[发明专利]准切变模式多层共烧压电致动器及其多层共烧制备方法

权利要求书

1.一种准切变模式多层共烧压电致动器，为长方体多层结构，包括排成2×2矩阵的四个驱动单元；每个驱动单元均为长方体；每个驱动单元内部也由小的长方体多层结构块组成；每个小长方体多层结构块分别具有设定的极化方向、多层结构排布方向和电压施加方向；

每个驱动单元均为含内电极的多层压电陶瓷结构，且各驱动单元中的压电陶瓷片均沿厚度方向交替正负极化；各驱动单元所施加的电场方向均和陶瓷片的极化方向是平行或反平行；每个驱动单元中含内电极的多层压电陶瓷片在电路上为并联连接；

多层共烧压电致动器的底部与一个固定座B固定连接，上表面为位移输出端；

沿对角线的一对驱动单元施加相同极性的工作电压，而对另一对角线的两个驱动单元则施加极性相反的工作电压；通过四个驱动单元沿两个对角线方向的协同伸缩驱动，使得位移输出端产生所需要的“准切变”运动，由此成为准切变模式多层共烧压电致动器；

驱动单元从左上按逆时针方向分别编号为A1～A4；将驱动单元的极化方向记为z方向，按照右手正交坐标系确定x方向与y方向的坐标方向；x、y、z方向分别对应角标1、2、3；x、y、z方向中的两个主应变所在平面的剪切应变方向分别对应角标4、5、6；4方向为y、z发生切变方向，5方向为x、z发生切变方向，6方向为x、y发生切变方向；

按照电极划分，所述四个驱动单元为四个d₃₁模式驱动单元或四个d₃₃模式驱动单元；所述准切变模式多层共烧压电致动器具体包括三种模式：d₃₆准切变模式多层共烧压电致动器、d₃₅准切变模式多层共烧压电致动器、d₃₄准切变模式多层共烧压电致动器；

d₃₆准切变模式多层共烧压电致动器具体为：

按照电极划分，所述四个驱动单元为四个d₃₁模式驱动单元；驱动单元A1、A3接正电压，驱动单元A2、A4接负电压；驱动电压为低频矩形波电压或低频正弦波驱动电压；

d₃₆准切变模式多层共烧压电致动器与固定座B的接触固定面为y方向；

压电陶瓷的d₃₁效应使得A1、A3驱动单元沿x方向缩短，A2、A4驱动单元沿x方向伸长；还使得A1、A3驱动单元沿y方向缩短，A2、A4驱动单元沿y方向伸长；固定座B接触面固定使得致动器的自由端沿y方向的伸缩相互抵消，而沿x方向的伸缩叠加；由此使得致动器的主切变方向为沿x方向的切变；

驱动时，沿A1和A3驱动单元的对角线方向施加相同的正电压或负电压，对应地沿驱动单元A2、A4对角线方向施加负电压或正电压，使得A1和A3驱动单元所在的对角线伸长或缩短，而A2和A4驱动单元所在的对角线相应缩短或伸长，由此产生不对称应变的协同作用，进一步使得致动器产生一个面内“畸变”；

施加电场沿极化方向z方向；致动器底边固定，面内“畸变”成为“准切变”，切变为在面内6方向，也称为d₃₆面切变；

利用压电陶瓷四个驱动单元的d₃₁变形和协同驱动作用，使多层结构致动器产生一个d₃₆面内“准切变”运动，由此构成d₃₆准切变模式多层共烧压电致动器；

d₃₅准切变模式多层共烧压电致动器具体为：

四个驱动单元按照电极划分为四个d₃₁模式驱动单元；

驱动单元A1、A3接正电压，A2、A4接负电压；或者驱动单元A1、A3接负电压，A2、A4接正电压；驱动电压为低频矩形波电压或低频正弦波驱动电压；

压电陶瓷的d₃₁效应使得A1、A3驱动单元沿x方向缩短，A2、A4沿x方向伸长；

压电陶瓷的d₃₃效应使得A1、A3驱动单元沿z方向伸长、A2、A4沿z方向缩短；

d₃₅准切变模式多层共烧压电致动器与固定座B的接触固定面为z方向；

与固定座B接触面固定使得z方向的伸缩相互抵消，而x方向叠加；致动器由此产生沿x轴方向的“准切变”位移δx，即致动器的主切变是沿x轴方向的切变；

驱动时，沿对角线方向的A1和A3驱动单元施加相同的正电压或负电压，相应地沿另一对角线上的驱动单元A2、A4施加负电压或正电压，使得对角线伸长或缩短的同时，另一对角线相应地缩短或伸长；进一步使得致动器产生一个在面内5方向的“畸变”，称为d₃₅面切变；通过压电陶瓷的四个驱动单元的d₃₃变形和协同驱动作用，使多层结构致动器产生一个d₃₅面内“准切变”运动；

d₃₄准切变模式多层共烧压电致动器具体为：

四个驱动单元按照电极划分为四个d₃₃模式驱动单元；

驱动单元A1、A3接正电压，A2、A4接负电压；驱动电压为低频矩形波交流电压或低频正弦波驱动电压；

压电陶瓷的d₃₃效应使得A1、A3驱动单元沿z方向伸长、y方向缩短，A2、A4沿z方向缩短、y方向伸长；协同作用进一步使得致动器产生一个面内“畸变”；d₃₄准切变模式多层共烧压电致动器与固定座B的接触固定面为y方向，使得压电致动器的自由端沿y方向的伸缩相互抵消，而z方向的伸缩叠加，致动器产生“准切变”位移δz，也称为d₃₄面切变；切变是在面内4方向；主切变方向为沿着z轴方向的切变。