Електрокинетичен апарат - Томас Таунсенд Браун

Патентна Служба на САЩ
Патент 3,187,206 Юни 1, 1965

Електрокинетичен Апарат
Томас Таунсед Браун, Уолкъртаун, N.C., правоприемник,
чрез междинни назначения, към Електрокинетика, ООД., Пенсилванска Корпорация Попълнен на 9 Май, 1958, Сериен Номер 734,342 23 Искове (Cl. 310-5)

Това изобретение е едно електрическо устройство, за продуциране на тяга чрез дирекно действие на електрически полета.

Открих, че оформено електрическо поле може да задвижи устройство спрямо околните по начин, който е едновременно непознат до сега и полезен. Създават се механичните сили, които движат устройството постоянно в една посока, докато масите правят така че околната среда да се движи в обратна посока.

Когато усторйството оперира в диелектрична флуидна среда, също като въздуха, силите на реакция изглежда съществуват/ са налични в тази среда както и при всички други солидни материални тела съставляващи физическата околна среда. Във вакуум, силите на реакция, се появяват на солидните околни тела, например върху стените на вакуумната камера. Задвижващата сила въпреки това не е намалена до нула, когато всички околни тела се отстранят отвъд очевидния ефективен обхват на електрическото поле. Чрез прикрепването на двойка електроди в противоположните краища на диелектрическия член и свързвайки източник на висок електростатичен потенциал към тези електроди, се продуцира сила по посока към единия електрод поради това че електрода е с такава комфигурация, че кара линиите-на-силата да се съсредоточават другия електрод. Силата, следователно, е в посока от региона на висока плътност на потока към региона с ниска плътност, обикновено в посока през оста на електродите.  Тягата произведена от такова устройство е налична ако градиента на електростатичното поле между двата електрода е не-линеен. Този не-линеен градиент може да произтича от разликата в конфигурацията на електродите, от електрическия потенциал и/или поляритета на близкостоящите тела, от формата на диелектричния член, от градиента и плътността му, електрическата проводимост, електричната диелектрична проницаемост и магнитната проницаемост на диелектричния член или комбинация от тези фактори.

Просто устройство за производството на сила чрез електроди прикрепени към диелектричен член е показано в моя Патент 1,974,483. В един мой патент, електростатичен мотор включва устройство имащо няколко радиално насочени перки излизащи от единия край на диелектрично тяло и точков електрод на другия край на диелектричното тяло. Когато това устройство се държи във флуидна среда, като въздух например, и се приложи висок електростатичен потенциал между двата електрода, се произвежда тяга по посока на краищата на перките, които са прикрепени. Други електростатични устройства произвеждащи тяга са разкрити и обяснени в детайли в моя Британски Патент 300,311, издаден на 15 Август, 1927. Скорошни изследвания в електростатичното движение ни доведоха до откритието на по-добри устройства за произвеждането на тяга чрез използването на електрически векторни сили.

Съответно, това е главният обект от това изобретение за предоставянето на подобрено електрическо устройство за произвеждането на тяга. Друг обект от това изобретение е устройство, което произвежда модулирана тяга в отговор на различните електрически сигнали, които произвежда устройството с по-голям ефект от гореспоменатите. Друг обект от това изобретение е устройство, което оформя или концентрира електростатичния поток за производството на подобрена тяга. В широк смисъл, изобретението се отнася до оформянето на електрическо поле за продуцирането на сила върху устройството, което оформя полето. Електрическото поле е оформено, чрез използването на електрод със специална конфигурация, където електрическите линии-на-силата се съсредоточават на разстояние от електрода. Едно илюстративно олицетворение на това изобретение, което покрива горното изискване за дъгообразната повърхност, или алтернативно, система от жици, тръби или плочи прикрепени към диелектрична повърхност и формиращи ръководен ред. Един такъв високо-зареден електрод действащ в и върху средата с различен електричен потенциал ще се движи в отговор на силите създадени от оформянето на електростатичното поле.

