介电弹性体(DE-Dielectric Elastomer)具有大变形、高比能量密度、高转换效率等特点,特别适合应用在可再生能源发电等领域,用来构造形式多样、成本低廉的介电弹性体发电机(DEG-Dielectric Elastomer Generator)。本文对一种新型结构的DEG进行了研究,即DE卷形发电机。其主要研究内容及结论概括如下:(1)DE卷形发电机的结构、特征以及发电性能影响因素研究。通过借鉴DE卷形驱动器的结构,设计了一种DE卷形发电机样机,使用推杆电机提供外力拉伸进行试验研究。研究了影响其发电性能的因素,包括:电极材料、电极的涂覆面积、预拉伸、弹簧系数、固定块尺寸。该DE卷形发电机的特征有两点:一是使用了一种新型的拉伸方式-纯剪切方式;二是通过自身结构中的弹簧实现DE膜的预拉伸。(2)在对DE卷形发电机发电性能影响因素研究的基础上,重点对其中的关键因素-电极材料进行了深入研究。首先对导电膏、碳粉电极、导电橡胶、碳纳米管、水凝胶以及石墨烯等柔性电极材料进行了性能对比测试,之后对柔性电极材料的涂覆方式及涂覆标准,包括:预拉伸率、涂覆面积等进行了研究,获得了适合DE卷形发电机的柔性电极材料及电极涂覆参数。(3)DE卷形发电机关键结构参数研究。影响DE卷形换能器发电性能的关键结构参数主要有两个:一是弹簧的弹簧系数,二是固定块尺寸。通过弹簧弹性系数与DE膜预拉伸率的关系试验测试,建立了 DE卷形发电机的发电模型以及弹簧系数的优化模型;利用Matlab/Simulink仿真研究了弹簧弹性系数与DE卷形发电机发电性能的关系;通过设计制作的DE卷形发电机试验平台,依据仿真中的参数范围进行了试验验证,确定了最佳的弹簧系数与固定块尺寸。(4)DE卷形发电机和DE单轴拉伸发电机发电性能对比试验研究。通过设计制作的不同的发电机试验平台,首先对DE卷形发电机的基本性能进行了试验,之后与DE单轴拉伸发电机进行了试验对比,试验结果表明,DE卷形发电机发电效果优于DE单轴拉伸发电机。