專利名稱：壓電驅(qū)動(dòng)器及壓電馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電馬達(dá)技術(shù)，尤其涉及一種壓電驅(qū)動(dòng)器及壓電馬達(dá)。
背景技術(shù)：
壓電馬達(dá)是利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)和彈性體的超聲振動(dòng)，通過定子和運(yùn)動(dòng)體(動(dòng)子)之間的摩擦作用，把彈性體的微幅振動(dòng)轉(zhuǎn)換成運(yùn)動(dòng)體宏觀的直線運(yùn)動(dòng)，直接推動(dòng)負(fù)載，而且壓電馬達(dá)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。其中，壓電馬達(dá)主要包括壓電驅(qū)動(dòng)器和滑動(dòng)組件，壓電驅(qū)動(dòng)器為定子，滑動(dòng)組件為動(dòng)子，通過驅(qū)動(dòng)電路為壓電驅(qū)動(dòng)器提供驅(qū)動(dòng)電壓，就可使壓電驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生一定的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)滑動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)。目前，直線壓電馬達(dá)普遍采用壓電L1-B2雙振動(dòng)模式原理工作，壓電馬達(dá)工作時(shí)，壓電驅(qū)動(dòng)器工作在第一階縱振動(dòng)模式(Li)和第二階彎曲振動(dòng)模式(B2)，通過產(chǎn)生的第一階縱振動(dòng)和第二階彎曲振動(dòng)合成產(chǎn)生橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)，從而通過橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)推動(dòng)滑動(dòng)組件做直線運(yùn)動(dòng)，可廣泛用于精密的直線定位，超微型鏡頭精密驅(qū)動(dòng)等。但是，現(xiàn)有采用壓電L1-B2雙振動(dòng)模式原理的直線壓電馬達(dá)存在以下問題(1)為確保壓電驅(qū)動(dòng)器保持工作于第一階縱振動(dòng)模式和第二階彎曲振動(dòng)模式，壓電驅(qū)動(dòng)器要具有特定的長寬比和尺寸，使得壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且壓電驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)尺寸控制精度要求極高，導(dǎo)致壓電驅(qū)動(dòng)器制作工藝復(fù)雜，不利于壓電驅(qū)動(dòng)器的大規(guī)模制作，增加了壓電驅(qū)動(dòng)器的制作成本；( 壓電驅(qū)動(dòng)器工作在第一階縱振動(dòng)模式和第二階彎曲振動(dòng)模式時(shí)，兩種工作模式的諧振頻率可能會(huì)因外界因素干擾而不同步，從而導(dǎo)致壓電產(chǎn)生的合成橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)紊亂，使驅(qū)動(dòng)失效；(3)當(dāng)壓電驅(qū)動(dòng)器微型化至毫米尺寸時(shí)，壓電驅(qū)動(dòng)器因工作在的Ll模式，其諧振頻率往往過高，這會(huì)增加驅(qū)動(dòng)電路的功耗，并為驅(qū)動(dòng)電路的制作帶來一定難度。綜上，現(xiàn)有壓電馬達(dá)采用工作在第一階縱振動(dòng)模式和第二階彎曲振動(dòng)模式的壓電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)中，壓電驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作精度要求高，使得壓電驅(qū)動(dòng)器制作工藝復(fù)雜，不利于壓電馬達(dá)的大規(guī)模制作；同時(shí)，壓電驅(qū)動(dòng)器工作于第一階縱振動(dòng)模式時(shí)，諧振頻率過高，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路功耗大，且驅(qū)動(dòng)電路制作困難；此外，壓電驅(qū)動(dòng)器工作于兩種模式，容易受外界干擾而造成驅(qū)動(dòng)失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種壓電驅(qū)動(dòng)器及壓電馬達(dá)，可有效克服現(xiàn)有采用兩種工作模式的壓電驅(qū)動(dòng)器存在制作工藝復(fù)雜、功耗大以及容易受外界干擾的問題，壓電驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，且可工作于第一階彎曲振動(dòng)模式。