CN110323962B - 静电发电机、提高输出功率的方法、充电方法和穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静电发电机、提高输出功率的方法、充电方法和穿戴设备，其中静电发电机包括转子和定子。转子包括正负荷电驻极体，正负荷电驻极体包括驻极体本体，驻极体本体上间隔形成荷正电区域和荷负电区域，驻极体本体上形成有分别位于两种荷电区域上的第一荷电驻极体和第二荷电驻极体。定子包括定子基底和电极，电极上对应第一荷电驻极体和第二荷电驻极体设有同等数量和位置相对应的电极体，定子基底采用介电常数为1～3的发泡材料制成。本发明实施例的静电发电机，转子的正负荷电驻极体上同时荷有正电荷和负电荷，有效电荷密度提高一倍；发泡材料的介电常数较小，可减小电极的固有电容，输出功率相比于普通的静电发电机提高5～6倍。

Description

静电发电机、提高输出功率的方法、充电方法和穿戴设备

技术领域

本发明属于静电发电机技术领域，具体是一种静电发电机、提高输出功率的方法、充电方法和穿戴设备。

背景技术

随着科学技术的高速发展，物联网、可穿戴设备已开始进入我们的日常生活，成为不可或缺的一部分。为了满足物联网、传感网、便携式及可穿戴电子设备等的供能需求，研制体积小、重量轻、成本低并且能够持续供能的微小型发电机为此类电子设备提供廉价、方便、持久的能源变得十分必要。

可再生能源如低速风能、海浪潮汐能，人及各种物体产生的动能分布范围广，大部分未被开发利用，如何将其转化为电能，已成为当今科学技术界的研究热点。到目前为止，已出现了基于压电效应、静电感应、热电效应等的各种微小型发电机，用于采集环境能量并转化为电能。其中，主要包含摩擦式和驻极体式的静电发电机，其成本低、重量轻、能量转换效率高、且在拾取低速运动能方面具有优越性。然而现有的静电发电机输出功率较低，不能满足需求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种静电发电机，所述静电发电机可利用的等效电荷密度高、电容小，输出功率高，可解决静电发电机用于提供电能时输出功率较低的问题。

本发明还旨在提出一种上述静电发电机提高输出功率的方法。

本发明还旨在提出一种上述静电发电机中的驻极体的充电方法。

本发明还旨在提出一种应用上述静电发电机的穿戴设备。

根据本发明实施例的一种静电发电机，包括：转子，所述转子包括正负荷电驻极体，所述正负荷电驻极体包括驻极体本体，所述驻极体本体上间隔形成荷正电区域和荷负电区域，所述驻极体本体上形成有第一荷电驻极体和第二荷电驻极体，所述第一荷电驻极体和所述第二荷电驻极体的一个位于所述荷正电区域，所述第一荷电驻极体和所述第二荷电驻极体的另一个位于所述荷负电区域；定子，所述定子包括定子基底和电极，所述电极上对应所述第一荷电驻极体和所述第二荷电驻极体设有同等数量和位置相对应的电极体，所述定子基底采用介电常数为1～3的发泡材料制成。

根据本发明实施例的静电发电机，转子的正负荷电驻极体上同时荷有正电荷和负电荷，当正负荷电驻极体的表面电荷密度相等的情况下，正负荷电驻极体可转移的电荷量将分别提高一倍，正负荷电驻极体的有效电荷密度提高一倍，静电发电机的输出功率与其可利用的有效电荷密度的二次方成正比，因此静电发电机的输出功率提高四倍。定子基底采用发泡材料制成，发泡材料的介电常数较小，可减小电极的固有电容，静电发电机的输出功率与其电容成反比。因此，本发明的静电发电机输出功率是常规静电发电机输出功率的5～6倍，输出功率高，可满足电量的需求。

根据本发明一个实施例的静电发电机，所述发泡材料包括发泡聚丙烯、发泡聚氯乙烯、发泡聚苯乙烯、发泡ABS塑料、发泡聚乙烯中的一种或多种。

根据本发明一个实施例的静电发电机，所述转子包括转子基底，所述转子基底上连接有所述正负荷电驻极体，所述转子基底采用所述发泡材料制成。

根据本发明进一步的实施例，所述转子基底和所述正负荷电驻极体之间采用粘胶层连接，所述粘胶层的介电常数大于2.5，所述正负荷电驻极体形成为厚度0.001mm～0.3mm的驻极体膜。

