CN113285628B - 基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机及系统，具体涉及发电装置领域。本申请提供的发电机包括：摩擦纳米发电机和微间隙结构；本申请的发电机在外力的作用下第一支撑板和第二支撑板发生往复运动，由于微间隙结构的一端与第一电极板电连接，使得本申请将相隔甚远的大面积平板电极转化为微间距点电极，点电极上积累了大量的极化电荷，在微间隙两端形成巨大的电场，使得微间隙中的正负离子在电场的作用下加速定向运动，与间隙中的气体分子发生碰撞，使得间隙中的空气发生电离，进而在间隙内部产生电晕放电，将发电机输出由单脉冲转化多脉冲形式，结合了电晕放电的瞬时大电流特性，即增加了本申请的发电机的输出功率。

Description

基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机及系统

技术领域

本申请涉及发电装置领域，具体而言，涉及一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机及系统。

背景技术

摩擦纳米发电机能够将各种形式的机械能转化为电能，被誉为最高效的能量转换方式。传统的摩擦纳米发电机主要依赖正负材料摩擦起电，附着在摩擦材料上电极之间静电感应，理论基础是麦克斯韦位移电流，本质是介质极化强度随时间的变化率，极化电荷的移动。

但是，现有技术中的摩擦纳米发电机表现出高电压、低电流、低功率、高阻抗的输出特性，使得摩擦纳米发电机输出功率较低，难以应用到实际的供电系统。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机及系统，以解决现有技术中的摩擦纳米发电机表现出低电流、低功率、高阻抗的输出特性，难以应用到实际的供电系统的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机，发电机包括：摩擦纳米发电机和微间隙结构，其中，摩擦纳米发电机包括，模态激振器、第一支撑板、第二支撑板、第一电极板、第二电极板、导电墨水、电介质层；第一支撑板和第二支撑板相对设置在模态激振器上，且模态激振器用于驱动第一支撑板和第二支撑板往复运动，第一电极板上附有有序的微结构，第一电极板设置在第一支撑板靠近第二支撑板的一侧，导电墨水喷涂在第一电极板的有序的微结构表面，电介质层设置在第一电极板靠近第二支撑板的一侧，第二支撑板靠近第一支撑板的一侧设置有第二电极板，微间隙结构包括壳体、基板和尖端部；基板和尖端部设置在壳体内部，其中，基板表面设置有凹槽，尖端部设置在凹槽内部，尖端部的材料为金属，尖端部包括多个尖端结构，多个尖端结构的尖端相对设置，并且多个尖端结构的尖端设置在绝对的同一水平面上，且微间隙结构的至少一个尖端结构的一端与第一电极板电连接。

可选地，该有序的微结构为栅格结构或者倒金字塔结构。

可选地，该第一电极板和第二电极板的材料均为镀锡铜板。

可选地，该第一支撑板和第二支撑板的材料均为亚克力。

可选地，该电介质层的材料为室温硫化硅橡胶。

可选地，该微间隙结构的间隙的距离为8μm～100μm。

可选地，该尖端部的尖端结构的曲率半径小于15μm。

第二方面，本申请提供一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电系统，系统包括：第一电极、第二电极和第一方面任意一项的基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机，第一电极与发电机的第一电极板电连接，第二电极与发电机的微间隙结构的另一端电连接。