Ако по-малък електрод се добави на или близо до фокуса на електрода оформящ полето и механично се прикрепи към този електрод, и двата електрода като система ще се движат по посока на по-големия електрод, т.е. този оформящ полето. Както бе споменато по-горе, сам по себе си електрода оформящ полето, когато е зареден по отношение на електрическата среда, ще се движи или притежава сил по посока на връхната си точка (its apex). Ако друг електрод носещ различен заряд се добави на или близо до фокусната точка на електрода оформящ полето, тогава полето ще стане по концентрирано, т.е. оформено до по-голяма степен и произтичащата тяга ще е по-голяма, от тази когато се използва само електрода оформящ полето.

Накрано в съоветствие с аспектите на това изобретение, електрод се свързва в двата края на диелектричен член и един от тези електроди определя голяма област плоска или дъгообразна повърхност, която е извита така, че да произвежда, обикновено в кооперация с другия електрод, оформено електростатично поле. Предимство е, ако извития електрод е във формата на парабола или хипербола, дължината на диелектричния член може да бъде такава, че другия електрод е разположен в региона на фокуса на параболата или хиперболата, в зависимост от случая. Ако извития електрод е полукълбо, другия електрод е разположен близо до центъра на полусферата. В съответствие с другите аспекти на това изобретение диелектричния член поддържащ двата електрода може да има електрическа проводимост и/или диелектрична константа, която варира прогресивно между краищата му, така че диелектричния член допринася за не-линейността на градиента на полето и предизвиква получаването на по-голяма тяга. В съответствие и с други аспекти на това изобретение, един пръстеновиден електрод се осигурява към един електрод монтиран в региона на остана на пърстеновидния електрод. Ако втория електрод е разположен в центъра на пръстеновидния електрод и двата електрода са енергизирани, не се отчита сила/енергия. Въпреки това, ако вторият или вътрешният електрод се премахне от центъра на пръстеновидния електрод в региона на оста на пръстеновидния електрод и електродите се енергизират, тогава ще се произведе тяга от двата електрода. (виж. Фиг. 8а до 8с). Пръстеновидния електрод може да бъде плосък пръстен, тороид, или секция на цилиндър. (Бележка: Както може да се види от Фиг. 8с движението не винаги е към положителния електрод – то е към средата с най-ниска електрическа-поточна-плътност).

В съответствие с още някои аспекти на това изобретение, заострените (tapered) диелектрични членове с електроди обезопасени от противоположните краища могат да бъдат накарани да произвеждат тяга в отговор на приложените потенциали към тези електроди. Тягата произведена от тези заострени диелектрични членове може да бъде усилена чрез вмъкването на масивни частици, също като оловен оксид, в краищата, които частици обикновено са по концентрирани близо до краищата на върховете. [Бележка: Под масивни частици се има предвид частици от елементи с високи атомни маси, също като злато, олово и бисмут (в обясненията му на Фиг. 4, и фиг. 5, Браун нарича тези частици гранули от полу-проводими материали... също като оловния оксид.)] Съответно, една от характеристиките на това изобретение е да бъде електрическо устройство, което произвежда тяга, която включва диелектрически член и електроди прикрепени към всеки край на диелектричния член, като един от електродите е разположен в региона на фокусната точка на електрода с извитата повърхност.

Единия от електродите е с параболична или хиперболична повърхност, другия електрод е разположен в региона на фокуса на гореспоменатата повърхност.

Това изобретение използва и изолиращ прът или член между двата електрода, който прът или член има варираща диелектрична константа, като диелектричната константа прогресивно се увеличава или намалява заедно с дължината на диелектричния член.

Когато има приложен електростатичен потенциал този член или прът между двата електрода има вариращата електрична проводимост, или проводимост прогресивно увеличаваща се или намаляваща с дължината на диелелектричния член.

Устройството използва един електрод, който има извита повърхност и е свързан към източник на ел. потенциал, като той има противоположен поляритет спрямо ел. потенциал на масите съставляващи околната среда.

Извития електрод се използва като устройство, което продуцира тяга и към него се  прилага вариращ електричен сигнал.

Устройството има връх от диелектричен материал с електроди на двата края, които произвеждат тяга в отговор на приложената ел. енергия.

