[發明專利]一種層疊式PVDF作動器及主被動混合隔振器

有效

• 申請號: 201310617899.7
• 申請日: 2013-11-28
• 公開（公告）號: CN103647018A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 季宏麗;高俊;裘進浩;劉露
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01L41/083
• 分類號: H01L41/083;H01L41/053;F16F7/00;F16F7/108
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及一種基于壓電材料的隔振設備，尤其涉及一種由多層壓電薄膜層疊的作動器，同時涉及一種基于該層疊式PVDF作動器的主被動混合隔振器。

背景技術

在現代工程實際中，各種儀器設備工作時常受到振動影響，這極大地影響到各種儀器的工作壽命、穩定性和準確度。為了保證儀器設備正常工作，需要安裝隔振設備。

隔振器是可以有效隔離一定頻率范圍內振動的設備，一般分為三種，分別是被動隔振器、主動隔振器和主被動混合隔振器。

被動隔振器通常由橡膠、彈簧等被動元件組成，它具有不需要能量供給、成本低、工程上易于實現、高頻隔振效果好、系統可靠性高等優點，但是它也具有顯著的缺點：低頻區域無隔振效果，在系統自然頻率附近甚至會放大振動。

主動隔振器是使用傳感器測得振源影響下的振動響應，通過一定的控制算法實時驅動作動器，作動器對隔振器結構進行調整或者改變隔振器機構輸出參數，以達到有效抑制振動的效果。一般而言，主動隔振器的作動器可以是由壓電元件、磁流變液體、形狀記憶合金等元件構成的作動器。主動隔振器的優點是環境適應能力強、寬頻范圍內隔振效果好，其缺點是工作時需要能量。

主被動混合隔振器結合了被動隔振器和主動隔振器的特點，將被動元件和主動元件通過并聯或者串聯的方法連接。主被動混合隔振器相對于被動隔振器，可以更加有效地抑制共振區振動、提高寬頻范圍的隔振效果；相對于主動隔振器，又可以降低隔振器工作時的能量消耗、提高隔振器工作的穩定性。

主被動混合隔振器與主動隔振器一樣可以選擇包括壓電元件、磁流變液、形狀記憶合金等在內的多種元件作為作動器。在各種壓電元件作為作動器的情形中，最常見的是壓電堆，因其具有響應快、輸出力大的優點。但是壓電堆體積相對較大，同時帶有金屬外殼，比較典型的封裝完成的壓電堆作動器體積達到15mm×15mm×80mm，質量超過100g，這樣壓電堆作動器安裝在原結構上，不但使得原結構的體積與質量明顯增大，而且使得原結構的各類特性發生變化。相比之下，PVDF壓電薄膜具有厚度小、質量輕、質地柔順、頻響范圍寬、介電常數高、耐腐蝕和沖擊的特性。利用PVDF壓電薄膜制作成的層疊式PVDF作動器相對于壓電堆作動器可以承受更大電壓、適應更多結構、同時體積更小、質量更輕。若使用PVDF作動器制成主被動混合隔振器時，對原結構影響、占用空間均減小。

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發明內容

技術問題

本發明要解決的技術問題在于提供一種層疊式PVDF作動器，即聚偏氟乙烯薄膜作動器，同時提供一種基于該層疊式PVDF作動器的主被動混合隔振器，該隔振器相對于常見被動隔振器能夠更加有效隔離寬頻范圍內、特別是系統自然頻率附近的振動，保證儀器合適的工作環境，同時隔振器的體積、質量、結構與被動隔振器相比變化較小。

技術方案

為了解決上述的技術問題，本發明的層疊式PVDF作動器，包括多層PVDF壓電薄膜單元，多層PVDF壓電薄膜單元兩側粘貼有PET薄膜；所述的多層PVDF壓電薄膜單元中，相鄰的兩層PVDF壓電薄膜的極化方向相反，并通過第一環氧樹脂層相互粘接；多層PVDF壓電薄膜單元的各層PVDF壓電薄膜之間、PET薄膜與PVDF壓電薄膜之間分別引出導電引線，各導電引線間隔地相互連接分別形成第一、第二電極。PVDF薄膜的極化方向為沿其厚度方向，為了起到所需的作動效果，需要將相鄰兩層的沿PVDF極化方向相反的方向放置。

更進一步地，所述多層PVDF壓電薄膜單元的各層PVDF壓電薄膜之間、PET薄膜與PVDF壓電薄膜之間分別粘貼平紋導電膠布，各平紋導電膠布間隔地相互連接分別形成第一、第二電極。本技術方案采用平紋導電膠布是基于其良好導電性以及雙面皆可粘貼的特性的考慮。

其中PVDF壓電薄膜與PET薄膜之間亦通過環氧樹脂粘接形成環氧樹脂層。

本發明的基于層疊式PVDF作動器的主被動混合隔振器包括至少一個一側與外界受控對象相連接的層疊式PVDF作動器，層疊式PVDF作動器另一側通過橡膠墊與基座相連接。

更進一步的，上述隔振器還包括中部連接件和橡膠墊，其中，所述的層疊式PVDF作動器設置于受控對象和中部連接件之間，中部連接件通過橡膠隔振器與基座相連接。

本發明還提供另一種基于層疊式PVDF作動器的主被動混合隔振器，其包括至少一個層疊式PVDF作動器，所述層疊式PVDF作動器一側通過橡膠墊與外界受控對象相連接，另一側與基座相連接。