[发明专利]一种基于空间电荷积累的摩擦发电机

说明书

本发明公开一种基于空间电荷积累的摩擦发电机，包括转子和定子，转子包括上电极，定子包括下电极、下绝缘介电膜、下基板和空间电荷积累区域，所述空间电荷积累区域由无下电极区域的下绝缘介电膜和下基板组成。本发明中空间电荷积累区域的设计，使得定子分布有大面积的无电极区域，大大减少制作成本并能大幅提高面电荷密度；上、下绝缘介电膜的设计，避免了金属与非金属材料之间的摩擦，使得发电机的寿命更长；本发明可以在正常温湿度的大气环境下有效的收集低频能量，产生高电荷密度，在驱动较大功率设备，自供电设备等方面具有一定潜力。

技术领域

本发明涉及电气技术领域，特别涉及一种基于空间电荷积累的摩擦发电机。

背景技术

基于摩擦起电和静电感应耦合效应的摩擦发电机(TENG)相比传统发电机，具有质量轻、成本低廉、易于制造、形态多样和生态友好等优点，其输出一般表现为高电压、小电流。摩擦发电机被广泛用于收集环境中的机械能，如震动、声波、水波和风能等。目前TENG展现出了其在物联网中为众多小型设备、便携式设备、自供电设备和传感器供能的潜力。

目前TENG在实际应用和商业化道路上存在的主要问题是低频驱动下输出功率不够。TENG的输出功率与其电荷密度的平方成正比关系。对于传统的TENG，目前有大量的研究关注于如何提高TENG的电荷密度，例如通过材料筛选、电荷注入、材料表面修饰、环境控制以及激励补充等方式改善TENG的工作条件，期望提高电荷密度和输出功率。然而受制于工作模式和环境，很难在正常的温湿度环境中(例如温度25℃，湿度70％)实现低频大电荷密度。因此有必要发明一种新型结构的摩擦发电机在实际环境中获得大电荷密度，以实现广泛而高效的能量采集和应用。

发明内容

针对现有技术中摩擦发电机无法在正常的温湿度环境中实现低频大电荷密度的问题，本发明提出一种基于空间电荷积累的摩擦发电机。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于空间电荷积累的摩擦发电机，包括转子和定子，转子包括上电极，所述定子包括下电极、下绝缘介电膜、下基板和空间电荷积累区域，所述空间电荷积累区域为无下电极的下绝缘介电膜和下基板之间的空间。

优选的,所述转子还包括上基板、接触层和上绝缘介电膜；所述接触层位于上基板和上电极之间，所述上绝缘介电膜覆盖在上电极的表面。

优选的,所述下基板上排列有下电极和空间电荷积累区域，所述下绝缘介电膜覆盖在下电极和空间电荷积累区域的表面。

优选的,所述空间电荷积累区域的长度大于上电极的长度，以保证运动过程中上电极能够与下电极不接触。

优选的,所述上电极接地或连接充能元器件，起到电荷屏蔽的作用。

优选的,所述定子中的空间电荷积累区域和下电极有如下的排列方式：

a,下电极-空间电荷积累区域-下电极-空间电荷积累区域；

b,空间电荷积累区域-下电极-间隔-下电极；

c，空间电荷积累区域-下电极。

优选的,所述上电极和下电极的材料是金属材料或非金属导电材料。

优选的,所述上电极和下电极的边缘倒圆角，避免对上绝缘介电膜和下绝缘介电膜的电击穿。

优选的,所述上绝缘介电膜和所述下绝缘介电膜为不同电负性的绝缘介电膜。

优选的,所述接触层是泡棉、硅胶垫、气垫的任意一种或组合。

综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：