无基底电极驻极体静电直线发电机和制造该驻极体的方法
【专利摘要】本发明公开了一种无基底电极驻极体静电直线发电机和制造驻极体的方法，包括：基座；第一定子和第二定子，其相互平行地固定至基座；动子，其位于第一定子和第二定子的中间；限位机构；第一定子和第二定子的朝向动子的一侧表面设置工作电极或者驻极体，动子的两侧表面对应地设置驻极体或者工作电极，驻极体没有基底电极；动子在外力驱动下在平行于第一定子和第二定子的平面内直线移动，工作电极和驻极体间的相对移动使在工作电极上产生的感应电荷通过负载转移并输出。本发明在静电直线发电机中使用不具有基底电极的驻极体，使得驻极体所带电荷基本全部用于诱导对应的工作电极产生感应电荷，从而大大提高发电机的电荷转换效率。
【专利说明】
无基底电极驻极体静电直线发电机和制造该驻极体的方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及驻极体静电发电机技术领域，特别涉及一种无驻极体基底电极的驻极体静电直线发电机和制造该无驻极体基底电极的驻极体的方法。
【背景技术】
[0002]目前可再生能源越来越受到广泛的重视，环境中有大量的动能存在。收集动能发电主要有两种机电能量转换方式——电磁方式和静电方式。电磁模式主要基于磁铁和线圈的相对运动发电；静电模式包括压电、摩擦、驻极体和可变电容方式。驻极体特指经过电晕放电等带上永久电荷或偶极子的绝缘材料，良好的驻极体材料储存电荷的寿命可达几十年上百年，以普遍应用于驻极体麦克风和静电除尘。驻极体材料可以分为两大类一一基于二氧化硅的无机驻极体材料和基于聚合物的有机驻极体材料。前者电荷密度高，但电荷稳定性相对较差;后者电荷稳定性较好，但电荷密度不够高。
[0003]1978年Jefimenko和walker报道了第一个驻极体发电机，采用盘式旋转结构，其转子由两个不同极性的驻极体半圆盘组成，转子直径6英寸，在6000rpm(转/秒)的转速下达到25mW的输出功率。2003年J.Boland,Y.C.Tai等报道了基于微机械制造工艺的聚合物驻极体旋转发电机，通过旋涂Tef1n AF(特氟龙无定形氟聚物)薄膜作为驻极体，发电机转子直径8_，在4170rpm的转速下输出25yW的功率。虽然现有驻极体发电机的输出功率偏低，却是一种很有前途的静电发电机，是电磁发电机很好的补偿。
[0004]但目前几乎所有驻极体发电机驻极体下都有给驻极体充电荷电时使用的基底电极，驻极体上的电荷用于诱导工作电极上的电荷的利用率低;且驻极体材料为单层薄膜，电荷一般在驻极体膜的极表面位置，单位面积的总荷电量不高;另外，电极间的寄生电容以及电场边缘效应大大地影响了驻极体发电机的输出功率。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的是提供一种无基底电极的驻极体静电直线发电机和制造该无基底电极的驻极体的方法，其在静电直线发电机中使用不具有基底电极的驻极体，使得驻极体所带电荷基本全部用于诱导对应的工作电极产生感应电荷，从而大大提高发电机的电荷转换效率。
[0006]本发明提供了一种无基底驻极体静电直线发电机，包括至少一个发电单元，每个发电单元包括:
[0007]基座；
[0008]第一定子和第二定子，所述第一定子和第二定子相互平行地固定至所述基座；
[0009]动子，所述动子位于所述第一定子和第二定子之间，且与所述第一定子和第二定子的距离相等；
[0010]限位机构，所述限位机构将所述动子限定在与所述第一定子和第二定子平行的平面内；
[0011]所述第一定子和第二定子的朝向所述动子的一侧表面设置工作电极或者驻极体，所述动子的朝向所述第一定子和第二定子的两侧表面对应地设置驻极体或者工作电极，所述驻极体没有基底电极；
[0012]所述动子在外力驱动下在平行于所述第一定子和第二定子的平面内直线移动，以通过间隔相对的工作电极和驻极体的相对移动在所述工作电极上产生感应电荷并输出。
[0013]优选地，所述驻极体的覆盖范围大于所述动子的移动范围。
