基于双弯曲复合模态的压电执行器及其极化与驱动方法技术

本发明专利技术提供了一种基于双弯曲复合模态的压电执行器及其极化与驱动方法，属于微型压电驱动技术领域

【技术实现步骤摘要】
基于双弯曲复合模态的压电执行器及其极化与驱动方法


[0001]本专利技术属于微型压电驱动
，具体涉及一种基于双弯曲复合模态的压电执行器及其极化与驱动方法
。

技术介绍

[0002]微型压电驱动电机是利用压电材料的逆压电效应，对驱动器件施加高频交流电，以激发驱动器件在超声频段内做微幅振动，并通过驱动器件
(
定子
)
与动子之间的摩擦作用将振动转换成动子的直线或旋转运动，输出功率，驱动负载，具有结构微型化
、
响应速度快
、
电磁兼容性好
、
控制精确等优点，广泛应用于机器人
、
精密仪器仪表
、
电子数码产品等领域
。
[0003]申请号为
200480014662.9
的专利技术专利公开了一种运行在共振附近宽范围的机电马达，其工作模态为第一机械共振频率和第二机械共振频率两种振动模态的复合模态
。
该电机中公开的驱动元件包括两个双压电晶片段，两个片段通过执行构件彼此互联，施加正弦电压信号使驱动器产生至少两个不同的弯曲振动模式
。
因为极化电路和驱动电路的复杂性，可能会产生两个电路设计的冲突，通常具有一定厚度的压电晶片体需要先经过单独的极化工艺处理，使之具备良好的压电性能，再进行后续如叠堆
、
粘结等工艺加工制备成执行器件
。
[0004]随着微型执行器件性能要求的不断提升，对于尺寸微型化
、
驱动电压低的执行器件的需求也越来越迫切
。
使用多层压电片结构
、
并进一步降低单层压电片的厚度是减轻执行器件重量
、
降低驱动电压的有效手段
。
然而，随着制造工艺技术不断进步，如流延法制造压电薄膜片工艺的诞生，使单层压电膜片的厚度降至几十微米，但是这种尺度的压电片容易破损，很难单独执行极化等工艺步骤，因此需要设计一种压电执行器新结构以及对应的极化和驱动方法，在多层压电片制备成器件之后实现极化工艺，使得叠层压电执行器的应用成为可能
。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中所存在的双弯曲复合工作模态的薄片叠层型压电执行器极化困难
、
负载能力差等技术问题，本专利技术提供了一种基于双弯曲复合模态的压电执行器及其极化与驱动方法，包括一种具有压电叠层结构的执行器，同时激发执行器的一阶弯振位移响应和二阶弯振位移响应，可以实现对微型压电马达动子的直线驱动；并且在叠层压电片制备成器件之后可以实现极化操作
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于双弯曲复合模态的压电执行器，包括压电叠层结构和驱动足，所述压电叠层结构由至少2层压电片叠堆并连接而成，所述压电叠层结构的叠堆方向包括沿压电片的厚度方向
。
[0008]每一层压电片在一表面设有
A
i
电极面，对侧表面设有
B
i
电极面；所述
A
i
电极面包括电极分区
A
iL
和电极分区
A
iR
，所述电极分区
A
iL
和电极分区
A
iR
分别分布在压电片的电极分区
界线的两侧；所述压电片上的
A
iL
电极分区与其相邻层的压电片上的
A
(i+1)L
电极分区面对面贴合连接，形成电势分区半面
E
kL
，同时所述压电片上的
A
iR
电极分区与其相邻层的压电片上的
A
(i+1)R
电极分区面对面贴合连接，形成电势分区半面
E
kR
；或以所述
B
i
电极面与其相邻层的压电片上的
B
i+1
电极面面对面贴合连接，形成电势分区整面
E
0j
；最终形成电势分区半
‑
半面
E
kL
‑
E
kR
与电势分区整面
E
0j
交错堆叠的叠层结构
。
[0009]每一层压电片均设有与电极分区
A
iL
和电极分区
A
iR
对应的两个极化分区
P
iL
和
P
iR
，所述极化分区
P
iL
和
P
iR