Изобретението използва заострен диелектричен материал с масични частици вмъкнати, за да произвеждат тяга в отговор на приложените потенциали върху електродите, които са прикрепени към диелектрическия член.

Изобретението използва и пръстеновиден електрод, който е прикрепен към втори пръстеновиден електрод в региона на остана му за да се продуцира тяга в отговор на приложения електрически потенциал.

Тези и много други обекти и черти на това изобретение ще станат ясни след обяснението към графиките, което може да прочетете по-долу:

Фигура 1 показва изобретението в цялост.

Фигура 2 показва изобретението под друг ъгъл.

Фигура 3 е графично представяне на градиента на полето между електродите на изобретението, като разстоянието от единия електрод [D] е скициран като абсциса, докато плътността на потока [ø] е скицирана като ордината.

Фигура 4 е перспективен изглед на друга илюстрация на изобретението.

Фигура 5 и 6 са перспективни изгледи на същото изобретение.

Фигура 7 е друг изглед на изобретението използващо двойка устройства във Фиг.6, които устройства са монтирани и серийно свързани в единична област.

Фигури 8а, 8b, и 8c са изгледи на изобретението.

Ако погледнем Фигура 1, ще видим илюстрация на изолиращия член 10, който има извит електрод 12 монтиран на единия край и втори електрод 14 монтиран на противоположния край. Източника на директен токов волтаж 13 е свързан към електроди 12 и 14 чрез проводниците 15 и 17, респективно. Открих, че ако двата електрода са монтирани на двата края на диелектричния член, и полето произлиза от тези електроди, което продуцира линеен градиент през диелектричния член е показано като точкова линия 30 във Фиг.3, и тогава не се произвежда тяга от диелектричния член. Въпреки това, ако полето е изкривено за да продуцира не-линеарен градиент също както е графично представено чрез линия 32 във Фиг.3, тогава ще се продуцира тяга, която тяга ще бъде свързана със степента на не-линейност на градиента на полето. Един начин за продуциране на градиент, който има вариращата нелинейност е да се оформи единия от електродите във формата на извита повърхност също като 12.По-долу ще бъдат разкрити многобройни други начини за влияние на градиента на полето. Електрод 14 има съществена маса и е открито, че се получават най-добри резултати ако повърхността на електрод 14 е по-голяма от повърхността на края на пръта 10. В един частен случай, сферичен електрод имащ диаметър по-голям от диаметъра на прът 10, произвежда много задоволителни резултати. Предимство ще е, ако диелектричния член 10, се използва за увеличаване на не-линейността на градиента на полето.

Например, диелектричния член може да е от материал, който има сравнително еднаква диелектрична константа и може да бъде заострен по посока на електрод 14 също както членът 10 в региона на електрод 12 има много по-голяма пресечна-област, отколкото края на член 10, който е свързан към електрод 14. Еквивалентен резултат може да се постигне, ако член 10 има униформен/еднакъв диаметър, но има диелектрична или завършена плътност или се състои от материал имащ прогресивно различна електрична проводимост или диелектрична константа. В което и да е от тези подреждания, диелектричната константа, или алтернативно електричната проводимост, варира от ниска степен в региона на електрод 14 до висока в региона на електрод 12.

Извития електрод 12 може да е или изплетена от жица повърхност или солидна проводима повърхност. В първия случай, жиците са много близо една до друга, така че когато се приложи електричен потенциал към тези жици, те действат по същия начин както проводимата повърхност. Извития електрод 12 ще продуцира тяга, когато потенциала е приложен към електрод 12, който е с противположен поляритет на потенциала на телата в региона на електрода [14]. Такава тяга, ще бъде продуцирана дори и ако диелелектричния член 10 и електрод 14 се елиминират от структурата. Въпреки това, тягата продуцирана от заредения извит електрод 12 когато действа сам е по-малка от тягата продуцирана от комбинираното устройство, което включва диелектричния член 10 и противоположния зареден електрод 14.