本发明的有益效果是：

本申请提供的基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机，发电机包括：摩擦纳米发电机和微间隙结构，其中，摩擦纳米发电机包括，模态激振器、第一支撑板、第二支撑板、第一电极板、第二电极板、导电墨水、电介质层；第一支撑板和第二支撑板相对设置在模态激振器上，且模态激振器用于驱动第一支撑板和第二支撑板往复运动，第一电极板上附有有序的微结构，第一电极板设置在第一支撑板靠近第二支撑板的一侧，导电墨水喷涂在第一电极板的有序的微结构表面，电介质层设置在第一电极板靠近第二支撑板的一侧，第二支撑板靠近第一支撑板的一侧设置有第二电极板，微间隙结构包括壳体、基板和尖端部；基板和尖端部设置在壳体内部，其中，基板表面设置有凹槽，尖端部设置在凹槽内部，尖端部的材料为金属，尖端部包括多个尖端结构，多个尖端结构的尖端相对设置，并且多个尖端结构的尖端设置在绝对的同一水平面上，且微间隙结构的至少一个尖端结构的一端与第一电极板电连接；本申请的发电机在模态激振器的作用下使得该第一支撑板和第二支撑板发生往返运动，使得该电介质层和该第二电极板发生接触分离的往复运动，由于该微间隙结构与该第一电极板电连接，使得本申请将相隔甚远的大面积平板电极转化为微间距点电极，即该第一电极板和第二电极板产生的极化电荷会在点电极上大量聚集，微间隙两端形成巨大的电场，使得该微间隙中的正负离子在电场的作用下加速定向运动，与该间隙中的气体分子发生碰撞，使得该间隙中的空气发生电离，进而在该间隙内部产生电晕放电，将发电机的输出信号转化为多脉冲的形式，在宏观上的表现为大量电荷从微间隙结构的点电极释放，即增加了本申请的发电机的输出功率；本申请相比于现有技术，本申请微间隙结构中的空气电离，发生电晕放电，将输出电信号从单脉冲信号转化为多脉冲信号的形式，使得大量的极化电荷得以在电路中转移，使得发电机的输出功率得到明显的提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机的输出开路电压对比图；

图3为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机的短路电流对比图；

图4为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机的输出开路电压、短路电流和转移电荷的量的数据对比图；

图5为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机的一种微间隙结构结构图；

图6为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机的另一种微间隙结构结构图；

图7为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机未驱动电晕放电时不同厚度的电介质层的发电机输出开路电压对比图；

图8为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机驱动电晕放电时不同厚度的电介质层的发电机输出开路电压对比图。

图标：10-模态激振器；20-第一支撑板；30-第二支撑板；40-第一电极板；50-第二电极板；60-电介质层；70-壳体；80-基板；90-尖端部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。

为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。

图1为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机的结构示意图；如图1所示，本申请提供一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机，发电机包括：摩擦纳米发电机和微间隙结构，其中，摩擦纳米发电机包括模态激振器10、第一支撑板20、第二支撑板30、第一电极板40、第二电极板50、导电墨水、电介质层60；第一支撑板20和第二支撑板30相对设置在模态激振器10上，且模态激振器10用于驱动第一支撑板20和第二支撑板30往复运动，第一电极板40表面附有有序的微结构，第一电极板40设置在第一支撑板20靠近第二支撑板30的一侧，导电墨水喷涂在第一电极板40的有序的微结构表面，电介质层60设置在第一电极板40靠近第二支撑板30的一侧，第二支撑板30靠近第一支撑板20的一侧设置有第二电极板50，微间隙结构包括壳体70、基板80和尖端部90，基板80和尖端部90均设置在壳体70内部，其中，基板80表面设置有凹槽，尖端部90设置在凹槽内部，尖端部90的材料为金属，且尖端部90包括多个尖端结构，且多个尖端结构的尖端相对设置，并且多个尖端结构的尖端设置在绝对的同一水平面上，且微间隙结构的至少一个尖端结构的一端与第一电极板40电连接。