的极化方向轴是沿压电片的厚度方向；同一层压电片的两个极化分区极化方向相同，位于压电叠层结构的极性分界面相邻的两层压电片的极化分区的极化方向相同，位于极性分界面非相邻的压电片均与其相邻层压电片的极化分区的极化方向相反
。
所述极性分界面是距离压电叠层结构厚度中心层最近的电势分区半
‑
半面或电势分区整面
。
[0010]所述驱动足设置在压电叠层结构的朝向弯曲振动的振动方向的面上
。
[0011]进一步的，所述压电叠层结构还包括
FL、FR、RL、RR、LT
和
RT
共6个外电极，位于极性分界面及以上的电势分区半面
E
kL
均与外电极
FL
等电势相连，位于极性分界面以下的电势分区半面
E
kL
均与外电极
RL
等电势相连，位于极性分界面及以上的电势分区半面
E
kR
均与外电极
FR
等电势相连，位于极性分界面以下的电势分区半面
E
kR
均与外电极
RR
等电势相连，位于极性分界面及以上的电势分区整面
E
0j
均与外电极
LT
等电势相连，位于极性分界面以下的电势分区整面
E
0j
均与外电极
RT
等电势相连
。
[0012]进一步的，所述电极分区
A
iL
和
A
iR
关于压电片长边的垂直平分线轴对称，或以压电片的表面几何中心为中心对称；所述电极分区
A
iL
和
A
iR
跨过二阶弯曲振动振型的波峰或波谷处
。
[0013]进一步的，所述压电叠层结构的外形包括长方体
。
[0014]进一步的，所述驱动足有1个或2个，布置在压电叠层结构顶面和
/
或底面的几何中心处
。
[0015]进一步的，所述压电片的制备方法包括以流延法制备获得
。
[0016]一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于双弯曲复合模态的压电执行器，工作模态为一阶弯曲振动和二阶弯曲振动的复合模态，其特征在于：该压电执行器包括压电叠层结构和驱动足，所述压电叠层结构由至少2层压电片叠堆并连接而成，所述压电叠层结构的叠堆方向包括沿压电片的厚度方向；每一层压电片在一表面设有
A
i
电极面，对侧表面设有
B
i
电极面；所述
A
i
电极面包括电极分区
A
iL
和电极分区
A
iR
，所述电极分区
A
iL
和电极分区
A
iR
分别分布在压电片的电极分区界线的两侧；所述压电片上的
A
iL
电极分区与其相邻层的压电片上的
A
(i+1)L
电极分区面对面贴合连接，形成电势分区半面
E
kL
，同时所述压电片上的
A
iR
电极分区与其相邻层的压电片上的
A
(i+1)R
电极分区面对面贴合连接，形成电势分区半面
E
kR
；或以所述
B
i
电极面与其相邻层的压电片上的
B
i+1
电极面面对面贴合连接，形成电势分区整面
E
0j
；最终形成电势分区半
‑
半面
E
kL
‑
E
kR
与电势分区整面
E
0j
交错堆叠的叠层结构；每一层压电片均设有与所述电极分区
A
iL
和所述电极分区
A
iR
对应的两个极化分区
P
iL
和
P
iR
，所述极化分区
P
iL
和
P
iR
的极化方向轴是沿压电片的厚度方向；同一层压电片的两个极化分区极化方向相同，位于压电叠层结构的极性分界面相邻的两层压电片的极化分区的极化方向相同，位于所述极性分界面非相邻的压电片均与其相邻层压电片的极化分区的极化方向相反；所述驱动足设置在压电叠层结构的朝向弯曲振动的振动方向的面上
。2.
根据权利要求1所述的一种基于双弯曲复合模态的压电执行器，其特征在于：所述压电叠层结构还包括
FL、FR、RL、RR、LT
和
RT
共6个外电极，位于极性分界面及以上的所述电势分区半面
E
kL
均与外电极
FL
等电势相连，位于极性分界面以下的所述电势分区半面
E
kL
均与外电极
RL
等电势相连，位于极性分界面及以上的所述电势分区半面
E
kR
均与外电极
FR
等电势相连，位于极性分界面以下的所述电势分区半面
E
kR
均与外电极
RR

【专利技术属性】
技术研发人员：王大志，孔令杰，段宇，杨明洛，李泽飞，梁世文，于成治，
申请(专利权)人：大连理工大学宁波研究院，
类型：发明
国别省市：