專利名稱：一種基于介電彈性體材料的發電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種分布式發電機領域。
背景技術：
介電彈性體是在彈性體基質的上下表面滲入屈從電極材料而形成的、基于麥克斯韋效應的一種新型功能材料，目前的研究主要集中在驅動領域。目前的風力發電機的工作原理為電磁式， 一般由風輪、發電機、調向器(尾翼)、塔架、限速安全機構和儲能裝置等構件組成。結構復雜，電能轉換的效率較低，發電成本高。對于風場選址要求較高，需常年有風能提供的地區， 一般遠離市區，維護不方便，且提高了送變電成本。發明內容
本實用新型將介電彈性體材料用于發電領域，提供一種新型的分布式發電機。
本實用新型采取的技術方案是固定支撐裝置與可變電容裝置連接，可變電容裝置一端連接偏置電壓產生裝置，可變電容裝置另一端電壓輸出裝置，該可變電容裝置的結構是介電彈性體材料的上端面、下端面為滲碳或石墨薄膜電極。
本實用新型一種實施方式是受縮狀態下的滲碳或石墨薄膜電極的厚度在20 50微米；本實用新型一種實施方式是介電彈性體材料采用丙烯酸彈性體。
本實用新型一種實施方式是介電彈性體材料采用1 6層介電彈性體薄膜復合、表面有突起的蜂窩狀變形結構。
本實用新型的工作原理當發電機在外力作用下產生大變形、即大電容狀態下，為其提供初始電壓，電荷注入到介電彈性體的滲碳或石墨薄膜電極上(見圖1 (a));當發電機收縮(見圖l(b))時，異性電荷被推離，同性電荷被壓縮靠近，從而提高了電荷電壓，完成電能的轉換。即發電機的一個伸展一收縮周期即為一個發電周期。產生的電能可以存儲起來，或為負載供電。
本實用新型的發電原理可簡化為圖1 (a)、 (b)所示，可變電容裝置在伸展狀態即大電容狀態下，電荷注入到介電彈性體的滲碳或石墨薄膜電極上。當在外力作用下緊縮弛豫即小電容時，彈性體材料的彈性應力抵抗電場力，提高了電能。從微觀上看，厚度增加時，由于異性電荷被推離，同性電荷被壓縮靠近，提高了電荷電壓。可見，當外力作用在具有預加電壓的介電彈性體材料上使其變形時，通過電容的改變即可發電，變形越大，發電能力越強。而介電彈性體材料的發
電過程即為介電彈性體材料的伸展與弛豫的交替過程。圖1 (a)、 (b)中4為預加的偏置電壓，F(O為介電彈性體材料的輸出電壓。
本實用新型通過捕獲大量的風或海浪的運動等，進而使介電彈性體材料產生大的變形而發電。為此，采用變形量大的丙烯酸彈性體；在彈性體的制造上，采用多層介電彈性體薄膜復合、有突起的蜂窩狀變形結構，進一步增大薄膜型材料的表面積，以提高其變形量，見圖 2。屈從電極材料采用石墨，通過滲入工藝將石墨均布于丙烯酸彈性 體薄膜材料的上下表面，在變形量為150%的范圍內，石墨電極受縮
狀態時的厚度在20至50微米范圍內，保證在伸展狀態下不會出現電
本實用新型將介電彈性體材料用于發電領域，特別適于針對低 頻、大變形的能量源而發電的場合，如利用風力及海浪運動而發電。
與目前的風力發電相比較，介電彈性體材料在可再生能源如風力 及海浪等分布式發電中獨具優勢。與電磁或壓電材料等比較，介電彈
性體材料(丙烯酸彈性體為例)具有以下突出特點①具有最大發電
比能量，為0.4J/g(目前測得值，理論上可達1%以上)。與之比較， 壓電材料中具有最優性能的單晶陶瓷(PZN-PT)約為0. lj/g;電磁 材料約為0.04J/g (峰值)。②具有最大應變變形，可達380%。電磁 材料為50%，單晶陶瓷(PZN-PT)約為1.7%。③可與能量源直接耦 合，無需中間轉換環節。 柔順性、耐沖擊、材料密度低、成本低。 利用介電彈性體材料制造的發電機將具有結構簡單、效率高、成 本低、重量輕、完全無污染等突出特點，并行、高分布式將是這種發 電機的顯著構造特征；可省去目前風力發電中較昂貴的塔結構，發電 機構大大簡化，大幅降低成本，發電場合的選擇更加靈活。
