[发明专利]压电振子、包括该压电振子的驱动器及微动台

说明书

本发明公开了一种压电振子、包括该压电振子的驱动器及微动台，属于压电技术领域，所述压电振子为沿高度方向层叠形成的多层压电陶瓷，其中：所述多层压电陶瓷的相邻压电陶瓷层的极化方向相反，所述多层压电陶瓷的宽度方向的一侧表面上的两侧分别设置有相间隔的第一外电极正极和第二外电极正极，所述多层压电陶瓷的宽度方向的另一侧表面上设置有外电极负极；所述多层压电陶瓷的高度方向的一侧表面的中部，且位于第一外电极正极和第二外电极正极之间设置有陶瓷触点。与现有技术相比，本发明具有驱动电压小、稳定性高、寿命长、灵活性好、结构简单、能量利用率高的优点。

技术领域

本发明涉及压电技术领域，特别是指一种压电振子、包括该压电振子的驱动器及微动台。

背景技术

压电驱动器是利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体产生微幅振动，迫使接触面的质点产生类似椭圆轨迹运动，并通过定、动子之间的摩擦将其转换成动子的旋转或直线运动。压电驱动器具有结构形式多样、位置精度高、惯性小、低噪声运行、响应快、断电自锁、不产生磁场亦不受电磁干扰等优点。由于具有以上诸多优点，压电驱动器在工业自动化、航空航天、医疗、生物工程等领域得到了大量的应用，并发挥了巨大的作用。

现在实用以及科研研究的压电驱动器采用单层的压电陶瓷，为了能够产生较大的振动位移和驱动力，需要很大的驱动电压，电源开发难度大，且相应的驱动电源体积也较大。然而，有些压电驱动器为了能够产生较大的振动位移和驱动力，需要压电陶瓷工作谐振频率下，而谐振频率受陶瓷的几何尺寸的影响较大，由于加工误差所造成的尺寸偏差会影响压电陶瓷的谐振频率，从而会影响压电振子的整体驱动性能，造成压电振子的驱动不稳定。同时，为了使压电驱动器工作在谐振状态下，还需要使用专用的超声电源，电源通常体积较大，不利于实现驱动器整个系统的微型化，而且，对于刚体来说，工作在谐振状态会加快刚体振动破损，缩短了驱动器的寿命，此外，工作在谐振状态下的压电陶瓷的发热比较严重，温度过高易导致压电陶瓷退极化、损坏或工作不稳定，持久疲劳极易导致驱动器失效。

并且，为了使得压电驱动器工作在合适的谐振状态下，需要采用合适的尺寸才能够达到要求，这样在很大程度上限制了驱动器设计的灵活性，限制了其微型化和不同场合的适用性。

另外，现有技术中的压电驱动器，多使用压电陶瓷的d₃₁工作模式，该工作模式的机电耦合系数要明显小于d₃₃工作模式。这导致传统的压电驱动器的电转化效率较低，驱动器能量利用不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种驱动电压小、稳定性高、寿命长、灵活性好、结构简单、能量利用率高的压电振子、包括该压电振子的驱动器及微动台。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种压电振子，所述压电振子为沿高度方向层叠形成的多层压电陶瓷，其中：

所述多层压电陶瓷的相邻压电陶瓷层的极化方向相反，所述多层压电陶瓷的宽度方向的一侧表面上的两侧分别设置有相间隔的第一外电极正极和第二外电极正极，所述多层压电陶瓷的宽度方向的另一侧表面上设置有外电极负极；所述第一外电极正极和第二外电极正极之间的区域是没有刷电极的区域；

所述多层压电陶瓷的高度方向的一侧表面的中部，且位于第一外电极正极和第二外电极正极之间设置有陶瓷触点；其中，所述陶瓷触点位于第一外电极正极和第二外电极正极之间没有刷电极的区域的上方；

当对所述多层压电陶瓷的第一外电极正极施加正向电压，第二外电极正极和外电极负极施加零电压时，所述第一外电极所在区域的压电陶瓷会发生d₃₃形式的变形，从而导致所述陶瓷触点产生倾斜，当对所述多层压电陶瓷的第一外电极正极和第二外电极正极施加相位差90°的正弦信号时，所述陶瓷触点会产生连续的倾斜运动，进而通过所述陶瓷触点与外部的动子之间的摩擦力产生驱动力。

进一步的，所述陶瓷触点为三棱柱氧化铝陶瓷触点。