[发明专利]叠层式弯曲型压电陶瓷驱动器

说明书

叠层式弯曲型压电陶瓷驱动器，属于压电驱动技术领域，为了丰富当前压电元件的种类，扩展压电元件的应用范围。本发明的压电陶瓷片均分四个独立的极化区，接地电极包括接地电极片和接地引出电极，激励电极包括激励电极片和激励引出电极，接地电极和激励电极均为梳齿状结构。本发明利用压电陶瓷d₃₃模式，通过采用压电陶瓷片四分区极化的结构形式进行激励，使本发明产生沿一个方向或沿两个空间正交方向的弯曲变形。本发明采用类梳齿结构的接地电极和激励电极，可有效保证多层压电陶瓷片的机械串联和电学并联，整体结构性强，是对当前已有压电元件的一种补充，将会扩展压电元件的应用范围，促进压电驱动技术领域的发展。

技术领域

本发明涉及压电陶瓷驱动器，属于压电驱动技术领域。

背景技术

压电驱动作为一种新型的精密驱动与微定位技术手段，其主要是利用压电材料的逆压电效应实现电能向机械能的转换，由于其自身特有的结构设计灵活、无电磁干扰且不受电磁干扰、毫秒级快速响应、可断电自锁等特点，近年来受到了普遍关注，并已在精密光学仪器、生物医疗器械、航空航天等技术领域获得了成功应用。

压电陶瓷是压电驱动器中至关重要的元件之一，在实现电能输入转化为机械能输出的过程中发挥着关键的作用。为了在相同激励电压下获得相对较大的机械变形，压电陶瓷一般采用薄片状结构，即长度和宽度方向的尺寸远大于其厚度方向尺寸，但在实际应用中，单层压电陶瓷的机械变形量依然很小，一般较难达到自身厚度的0.1％。为了获得更大的机械变形，目前主要使用压电双晶片和多层压电陶瓷驱动器。其中压电双晶片主要由极化方向相反的两个薄片压电陶瓷粘接于金属薄板的两侧构成，一般采用d₃₁工作模式，施加激励电信号时，一侧压电陶瓷伸长而另一侧压电陶瓷缩短，整体表现为压电双晶片的弯曲变形。但实际使用时压电双晶片产生的推力较小，对频率的响应较慢。而多层压电陶瓷驱动器主要由采用d₃₃模式的压电陶瓷和电极片组成，电极片被交替的连接到驱动器两端外电极上，这样多层压电陶瓷组成了多个位移输出单元，施加电信号激励时，多层压电陶瓷驱动器的总位移为各层压电陶瓷的位移之和。多层压电陶瓷驱动器具有位移大、输出力大等特点，是压电驱动领域中广泛使用的压电元件。

当前多层压电陶瓷驱动器多数为纵向伸缩变形的驱动器，即施加激励电信号时，驱动器整体会产生沿压电陶瓷片厚度方向的伸缩变形，而关于整体能够产生弯曲变形的多层压电陶瓷驱动器，目前还没有机构或公司进行设计与研发，而弯曲变形又是压电驱动器设计中经常使用的一种致动方式，因此设计一种弯曲式多层压电陶瓷驱动器作为压电驱动器的基础元件，将会对扩展压电元件的应用范围和促进压电驱动技术领域的发展产生深远的影响。

发明内容

本发明的目的是为了丰富当前压电元件的种类，扩展压电元件的应用范围，从而提供叠层式弯曲型压电陶瓷驱动器。

本发明所述的叠层式弯曲型压电陶瓷驱动器，包括n层压电陶瓷片、接地电极和激励电极，其中n为大于等于2的偶数；

所述压电陶瓷片均分四个独立的极化区，具体包括第一极化区、第二极化区、第三极化区、第四极化区和未极化区，其中未极化区为四个极化区的中间没有极化的区域，用于将四个极化区分隔开，第一极化区和第三极化区对角设置，第二极化区和第四极化区对角设置，压电陶瓷片的四个极化区均沿厚度方向极化，其中第一极化区和第三极化区的极化方向相反，第二极化区和第四极化区的极化方向相反，第一极化区和第二极化区的极化方向相同，且相邻两层压电陶瓷片之间相对的两个极化区的极化方向相反；

所述接地电极包括n/2-1个接地电极片和接地引出电极；

所述激励电极包括n/2个激励电极片和激励引出电极，激励电极中的激励电极片设置于相邻两层压电陶瓷片相对的极化区之间；

所述接地电极和激励电极的侧面均为梳齿状结构；