[實用新型]拉伸型疊層壓電致動器

有效

• 申請號: 201720023009.3
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN206441768U
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 李應衛;朱大鵬;陸曉萱
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01L41/09
• 分類號: H01L41/09;H02N2/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 胡艷

技術領域

本實用新型屬于精密驅動元件技術領域，特別涉及一種拉伸型疊層壓電致動器。

背景技術

目前，壓電致動器主要分為兩類：可輸出推力的d₃₃型疊層壓電致動器和單/雙壓電晶片壓電致動器。d₃₃型疊層壓電致動器由許多層尺寸固定的壓電薄片組成，壓電薄片通常為圓形或方形，利用壓電材料的d₃₃效應，在電場作用下產生縱向伸長位移，通過多層壓電薄片輸出位移的疊加，得到較大的縱向伸長位移，見圖1所示。單/雙壓電晶片致動器是由壓電陶瓷和懸臂梁組成的復合結構，通常包括一個長條形金屬懸臂梁和一或兩個長條形壓電晶片，施加電場后，壓電晶片可以收縮或伸長，利用懸臂梁的放大效應，在懸臂梁自由端得到較大的致動位移，見圖2所示。

但是以上兩類壓電致動器也有各自的缺點，疊層壓電致動器不能直接輸出拉伸位移，如果想要輸出拉伸位移，需利用杠桿原理，附加其他機械結構實現。而對單/雙壓電晶片壓電致動器，雖然可以輸出拉伸位移，但是輸出的力非常小，只有幾牛左右。而在有些的應用中，比如脆性材料斷裂行為原位測試平臺中，要求加載裝置非常緊湊，這不但要求致動器能夠直接輸出拉力，還要求輸出的力足夠大，在這種情況下，以上兩類致動器均不適用。

實用新型內容

針對現有技術存在的不足，本實用新型利用壓電材料d₃₁效應，提供了一種可以直接輸出拉伸致動、且可輸出較大拉力的拉伸型疊層壓電致動器。

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：

一、一種壓電元件，其是由第一壓電單元和第二壓電單元在厚度方向交替層疊組成的疊層結構體，壓電元件最外側的兩壓電單元同時為第一壓電單元或第二壓電單元，疊層結構體中第一壓電單元和第二壓電單元的總數不小于2；第一壓電單元的上表面和下表面分別帶有第一內部電極和第二內部電極，第二壓電單元的上表面和下表面分別帶有第二內部電極和第一內部電極；第一壓電單元和第二壓電單元呈長條狀，尺寸均為a×b×c，其中，a:b:c＝(50～100)：(5～10)：1，c不大于2mm。

二、一種利用上述壓電元件的拉伸型疊層壓電致動器，包括壓電元件、絕緣件、連接件、驅動電源和控制單元，所述的壓電元件是由第一壓電單元和第二壓電單元在厚度方向交替層疊組成的疊層結構體，壓電元件最外側的兩壓電單元同時為第一壓電單元或第二壓電單元，疊層結構體中第一壓電單元和第二壓電單元的總數不小于2；第一壓電單元的上表面和下表面分別帶有第一內部電極和第二內部電極，第二壓電單元的上表面和下表面分別帶有第二內部電極和第一內部電極；第一壓電單元和第二壓電單元呈長條狀，尺寸均為a×b×c，其中，a:b:c＝(50～100)：(5～10)：1，c不大于2mm；

所有的第一內部電極均引出到第一導電件，所有的第二內部電極均引出到第二導電件，驅動電源通過第一導電件和第二導電件分別向第一內部電極和第二內部電極施加驅動電壓；

兩連接件分別設于壓電元件兩端，用來將壓電元件與工作裝置或力傳感器連接；連接件和壓電元件間設有絕緣件，用來對連接件進行絕緣保護。

進一步的，內部電極不完全覆蓋壓電單元的長度方向，同時，內部電極完全或部分覆蓋壓電單元的寬度方向；這里，內部電極為第一內部電極或第二內部電極，壓電單元為第一壓電單元或第二壓電單元；其中，第一壓電單元上表面上，電極區域位于非電極區域的第一側；其下表面上，電極區域位于非電極區域的第二側；第二壓電單元下表面上，電極區域位于非電極區域的第一側；其上表面上，電極區域位于非電極區域的第二側。這里，第一側和第二側為相對側。

進一步的，第一導電件和第二導電件分別設于壓電元件兩端面。

進一步的，連接件為U型連接件。

進一步的，連接件的材料是鋁合金。

進一步的，壓電單元的材料是組分在準同型相界附近的PZT壓電陶瓷。

進一步的，第一導電件和第二導電件均為銅片。

進一步的，絕緣片的材料是氧化鋁陶瓷。

進一步的，連接件的材料是鋁合金。

本實用新型中，壓電元件在長度方向的尺寸遠大于厚度和寬度方向的尺寸，用來輸出拉伸致動位移。連接件一端連接壓電元件，另一端設有螺紋開口用來連接工作裝置或力傳感器。絕緣件用來提供絕緣保護，防止高壓擊穿造成破壞。驅動電源用來給壓電元件提供高壓電場，控制單元用來對驅動電源進行控制。

本實用新型具有如下優點和有益效果：