根据本发明一个实施例的静电发电机，所述正负荷电驻极体形成为厚度0.5～3mm的驻极体板。

根据本发明实施例的一种正负荷电驻极体的充电方法，所述正负荷电驻极体为前述的静电发电机中所使用的正负荷电驻极体，所述正负荷电驻极体采用图形化充电电极充电，所述图形化充电电极对所述正负荷电驻极体充电时基于接触微放电使所述正负荷电驻极体上形成电荷相反的第一荷电驻极体和第二荷电驻极体。

根据本发明实施例的正负荷电驻极体的充电方法，采用图形化电极充电时，利用接触微放电效应，使正负荷电驻极体上同时具有正负荷与负电荷的第一荷电驻极体和第二荷电驻极体，充电后的正负荷电驻极体上的有效电荷密度分别提高一倍。

根据本发明一个实施例的正负荷电驻极体的充电方法，所述图形化充电电极包括相对设置的充电电极对，充电方法包括以下步骤：S1：将所述正负荷电驻极体置于所述充电电极对之间，对所述图形化充电电极施加-300V～-30000V的负电压充电1～30min或对所述图形化充电电极施加+300V～+30000V的正电压充电1～30min；S2：将步骤S1 中的所述充电电极对中的一个充电电极移除，并将所述正负荷电驻极体的第一荷电驻极体与第二荷电驻极体的位置相换，再将移除的所述充电电极复位，对所述图形化充电电极施加与步骤S1中性质相反、大小相等的电压、相同的时间进行充电；或对所述图形化充电电极施加与步骤S1中性质相反、大小相等的电压、时间小于步骤S1中的充电时间进行充电；S3：充电完毕后揭除所述图形化充电电极，得到带有电荷相反的第一荷电驻极体和第二荷电驻极体的所述正负荷电驻极体。

根据本发明一个实施例的正负荷电驻极体的充电方法，在充电过程中采用的所述图形化充电电极包括：第一极板和第二极板，所述第一极板和所述第二极板相对设置，所述第一极板上间隔设有多个第一电极，所述第二极板上间隔设有多个第二电极，所述第一电极、所述第二电极与所述第一荷电驻极体的区域对应设置，或所述第一电极、所述第二电极与所述第二荷电驻极体对应设置。

有利的，在对所述正负荷电驻极体充电的同时进行加热。根据本发明实施例的一种提高静电发电机的输出功率的方法，所述静电发电机为前述的静电发电机，将充电后的所述正负荷电驻极体的一面粘接粘胶层，和/或利用水或酒精擦拭所述正负荷电驻极体的一面。

根据本发明实施例的提高静电发电机的输出功率的方法，通过将充电的后的正负荷电驻极体表面粘接粘胶层，粘接过程中产生空气击穿放电，放电时极性相反的电荷沉积到正负荷电驻极体上，而使正负荷电驻极体与粘胶层之间的接触面上电荷密度减少，进而提高了正负荷电驻极体的有效电荷密度，提高输出功率。当用水和/或酒精擦拭正负荷电驻极体的表面时，也可以减少正负荷电驻极体背面的电荷密度，增加正负荷电驻极体的有效电荷密度，进而提高输出功率。

根据本发明实施例的一种穿戴设备，包括前述的静电发电机，所述静电发电机用于为所述穿戴设备提供电能。

根据本发明实施例的穿戴设备，静电发电机为穿戴设备提供电能，输出功率高，电能供给及时、充足。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一个实施例的静电发电机转子和定子的分体示意图。