该模态激振器10是一种动力装置，该第一支撑板20和第二支撑板30相对设置在模态激振器10上，该模态激振器10发生振动，驱动该第一支撑板20和第二支撑板30往复运动，该壳体70的形状、材质及其他几何尺寸都根据实际需要进行设置，在此不做具体限定，该壳体70为空心结构，与外部环境连通。基板80表面设置有凹槽，尖端部90设置在凹槽内部，该凹槽的具体几何尺寸根据实际需要而定，在此不做具体限定，基板80和尖端部90均设置在该壳体70的内部，该第一支撑板20和第二支撑板30相对设置在模态激振器10上，该第一支撑板20和该第二支撑板30的材质和几何参数完全相同，一般的，该第一支撑板20和该第二支撑板30的材质是绝缘材料，在此不做具体限定，该第一支撑板20靠近第二支撑板30的一侧设置有第一电极板40，第一电极板40上附有有序的微结构，有效增加第一电极板40与电介质层60之间的粘附力，并且在第一电极板40上的微结构处喷涂导电墨水，有助于增强点与点之间的介电常数。该第一电极板40和该导电墨水用于导电，该电介质层60覆盖设置在该第一电极板40靠近该第二支撑板30的一侧，该第二支撑板30靠近该第一电极板40的一侧设置有该第二电极板50，该第二电极板50和该第一电极板40相对设置，该第一支撑板20和第二支撑板30在模态激振器10的作用下发生接触分离的往复运动，即使得该电介质层60和该第二电极板50之间的距离缩短和增加，该电介质层60用于与第二电极板50接触起电，该电介质层60是柔性的且具有一定的厚度，在压力的作用下形变，改变上下电极之间的电容特性，影响输出电信号。该基板80内部设置有尖端部90，该尖端部90包括多个尖端结构，多个尖端结构的尖端相对设置，即该尖端位置之间没有接触，且多个尖端结构的尖端设置在绝对的同一水平面上，使得微间隙两端形成的电场处于绝对的同一水平面上，进而使得该微间隙两端的电场强度得到增强，构成的微间隙结构的一端与该第一电极板40电连接，另一端作为输出电极，该第二电极板50就作为输入电极，当使用该发电机时，外界的电路的电极分别与该第二电极和该微间隙结构的另一端电连接，使得该发电机内部与外部电路形成电流回路，本申请的发电机在外力的作用下该第一支撑板20和第二支撑板30发生往返运动，使得该电介质层60和该第二电极板50发生接触分离的往复运动，由于该微间隙结构的一端与该第一电极板40电连接，使得本申请将相隔甚远的大面积平板电极转化为微间距点电极，即该第一电极板40和第二电极板50产生的极化电荷会在该点电极处大量聚集，其中，该点电极为微间隙结构的尖端部中的尖端结构的尖端位置，微间隙两端形成巨大的电场，使得该微间隙中的正负离子在电场的作用下加速定向运动，与该间隙中的气体分子发生碰撞，使得该间隙中的空气发生电离，进而在该间隙内部产生电晕放电，将发电机的输出信号转化为多脉冲的形式，在宏观上的表现为大量电荷从点电极处释放，即增加了本申请的发电机的输出功率；本申请相比于现有技术，本申请中微间隙结构中的空气电离，发生电晕放电，将输出电信号从单脉冲信号转化为多脉冲信号的形式，使得大量的极化电荷得以在电路中转移，使得发电机的输出功率得到明显的提高，在实际应用中，该模态激振器10的具体形状根据实际需要而定，在此不做具体限定。微间隙为微间隙结构中相对设置的尖端之间的间隙。

图2为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机的输出开路电压对比图；图3为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机的短路电流对比图；基本电学参数开路电压，开路电压峰峰值由260V增加到726V，频率由2.2Hz增加到133.3Hz，短路电流峰值由6.51μA增加到29.6μA，直观反映了基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机的输出特性。图4为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机的输出开路电压、短路电流和转移电荷的量的数据对比图；为例方便说明，本申请的微间隙结构采用两个尖端结构为例进行说明，图4综合多个周期测得的数据参数，模态激振器的输出力是11.2N，加速度11.4ms^-2，频率2.2Hz，本申请的发电机的开路电压，短路电流，转移电荷的量分别提高了154％，725％和3025％，基于微间隙电晕放电的多脉冲摩擦纳米发电机输出性能显著提高。

将传统的摩擦纳米发电机装载在往复电机上，线性调节往复电机的转速从200rpm-900rpm。开路电压和短路电流随着转速的增加而增加。随着转速的增加，多脉冲摩擦纳米发电机的开路电压和短路电流先呈现先增大后减小的趋势。相比于传统的摩擦纳米发电机，多脉冲摩擦纳米发电机的功率增长率随着转速的增加而降低。在200rpm的振动环境下，多脉冲摩擦纳米发电机获得最高的功率增长率646％；因此，低频模式保障了电晕放电的时间，多脉冲摩擦纳米发电机表现出更优异的输出性能。

