些——和其它的目的，通过下面结合所采用的附图将变得清晰：
图.1是本发明可以应用的一个初步系统的基本运行原理图；
图.2是一种形式的可变电容器的透视图和示意图，它可以成为本发明的装置的一个部分；
图.3是另一种形式的可变电容器的透视图，它可以成为本发明的装置中的一个部分；
图.4a，4b和4c是图示说明结合本发明的一个系统的运行的一个方面；
图.5是结合了本发明的一种形式的电路图；
图.6是一组曲线图，说明图.5中所示的系统的运行；
图.7是结合本发明的另一系统的电路图；
图.8是一系列的曲线，说明根据本发明构成的系统的有效性；
图.9是一个俯视剖面图和根据本发明构成的装置的图示；
图.10是图.9中沿线10--- 10的俯视垂直剖视图；
图.11是图.9中沿线11--- 11的俯视垂直剖视图；
图.12是图.9中沿线12--- 12的俯视垂直剖视图；
开始时参照图.1，显示的是一台静电感应发电机的初步形式。可变电容器20与电池（或别的电源）22以及二极管24连接成一个串行回路。然后，包括一个二极管26和一个电阻器28的串联电路跨接在二极管24上。二极管24和26是用一种允许电流通过电池22向相反的方向流动的方式连接的。由电机提供一种周期性的可变电容去驱动可变电容器20，因此用于驱动电容器20的机械能被转换为电能供应给负载电阻器28。
仔细想想图.1系统的运行，电容器20不得不在最大和最小电容量之间变化。在电容呈最大值上，电容器20被电池22通过二极管24充电到一个电荷水平“Q”上。跨电容器20的电压于是等于Q/C，其中C是电容器20的电容量。当然，这个电压与电池22的电压减去二极管24两端的电压降大致一致。
当电容器20的电容量C朝着它的最小值减少时，电荷Q保持不变；因此电容器的跨压增加，以适应下跌的电容量，即V=Q/C。电容器20两端增加的电压产生的电流通过电池22、负载电阻器28和二极管26。这个电流往往会给电池22再充电，并同时给负载电阻28提供能量。
以这种方式，机械能周期性地用于驱动电容器20，明显地是以电能的形式传递到负载电阻28的。因此，一般情况下，这个静电发电机的基本运行与电磁发电机相似，只是耦合机械输入能到电输出能的场是静电场而不是电磁场。
在静电发电机中的可变电容器可以用各种各样的结构。然而，在选定的结构中，通常是可取的是通过使用圆形电容器元件——如管状或条状，而不是带锐角转角的电容板极板——来降低峰值场电压梯度的比率到平均梯度。应用这些导电条的两个可变电容器结构已经在图.2和图.3中显示，现在将会详细考虑。
图.2的结构是一个放射状条形可变电容，它被安装成可相对移动的一行行放射状延伸的条，从而使得两行之间成为一个可变电容器。具体而言，条30的第一行被安装在一个固定的轴34的轮毂32上。同样，放射状延伸的条36的另一行由轮毂38支承，安装在固定的轴40上，它是可伸缩地接纳同心轴42的，而同心轴连接到电机44，而它还携带着支承条48的那一行的轮毂46，定位于行30和36之间。在30、36和48每一行中的条可以通过各自的轮毂中的导体支持而电互连。不过，作为单个的毂32、38和46是由绝缘材料组成的，不同的行没有电互连。因此，在各个行30、36和48之间存在可变电容。这个电容有点类似于一个公共旋转板电容结构，但是，为了降低行与行之间的峰值场电压梯度，条或电容元件为圆形，以避免锐角转角。
条48的行在与30行和36行的处于角对准的时候，条与条之间最近，电容量有着最大值。当行48旋转到达与行30和36中的条的最小对齐位置时（如图所示），而那里，在行与行之间存在的电容量是在最小值。因此，当电机44转动行48的条，在这条以及行30和行36中的条之间就给出了一个周期性变化的电容。这个结构应用于本发明中，若干条可以用来形成静电场——如下所述，而其余的条可提供所需的可变电容。当然，这种类型的结构中给出的行的数目可以改变以增加电容，条的大小也可以改变。当然，这些因素要由特定的应用的系统来确定。