本發(fā)明提供一種壓電驅(qū)動(dòng)器，包括壓電本體，所述壓電本體為方形板結(jié)構(gòu)，所述壓電本體沿厚度方向極化；所述壓電本體在厚度方向上的第一端主平面設(shè)置有第一電極層，所述壓電本體在厚度方向上的第二端主平面設(shè)置有第二電極層；所述第一電極層包括電隔離設(shè)置的多個(gè)電極區(qū)域，使得施加在各電極層的預(yù)設(shè)驅(qū)動(dòng)電壓作用下，所述壓電驅(qū)動(dòng)器同時(shí)激發(fā)產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)，所述兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)合成產(chǎn)生橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明提供一種壓電馬達(dá)，包括壓電驅(qū)動(dòng)器和滑動(dòng)組件，所述壓電驅(qū)動(dòng)器為采用上述本發(fā)明提供的壓電驅(qū)動(dòng)器；所述滑動(dòng)組件包括導(dǎo)軌，以及沿所述導(dǎo)軌滑動(dòng)設(shè)置的滑動(dòng)部件；所述壓電驅(qū)動(dòng)器上設(shè)置有摩擦頭和彈性壓緊部件，所述摩擦頭在所述彈性壓緊部件提供的壓緊力作用下與所述滑動(dòng)部件彈性接觸；所述摩擦頭固設(shè)在所述壓電驅(qū)動(dòng)器的壓電本體上未設(shè)置電極層的側(cè)面上。本發(fā)明提供的壓電驅(qū)動(dòng)器及壓電馬達(dá)，通過采用方形板結(jié)構(gòu)的壓電本體，并沿厚度方向極化該壓電本體，壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，可實(shí)現(xiàn)壓電驅(qū)動(dòng)器的大規(guī)模生產(chǎn)；通過在壓電本體端部設(shè)置多個(gè)電極區(qū)域，使得壓電驅(qū)動(dòng)器可在預(yù)設(shè)驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)下激發(fā)產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)，可有效降低壓電驅(qū)動(dòng)器的工作頻率，降低驅(qū)動(dòng)電路制作難度和功耗，且壓電驅(qū)動(dòng)器僅工作于第一階彎曲振動(dòng)模式，可避免工作于兩種模式時(shí)存在的外界干擾而導(dǎo)致的壓電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)失效問題。


圖1為本發(fā)明提供的壓電馬達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A為本發(fā)明實(shí)施例一提供的壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2B為圖2A中只有第一電極區(qū)域和第三電極區(qū)域施加電壓時(shí)壓電本體的運(yùn)動(dòng)模態(tài)示意圖；圖2C為圖2A中只有第二電極區(qū)域和第四電極區(qū)域施加電壓時(shí)壓電本體的運(yùn)動(dòng)模態(tài)示意圖；圖2D為本發(fā)明實(shí)施例中壓電本體在摩擦頭處產(chǎn)生的合成運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例二提供的壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例三提供的壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例四提供的壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例五提供的壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例六提供的壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例七提供的壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式鑒于傳統(tǒng)采用壓電L1-B2雙振動(dòng)模式的壓電馬達(dá)中，壓電驅(qū)動(dòng)器存在結(jié)構(gòu)和制作工藝復(fù)雜，壓電驅(qū)動(dòng)器的大規(guī)模生產(chǎn)成本較高，本發(fā)明提供一種壓電驅(qū)動(dòng)器，可使壓電驅(qū)動(dòng)器工作于第一階彎曲振動(dòng)的單一工作模式，可有效簡化壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)。單一工作模式以及非常簡單的方形結(jié)構(gòu)，可有效降低壓電驅(qū)動(dòng)器的制造成本；同時(shí)也可簡化驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、并可避免工作于兩種模式時(shí)因外界干擾而出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)失效的問題。