图2为本发明一个实施例的正负荷电驻极体充电时接触微放电原理示意图。

图3为本发明一个实施例的正负荷电驻极体充电步骤示意图。

图4a为本发明一个实施例的图形化充电电极第一充电电极示意图。

图4b为本发明一个实施例的图形化充电电极第二充电电极示意图。

图5为本发明一个实施例旋转式静电发电机的转子的制作示意图。

图6为本发明静电发电机的工作原理示意图。

图7为本发明另一个实施例的静电发电机转子和定子的分体示意图。

图8a为本发明另一个实施例的图形化充电电极第一充电电极示意图。

图8b为本发明另一个实施例的图形化充电电极第二充电电极示意图。

图9为本发明驻极体板作为旋转式静电发电机转子的结构示意图(无需转子基底)。

图10为本发明驻极体板作为直线式静电发电机转子的结构示意图(无需转子基底)。

图11为用于穿戴设备的旋转式静电发电机的分体结构示意图。

附图标记

静电发电机100；

转子1；

正负荷电驻极体11；驻极体膜11a；驻极体板11b；

第一荷电驻极体111；第二荷电驻极体112；第一间隙113；

转子基底12；

粘胶层13；

定子2；

电极21；电极体211；第二间隙212；

定子基底22；

图形化充电电极300；

充电电极对310；

第一充电电极311；

第一极板311a；第一电极311b；第一定位片311c；

第二充电电极312；

第二极板312a；第二电极312b；第二定位片312c；

穿戴设备500；偏心轮510；连接轴520；转子顶盖530；定子底座540。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的静电发电机100。本发明的静电发电机100可以是图1中所示出的旋转式静电发电机，也可以是图7中所示出的直线式静电发电机，尤其适用于面内运动型的静电发电机，即转子1相对于定子2只做平动或者旋转运动。如图5中所示，静电发电机100的发电原理为：转子1上的正负荷电驻极体11在定子2 的电极21上诱导出反向电荷，转子1转动带动电极体211上的电荷经外部负载转移到另一电极体211上，并产生电流输出。

根据本发明实施例的一种静电发电机100，如图1和图7所示，包括：转子1和定子2。

如图1、图7、图9和图10所示，转子1包括正负荷电驻极体11，正负荷电驻极体 11包括驻极体本体，驻极体本体上间隔形成荷正电区域和荷负电区域，驻极体本体上形成有第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112，第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112的一个位于荷正电区域，第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112的另一个位于荷负电区域。也就是说，当第一荷电驻极体111位于荷正电区域时，第二荷电驻极体 112则位于荷负电区域；当第一荷电驻极体111位于荷负电区域时，第二荷电驻极体112 则位于荷正电区域。这里需要说明的是，本发明中的第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112可以为驻极体本体上荷正电区域或荷负电区域的别称，而非另外添加的结构，即驻极体本体上的荷正电区域自身即为第一荷电驻极体111或第二荷电驻极体112，驻极体本体上的荷负电区域自身即为第二荷电驻极体112或第一荷电驻极体111。当然，本发明中的第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112也可以为另外添加在驻极体本体上的荷电结构。可以理解的是，为了保证第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112上荷有电荷相反的电荷，本发明荷正电区域和荷负电区域间隔开设置，同样第一电驻极体 111和第二电驻极体112之间也间隔开形成有间隙。

如图1、图7所示，定子2包括定子基底22和电极21，电极21上对应第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112设有同等数量和位置相对应的电极体211，定子基底22 采用介电常数为1～3的发泡材料制成。由上述结构可知，本发明实施例的静电发电机 100，转子1的正负荷电驻极体11上同时荷有正电荷和负电荷，当正负荷电驻极体11 的表面电荷密度相等的情况下，正负荷电驻极体11可转移的电荷量将分别提高一倍，正负荷电驻极体11的有效电荷密度提高一倍，静电发电机100的输出功率与其可利用的有效电荷密度的二次方成正比，因此静电发电机100的输出功率提高四倍，增大输出电流。

本发明的定子基底22采用发泡材料制成，发泡材料的介电常数较小，可减小电极21的固有电容，而静电发电机100的输出功率与其电容成反比，因此采用具有发泡材料的定子基底22将进一步提高本申请静电发电机100的输出功率。

综上，本发明的静电发电机100的输出功率是常规静电发电机100输出功率的5～6倍，输出功率高，可满足电量的需求。

可选的，发泡材料包括发泡聚丙烯、发泡聚氯乙烯、发泡聚苯乙烯、发泡ABS塑料、发泡聚乙烯中的一种或多种。采用这些发泡材料均可以减少电极21的固有电容，且所用发泡材料的发泡倍率越大，其相对介电常数越小，发电机的固有电容越小，越有利于提高发电机的输出功率。

在本发明的一些实施例中，转子1包括转子基底12，转子基底12上连接有正负荷电驻极体11，转子基底12采用发泡材料制成。此处转子基底12所用的发泡材料与前述的发泡材料类似，且转子基底12采用发泡材料制成时，其也可以减小正负荷电驻极体 11的电容，进而进一步提高静电发电机100的整体输出功率。

当转子包括转子基底12时，转子基底12和正负荷电驻极体11之间采用粘胶层13连接。同时，如图1和图7所示，正负荷电驻极体11形成为厚度0.001mm～0.3mm的驻极体膜11a。采用较薄的驻极体膜11a时，需要配合转子基底12。

可选的，胶粘层13可以为双面胶、胶水层、其他粘性材料层，更具体的本发明中的粘胶层13可选用聚酰亚胺(PI)双面胶。

有利的，本发明中粘胶层13的介电常数大于2.5。采用介电常数较大的粘胶层13可在粘接转子基底12和正负荷电驻极体11的过程中，更容易发生放电，降低粘接面的电荷密度。

