[发明专利]一种无源介电弹性体发电机结构及其应用

说明书

本发明提供了一种无源介电弹性体发电机结构，包括至少一个发电机结构单元；每个发电机结构单元包括一两端开口的圆筒，固定在所述圆筒的至少一端开口上的可变电容，设置在所述圆筒内的磁铁，和缠绕在所述圆筒外周表面上的磁感应线圈；其中，所述可变电容包括依次层叠设置的第一电极、介电弹性体层和第二电极；振动状态时，所述磁铁在所述圆筒内往复运动，引起所述磁感应线圈的磁通量变化，产生感应电流，且所述磁铁撞击所述可变电容，产生电能。该无源介电弹性体发电机可以在没有外加电场的条件下，采集振动能量，并实现振动能向电能的转换。本发明还提供了该无源介电弹性体发电机结构的应用。

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，尤其涉及一种无源介电弹性体发电机结构及其应用。

背景技术

能源已经成为现代社会可持续发展的关键因素。随着世界范围内资源、能源及环境问题日益凸显，新型能源的开发和利用对于降低环境污染和现代社会可持续发展具有重要意义。近来发展的介电弹性体(Dielectric elastomer，DE)功能材料，其具有优异性能的新型电场活化聚合物，特别适于针对低频、大变形的能量源而发电的场合，例如潮汐能、风能等等清洁的振动能量。由介电弹性体发展的介电弹性体发电机(Dielectric elastomergenerator，DEG)也具有变形范围大、能量密度高、价格低及机电转换效率高等优点。然而，传统介电弹性体发电机需外界电压输入，极大地限制了其在无源环境下的运用场所。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种无源介电弹性体发电机结构及其应用。该无源介电弹性体发电机可以在没有外加电场的条件下，采集振动能量，并实现振动能向电能的转换。

具体地，第一方面，本发明提供了一种无源介电弹性体发电机结构，包括至少一个发电机结构单元；每个发电机结构单元包括一两端开口的圆筒，固定在所述圆筒的至少一端开口上的可变电容，设置在所述圆筒内的磁铁，和缠绕在所述圆筒外周表面上的磁感应线圈；其中，所述可变电容包括依次层叠设置的第一电极、介电弹性体层和第二电极；振动状态时，所述磁铁在所述圆筒内往复运动，引起所述磁感应线圈的磁通量变化，产生感应电流，且所述磁铁撞击所述可变电容，产生电能。

本发明中，所述无源介电弹性体发电机结构的工作原理是：振动状态下，所述磁铁在所述圆筒内往复运动，通过穿过所述磁感应线圈，引起磁感应线圈的圈磁通量变化，产生感应电流，为所述可变电容提高偏置电荷，实现系统无源化。所述磁铁撞击所述可变电容时，可以使可变电容中的介电弹性体层的产生形变，导致介电弹性体层的表面积增大、厚度减小及电容增大；当所述磁铁撞击完所述可变电容后，介电弹性体层电容恢复初始值，从而产生输出电能，实现振动能量采集。

可选地，所述发电机结构单元中，所述圆筒的一端开口上的可变电容，所述圆筒的另一端开口设有一弹性层。所述弹性层用于将所述磁铁弹向所述可变电容。

可选地，所述发电机结构单元中，所述圆筒的两端开口上可以各设有一可变电容。振动状态时，所述磁铁在所述圆筒内往复运动，分别撞击所述圆筒的两端开口上的可变电容，产生电能。

可选地，所述第一电极和所述第二电极的表面均设有与所述圆筒两端开口相对设置的通孔，所述磁铁穿过所述第一电极或所述第二电极表面的所述通孔，直接撞击所述介电弹性体层。

可选地，所述磁感应线圈与所述可变电容的所述第一电极和所述第二电极电连接，所述磁感应线圈与所述第一电极或所述第二电极之间设有晶体二极管。

可选地，所述无源介电弹性体发电机结构还包括负载组件，所述负载组件与所述可变电容电连接，所述负载组件与所述可变电容之间设有稳压二极管。

可选地，所述负载组件包括连接在电路中的电子元件，例如，所述负载组件可以但不限于为电动机、储能部件、电阻、电灯泡或扬声器等。