具體地，本發(fā)明提供的壓電驅(qū)動(dòng)器可包括壓電本體，該壓電本體為方形板結(jié)構(gòu)，且壓電本體沿厚度方向極化；該壓電本體在厚度方向上的第一端主平面設(shè)置有第一電極層，壓電本體在厚度方向的第二端主平面設(shè)置有第二電極層，且第一電極層被劃分成電隔離設(shè)置的多個(gè)電極區(qū)域，使得施加在各電極層的預(yù)設(shè)驅(qū)動(dòng)電壓作用下，該壓電驅(qū)動(dòng)器可同時(shí)激發(fā)產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)，該兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)合成可產(chǎn)生橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明提供的壓電驅(qū)動(dòng)器采用方形板結(jié)構(gòu)的壓電本體，壓電驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，同時(shí)通過在壓電本體的主平面設(shè)置多個(gè)電極區(qū)域，使得壓電驅(qū)動(dòng)器在預(yù)設(shè)驅(qū)動(dòng)電壓下可工作于第一階彎曲振動(dòng)模式下，避免傳統(tǒng)壓電驅(qū)動(dòng)器因工作頻率過大而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路制作困難以及功耗較大的問題。圖1為本發(fā)明提供的壓電馬達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明提供的壓電馬達(dá)包括壓電驅(qū)動(dòng)器10和滑動(dòng)組件，滑動(dòng)組件包括滑動(dòng)部件201和導(dǎo)軌202，該滑動(dòng)部件201可沿導(dǎo)軌202滑動(dòng)，該導(dǎo)軌202為直線導(dǎo)軌，使得滑動(dòng)部件201可沿導(dǎo)軌202作直線運(yùn)動(dòng)；該壓電驅(qū)動(dòng)器10上設(shè)置有摩擦頭30和彈性壓緊部件40，該摩擦頭30可在彈性壓緊部件40提供的壓緊力F作用下，與滑動(dòng)部件201彈性接觸；摩擦頭30固設(shè)在壓電驅(qū)動(dòng)器10上未設(shè)置電極層的側(cè)面上，壓電驅(qū)動(dòng)器10產(chǎn)生橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦頭30可隨壓電驅(qū)動(dòng)器10做橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)，從而可依靠摩擦頭30與滑動(dòng)部件201之間的摩擦接觸，驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)部件201沿導(dǎo)軌202做直線運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明提供的壓電馬達(dá)中，所述的摩擦頭30可為球形、半球形、圓柱形或其他形狀，且由耐磨材料制作得，本實(shí)施例中摩擦頭30為圓柱形，且該摩擦頭30可通過環(huán)氧樹脂與壓電驅(qū)動(dòng)器10粘結(jié)固定在一起；所述的彈性壓緊部件40可以為彈簧，可以合適的預(yù)緊力將壓電驅(qū)動(dòng)器10和摩擦頭30壓在滑動(dòng)部件201上。本發(fā)明提供的壓電馬達(dá)中，可包括與壓電驅(qū)動(dòng)器上的各電極連接的驅(qū)動(dòng)電路50，可為壓電驅(qū)動(dòng)器提供產(chǎn)生橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)所需的預(yù)設(shè)驅(qū)動(dòng)電壓。下面將以壓電驅(qū)動(dòng)器的具體結(jié)構(gòu)為例，對本發(fā)明技術(shù)方案做詳細(xì)的說明。圖2A為本發(fā)明實(shí)施例一提供的壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例提供的壓電驅(qū)動(dòng)器可作為上述圖1所示壓電馬達(dá)中的驅(qū)動(dòng)器，可產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)的橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)，具體地，如圖2A所示，本實(shí)施例壓電驅(qū)動(dòng)器包括壓電本體1，該壓電本體1沿厚度方向極化，且整個(gè)壓電本體的極化方向一致，極化方向如圖1所示的A方向；壓電本體1的第一端主平面，即如圖1所示壓電本體1的前端面，設(shè)置有第一電極層21，壓電本體1的第二端主平面，即如圖1所示壓電本體1的后端面，設(shè)置有第二電極層22 ；第一電極層21包括4個(gè)電極區(qū)域，分別為第一電極區(qū)域211、第二電極區(qū)域212、第三電極區(qū)域213和第四電極區(qū)域214，且相對的兩個(gè)電極區(qū)域沿與第一端主平面的邊平行的對稱中心線對稱設(shè)置，即第一電極區(qū)域211和第三電極區(qū)域213對稱設(shè)置，第二電極區(qū)域212和第四電極區(qū)域214對稱設(shè)置；第二電極層22為一體形狀的電極區(qū)域，即第一第二電極層22電極為一體結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，如圖2A所示，第一電極層21上的各電極區(qū)域可連接壓電馬達(dá)中驅(qū)動(dòng)電路提供的輸入電壓，第二電極層22可作為電壓地端，通過在第一電極層21和第二電極層22上施加預(yù)設(shè)驅(qū)動(dòng)電壓，就可以激發(fā)壓電本體1整體產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)，使得壓電驅(qū)動(dòng)器整體可在該兩個(gè)第一階彎曲振動(dòng)合成下產(chǎn)生橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施例中，壓電馬達(dá)上的驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電壓中，可包括四個(gè)輸入電壓，分別施加在第一電極層21上的各電極區(qū)域，具體地，如圖2A所示，第一電極層21上的第一電極區(qū)域211、第二電極區(qū)域212、第三電極區(qū)域213和第四電極區(qū)域214分別連接有輸入驅(qū)動(dòng)電壓+Vsin ω t、_Vcos ω t、_Vsin ω t、+Vcos ω t ；第二電極層22接地，這樣，在施加在第一電極區(qū)域211和第三電極區(qū)域213上的+Vsincot和-Vsinω t作用下，壓電本體1可在如圖2A所示的Y方向產(chǎn)生第一階彎曲振動(dòng)。同樣地，在施加在第二電極區(qū)域212和第四電極區(qū)域214上的-Vcoscot和+Vcoscot作用下，壓電本體1可在如圖2A所示的X方向產(chǎn)生第一階彎曲振動(dòng)，這樣，壓電本體1整體就會(huì)在兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)合成作用下，產(chǎn)生橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)，其中所述的X方向和Y方向就是以第一電極層所在平面上的兩個(gè)方向。圖2B為圖2A中只有第一電極區(qū)域和第三電極區(qū)域施加電壓時(shí)壓電本體的運(yùn)動(dòng)模態(tài)示意圖；圖2C為圖2A中只有第二電極區(qū)域和第四電極區(qū)域施加電壓時(shí)壓電本體的運(yùn)動(dòng)模態(tài)示意圖；圖2D為本發(fā)明實(shí)施例中壓電本體在摩擦頭處產(chǎn)生的合成運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖。如圖2A和2B所示，當(dāng)交流電壓Vsincot和-Vsinω t分別施加到第一電極區(qū)域211和第三電極區(qū)域213時(shí)，壓電本體1沿厚度方向上與第一電極區(qū)域211對應(yīng)的部分會(huì)沿X方向縮短，與第三電極區(qū)域213對應(yīng)的部分會(huì)沿X方向伸長，其結(jié)果就會(huì)使壓電本體1整體產(chǎn)生一個(gè)Y方向上彎曲；因?yàn)槭┘拥囊粚﹄妷菏墙蛔兊模@就迫使壓電本體1產(chǎn)生Y沿方向的第一階彎曲振動(dòng)；同樣地，如圖2A和圖2C所示，當(dāng)交流電壓Vcos ω t和-Vcos ω t分別施加在第二電極區(qū)域212和第四電極區(qū)域214時(shí)，壓電本體1沿厚度方向上與第四電極區(qū)域214對應(yīng)的部分會(huì)沿Y方向縮短，與第二電極區(qū)域212對應(yīng)的部分會(huì)沿Y方向伸長，其結(jié)果就會(huì)使得壓電本體1整體產(chǎn)生一個(gè)X方向上的第一階彎曲振動(dòng)。可以看到，當(dāng)交流電壓士Vsincot和士 Vcos cot同時(shí)施加在第一電極層21上的各電極區(qū)域時(shí)，壓電本體1就會(huì)同時(shí)在X方向和Y方向上激發(fā)兩個(gè)正交的第一階彎曲振動(dòng)，它們的合成便產(chǎn)生了一個(gè)橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)，如圖2D所示。本實(shí)施例中，由于壓電本體1整體的極化方向相同，為使得壓電本體1上，相互對稱的兩個(gè)電極區(qū)域?qū)?yīng)的部分產(chǎn)生彎曲振動(dòng)，只需要在相互對稱的電極區(qū)域施加方向相反的兩個(gè)交流電壓即可；同時(shí)，為使得壓電本體1整個(gè)可產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)，相鄰的兩個(gè)電極區(qū)域施加的交流電壓應(yīng)為正交電壓。