一种面内运动静电发电机制造技术

本申请公开了一种面内运动静电发电机，包括n对位于定子基底的定子电极、n个位于动子基底的驻极体，驻极体与定子电极形状相同，所述n对定子电极间隔地分别相连于第一导电部、第二导电部；第一导电部或第二导电部具有至少一个第一触指部；该第一触指部、与第一触指部具有间隙的一个第二触指部形成一个开关电极对，所述开关电极对被位于动子上的碳刷接触时使得第一触指部与第二触指部形成电连接，以将通过开关电极对所形成电连接的定子电极与发电机的第一输出端形成电连接；未通过开关电极对所形成电连接的定子电极与发电机的第二输出端形成电连接。本发明专利技术提高了发电机的输出功率，并降低和拓宽了匹配电阻。

【技术实现步骤摘要】
一种面内运动静电发电机
本专利技术涉及驻极体静电发电机
，特别地，涉及一种面内运动静电发电机。
技术介绍
静电式能量采集装置，如摩擦电发电机、驻极体发电机，具有质量小、能量密度高、制作简单以及低频特性好等优点，具有广阔的应用前景，但目前此类发电机的输出功率依然较低。因此，有效提高其输出功率具有重要意义。一种接触分离式摩擦静电发电机，通过接触分离开关实现了输出功率的有效提升。但这种接触分离开关只适用于接触分离式静电发电机，无法应用到如旋转式等面内运动的静电发电机中。对于旋转式静电发电机，提出了一种基于静电吸附弹簧式开关的摩擦发电机，当发电机电压积累到一定程度，开关被吸合，电流流经负载产生输出，同时电压降低；当电压降低到一定程度，开关断开；从而形成震荡式通断状态。这种发电机输出功率有所提高，但这种开关工作在特定频率，不在其频率范围效率提高有效，且开关的制造复杂，工作条件容易受到环境影响。
技术实现思路
本专利技术提供了一种面内运动静电发电机，以提高其输出功率。一种面内运动静电发电机，包括n对位于定子基底的定子电极、n个位于动子基底的驻极体，驻极体与定子电极形状相同，其中，n为自然数，其特征在于，所述n对定子电极间隔地分别相连于第一导电部、第二导电部；第一导电部或第二导电部具有至少一个第一触指部；该第一触指部、与第一触指部具有间隙的一个第二触指部形成一个开关电极对，所述开关电极对被位于动子上的碳刷接触时使得第一触指部与第二触指部形成电连接，以将通过开关电极对所形成电连接的定子电极与发电机的第一输出端形成电连接；未通过开关电极对所形成电连接的定子电极与发电机的第二输出端形成电连接。所述静电发电机还包括有一将所述开关电极对的通断作为电源开关的电源管理电路，该电路的整流输入端与发电机的输出端相连，整流电路的输出端串联有一电感和一电容，电容的两端向负载提供输出端口。所述定子电极为由内径为r0、外径为r、数量为2n的周向方向均匀排列的等圆心角的扇环状电极组成；所述第一导电部包括，小于所述内径的第一电极环、以及第一电极环周向方向均匀排列有n个沿径向、向圆心方向的反方向延展至第一扇环状电极内弧的第一连接部，所述第二导电部包括，大于外径的第二电极环、以及第二电极环周向方向均匀排列有n个沿径向向圆心方向延展至第二扇环状电极外弧的第二连接部。所述第二电极环周向均匀排列2n个沿径向、向圆心方向的反方向延展一定长度的第一触指部；内径大于第一触指部外包络半径的第三电极环周向均匀排列2n个沿径向、向圆心方向延展长度不触及第二电极环的第二触指部；第一触指部与第二触指部交错分布、并在交错处形成有所述间隙，所述间隙的大小适配于动子上所安装的碳刷与定子接触面大小；所述开关电极对的中心线与扇环状电极中心线平行，并且处于扇环状电极中心线附近。所述第二电极环的第二连接部附近沿径向、向圆心方向的反方向延展一定长度的一个所述第一触指部，与所述第一触指部交错排列、并在交错处形成有所述间隙的一个所述第二触指部；所述间隙的大小适配于动子上所安装的碳刷与定子接触面大小；所述开关电极对的中心线与扇环状电极中心线平行，并且处于扇环状电极中心线附近；所述动子包括以开关电极对至扇环状电极圆心的距离为半径、以扇环状驻极体圆心的圆周的周向方向均匀排列的2n个碳刷，所述碳刷位于在驻极体的中心线和两驻极体之间的对称线上。所述第一电极环周向均匀排列2n个沿径向、向圆心方向延展一定长度的第一触指部；内径小于第一触指部包络半径的第三电极环周向均匀排列2n个沿径向、向圆心方向延展长度不触及第一电极环的第二触指部；第一触指部与第二触指部交错分布、并在交错处形成有所述间隙，所述间隙的大小适配于动子上所安装的碳刷与开关电子对接触面大小；所述开关电极对的中心线与扇环状电极中心线平行，并且处于扇环状电极中心线附近。