[发明专利]一种基于驻极体的折叠式振动发电机及其发电方法

权利要求书

1.一种基于驻极体的折叠式振动发电机，其特征在于，所述折叠式振动发电机包括：基底、金属极板、驻极体层和电源管理电路；其中，所述基底采用柔性绝缘有机材料；在基底上沿直线均匀分布有2N块金属极板；在每一块金属极板上粘接有一层驻极体层；所有第(2i-1)驻极体层上分布有同种电荷，所有第2i驻极体层上分布有与所有第(2i-1)驻极体层相异的电荷；所有第(2i-1)金属极板通过一根导线串联，所有第2i金属极板通过另一根导线串联，分别连接至电源管理电路的两端；在基底上，每相邻的两块金属极板之间具有折痕，沿折痕将基底折叠成截面的形状为三角波或者梯形波；从而，第(2i-1)驻极体层与第2i驻极体层，与原基底所在的平面具有倾斜角，二者相对且不互相接触，分别具有异性的电荷，由于电荷感应，紧贴驻极体层下的第(2i-1)金属极板与第2i金属极板分别产生异性的感应电荷，形成电容；当发生振动，折叠的基底进行周期性的拉伸和压缩，相对的第(2i-1)金属极板与第2i金属极板之间的倾斜角发生变化，从而二者的正对面积发生周期性变化，形成电容值周期性的改变；相对的金属极板之间的感应电荷发生周期性变化，进而在导线中产生感应的交变电流；导线将交变的电流传输至电源管理电路，将交变的电流转化为直流并储存起来；其中，N和i均为自然数，且i∈{1、……、N}。

2.如权利要求1所述的折叠式振动发电机，其特征在于，所述驻极体的材料采用派瑞林、特氟龙和二氧化硅的驻极体材料中的一种。

3.如权利要求1所述的折叠式振动发电机，其特征在于，所述电源管理电路包括桥式整流电路、匹配电阻、电能存储单元、变电器和输出端口；其中，所有第(2i-1)金属极板与所有第2i金属极板分别通过导线电学连接在桥式整流电路的两端；所述桥式整流电路与后端的匹配电阻、电能存储单元和变电器在电学上并联；输出端口包括电源线和地线，分别连接至外部接口。

4.如权利要求1所述的折叠式振动发电机，其特征在于，每相邻的两块金属极板之间具有两条折痕，沿折痕折叠后的截面的形状为梯形波；每相邻的两块金属极板之间具有一条折痕，沿折痕折叠后的截面的形状为三角波。

5.如权利要求1所述的折叠式振动发电机，其特征在于，所述基底采用绸布或纸，为长条形。

6.如权利要求1所述的折叠式振动发电机，其特征在于，所述驻极体层的尺寸大于金属极板。

7.一种基于驻极体的折叠式振动发电方法，其特征在于，所述折叠式振动发电方法包括以下步骤：

1)在柔性的基底上沿直线均匀分布2N块金属极板，在每一块金属极板上粘接一层驻极体层，其中，N为自然数；

2)将所有第(2i-1)驻极体层充上同种电荷，所有第2i驻极体层充上与所有第(2i-1)驻极体层相异的电荷，其中，i为自然数，且i∈{1、……、N}；

3)所有第(2i-1)金属极板通过一根导线串联，所有第2i金属极板通过另一根导线串联，分别连接至电源管理电路的两端；

4)沿基底上相邻的两块金属极板之间的折痕，将基底折叠成截面的形状为三角波或者梯形波，第(2i-1)驻极体层与第2i驻极体层，与原基底所在的平面具有倾斜角，从而二者相对且不互相接触，分别具有异性的电荷，由于电荷感应，紧贴驻极体层下的第(2i-1)金属极板与第2i金属极板分别产生异性的感应电荷，形成电容；

5)当发生振动，折叠的基底进行周期性的拉伸和压缩，相对的第(2i-1)金属极板与第2i金属极板的倾斜角发生变化，从而二者之间的正对面积发生周期性变化，形成电容值周期性的改变；

6)相对的金属极板之间的感应电荷发生周期性变化，进而在导线中产生感应的交变电流；导线将交变的电流传输至电源管理电路，将交变的电流转化为直流并储存起来。

8.如权利要求7所述的折叠式振动发电方法，其特征在于，在步骤2)中，对驻极体层的充电方法采用电晕充电，或者紫外线充电，或者α射线、β射线、γ射线的充电手段；充电时施加的偏置电压绝对值超过300伏。

9.如权利要求7所述的折叠式振动发电方法，其特征在于，在步骤6)中，所有第(2i-1)金属极板与所有第2i金属极板分别通过导线电学连接在桥式整流电路的两端；桥式整流电路将感应的交变电流转化为直流，继而在匹配电阻形成直流电压并存储在电能存储单元上，在需要供能时通过外部接口向外部传感器供电。