無(wú)基底電極駐極體靜電發(fā)電機(jī)和制造該駐極體的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)基底電極駐極體靜電發(fā)電機(jī)和制造無(wú)基底電極駐極體的方法，包括至少一個(gè)發(fā)電單元，每個(gè)發(fā)電單元包括：基座；轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定至基座；固定至轉(zhuǎn)軸的動(dòng)子；和定子，定子與基座的間距可調(diào)整地固定至基座，該定子位于動(dòng)子與基座之間，并且與動(dòng)子平行間隔，定子朝向動(dòng)子的一側(cè)表面設(shè)置工作電極；動(dòng)子朝向定子的一側(cè)表面設(shè)置駐極體，駐極體沒(méi)有基底電極；轉(zhuǎn)軸在外力驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)動(dòng)子相對(duì)于定子轉(zhuǎn)動(dòng)，使在工作電極上產(chǎn)生的誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移并輸出。本發(fā)明在靜電發(fā)電機(jī)中使用不具有基底電極的駐極體，使得駐極體所帶電荷基本全部用于誘導(dǎo)對(duì)應(yīng)的工作電極產(chǎn)生感應(yīng)電荷，從而大大提高發(fā)電機(jī)的電荷轉(zhuǎn)換效率。
【專利說(shuō)明】
無(wú)基底電極駐極體靜電發(fā)電機(jī)和制造該駐極體的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及駐極體靜電發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)基底電極的駐極體靜電發(fā)電機(jī)和制造該無(wú)基底電極駐極體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前可再生能源越來(lái)越受到廣泛的重視，環(huán)境中有大量的動(dòng)能存在。收集動(dòng)能發(fā)電主要有兩種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換方式——電磁方式和靜電方式。電磁模式主要基于磁鐵和線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)電；靜電模式包括壓電、摩擦、駐極體和可變電容方式。駐極體特指經(jīng)過(guò)電暈放電等帶上永久電荷或偶極子的絕緣材料，良好的駐極體材料儲(chǔ)存電荷的壽命可達(dá)幾十年上百年，以普遍應(yīng)用于駐極體麥克風(fēng)和靜電除塵。駐極體材料可以分為兩大類一一基于二氧化硅的無(wú)機(jī)駐極體材料和基于聚合物的有機(jī)駐極體材料。前者電荷密度高，但電荷穩(wěn)定性相對(duì)較差;后者電荷穩(wěn)定性較好，但電荷密度不夠高。
[0003]1978年Jefimenko和walker報(bào)道了第一個(gè)駐極體發(fā)電機(jī)，采用盤(pán)式旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)子由兩個(gè)不同極性的駐極體半圓盤(pán)組成，轉(zhuǎn)子直徑6英寸，在6000rpm(轉(zhuǎn)/秒)的轉(zhuǎn)速下達(dá)到25mW的輸出功率。2003年J.Boland,Y.C.Tai等報(bào)道了基于微機(jī)械制造工藝的聚合物駐極體旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，通過(guò)旋涂Tef1n AF(特氟龍無(wú)定形氟聚物)薄膜作為駐極體，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑8_，在4170rpm的轉(zhuǎn)速下輸出25yW的功率。雖然現(xiàn)有駐極體發(fā)電機(jī)的輸出功率偏低，卻是一種很有前途的靜電發(fā)電機(jī)，是電磁發(fā)電機(jī)很好的補(bǔ)償。
[0004]但目前幾乎所有駐極體發(fā)電機(jī)駐極體下都有給駐極體充電荷電時(shí)使用的基底電極，駐極體上的電荷用于誘導(dǎo)工作電極上的電荷的利用率低;且駐極體材料為單層薄膜，電荷一般在駐極體膜的極表面位置，單位面積的總荷電量不高;另外，電極間的寄生電容以及電場(chǎng)邊緣效應(yīng)大大地影響了駐極體發(fā)電機(jī)的輸出功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)基底電極的駐極體靜電發(fā)電機(jī)和制造該無(wú)基底電極的駐極體的方法，其在靜電發(fā)電機(jī)中使用不具有基底電極的駐極體，使得駐極體所帶電荷基本全部用于誘導(dǎo)對(duì)應(yīng)的工作電極產(chǎn)生感應(yīng)電荷，從而大大提高發(fā)電機(jī)的電荷轉(zhuǎn)換效率。