在本发明的其他实施例中，如图9和图10所述，转子1则无需使用专门的转子基底12，但正负荷电驻极体11需要使用厚度0.5～3mm的驻极体板11b，驻极体板11b的板厚较大，整体作为静电发电机100的转子1。

可选的，驻极体膜11a或驻极体板11b可选用的材料为PTFE(聚四氟乙烯)、FEP (全氟乙烯丙烯共聚物)、Teflon AF(无定形含氟树脂)、CYTOP(含氟聚合物)、 parylene HT(对二甲苯聚合物)、PP(聚丙烯)、COC(环烯烃共聚物)，这些材料可长期保持电荷。

在本发明的一些实施例中，如图1、图7、图9和图10所示，第一荷电驻极体111 和第二荷电驻极体112均包括多个，多个第一荷电驻极体111和多个第二荷电驻极体112 间隔交替设置，相邻的第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112之间的间隙为 0.05～10mm。此处的间隙定义为第一间隙113。第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体 112之间的间隙会影响静电发电机100的输出功率，当间隙过小，不利于第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112同时荷有性质相反的电荷；当间隙过大，则第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112的数量将会降低，总体可负荷的有效电荷密度将较低。相对应的，与第一电驻极体111和第二电驻极体112之间的间隙的设置类似，对于定子2 而言如果电极体211之间的间隙过小会使得电极体211之间的寄生电容增大，而减小静电发电机100的输出功率。

可选的，如图1和图9所示，多个第一荷电驻极体111和多个第二荷电驻极体112 在正负荷电驻极体11上周向间隔交替排列，多个第一荷电驻极体111和多个第二荷电驻极体112的圆心角相等、形状相同，相邻的第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112 之间的间隙相等。由此，不仅便于为正负荷电驻极体11充电，也方便制作为其充电的图形化充电电极300。同时，对应的，定子2上的电极体211与第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112位置相对应，呈周向排列，且与第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112的总数量相等，当定子2和转子1之间形成感应电荷后，方便定子2上的不同电极体211上的电荷进行快速转移形成电流输出。上述这种结构的转子1和定子2适用于旋转式静电发电机。

可选的，在另一些实施例中，如图7和图10所示，多个第一荷电驻极体111和多个第二荷电驻极体112在正负荷电驻极体11上线性交替间隔排列，多个第一荷电驻极体 111和多个第二荷电驻极体112的形状相等，如均为矩形或其他多边形以及异形，相邻的第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112之间的间隙相等。与此同时，定子2上的电极体211也呈线性排列，且电极体211的数量与第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112的总数量相等。这种结构的转子1和定子2适用于直线式静电发电机。

有利的，定子2上电极体211之间形成的间隙记为第二间隙212，第一间隙113与第二间隙212之间的位置相互对应，宽度相等。

可选的，本发明中的定子2可通过丝网印刷将导电浆料印刷在发泡材料上制作电极 21，此外还可以通过镂空掩膜图形化溅射金属的方式在发泡材料上制作电极21。

在本发明的描述中，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面参考附图描述本发明实施例的上述静电发电机100中所使用到的正负荷电驻极体11的充电方法，本发明中对正负荷电驻极体11充电是基于接触微放电原理的，正负荷电驻极体11可以为驻极体膜11a，也可以为驻极体板11b，如图2中所示，正负荷电驻极体11的表面并非完全平整的，即正负荷电驻极体11的表面具有一定的粗糙度，因此当采用图形化充电电极300对正负荷电驻极体11充电时，正负荷电驻极体11的表面与图形化充电电极300之间形成微小的空间间隙，当在图形化充电电极300的充电电极对310(充电电极对310的具体描述见后文)之间施加高压电时将形成极高的电场，击穿充电电极对310之间的空气间隙产生带正电的离子以及带负电的电子，在高场强下电子与离子以极高的速度轰击在正负荷电驻极体11的表面，并被正负荷电驻极体11表面的势阱所捕获，从而使正负荷电驻极体11带电，当正负荷电驻极体11表面的不同区域受不同的离子或电子轰击后，将形成前述的荷正电区域和荷负电区域。

根据本发明实施例的一种正负荷电驻极体11的充电方法，正负荷电驻极体11为前述的静电发电机100中的正负荷电驻极体11，这里将不再对正负荷电驻极体11的结构进行赘述。正负荷电驻极体11采用图形化充电电极300充电，图形化充电电极300对正负荷电驻极体11充电时基于接触微放电使正负荷电驻极体11上形成电荷相反的第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112。

根据本发明实施例的正负荷电驻极体11的充电方法，采用图形化电极21充电时，利用上述的接触微放电效应，使正负荷电驻极体11上同时具有正负荷与负电荷的第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112，充电后的正负荷电驻极体11上的有效电荷密度分别提高一倍，当应用于静电发电机100时，将大大提高静电发电机100的输出功率。