可选地，该有序的微结构为栅格结构或者倒金字塔结构。

该第一电极板40的表面可以为栅格结构，也可以为倒金字塔有序的微结构，若该第一电极板40的表面为栅格结构，则该导电墨水喷涂在第一电极板的表面，且有序的微结构的数量、尺寸和具体的设置周期根据实际需要而定，在此不做具体限定，若该有序的微结构为栅格结构，则该栅格结构的深为150μm，长度为300μm。

图5为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机的一种微间隙结构结构图；图6为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机的另一种微间隙结构结构图，尖端结构的数量为两个时，表示为1V1，如图5和图6所示，尖端结构的数量为3个时，且靠近第一电极板的一端为一个尖端结构时，表示为1V2，尖端结构的数量为3个时，且靠近第一电极板的一端为两个尖端结构时，表示为2V1。一般的，当该尖端结构的数量为3个时，且靠近该第一电极板40的一端有两个尖端结构时，两个尖端结构的尾部均与该第一电极板40电连接，远离该第一电极板40的一端尖端结构的尾部为电流外接点；当该尖端结构的数量为3个时，且靠近该第一电极板40的一端有一个尖端结构时，一个尖端结构的尾部与该第一电极板40电连接，远离该第一电极板40的一端的两个端尖端结构的尾部为电流外接点，在实际应用中，当该尖端结构的数量可以为2个，也可以为3个。

可选地，经过试验检测在实际应用中，设置模态激振器10作用力4.8N，加速度9.5ms^-2，频率2.2Hz。传统摩擦纳米发电机的开路电压是260V；该1V1，2V1和1V2的开路电压分别是1.5kV，1.1kV，和956V。传统摩擦纳米发电机的短路电流是7.6μA，1V1，2V1和1V2的短路电流是56.4μA，51.5μA和49.6μA。输出开路电压信号表现出明显的多脉冲特性，1V1，2V1和1V2开路电压的脉冲密度依次是9，9.5和10.9。相同的电荷密度，单极电晕产生一个较强的局部电场，单极电晕比双极电晕表现更好的输出性能。2V1的输出性能高于1V2，可能是因为在1V2中两个尖端的一端同时和负载相连，负载又消耗了部分电荷，进一步减少了电势。开路电压脉冲密度随着开路电压的降低而增加，从能量守恒角度来看，脉冲密度与脉冲幅值负相关。

在实际应用中，该微间隙结构的尖端结构具体以同心圆排布，在此不做具体限定。

可选地，该尖端部的尖端结构的曲率半径小于等于15μm。

由于该尖端结构的尖端的曲率半径越小，本申请的装置放电难度越低，即尖端结构的尖端的曲率半径越大，本申请的装置放电难度越高，当尖端结构的尖端的曲率半径大于15μm时，放电难度增大，则将本申请的多个尖端结构的尖端的曲率半径设置为小于等于15μm。

在1V1微间隙结构结构中，改变尖端结构的尖端锐度来研究多脉冲摩擦纳米发电机的输出性能。模态激振器被设置为5.3N，加速度9.3ms^-2，频率2.2Hz。传统摩擦纳米发电机的开路电压是204V，尖端锐度为10μm的开路电压是1035V，而2.5μm的开路电压是1083V。传统摩擦纳米发电机的短路电流是6.3μA，10μm的短路电流是46.3μA，2.5μm的短路电流是41.9μA。较大锐度尖端诱发的电晕放电带来一个较高的开路电压，但是短路电流稍有降低。10μm的脉冲密度是7，2.5μm的脉冲密度是5.7，与电压幅值负相关。尖端结构的尖端锐度的增加导致微间隙两端电势增加，所以开路电压增加。但是尖端结构的锐度增加同样降低了微间隙的相对面积，所以微间隙中的分子、离子数减少，最终导致短路电流的减少。