[0006]本發(fā)明提供了一種無(wú)基底電極的駐極體靜電發(fā)電機(jī)，包括至少一個(gè)發(fā)電單元，每個(gè)發(fā)電單元包括:
[0007]第一基座；
[0008]轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定至所述第一基座；
[0009]動(dòng)子，所述動(dòng)子固定至所述轉(zhuǎn)軸;和
[0010]第一定子，所述第一定子與第一基座的間距可調(diào)整地固定至所述第一基座，該第一定子位于所述動(dòng)子與第一基座之間，并且與所述動(dòng)子平行間隔，所述第一定子朝向所述動(dòng)子的一側(cè)表面設(shè)置第一工作電極；[ΟΟ?1 ]所述動(dòng)子包括:
[0012]動(dòng)子基板;和
[0013]第一駐極體，所述第一駐極體固定在該動(dòng)子基板的朝向所述第一定子的一側(cè)表面，所述第一駐極體與動(dòng)子基板之間沒(méi)有基底電極；
[0014]所述轉(zhuǎn)軸在外力驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)所述動(dòng)子相對(duì)于所述第一定子轉(zhuǎn)動(dòng)，使在所述工作電極上產(chǎn)生的誘導(dǎo)電荷移動(dòng)并輸出。
[0015]優(yōu)選地，每個(gè)發(fā)電單元進(jìn)一步包括:
[0016]第二基座，所述第二基座與所述第一基座分別位于所述動(dòng)子的兩側(cè);和
[0017]第二定子，所述第二定子與第二基座的間距可調(diào)整地固定至所述第二基座，該第二定子位于所述動(dòng)子與第二基座之間，并且與所述動(dòng)子平行間隔，所述第二定子朝向所述動(dòng)子的一側(cè)表面設(shè)置第二工作電極；
[0018]所述動(dòng)子進(jìn)一步包括:
[0019]第二駐極體，所述第二駐極體固定在該動(dòng)子基板的朝向所述第二定子的一側(cè)表面，所述第二駐極體與動(dòng)子基板之間沒(méi)有基底電極。
[0020]優(yōu)選地，所述第一駐極體包括多層駐極體膜，相鄰的兩層駐極體膜通過(guò)膠層相互粘合;
[0021 ]所述第一駐極體通過(guò)膠層固定至所述動(dòng)子基板。
[0022]優(yōu)選地，所述第一駐極體的外表面具有絕緣層。
[0023]優(yōu)選地，所述第一駐極體包括N個(gè)沿所述動(dòng)子基板的周向方向排列的等圓心角的第一扇形駐極體，所述N個(gè)第一扇形駐極體等角度間隔設(shè)置；
[0024]所述第一工作電極包括2N個(gè)沿所述沿第一定子的所述一側(cè)表面的周向方向排列的等弧度角的扇形電極，
[0025]N個(gè)兩兩相隔的所述扇形電極的端部連接在一起以分別形成兩個(gè)輸出端輸出移動(dòng)感應(yīng)電荷，以形成單相電機(jī);或者
[0026]所述第一工作電極包括NI個(gè)沿所述沿第一定子的所述一側(cè)表面的周向方向排列的等弧度角的扇形電極，NI為大于N的整數(shù)，所述NI個(gè)扇形電極中的每相隔(1-Ι)個(gè)的扇形電極的端部連接在一起，以分別形成i個(gè)輸出端輸出移動(dòng)感應(yīng)電荷，以形成i相電機(jī)，所述i為大于3的整數(shù)。
[0027]優(yōu)選地，相鄰兩個(gè)所述扇形電極之間的間隔距離在所述第一定子的徑向方向上自內(nèi)向外線性增大或者恒定不變。
[0028]優(yōu)選地，每個(gè)所述第一扇形駐極體的圓心角等于第一工作電極的電極周期的I倍、1.5倍、或者2倍，
[0029]所述電極周期為每個(gè)扇形電極的圓心角與相鄰兩個(gè)扇形電極之間的間隔角度之和。
[0030]優(yōu)選地，所述相鄰兩個(gè)扇形電極之間的間隔角度和第一工作電極的電極周期的比值范圍在0.6至0.9之間。
[0031]優(yōu)選地，所述第一駐極體進(jìn)一步包括N個(gè)沿所述動(dòng)子基板的周向方向排列的等圓心角的第二扇形駐極體，每個(gè)第二扇形駐極體設(shè)置在兩個(gè)所述第一扇形駐極體之間，第二扇形駐極體與第一扇形駐極體形狀相同，相鄰的第一扇形駐極體和第二扇形駐極體間隔設(shè)置，
[0032]所述第二扇形駐極體的電荷與所述第一扇形駐極體的電荷相反。
[0033]本發(fā)明的又一實(shí)施例還提供了一種制造無(wú)基底駐極體的方法，包括:
[0034]步驟100、將駐極體膜通過(guò)膠層粘貼至電極板；
[0035]步驟200、使用電暈放電對(duì)駐極體膜荷電；
[0036]步驟300、荷電完畢后，將駐極體膜與所述電極板分離；
[0037]步驟400、將分離的駐極體膜通過(guò)膠層粘貼至基板。
[0038]優(yōu)選地，在步驟400以后進(jìn)一步包括:
[0039]步驟500:執(zhí)行步驟100至步驟300，然后將分離的駐極體膜通過(guò)膠層粘貼至步驟400中得到的駐極體；