Ако погледнем отново Фиг.2, ще видим илюстрирано изобретението, в което оформянето на полето е постигнато. Във Фиг.2, планарния електрод 18 е свързан към полусферичен електрод 14 чрез диелектричния прът 10. Когато източник на електричен потенциал (не е показан) се свърже чрез жици 15 и 17 към електроди 18 и 14, респективно, градиента на полето ще бъде продуциран между електродите 18 и 14, като той ще варира в съответствие с графиката представена от непрекъснатата линия 32 във Фиг.3. В този частен случай, както и в случая с Фиг.1, не-линейността на градиента на полето е усилена чрез използването на свързващия прът 10, който е диелектрик с прогресивно различна диелектрична константа между електродите 18 и 14. Подобен резултат може да се продуцира чрез използването на прът 10 имащ електрична проводимост, която варира прогресивно между електродите 18 и 14.

Ако погледнем Фиг.4 ще видим друга илюстрация на това изобретение, в която тягата се продуцира в отговор на приложения електрически потенциал.

Фрусто-коничната повърхност 25 е направена от метал или има метална повърхност, и се използва върху електрод, който е свързан към заострен член 27. Заострения член 27 е фрусто-коничен и е съставен главно от не-проводим материал, но съдържа гранули от полу-проводим материал, чиито гранули са концентрирани близо до върха 28. Монтиран на върха 28 е полу-вълнов излъчвател 29, който може да бъде под форматана на диск (виж Фиг.4а).  [Бележка: Полу-вълновата дължина от 3 см, например, би кореспондирала на сигнал от 5GHz-ова  честота].

Трябва да се отбележи, че оста на член 27 съвпада е оста на член 25. Когато източник на потенциал се свърже към електроди 25 и 29, се продуцира тяга по посока на стрелката 31 без значение на поляритета на приложения волтаж. Въпреки това, по-голяма тяга се продуцира, когато електрода 25 е позитивен с респект към електрода 29. Променливите токови волтажи може също да се приложат към електродите 25 и 29 и потенциала също може да бъде superimposed upon или заменен с волтажи на прав ток. За предпочитане е, честотата на приложения A.C. волтаж е да е такъв, че диаметъра на диска 29 да представлява полу-вълновата дължина на приложения волтаж.

Фиг. 5 показва заострения член 32, който е направен от не-проводим материал и може да съдържа частици от полу-проводим материал по начин подобен на член 27. Полу-проводимия материал съдържащ се в член 32 и член 27 може да бъде каквато и да е удобна форма на масивни частици, например като оловен оксид. По едната повърхност на член 32 се намира електрод 34, докато на обратната страна има друг електрод 36. Когато се приложи ел. потенциал към тези електроди, за предпочитане с такъв поляритет, че електрод 36 да е позитивен по отношение на електрод 34, тогава се продуцира тяга по посока на стрелката 37. В устройствата показани във Фиг. 4 и 5, тягата продуцирана от електродите се усилва от вариращата пресечна област на непроводимия материал свързващ електродите и е многократно усилена от волтажния градиент продуциран от вкараните частици, чиито волтажен градиент е по-голям при случая, в който заострения член е използван без тях.

Що се отнася до Фиг. 6, ще видим изобразени куп от членове 32 също както при Фиг.5, в която електродите 36А и 36Е са осигурени чрез свръзка в някаква удобна форма, също като пластина 38. Всеки един от тези членове 32А през 32Е продуцира тяхщга по посока на стрелката 37А и резултантната сила е равна на сумата от тягата продуцирана от индивидуалните членове 32 в отговор на приложените потенциали към електродите 34А-34Е и 36.

Във Фиг. 7 са изобразени двойка членове, също както във Фиг. 6, в която електродите са серийно свързани. В този частен случай, пластина или друг член 40 съдържа електдо, върху който са монтирани членове 32F до 32J. Втори електрод 42 е поставен между електродите32F до 32J и електроди 32K до 32P. Трети електрод 44 е свързан с електрод 34 върху всеки един от членове 32К до 32Р. Трябва да се спомене, че електроди 40 и 44 са свързани към източник на потенциал докато електрод 42 е свързан към източник на противоположен потенциал. Тягата продуцирана от тази област е по посока на стрелката 37В и начина, по който се продуцира тази тяга е подобен на обясенията към Фиг. 5 и 6, въпреки, че тук изглежда, че електрод 42 ще изпита взаимно привличане към електроди 40 и 44. Не-линейния градиент се продуцира между тези електроди чрез вариращата пресечна област на членове 32 и чрез присъствието на полу-проводникови частици в членове 32. Този не-линеен градиент усилва тягата, както е споменато по-горе.