[0014]优选地，所述驻极体包括多层相互层叠的驻极体膜，相邻的两层驻极体膜通过胶层相互粘合；
[0015]所述驻极体通过胶层固定至所述第一定子和第二定子的朝向所述动子的一侧表面或者所述动子的朝向所述第一定子和第二定子的两侧表面。
[0016]优选地，所述驻极体的外表面具有绝缘层。
[0017]优选地，所述驻极体包括N个沿所述动子的移动方向排列的形状相同的第一条形驻极体，所述N个第一条形驻极体等间隔设置，每个第一条形驻极体的延伸方向与所述移动方向垂直；
[0018]所述工作电极包括2N个沿所述动子的移动方向排列的形状相同的条形电极，所述2N个条形电极等间隔设置，每个条形电极的延伸方向与所述移动方向垂直；
[0019]所述2N个条形电极的端部连接在一起以输出感应电荷;或者
[0020]N个两两相隔的所述条形电极的端部连接在一起以分别输出感应电荷。
[0021]优选地，每个所述第一条形驻极体的宽度等于工作电极的电极周期，
[0022]所述电极周期为每个条形电极的宽度与相邻两个条形电极之间的间隔距离之和。
[0023]优选地，每个所述条形电极的宽度和工作电极的电极周期的比值范围在0.6至
0.98之间。
[0024]优选地，所述限位机构包括:
[0025]限位凸台，所述限位凸台自所述动子的两端分别朝向第一定子和第二定子延伸，并且抵靠所述第一定子和第二定子的朝向所述动子的表面；
[0026]每个发电单元进一步包括:
[0027]驱动弹簧，所述驱动弹簧将所述动子的一端或两端与所述基座连接，以驱动所述动子在平行于所述第一定子和第二定子的平面内直线往复移动。
[0028]优选地，所述限位机构包括:
[0029]第一导向槽，所述第一导向槽设置在所述第一定子和第二定子的朝向所述动子的表面，其延伸方向为所述动子的移动方向；
[0030]第二导向槽，所述第二导向槽设置在所述动子的朝向所述第一定子和第二定子的两侧表面上，其延伸方向为所述动子的移动方向，并且位置与所述第一导向槽对应;和
[0031]滚珠，所述滚珠被夹持在对应的第一导向槽和第二导向槽之间，并且沿着对应的第一导向槽和第二导向槽滚动。
[0032]优选地，所述驻极体进一步包括:
[0033]N个沿所述动子的移动方向排列的形状相同的第二条形驻极体，所述N个第二条形驻极体等间隔设置，每个第二条形驻极体的延伸方向与所述移动方向垂直，每个第二条形驻极体设置在两个所述第一条形驻极体之间，
[0034]所述第二条形驻极体的电荷与所述第一条形驻极体的电荷相反。
[0035]本发明的又一实施例还提供了一种制造无基底驻极体的方法，包括:
[0036]步骤100、将驻极体膜通过胶层粘贴至电极板；
[0037]步骤200、使用电晕放电对驻极体膜荷电；
[0038]步骤300、荷电完毕后，将驻极体膜与所述电极板分离；
[0039]步骤400、将分离的驻极体膜通过胶层粘贴至基板。
[0040]优选地，在步骤400以后进一步包括:
[0041]步骤500:执行步骤100至步骤300，然后将分离的驻极体膜通过胶层粘贴至步骤400中得到的驻极体；
[0042]步骤600，驻极体膜的层数是否达到要求，如果是，则结束，如果否，则执行步骤500。
[0043]优选地，在步骤100中，所述电极板表面具有一层绝缘膜，所述驻极体膜通过胶层粘贴至绝缘膜表面。
[0044]优选地，在步骤200中，利用多个等间隔设置的针尖对驻极体膜进行电晕放电。
[0045]在本发明的静电直线发电机中，驻极体其固定的表面之间没有基底电极，则驻极体所带电荷基本全部用于诱导对应的工作电极产生感应电荷，使得在工作电极上诱导出的有效电荷比现有的带有基底电极的驻极体尚很多。
【附图说明】
[0046]以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
[0047]图1为本发明的实施例一的结构示意图。
[0048]图2为实施例一中的工作电极的结构不意图。
[0049]图3为四相发电机的工作电极的连接示意图。
[0050]图4为本发明的实施例二的局部示意图。
[0051 ]图5为本发明的实施例三的结构示意图。
