[發(fā)明專利]疊層式彎曲型壓電陶瓷驅(qū)動器

有效

• 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

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)；