[發(fā)明專(zhuān)利]靜電發(fā)電機(jī)、提高輸出功率的方法、充電方法和穿戴設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910697692.2
• 申請(qǐng)日: 2019-07-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110323962B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉雄英;吳子博;畢明朝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02N1/08
• 分類(lèi)號(hào): H02N1/08
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 方芳

本發(fā)明公開(kāi)了一種靜電發(fā)電機(jī)、提高輸出功率的方法、充電方法和穿戴設(shè)備，其中靜電發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子。轉(zhuǎn)子包括正負(fù)荷電駐極體，正負(fù)荷電駐極體包括駐極體本體，駐極體本體上間隔形成荷正電區(qū)域和荷負(fù)電區(qū)域，駐極體本體上形成有分別位于兩種荷電區(qū)域上的第一荷電駐極體和第二荷電駐極體。定子包括定子基底和電極，電極上對(duì)應(yīng)第一荷電駐極體和第二荷電駐極體設(shè)有同等數(shù)量和位置相對(duì)應(yīng)的電極體，定子基底采用介電常數(shù)為1～3的發(fā)泡材料制成。本發(fā)明實(shí)施例的靜電發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子的正負(fù)荷電駐極體上同時(shí)荷有正電荷和負(fù)電荷，有效電荷密度提高一倍；發(fā)泡材料的介電常數(shù)較小，可減小電極的固有電容，輸出功率相比于普通的靜電發(fā)電機(jī)提高5～6倍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于靜電發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種靜電發(fā)電機(jī)、提高輸出功率的方法、充電方法和穿戴設(shè)備。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備已開(kāi)始進(jìn)入我們的日常生活，成為不可或缺的一部分。為了滿足物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、便攜式及可穿戴電子設(shè)備等的供能需求，研制體積小、重量輕、成本低并且能夠持續(xù)供能的微小型發(fā)電機(jī)為此類(lèi)電子設(shè)備提供廉價(jià)、方便、持久的能源變得十分必要。

可再生能源如低速風(fēng)能、海浪潮汐能，人及各種物體產(chǎn)生的動(dòng)能分布范圍廣，大部分未被開(kāi)發(fā)利用，如何將其轉(zhuǎn)化為電能，已成為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)界的研究熱點(diǎn)。到目前為止，已出現(xiàn)了基于壓電效應(yīng)、靜電感應(yīng)、熱電效應(yīng)等的各種微小型發(fā)電機(jī)，用于采集環(huán)境能量并轉(zhuǎn)化為電能。其中，主要包含摩擦式和駐極體式的靜電發(fā)電機(jī)，其成本低、重量輕、能量轉(zhuǎn)換效率高、且在拾取低速運(yùn)動(dòng)能方面具有優(yōu)越性。然而現(xiàn)有的靜電發(fā)電機(jī)輸出功率較低，不能滿足需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明提出一種靜電發(fā)電機(jī)，所述靜電發(fā)電機(jī)可利用的等效電荷密度高、電容小，輸出功率高，可解決靜電發(fā)電機(jī)用于提供電能時(shí)輸出功率較低的問(wèn)題。

本發(fā)明還旨在提出一種上述靜電發(fā)電機(jī)提高輸出功率的方法。

本發(fā)明還旨在提出一種上述靜電發(fā)電機(jī)中的駐極體的充電方法。

本發(fā)明還旨在提出一種應(yīng)用上述靜電發(fā)電機(jī)的穿戴設(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種靜電發(fā)電機(jī)，包括：轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括正負(fù)荷電駐極體，所述正負(fù)荷電駐極體包括駐極體本體，所述駐極體本體上間隔形成荷正電區(qū)域和荷負(fù)電區(qū)域，所述駐極體本體上形成有第一荷電駐極體和第二荷電駐極體，所述第一荷電駐極體和所述第二荷電駐極體的一個(gè)位于所述荷正電區(qū)域，所述第一荷電駐極體和所述第二荷電駐極體的另一個(gè)位于所述荷負(fù)電區(qū)域；定子，所述定子包括定子基底和電極，所述電極上對(duì)應(yīng)所述第一荷電駐極體和所述第二荷電駐極體設(shè)有同等數(shù)量和位置相對(duì)應(yīng)的電極體，所述定子基底采用介電常數(shù)為1～3的發(fā)泡材料制成。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的靜電發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子的正負(fù)荷電駐極體上同時(shí)荷有正電荷和負(fù)電荷，當(dāng)正負(fù)荷電駐極體的表面電荷密度相等的情況下，正負(fù)荷電駐極體可轉(zhuǎn)移的電荷量將分別提高一倍，正負(fù)荷電駐極體的有效電荷密度提高一倍，靜電發(fā)電機(jī)的輸出功率與其可利用的有效電荷密度的二次方成正比，因此靜電發(fā)電機(jī)的輸出功率提高四倍。定子基底采用發(fā)泡材料制成，發(fā)泡材料的介電常數(shù)較小，可減小電極的固有電容，靜電發(fā)電機(jī)的輸出功率與其電容成反比。因此，本發(fā)明的靜電發(fā)電機(jī)輸出功率是常規(guī)靜電發(fā)電機(jī)輸出功率的5～6倍，輸出功率高，可滿足電量的需求。

根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的靜電發(fā)電機(jī)，所述發(fā)泡材料包括發(fā)泡聚丙烯、發(fā)泡聚氯乙烯、發(fā)泡聚苯乙烯、發(fā)泡ABS塑料、發(fā)泡聚乙烯中的一種或多種。

根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的靜電發(fā)電機(jī)，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子基底，所述轉(zhuǎn)子基底上連接有所述正負(fù)荷電駐極體，所述轉(zhuǎn)子基底采用所述發(fā)泡材料制成。

根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例，所述轉(zhuǎn)子基底和所述正負(fù)荷電駐極體之間采用粘膠層連接，所述粘膠層的介電常數(shù)大于2.5，所述正負(fù)荷電駐極體形成為厚度0.001mm～0.3mm的駐極體膜。