[0040]步驟600，駐極體膜的層數(shù)是否達(dá)到要求，如果是，則結(jié)束，如果否，則執(zhí)行步驟500。
[0041]優(yōu)選地，在步驟100中，所述電極板表面具有一層絕緣膜，所述駐極體膜通過(guò)膠層粘貼至絕緣膜表面。
[0042]優(yōu)選地，在步驟200中，利用多個(gè)等間隔設(shè)置的針尖對(duì)駐極體膜進(jìn)行電暈放電。
[0043]在本發(fā)明的靜電直線發(fā)電機(jī)中，第一駐極體與動(dòng)子基板之間沒(méi)有基底電極，則駐極體所帶電荷基本全部用于誘導(dǎo)對(duì)應(yīng)的工作電極產(chǎn)生感應(yīng)電荷，使得在工作電極上誘導(dǎo)出的有效電荷比現(xiàn)有的帶有基底電極的駐極體尚很多。
【附圖說(shuō)明】
[0044]以下附圖僅對(duì)本發(fā)明做示意性說(shuō)明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。
[0045]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046]圖2為實(shí)施例一中的第一工作電極的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0047]圖3為實(shí)施例一中的四相發(fā)電機(jī)的扇形電極的連接示意圖。
[0048]圖4為本發(fā)明的實(shí)施例二的第一工作電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0049]圖5為本發(fā)明的實(shí)施例三的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0050]圖6為本發(fā)明的實(shí)施例四的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0051 ]圖7為本發(fā)明的一種制造無(wú)基底駐極體的方法的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]為了對(duì)發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在各圖中相同的標(biāo)號(hào)表不相同的部分。
[0053]在本文中，“示意性”表示“充當(dāng)實(shí)例、例子或說(shuō)明”，不應(yīng)將在本文中被描述為“示意性”的任何圖示、實(shí)施方式解釋為一種更優(yōu)選的或更具優(yōu)點(diǎn)的技術(shù)方案。
[0054]在本文中，“一個(gè)”并不表示將本發(fā)明相關(guān)部分的數(shù)量限制為“僅此一個(gè)”，并且“一個(gè)”不表示排除本發(fā)明相關(guān)部分的數(shù)量“多于一個(gè)”的情形。
[0055]為使圖面簡(jiǎn)潔，各圖中的只示意性地表示出了與本發(fā)明相關(guān)部分，而并不代表其作為產(chǎn)品的實(shí)際結(jié)構(gòu)。另外，以使圖面簡(jiǎn)潔便于理解，在有些圖中具有相同結(jié)構(gòu)或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個(gè)，或僅標(biāo)出了其中的一個(gè)。
[0056]本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)基底電極的駐極體靜電發(fā)電機(jī)和制造該無(wú)基底電極的駐極體的方法，其在靜電發(fā)電機(jī)中使用不具有基底電極的駐極體，使得駐極體所帶電荷基本全部用于誘導(dǎo)對(duì)應(yīng)的工作電極產(chǎn)生感應(yīng)電荷，從而大大提高發(fā)電機(jī)的電荷轉(zhuǎn)換效率。
[0057]實(shí)施例一
[0058]本實(shí)施例提供了一種無(wú)基底駐極體靜電發(fā)電機(jī)，包括至少一個(gè)發(fā)電單元，如圖1所示，每個(gè)發(fā)電單元包括:
[0059]第一基座10;
[0060]轉(zhuǎn)軸20，轉(zhuǎn)軸20可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定至第一基座10，轉(zhuǎn)軸20的軸向方向與第一基座10的平面垂直，轉(zhuǎn)軸20自第一基座10的中心11穿過(guò)；
[0061 ]動(dòng)子30，動(dòng)子30固定至轉(zhuǎn)軸20，以在轉(zhuǎn)軸20軸向旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠隨著轉(zhuǎn)軸20—起轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，由于動(dòng)子30的運(yùn)動(dòng)方式為轉(zhuǎn)動(dòng)，因此動(dòng)子30的形狀優(yōu)選為圓形，如圖1所示，動(dòng)子30可通過(guò)頂絲定位件21通過(guò)螺紋孔22固定至轉(zhuǎn)軸20;和
