CN111193433A - 一种筒型纸基静电俘能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种筒型纸基静电俘能装置，包括筒状折叠机构，所述筒状折叠机构为多层折叠结构；多层折叠结构构造有回弹折叠结构，所述回弹折叠结构的外周为棱形且顶点分别位于所述第一至第四边上，所述第一或第三边上具有位于所述棱形内顶点，所述内顶点与所述第二边、第四边上的顶点之间具有对称的一对内谷线，一对内谷线分别与所述第四、第二边平行，所述第一、二、四边为折脊、所述第三边为折谷，所述筒状折叠机构中上下左右相临的所述回弹折叠结构互为反向，上下相临的梯形结构单元的表面上分别粘贴有电极层与极性相反的介电材料层。本发明能够靠自身弹力回弹，结构比表面积更大，在相同大小的空间中能够达到更大的静电效应有效面积。

Description

一种筒型纸基静电俘能装置
技术领域
本发明涉及静电俘能装置领域，特别涉及一种筒型纸基静电俘能装置。
背景技术
从环境中的机械振动采集能量来给电子器件供电的装置通常称为俘能装置，其解决了某些微型传感器需要电池供电的问题，使得装置的便携性、续航能力以及工作稳定性大大提高；但是传统的俘能装置存在着结构比表面积较小的缺陷，同时俘能装置在完成一个周期的“压缩－回弹”机械运动时需要相关结构如弹簧来辅助回弹，使得装置的发电效率较差而体积较大。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种筒型纸基静电俘能装置，能够依靠自身弹力实现回弹，并且结构比表面积大大增加，在相同大小的空间中能够达到更大的静电效应有效面积。
为达到上述目的，本发明公开了一种筒型纸基静电俘能装置，包括筒状折叠机构，所述筒状折叠机构在展开结构上由若干交替的梯形结构单元构成“Z”字形多层折叠结构；上下相临的所述梯形结构单元为轴对称关系，左右相临的所述梯形结构单元为中心对称关系，上下左右相临的所述梯形结构单元的第一、第二、第三、第四边交汇处构造有回弹折叠结构，所述回弹折叠结构的外周为棱形且顶点分别位于所述第一、第二、第三、第四边上，所述第一或第三边上具有位于所述棱形内顶点，所述内顶点与所述第二边、第四边上的顶点之间具有对称的一对内谷线，所述一对内谷线分别与所述第四、第二边平行，所述第一、二、四边为折脊、所述第三边为折谷，所述筒状折叠机构中上下左右相临的所述回弹折叠结构为互为反向，上下相临的所述梯形结构单元的表面上分别粘贴有电极层与极性相反的介电材料层。
优选的，所述梯形结构的侧腰谷边的斜率小于所述侧腰峰边的斜率。
优选的，所述电极层通过导线连接有稳压整流装置，所述稳压整流装置连接有储能装置。
优选的，还包括筒状缸和活塞，所述筒状缸的芯部具有空腔，所述活塞滑动设置于所述筒状缸芯部的空腔中，所述筒状折叠机构设置于所述筒状缸芯部的空腔中，所述筒状折叠机构的上、下端分别与所述活塞的底面、所述筒状缸的内底面固接。
优选的，所述筒状缸的内侧壁上设置有橡胶垫。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
通过设置在折纸结构上设置极性相反的介电材料层，实现收集振动静电发电，通过特殊的折纸结构，使得筒状折叠机构能够依靠自身弹力进行回弹，进而使俘能装置无需单独设置弹簧等回弹结构，体积可以更小，并且本折纸结构具有极大的结构比表面积，在相同大小的空间中能够达到更大的静电效应有效面积，发电效率更高；
通过设置缸体和活塞，推拉活塞即可使筒状折叠机构整体同步压缩或整体同步拉伸；
通过将凸顶点内翻构成凹位、将凹顶点外翻构成凸起，使折边围成的小表面之间存在更大间隙，并且使得折纸的回弹力度、回弹耐久性更佳。
附图说明
图1为筒状折叠机构基本原型结构展开图；
图2为图1中A处放大图；
图3为本发明中筒状折叠机构整体结构展开图；
图4为示出图3中B部的相临的回弹折叠结构的整体展开结构示意图；
图5是本发明梯形结构单元的表面上分别粘贴有电极层与极性相反的介电材料层的局部结构示意图；
图6为本发明实施例使用状态的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合图1－图5的附图对本发明作进一步地详细描述，本实施例附图1－6中，除边缘外，实线代表峰折，虚线代表谷折。
参照图3所示，一种筒型纸基静电俘能装置，包括筒状折叠机构3，筒状折叠机构在展开结构上由若干交替的梯形结构单元构成“Z”字形多层折叠结构；上下相临的所述梯形结构单元为轴对称关系，左右相临的所述梯形结构单元为中心对称关系，上下左右相临的所述梯形结构单元的第一边a、第二边b、第三边c、第四边d交汇处构造有回弹折叠结构。
本发明的演化原形如图1、图2所示。