具体在充电过程中，如图3所示，使用图形化充电电极300进行，图形化充电电极300包括相对设置的充电电极对310，充电方法包括以下步骤：

S1：将正负荷电驻极体11置于充电电极对310之间，对图形化充电电极300施加 -300V～-30000V的负电压充电1～30min，或对图形化充电电极300施加+300V～ +30000V的正电压充电1～30min。其中的充电电压以及充电所需的时间，可根据驻极体膜11a或驻极体板11b的厚度、耐压特性进行调整。另外，需要强调的是，在步骤S1 中，充电时仅为第一荷电驻极体111同时充电或仅同时为第二荷电驻极体112充电，或同时充正电荷或同时充负电荷，也就是说，在步骤S1中，充电电极对310仅同时对荷正电区域施加正电压或对荷负电区域施加负电压。

S2：将步骤S1中的充电电极对310中的一个充电电极21移除，并将正负荷电驻极体11的第一荷电驻极体111与第二荷电驻极体112的位置相换，再将移除的充电电极21复位，对图形化充电电极300施加与步骤S1中性质相反、大小相等的电压、相同的时间进行充电；或对所述图形化充电电极施加与步骤S1中性质相反、大小相等的电压、时间小于步骤S1中的充电时间进行充电。也就是说，当在步骤S1中为第一荷电驻极体 111或第二荷电驻极体112所在的区域施加正电压充电时，在步骤S2中则第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112调整位置，为另一个未在步骤S1中充电的第二荷电驻极体112或第一荷电驻极体111施加负电压充电，步骤S2中对正负荷电驻极体11充电的时间可以与步骤S1中充电的时间相同或稍短于步骤S1中充电的时间。

S3：充电完毕后揭除图形化充电电极300，得到带有电荷相反的第一荷电驻极体111 和第二荷电驻极体112的正负荷电驻极体11。

可选的，在步骤S1中对正负荷电驻极体11充电的同时进行加热。充电过程中适当加热可提高荷电的稳定性。

可选的，在步骤S2中对正负荷电驻极体11充电的同时进行加热。充电过程中适当加热可提高荷电的稳定性。

在本发明的一些实施例中，结合并参照图4a、图4b、图8a和图8b所示，充电电极对310包括相对设置的第一充电电极311和第二充电电极312，在充电过程中，第一充电电极311和第二充电电极312相对设置。

继续参照图4a、图4b、图8a和图8b所示，在充电过程中采用的第一充电电极311 和第二充电电极312分别包括：第一极板311a和第二极板312a，第一极板311a和第二极板312a相对设置，第一极板311a上间隔设有多个第一电极311b，第二极板312a上间隔设有多个第二电极312b，第一电极311b、第二电极312b与第一荷电驻极体111的区域对应设置，或第一电极311b、第二电极312b与第二荷电驻极体112对应设置。这里需要说明的是，第一电极311b和第二电极312b在充电时要么同时对准第一荷电驻极体111而第二荷电驻极体112则落在相邻的电极之间的间隙中，要么同时对准第二荷电驻极体112而第一荷电驻极体111则落在相邻的电极之间的间隙中。

有利的，为了方便第一极板311a和第二极板312a快速对齐并在充电过程中快速复位，如图4a所示，在第一极板311a的边缘向外延伸设有第一定位片311c，图4b所示，在第二极板312a的边缘向外延伸设有第二定位片312c，第一定位片311c和第二定位片 312c位置对应。当第一极板311a和第二极板312a相对接时，通过第一定位片311c和第二定位片312c的对接完成度，则可判断第一极板311a和第二极板312a的对接情况，也可以进一步判断第一电极311b和第二电极312b之间的对应情况，使正负荷电驻极体 11充电过程持续有效，稳定可靠。

可选的，如图4a所示，第一极板311a的边缘沿周向分别向外延伸形成四个第一定位片311c，对应的，如图4b所示，第二极板311b的边缘沿周向分别向外延伸形成四个第二定位片312c。多个定位片的设置，使第一极板311a和第二极板312a可在不同的角度进行快速定位对准，方便操作。

可选的，第一极板311a可以形成为大致圆形或大致矩形，圆形的第一极板311a上的第一电极311b呈周向排列，大致矩形的第一极板311a则呈线性排列；第二极板312a 和第二电极312b则与第一极板311a和第一电极311b对应设置。