[0052]图6为实施例三的局部侧视图。
[0053]图7为本发明的实施例四的结构示意图。
[0054]图8为本发明的一种制造在以上实施例中使用的无基底电极的驻极体的方法的工作流程图。
【具体实施方式】
[0055]为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本发明的【具体实施方式】，在各图中相同的标号表不相同的部分。
[0056]在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
[0057]在本文中，“一个”并不表示将本发明相关部分的数量限制为“仅此一个”，并且“一个”不表示排除本发明相关部分的数量“多于一个”的情形。
[0058]为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
[0059]本发明的目的是提供一种无基底电极的驻极体静电直线发电机和制造该无基底电极的驻极体的方法，其在静电直线发电机中使用不具有基底电极的驻极体，使得驻极体所带电荷基本全部用于诱导对应的工作电极产生感应电荷，从而大大提高发电机的电荷转换效率。
[0060]实施例一
[0061]本实施例提供了一种无基底电极的驻极体静电直线发电机，包括至少一个发电单元，如图1所示，每个发电单元包括:
[0062]基座10;
[0063]第一定子20和第二定子30，其相互平行地固定至基座10，第一定子20和第二定子30均为平板的形状，分别具有彼此相对的表面；
[0064]动子40，动子40位于第一定子20和第二定子30之间，且与第一定子20和第二定子30的距离相等，动子40也为平板的形状，其两侧表面分别朝向第一定子20和第二定子30;
[0065]限位机构50，限位机构50将动子40限定在与第一定子20和第二定子30中间的平面内；
[0066]以及分别固定在第一定子20和第二定子30以及动子40上的对应的工作电极60和驻极体70。其中，驻极体70与第一定子20和第二定子30或者动子40的表面之间没有基底电极。
[0067]动子40在外力驱动下在平行于第一定子20和第二定子30的平面内直线移动，工作电极60和驻极体70间的相对移动使在工作电极60上产生的感应电荷负载转移并输出，其中，工作电极60的表面与驻极体70的表面之间具有间隔。
[0068]其中，工作电极60和驻极体70中的一个设置在第一定子20和第二定子30上，对应地，另一个设置在动子40上，工作电极60和驻极体70之间具有恒定的间隔距离。即，工作电极60设置在第一定子20和第二定子30的朝向动子40的一侧表面上，则对应地，驻极体70设置在动子40的朝向第一定子20和第二定子30的两侧表面上。或者，工作电极60设置在动子40的朝向第一定子20和第二定子30的两侧表面上，则对应地，驻极体70设置在第一定子20和第二定子30的朝向动子40的一侧表面上。图1示出了驻极体70设置在第一定子20和第二定子30上、工作电极60设置在动子40的情况。
[0069]在本实施例中，动子40在外力驱动下在平行于第一定子20和第二定子30的平面内直线移动，使得间隔相对的工作电极60和驻极体70产生相对移动，从而在工作电极60上产生感应电荷并输出。其中，动子40可通过驱动装置产生直线移动，也可在例如外界振动、晃动等外力驱动下开始移动，并通过例如弹簧等运动保持元件而持续产生直线移动，以产生电输出。
[0070]第一定子20和第二定子30对称地位于动子40的两侧，以充分利用动子40的表面设置更多的工作电极-驻极体对，从而以最小体积的发电单元产生更大的电流。第一定子和第二定子30上设置的工作电极60或者驻极体70的数量和位置都是对应的。相应地，动子40的两侧表面上设置的驻极体70或者工作电极60的数量和位置也是对应的。
[0071]在本实施例的静电直线发电机中，驻极体70与其固定的表面之间没有基底电极，则驻极体所带电荷基本全部用于诱导对应的工作电极产生感应电荷，使得在工作电极上诱导出的有效电荷比现有的带有基底电极的驻极体尚很多。