图.3显示了可用于本发明系统中的另一种形式的可变电容结构。图.3所示的结构包括两个同轴滚筒结构50和52，它们被安装成可以相对于彼此地旋转。这两个结构类似，只是大小不同。较小的结构50是可伸缩地同轴嵌入较大的结构52体内。较小的结构50包括一对绝缘环54和56，通过导电条58隔开，并在一个圆形结构里成角度偏移。结构52的一对绝缘环60和62被分别同轴地安装在环54和56的外面，并通过导电条64的角度偏移而把它们分隔开来。由环60和62和条64组成结构52被固定，而环54和56以及条58组成的结构50则被旋转，使条58和64以相互平行的关系通过。由于这个移动，两个结构的条之间存在可变电容。正如在图.2所示的结构里，在不同结构中的各个条可以电互连以提供一种复合的电容，或者若干条可用于如下所述的场整形。因此图.3所示的结构、以及图.2所示的结构可用于图.1所示系统的周期性电容改变，以从动能提供电能。在这种系统中，将由电机44或66提供能量，但是，对于本发明来说，动能的来源并不重要。
在上述的静电发电机的运行中，机器的每单位大小（和重量）的功率转换的比率可以通过增加最大电容值、或通过降低可变电容器的最小电容值来增加。当然，很明显，本发明的系统中能量转换是通过一个可变电容器来的实现的，转换的有效性依赖于电容变化涉及的范围。一般情况下，这些系统的效率是相当高的，即使是在小的电容范围内运行时，然而，在这样的系统中，能量转换能力或系统的额定功率相对于它的物理尺寸是比较低的。本发明的一个主要方面在于作为增加电容的变化范围的结构，而现在将认真考虑。为了说明起见，将参照图.4a、4b及4c审视一个可移动板极可变电容器。平板电容器提供了这一普遍原则的一个很好的例子，因为它描述了这种结构中存在的简单的静电场。
图.4a显示了对置面关系间隔开的、并分别连接到电池74或其他电压源终端的一对导电极板70和72。极板70和72间的静电场用等势和正交通量线表示，它表示了板间的电容量。图.4b显示了极板70和72在偏移位置中，失去对置面关系以减少极板之间的电容量。同样，极板70和72间的静电场用等势和正交通量线表示，它表示了板间的电容量。
如前所述，任何图.4a所示的使极板产生更大电容，或降低在图.4b中极板位置之间电容的配置，会导致静电发电机中更有效的能量转换。本发明的系统包括一个对极板70和72之间的静电场塑形的构造，当这些极板处于其最小电容的位置时减少它们之间的电容静电场。这种场的塑形是通过添加额外的导体来影响极板之间的场来实现的。
参照图.4c，极板70和72再次显示在其最小电容的位置，然而，显示的另一个极板76与极板70是对置关系。极板76接地或别的独立的电势。由于这个结果，在板70和76提供了静电场，改变场形状和电势梯度，如图.4c所示。板70和72之间的电场和电容大幅减少，而这些板之间的最大电容（当排列成图.4a所示的对置关系时）基本上保持不变。
这些相同的考虑适用于对条形导体或可变电容器的其它构造用类似的方式。当然，接地或磁场整形极板——如极板76可以同时在可变电容器的定子和转子上给出，或者可以仅通过这些结构之一来执行。
现在参照图.5，那里显示了一个系统含有磁场整形电极和由栅条组成的电容性应用结构，其形式通常如图.2和图.3所示。
在图.5中，定子的栅条示意性表示为排成一行的78，而转子的栅条同样显示为对齐在一个相邻的行82中。当然，行78和行82都可以构成一个定子，而其它的则可以构成一个转子，因为相对运动是这一切所需要的。然而，在现有技术中，它成为某种比较常见的术语称为转子导体——作为电荷感应器，而描述转子元件作为电荷输送器。
图.5所示系统中，接地的场整形电极或导体是由行78和行82所提供的，并指定为阴影所示的栅条78a和82a。电极82a直接接地，不过电极78a是通过电感86接地的，这个线圈的功能稍后将会讨论。