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，上述各輸入電壓的幅值，即電壓V的大小，可根據(jù)需要而設(shè)定合適的值，以確保壓電驅(qū)動(dòng)器工作時(shí)，可驅(qū)動(dòng)壓電馬達(dá)上的滑動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，為使得壓電驅(qū)動(dòng)器可同時(shí)激發(fā)產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)，壓電馬達(dá)中的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)為壓電驅(qū)動(dòng)器提供兩路或兩對正交的驅(qū)動(dòng)電壓，在每路或每對驅(qū)動(dòng)電壓作用下壓電驅(qū)動(dòng)器均可產(chǎn)生第一階彎曲振動(dòng)，且每路或每對驅(qū)動(dòng)電壓下產(chǎn)生的兩個(gè)第一階彎曲振動(dòng)正交。本實(shí)施例中，壓電本體1的形狀為正方形，可以是由多個(gè)壓電片層疊而成，其中，壓電本體1的材料可以為壓電陶瓷材料或壓電單晶材料，或者該壓電本體1的材料可以是壓電陶瓷材料或壓電單晶材料；壓電本體1的結(jié)構(gòu)也可以是彈性金屬片與壓電陶瓷或壓電晶體片構(gòu)成的復(fù)合板結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，壓電本體1為壓電陶瓷材料制作而成的壓電陶瓷板。本實(shí)施例中，如圖2A所示，第一電極層21上的第一電極區(qū)域211、第二電極區(qū)域212、第三電極區(qū)域213和第四電極區(qū)域214均為梯形區(qū)域結(jié)構(gòu)，且該4個(gè)電極區(qū)域的中心位置還可設(shè)置有中心電極區(qū)域215，該中心電極區(qū)域215的形狀為正方形，且與其它電極區(qū)域電隔離。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，這部分也可為空白區(qū)域，即不具有電極的區(qū)域。實(shí)際應(yīng)用中，為便于各電極區(qū)域的制作，可首先在壓電本體1第一端主平面的整個(gè)表面涂覆電極層，并通過刻蝕的方式得到各電極區(qū)域；也可以通過絲網(wǎng)印刷電極的方法，一次制備出所有電極圖案。綜上可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的壓電驅(qū)動(dòng)器，通過采用方形板結(jié)構(gòu)的壓電本體，并沿厚度方向極化該壓電本體，壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，可實(shí)現(xiàn)壓電驅(qū)動(dòng)器的大規(guī)模生產(chǎn)；通過在壓電本體端部設(shè)置多個(gè)電極區(qū)域，使得壓電驅(qū)動(dòng)器可在預(yù)設(shè)驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)下激發(fā)產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)，可有效降低壓電驅(qū)動(dòng)器的工作頻率，降低驅(qū)動(dòng)電路制作難度和功耗，且壓電驅(qū)動(dòng)器僅工作于第一階彎曲振動(dòng)模式，可避免工作于兩種模式時(shí)存在的外界干擾而導(dǎo)致的壓電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)失效問題。圖3為本發(fā)明實(shí)施例二提供的壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。與上述圖2A所示實(shí)施例技術(shù)方案不同的是，如圖3所示，本實(shí)施例中，壓電本體1沿厚度方向上相對的2個(gè)電極區(qū)域?qū)?yīng)部分的極化方向相反，即第一電極區(qū)域211和第三電極區(qū)域213對應(yīng)部分的極化方向相反，如圖3所示的方向Bl和方向B2，同樣的，第二電極區(qū)域212和第四電極區(qū)域214對應(yīng)部分的極化方向也相反(圖中未示出)。本實(shí)施例中，對稱設(shè)置的兩個(gè)電極區(qū)域在壓電本體上對應(yīng)部分的極化方向相反，為使得壓電本體1可產(chǎn)生第一階彎曲振動(dòng)，對稱設(shè)置的兩個(gè)電極區(qū)域可施加相同的輸入電壓，具體地，如圖3所示，第一電極區(qū)域211和第三電極區(qū)域213可同時(shí)連接交流電壓Vsin ω t，第二電極區(qū)域212和第四電極區(qū)域214同時(shí)連接交流電壓Vcos ω t，第二電極層22仍舊接地，在施加的交流電壓Vsincot作用下，壓電本體1可產(chǎn)生如圖2B所示的第一階彎曲振動(dòng)，在施加的交流電壓Vcoson作用下，壓電本體1可產(chǎn)生如圖2C所示的第一階彎曲振動(dòng)，這樣，在施加的兩個(gè)交流電壓Vsin ω t和Vcos ω t作用下，壓電本體1就可同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)，并通過兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)合成產(chǎn)生橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施例中，壓電馬達(dá)中的驅(qū)動(dòng)電路可為對稱設(shè)置的兩個(gè)電極區(qū)域提供相同的交流電壓，且相鄰的兩個(gè)電極區(qū)域施加的交流電壓應(yīng)為正交電壓，以便壓電本體在兩個(gè)交流電壓作用下產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)。