CN109239597A - 一种叠堆型介电弹性体发电机实验装置 - Google Patents

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鄂世举
徐阁
高昭
罗罕频
夏文俊
张海艇
李晓慧
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Abstract

本发明涉及一种叠堆型介电弹性体发电机实验装置，该装置包括连接件、支杆、紧固钢条、螺栓、滑道板、定位套筒、水平板、伺服电机、U型槽、滑件、连杆、滑块、柔性电极、介电弹性体薄膜、导线等。连接件与支杆通过螺栓紧固，滑道板和水平板通过定位套筒和螺栓安装于支杆上。伺服电机通过紧固钢条与支杆连接。曲柄由U型槽和滑件两部分通过螺栓紧固组成，连杆连接滑件与滑块。柔性电极涂覆在介电弹性体薄膜上下两表面，通过导线连接各个单体构成叠堆型介电弹性体发电机，并通过外围电路进行电能回收。该装置可以实现叠堆型介电弹性体发电机的挤压发电，在挤压过程中介电弹性体不易破裂，且发电效率高，具有结构简单、安装方便、维护成本低等优点。

Description

一种叠堆型介电弹性体发电机实验装置
所属技术领域
本发明属于机电技术领域，涉及一种发电机试验装置，特别涉及一种叠堆型介电弹性体发电机实验装置。
背景技术
介电弹性体是一种具有电活性的弹性体材料，能够在电场作用下改变形状，将电能转换为机械能；同样，它的逆过程也可以用于发电，将机械能转换为电能。介电弹性体发电单体的结构类似于三明治，在介电弹性体薄膜的上下两表面涂覆一层柔性电极材料，例如碳油、石墨粉、碳纳米管等。在单体电极两端施加偏置电压，外部机械能使单体舒张与收缩从而实现发电。为了提高发电量，可将介电弹性体发电单体纵向严密贴合，逐个叠加构成叠堆型介电弹性体发电机。针对该种新型发电机的实验装置目前还很缺乏。
发明内容
本发明的目的是提供一种叠堆型介电弹性体发电机实验装置，利用该装置可以实现对叠堆型介电弹性体发电机的挤压发电，在挤压过程中介电弹性体发电机不易破裂，且发电效率高。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种叠堆型介电弹性体发电机实验装置，其特征在于：该装置包括连接件、支杆、滑移块、紧固钢条、螺栓、滑道板、定位套筒、水平板、伺服电机、U型槽、滑件、连杆、滑块、柔性电极、介电弹性体薄膜、导线。连接件与支杆通过螺栓紧固，滑移块安装在支杆上；滑道板通过定位套筒安装于支杆上，水平板通过四个定位套筒和螺栓水平安装于支杆上；伺服电机通过紧固钢条与支杆连接，并通过螺栓紧固；曲柄由U型槽和滑件两部分通过螺栓紧固组成，其长度可调；连杆连接滑件与滑块，滑块在滑道板的约束下，做垂直运动；柔性电极涂覆在介电弹性体薄膜上下两表面，通过导线连接各个单体构成叠堆型介电弹性体发电机。通过该装置可将伺服电机的旋转运动转化为驱动滑块的往复直线运动，从而对叠堆型介电弹性体发电机进行往复挤压，实现介电弹性体膜尺寸和电容值的改变而进行发电，并通过发电机的外围电路进行电能回收。
所述叠堆型介电弹性体发电机实验装置，其特征在于：伺服电机的旋转运动转化为驱动滑块的直线运动进行往复挤压，从而将外部挤压的机械能通过叠堆型介电弹性体发电机转化成电能进行发电。
所述叠堆型介电弹性体发电机实验装置，其特征在于：水平板和滑道板安装于支杆上，通过定位套筒和螺栓可以进行位置调整，从而能够适应不同尺寸的叠堆型介电弹性体发电机的挤压发电要求。
所述叠堆型介电弹性体发电机实验装置，其特征在于：叠堆型介电弹性体发电机的外围电路由充电电路、Buck降压电路、整流滤波电路、Boost升压电路、微控单元部分组成，一节锂电池经过Boost升压电路为微控单元部分提供电压，另一节锂电池经过Boost升压电路为叠堆型介电弹性体发电机提供偏置电压，叠堆型介电弹性体发电机通过挤压发电产生的电能经过整流滤波电路后得到直流电，再经过Buck降压电路后，通过芯片TP4056给锂电池充电，微控单元部分为Boost电路和Buck电路的MOSFET提供占空比的开关控制信号。
本发明的有益效果是：该叠堆型介电弹性体发电机实验装置可以方便实现叠堆型介电弹性体发电机的挤压发电，在挤压过程中介电弹性体发电机不易破裂，且发电效率高，具有结构简单、安装方便、维护成本低等优点。
附图说明
图1为本发明叠堆型介电弹性体发电机实验装置的结构示意图；
图2为图1中伺服电机驱动曲柄滑块机构的局部放大图；
图3为叠堆型介电弹性体发电机的结构示意图；
图4为叠堆型介电弹性体发电机外围电路的原理图；
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1～2，本发明叠堆型介电弹性体发电机实验装置，包括连接件(1)、支杆(2)、滑移块(3)、紧固钢条(4)、螺栓(5)、滑道板(6)、定位套筒(7)、螺栓(8)、水平板(9)、伺服电机(10)、U型槽(11)、滑件(12)、连杆(13)、滑块(14)、螺栓(15)。
连接件(1)与支杆(2)通过螺栓(8)紧固，滑移块(3)安装在支杆(2)上；滑道板(6)通过定位套筒(7)安装于支杆(2)上，水平板(9)通过四个定位套筒(7)和螺栓(8)水平安装于支杆(2)上；伺服电机(10)通过紧固钢条(4)与支杆(2)连接，并通过螺栓(5)紧固；曲柄由U型槽(11)和滑件(12)两部分通过螺栓(15)紧固组成，其长度可调；连杆(13)连接滑件(12)与滑块(14)，滑块(14)在滑道板(6)的约束下，做垂直运动。
图3为叠堆型介电弹性体发电机的结构示意图，柔性电极(16)涂覆在介电弹性体薄膜(17)上下两表面，导线(18)连接各个单体。
工作时，首先将叠堆型介电弹性体发电机放在滑块(14)和水平板(9)之间，接通电源，伺服电机(10)转动，带动曲柄进行回转运动，曲柄带动连杆(13)作用驱动滑块(14)在滑道板(6)中上下移动，从而对叠堆型介电弹性体发电机进行往复挤压，实现介电弹性体膜尺寸和电容值的改变而进行发电，并通过发电机的外围电路进行电能回收。
参见图4，叠堆型介电弹性体发电机的外围电路由充电电路(A)、Buck降压电路(B)、整流滤波电路(C)、Boost升压电路(D)、微控单元部分(E)和Boost升压电路(F)组成。(A)部分包括二节锂电池(8800mAh，3.7v)和二块TP4056芯片，TP4046为单节锂电池充电芯片。一节锂电池经过Boost升压电路(D)后为微控单元部分(E)提供电压，另一节锂电池经过Boost升压电路(F)后为叠堆型介电弹性体发电机提供偏置电压，叠堆型介电弹性体发电机通过挤压发电产生的电能经过整流滤波电路(C)后得到直流电，再经过Buck降压电路(B)后，通过芯片TP4056给锂电池充电。微控单元部分(E)采用芯片为AT89C51，其为Boost电路和Buck电路的MOSFET提供占空比的开关控制信号。

