[發明專利]夾心式錐面壓電驅動與發電一體化裝置

無效

• 申請號: 200910154363.X
• 申請日: 2009-11-30
• 公開（公告）號: CN101710801A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 王光慶
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明涉及一種壓電驅動與壓電發電集成一體化裝置，尤其涉及一種夾心式錐面壓電驅動與發電一體化裝置。

背景技術

壓電陶瓷具有正、逆壓電效應，被廣泛應用于微機電系統(MEMS)中。以壓電效應為基礎的微驅動和微能源技術是MEMS理論與應用研究中的兩個重要領域，也是實現MEMS設計的關鍵。近年來，MEMS集成技術的飛速發展為微驅動和微能源的集成一體化研究提出了更為嚴峻的挑戰。另外，我國正面臨著能源短缺和環境污染嚴重的現狀，這嚴重制約了國民經濟的可持續發展。因此，研制高集成度和清潔節能型的MEMS已刻不容緩。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種夾心式錐面壓電驅動與發電一體化裝置；本發明實現壓電驅動與發電功能于一體，改善壓電振子與轉子之間的靜態彎曲配合程度，增大定轉子的接觸面積、提高裝置的能量傳遞效率和力能指標，提供一種能量密度大、清潔無污染的綠色能源。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種夾心式錐面壓電驅動與發電一體化裝置，夾心式錐面壓電振子通過其基座上的四個固定螺釘安裝在底座上，在夾心式錐面壓電振子的錐面上裝有錐面轉子，錐面轉子通過固定螺釘與輸出軸緊固連接成一體，錐面轉子外面設置推力軸承，通過端蓋和底座(1)上的四個調節緊固螺釘孔固定在底座上面。夾心式錐面壓電振子的激勵壓電陶瓷片在兩路相位差為90度的高頻激勵信號源和高頻功率放大器的作用下，使壓電振子的錐面產生彎曲行波，并通過錐面摩擦力作用推動錐面轉子作旋轉運動，實現驅動功能；夾心式錐面壓電振子的發電壓電陶瓷片在彎曲振動的作用下，產生感生電荷，經整流變換電路和存儲電路后可對外部負載供電，實現發電功能。

進一步地，所述的夾心式錐面壓電振子是由金屬彈性體、激振壓電陶瓷片和發電壓電陶瓷片組成的復合體，發電壓電陶瓷片位于壓電振子的頂部，金屬彈性體位于壓電振子的中部，激振壓電陶瓷片位于壓電振子的底部，發電壓電陶瓷片、金屬彈性體和激振壓電陶瓷片通過粘結和高溫固化后構成夾心式壓電振子；壓電振子的金屬彈性體表面每隔4度開有1個定子齒，定子齒的內側面為錐面，齒槽的形式為壓電振子外椽齒槽較內椽齒槽淺的斜形齒槽。

進一步地，所述的預壓力調節機構，依次為底座上的四個調節緊固螺釘孔、端蓋、推力軸承、錐面轉子、丁腈橡膠環和夾心式錐面壓電振子組成。

進一步地，所述的輸出軸的徑向定位機構為底座上的徑向軸承和端蓋上的推力軸承組成；輸出軸的軸向定位機構依次由夾心式錐面壓電振子、推力軸承和端蓋共同組成。

本發明具有的有益效果是：

1、采用夾心式錐面壓電振子形式，壓電振子與轉子之間的靜態彎曲配合程度提高，接觸面積增大，電機能量轉換效率提高，輸出性能大大提高；

2、采用夾心式錐面壓電振子形式，可實現壓電驅動和發電集成于一體，不僅增加了裝置的多功能化，克服了傳統壓電器件功能單一的缺陷，還大大簡化了裝置結構的復雜程度，降低加工制造成本；

3、采用夾心式錐面壓電振子形式，可實現低速大力矩直接驅動，不需要配備減速機構，且不產生運行噪聲；壓電發電產生的能量密度大，清潔無污染，是理想的綠色能源；

4、錐面壓電振子開斜齒槽，有利于提高振子錐面質點振動位移的一致性，提高運行穩定性，達到降低噪聲效果。

5、另外，斜齒槽結構還可以使壓電振子和激振壓電陶瓷片之間膠層受到的最大剪切應力向振子中心移動，避免了振子邊緣出現應力集中現象，保證膠層受到均勻的剪切應力，大大提高裝置的使用壽命。

6、本發明壓電驅動與壓電發電集成一體化裝置具有廣泛的應用前景，不僅可以應用于MEMS中，還廣泛應用于航空航天、精密器械、生物醫療、機器人等領域。

附圖說明

圖1是本發明夾心式錐面壓電驅動與發電一體化裝置結構示意圖；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是夾心式錐面壓電振子示意圖；

圖4是圖3的俯視圖；

圖5為錐面轉子剖視圖；

圖中：1、底座，2、夾心式錐面壓電振子，3、錐面轉子，4、丁腈橡膠環，5、端蓋，6、推力軸承，7、輸出軸，8、固定螺釘，9、調節緊固螺釘，10、固定螺釘，11、徑向軸承，12、高頻激振信號源，13、高頻功率放大器，14、整流變換電路，15、存儲電路，16、負載，21、激振壓電陶瓷片，22、金屬彈性體，23、發電壓電陶瓷片，24、定子齒。

具體實施方式