圖4為本發(fā)明實(shí)施例三提供的壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。與上述圖2A所示實(shí)施例技術(shù)方案不同的是，如圖4所示，本實(shí)施例中，第一電極層21上設(shè)置的4個(gè)電極區(qū)域均為弧形，實(shí)際應(yīng)用中，可在壓電本體1的第一端主平面涂覆電極層，并通過刻蝕將其劃分成4個(gè)電隔離的弧形區(qū)域；或直接通過絲網(wǎng)印刷電極的方法，一次制備出所有電極區(qū)域。本實(shí)施例中，壓電本體1上可施加與如圖2A所示相同的驅(qū)動(dòng)電壓，使得壓電本體1的第一電極層21上的第一電極區(qū)域211、第二電極區(qū)域212、第三電極區(qū)域213和第四電極區(qū)域214，可在施加的驅(qū)動(dòng)電壓作用下，激發(fā)產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)，并在兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)合成作用下，整體產(chǎn)生橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)。圖5為本發(fā)明實(shí)施例四提供的壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。與上述圖2A所示實(shí)施例技術(shù)方案不同的是，如圖5所示，本實(shí)施例中，第一電極層21上設(shè)置的4個(gè)電極區(qū)域均為矩形區(qū)域。實(shí)際應(yīng)用中，可在壓電本體1的第一端主平面涂覆電極層，并通過刻蝕將其劃分成4個(gè)電隔離的矩形區(qū)域；或直接通過絲網(wǎng)印刷電極的方法，一次制備出所有電極區(qū)域。本實(shí)施例中，壓電本體1上可施加與如圖2A所示相同的驅(qū)動(dòng)電壓，使得壓電本體1的第一電極層21上的第一電極區(qū)域211、第二電極區(qū)域212、第三電極區(qū)域213和第四電極區(qū)域214，可在施加的驅(qū)動(dòng)電壓作用下，激發(fā)產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)，并在兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)合成作用下，整體產(chǎn)生橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)。圖6為本發(fā)明實(shí)施例五提供的壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。與上述圖2A所示實(shí)施例技術(shù)方案不同的是，如圖6所示，本實(shí)施例中，第一電極層21上設(shè)置的4個(gè)電極區(qū)域均為三角形區(qū)域，實(shí)際應(yīng)用中，可在壓電本體1的第一端主平面涂覆電極層，并通過在壓電本體1的第一端主平面上通過相互交叉的兩條對角線分割得到。本實(shí)施例中，壓電本體1上可施加與如圖2A所示相同的驅(qū)動(dòng)電壓，使得壓電本體1的第一電極層21上的第一電極區(qū)域211、第二電極區(qū)域212、第三電極區(qū)域213和第四電極區(qū)域214，可在施加的驅(qū)動(dòng)電壓作用下，激發(fā)產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)，并在兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)合成作用下，整體產(chǎn)生橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，上述第一電極層上設(shè)置的4個(gè)電極區(qū)域除了可以是矩形區(qū)域、梯形區(qū)域、弧形區(qū)域和三角形區(qū)域外，也可為其他形狀，在此并不做特別限制。圖7為本發(fā)明實(shí)施例六提供的壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。與上述圖2A所示實(shí)施例技術(shù)方案不同的是，本實(shí)施例中，第二電極層與第一電極層相同，即也具有4個(gè)電極區(qū)域。具體地，如圖7所示，其中a表示壓電本體1的整體示意圖，b表示壓電本體1前后兩端面的電極層即第一電極層21和第二電極層22的示意圖，第一電極層21和第二電極層22具有相同的結(jié)構(gòu)，即第二電極層22也具有4個(gè)電極區(qū)域，分別為第五電極區(qū)域221、第六電極區(qū)域222、第七電極區(qū)域223和第八電極區(qū)域224。