在两行里的导电的栅条作为电容元件分别是78b和82b。栅条78b（在行78里）和栅条82b（在行82里）连接到图.1中所示的某种电路结构中。具体而言，栅条78b与一个二极管88和一个电池90连接成一个串联回路。二极管88和电池90之间的结合点91接地，而二极管92与负载电阻器94串联并跨接二极管88。电容器96跨接负载电阻94，并且充当负载电流的滤波器。
在系统的运行中，行78和行82之间有一个相对运动，产生一个周期性可变电容，导致系统如图.1所示的系统中所起的作用。这就是，在行78和82（如图.5所示）之间的高电容的间隔期，电容性结构是由电池90穿过二极管88被充电的。随即，当栅条分开以减少电容时，其两端的电压增加，产生一个通过电池90、负载电阻94和二极管92的相反的方向流动的电流。在每一行78和82中的交替栅条接地时，静电场被塑形，以减少栅条78b和82b之间的最小电容，如图.4中所表现的。其结果是，在每个电周期，电容变化更大，而更多的电荷通过负载被转移。
图.5所示的系统运行中的机械能转换成电能，给出了一个一般的电容性电气系统。因此，在系统内的相位关系通常是那些电容性装置。有鉴于此，本发明包括提供电感器产生的相移和谐振电压扩增，从而增加了系统的有效功率转换能力。在图.5中，这样的电感86是被连接在栅条78a和地之间。图.5中电感器86的系统的运行，在图.6中用图表说明的，是包括电容、电压和电流的图表对应于电容性结构的位置。
上部的曲线族是电容量的图域，其中，曲线C1是导电栅条78b和82b之间的电容变化的图域。曲线C2是栅条78a和82a之间的电容图域，而曲线C3是栅条78a和82b之间的电容图域。这些曲线是按照行78和行82之间的相对位置的清一色变化而绘制的，曲线是在结构上的最小电容的点上开始的。图.5说明了在图.6中标记为3的相对位置。
图.6中的电压曲线是在相同的电容曲线基础上绘制的，并包括一条曲线V1，表示线圈86的跨电压，而曲线V2表示在栅条78b上的相对于地电势的电压。曲线 I 描述了电流流过电感86，而它也是就容性位移而绘制的。
想一想电感86的运行；鉴于栅条78a和容性充电的栅条82b（连接到电池90）之间的电容量，电荷是储存在栅条78a上的。当然，在电感86缺乏时，该电荷会被立即传递到地。然而，通过提供的电感86，曲线V1的跨该元件的电压被发展。这个电压提供了产生进一步的栅条间的磁场整形并导致更高效的功率转换。也就是说，曲线V1的电压出现在栅条78a上的是与电容C1同相的，使栅条78a的场影响有助于在、或接近电容C1的最大值时增加感应电荷，也有助于通过降低场强来减少栅条78b和82b在、或接近最小电容的瞬间的最小电荷。因此在静电场中的变化会导致系统吸收更多的扭矩，从而导致系统提高功率转换能力。
除了提供如图.5中所示的电感器86，使用电感器的其他电路结构是进一步影响谐振电流浪涌，从而增加和减少与电容变化在适当的相位关系时的励磁电压，因而增加电容器交互电流幅度。这样的一个其它的变化示于图.7，它采用的栅条类似于图.5的，而其中，相同的元件也用相同的标识。
在图.7中所示的系统中，电感器98被连接在二极管88和二极管92和栅条78b之间的接合点99之间。此外，一个电容器100跨接着二极管88。通常，添加的谐振电路在与电容变化的所需相位关系中进一步提供电流浪涌。同样，电感器98和电容器100之间的谐振，趋于在相对于激励源90和负载94的跨电压的可变电容器的电场产生更高的电压。用一个小的可变电容器实现高功率，从而大大提高了设备的能力。
图.8可见对一个系统改进的图形指示是由于本发明的某些原理的应用，它包括各种装置的几个曲线描述，而其中速度是沿着水平轴标绘的，对着的功率系数是沿着垂直轴标绘的。此中的功率系数界定为：对于一个给出尺寸和结构的机器，每单位的激励电压的平方的功率输出
曲线E1是图.1所示的简单系统的运行特性的标示。曲线E2（表示在性能上有着显着的改善）是图.5中所示系统标示。曲线E3表示图.7（就图.5没有描述的方面）系统的改进，而曲线E4指示图.7所示系统的运行。
