长期稳定的旋转作用驱动的接触起电式能量采集器件结构制造技术

本发明专利技术公开的长期稳定的旋转作用驱动的接触起电式能量采集器件结构，属于新能源器件技术领域，包括转轴

【技术实现步骤摘要】
长期稳定的旋转作用驱动的接触起电式能量采集器件结构


[0001]本专利技术属于新能源器件
，具体涉及长期稳定的旋转作用驱动的接触起电式能量采集器件结构
。

技术介绍

[0002]静电采集器件作为一种新型的微能源采集器件，可以收集环境中的静电能量为系统供能，特别是在分布式物联网系统中有着广阔的应用前景
。
传统的电磁式发电机由于结构较为单一，难以运用于小型化
、
扁平化的多点分布式自供能物联网系统中，与之相比，静电采集器件的结构形式多种多样，可以根据不同的应用场景针对性设计结构
。
[0003]静电采集器件从结构形式上主要分为接触起电式
、
接触滑动式
、
单电极式和悬浮滑动式
。
其中，接触滑动式静电采集器件在工作过程中会逐渐磨损静电层，输出性能也会逐渐衰减
。
而接触起电式和悬浮滑动式静电采集器件由于其工作原理为静电感应，正负静电层通过接触又分离的方式来产生感应电荷，正负静电层之间并不发生相对滑动的摩擦，往往具备较好的长期稳定性
。
悬浮滑动式静电采集器件具备长期稳定的优势，但相较接触滑动式结构的输出性能较低，为了增强输出性能，通常会采取特定的方式进行电荷补充
。
接触起电式静电采集器件具备长期稳定和无需电荷补充的优势，但其结构较为单一，多层集成的结构也大都是简单的垂直方向堆叠，这意味着需要给发电机施加高频往复的作用才能具备较高的输出
。
因此，结构单一这一缺点大大限制了接触起电式静电采集器件的应用
。
[0004]在日常生活中，旋转运动和低频的往复运动是两种常见的运动形式，若能设计一种特定结构的接触起电式静电采集器件，将旋转运动或低频的往复运动转化为正负静电层高频的反复接触分离的作用，便可同时保证输出性能和输出性能的长期稳定性，为接触起电式静电采集器件的应用提供可行的结构和方案
。