本實(shí)施例中，可將第三電極區(qū)域213、第四電極區(qū)域214、第五電極區(qū)域221和第六電極區(qū)域222電連接在一起，并作為接地電極，將第一電極區(qū)域211、第七電極區(qū)域223電連接在一起，接輸入電壓Vsin ω t，將第二電極區(qū)域212和第八電極區(qū)域2M電連接在一起，接輸入電壓Vcos ω t。這樣，在僅有輸入電壓Vsin ω t時(shí)，壓電本體1可產(chǎn)生如圖2B所示的第一階彎曲振動(dòng)，在僅有輸入電壓或Vcoson時(shí)，壓電本體1可產(chǎn)生如圖2C所示的第一階彎曲振動(dòng)，因此，在施加的兩個(gè)輸入電壓Vsin ω t和或Vcos ω t作用下，壓電本體1整體就可以產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)，并在兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)合成作用下產(chǎn)生橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施例中，第一電極層21上位于各電極區(qū)域中心位置的中心電極區(qū)域215，以及第二電極層22上位于各電極區(qū)域中心位置的第二中心電極區(qū)域225可作為電壓反饋電極。圖8為本發(fā)明實(shí)施例七提供的壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。與上述圖2A所示實(shí)施例技術(shù)方案不同的是，如圖8所示，本實(shí)施例中壓電驅(qū)動(dòng)器可包括多個(gè)層疊設(shè)置的壓電本體1，而且各壓電本體1之間的電極層在電路上為并聯(lián)連接。這樣，在相同的預(yù)設(shè)電壓驅(qū)動(dòng)下，每個(gè)壓電本體1均可產(chǎn)生由兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)合成的橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)，整個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器就可以通過該多個(gè)壓電本體1產(chǎn)生所需要的橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)。其中，圖8中的c表示壓電驅(qū)動(dòng)器的整體結(jié)構(gòu)示意圖，d表示壓電驅(qū)動(dòng)器組裝結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中，如圖8所示，包括4個(gè)層疊的壓電本體，各壓電本體上可具有相同的電極層，具體可與上述圖2A相同，并且對應(yīng)形狀的電極層對合設(shè)置在一起，如其中的第一壓電本體10和第二壓電本體20，具有4個(gè)電極區(qū)域的端面對合設(shè)置，第三電壓本體30和第四電壓本體40也具有相同的設(shè)置方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本實(shí)施例中壓電本體上電極層的結(jié)構(gòu)還可與圖3-圖6相同，其形成的驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓可參考上述圖3-圖6中單個(gè)壓電本體的驅(qū)動(dòng)電壓，只要可使得整個(gè)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)即可。本實(shí)施例中，利用多層壓電體結(jié)構(gòu)可以獲得如下效果(1)在各層壓電本體的厚度不變情況下，可以提高壓電驅(qū)動(dòng)器的輸入功率，從而獲得更大的驅(qū)動(dòng)力；( 在壓電驅(qū)動(dòng)器總厚度不變情況下，多層結(jié)構(gòu)可以有效的降低壓電驅(qū)動(dòng)器的工作電壓。上述圖2A-圖8提供的各壓電驅(qū)動(dòng)器可應(yīng)用在如圖1所示的壓電馬達(dá)中，可在壓電馬達(dá)中驅(qū)動(dòng)電路提供的預(yù)設(shè)驅(qū)動(dòng)電壓下工作，產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)，并在兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)合成下，整體產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)的橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)。