筒状折叠机构3上具有若干指向筒状折叠机构3外侧的凸顶点31和若干指向筒状折叠机构3内侧的凹顶点32。
参照图2所示，凸顶点31由第一、第二、第三、第四凸顶点折边33、311、312、313汇集于一点构成(第一、第二、第三、第四凸顶点折边33、311、312、313即为第一边a、第二边b、第三边c、第四边d)，第一、第二、第三凸顶点311、312、313折边为峰折，第四凸顶点折边33为谷折，第四凸顶点折边33与第一、第三凸顶点折边311、313之间的夹角分别为α、第二凸顶点折边312与第一、第三凸顶点折边311、313之间的夹角分别为180°-α。
凹顶点32由第一、第二、第三、第四凹顶点折边321、33、323、324汇集于一点构成，本发明实施例优选将凸顶点31的第四凸顶点折边33作为凹顶点32的第二凹顶点折边，使得凸顶点31和凹顶点32排列更密集，第一、第二、第三凹顶点折边321、33、323为谷折，第四凹顶点折边324为峰折，第四凹顶点折边324与第一、第三凹顶点折边321、323之间的夹角分别为β、第二凹顶点折边33与第一、第三凹顶点折边321、323之间的夹角分别为180°-β，其中90°>α>β>0°。
在上述凸顶点31、凹顶点32处构造回弹折叠结构，参照图3所示，若干凸顶点31分别向筒状折叠机构3的内侧内翻凹陷构成若干凹位34，若干凹顶点32分别向筒状折叠机构3的外侧外翻凸出构成若干凸起35。使得筒状折叠机构3的回弹力度更强。
具体而言，回弹折叠结构的外周为棱形且顶点ABCD分别位于第一、第二、第三、第四凸顶点折边33、311、312、313，第一或第三边上具有位于所述棱形内顶点E，所述内顶点与所述第二边、第四边上的顶点之间具有对称的一对内谷线EA、EC，如图4所示，一对内谷线EA、EC分别与所述第四、第二边平行，棱形的边AB、BC为折脊，AD、DC为折谷，所述筒状折叠机构中上下左右相临的所述回弹折叠结构互为反向。
参照图4所示，在第一、第二、第三、第四凸顶点折边311、312、313、33上分别取A、B、C、D点，凸顶点31沿AB、BC、CD、DA连线向筒状折叠机构3的内侧内翻凹陷构成凹位34，在BD连线上取E点为凹位34的底尖端，其中：AB、BC连线与第二凸顶点折边312的钝角夹角均为α1，CD、DA连线与第四凸顶点折边33的钝角夹角均为α1，AB连线与第一凸顶点折边311的钝角夹角为360°-α-α1，BC连线与第三凸顶点折边313的钝角夹角为360°-α-α1，AB、AE之间的夹角和BC、CE之间的夹角均为α1-α，AE、CE与ED之间的夹角均为180°-α，180°>α1>90°。
在第一、第二、第三、第四凹顶点折边321、33、323、324上分别取F、G、H、I点，凹顶点32沿FG、GH、HI、IF连线向筒状折叠机构3的外侧外翻凸出构成凸起35，在GI连线上取J点为凸起35的顶尖端，其中：FG、GH连线与第二凹顶点折边33的钝角夹角均为β1，HI、IF连线与第四凹顶点折边324的钝角夹角均为β1，FG连线与第一凹顶点折边321的钝角夹角为360°-β-β1，GH连线与第三凹顶点折边323的钝角夹角为360°-β-β1，FG、FJ之间的夹角和GH、HJ之间的夹角均为β1-β，FJ、HJ与JI之间的夹角均为180°-β，180°>β1>90°。
如图5所示，筒状折叠机构3的内外表面被若干凸顶点折边和凹顶点折边分隔为若干梯形结构单元，每个小表面均设置有介电材料层，筒状折叠机构3压缩时，相互接触的两个小表面的介电材料层极性相反，每个介电材料层分别与导线电连接用于导出电流。如图5所示，第一、第四凸顶点折边311、33之间构成的小表面上具有A类介电材料层36，第三、第四凸顶点折边313、33之间构成的小表面上具有B类介电材料层37，由于上述两个小表面之间的折边、即第四凸顶点折边33为谷折，当筒状折叠机构压缩时，上述两个小表面将相互接触，而A类介电材料层36与B类介电材料层37极性相反，筒状折叠机构3自然回弹时，上述两个小表面相离运动，A、B类介电材料层之间的距离变大，产生相应的电动势和电流。本实施例A、B类介电材料层优选采用尼龙与聚氯乙烯。在介电材料层与筒状折叠机构3表面之间还设置有金属电极层38，用于充当导线导出电流。筒状折叠机构3的正反两面均设置有上述金属电极层与介电材料层，结构比表面积极大，发电效率更高。
金属电极层38充当导线并与稳压整流装置和储能装置电连接，稳压整流装着和储能装置采用市面常见的稳压整流电路板与电池。
参照图6所示，本发明还包括筒状缸和活塞1，筒状缸包括缸筒2和缸盖5，缸筒2的芯部具有空腔，活塞1滑动设置于缸筒2芯部的空腔中，筒状折叠机构3设置于缸筒2芯部的空腔中，筒状折叠机构3的上、下端分别与活塞1的底面、缸筒2的内底面固接。缸筒2的内侧壁上设置有橡胶垫4。通过推拉活塞1即可使筒状折叠机构3整体同步压缩或整体同步拉伸，实现静电发电。