Ако погледнем сега Фиг. 8А, 8В, 8С ще видим илюстрация на това изобретение. Във Фиг. 8А, тороидния член 48 има електрод 50, който е поддържан в центъра си чрез изолирани прътове 52. Ако електрод 50 и тороидния член 48 са едновременно с проводими повърхности определящи електродите и тези електроди са свързани с източници на противоположен потенциал, няма да се продуцира тяга. Обаче, както е показано във Фиг. 8 електрод 50 е транслиран по оста на генериране на тороида или кръговия член 48 подсигурен от не-проводимите членове 52, и тогава това устройство ще изпита тяга насочена надолу, както е индикирано чрез стрелка 53, в отговор на приложените потенциали от различен поляритет. Вярва, се че тази сила е продуцирана от кръговата конфигурация на електрод 48 и иместената от центъра локация на електрод 50. В примера във Фиг.8С, електрод 50 е позициониран под центъра на електрод 48 и по оста на генериране на електрод 48. Когато потенциалите се приложат към електроди 48 и 50 във Фиг. 8С, се продуцира тяга в посока нагоре, както е индикирано със стрелката 54. Тук отново градиента на полето се дължи на конфигурацията на електрод 48 и на локацията на електрод 50 по отношение на електрод 48.

От предходната дискусия, също е ясно, че комбинацията от извит електрод, поддържащ член с пресечна площ, и втори електрод подсигурен от свързващ член ще продуцира тяга по оста на извития електрод, когато се приложат потенциали към електродите. По подобен начин, тяга може да се получи между плоски електроди с нееднакви площи, които са свързани чрез член в варираща пресечна площ. Тягата произведена от това последно споменато устройство става много по-силна чрез прибавянето на полу-проводниковите частици в не-проводниковия член, чиито частици са по-концентрирани в региона на малкия електрод, отколкото в региона на големия. По нататък, тези заострени членове имащи плоски електроди свързани към противоположните страни може да се опаковат по вертикален начин и да се свържат успоредно, или може да се опаковат вертикално и да се свържат в серии с подобни вертикални области.

Прилагайки тези потенциали към различни тела, се установи, че степента в която се прилага потенциала често влияе на тягата. Това е особено валидно, когато се използват диелектричните членове с висока диелектрична константа и фактора е времето за зареждане. В такива случаи, градиента на полето се променя при промяната на заряда. В такива случаи когато първоначалните зареждащи токове са високи, диелектричните материали с висока магнитна проницаемост също така показват варираща тяга с времето.

Един начин с предимство за прилагането на потенциал е когато приложените потенциали варират циклично.

Тук е очевидно, че изобретението се състои от двойка електроди монтирани на изолиращ член, като единия от електродите има извита повърхност за произвеждането на по-силна тяга в отговор на приложените потенциали. Ясно е, и че тази тяга е усилена от не-линейността на градиента на полето, чрез прогресивно променящи се характеристики на диелектричния член свързващ тези електроди. Тази не-линейност на полето може да се продуцира от градиент в електрическа проводимост, диелектрическа проницаемост и/или магнитна проницаемост заедно с дължината на (изолиращия) член, или може да резултира в промяна на пресечната площ на пръта, който има нееднородни характеристики.

Докато показвам и описвам различни части от моето изобретение, се разбира че то може да бъде разширено и приложено към различни типове машини и апарати. Изобретението следователно не се ограничава с детайлите илюстрирани и описани тука.

Аз твърдя:

1. Устройството произвеждащо тяга се състои от повърхност оформяща поле, образувана от близко раздалечени проводници имащи диелектричен материал между тях за образуване на гладка повърхност, диелектричен член свързан към тази повърхност оформяща полето, и средства за прилагането на електричен потенциал между електрода и леко раздалечените проводници.