[0062]第一定子40，第一定子40與第一基座10的間距可調(diào)整地固定至第一基座10，該第一定子40位于動(dòng)子30與第一基座10之間，并且與動(dòng)子30平行間隔，第一定子40朝向動(dòng)子30的一側(cè)表面設(shè)置第一工作電極41。第一定子40的形狀與動(dòng)子30的形狀對(duì)應(yīng)，也優(yōu)選為圓形。
[0063]其中，由于動(dòng)子30和第一基座10的位置均為固定，因此第一定子40與動(dòng)子30之間的間距通過(guò)調(diào)整第一定子40與第一基座10的間距實(shí)現(xiàn)。具體地，動(dòng)子30與第一基座10之間可通過(guò)推力軸承70來(lái)限定。推力軸承70套設(shè)在轉(zhuǎn)軸20上，其一端抵靠第一基座10，另一端抵靠動(dòng)子30的中心，從而限定第一基座10和動(dòng)子30之間的間距。第一定子40可調(diào)整地固定至第一基座10，第一定子40與第一基座10之間可設(shè)置彈性墊片80，通過(guò)彈性墊片80的彈性特征調(diào)整第一定子40與第一基座10之間的間距，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整第一定子40與動(dòng)子30之間的間距的目的。彈性墊片80通過(guò)螺栓緊固件81固定至第一基座10，螺栓緊固件81依次穿過(guò)第一定子40上的光孔82、彈性墊片80上的光孔83，與第一基座10上的螺紋孔84連接，使彈性墊片80有一定程度的壓縮，以便后續(xù)的調(diào)節(jié)。
[0064]其中，動(dòng)子30包括:
[0065]動(dòng)子基板31;和
[0066]第一駐極體32，第一駐極體32固定在該動(dòng)子基板31的朝向第一定子40的一側(cè)表面，第一駐極體32與動(dòng)子基板31之間沒(méi)有基底電極；
[0067]轉(zhuǎn)軸20在外力驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)動(dòng)子30相對(duì)于第一定子40轉(zhuǎn)動(dòng)，以在工作電極41上產(chǎn)生誘導(dǎo)電荷并輸出。
[0068]在本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)軸20在外力驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)動(dòng)子30轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生相對(duì)于第一定子40的移動(dòng)，使得第一駐極體32與第一工作電極41產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，以通過(guò)第一駐極體32所帶的電荷在第一工作電極41上產(chǎn)生感應(yīng)電荷并輸出。
[0069]在本實(shí)施例的靜電直線發(fā)電機(jī)中，第一駐極體32與動(dòng)子基板31之間沒(méi)有基底電極，則駐極體所帶電荷基本全部用于誘導(dǎo)對(duì)應(yīng)的工作電極產(chǎn)生感應(yīng)電荷，使得在工作電極上誘導(dǎo)出的有效電荷比現(xiàn)有的帶有基底電極的駐極體高很多。
[0070]基底電極的作用僅在于制造帶有電荷的駐極體時(shí)作為為駐極體充電的電極使用，當(dāng)?shù)谝获v極體32用在靜電發(fā)電機(jī)中時(shí)，基底電極不僅不能為駐極體繼續(xù)提供電荷，而且還會(huì)由于電荷的感應(yīng)作用占用一部分駐極體上所帶的電荷，使得用于在工作電極上誘導(dǎo)出的有效電荷數(shù)量下降。而本實(shí)施例的靜電直線發(fā)電機(jī)通過(guò)在制造駐極體的過(guò)程中去除基底電極，使得駐極體所帶電荷基本全部用于誘導(dǎo)對(duì)應(yīng)的工作電極產(chǎn)生感應(yīng)電荷，從而提高在工作電極上誘導(dǎo)出的有效電荷。
[0071]為了提高總荷電量，在本實(shí)施例中，第一駐極體32包括多層相互層疊的駐極體膜，相鄰的兩層駐極體膜通過(guò)膠層相互粘合。優(yōu)選地，每層駐極體膜為聚合物薄膜，厚度為0.00 Imm?0.Imm，該聚合物薄膜可為PTFE、FEP、Tef I on AF、CYTOP、pary I ene HT、PP、COC等材質(zhì)的薄膜。
[0072]第一駐極體32通過(guò)膠層固定至動(dòng)子基板31。由于粘合相鄰的兩層駐極體膜或者用于將第一駐極體32粘合至動(dòng)子基板31的膠層的厚度為0.0Olmm?0.05_。
[0073]優(yōu)選地，第一駐極體32的外表面具有絕緣層，該絕緣層的厚度為0.005_?0.1_，可由PET、聚酰亞胺等絕緣材料制成，以將第一駐極體32的荷電表面與空氣隔離，避免電荷散失。