最后應(yīng)說明的是以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種壓電驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，包括壓電本體，所述壓電本體為方形板結(jié)構(gòu)，所述壓電本體沿厚度方向極化；所述壓電本體在厚度方向上的第一端主平面設(shè)置有第一電極層，所述壓電本體在厚度方向上的第二端主平面設(shè)置有第二電極層；所述第一電極層包括電隔離設(shè)置的多個(gè)電極區(qū)域，使得施加在各電極層的預(yù)設(shè)驅(qū)動(dòng)電壓作用下，所述壓電驅(qū)動(dòng)器同時(shí)激發(fā)產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)，所述兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)合成產(chǎn)生橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述第一電極層包括4個(gè)電極區(qū)域，相對的2個(gè)電極區(qū)域沿與所述第一端主平面的邊平行的對稱中心線對稱設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述壓電本體整體具有相同的極化方向；或者，所述壓電本體沿厚度方向上，相對的一對電極區(qū)域?qū)?yīng)部分的極化方向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，還包括位于所述4個(gè)電極區(qū)域的中心位置的中心電極區(qū)域，所述中心電極區(qū)域與其他4個(gè)電極區(qū)域電隔離。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述4個(gè)電極區(qū)域均為矩形區(qū)域；或者，所述4個(gè)電極區(qū)域均為弧形區(qū)域；或者，所述4個(gè)電極區(qū)域均為梯形區(qū)域；或者，所述.4個(gè)電極區(qū)域均為三角形區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述壓電驅(qū)動(dòng)器包括多個(gè)層疊設(shè)置的壓電本體；各壓電本體之間也設(shè)置有電極層，且在電路上并聯(lián)連接的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的壓電驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述第二電極層為一體形狀的電極區(qū)域；或者，所述第二電極層與第一電極層具有相同的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述壓電本體的材料為壓電陶瓷材料或壓電單晶材料；或者，所述壓電本體為彈性金屬片與壓電陶瓷片或壓電單晶片組成的復(fù)合板。
9.一種壓電馬達(dá)，其特征在于，包括壓電驅(qū)動(dòng)器和滑動(dòng)組件，所述壓電驅(qū)動(dòng)器為采用權(quán)利要求1-8任一所述的壓電驅(qū)動(dòng)器；所述滑動(dòng)組件包括導(dǎo)軌，以及沿所述導(dǎo)軌滑動(dòng)設(shè)置的滑動(dòng)部件；所述壓電驅(qū)動(dòng)器上設(shè)置有摩擦頭和彈性壓緊部件，所述摩擦頭在所述彈性壓緊部件提供的壓緊力作用下與所述滑動(dòng)部件彈性接觸；所述摩擦頭固設(shè)在所述壓電驅(qū)動(dòng)器的壓電本體上未設(shè)置電極層的側(cè)面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓電馬達(dá)，其特征在于，還包括驅(qū)動(dòng)電路，用于為所述壓電驅(qū)動(dòng)器上的各電極層提供預(yù)設(shè)驅(qū)動(dòng)電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種壓電驅(qū)動(dòng)器及壓電馬達(dá)。該壓電驅(qū)動(dòng)器包括壓電本體，所述壓電本體為方形板結(jié)構(gòu)，所述壓電本體沿厚度方向極化；所述壓電本體在厚度方向上的第一端主平面設(shè)置有第一電極層，所述壓電本體在厚度方向上的第二端主平面設(shè)置有第二電極層；所述第一電極層包括電隔離設(shè)置的多個(gè)電極區(qū)域，使得施加在各電極層的預(yù)設(shè)驅(qū)動(dòng)電壓作用下，所述壓電驅(qū)動(dòng)器同時(shí)激發(fā)產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)，所述兩個(gè)相互正交的第一階彎曲振動(dòng)合成產(chǎn)生橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明提供的壓電驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，可在預(yù)設(shè)驅(qū)動(dòng)電壓下工作于第一階彎曲振動(dòng)模式，可有效減少驅(qū)動(dòng)電路功耗。
文檔編號H02N2/02GK102569637SQ20121001477
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者董蜀湘, 陳治江 申請人:北京大學(xué)