一种基于介电弹性体材料的发电机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于介电弹性体材料的发电机，属于分布式发电机领域。固定支撑装置与可变电容装置连接，可变电容装置一端连接偏置电压产生装置，可变电容装置另一端电压输出装置，该可变电容装置的结构是介电弹性体材料的上端面、下端面为渗碳或石墨薄膜电极。本实用新型专利技术具有结构简单、效率高、成本低、重量轻、完全无污染等突出特点，并行、高分布式将是这种发电机的显著构造特征；可省去目前风力发电中较昂贵的塔结构，发电机构大大简化，大幅降低成本，发电场合的选择更加灵活。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种分布式发电机领域。
技术介绍
介电弹性体是在弹性体基质的上下表面渗入屈从电极材料而形成的、基于麦克斯韦效应的一种新型功能材料，目前的研究主要集中在驱动领域。目前的风力发电机的工作原理为电磁式， 一般由风轮、发电机、调向器(尾翼)、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。结构复杂，电能转换的效率较低，发电成本高。对于风场选址要求较高，需常年有风能提供的地区， 一般远离市区，维护不方便，且提高了送变电成本。
技术实现思路
本技术将介电弹性体材料用于发电领域，提供一种新型的分布式发电机。本技术采取的技术方案是固定支撑装置与可变电容装置连接，可变电容装置一端连接偏置电压产生装置，可变电容装置另一端电压输出装置，该可变电容装置的结构是介电弹性体材料的上端面、下端面为渗碳或石墨薄膜电极。本技术一种实施方式是受縮状态下的渗碳或石墨薄膜电极的厚度在20 50微米；本技术一种实施方式是介电弹性体材料采用丙烯酸弹性体。本技术一种实施方式是介电弹性体材料采用1 6层介电弹性体薄膜复合、表面有突起的蜂窝状变形结构。本技术的工作原理当发电机在外力作用下产生大变形、即大电容状态下，为其提供初始电压，电荷注入到介电弹性体的渗碳或石墨薄膜电极上(见图1 (a));当发电机收縮(见图l(b))时，异性电荷被推离，同性电荷被压縮靠近，从而提高了电荷电压，完成电能的转换。即发电机的一个伸展一收縮周期即为一个发电周期。产生的电能可以存储起来，或为负载供电。本技术的发电原理可简化为图1 (a)、 (b)所示，可变电容装置在伸展状态即大电容状态下，电荷注入到介电弹性体的渗碳或石墨薄膜电极上。当在外力作用下紧縮弛豫即小电容时，弹性体材料的弹性应力抵抗电场力，提高了电能。从微观上看，厚度增加时，由于异性电荷被推离，同性电荷被压縮靠近，提高了电荷电压。可见，当外力作用在具有预加电压的介电弹性体材料上使其变形时，通过电容的改变即可发电，变形越大，发电能力越强。而介电弹性体材料的发电过程即为介电弹性体材料的伸展与弛豫的交替过程。图1 (a)、 (b)中4为预加的偏置电压，F(O为介电弹性体材料的输出电压。本技术通过捕获大量的风或海浪的运动等，进而使介电弹性体材料产生大的变形而发电。为此，采用变形量大的丙烯酸弹性体；在弹性体的制造上，采用多层介电弹性体薄膜复合、有突起的蜂窝状变形结构，进一步增大薄膜型材料的表面积，以提高其变形量，见图 2。屈从电极材料采用石墨，通过渗入工艺将石墨均布于丙烯酸弹性 体薄膜材料的上下表面，在变形量为150%的范围内，石墨电极受縮状态时的厚度在20至50微米范围内，保证在伸展状态下不会出现电本技术将介电弹性体材料用于发电领域，特别适于针对低 频、大变形的能量源而发电的场合，如利用风力及海浪运动而发电。与目前的风力发电相比较，介电弹性体材料在可再生能源如风力 及海浪等分布式发电中独具优势。与电磁或压电材料等比较，介电弹性体材料(丙烯酸弹性体为例)具有以下突出特点①具有最大发电比能量，为0.4J/g(目前测得值，理论上可达1%以上)。与之比较， 压电材料中具有最优性能的单晶陶瓷(PZN-PT)约为0. lj/g;电磁 材料约为0.04J/g (峰值)。②具有最大应变变形，可达380%。电磁 材料为50%，单晶陶瓷(PZN-PT)约为1.7%。③可与能量源直接耦 合，无需中间转换环节。 柔顺性、耐冲击、材料密度低、成本低。 