一种移动电介质可变电容的换能器装置的制作方法

本发明涉及一种移动电介质可变电容的换能器装置。

背景技术：

当代社会对移动设备的需求越来越大，移动电子设备对移动电源的要求也越来越高，需要一个可以进行持续对移动电子设备进行充电的设备。传统的电源便携式充电装置是依靠太阳能光伏效应，而太阳能光伏效应受天气的影响非常大，也不方便携带，同时太阳能转换电能的效率并不高。

传统的电容器换能装置通常是通过改变电容的结构，进而改变两个平板电极之间的距离，从而达到增大容值的效果。但这个方法受到距离的限制，对电容器的尺寸也有很大的考验，因而难以满足体积小，转换率高和输出率高等要求。

技术实现要素：

为了克服传统的电容式换能器存在的低转换效率等问题，本发明提出了一种设计简单，可靠性高，转换效率高的一种移动电介质可变电容的换能器装置。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：包括固定板，电介质，电极片，移动片。首先先将上下电极与固定板以整体注塑的方式或者以溅射的方式固定住，固定板的作用是稳定住电极片，形成电容器。其次将两个电介质分别与以整体注塑的方式或者以溅射的方式两个移动片固定住，最后将介电常数大的电介质先放入两个电极片之间，另一个介电常数小的电介质紧靠着这个介电常数大的电介质。电极片(11)和固定板(15)以整体注塑的方式形成金属电极；电介质(12)和电介质(13)分别和移动片(14)的左右两边以溅射的方式固定在一起；电介质(12)与电介质(13)紧靠在一起且都不与电极片(11)固定在一起；电极片(11)内表面涂有固体润滑材料。电介质(12)为聚乙炔或者介电常数大于聚乙炔的物质，电介质(13)为二氧化硅或者介电常数小于二氧化硅的物质。电介质(12)和电介质(13)的尺寸，大小与电极片(11)完全相同。电极片(11)上涂的固体润滑材料为石墨或者氟化石墨。

本发明的有益效果为：通过外界推力作用在移动片上，将介电常数小的电介质推动介电常数大的电介质，使两个电极片之间的电介质发生改变，最终使介电常数小的电介质完全进入两个电极片之间，使之电容减小，从而增大电压，实现能量机械能转换为电能的效果。这样就可以解决传统的电容换能装置仅靠改变平板电极之间的距离来改变的电容的局限性，从而能实现更高效率的输出。

附图说明

图1为本发明的基本结构，此时还没有施加推力在移动片上，电介质(12)和电介质(13)靠在一起，电介质(12)在电极片之间，此时为充电状态。

图2为施加推力在移动片后，使电介质(23)代替了电介质(22)，电介质(23)在两个电极片之间，此时为放电状态。

图3为电容式机电转换原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步进行描述。

如图1所示，移动电介质可变电容的换能器装置包括电极片11，电介质12，电介质13，移动片14，固定板15，图2所标相同序号均属于相同元件。

如图2所示，包括固定板25，电介质22，电介质23，电极片21，移动片24。

如图3所示，电容式机电转换原理图包括负载36，电源31，充电状态33，等待状态34，放电状态35，可变电容器32。

本发明装置的工作原理为：在本装置中换能器的功能是通过外界推力实施在移动片上，推动介电介质(13)移动到两个电极片之间，改变电容的电介质，减小容值，来增大电容上的电压，使电容中电场能增加，从而实现了机械能转换为电能的转换。可变电容器的实现如下所述。

首先考虑未施加推力在移动片上的情况下，如图1所示，电介质(12)在电极片之间，此时电容的容值为

上式中d是上下两电极片之间的距离，ε1为电介质(12)的介电常数，s为电极片表面的面积。

此时给电容充5v稳定电压，电容两端的电压为：

u1＝5(v)

此时上下电极片和电介质(12)所形成的电容中储存的总能量是：

上式中d是上下两电极片之间的距离，ε1为电介质(12)的介电常数，s为电极片表面的面积。

其次考虑施加推力在移动片上后的情况，如图2所示，此时施加推力在移动片上，电介质(23)推到了电极片之间，电介质(22)完全移出电极片，可以求得此时的电容为：

上式中d为上下两电极片之间的距离，ε2为电介质(23)的介电常数，s为电极片表面的面积。

此时的电容上的电压为：

上式中ε1为电介质(22)的介电常数，ε2为电介质(23)的介电常数。

此时电极片与电介质(23)形成的电容储存的总能量为：

上式中d为上下两电极片之间的距离，ε2电介质(23)的介电常数，s为电极片表面的面积。

从上面的分析可以了解施加压力后改变了平板电容之间的距离，可实现可变电容。

定义换能器的一个重要参数增益系数l：

与传统的平板可变电容换能器相比较，由于传统的平板电容方案中电介质固定，因此其对应的项只能为1，没有增益效果，而本装置中可以改变电介质，选择介电系数高的电介质和介电系数小的电介质的来增大放电电压，从而达到一个很高的增益系数。

该发明装置的工作过程为：该装置的一个工作周期为：充电状态(电容充电)，等待状态(改变电容的容值也就是机电能量转换过程)，放电状态(电容放电)三个过程，下面进行细致描述每个实现过程。

充电状态即在未施加外界推力作用在移动片前对电容进行充电，如图3所示，首先将电路调节至充电状态33位置，此时电介质(12)在电极片下，由电池向电极片进行充电，之后施加推力在移动片上，改变电极片之间的电介质，此时的电容值在不断的增大。

等待状态即改变电容值的过程，如图3所示，电路调节至等待状态34位置，在推力的作用下，将电介质(13)推入电极片中，直到介电常数小的电介质与电极片完全重合，此过程所做的功转化为电容中的电场能，电场能增大。

放电状态即电容放电的过程，如图3所示，电路调节至放电状态35位置，电容器放电，电容中储存的电场能完全释放，对负载做功。

本发明装置能够提高效率的关键技术在于：实现增益效益的项可以选择介电常数相差较大的电介质的增益来提高转换效率，实现高功率的输出。在本装置中在移动电介质时，可以采用润滑的方法来减小电介质与电极片之间的摩擦，从而提高能量转换效率。

以上所述及图中所示的仅是本发明的优选实施方式。应该指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应该视为属于本发明的保护范围。