低频大功率弯曲振动压电变压器若干关键理论问题研究

功能陶瓷材料与电子科学的发展使得压电变压器的大功率特性在近年来得以实现，但是目前大功率压电变压器还存在工作频率偏高,功率容量和容限缺乏系统的理论计算工具以及难以预测其非线性行为等三个关键问题尚待解决。本项目拟就上述三个关键问题展开详细的理论研究,寻找降低压电变压器工作频率的有效途径,探索压电变压器内部电场和声场能量相互转换的依存关系,解决如何计算器件功率容量和容限的问题,得到有效判别或预测其非线性行为的理论工具以及器件的设计方法。本项目的开展对于从根本上解决压电变压器的基础理论问题，深刻理解压电变压器的特性，优化其设计，推广其应用，缩短我国同发达国家之间的差距具有重要意义。

圆盘弯曲振动压电变压器于2010年在国际上首次出现。其特点是工作频率低。但是最初的器件非常薄，无法承载大功率。为了实现大功率特性，需要增加器件的厚度，由此得到了低频大功率弯曲振动压电变压器。但是由于厚度的增加，器件的原有特性发生了变化，但我们对此缺乏了解。因此本项目进行了以下几个方面的研究：系统地研究了低频大功率弯曲振动压电变压器各参量对压电变压器工作性能影响，提出了一套圆盘弯曲振动压电变压器设计及参量优化方法；研究了构成低频大功率弯曲振动压电变压器的中厚压电圆盘振子的等效电路模型，得到其输入阻抗、变压比和能量传输效率的理论计算公式。依照理论分析的结果，我们可以精确预测出许多压电变压器的工作特性，能够为低频大功率弯曲振动压电变压器的设计和参数优化工作提供重要的理论支持；在对低频大功率弯曲振动压电变压器的中厚压电圆盘振子系统研究的基础上，研究了矩形中厚板压电振子的工作特性，提出并获得了流体驱动的压电发电机及发电系统的国家发明专利。总之，本项目研究建立了低频大功率弯曲振动压电变压器的理论模型，得到了完整的建模方法；建立了弯曲振动压电变压器的设计及优化理论与方法；在高层次国际期刊及会议上发表了相关论文，其中三篇论文为IEEE Trans. On UFFC；获得了性能指标符合要求的器件。除此之外，我们还获得国家发明专利一项。