下面参考附图描述本发明实施例的提高静电发电机100的输出功率的方法。

根据本发明实施例的一种提高静电发电机100的输出功率的方法，如图5中所示，静电发电机100为旋转式静电发电机，旋转式静电发电机适用的正负荷电驻极体11见前述。将充电后的正负荷电驻极体11的一面粘接粘胶层13。此过程主要包括如下步骤，将粘胶层13其中一面的保护膜撕下，将其粘结在转子基底12上，再将粘胶层13另一面的保护膜撕下，将正负充电完成的驻极体膜11a平放在光滑表面上，用力将粘贴了粘胶层13的转子基底12按压在驻极体膜11a上，最后裁去驻极体膜11a多余的部分，得到了基于正负荷电驻极体11的旋转式静电发电机的转子1。当然，本方法也适用于直线式静电发电机的转子1的制作。粘胶层13的结构和性质如前所述。

在制作转子1的过程中，基于接触微放电的正负充电方式下，相同位置驻极体膜11a 或驻极体板11b两侧的电荷密度大小相同、极性相反，净电荷密度几乎为0，特别是对于薄的驻极体膜11a，其抵消效应更加明显，从而使静电发电机100的电极21上诱导出的电荷量有限，输出功率有限。为了使正负荷电驻极体11两侧产生较大的电荷密度差异，采用上述粘胶层13粘接正负荷电驻极体11的一面时，粘接过程中将产生空气击穿效应，击穿放电后极性相反的电荷沉积到正负荷电驻极体11的另一面，减小驻极体膜 11a粘接面的电荷密度。该方法尤其适用于较薄的驻极体膜11a背面电荷密度减少的处理。

在另一种方法中，通过利用水或酒精擦拭正负荷电驻极体11的一面，也可以形成类似的效果，减少正负荷电驻极体11单侧表面的电荷。

当然上述两种方法也可以结合使用，共同提高本发明静电发电机100的输出功率。

因此，本发明实施例的提高静电发电机100的输出功率的方法，通过将充电的后的正负荷电驻极体11表面粘接粘胶层13，粘接过程中产生空气击穿放电，放电时极性相反的电荷沉积到正负荷电驻极体11上，而使正负荷电驻极体11与粘胶层13之间的接触面上电荷密度减少，进而提高了正负荷电驻极体11的有效电荷密度，提高输出功率。当用水和/或酒精擦拭正负荷电驻极体11的表面时，也可以减少正负荷电驻极体11背面的电荷密度，增加正负荷电驻极体11的有效电荷密度，进而提高输出功率。

下面参考附图描述本发明实施例的穿戴设备500。

根据本发明实施例的一种穿戴设备500，包括前述的静电发电机100，静电发电机100的结构在此不做赘述。静电发电机100用于为穿戴设备500提供电能。

根据本发明实施例的穿戴设备500，静电发电机100为穿戴设备500提供电能，输出功率高，电能供给及时、充足。

实施例：

下面结合附图描述本发明的几个具体实施例。

实施例1

实施例1将示出一种旋转式静电发电机。

如图1所示，旋转式静电发电机包括整体呈圆形的转子1和定子2。其中转子1包括：驻极体膜11a、转子基底12和粘胶层13，其中，驻极体膜11a通过粘胶层13粘接在转子基底12上，驻极体膜11a采用PTFE制成，且驻极体膜11a的厚度为0.001～0.3mm，转子基底12则采用发泡材料制成。驻极体膜11a充电电压范围在±300V～±4500V。粘胶层13采用PI双面胶。驻极体膜11a包括多个形状相同的第一荷电驻极体111和多个第二荷电驻极体112，多个第一荷电驻极体111和多个第二荷电驻极体112在正负荷电驻极体11上周向间隔交替排列，多个第一荷电驻极体111和多个第二荷电驻极体112 的圆心角相等、形状相同，相邻的第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112之间的第一间隙113相等。

定子2包括定子基底22和电极21，定子基底22采用介电常数低(介电常数1～3) 的发泡材料制成，电极21通过丝网印刷将导电浆料印刷在发泡材料上制成。电极21上对应第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112形成了数量相等、位置相对应、形状相同的电极体211，相邻的电极体211之间形成第二间隙212，第二间隙212与第一间隙 113对应。

实施例2

实施例2同样示出一种旋转式静电发电机。

不同的是，如图9所示，将实施例1中的驻极体膜11a替换为驻极体板11b，驻极体板11b的厚度为0.5～3mm，取消了转子基底12。驻极体板11b选用CYTOP材料。驻极体板11b充电所需的电压较高，充电电压的范围在±5000～±30000V。定子基底22 选用发泡聚丙烯材料。