可选地，该第一电极板40和第二电极板50的材料均为镀锡铜板。

可选地，该第一支撑板20和第二支撑板30的材料均为亚克力。

可选地，该摩擦层60的材料为室温硫化硅橡胶。

可选地，综合考虑诱导电晕放电的条件和多脉冲摩擦纳米发电机的体积，该电介质层的厚度设置为5mm-10mm。电介质层厚度的增加不仅影响摩擦纳米发电机的电容特性，也会影响运动过程中的力学特性。模态激振器设置为3.2N，加速度4.4ms^-2，频率2.2Hz。图7为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机未驱动电晕放电时不同厚度的电介质层的发电机输出开路电压对比图；如图7所示，传统摩擦纳米发电机的开路电压的幅值随着电介质厚度的增加而降低，膜厚2，5，7，10mm对应的开路电压依次是200V，168V，144V和120V。图8为本发明一实施例提供的一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机驱动电晕放电时不同厚度的电介质层的发电机输出开路电压对比图；如图8所示，电介质层2mm厚的摩擦纳米发电机在开路电压幅值高于其他电介质厚度的情况下，却不能成功诱导电晕放电的发生。由此可见，开路电压的幅值不是诱导电晕放电的唯一因素。如图7所示，不同膜厚的摩擦纳米发电机开路电压的输出信号，随着膜厚的增加，峰值点后移。较厚的电介质层对接触-分离过程中模态激振器施加的力有一个较强的缓冲作用，形变速度变缓，导致输出开路电压峰值点后移，2mm膜厚的开路电压下降到峰值一半时，其余的开路电压仍处于上升阶段。由此可见，当幅值满足击穿要求时，微间隙两端电场的持续时间太短不能诱发电晕放电。微间隙电晕放电的成功诱发的条件不仅要求开路电压的幅值，还包括微间隙两端电场的持续时间。5，7，10mm多脉冲摩擦纳米发电机的开路电压分别是1.104kV，1.012kV，892V。受电介质厚度的影响，多脉冲摩擦纳米发电极的幅值也随着膜厚的增加而减小。

可选地，该微间隙结构的间隙的距离为8μm～100μm。

该微间隙结构的间隙的距离可以为8μm，也可以为100μm，还可以为8μm～100μm之间任意尺寸，在实际应用中，一般将微间隙结构的间隙的距离设置为10μm，由于微间隙结构间隙的距离越小，本申请的装置放电的阈值越低，即越容易放电，则将微间隙结构的间隙的距离设置为10μm，使得本申请的装置放电难度降低。

同样的激励源条件下，多脉冲摩擦纳米发电机与传统的摩擦纳米发电机将100μF的电容充至3.5V驱动温湿度传感器，多脉冲摩擦纳米发电机用时缩短了1/5，并且可以点亮12个并联的LED集成电路板(240个高亮灯珠)，传统的摩擦纳米发电机无法点亮一板LED集成电路板(20个高亮灯珠)。通过上述数据可知，本申请的发电机的输出功率得到极大的提高。

本申请提供的基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机，发电机包括：摩擦纳米发电机和微间隙结构，其中，摩擦纳米发电机包括第一支撑板20、第二支撑板30、第一电极板40、第二电极板50、导电墨水、电介质层60，微间隙结构包括壳体70、基板80和尖端部90；第一支撑板20和第二支撑板30相对设置在模态激振器10上，且模态激振器10用于驱动第一支撑板20和第二支撑板30往复运动，第一电极板40为栅格结构，第一电极板40设置在第一支撑板20靠近第二支撑板30的一侧，导电墨水喷涂在栅格结构的第一电极板40表面，电介质层60设置在第一电极板40靠近第二支撑板30的一侧，第二支撑板30靠近第一支撑板20的一侧设置有第二电极板50，基板80和尖端部90均设置在壳体70内部，其中，基板80表面设置有凹槽，尖端部90设置在凹槽内部，尖端部90的材料为金属，且尖端部90包括多个尖端结构，且多个尖端结构的尖端相对设置，并且多个尖端结构的尖端设置在绝对的同一水平面上，构成的微间隙结构的一端与第一电极板40电连接；本申请的发电机在外力的作用下该第一支撑板20和第二支撑板30发生往返运动，使得该电介质层60和该第二电极板50发生接触分离的往复运动，由于该微间隙结构与该第一电极板40电连接，使得本申请将相隔甚远的大面积平板电极转化为微间距点电极，即该第一电极板40和第二电极板50产生的极化电荷会在该点电极处大量聚集，微间隙两端形成巨大的电场，使得该微间隙中的正负离子在电场的作用下加速定向运动，与该间隙中的气体分子发生碰撞，使得该间隙中的空气发生电离，进而在该间隙内部产生电晕放电，将发电机的输出信号转化为多脉冲的形式，在宏观上的表现为大量电荷从该点电极处释放，即增加了本申请的发电机的输出功率；本申请相比于现有技术，本申请中微间隙结构中的空气电离，发生电晕放电，将输出电信号从单脉冲信号转化为多脉冲信号的形式，使得大量的极化电荷得以在电路中转移，使得发电机的输出功率得到明显的提高。