[0074]具體地，結(jié)合圖1和圖2所示，第一駐極體32包括N個(gè)沿動(dòng)子基板31的周向方向排列的等圓心角的第一扇形駐極體32a，N個(gè)第一扇形駐極體32a等角度間隔設(shè)置。其中，N為正整數(shù)。第一扇形駐極體32a所帶電荷相同。
[0075]例如，第一駐極體32可包括16個(gè)第一扇形駐極體32a，每個(gè)第一扇形駐極體32a的圓心角為圓的1/32，即為11.25°。這16個(gè)第一扇形駐極體32a等角度間隔設(shè)置，則相鄰的兩個(gè)第一扇形駐極體32a之間的間隔角度也為11.23°。
[0076]第一工作電極41包括NI個(gè)沿第一定子40的周向方向排列的等弧度角的扇形電極42，2N個(gè)扇形電極42等角度間隔設(shè)置。其中，第一扇形駐極體32a和扇形電極42均為扇形的形狀，其沿著動(dòng)子30和第一定子40的徑向方向延伸，從而與動(dòng)子30 (第一扇形駐極體32a)的移動(dòng)方向垂直，其中，NI為大于N的整數(shù)，即扇形電極42與第一駐極體32的數(shù)量比大于1:1。
[0077]其中，第一工作電極41分組連接并輸出電流，根據(jù)第一工作電極41間的連接方式的不同，可形成單相或者多相的發(fā)電機(jī)。例如，如圖2所示，在單相電機(jī)中，第一工作電極41包括2N個(gè)扇形電極42，2N個(gè)扇形電極42分為兩組，N個(gè)兩兩相隔的扇形電極42的端部連接在一起以分別輸出移動(dòng)感應(yīng)電荷，即每個(gè)扇形電極42和與其相隔一個(gè)的扇形電極42連接在一起，形成一個(gè)電流輸出端，共形成兩個(gè)電流輸出端，以形成單相電機(jī)。以此類推，當(dāng)需要形成i相發(fā)電機(jī)時(shí)，NI個(gè)扇形電極42中的每相隔(1-Ι)個(gè)的扇形電極42連接在一起，以形成一個(gè)電流輸出端，從而形成i個(gè)電流輸出端分別輸出移動(dòng)感應(yīng)電荷。圖3中示意性地示出了四相發(fā)電機(jī)的扇形電極的連接方式。
[0078]為了最大程度地利用空間，在如圖2所示的單相發(fā)電機(jī)中，在2N個(gè)扇形電極42中的一組N個(gè)扇形電極42的靠近第一定子40的圓心位置的端部均連接在一起，并且在第一定子40的圓心位置形成一圓環(huán)形狀，另一組N個(gè)扇形電極42的遠(yuǎn)離第一定子40的圓心位置的端部均連接在一起，并且在第一定子40的外緣形成一圓環(huán)形狀。第一工作電極41的兩個(gè)輸出端可分別自這兩個(gè)圓環(huán)引出，這樣無(wú)需為連接扇形電極42而另外設(shè)置引線空間，而且不會(huì)與扇形電極42發(fā)生位置的干涉。
[0079]在本實(shí)施例中，第一工作電極41的2N個(gè)扇形電極42的圓心與第一定子40的圓心位置重疊，即相鄰兩個(gè)扇形電極42之間的間隔距離在第一定子40的徑向方向上自內(nèi)向外線性增大。
[0080]為了保證駐極體能夠充分地在工作電極上形成感應(yīng)電荷，如圖1和圖2所示，每個(gè)第一扇形駐極體32a的圓心角α?等于第一工作電極41的電極周期α。其中，電極周期α為每個(gè)扇形電極42的圓心角α2與相鄰兩個(gè)扇形電極42之間的間隔角度α3之和。
[0081]其中，扇形電極42的占空比可影響發(fā)電機(jī)的輸出功率，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和仿真驗(yàn)證，扇形電極42的占空比，S卩每個(gè)扇形電極42的圓心角α2和第一工作電極41的電極周期α的比值范圍在0.6至0.9之間。優(yōu)選地，該占空比為0.8，即第一定子40上的扇形電極42的圓心角α2為9°，相鄰兩個(gè)扇形電極42之間的間隔角度α3為2.25°。
[0082]實(shí)施例二
[0083]圖4示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例的第一工作電極41的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，每個(gè)發(fā)電單元具有與實(shí)施例一相同的結(jié)構(gòu)，其區(qū)別在于第一工作電極41的設(shè)置。
[0084]在實(shí)施例一中，由于2Ν個(gè)扇形電極42的圓心重疊，相鄰兩個(gè)扇形電極42之間的間隔距離在第一定子40的徑向方向上自內(nèi)向外線性增大。這種扇形電極42的形狀雖然便于制造，但是存在靠近圓心部分電極間隙過(guò)小，而隨著沿徑向方向向外電極間隙逐漸增大，會(huì)導(dǎo)致外環(huán)部分的駐極體邊緣沒(méi)有對(duì)應(yīng)的電極的缺陷，并且電極間的寄生電容以及電場(chǎng)邊緣效應(yīng)大大的影響了駐極體發(fā)電機(jī)的輸出功率。