[0072]基底电极的作用仅在于制造带有电荷的驻极体时作为为驻极体充电的电极使用，当驻极体70用在静电发电机中时，基底电极不仅不能为驻极体继续提供电荷，而且还会由于电荷的感应作用占用一部分驻极体上所带的电荷，使得用于在工作电极上诱导出的有效电荷数量下降。而本实施例的静电直线发电机通过在制造驻极体70的过程中去除基底电极，使得驻极体所带电荷基本全部用于诱导对应的工作电极产生感应电荷，从而提高在工作电极上诱导出的有效电荷。
[0073]优选地，驻极体70的覆盖范围大于动子40的移动范围。也就是说，在本实施例中，在动子40的移动范围内，动子40最两端的工作电极60均有对应的驻极体以诱导产生电荷，以避免由于驻极体70覆盖范围的问题而导致部分工作电极由于没有对应的驻极体而处于不工作的状态，影响产生的有效电荷量。
[0074]为了提高总荷电量，在本实施例中，驻极体70包括多层相互层叠的驻极体膜，相邻的两层驻极体膜通过胶层相互粘合。优选地，每层驻极体膜为聚合物薄膜，厚度为0.0Olmm?0.lmm，该聚合物薄膜可为PTFE、FEP、Teflon AF、CYTOP、paryIene HT、PP、COC等材质的薄膜。
[0075]驻极体70通过胶层固定至第一定子20和第二定子30的朝向动子40的一侧表面，或者固定至动子40的朝向第一定子20和第二定子30的两侧表面。由于粘合相邻的两层驻极体膜或者用于将驻极体70粘合至定子或动子的胶层的厚度为0.0Olmm?0.05_。
[0076]优选地，驻极体70的外表面具有绝缘层，该绝缘层的厚度为0.005mm?0.1_，可由PET、聚酰亚胺等绝缘材料制成，以将驻极体70的荷电表面与空气隔离，避免电荷散失。
[0077]具体地，结合图1和图2所示，驻极体70包括N个沿动子40的移动方向排列的形状相同的第一条形驻极体70a，N个第一条形驻极体70a等间隔设置，每个第一条形驻极体70a的延伸方向与移动方向垂直。其中，N为正整数。第一条形驻极体70a所带电荷相同。
[0078]工作电极60包括NI个沿动子40的移动方向排列的形状相同的条形电极61，N1个条形电极61等间隔设置，每个条形电极61的延伸方向与移动方向垂直，其中，NI为大于N的整数，即条形电极61与第一条形驻极体70a的数量比大于1:1。
[0079]其中，工作电极60分组连接并输出电流，根据工作电极60间的连接方式的不同，可形成单相、或者多相的发电机。例如，如图2所示，在单相电机中，工作电极60包括2N个条形电极61，2N个条形电极61分为两组，其中N个两两相隔的条形电极61a的端部连接在一起以分别输出移动感应电荷，即每个条形电极61a和与其相隔一个的条形电极61a连接在一起，形成一个电流输出端62a，另一组N个两两相隔的条形电极61b的端部连接在一起以分别输出移动感应电荷，形成另一个电流输出端62b，以形成单相电机。以此类推，在i相发电机中，NI个条形电极中的每相隔(1-Ι)个的条形电极61连接在一起，以形成一个电流输出端，从而形成i个电流输出端分别输出移动感应电荷。图3中示意性地示出了四相发电机的扇形电极的连接方式。
[0080]为了保证驻极体能够充分地在工作电极上形成感应电荷，如图1和图2所示，每个第一条形驻极体70a的宽度LI等于工作电极60的电极周期L，或者为电极周期L的1.5倍或者2倍。其中，电极周期L为每个条形电极61的宽度L2与相邻两个条形电极61之间的间隔距离L3之和。
[0081]其中，条形电极61的占空比可影响发电机的输出功率，经过理论计算和仿真验证，条形电极61的占空比，即每个条形电极61的宽度L2和工作电极60的电极周期L的比值范围在0.6至0.98之间。优选地，该占空比为0.85。
[0082]在本实施例中，限位机构50为限位凸台，限位凸台50自动子40的两端分别朝向第一定子20和第二定子30延伸，并且抵靠第一定子20和第二定子30的朝向动子40的表面的限位沟槽(图中未示出)，其中限位沟槽沿着动子40的移动方向延伸。当动子40在外力驱动下移动时，限位凸台50的端部始终抵靠限位沟槽，并且与限位沟槽形成滑动接触，从而将动子40的移动方向始终限定在与第一定子20和第二定子30的平面内。