技术实现思路

[0005]针对上述不足，本专利技术提供了长期稳定的旋转作用驱动的接触起电式能量采集器件结构，以旋转的作用形式驱动，将旋转作用转换为较高频率的接触分离作用，较高频率的接触分离使器件的输出功率和输出性能的持续稳定性能都有较为明显的提高，旋转的驱动方式也提高了接触起电式静电采集器件的实用性和可用性
。
[0006]长期稳定的旋转作用驱动的接触起电式能量采集器件结构，其特征在于，包括转轴
、
轴承
、
拨动扭簧
、
转子部分
、
扭转部分
、
回位扭簧和定子部分；
[0007]其中，所述转轴依次穿过轴承
、
转子部分
、
扭转部分
、
回位扭簧和定子部分；
[0008]所述转子部分套接在轴承外围，轴承用于限位，使得转子部分在外界作用下沿垂直于转轴径向的一固定平面旋转；
[0009]所述扭转部分包括朝向转子部分的第一叶片底座，设置在第一叶片底座外围的多个凹凸结构，以及嵌插在第一叶片底座的多个等夹角排布的第一叶片；第一叶片表面设有带正静电层的电极，且各第一叶片的电极依次连通；
[0010]所述定子部分包括第二叶片底座以及嵌插在第二叶片底座的多个等夹角排布的第二叶片；第二叶片表面设有带负静电层的电极，且各第二叶片的电极依次连通；第二叶片与第一叶片的个数相同，且初始状态下第二叶片与对应的第一叶片相贴合；
[0011]所述拨动扭簧固定在转子部分的外围，用于拨动凹凸结构中的凸起，使得扭转部分沿垂直于转轴径向的一平面扭转，此时第二叶片与对应的第一叶片相分离；
[0012]所述回位扭簧固定在扭转部分与定子部分之间的转轴上，回位扭簧的两端采用绝缘处理，分别接触第二叶片和对应的第一叶片，扭转部分在扭转过程中受到回位扭簧的阻力，使得第二叶片与对应的第一叶片重新贴合
。
[0013]进一步地，所述转子部分与扭转部分仅通过拨动扭簧接触，二者之间不产生相互摩擦
。
[0014]进一步地，在转子部分的旋转速度固定情况下，凹凸结构中的凸起个数与正负静电层接触分离的频率成正比
。
[0015]进一步地，所述第一叶片底座在嵌插第一叶片的一侧设置有
PCB(
印制电路板
)
，并在
PCB
中设置与第一叶片一一对应的焊盘，将第一叶片的电极与对应的焊盘电气连接，再将所有焊盘电气连接后，实现各第一叶片的电极依次连通
。
[0016]进一步地，所述第二叶片底座在嵌插第二叶片的一侧设置有
PCB
，并在
PCB
中设置与第二叶片一一对应的焊盘，将第二叶片的电极与对应的焊盘电气连接，再将所有焊盘电气连接后，实现各第二叶片的电极依次连通
。
[0017]进一步地，所述拨动扭簧具有多个，均固定在转子部分的外围
。
[0018]本专利技术提供的长期稳定的旋转作用驱动的接触起电式能量采集器件结构的工作原理如下：
[0019]初始状态下，定子部分的第二叶片与扭转部分的对应第一叶片相贴合，使得正负静电层接触；转子部分在外界作用下沿垂直于转轴径向的一固定平面旋转，带动固定在转子部分外围的拨动扭簧移动，与凹凸结构中的凸起相接触，进而带动扭转部分发生扭转，使第二叶片与对应第一叶片相分离；在扭转部分扭转一定角度后，拨动扭簧滑离当前所接触的凸起，此时扭转部分在回位扭簧的阻力作用下发生反方向转动，直到回到初始位置，即第二叶片与对应第一叶片重新贴合，由此完成正负静电层的一次接触分离作用；
[0020]通过外力给接触起电式能量采集器件结构一个持续的旋转作用时，扭转部分能以较高的频率不断地往复扭动，接触起电式能量采集器件结构的正负静电层以该频率不断接触分离，电荷在扭转部分的电极和定子部分的电极之间不断转移；通过在扭转部分的电极和定子部分的电极之间接入储能元件，实现电能收集
。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0022]1、
本专利技术提出的长期稳定的旋转作用驱动的接触起电式能量采集器件结构，可以仅通过旋转作用驱动正负静电层的高频接触分离，由于旋转作用在实际中更容易实现，故相比于传统接触起电式能量采集器件结构的高频往复作用驱动，更具有实用性；
[0023]2、
本专利技术相对于接触滑动式静电采集器件，无需消耗静电层，同时输出性能的持续稳定性更为优异，在经过
500
万次拍击后，仍保持初始输出的
94
％
。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1提出的长期稳定的旋转作用驱动的接触起电式能量采集器件结构的爆炸视图；
[0025]图2为本专利技术实施例1中扭转部分
、
回位扭簧与定子部分装配后的结构示意图；
[0026本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
长期稳定的旋转作用驱动的接触起电式能量采集器件结构，其特征在于，包括转轴
、
轴承
、
拨动扭簧
、
转子部分
、
扭转部分
、
回位扭簧和定子部分；其中，所述转轴依次穿过轴承
、
转子部分
、
扭转部分
、
回位扭簧和定子部分；所述转子部分套接在轴承外围，轴承用于限位，使得转子部分在外界作用下沿垂直于转轴径向的一固定平面旋转；所述扭转部分包括朝向转子部分的第一叶片底座，设置在第一叶片底座外围的多个凹凸结构，以及嵌插在第一叶片底座的多个等夹角排布的第一叶片；第一叶片表面设有带正静电层的电极，且各第一叶片的电极依次连通；所述定子部分包括第二叶片底座以及嵌插在第二叶片底座的多个等夹角排布的第二叶片；第二叶片表面设有带负静电层的电极，且各第二叶片的电极依次连通；第二叶片与第一叶片的个数相同，且初始状态下第二叶片与对应的第一叶片相贴合；所述拨动扭簧固定在转子部分的外围，用于拨动凹凸结构中的凸起，使得扭转部分沿垂直于转轴径向的一平面扭转，此时第二叶片与对应的第一叶片相分离；所述回位扭簧固定在扭转部分与定子部分之间的转轴上，回位扭簧的两端采用绝缘处理，分别接触第二叶片和对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓升，唐文杰，陈锐，张佳源，张世平，涂程，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：