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[發(fā)明專利]疊層式彎曲型壓電陶瓷驅(qū)動器有效

專利信息
申請?zhí)枺?/td> 201710245054.8 申請日: 2017-04-14
公開(公告)號: CN107070297B 公開(公告)日: 2019-03-29
發(fā)明(設(shè)計(jì))人: 劉英想;王良;石勝君;劉軍考;馮培連 申請(專利權(quán))人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
主分類號: H02N2/04 分類號: H02N2/04;H02N2/06
代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109 代理人: 畢雅鳳
地址: 150001 黑龍*** 國省代碼: 黑龍江;23
權(quán)利要求書: 查看更多 說明書: 查看更多
摘要:
搜索關(guān)鍵詞: 疊層式 彎曲 壓電 陶瓷 驅(qū)動器
【說明書】:

疊層式彎曲型壓電陶瓷驅(qū)動器,屬于壓電驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域,為了豐富當(dāng)前壓電元件的種類,擴(kuò)展壓電元件的應(yīng)用范圍。本發(fā)明的壓電陶瓷片均分四個(gè)獨(dú)立的極化區(qū),接地電極包括接地電極片和接地引出電極,激勵電極包括激勵電極片和激勵引出電極,接地電極和激勵電極均為梳齒狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明利用壓電陶瓷d33模式,通過采用壓電陶瓷片四分區(qū)極化的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行激勵,使本發(fā)明產(chǎn)生沿一個(gè)方向或沿兩個(gè)空間正交方向的彎曲變形。本發(fā)明采用類梳齒結(jié)構(gòu)的接地電極和激勵電極,可有效保證多層壓電陶瓷片的機(jī)械串聯(lián)和電學(xué)并聯(lián),整體結(jié)構(gòu)性強(qiáng),是對當(dāng)前已有壓電元件的一種補(bǔ)充,將會擴(kuò)展壓電元件的應(yīng)用范圍,促進(jìn)壓電驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓電陶瓷驅(qū)動器,屬于壓電驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓電驅(qū)動作為一種新型的精密驅(qū)動與微定位技術(shù)手段,其主要是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換,由于其自身特有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活、無電磁干擾且不受電磁干擾、毫秒級快速響應(yīng)、可斷電自鎖等特點(diǎn),近年來受到了普遍關(guān)注,并已在精密光學(xué)儀器、生物醫(yī)療器械、航空航天等技術(shù)領(lǐng)域獲得了成功應(yīng)用。

壓電陶瓷是壓電驅(qū)動器中至關(guān)重要的元件之一,在實(shí)現(xiàn)電能輸入轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出的過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。為了在相同激勵電壓下獲得相對較大的機(jī)械變形,壓電陶瓷一般采用薄片狀結(jié)構(gòu),即長度和寬度方向的尺寸遠(yuǎn)大于其厚度方向尺寸,但在實(shí)際應(yīng)用中,單層壓電陶瓷的機(jī)械變形量依然很小,一般較難達(dá)到自身厚度的0.1%。為了獲得更大的機(jī)械變形,目前主要使用壓電雙晶片和多層壓電陶瓷驅(qū)動器。其中壓電雙晶片主要由極化方向相反的兩個(gè)薄片壓電陶瓷粘接于金屬薄板的兩側(cè)構(gòu)成,一般采用d31工作模式,施加激勵電信號時(shí),一側(cè)壓電陶瓷伸長而另一側(cè)壓電陶瓷縮短,整體表現(xiàn)為壓電雙晶片的彎曲變形。但實(shí)際使用時(shí)壓電雙晶片產(chǎn)生的推力較小,對頻率的響應(yīng)較慢。而多層壓電陶瓷驅(qū)動器主要由采用d33模式的壓電陶瓷和電極片組成,電極片被交替的連接到驅(qū)動器兩端外電極上,這樣多層壓電陶瓷組成了多個(gè)位移輸出單元,施加電信號激勵時(shí),多層壓電陶瓷驅(qū)動器的總位移為各層壓電陶瓷的位移之和。多層壓電陶瓷驅(qū)動器具有位移大、輸出力大等特點(diǎn),是壓電驅(qū)動領(lǐng)域中廣泛使用的壓電元件。

當(dāng)前多層壓電陶瓷驅(qū)動器多數(shù)為縱向伸縮變形的驅(qū)動器,即施加激勵電信號時(shí),驅(qū)動器整體會產(chǎn)生沿壓電陶瓷片厚度方向的伸縮變形,而關(guān)于整體能夠產(chǎn)生彎曲變形的多層壓電陶瓷驅(qū)動器,目前還沒有機(jī)構(gòu)或公司進(jìn)行設(shè)計(jì)與研發(fā),而彎曲變形又是壓電驅(qū)動器設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的一種致動方式,因此設(shè)計(jì)一種彎曲式多層壓電陶瓷驅(qū)動器作為壓電驅(qū)動器的基礎(chǔ)元件,將會對擴(kuò)展壓電元件的應(yīng)用范圍和促進(jìn)壓電驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了豐富當(dāng)前壓電元件的種類,擴(kuò)展壓電元件的應(yīng)用范圍,從而提供疊層式彎曲型壓電陶瓷驅(qū)動器。

本發(fā)明所述的疊層式彎曲型壓電陶瓷驅(qū)動器,包括n層壓電陶瓷片、接地電極和激勵電極,其中n為大于等于2的偶數(shù);

所述壓電陶瓷片均分四個(gè)獨(dú)立的極化區(qū),具體包括第一極化區(qū)、第二極化區(qū)、第三極化區(qū)、第四極化區(qū)和未極化區(qū),其中未極化區(qū)為四個(gè)極化區(qū)的中間沒有極化的區(qū)域,用于將四個(gè)極化區(qū)分隔開,第一極化區(qū)和第三極化區(qū)對角設(shè)置,第二極化區(qū)和第四極化區(qū)對角設(shè)置,壓電陶瓷片的四個(gè)極化區(qū)均沿厚度方向極化,其中第一極化區(qū)和第三極化區(qū)的極化方向相反,第二極化區(qū)和第四極化區(qū)的極化方向相反,第一極化區(qū)和第二極化區(qū)的極化方向相同,且相鄰兩層壓電陶瓷片之間相對的兩個(gè)極化區(qū)的極化方向相反;

所述接地電極包括n/2-1個(gè)接地電極片和接地引出電極;

所述激勵電極包括n/2個(gè)激勵電極片和激勵引出電極,激勵電極中的激勵電極片設(shè)置于相鄰兩層壓電陶瓷片相對的極化區(qū)之間;

所述接地電極和激勵電極的側(cè)面均為梳齒狀結(jié)構(gòu);

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