实施例3

实施例3将示出一种为实施例1中的旋转式静电发电机的驻极体膜11a或实施例2中的驻极体板11b的充电时所用的图形化充电电极300。

如图4a和图4b所示，图形化充电电极300包括相对设置的第一充电电极311和第二充电电极312，第一充电电极311包括第一极板311a、第一电极311b和第一定位片 311c，对应的，第二充电电极312包括第二极板312a、第二电极312b和第二定位片312c。第一电极311b呈周向排列在第一极板311a的表面，第二电极312b呈周向排列在第二电极312a的表面，其中第一电极311b的形状、第二电极312b的形状与第一荷电驻极体111的形状相似，相邻的第一电极311b(或相邻的第二电极312b)之间的间隙等于一个第二荷电驻极体112和两个第一间隙113所需的尺寸。第一定位片311c设置在第一极板311a的周缘并向外延伸，第二定位片312c与第一定位片311c的形状一致并对应设置在第二极板312a的周缘上。

在充电过程中，驻极体膜11a或驻极体板11b的第一荷电驻极体111首先同时对准第一电极311b和第二电极312b，施加正电压后使第一荷电驻极体111荷有正电；将驻极体膜11a和驻极体板11b在图形化充电电极300之间沿着周向顺时针或逆时针转动一定角度使得第二荷电驻极体112同时对准第一电极311b和第二电极312b，施加负电压后使第二荷电驻极体112荷有负电，去除图形化充电电极300则完成充电。

实施例4

实施例4将示出一种直线式静电发电机。

如图7所示，直线式静电发电机同样包括定子2和转子1，但与实施例1不同的是，定子2和转子1形成为方形。且定子2上的电极体211具有多个，且多个电极体211之间呈线性排列。而转子1上的第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112呈线性间隔交替排列，第一荷电驻极体111、第二荷电驻极体112、电极体211均呈矩形，且电极体 211的数量为第一荷电驻极体111和第二荷电驻极体112的数量的总和。其余特征与实施例1相同，在此不做赘述。

实施例5

实施例5将示出另一种直线式静电发电机。

如图10所示，与实施例4不同的是，本实施例中的转子1采用矩形的驻极体板11b，驻极体板11b的厚度为0.5～3mm，取消了转子基底12。驻极体板选用FEP材料，驻极体板11b充电所需的电压较高，充电电压的范围在±5000V～±30000V。定子基底22选用发泡聚氯乙烯材料。

实施例6

实施例6将示出一种为实施例2中的直线式静电发电机的驻极体膜11a或实施例5中的驻极体板11b的充电时所用的图形化充电电极300。

与实施例3不同的是，如图8a和图8b所示，本实施例中的充电电极对310均形成为大致矩形，第一电极311b和第二电极312b均形成为大致矩形。其中第一极板311a 和第二极板312a的一角伸出形成集线端。第一电极311b的总数量或第二电极312b的总数量比第一荷电驻极体111或第二荷电驻极体112的数量多1。

在充电过程中，驻极体膜11a或驻极体板11b的第一荷电驻极体111首先同时对准第一电极311b和第二电极312b，施加正电压后使第一荷电驻极体111荷有正电；将驻极体膜11a和驻极体板11b在图形化充电电极300之间左右移动使得第二荷电驻极体 112同时对准第一电极311b和第二电极312b，施加负电压后使第二荷电驻极体112荷有负电，去除图形化充电电极300则完成充电。

实施例7

实施例7示出一种为实施例1和实施例4中的驻极体膜11a减少背面电荷的方法，具体为，将转子基底12上粘接粘胶层13，再将带有基底12的粘胶层13的另一面粘接在驻极体膜11a的表面，使得粘接面产生空气击穿放电，减少背面电荷，增加正负荷电驻极体11的总有效电荷密度。

实施例8

实施例8示出一种为实施例2和实施例5中的驻极体板11b减少背面电荷的方法，具体为，将驻极体板11b的背面采用水或酒精擦拭。

实施例9

实施例9示出了一种应用于穿戴设备500的旋转式静电发电机。

穿戴设备500包括实施例1中示出的转子1和定子2，还包括转子顶盖530、定子底座540和连接轴520，转子顶盖530和定子底座540相对设置并用螺栓固定，转子顶盖 530和定子底座540之间设有转子1和定子2，连接轴520则分别连接在转子1、定子2、转子顶盖530、定子底座540上，转子1相对于定子2转动，定子2嵌入定子底座540 上。转子1上还设有偏心轮510，有效地采集人体的运动。当穿戴设备500戴在手臂上时，手臂摆动使偏心轮510带动转子1来回转动，从而转子1和定子2之间产生感应电荷，并输出电流。