当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种筒型纸基静电俘能装置，其特征在于，包括筒状折叠机构，所述筒状折叠机构在展开结构上由若干交替的梯形结构单元构成“Z”字形多层折叠结构；上下相临的所述梯形结构单元为轴对称关系，左右相临的所述梯形结构单元为中心对称关系，上下左右相临的所述梯形结构单元的第一、第二、第三、第四边交汇处构造有回弹折叠结构，所述回弹折叠结构的外周为棱形且顶点分别位于所述第一、第二、第三、第四边上，所述第一或第三边上具有位于所述棱形内顶点，所述内顶点与所述第二边、第四边上的顶点之间具有对称的一对内谷线，所述一对内谷线分别与所述第四、第二边平行，所述第一、二、四边为折脊、所述第三边为折谷，所述筒状折叠机构中上下左右相临的所述回弹折叠结构为互为反向，上下相临的所述梯形结构单元的表面上分别粘贴有电极层与极性相反的介电材料层。
2.根据权利要求1所述的筒型纸基静电俘能装置，其特征在于，所述梯形结构的侧腰谷边的斜率小于所述侧腰峰边的斜率。
3.根据权利要求2所述的筒型纸基静电俘能装置，其特征在于，所述电极层通过导线连接有稳压整流装置，所述稳压整流装置连接有储能装置。
4.根据权利要求1所述的筒型纸基静电俘能装置，其特征在于，还包括筒状缸和活塞，所述筒状缸的芯部具有空腔，所述活塞滑动设置于所述筒状缸芯部的空腔中，所述筒状折叠机构设置于所述筒状缸芯部的空腔中，所述筒状折叠机构的上、下端分别与所述活塞的底面、所述筒状缸的内底面固接。
5.根据权利要求4所述的筒型纸基静电俘能装置，其特征在于，所述筒状缸的内侧壁上设置有橡胶垫。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117879380A (zh) * 2024-03-13 2024-04-12 之江实验室 一种基于折纸结构的静电驱动器及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104631646A (zh) * 2015-01-12 2015-05-20 上海上材减振科技有限公司 一种压力能发电的粘滞阻尼器
CN107415327A (zh) * 2017-07-12 2017-12-01 东南大学 一种基于刚性折纸单元的组合式可展开结构
CN109194187A (zh) * 2018-11-05 2019-01-11 浙江大学 基于折纸弹簧结构的接触式摩擦发电能量收集装置
CN209642569U (zh) * 2019-04-18 2019-11-15 纳智源科技（唐山）有限责任公司 具有折叠式结构的摩擦发电机
CN111473076A (zh) * 2020-01-10 2020-07-31 汕头大学 一种基于筒形周期性结构的阻尼装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104631646A (zh) * 2015-01-12 2015-05-20 上海上材减振科技有限公司 一种压力能发电的粘滞阻尼器
CN107415327A (zh) * 2017-07-12 2017-12-01 东南大学 一种基于刚性折纸单元的组合式可展开结构
CN109194187A (zh) * 2018-11-05 2019-01-11 浙江大学 基于折纸弹簧结构的接触式摩擦发电能量收集装置
CN209642569U (zh) * 2019-04-18 2019-11-15 纳智源科技（唐山）有限责任公司 具有折叠式结构的摩擦发电机
CN111473076A (zh) * 2020-01-10 2020-07-31 汕头大学 一种基于筒形周期性结构的阻尼装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
THOMAS A. EVANS ET AL.: "Rigidly foldable origami gadgets and tessellations", 《ROYAL SOCIETY OPEN SCIENCE》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117879380A (zh) * 2024-03-13 2024-04-12 之江实验室 一种基于折纸结构的静电驱动器及其制备方法

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