CN108322091A - 单轴柔性自偏置介电弹性体发电机结构设计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单轴柔性自偏置介电弹性体发电机结构设计，其特征在于：结构主要由偏心轮，连杆，电机，膜框架，中心盘组成。通过往复推拉实现电荷/电压的累积提升了自偏置机制，并且不需要传统的二极管或电容器等器件，从而有效的避免了使用常规电子器件的电能损耗。DEG1和DEG2成一个拮抗对，所以当轮毂移动伸展一个膜时，另一个放松。当中间盘运动到左边时，右边膜进行拉伸并充电，于此同时左边膜收缩并放电。当中间杆运动到右边时，左边膜进行拉伸并充电，右边膜收缩并放电。其制造简单，应用广泛。
Description
技术领域
本发明属于介电弹性体发电机领域，公开了一种单轴柔性自偏置介电弹性体发电机结构设计。
背景技术
介电弹性体(Dielectric elastomer，DE)是一种电活性的聚合物，在电场中可将电能转换为机械能，形状发生改变。相反，通过材料变形DE可将机械能转换为电能。介电弹性体发电机(Dielectric elastomer generator，DEG)电学特性为可变电容，DE上下两表面涂覆一层柔性电极材料呈现“三明治”结构，柔性电极材料一般为石墨、碳油等。基于传统器件的自偏置电路，其功能的实现将带来“副作用”：电子器件的电能损耗，这对DEG发电效率的影响很大。基于单轴预拉伸与双轴预拉伸的两种可行方案的原理，我们采用了推拉式柔性自偏置DEG的结构设计。单轴柔性自偏置DEG结构简单，运用范围广泛。
发明内容
本发明涉及一种单轴柔性自偏置介电弹性体发电机结构设计。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种单轴柔性自偏置介电弹性体发电机结构设计，其特征在于：本发明的单轴柔性自偏置介电弹性体发电机结构包括膜框架、平台、中心杆、偏心轮、连杆、电机、联轴器、介电弹性体、柔性电极。膜框架通过螺栓固定在平台上，左右两块膜框架对称放置；两个膜片的轮毂固定在一起，它们的外部框架由中心杆隔开，中心杆放置在两块膜框架之间，连接左右两块膜。连杆一端和中心杆连接，一端和偏心圆盘连接。偏心圆盘由电机带动进行周转运动，从而使中心盘进行左右往复运动。中心盘与连杆连接，运动限制在膜框架的导轨内，形成往复运动。
所述单轴柔性自偏置介电弹性体发电机结构设计，其特征在于：DEG1和DEG2成一个拮抗对，两个DEG处于180°相位，即一个处于拉伸时另一个处于松弛状态。当中间杆运动到左边时，右边膜进行拉伸并充电，于此同时左边膜收缩并放电。当中间杆运动到右边时，左边膜进行拉伸并充电，右边膜收缩并放电。
所述单轴柔性自偏置介电弹性体发电机结构设计，其特征在于：对膜进行了预拉伸，保证了充电的连续性，通过往复推拉实现电荷/电压的累积，并完成自偏置机制，并且不需要传统的二极管或电容器等器件，从而有效的避免了使用常规电子器件的电能损耗。
本发明的特色与优势：该单轴柔性自偏置介电弹性体发电机结构设计简单，具有效率高、安装方便、运用范围广等优点。
附图说明
图1为本结构的整体结构示意图；
图2为本结构的主视图；
图3为本结构的俯视图；
图4为本结构的左视图；
图5为本结构的单轴预拉伸结构模型；
图6为本结构的等效电路。
以下结合附图对本发明做进一步的详细说明。
具体实施方式
参见图1～6，本单轴柔性自偏置DEG结构设计发明，包括偏心盘(1)、轴承(2)、连杆(3)、挡板(4)、后挡板(5)、膜框架(6)、螺栓(7)、柔性电极(8)、中心杆(9)、DEG膜(10)、电机框架(11)、螺栓(12)、电机(13)、联轴器(14)、平台(15)。
膜框架(6)通过螺栓(7)固定在桌面(15)上，左右两块膜框架(6)对称放置；两个膜片的轮毂粘在一起，它们的外部膜框架(6)由中心杆(9)隔开，中心杆(9)放置在两块膜框架之间，连接左右DE膜(10)。连杆(3)一端和中心杆(9)连接，另一端和偏心盘(1)连接。偏心盘(1)由电机(13)带动进行周转运动。
工作时，首先将该DEG发电结构放在平台上上，接通电源，打开电机(13)开关，电机(13)带动偏心盘(1)周转，偏心盘(1)带动连杆(3)进行往复运动。连杆(3)一端由电机(13)带动进行圆周运动，一端由挡板(4)，挡板(5)限制做往复运动，从而带动中心杆(9)对DEG膜(10)进行往复运动。当DEG产生的电能大于系统损耗能量时，在每个发电循环后，存储在自偏置结构中的电荷及对应电压均会提高，通过多个发电循环的累积效应，实现DEG的自偏置机制。
Claims (3)
1.一种单轴柔性自偏置介电弹性体发电机结构设计，其特征在于：该结构包括膜框架、平台、中心杆、偏心轮、连杆、电机、联轴器、介电弹性体、柔性电极；膜框架通过螺栓固定在平台上，左右两块膜框架对称放置；两个膜片的轮毂固定在一起，它们的外部框架由中心杆隔开，中心杆放置在两块膜框架之间，连接左右两块膜；连杆一端和中心杆连接，一端和偏心圆盘连接；偏心圆盘由电机带动进行周转运动，从而使中心盘进行左右往复运动；中心盘与连杆连接，运动限制在膜框架的导轨内，形成往复运动。
2.根据权利要求1所述的一种单轴柔性自偏置介电弹性体发电机结构设计，其特征在于：DEG1和DEG2成一个拮抗对，两个DEG处于180°相位，即一个处于拉伸时另一个处于松弛状态。当中间杆运动到左边时，右边膜进行拉伸并充电，于此同时左边膜收缩并放电。当中间杆运动到右边时，左边膜进行拉伸并充电，右边膜收缩并放电。
3.根据权利要求1所述的一种单轴柔性自偏置介电弹性体发电机结构设计，其特征在于：对膜进行了预拉伸，保证了充电的连续性，通过往复推拉实现电荷/电压的累积，并完成自偏置机制，并且不需要传统的二极管或电容器等器件，从而有效的避免了使用常规电子器件的电能损耗。
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|---|---|---|---|---|
| CN109239597A (zh) * | 2018-08-20 | 2019-01-18 | 浙江师范大学 | 一种叠堆型介电弹性体发电机实验装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN104160610A (zh) * | 2011-10-21 | 2014-11-19 | 拜耳知识产权有限责任公司 | 电活性聚合物能量转换器 |
| CN104481789A (zh) * | 2014-09-15 | 2015-04-01 | 浙江师范大学 | 一种利用潮汐能的介电弹性体发电机结构设计 |
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2018
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