[0083]对应地，每个发电单元进一步包括:
[0084]驱动弹簧80，驱动弹簧80将动子40的一端或两端与基座10连接，以驱动动子40在平行于第一定子20和第二定子30的平面内直线往复移动。其中，动子40可在例如外界振动、晃动等外力驱动下开始移动，并且通过拉伸和压缩动子40的一端或两端的驱动弹簧80，在弹簧力的驱动下保持其直线移动。
[0085]在图1所示的实施例中，动子40的两端均连接一个驱动弹簧80，则在一个驱动弹簧80收到拉伸时，另一个驱动弹簧80受到压缩作用，两个驱动弹簧80—起为动子40提供直线往复移动的驱动力。
[0086]另外地，动子40可一端连接驱动弹簧80，另一端连接外部的直线移动驱动机构，以为动子40提供开始移动的驱动力和保持其直线往复移动的驱动力。
[0087]实施例二
[0088]图4示出了第二实施例的局部示意图，为了明确显示，图4仅示出了实施例二与实施例一的区别之处，在其他未显示的部分中，实施例二具有与实施例一相同的设置。
[0089]如图4所示，为了提高输出电流量，驻极体70进一步包括:
[0090]N个沿动子40的移动方向排列的形状相同的第二条形驻极体70b，N个第二条形驻极体70b等间隔设置，每个第二条形驻极体70b的延伸方向与移动方向垂直，每个第二条形驻极体70b设置在两个第一条形驻极体70a之间。其中，第二条形驻极体70b的形状与第一条形驻极体70a的形状相同，相邻的第二条形驻极体70b和第一条形驻极体70a之间具有间隙。
[0091]第二条形驻极体70b的电荷与第一条形驻极体70a的电荷相反。在本实施例中，利用第一条形驻极体70a之间的间隙设置与其所带电荷相反的N个第二条形驻极体70b，相当于在与实施例一相同的空间内，增加了一组结构相同、电荷相反的驻极体静电发电机的发电单元。由于两组条形驻极体相互交替设置，因此电流的变化从实施例一的由Q至零的变化趋势变为本实施例的由+Q至-Q的变化趋势，因此增大了输出电流，并且不仅没有增大装置的体积，而且能够重复利用工作电极60。
[0092]其中，图4中所示的工作电极的连接方式可形成单相发电机。
[0093]实施例三
[0094]图5示出了本发明的第三实施例的结构示意图。在本实施例中，提供了一种无基底驻极体静电直线发电机，包括至少一个发电单元，如图5所示，每个发电单元包括:
[0095]基座10;
[0096]第一定子20和第二定子30，其相互平行地固定至基座10，第一定子20和第二定子30均为平板的形状，分别具有彼此相对的表面；
[0097]动子40，动子40位于第一定子20和第二定子30之间，且与第一定子20和第二定子30的距离相等，动子40也为平板的形状，其两侧表面分别朝向第一定子20和第二定子30;
[0098]限位机构50，限位机构50将动子40限定在与第一定子20和第二定子30中间的平面内；
[0099]以及分别固定在第一定子20和第二定子30以及动子40上的对应的工作电极60和驻极体70。其中，驻极体70与第一定子20和第二定子30或者动子40的表面之间没有基底电极。
[0100]动子40在外力驱动下在平行于第一定子20和第二定子30的平面内直线移动，以通过间隔相对的工作电极60和驻极体70的相对移动，在工作电极60上产生感应电荷并输出。
[0101]其中，如图5所示，在本实施例中，工作电极60设置在第一定子20和第二定子30的朝向动子40的一侧表面上，对应地，驻极体70设置在动子40的朝向第一定子20和第二定子30的两侧表面上。
[0102]本实施例的这种设置的优势在于，由于工作电极60需要连线进行电流输出，因此在本实施例中工作电极60的连线不会受到动子40的移动的影响。另外地，在实施例一中，由于动子的移动范围有限，为了使驻极体的设置范围能够覆盖动子的移动范围，因此将驻极体设置在第一定子20和第二定子30上能够更充分地利用第一定子20和第二定子30的空间设置更多的驻极体-工作电极对，以提高输出电流量。因此，可根据实际需要选择驻极体和工作电极设置的方式。