[0085]因此在本實(shí)施例中，如圖4所示，通過(guò)使得扇形電極42的圓心位置偏離第一定子40的圓心位置，相鄰兩個(gè)扇形電極42之間的間隔距離L在第一定子40的徑向方向上為恒定的大小。即，相鄰的兩個(gè)扇形電極42的邊緣彼此平行，則其間隔距離在靠近第一定子40的圓心的位置以及靠近第一定子40的外緣部分的位置處均具有相同的大小。從而克服了實(shí)施例一中的電極在靠近圓心部分電極間隙過(guò)小，而外環(huán)部分的駐極體邊緣沒(méi)有對(duì)應(yīng)的電極的缺陷。
[0086]實(shí)施例三
[0087]圖5示出了第三實(shí)施例的局部示意圖，為了明確顯示，圖5僅示出了實(shí)施例三與實(shí)施例一的區(qū)別之處，在其他未顯示的部分中，實(shí)施例三具有與實(shí)施例一相同的設(shè)置。
[0088]如圖5所示，為了提高輸出電流量，第一駐極體32進(jìn)一步包括:
[0089 ] N個(gè)沿動(dòng)子基板31的周向方向排列的等圓心角的第二扇形駐極體32b，每個(gè)第二扇形駐極體32b設(shè)置在兩個(gè)第一扇形駐極體32a之間，第二扇形駐極體32b的電荷與第一扇形駐極體32a的電荷相反。其中，第二扇形駐極體32b的形狀與第一扇形駐極體32a相同，相鄰的第二扇形駐極體32b和第一扇形駐極體32a之間具有間隔。
[0090]第二扇形駐極體32b的電荷與第一扇形駐極體32a的電荷相反。在本實(shí)施例中，利用第一扇形駐極體32a之間的間隙設(shè)置與其所帶電荷相反的N個(gè)第二扇形駐極體32b，相當(dāng)于在與實(shí)施例一相同的空間內(nèi)，增加了一組結(jié)構(gòu)相同、電荷相反的駐極體靜電發(fā)電機(jī)的發(fā)電單元。由于兩組扇形駐極體相互交替設(shè)置，因此電流的變化從實(shí)施例一的由Q至零的變化趨勢(shì)變?yōu)楸緦?shí)施例的由+Q至-Q的變化趨勢(shì)，因此增大了輸出電流，并且不僅沒(méi)有增大裝置的體積，而且能夠重復(fù)利用第一工作電極41。
[0091]在圖5所示的實(shí)施例中，扇形電極42的連接方式形成了單相發(fā)電機(jī)。當(dāng)然，本實(shí)施例也可通過(guò)改變扇形電極42的連接方式而形成其他相數(shù)的發(fā)電機(jī)。
[0092]實(shí)施例四
[0093]圖6示出了本發(fā)明的實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，每個(gè)發(fā)電單元進(jìn)一步包括:
[0094]第二基座(未示出)，第二基座與第一基座10分別位于動(dòng)子30的兩側(cè);和
[0095]第二定子60，第二定子60與第二基座的間距可調(diào)整地固定至第二基座，該第二定子60位于動(dòng)子30與第二基座之間，并且與動(dòng)子30平行間隔，第二定子60朝向動(dòng)子30的一側(cè)表面設(shè)置第二工作電極61;
[0096]動(dòng)子30進(jìn)一步包括:
[0097]第二駐極體33，第二駐極體33固定在該動(dòng)子基板31的朝向第二定子60的一側(cè)表面，第二駐極體33與動(dòng)子基板31之間沒(méi)有基底電極。
[0098]在本實(shí)施例中，第二基座和第二定子60均為第一基座10和第一定子40關(guān)于動(dòng)子30的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，與將兩個(gè)實(shí)施例一的發(fā)電單元直接疊加不同的是，其利用了同一動(dòng)子30的兩側(cè)表面，從而減少了一個(gè)動(dòng)子的使用。由于本實(shí)施例的發(fā)電單元為對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，第一工作電極61與第一工作電極41的位置、數(shù)量和形狀相對(duì)應(yīng)，第二駐極體33與第一駐極體32的位置、數(shù)量和形狀相對(duì)應(yīng)。
[0099]相應(yīng)地，如圖6所示的雙發(fā)電單元結(jié)構(gòu)可在轉(zhuǎn)軸20的方向上相互堆疊，以形成多發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)。每個(gè)發(fā)電單元的駐極體圖形對(duì)其，定子的位置也相互對(duì)齊固定，以形成多層發(fā)電單元，其發(fā)電功率等于多個(gè)發(fā)電單元的輸出功率的疊加。
[0100]實(shí)施例五
[0101]圖7示出了一種制造在以上實(shí)施例中使用的無(wú)基底駐極體的方法的工作流程圖。該方法包括:
[0102]步驟100、將駐極體膜100通過(guò)膠層110粘貼至電極板120;
[0103]步驟200、使用電暈放電的方法對(duì)粘貼至電極板120的駐極體膜100荷電；
[0104]步驟300、荷電完畢后，將駐極體膜100與電極板120分離；
[0105]步驟400、將分離的駐極體膜100通過(guò)膠層130粘貼至基板140。
