无基底电极驻极体静电直线发电机和制造该驻极体的方法技术

本发明专利技术公开了一种无基底电极驻极体静电直线发电机和制造驻极体的方法，包括：基座；第一定子和第二定子，其相互平行地固定至基座；动子，其位于第一定子和第二定子的中间；限位机构；第一定子和第二定子的朝向动子的一侧表面设置工作电极或者驻极体，动子的两侧表面对应地设置驻极体或者工作电极，驻极体没有基底电极；动子在外力驱动下在平行于第一定子和第二定子的平面内直线移动，工作电极和驻极体间的相对移动使在工作电极上产生的感应电荷通过负载转移并输出。本发明专利技术在静电直线发电机中使用不具有基底电极的驻极体，使得驻极体所带电荷基本全部用于诱导对应的工作电极产生感应电荷，从而大大提高发电机的电荷转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及驻极体静电发电机
，特别涉及一种无驻极体基底电极的驻极体静电直线发电机和制造该无驻极体基底电极的驻极体的方法。
技术介绍
目前可再生能源越来越受到广泛的重视，环境中有大量的动能存在。收集动能发电主要有两种机电能量转换方式——电磁方式和静电方式。电磁模式主要基于磁铁和线圈的相对运动发电；静电模式包括压电、摩擦、驻极体和可变电容方式。驻极体特指经过电晕放电等带上永久电荷或偶极子的绝缘材料，良好的驻极体材料储存电荷的寿命可达几十年上百年，以普遍应用于驻极体麦克风和静电除尘。驻极体材料可以分为两大类——基于二氧化硅的无机驻极体材料和基于聚合物的有机驻极体材料。前者电荷密度高，但电荷稳定性相对较差；后者电荷稳定性较好，但电荷密度不够高。1978年Jefimenko和walker报道了第一个驻极体发电机，采用盘式旋转结构，其转子由两个不同极性的驻极体半圆盘组成，转子直径6英寸，在6000rpm(转/秒)的转速下达到25mW的输出功率。2003年J.Boland、Y.C.Tai等报道了基于微机械制造工艺的聚合物驻极体旋转发电机，通过旋涂Teflon AF(特氟龙无定形氟聚物)薄膜作为驻极体，发电机转子直径8mm，在4170rpm的转速下输出25μW的功率。虽然现有驻极体发电机的输出功率偏低，却是一种很有前途的静电发电机，是电磁发电机很好的补偿。但目前几乎所有驻极体发电机驻极体下都有给驻极体充电荷电时使用的基底电极，驻极体上的电荷用于诱导工作电极上的电荷的利用率低；且驻极体材料为单层薄膜，电荷一般在驻极体膜的极表面位置，单位面积的总荷电量不高；另外，电极间的寄生电容以及电场边缘效应大大地影响了驻极体发电机的输出功率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种无基底电极的驻极体静电直线发电机和制造该无基底电极的驻极体的方法，其在静电直线发电机中使用不具有基底电极的驻极体，使得驻极体所带电荷基本全部用于诱导对应的工作电极产生感应电荷，从而大大提高发电机的电荷转换效率。本专利技术提供了一种无基底驻极体静电直线发电机，包括至少一个发电单元，每个发电单元包括：基座；第一定子和第二定子，所述第一定子和第二定子相互平行地固定至所述基座；动子，所述动子位于所述第一定子和第二定子之间，且与所述第一定子和第二定子的距离相等；限位机构，所述限位机构将所述动子限定在与所述第一定子和第二定子平行的平面内；所述第一定子和第二定子的朝向所述动子的一侧表面设置工作电极或者驻极体，所述动子的朝向所述第一定子和第二定子的两侧表面对应地设置驻极体或者工作电极，所述驻极体没有基底电极；所述动子在外力驱动下在平行于所述第一定子和第二定子的平面内直线移动，以通过间隔相对的工作电极和驻极体的相对移动在所述工作电极上产生感应电荷并输出。优选地，所述驻极体的覆盖范围大于所述动子的移动范围。优选地，所述驻极体包括多层相互层叠的驻极体膜，相邻的两层驻极体膜通过胶层相互粘合；所述驻极体通过胶层固定至所述第一定子和第二定子的朝向所述动子的一侧表面或者所述动子的朝向所述第一定子和第二定子的两侧表面。优选地，所述驻极体的外表面具有绝缘层。