[0103]在本实施例中，驻极体70的结构和形状、工作电极60的结构和形状、以及各自的对应关系和连接方式均与实施例一相同，在此不再赘述。
[0104]如图5和图6所示，本实施例提供了一种另外的限位机构的实现形式。限位机构50包括:
[0105]第一导向槽51，第一导向槽51设置在第一定子20和第二定子30的朝向动子40的表面，其延伸方向为动子40的移动方向；
[0106]第二导向槽52，第二导向槽52设置在动子40的朝向第一定子20和第二定子30的两侧表面上，其延伸方向为动子40的移动方向，并且位置与第一导向槽51对应;和
[0107]滚珠53，滚珠53被夹持在对应的第一导向槽51和第二导向槽52之间，并且沿着对应的第一导向槽51和第二导向槽52滚动，以限定动子40的移动方向。
[0108]在本实施例中，滚珠53与第一导向槽51和第二导向槽52之间为滚动配合，由于受到较小的摩擦力，因此可不需要额外的运动保持机构(例如，弹簧)。动子40可在外力驱动下开始移动，例如外界振动、晃动等。动子40的端部与基座10的刚性碰撞可为动子40提供开始反向移动的驱动力。
[0109]实施例四
[0110]以上各个实施例中，以静电直线发电机仅包括一个发电单元为例进行了描述，但是本发明的静电直线发电机可通过多个发电单元进行叠加的方式进行扩展，以增大发电机的输出功率。
[0111]如图7所示，在本实施例的静电直线发电机中，包括如图5所示的多个发电单元，每个发电单元的结构相同，包括相同数量和形状的工作电极和驻极体。多个发电单元结构堆栈，每个发电单元的工作电极的位置对准，驻极体的位置对准，基座固定在一起。
[0112]其中，优选地，如图7所示，两个相邻的发电单元可共用一个第一定子20或者第二定子30。即，在一个发电单元中，由于第一定子20和第二定子30仅有朝向动子40的一侧表面上设置工作电极或驻极体，而当其作为相邻的发电单元中的其中一个定子时，可在其与另一发电单元的动子相对的另一侧表面上设置工作电极或驻极体，以实现结构的最简化。
[0113]其中，第一定子20和第二定子30中的第一、第二仅用于区分，并非特指。
[0114]实施例五
[0115]图8示出了一种制造在以上实施例中使用的无基底驻极体的方法的工作流程图。该方法包括:
[0116]步骤100、将驻极体膜100通过胶层110粘贴至电极板120;
[0117]步骤200、使用电晕放电的方法对粘贴至电极板120的驻极体膜100荷电；
[0118]步骤300、荷电完毕后，将驻极体膜100与电极板120分离；
[0119]步骤400、将分离的驻极体膜100通过胶层130粘贴至基板140。
[0120]其中，优选地，电极板120表面具有一层绝缘膜(图中未示出)，驻极体膜100通过胶层110粘贴至绝缘膜表面。胶层110可为厚度为0.0lmm的PET高温双面胶。
[0121]在电晕放电过程中，电极板120表面的绝缘层可阻挡与驻极体膜100上所带电荷相反的电荷注入驻极体膜背面，以保证驻极体膜100上的荷电电量。当将荷电完毕的驻极体膜100与电极板120分离时，绝缘层和胶层110可防止驻极体膜100携带与其所带电荷相反的电荷进入驻极体膜100。当分离的驻极体膜100通过胶层130粘贴至基板140以后，形成无基底的驻极体膜，其所带电荷可全部用于与工作电极一起产生感应电荷。
[0122]优选地，为了增加驻极体膜所带的电荷总量，在步骤400以后进一步包括:
[0123]步骤500:执行步骤100至步骤300，然后将分离的驻极体膜通过胶层粘贴至步骤400中得到的驻极体；
[0124]步骤600，驻极体膜的层数是否达到要求，如果是，则结束，如果否，则执行步骤500。
[0125]即通过重复执行步骤100至步骤300，可分别得到单层的无基底驻极体膜，多个无基底驻极体膜通过胶层相互叠加，即可得到用于以上实施例的多层无基底驻极体膜。
[0126]优选地，为了能够均匀地为大面积的驻极体膜进行荷电，如图8所示，在步骤200中，可利用多个等间隔设置的针尖90对驻极体膜100进行电晕放电。