圖l (a)是本實用新型的原理圖；伸展狀態。 圖1 (b)是本實用新型的原理圖；收縮狀態。圖2 (a)是介電彈性體材料的結構示意圖。 圖2 (b)是圖2 (a)俯視圖。 圖3 (a)是本實用新型實施例2的結構示意圖。 圖3 (b)是圖3 (a)圖的左視圖。 圖4是本實用新型實施例3的結構示意圖。
具體實施方式
實施例1
固定支撐裝置4與可變電容裝置1連接，可變電容裝置1一端連 接偏置電壓產生裝置2，可變電容裝置另一端電壓輸出裝置3，該可 變電容裝置的結構是介電彈性體材料101的上端面、下端面為滲碳或 石墨薄膜電極102;受縮狀態下的滲碳或石墨薄膜電極的厚度在20 微米；介電彈性體材料采用丙烯酸彈性體；介電彈性體材料采用l層 介電彈性體薄膜復合、表面有突起的蜂窩狀變形結構。
固定支撐裝置4與可變電容裝置1連接，可變電容裝置1 一端連 接偏置電壓產生裝置2，可變電容裝置另一端電壓輸出裝置3，該可 變電容裝置的結構是介電彈性體材料101的上端面、下端面為滲碳或 石墨薄膜電極102;受縮狀態下的滲碳或石墨薄膜電極的厚度在35 微米；介電彈性體材料采用丙烯酸彈性體；介電彈性體材料采用3層 介電彈性體薄膜復合、表面有突起的蜂窩狀變形結構。
本實施例中，固定支撐裝置如圖3 (a)和(b)所示，它是一種 利用風力發電的裝置，可變電容裝置在風力作用下產生大變形、即大電容狀態下，為其提供初始電壓，電荷注入到介電彈性體的滲碳或石 墨薄膜電極上(見圖1 (a));當發電機收縮(見圖l(b))時，異性電 荷被推離，同性電荷被壓縮靠近，從而提高了電荷電壓，完成電能的 轉換。即發電機的一個伸展一收縮周期即為一個發電周期。產生的電 能可以存儲起來，或為負載供電。 實施例3
固定支撐裝置4與可變電容裝置1連接，可變電容裝置1 一端連 接偏置電壓產生裝置2，可變電容裝置另一端電壓輸出裝置3，該可 變電容裝置的結構是介電彈性體材料101的上端面、下端面為滲碳或 石墨薄膜電極102;受縮狀態下的滲碳或石墨薄膜電極的厚度在50 微米；介電彈性體材料采用丙烯酸彈性體；介電彈性體材料采用6層 介電彈性體薄膜復合、表面有突起的蜂窩狀變形結構。
本實用新型的上部固定一個浮球，浮在海面，下部固定在地上， 通過捕獲大量的風或海浪的運動等，進而使介電彈性體材料產生大的 變形而發電。
權利要求1、一種基于介電彈性體材料的發電機，其特征在于固定支撐裝置與可變電容裝置連接，可變電容裝置一端連接偏置電壓產生裝置，可變電容裝置另一端電壓輸出裝置，該可變電容裝置的結構是介電彈性體材料的上端面、下端面為滲碳或石墨薄膜電極。
2、 根據權利要求1所述的基于介電彈性體材料的發電機，其特征在于受縮狀態下的滲碳或石墨薄膜電極的厚度在20~50微米。
3、 根據權利要求1或2所述的基于介電彈性體材料的發電機，其特征在于介電彈性體材料采用丙烯酸彈性體。
4、 根據權利要求3所述的基于介電彈性體材料的發電機，其特征在于介電彈性體材料采用1 6層介電彈性體薄膜復合、表面有突起的蜂窩狀變形結構。
專利摘要本實用新型涉及一種基于介電彈性體材料的發電機，屬于分布式發電機領域。固定支撐裝置與可變電容裝置連接，可變電容裝置一端連接偏置電壓產生裝置，可變電容裝置另一端電壓輸出裝置，該可變電容裝置的結構是介電彈性體材料的上端面、下端面為滲碳或石墨薄膜電極。本實用新型具有結構簡單、效率高、成本低、重量輕、完全無污染等突出特點，并行、高分布式將是這種發電機的顯著構造特征；可省去目前風力發電中較昂貴的塔結構，發電機構大大簡化，大幅降低成本，發電場合的選擇更加靈活。
文檔編號H02N1/00GK201345622SQ20082007300
公開日2009年11月11日 申請日期2008年12月30日 優先權日2008年12月30日
發明者朱喜林, 李曉梅, 荊寶德, 賀新升, 鄂世舉, 高春甫 申請人:浙江師范大學