很明显，图.7（由曲线E4表示）的系统的功率转换能力在简单系统方面大大提高了，它不包括本发明的这些方面，尤其是如果发电机以一个固定的速度运行，或者如果所提供的方法调节元件86、98和100的电感或电容值，以调整装置运行时在任何速度下的峰值功率。
虽然本发明的各个方面可能会以不同的方式应用于静电机，去得到所期望的结果，而在图.9、10、11和12中所示的运行装置的具体图示，现在将将详细考虑。
该系统被安装在一个外壳110里，它是密封的，并由真空泵112维持抽空。通过在相对高真空中运行一个循环可变电容器装置，减少了绝缘问题，并把风阻损失降至最低。壳体110为扁平圆筒状，并构成一块圆板以螺栓连接到杯形构件116，在这些元件之间的结点为上还有一个环形密封圈118。
一个机械轴120同轴地通过壳体110，而轴颈插入有着真空封接124a和126a的轴承124和126。轴120有一个固定其上的同轴转子128，并与该轴所驱动的机械装置130连接。轴120（由绝缘材料制成）有一个导电部分132在它里边，它通过电刷134和凸耳形成电连接转子128到电池138的一个终端，电池的另一个终端是接地的。
在一般情况下，基本的电系统类似于图.7那个，以定子元件通过凸耳146和148连接到接合点150，而它又通过一个电感器152和电容器154接地。二极管156与电容器154并联连接。接合点150还通过二极管158连接到滤波器160，再次第连接到负载162。在定子元件中的塑形电极140和142的连接是从凸耳164和166穿过电感器168而到地的。
更周详地考虑电容装置的循环变化，转子由一对板170和172（图.12）组成，它是用角偏移的放射槽174构成，通过焊点176互相连接，使得槽174实质上形成辐射状175。在此结构中，转子是全导电材料，如金属等，形成了由辐射状管175 (图.11) 组成的结构，它们通过轴导体132和电刷134连接到电池138。
定子组件140和142是相似的，并由在一个平面上的多个管180（图.10）从定子元件的轴向位置向外辐射，而嵌在那里的环形定子托181支承着它。管180由金属构成，而支承管子的底托181是用像浇注的环氧一类的绝缘材料构成的。与管180交替的是180a，被电连接到端子184，这是凸耳146或148在点186上的触点。
凸耳164和166通过电感器168接地，当栅条180b是实际的可变电容元件时，以栅条180a用作磁场塑形栅条。在这种结构中，只有定子有磁场整形电极，不过，可以理解，在各种其它的实施中，场整形电极可以同时设置在定子和转子中，或仅在一个结构中，就像图.5和图.7中所教的那样。另外，在图.9所示的系统中，只有一个单个的转子板，但应充分理解的是，那是本发明的系统中所能提供的一个大量的多分支转子和定子板，基于系统的额定功率转换能力。
图.9所示的系统运行中，转子128是通过机械装置130使其相对于定子元件140和142旋转的。因此，管状的转子栅条与辐射状的定子栅条180b在驱动下对齐和错开。因此，连接这些元件（凸耳146和148，以及电刷134）则经历了一个电容的周期性变化。定子栅条180a以图.4所描述的方式扩展了这个电容的范围。
高电容间隔期间，环状电容结构由电池138通过电感器152和二极管156充电。随着结构的电容减小，其中的电压增加，使得一个电流通过二极管158和滤波器160至负载162。因此，机械装置130的机械能有效地转化为电能，并以这种形式提供给负载162。
虽然前面的讨论主要涉及静电发电机，应当理解本发明的重要的特征同样适用于静电电机。
在图.9中所披露的本发明的一个重要特征在于结构上可以经济地制造,并实际地应用于电系统。
本发明的另一个重要特征在于在定子或转子中的磁场整形电极的使用，或定子和转子实现更加有效的能量跃迁。
本发明的另外一个重要的特征在于提供了电感元件以进一步提高系统的有效性。
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