2. Устройство за продуциране на тяга в съответсвие с твърдение 1, където диелектричния член има диелектрична константа, която варира прогресивно между електрода и повърхността.

3. Устройство за продуциране на тяга състоящо се от електрод имащ сравнително голяма повърхностна площ, електрод позициониран в региона на остана на генериране на повърхността и имащ сравнително малка площ, диелектрични средства свързващи електроди и средства за прилагане на електричен потенциал към електродите.

4. Устройство в съответствие с твърдение 3, където диелектричните средства показват диелектрична константа, която варира прогресивно от висока стойност в региона на големия електрод до сравнително ниска стойност в региона на малкия електрод.

5. Усторйство в съответствие с твърдение 3, където диелектричните средства имат електрическа проводимост, която варира прогресивно между електродите.

6. Устройство за продуциране на тяга състоящо се от равнинен електрод, втори електрод позициониран в региона на оста на генериране на планарния електрод, диелектричен член свързващ електродите и средства за прилагане на висок електростатичен потенциал към електродите.

7. Устройство в съотвествие с твърдение 6, където диелектричния член е заострен от планарние електрод към по-малкия електрод.

8. Устройство в съответствие с твърдение 6 където диелектрически член има проводимост, която варира от сравнително висока стойнсот до планарния електрод към сравнително ниска стойност близо до по-малкия електрод.

9. Устройство за продуцирането на тяга в отговор на приложените потенциали към електродите състоящи се от един електрод, и втори имащ сравнително голяма планарна повърхност с отношение към първия електрод и средства включващи свързващ член подсигуряващ електродите, които са леко раздалечени за да се продуцира полеви градиент между тях.

10. Устройство в съответствие с твърдение 9, където свързващия член има варираща крос-секция.

11. Устройство в съответствие с твърдение 9, където свързващия член е заострен между електродите.

12. Устройство в съответствие с твърдение 9, първият и вторият електрод са плоски електроди с нееднаква площ.

13. Устройство в съответствие с твърдение 9, включващо средства за прилагане на вариращ електричен потенциал към електродите.

14. Устройство в съответствие с твърдение 9, където свързващия член има диелектрична константа, която варира между електродите.

15. Устройство в съответствие с твърдение 14, където първият електрод има фрусто-конична повърхност и където свързващия член се простира по оста на генериране на първия електрод.

16.  Устройство в съответствие с твърдение 14, където първият електрод очервата фрусто-конична повърхност.

17. Устройство в съответствие с твърдение 9, където свързващия член съдържа полу-проводникови частици, които придават проводим градиент.

18. Устройство в съответствие с твърдение 15, където вторият електрод е диско-образен радиатор и където приложените потенциали към електродите са променливи токови потенциали, диаметъра на диско-образния електрод е равен на половин-вълнова дължина на променливия токов потенциал.

19. Устройство в съответствие с твърдение 15, където свързващия член съдържа полу-проводникови частици, които са концентрирани повече в региона на дисковия радиатор, отколкото е региона близък до първие електрод.

20. Устройство за продуциране на тяга в отговор на приложените електрически потенциали към електродите състоящи се от един пръстеновиден електрод, втори електрод, изолационни средства свързващи електродите, където тягата се продуцира по оста на генериране на пръстеновидния електрод в отговор на приложения електрически потенциал.

21. Устройство в съответствие с твърдение 20, където пръстеновидния електрод има тороидна повърхност.

22. Устройство в съответствие с твърдение 20, където вторият електрод е монтиран на оста на генериране на пръстеновидния електрод.

23. Устройство в съответствие с твърдение 22, където вторият електрод е отместен от центъра на пръстеновидния електрод, където тягата се развива по оста по посока на втория електрод към пръстеновидния в отговор на приложения електрически потенциал.

Референциите Цитирани от Контрольора 1,003,484 11/51 France (както и Британския патент #300,311 на Браун) (виж листата с патенти на ТТ Браун).