实施例10

实施例10将示出一种为实施例2中的直线式静电发电机的驻极体膜11a或实施例5中的驻极体板11b的充电时所用的图形化充电电极300。

与实施例6不同的是，在对正负荷电驻极体11充电的过程中，同时进行加热处理。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1中显示了16个电极体211用于示例说明的目的，但是普通技术人员在阅读了上面的技术方案之后、显然可以理解将该方案应用到其他数量的电极体211的技术方案中，这也落入本发明的保护范围之内。

根据本发明实施例的静电发电机100、提高输出功率的方法、充电方法和穿戴设备500 的其他构成例如电流的输出对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种静电发电机，其特征在于，包括：

转子，所述转子包括正负荷电驻极体，所述正负荷电驻极体包括驻极体本体，所述驻极体本体上间隔交替形成荷正电区域和荷负电区域，所述驻极体本体上形成有交替布置的第一荷电驻极体和第二荷电驻极体，所述第一荷电驻极体和所述第二荷电驻极体的一个位于所述荷正电区域，所述第一荷电驻极体和所述第二荷电驻极体的另一个位于所述荷负电区域；

定子，所述定子包括定子基底和电极，所述电极上对应所述第一荷电驻极体和所述第二荷电驻极体设有同等数量和位置相对应的电极体，所述定子基底采用介电常数为1～3的发泡材料制成；所述发泡材料包括发泡聚丙烯、发泡聚氯乙烯、发泡聚苯乙烯、发泡ABS塑料、发泡聚乙烯中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的静电发电机，其特征在于，所述转子包括转子基底，所述转子基底上连接有所述正负荷电驻极体，所述转子基底采用所述发泡材料制成。

3.根据权利要求2所述的静电发电机，其特征在于，所述转子基底和所述正负荷电驻极体之间采用粘胶层连接，所述粘胶层的介电常数大于2.5，所述正负荷电驻极体形成为厚度0.001mm～0.3mm的驻极体膜。

4.根据权利要求1所述的静电发电机，其特征在于，所述正负荷电驻极体形成为厚度0.5～3mm的驻极体板。

5.一种正负荷电驻极体的充电方法，其特征在于，所述正负荷电驻极体为根据权利要求1-4中任一项所述的静电发电机中的正负荷电驻极体，所述正负荷电驻极体采用图形化充电电极充电，所述图形化充电电极对所述正负荷电驻极体充电时基于接触微放电使所述正负荷电驻极体上形成电荷相反的第一荷电驻极体和第二荷电驻极体。

6.根据权利要求5所述的正负荷电驻极体的充电方法，其特征在于，所述图形化充电电极包括相对设置的充电电极对，充电方法包括以下步骤：

S1：将所述正负荷电驻极体置于所述充电电极对之间，对所述图形化充电电极施加-300V～-30000V的负电压充电1～30min或对所述图形化充电电极施加+300V～+30000V的正电压充电1～30min；

S2：将步骤S1中的所述充电电极对中的一个充电电极移除，并将所述正负荷电驻极体的第一荷电驻极体与第二荷电驻极体的位置相换，再将移除的所述充电电极复位，对所述图形化充电电极施加与步骤S1中性质相反、大小相等的电压、相同的时间进行充电；或对所述图形化充电电极施加与步骤S1中性质相反、大小相等的电压、时间小于步骤S1中的充电时间进行充电；

S3：充电完毕后揭除所述图形化充电电极，得到带有电荷相反的第一荷电驻极体和第二荷电驻极体的所述正负荷电驻极体。

7.根据权利要求5所述的正负荷电驻极体的充电方法，其特征在于，在充电过程中采用的所述图形化充电电极包括：第一极板和第二极板，所述第一极板和所述第二极板相对设置，所述第一极板上间隔设有多个第一电极，所述第二极板上间隔设有多个第二电极，所述第一电极、所述第二电极与所述第一荷电驻极体的区域对应设置，或所述第一电极、所述第二电极与所述第二荷电驻极体对应设置。

8.根据权利要求5所述的正负荷电驻极体的充电方法，其特征在于，在对所述正负荷电驻极体充电的同时进行加热。

9.一种提高静电发电机的输出功率的方法，其特征在于，所述静电发电机为根据权利要求2～4中任一项所述的静电发电机，将充电后的所述正负荷电驻极体的一面粘接粘胶层，和/或利用水或酒精擦拭所述正负荷电驻极体的一面。

10.一种穿戴设备，其特征在于，包括根据权利要求1-4中任一项所述的静电发电机，所述静电发电机用于为所述穿戴设备提供电能。

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