本申请提供一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电系统，系统包括：第一电极、第二电极和上述任意一项的基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机，第一电极与发电机的第一电极板电连接，第二电极与微间隙结构的另一端电连接。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机，其特征在于，所述发电机包括：摩擦纳米发电机和微间隙结构，其中，摩擦纳米发电机包括，模态激振器、第一支撑板、第二支撑板、第一电极板、第二电极板、导电墨水、电介质层；所述第一支撑板和所述第二支撑板相对设置在所述模态激振器上，且所述模态激振器用于驱动所述第一支撑板和所述第二支撑板往复运动，所述第一电极板上附有有序的微结构，所述第一电极板设置在所述第一支撑板靠近所述第二支撑板的一侧，所述导电墨水喷涂在所述第一电极板的有序的微结构表面，所述电介质层设置在所述第一电极板靠近所述第二支撑板的一侧，所述第二支撑板靠近所述第一支撑板的一侧设置有所述第二电极板，所述微间隙结构包括壳体、基板和尖端部；所述基板和所述尖端部设置在所述壳体内部，其中，所述基板表面设置有凹槽，所述尖端部设置在所述凹槽内部，所述尖端部的材料为金属，所述尖端部包括多个尖端结构，多个所述尖端结构的尖端相对设置，并且多个所述尖端结构的尖端设置在绝对的同一水平面上，且所述微间隙结构的至少一个所述尖端结构的一端与所述第一电极板电连接；

所述发电机在模态激振器的作用下使得第一支撑板和第二支撑板发生往返运动，使得电介质层和第二电极板发生接触分离的往复运动，由于微间隙结构与第一电极板电连接，将平板电极转化为微间距点电极，即第一电极板和第二电极板产生的极化电荷会在点电极上聚集，微间隙两端形成电场，使得微间隙中的正负离子在电场的作用下加速定向运动，与该间隙中的气体分子发生碰撞，使得该间隙中的空气发生电离，进而在该间隙内部产生电晕放电，将发电机的输出信号转化为多脉冲的形式，表现为电荷从微间隙结构的点电极释放，从而增加发电机的输出功率。

2.根据权利要求1所述的基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机，其特征在于，所述有序的微结构为栅格结构或者倒金字塔结构。

3.根据权利要求2所述的基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机，其特征在于，所述第一电极板和所述第二电极板的材料均为镀锡铜板。

4.根据权利要求3所述的基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机，其特征在于，所述第一支撑板和所述第二支撑板的材料均为亚克力。

5.根据权利要求4所述的基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机，其特征在于，所述电介质层的材料为室温硫化硅橡胶。

6.根据权利要求5所述的基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机，其特征在于，所述微间隙结构的间隙的距离为8μm～100μm。

7.根据权利要求6所述的基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机，其特征在于，所述尖端部的所述尖端结构的曲率半径小于15μm。

8.一种基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电系统，其特征在于，所述系统包括：第一电极、第二电极和权利要求1-7任意一项所述的基于微间隙电晕放电的高输出性能多脉冲发电机，所述第一电极与所述发电机的第一电极板电连接，所述第二电极与所述发电机的微间隙结构的另一端电连接。

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