[0127]由以上各技术方案可知，在本实施例的静电直线发电机中，驻极体与其固定的表面之间没有基底电极，则驻极体所带电荷基本全部用于诱导对应的工作电极产生感应电荷，使得在工作电极上诱导出的有效电荷比现有的带有基底电极的驻极体高很多。
[0128]通过利用第一条形驻极体之间的间隙设置与其所带电荷相反的N个第二条形驻极体，相当于在相同的空间内，增加了一组结构相同、电荷相反的驻极体静电发电机的发电单元。由于两组条形驻极体相互交替设置，因此电流的变化从实施例一的由Q至零的变化趋势变为本实施例的由+Q至-Q的变化趋势，因此增大了输出电流，并且不仅没有增大装置的体积，而且能够重复利用工作电极，降低了制造成本。
[0129]本发明的静电直线发电机可通过多个发电单元进行叠加的方式进行扩展，以增大发电机的输出功率。并且通过利用相邻的发电单元的定子设置驻极体或工作电极，能够实现机构的最简化。
[0130]本发明的用于制造无基底驻极体的方法通过电极板表面的绝缘层阻挡与驻极体膜上所带电荷相反的电荷注入驻极体膜背面，以保证驻极体膜上的荷电电量。当将荷电完毕的驻极体膜与电极板分离时，绝缘层和胶层可防止驻极体膜携带与其所带电荷相反的电荷进入驻极体膜。当分离的驻极体膜通过胶层粘贴至基板以后，形成无基底的驻极体膜，其所带电荷可全部用于与工作电极一起产生感应电荷。
[0131]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种无基底电极的驻极体静电直线发电机，其特征在于，包括至少一个发电单元，每个发电单元包括: 基座(10); 第一定子(20)和第二定子(30)，所述第一定子(20)和第二定子(30)相互平行地固定至所述基座(10); 动子(40)，所述动子(40)位于所述第一定子(20)和第二定子(30)之间，且与所述第一定子(20)和第二定子(30)的距离相等； 限位机构(50)，所述限位机构(50)将所述动子(40)限定在与所述第一定子(20)和第二定子(30)平行的平面内； 所述第一定子(20)和第二定子(30)的朝向所述动子(40)的一侧表面设置工作电极(60)或者驻极体(70)，所述动子(40)的朝向所述第一定子(20)和第二定子(30)的两侧表面对应地设置驻极体(70)或者工作电极(60)，所述驻极体(70)没有基底电极； 所述动子(40)在外力驱动下在平行于所述第一定子(20)和第二定子(30)的平面内直线移动，工作电极(60)和驻极体(70)间的相对移动在使所述工作电极(60)上产生的感应电荷转移并输出。2.根据权利要求1所述的无基底电极的驻极体静电直线发电机，其特征在于，所述驻极体(70)的覆盖范围大于所述动子(40)的移动范围。3.根据权利要求1所述的无基底电极的驻极体静电直线发电机，其特征在于，所述驻极体(70)包括多层相互层叠的驻极体膜，相邻的两层驻极体膜通过胶层相互粘合； 所述驻极体(70)通过胶层固定至所述第一定子(20)和第二定子(30)的朝向所述动子(40)的一侧表面或者所述动子(40)的朝向所述第一定子(20)和第二定子(30)的两侧表面。4.根据权利要求1或2所述的无基底电极的驻极体直线静电发电机，其特征在于，所述驻极体(70)的外表面具有绝缘层。5.根据权利要求1或2所述的无基底电极的驻极体静电直线发电机，其特征在于，所述驻极体(70)包括N个沿所述动子(40)的移动方向排列的形状相同的第一条形驻极体(70a)，所述N个第一条形驻极体(70a)等间隔设置，每个第一条形驻极体(70a)的延伸方向与所述移动方向垂直； 所述工作电极(60)包括2N个沿所述动子(40)的移动方向排列的形状相同的条形电极(61)，所述2N个条形电极(61)等间隔设置，每个条形电极(61)的延伸方向与所述移动方向垂直， N个两两相隔的所述条形电极(61)的端部连接在一起以分别形成两个输出端输出移动感应电荷，以形成单相电机;或者 所述工作电极(60)包括NI个沿所述动子(40)的移动方向排列的形状相同的条形电极(61)，N1为大于N的整数，所述NI个条形电极(61)等间隔设置，每个条形电极(61)的延伸方向与所述移动方向垂直，所述NI个条形电极(61)中的每相隔(1-Ι)个的条形电极(61)的端部连接在一起，以分别形成i个输出端输出移动感应电荷，以形成i相电机，所述i为大于3的整数。