优选地，所述驻极体包括N个沿所述动子的移动方向排列的形状相同的第一条形驻极体，所述N个第一条形驻极体等间隔设置，每个第一条形驻极体的延伸方向与所述移动方向垂直；所述工作电极包括2N个沿所述动子的移动方向排列的形状相同的条形电极，所述2N个条形电极等间隔设置，每个条形电极的延伸方向与所述移动方向垂直；所述2N个条形电极的端部连接在一起以输出感应电荷；或者N个两两相隔的所述条形电极的端部连接在一起以分别输出感应电荷。优选地，每个所述第一条形驻极体的宽度等于工作电极的电极周期，所述电极周期为每个条形电极的宽度与相邻两个条形电极之间的间隔距离之和。优选地，每个所述条形电极的宽度和工作电极的电极周期的比值范围在0.6至0.98之间。优选地，所述限位机构包括：限位凸台，所述限位凸台自所述动子的两端分别朝向第一定子和第二定子延伸，并且抵靠所述第一定子和第二定子的朝向所述动子的表面；每个发电单元进一步包括：驱动弹簧，所述驱动弹簧将所述动子的一端或两端与所述基座连接，以驱动所述动子在平行于所述第一定子和第二定子的平面内直线往复移动。优选地，所述限位机构包括：第一导向槽，所述第一导向槽设置在所述第一定子和第二定子的朝向所述动子的表面，其延伸方向为所述动子的移动方向；第二导向槽，所述第二导向槽设置在所述动子的朝向所述第一定子和第二定子的两侧表面上，其延伸方向为所述动子的移动方向，并且位置与所述第一导向槽对应；和滚珠，所述滚珠被夹持在对应的第一导向槽和第二导向槽之间，并且沿着对应的第一导向槽和第二导向槽滚动。优选地，所述驻极体进一步包括：N个沿所述动子的移动方向排列的形状相同的第二条形驻极体，所述N个第二条形驻极体等间隔设置，每个第二条形驻极体的延伸方向与所述移动方向垂直，每个第二条形驻极体设置在两个所述第一条形驻极体之间，所述第二条形驻极体的电荷与所述第一条形驻极体的电荷相反。本专利技术的又一实施例还提供了一种制造无基底驻极体的方法，包括：步骤100、将驻极体膜通过胶层粘贴至电极板；步骤200、使用电晕放电对驻极体膜荷电；步骤300、荷电完毕后，将驻极体膜与所述电极板分离；步骤400、将分离的驻极体膜通过胶层粘贴至基板。优选地，在步骤400以后进一步包括：步骤500：执行步骤100至步骤300，然后将分离的驻极体膜通过胶层粘贴至步骤400中得到的驻极体；步骤600，驻极体膜的层数是否达到要求，如果是，则结束，如果否，则执行步骤500。优选地，在步骤100中，所述电极板表面具有一层绝缘膜，所述驻极体膜通过胶层粘贴至绝缘膜表面。优选地，在步骤200中，利用多个等间隔设置的针尖对驻极体膜进行电晕放电。在本专利技术的静电直线发电机中，驻极体其固定的表面之间没有基底电极，则驻极体所带电荷基本全部用于诱导对应的工作电极产生感应电荷，使得在工作电极上诱导出的有效电荷比现有的带有基底电极的驻极体高很多。附图说明以下附图仅对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。图1为本专利技术的实施例一的结构示意图。图2为实施例一中的工作电极的结构示意图。图3为四相发电机的工作电极的连接示意图。图4为本专利技术的实施例二的局部示意图。图5为本专利技术的实施例三的结构示意图。图6为实施例三的局部侧视图。图7为本专利技术的实施例四的结构示意图。图8为本专利技术的一种制造在以上实施例中使用的无基底电极的驻极体的方法的工作流程图。具体实施方式为了对专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本专利技术的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。在本文中，“一个”并不表示将本专利技术相关部分的数量限制为“仅此一个”，并且“一个”不表示排除本专利技术相关部分的数量“多于一个”的情形。