所述第二电极环具有一使得与所述第一扇环状电极连接至所述第一输出端的缺口，所述缺口附近的第一扇环状电极具有延其一侧边以实现电连接的宽度、向圆心方向的反方向沿缺口中心线延展至所述第一输出端的第三连接部；位于缺口附近的一开关电极对的第二触指部具有以实现电连接的宽度延展至所述第二输出端的第四连接部。所述第二电极环以实现电连接的宽度、向圆心方向的反方向延展至所述第二输出端的第四连接部；所述第一输出端通过过孔、经过位于定子基底背面导体与位于第三电极环的一过孔相连。其中，所述定子电极由2n个长边为t、短边为s的矩形状电极延同一直线按长边相互平行等间隔排列组成；平行于矩形状电极第一短边的第一直线形导体直线方向均匀排列有n个沿与矩形状电极短边垂直方向延展至矩形状电极的第一连接部；平行于矩形状电极第二短边的第二直线型导体直线方向均匀排列有n个沿与矩形状电极第二短边垂直方向延展至矩形状电极的第二连接部，所述第一连接部、第二连接部分别位于矩形状电极短边的中心对称线上；第二直线型导体直线方向均匀排列有n个沿与所述第二连接部延展方向的相反方向、延展一定长度的第一触指部；平行第二直线型导体、与位于该导体同侧、与所述第一触指部的包络具有间隙的第三直线形导体均匀排列有n个沿与所述第二连接部延展方向相同反向、延展长度不触及第二直线型导体的第二触指部；第一触指部与第二触指部交错分布、并在交错处形成有所述间隙，所述间隙的大小适配于动子上所安装的碳刷与开关电子对接触面大小，开关电极对的中心线与矩形状电极短边的中心线平行，并且处于矩形状电极短边的中心线附近。所述第一直线形导体连接至所述第一输出端，所述第三直线形导体连接至所述第二输出端。所述碳刷位于驻极体的中心线上，且与扇环状驻极体圆心的距离和发电机定子上开关电极对至扇环状电极圆心的距离相等。所述碳刷为碳纤维刷，该碳纤维刷安装于动子基底的沉孔或通孔内；或者所述碳刷由弹性体和导电体两部分组成，其中，所述弹性体固定于动子上，所述弹性体的材料为聚二甲基硅氧烷，所述导电体为铜箔；或者所述碳刷为具有导电能力弹性体的导电弹性体，该碳纤维刷安装于动子基底的沉孔或通孔内，所述导电弹性体由聚二甲基硅氧烷和碳纳米管构成；或者，所述碳刷为带有承受轴向压力弹性部件的导电体，所述弹性部件为压缩弹簧，该压缩弹簧的固定部固定于动子基底的沉孔底部，该压缩弹簧的伸缩部固定有具有一定高度的导电体，导电体的上部在压缩弹簧处于未压缩状态下高于动子基底表面以与开关电子对形成电连接；或者，所述碳刷为带有承受轴向压力弹性部件的导电体，所述弹性部件为压缩弹簧，固定于压缩弹簧伸缩部的导电体下部的横截面大于导电体上部横截面形成有凸部；压缩弹簧固定部固定于动子基底的沉孔底部，压缩弹簧伸缩部和导电体凸部容纳于沉孔底部直径形成空间内，导电体除凸部以外的其余部分通过开口直径小于沉孔底部直径的开口部伸出动子基底表面。所述碳刷以所述开关电极对至扇环状电极圆心的距离为半径、以扇环状驻极体为圆心的圆周的周向方向均匀分布于转子基底；所述碳刷数量为m个，其中m为大于1的自然数。本专利技术通过位于定子上的开关电极对，随着动子的运动而周期性地通过碳刷与开关电极对的接触而使得开关电极对形成电连接，以形成带滑移式开关，从而使得发电机的输出端输出高压脉冲，本专利技术提高了发电机的输出功率，并降低和拓宽了匹配电阻。附图说明图1为带滑移接触式开关的旋转式静电发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面内运动静电发电机，包括n对位于定子基底的定子电极、n个位于动子基底的驻极体，驻极体与定子电极形状相同，其中，n为自然数，其特征在于，所述n对定子电极间隔地分别相连于第一导电部、第二导电部；第一导电部或第二导电部具有至少一个第一触指部；该第一触指部、与第一触指部具有间隙的一个第二触指部形成一个开关电极对，所述开关电极对被位于动子上的碳刷接触时使得第一触指部与第二触指部形成电连接，以将通过开关电极对所形成电连接的定子电极与发电机的第一输出端形成电连接；未通过开关电极对所形成电连接的定子电极与发电机的第二输出端形成电连接。

