[發明專利]疊層式彎曲型壓電陶瓷驅動器

有效

• 申請號: 201710245054.8
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107070297B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 劉英想;王良;石勝君;劉軍考;馮培連
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 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事務所 23109
• 代理人: 畢雅鳳

疊層式彎曲型壓電陶瓷驅動器，屬于壓電驅動技術領域，為了豐富當前壓電元件的種類，擴展壓電元件的應用范圍。本發明的壓電陶瓷片均分四個獨立的極化區，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構。本發明利用壓電陶瓷d₃₃模式，通過采用壓電陶瓷片四分區極化的結構形式進行激勵，使本發明產生沿一個方向或沿兩個空間正交方向的彎曲變形。本發明采用類梳齒結構的接地電極和激勵電極，可有效保證多層壓電陶瓷片的機械串聯和電學并聯，整體結構性強，是對當前已有壓電元件的一種補充，將會擴展壓電元件的應用范圍，促進壓電驅動技術領域的發展。

技術領域

本發明涉及壓電陶瓷驅動器，屬于壓電驅動技術領域。

背景技術

壓電驅動作為一種新型的精密驅動與微定位技術手段，其主要是利用壓電材料的逆壓電效應實現電能向機械能的轉換，由于其自身特有的結構設計靈活、無電磁干擾且不受電磁干擾、毫秒級快速響應、可斷電自鎖等特點，近年來受到了普遍關注，并已在精密光學儀器、生物醫療器械、航空航天等技術領域獲得了成功應用。

壓電陶瓷是壓電驅動器中至關重要的元件之一，在實現電能輸入轉化為機械能輸出的過程中發揮著關鍵的作用。為了在相同激勵電壓下獲得相對較大的機械變形，壓電陶瓷一般采用薄片狀結構，即長度和寬度方向的尺寸遠大于其厚度方向尺寸，但在實際應用中，單層壓電陶瓷的機械變形量依然很小，一般較難達到自身厚度的0.1％。為了獲得更大的機械變形，目前主要使用壓電雙晶片和多層壓電陶瓷驅動器。其中壓電雙晶片主要由極化方向相反的兩個薄片壓電陶瓷粘接于金屬薄板的兩側構成，一般采用d₃₁工作模式，施加激勵電信號時，一側壓電陶瓷伸長而另一側壓電陶瓷縮短，整體表現為壓電雙晶片的彎曲變形。但實際使用時壓電雙晶片產生的推力較小，對頻率的響應較慢。而多層壓電陶瓷驅動器主要由采用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動器兩端外電極上，這樣多層壓電陶瓷組成了多個位移輸出單元，施加電信號激勵時，多層壓電陶瓷驅動器的總位移為各層壓電陶瓷的位移之和。多層壓電陶瓷驅動器具有位移大、輸出力大等特點，是壓電驅動領域中廣泛使用的壓電元件。

當前多層壓電陶瓷驅動器多數為縱向伸縮變形的驅動器，即施加激勵電信號時，驅動器整體會產生沿壓電陶瓷片厚度方向的伸縮變形，而關于整體能夠產生彎曲變形的多層壓電陶瓷驅動器，目前還沒有機構或公司進行設計與研發，而彎曲變形又是壓電驅動器設計中經常使用的一種致動方式，因此設計一種彎曲式多層壓電陶瓷驅動器作為壓電驅動器的基礎元件，將會對擴展壓電元件的應用范圍和促進壓電驅動技術領域的發展產生深遠的影響。

發明內容

本發明的目的是為了豐富當前壓電元件的種類，擴展壓電元件的應用范圍，從而提供疊層式彎曲型壓電陶瓷驅動器。

本發明所述的疊層式彎曲型壓電陶瓷驅動器，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；

所述壓電陶瓷片均分四個獨立的極化區，具體包括第一極化區、第二極化區、第三極化區、第四極化區和未極化區，其中未極化區為四個極化區的中間沒有極化的區域，用于將四個極化區分隔開，第一極化區和第三極化區對角設置，第二極化區和第四極化區對角設置，壓電陶瓷片的四個極化區均沿厚度方向極化，其中第一極化區和第三極化區的極化方向相反，第二極化區和第四極化區的極化方向相反，第一極化區和第二極化區的極化方向相同，且相鄰兩層壓電陶瓷片之間相對的兩個極化區的極化方向相反；

所述接地電極包括n/2-1個接地電極片和接地引出電極；

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

所述接地電極和激勵電極的側面均為梳齒狀結構；