利用介电弹性体材料制造的发电机将具有结构简单、效率高、成 本低、重量轻、完全无污染等突出特点，并行、高分布式将是这种发 电机的显著构造特征；可省去目前风力发电中较昂贵的塔结构，发电 机构大大简化，大幅降低成本，发电场合的选择更加灵活。附图说明图l (a)是本技术的原理图；伸展状态。 图1 (b)是本技术的原理图；收縮状态。图2 (a)是介电弹性体材料的结构示意图。 图2 (b)是图2 (a)俯视图。 图3 (a)是本技术实施例2的结构示意图。 图3 (b)是图3 (a)图的左视图。 图4是本技术实施例3的结构示意图。具体实施方式实施例1固定支撑装置4与可变电容装置1连接，可变电容装置1一端连 接偏置电压产生装置2，可变电容装置另一端电压输出装置3，该可 变电容装置的结构是介电弹性体材料101的上端面、下端面为渗碳或 石墨薄膜电极102;受縮状态下的渗碳或石墨薄膜电极的厚度在20 微米；介电弹性体材料采用丙烯酸弹性体；介电弹性体材料采用l层 介电弹性体薄膜复合、表面有突起的蜂窝状变形结构。固定支撑装置4与可变电容装置1连接，可变电容装置1 一端连 接偏置电压产生装置2，可变电容装置另一端电压输出装置3，该可 变电容装置的结构是介电弹性体材料101的上端面、下端面为渗碳或 石墨薄膜电极102;受縮状态下的渗碳或石墨薄膜电极的厚度在35 微米；介电弹性体材料采用丙烯酸弹性体；介电弹性体材料采用3层 介电弹性体薄膜复合、表面有突起的蜂窝状变形结构。本实施例中，固定支撑装置如图3 (a)和(b)所示，它是一种 利用风力发电的装置，可变电容装置在风力作用下产生大变形、即大电容状态下，为其提供初始电压，电荷注入到介电弹性体的渗碳或石 墨薄膜电极上(见图1 (a));当发电机收縮(见图l(b))时，异性电 荷被推离，同性电荷被压縮靠近，从而提高了电荷电压，完成电能的 转换。即发电机的一个伸展一收縮周期即为一个发电周期。产生的电 能可以存储起来，或为负载供电。 实施例3固定支撑装置4与可变电容装置1连接，可变电容装置1 一端连 接偏置电压产生装置2，可变电容装置另一端电压输出装置3，该可 变电容装置的结构是介电弹性体材料101的上端面、下端面为渗碳或 石墨薄膜电极102;受縮状态下的渗碳或石墨薄膜电极的厚度在50 微米；介电弹性体材料采用丙烯酸弹性体；介电弹性体材料采用6层 介电弹性体薄膜复合、表面有突起的蜂窝状变形结构。本技术的上部固定一个浮球，浮在海面，下部固定在地上， 通过捕获大量的风或海浪的运动等，进而使介电弹性体材料产生大的 变形而发电。权利要求1、一种基于介电弹性体材料的发电机，其特征在于固定支撑装置与可变电容装置连接，可变电容装置一端连接偏置电压产生装置，可变电容装置另一端电压输出装置，该可变电容装置的结构是介电弹性体材料的上端面、下端面为渗碳或石墨薄膜电极。2、 根据权利要求1所述的基于介电弹性体材料的发电机，其特征在于受缩状态下的渗碳或石墨薄膜电极的厚度在20~50微米。3、 根据权利要求1或2所述的基于介电弹性体材料的发电机，其特征在于介电弹性体材料采用丙烯酸弹性体。4、 根据权利要求3所述的基于介电弹性体材料的发电机，其特征在于介电弹性体材料采用1 6层介电弹性体薄膜复合、表面有突起的蜂窝状变形结构。专利摘要本技术涉及一种基于介电弹性体材料的发电机，属于分布式发电机领域。固定支撑装置与可变电容装置连接，可变电容装置一端连接偏置电压产生装置，可变电容装置另一端电压输出装置，该可变电容装置的结构是介电弹性体材料的上端面、下端面为渗碳或石墨薄膜电极。本技术具有结构简单、效率高、成本低、重量轻、完全无污染等突出特点，并行、高分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于介电弹性体材料的发电机，其特征在于：固定支撑装置与可变电容装置连接，可变电容装置一端连接偏置电压产生装置，可变电容装置另一端电压输出装置，该可变电容装置的结构是介电弹性体材料的上端面、下端面为渗碳或石墨薄膜电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鄂世举，朱喜林，高春甫，李晓梅，荆宝德，贺新升，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：实用新型
国别省市：33[中国|浙江]