【技术特征摘要】
1.一种面内运动静电发电机，包括n对位于定子基底的定子电极、n个位于动子基底的驻极体，驻极体与定子电极形状相同，其中，n为自然数，其特征在于，所述n对定子电极间隔地分别相连于第一导电部、第二导电部；第一导电部或第二导电部具有至少一个第一触指部；该第一触指部、与第一触指部具有间隙的一个第二触指部形成一个开关电极对，所述开关电极对被位于动子上的碳刷接触时使得第一触指部与第二触指部形成电连接，以将通过开关电极对所形成电连接的定子电极与发电机的第一输出端形成电连接；未通过开关电极对所形成电连接的定子电极与发电机的第二输出端形成电连接。2.如权利要求1所述的静电发电机，其特征在于，所述静电发电机还包括有一将所述开关电极对的通断作为电源开关的电源管理电路，该电路的整流输入端与发电机的输出端相连，整流电路的输出端串联有一电感和一电容，电容的两端向负载提供输出端口。3.如权利要求1所述的静电发电机，其特征在于，所述定子电极为由内径为r0、外径为r、数量为2n的周向方向均匀排列的等圆心角的扇环状电极组成；所述第一导电部包括，小于所述内径的第一电极环、以及第一电极环周向方向均匀排列有n个沿径向、向圆心方向的反方向延展至第一扇环状电极内弧的第一连接部，所述第二导电部包括，大于外径的第二电极环、以及第二电极环周向方向均匀排列有n个沿径向向圆心方向延展至第二扇环状电极外弧的第二连接部。4.如权利要求3所述的静电发电机，其特征在于，所述第二电极环周向均匀排列2n个沿径向、向圆心方向的反方向延展一定长度的第一触指部；内径大于第一触指部外包络半径的第三电极环周向均匀排列2n个沿径向、向圆心方向延展长度不触及第二电极环的第二触指部；第一触指部与第二触指部交错分布、并在交错处形成有所述间隙，所述间隙的大小适配于动子上所安装的碳刷与定子接触面大小；所述开关电极对的中心线与扇环状电极中心线平行，并且处于扇环状电极中心线附近。5.如权利要求3所述的静电发电机，其特征在于，所述第二电极环的第二连接部附近沿径向、向圆心方向的反方向延展一定长度的一个所述第一触指部，与所述第一触指部交错排列、并在交错处形成有所述间隙的一个所述第二触指部；所述间隙的大小适配于动子上所安装的碳刷与定子接触面大小；所述开关电极对的中心线与扇环状电极中心线平行，并且处于扇环状电极中心线附近；所述动子包括以开关电极对至扇环状电极圆心的距离为半径、以扇环状驻极体圆心的圆周的周向方向均匀排列的2n个碳刷，所述碳刷位于在驻极体的中心线和两驻极体之间的对称线上。6.如权利要求3所述的静电发电机，其特征在于，所述第一电极环周向均匀排列2n个沿径向、向圆心方向延展一定长度的第一触指部；内径小于第一触指部包络半径的第三电极环周向均匀排列2n个沿径向、向圆心方向延展长度不触及第一电极环的第二触指部；第一触指部与第二触指部交错分布、并在交错处形成有所述间隙，所述间隙的大小适配于动子上所安装的碳刷与开关电子对接触面大小；所述开关电极对的中心线与扇环状电极中心线平行，并且处于扇环状电极中心线附近。7.如权利要求4或5所述的静电发电机，其特征在于，所述第二电极环具有一使得与所述第一扇环状电极连接至所述第一输出端的缺口，所述缺口附近的第一扇环状电极具有延其一侧边以实现电连接的宽度、向圆心方向的反方向沿缺口中心线延展至所述第一输出端的第三连接部；位于缺口附近的一开关电极对的第二触指部具有以实现电连接的宽度延展至所述第二输出端的第四连接部。8.如权利要求6所述的静电发电机，其特征在于，所述第二电极环以实现电连接的宽度、向圆心方向的反方向延展至所述第二输出端的第四连接部；所述第一输出端通过过孔、经过位于定子基底背面导体与位于第三电极环的一过孔相连。9.如权利要求1所述的静电发电机，其特征在于，所述定子电极由2n个长边为t、短边为s的矩形状电极延同一直线按长边相互平行等间隔排列组成；平行于矩形状电极第一短边的第一直线形导体直线方向均匀排列有n个沿与矩形状电极短边垂直方向延展至矩形状电极的第一连接部；平行于矩形状电...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶雄英，曹泽元，毕明朝，王诗文，吴子博，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11