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1、第24卷第1期压电与声光Vol.24No.12002年2月PIEZOELECTRICS&ACOUSTOOPTICSFeb.2002文章编号:1004-2474(2002)01-0071-04压电材料电荷能量回收技术研究孙亚飞,陈仁文,陈勇,龚海燕,陶宝祺(南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室,南京210016)摘要:对压电材料电荷能量回收性能进行研究。通过在压电驱动器收缩时回收其在伸展时储存于其电场和应变场中的能量,来提高对驱动压电驱动器动作的激励电源使用效率。借助瞬时电容器(flyingcapacitor)所构成的一套封闭系统来实现电荷能量回收与利用,通过
2、瞬时电容器与另一电容器串并联连接方式的不断切换,来有效收集封闭系统中压电驱动器上电荷,提高对电源利用率;同时,通过对电容串并联切换时间控制,实现压电驱动器所要求的振动频率。文章最后给出了实验结果。关键词:电荷能量回收;压电材料;压电驱动器;闭环控制系统中图分类号:TB34;TP277文献标识码:AResearchofCharge-recoveryonPiezoelectricMaterialSUNYa-fei,CHENRen-wen,CHENYong,GONGHai-yan,TAOBao-qi(AeronauticalScienceKeyLabforSmartMater
3、ials&Structures,NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics,Nanjing210016,China)Abstract:Thepaperdidsomeresearchonthecharacteristicsofcharge-energy-recoveryonthepiezoelectricmate-rial.Byrecoveringtheenergythathasstoredintheelectricfieldandstrainfieldwhensomepiezoelectricactuatorex-tendsd
4、uringitscontracting,wecanimprovetheefficiencyofthestimulantpowersupplywhichisusedtodrivethepiezoelectricactuator.Itisaccomplishedbycreatingaclosedsystemwithaflyingcapacitorwhichcanrealizethechargerecoveringandreusingtask.Wecanefficientlygatherandtrapthechargeonthepiezoelectricactuatorand
5、improvetheefficiencyofthestimulantpowersupplybyapplyingaflyingcapacitorwithanothercapacitorthatcanbeswitchedfromtheparallelconfigurationtotheseriesconfigurationintheclosedsystem.Atthesametime,wecanalsocontrolthevibrationfrequencywithpiezoelectricactuatorbyswitchingtimeoftheflyingcapacito
6、rwithanothercapacitorfromtheparallelconfigurationtotheseriesconfiguration.Attheendofthispaper,wegaveouttheconclusionofthevalidationexperimentation.Keywords:charge-energy-recovery;piezoelectricmaterial;piezoelectricactuator;closedcontrollingsystem1压电材料电荷能量回收性能研究1.1压电材料机电耦合性能原理性实验压电材料本身具有很
7、大的电阻值,故当其两极加载一定电压时,可视之为电容器。这一假设在仅对压电陶瓷材料电性能进行分析时是完全可以接受的,有时还简化对问题的分析与计算。但压电材料不图1电压材料机电耦合性能实验原理图仅有电容特性,还有正、逆压电效应。在压电陶瓷中,特别是将其用作驱动元件时,其机械能和电能更是图1中,图1(a)为压电陶瓷处于初始空闲状态,不能分开。对此,可以进行如图1所示压电材料机电极化方向没有外加电压,此时伸缩变形方向上长度耦合性能原理性实验(采用压电陶瓷,取其压电应变为L1。图1(b)为闭合激励电源U开关K,对压电陶常数为d33,同时无外加负载)