Claims (4)

1.一种叠堆型介电弹性体发电机实验装置，其特征在于：该装置包括连接件、支杆、滑移块、紧固钢条、螺栓、滑道板、定位套筒、水平板、伺服电机、U型槽、滑件、连杆、滑块、柔性电极、介电弹性体薄膜、导线；连接件与支杆通过螺栓紧固，滑移块安装在支杆上；滑道板通过定位套筒安装于支杆上，水平板通过四个定位套筒和螺栓水平安装于支杆上；伺服电机通过紧固钢条与支杆连接，并通过螺栓紧固；曲柄由U型槽和滑件两部分通过螺栓紧固组成；连杆连接滑件与滑块，滑块在滑道板的约束下做垂直运动；柔性电极涂覆在介电弹性体薄膜上下两表面，通过导线连接各个单体构成叠堆型介电弹性体发电机，并通过发电机的外围电路进行电能回收。
2.根据权利要求1所述叠堆型介电弹性体发电机实验装置，其特征在于：伺服电机的旋转运动转化为驱动滑块的直线运动进行往复挤压，从而将外部挤压的机械能通过叠堆型介电弹性体发电机转化成电能进行发电。
3.根据权利要求1所述叠堆型介电弹性体发电机实验装置，其特征在于：水平板和滑道板安装于支杆上，通过定位套筒和螺栓可以进行位置调整，从而能够适应不同尺寸的叠堆型介电弹性体发电机的挤压发电要求。
4.根据权利要求1所述叠堆型介电弹性体发电机实验装置，其特征在于：叠堆型介电弹性体发电机的外围电路由充电电路、Buck降压电路、整流滤波电路、Boost升压电路、微控单元部分组成，一节锂电池经过Boost升压电路为微控单元部分提供电压，另一节锂电池经过Boost升压电路为叠堆型介电弹性体发电机提供偏置电压，叠堆型介电弹性体发电机通过挤压发电产生的电能经过整流滤波电路后得到直流电，再经过Buck降压电路后，通过芯片TP4056给锂电池充电，微控单元部分为Boost电路和Buck电路的MOSFET提供占空比的开关控制信号。
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