6.根据权利要求5所述的无基底电极的驻极体静电直线发电机，其特征在于，每个所述第一条形驻极体(70a)的宽度为工作电极(60)的电极周期的I倍、1.5倍、或者2倍， 所述电极周期为每个条形电极(61)的宽度与相邻两个条形电极(61)之间的间隔距离之和。7.根据权利要求6所述的无基底电极的驻极体静电直线发电机，其特征在于，每个所述条形电极(61)的宽度和工作电极(60)的电极周期的比值范围在0.6至0.98之间。8.根据权利要求1或2所述的无基底电极的驻极体静电直线发电机，其特征在于，所述限位机构(50)包括: 限位凸台，所述限位凸台自所述动子(40)的两端分别朝向第一定子(20)和第二定子(30)延伸，并且抵靠所述第一定子(20)和第二定子(30)的朝向所述动子(40)的表面上的限位沟槽，所述限位沟槽沿所述动子(40)的移动方向延伸； 每个发电单元进一步包括: 驱动弹簧(80)，所述驱动弹簧(80)将所述动子(40)的一端或两端与所述基座(10)连接，以驱动所述动子(40)在平行于所述第一定子(20)和第二定子(30)的平面内直线往复移动。9.根据权利要求1或2所述的无基底电极的驻极体静电直线发电机，其特征在于，所述限位机构(50)包括: 第一导向槽(51)，所述第一导向槽(51)设置在所述第一定子(20)和第二定子(30)的朝向所述动子(40)的表面，其延伸方向为所述动子(40)的移动方向； 第二导向槽(52)，所述第二导向槽(52)设置在所述动子(40)的朝向所述第一定子(20)和第二定子(30)的两侧表面上，其延伸方向为所述动子(40)的移动方向，并且位置与所述第一导向槽(51)对应;和 滚珠(53)，所述滚珠(53)被夹持在对应的第一导向槽(51)和第二导向槽(52)之间，并且沿着对应的第一导向槽(51)和第二导向槽(52)滚动。10.根据权利要求5所述的无基底电极的驻极体静电直线发电机，其特征在于，所述驻极体(70)进一步包括: N个沿所述动子(40)的移动方向排列的形状相同的第二条形驻极体(70b)，所述N个第二条形驻极体(70b)等间隔设置，每个第二条形驻极体(70b)的延伸方向与所述移动方向垂直，每个第二条形驻极体(70b)设置在两个所述第一条形驻极体(70a)之间，第二条形驻极体(70b)的形状与所述第一条形驻极体(70a)相同，相邻的第一条形驻极体(70a)和第二条形驻极体(70b)间隔设置， 所述第二条形驻极体(70b)的电荷与所述第一条形驻极体(70a)的电荷相反。11.一种制造无基底电极的驻极体的方法，其特征在于，包括: 步骤100、将驻极体膜通过胶层粘贴至电极板； 步骤200、使用电晕放电对驻极体膜荷电； 步骤300、荷电完毕后，将驻极体膜与所述电极板分离； 步骤400、将分离的驻极体膜通过胶层粘贴至基板。12.如权利要求11所述的制造无基底电极的驻极体的方法，其特征在于，在步骤400以后进一步包括: 步骤500:执行步骤100至步骤300，然后将分离的驻极体膜通过胶层粘贴至步骤400中得到的驻极体； 步骤600，驻极体膜的层数是否达到要求，如果是，则结束，如果否，则执行步骤500。13.如权利要求11所述的制造无基底电极的驻极体的方法，其特征在于，在步骤100中，所述电极板表面具有一层绝缘膜，所述驻极体膜通过胶层粘贴至绝缘膜表面。14.如权利要求11所述的制造无基底电极的驻极体的方法，其特征在于，在步骤200中，利用多个等间隔设置的针尖对驻极体膜进行电晕放电。
【文档编号】H02N1/08GK105978395SQ201610398450
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】叶雄英, 王诗文, 毕明朝, 王也
【申请人】清华大学