为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本专利技术相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无基底电极的驻极体静电直线发电机，其特征在于，包括至少一个发电单元，每个发电单元包括：基座(10)；第一定子(20)和第二定子(30)，所述第一定子(20)和第二定子(30)相互平行地固定至所述基座(10)；动子(40)，所述动子(40)位于所述第一定子(20)和第二定子(30)之间，且与所述第一定子(20)和第二定子(30)的距离相等；限位机构(50)，所述限位机构(50)将所述动子(40)限定在与所述第一定子(20)和第二定子(30)平行的平面内；所述第一定子(20)和第二定子(30)的朝向所述动子(40)的一侧表面设置工作电极(60)或者驻极体(70)，所述动子(40)的朝向所述第一定子(20)和第二定子(30)的两侧表面对应地设置驻极体(70)或者工作电极(60)，所述驻极体(70)没有基底电极；所述动子(40)在外力驱动下在平行于所述第一定子(20)和第二定子(30)的平面内直线移动，工作电极(60)和驻极体(70)间的相对移动在使所述工作电极(60)上产生的感应电荷转移并输出。

【技术特征摘要】
1.一种无基底电极的驻极体静电直线发电机，其特征在于，包括至少一个发电单元，每个发电单元包括：基座(10)；第一定子(20)和第二定子(30)，所述第一定子(20)和第二定子(30)相互平行地固定至所述基座(10)；动子(40)，所述动子(40)位于所述第一定子(20)和第二定子(30)之间，且与所述第一定子(20)和第二定子(30)的距离相等；限位机构(50)，所述限位机构(50)将所述动子(40)限定在与所述第一定子(20)和第二定子(30)平行的平面内；所述第一定子(20)和第二定子(30)的朝向所述动子(40)的一侧表面设置工作电极(60)或者驻极体(70)，所述动子(40)的朝向所述第一定子(20)和第二定子(30)的两侧表面对应地设置驻极体(70)或者工作电极(60)，所述驻极体(70)没有基底电极；所述动子(40)在外力驱动下在平行于所述第一定子(20)和第二定子(30)的平面内直线移动，工作电极(60)和驻极体(70)间的相对移动在使所述工作电极(60)上产生的感应电荷转移并输出。2.根据权利要求1所述的无基底电极的驻极体静电直线发电机，其特征在于，所述驻极体(70)的覆盖范围大于所述动子(40)的移动范围。3.根据权利要求1所述的无基底电极的驻极体静电直线发电机，其特征在于，所述驻极体(70)包括多层相互层叠的驻极体膜，相邻的两层驻极体膜通过胶层相互粘合；所述驻极体(70)通过胶层固定至所述第一定子(20)和第二定子(30)的朝向所述动子(40)的一侧表面或者所述动子(40)的朝向所述第一定子(20)和第二定子(30)的两侧表面。4.根据权利要求1或2所述的无基底电极的驻极体直线静电发电机，其特征在于，所述驻极体(70)的外表面具有绝缘层。5.根据权利要求1或2所述的无基底电极的驻极体静电直线发电机，其特征在于，所述驻极体(70)包括N个沿所述动子(40)的移动方向排列的形状相同的第一条形驻极体(70a)，所述N个第一条形驻极体(70a)等间隔设置，每个第一条形驻极体(70a)的延伸方向与所述移动方向垂直；所述工作电极(60)包括2N个沿所述动子(40)的移动方向排列的形状相同的条形电极(61)，所述2N个条形电极(61)等间隔设置，每个条形电极(61)的延伸方向与所述移
\t动方向垂直，N个两两相隔的所述条形电极(61)的端部连接在一起以分别形成两个输出端输出移动感应电荷，以形成单相电机；或者所述工作电极(60)包括N1个沿所述动子(40)的移动方向排列的形状相同的条形电极(61)，N1为大于N的整数，所述N1个条形电极(61)等间隔设置，每个条形电极(61)的延伸方向与所述移动方向垂直，所述N1个条形电极(61)中的每相隔(i-1)个的条形电极(61)的端部连接在一起，以分别形成i个输出端输出移动感应电荷，以形成i相电机，所述i为大于3的整数。6.根据权利要求5所述的无基底电极的驻极体静电直线发电机，其特征在于，每个所述第一条形驻极体(70a)的宽度为工作电极(60)的电极周期的1倍、1.5倍、或者2倍，所述电极周期为每个条形电极(61)的宽度与相邻两个条形电极(61)之间的间隔距离之和...

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