[0106]其中，優(yōu)選地，電極板120表面具有一層絕緣膜(圖中未示出)，駐極體膜100通過(guò)膠層110粘貼至絕緣膜表面。膠層110可為厚度為0.0lmm的PET高溫雙面膠。
[0107]在電暈放電過(guò)程中，電極板120表面的絕緣層可阻擋與駐極體膜100上所帶電荷相反的電荷注入駐極體膜背面，以保證駐極體膜100上的荷電電量。當(dāng)將荷電完畢的駐極體膜100與電極板120分離時(shí)，絕緣層和膠層110可防止駐極體膜100攜帶與其所帶電荷相反的電荷進(jìn)入駐極體膜100。當(dāng)分離的駐極體膜100通過(guò)膠層130粘貼至基板140以后，形成無(wú)基底的駐極體膜，其所帶電荷可全部用于與工作電極一起產(chǎn)生感應(yīng)電荷。
[0108]優(yōu)選地，為了增加駐極體膜所帶的電荷總量，在步驟400以后進(jìn)一步包括:
[0109]步驟500:執(zhí)行步驟100至步驟300，然后將分離的駐極體膜通過(guò)膠層粘貼至步驟400中得到的駐極體；
[0110]步驟600，駐極體膜的層數(shù)是否達(dá)到要求，如果是，則結(jié)束，如果否，則執(zhí)行步驟500。
[0111]即通過(guò)重復(fù)執(zhí)行步驟100至步驟300，可分別得到單層的無(wú)基底駐極體膜，多個(gè)無(wú)基底駐極體膜通過(guò)膠層相互疊加，即可得到用于以上實(shí)施例的多層無(wú)基底駐極體膜。
[0112]優(yōu)選地，為了能夠均勻地為大面積的駐極體膜進(jìn)行荷電，如圖7所示，在步驟200中，可利用多個(gè)等間隔設(shè)置的針尖90對(duì)駐極體膜100進(jìn)行電暈放電。
[0113]上文所列出的一系列的詳細(xì)說(shuō)明僅僅是針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說(shuō)明，而并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方案或變更，如特征的組合、分割或重復(fù)，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無(wú)基底電極的駐極體靜電發(fā)電機(jī)，其特征在于，包括至少一個(gè)發(fā)電單元，每個(gè)發(fā)電單元包括: 第一基座(10); 轉(zhuǎn)軸(20)，所述轉(zhuǎn)軸(20)可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定至所述第一基座(10); 動(dòng)子(30)，所述動(dòng)子(30)固定至所述轉(zhuǎn)軸(20);和 第一定子(40)，所述第一定子(40)與第一基座(10)的間距可調(diào)整地固定至所述第一基座(10)，該第一定子(40)位于所述動(dòng)子(30)與第一基座(10)之間，并且與所述動(dòng)子(30)平行間隔，所述第一定子(40)朝向所述動(dòng)子(30)的一側(cè)表面設(shè)置第一工作電極(41); 所述動(dòng)子(30)包括: 動(dòng)子基板(31);和 第一駐極體(32)，所述第一駐極體(32)固定在該動(dòng)子基板(31)的朝向所述第一定子(40)的一側(cè)表面，所述第一駐極體(32)與動(dòng)子基板(31)之間沒(méi)有基底電極； 所述轉(zhuǎn)軸(20)在外力驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)所述動(dòng)子(30)相對(duì)于所述第一定子(40)轉(zhuǎn)動(dòng)，使在所述工作電極(41)上產(chǎn)生的誘導(dǎo)電荷移動(dòng)并輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1求所述的無(wú)基底電極的駐極體靜電發(fā)電機(jī)，其特征在于，每個(gè)發(fā)電單元進(jìn)一步包括: 第二基座(50)，所述第二基座(50)與所述第一基座(10)分別位于所述動(dòng)子(30)的兩側(cè);和 第二定子(60)，所述第二定子(60)與第二基座(50)的間距可調(diào)整地固定至所述第二基座(50)，該第二定子(60)位于所述動(dòng)子(30)與第二基座(50)之間，并且與所述動(dòng)子(30)平行間隔，所述第二定子(60)朝向所述動(dòng)子(30)的一側(cè)表面設(shè)置第二工作電極(61); 所述動(dòng)子(30)進(jìn)一步包括: 第二駐極體(33)，所述第二駐極體(33)固定在該動(dòng)子基板(31)的朝向所述第二定子(60)的一側(cè)表面，所述第二駐極體(33)與動(dòng)子基板(31)之間沒(méi)有基底電極。