明的基于驻极体的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，基底1采用柔性绝缘有机材料，如绸布或纸，为长条形；在基底1上沿直线均匀分布有6块金属极板2 ;在每一块金属极板上粘接有一层驻极体层3 ;第1、3和5驻极体层上分布正电荷，第2、4和6驻极体层上分布有负电荷。在基底上，每相邻的两块金属极板之间具有两条折痕5。
[0027]金属极板为边长3cm的正方形，驻极体层的尺寸稍大于金属极板。
[0028]如图2(a)所示，沿折痕将基底折叠成截面的形状为梯形波；从而，具有正电荷的第一、三和五驻极体层分别与其相邻的具有负电荷的第二、四和六驻极体层相对，由于电荷感应，紧贴驻极体层下的金属极板形成异性的感应电荷。当发生振动时，折叠的基底进行周期性的拉伸和压缩，相对的两金属极板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；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，将振动能转化为电能；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。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，如图2(b)所示。
[0029]如图3所示，第一、三和五金属极板通过一根导线4串联，所有第二、四和六金属极板通过另一根导线4串联，分别连接至电源管理电路的两端。
[0030]最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
【主权项】
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(2?-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(21-l)驻极体层相异的电荷；所有第(2i_l)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_l)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_l)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_l)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 e {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(21-l)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.—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(21-l)驻极体层充上同种电荷，所有第2i驻极体层充上与所有第(21-l)驻极体层相异的电荷，其中，i为自然数，且i e {1、……、N}; 3)所有第(21-l)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_l)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(21-l)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(21-l)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(2?-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。
【专利摘要】本发明公开了一种基于驻极体的折叠式振动发电机及其发电方法。本发明采用在柔性的基底上相对的面设置金属极板，并且在相邻且相对的金属极板上设置相反电性的驻极体层，从而相邻的金属极板间产生感应电荷并形成电容；发生振动折叠的基底进行周期性的拉伸和压缩，相邻的金属极板间的正对面积发生周期性变化，造成电容值周期性的改变，金属极板间的感应电荷因此发生周期性变化，向电源管理电路输出交变的电流，振动能转换为电能；本发明在目前微风力MEMS发电技术中展现高发电密度的特性，同时具有尺寸和体积小、轻质、高集成度等优点，可广泛应用于物联网中的各类无线传感网络节点的供电，如便捷式可穿戴设备、无人值守的无线智能系统中。
【IPC分类】H02N1/08
【公开号】CN105429503
【申请号】CN201510998605
【发明人】冯跃, 陈然, 娄文忠
【申请人】北京理工大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月28日