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)基底電極的駐極體靜電發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一駐極體(32)包括多層駐極體膜，相鄰的兩層駐極體膜通過(guò)膠層相互粘合； 所述第一駐極體(32)通過(guò)膠層固定至所述動(dòng)子基板(31)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)基底電極的駐極體靜電發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一駐極體(32)的外表面具有絕緣層。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)基底電極的駐極體靜電發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一駐極體(32)包括N個(gè)沿所述動(dòng)子基板(31)的周向方向排列的等圓心角的第一扇形駐極體(32a)，所述N個(gè)第一扇形駐極體(32a)等角度間隔設(shè)置； 所述第一工作電極(41)包括2N個(gè)沿所述沿第一定子(40)的所述一側(cè)表面的周向方向排列的等弧度角的扇形電極(42)， N個(gè)兩兩相隔的所述扇形電極(42)的端部連接在一起以分別形成兩個(gè)輸出端輸出移動(dòng)感應(yīng)電荷，以形成單相電機(jī);或者 所述第一工作電極(41)包括NI個(gè)沿所述沿第一定子(40)的所述一側(cè)表面的周向方向排列的等弧度角的扇形電極(42)，N1為大于N的整數(shù)，所述NI個(gè)扇形電極(42)中的每相隔(1-Ι)個(gè)的扇形電極(42)的端部連接在一起，以分別形成i個(gè)輸出端輸出移動(dòng)感應(yīng)電荷，以形成i相電機(jī)，所述i為大于3的整數(shù)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)基底電極的駐極體靜電發(fā)電機(jī)，其特征在于，相鄰兩個(gè)所述扇形電極(42)之間的間隔距離在所述第一定子(40)的徑向方向上自內(nèi)向外線性增大或者恒定不變。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)基底電極的駐極體靜電發(fā)電機(jī)，其特征在于，每個(gè)所述第一扇形駐極體(32a)的圓心角等于第一工作電極(41)的電極周期的I倍、1.5倍、或者2倍， 所述電極周期為每個(gè)扇形電極(42)的圓心角與相鄰兩個(gè)扇形電極(42)之間的間隔角度之和。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)基底電極的駐極體靜電發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述相鄰兩個(gè)扇形電極(42)之間的間隔角度和第一工作電極(41)的電極周期的比值范圍在0.6至0.9之間。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)基底電極的駐極體靜電發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一駐極體(32)進(jìn)一步包括N個(gè)沿所述動(dòng)子基板(31)的周向方向排列的等圓心角的第二扇形駐極體(32b)，每個(gè)第二扇形駐極體(32b)設(shè)置在兩個(gè)所述第一扇形駐極體(32a)之間，第二扇形駐極體(32b)與第一扇形駐極體(32a)形狀相同，相鄰的第一扇形駐極體(32a)和第二扇形駐極體(32b)間隔設(shè)置， 所述第二扇形駐極體(32b)的電荷與所述第一扇形駐極體(32a)的電荷相反。10.—種制造無(wú)基底電極的駐極體的方法，其特征在于，包括: 步驟100、將駐極體膜通過(guò)膠層粘貼至電極板； 步驟200、使用電暈放電對(duì)駐極體膜荷電； 步驟300、荷電完畢后，將駐極體膜與所述電極板分離； 步驟400、將分離的駐極體膜通過(guò)膠層粘貼至基板。11.如權(quán)利要求10所述的制造無(wú)基底電極的駐極體的方法，其特征在于，在步驟400以后進(jìn)一步包括: 步驟500:執(zhí)行步驟100至步驟300，然后將分離的駐極體膜通過(guò)膠層粘貼至步驟400中得到的駐極體； 步驟600，駐極體膜的層數(shù)是否達(dá)到要求，如果是，則結(jié)束，如果否，則執(zhí)行步驟500。12.如權(quán)利要求10所述的制造無(wú)基底電極的駐極體的方法，其特征在于，在步驟100中，所述電極板表面具有一層絕緣膜，所述駐極體膜通過(guò)膠層粘貼至絕緣膜表面。13.如權(quán)利要求10所述的制造無(wú)基底電極的駐極體的方法，其特征在于，在步驟200中，利用多個(gè)等間隔設(shè)置的針尖對(duì)駐極體膜進(jìn)行電暈放電。
【文檔編號(hào)】H02N1/08GK105932899SQ201610397824
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】葉雄英, 畢明朝, 王詩(shī)文, 廖薇
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)