CN118157512A - 分区结构的多层压电陶瓷驱动器 - Google Patents

Abstract

本申请是关于一种分区结构的多层压电陶瓷驱动器，设有多层压电陶瓷片，包括：表面电极、多层内电极，内电极设于表面电极下侧；内电极分成多个区域电极，区域电极中间设有绝缘带隔离；内电极设有奇数层电极和偶数层电极，奇数层电极与偶数层电极相互交错堆叠；多层奇数层电极相互连接后与表面电极连通，多层偶数层电极相互连接后与表面电极连通；通过对分区的区域电极施加驱动信号实现分区振动。该种多层压电陶瓷驱动器设有分区结构，针对不同的区域施加驱动电压，通过施加电压的多种组合，实现多模态的振动模式，同一个多层压电陶瓷驱动器能够实现多个多层压电陶瓷驱动器组合一起才能实现的功能，便于小型化和多样化的发展。

Description

分区结构的多层压电陶瓷驱动器

技术领域

本申请涉及压电陶瓷的技术领域，尤其涉及一种分区结构的多层压电陶瓷驱动器。

背景技术

相关技术中，压电陶瓷材料是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，压电驱动器正是利用压电陶瓷材料的逆压电效应，将电能转变为机械形变，实现位移控制或者输出推力。由于压电驱动器具有的响应速度快、输出力矩大、线性度高等优点，在电子、驱动、医疗等领域得到了广泛应用。随着微电子技术的快速发展，以及对产品性能的进一步提高，单层压电驱动器已无法满足目前相关应用的使用需求，多层压电陶瓷驱动器应运而生。多层压电陶瓷驱动器利用压电陶瓷片叠堆结构，并且经过电路设计，实现机械串联、电路并联的结构，可以在较低的工作电压下具有更精确的线性位移重复性与更大的位移量等特点。

多层压电陶瓷驱动器通过增加压电陶瓷层叠数量与减小单层厚度，能够实现低电压、大位移驱动的目的。现有的多层压电陶瓷驱动器只能施加单一的电压进行驱动，产生的振动模式比较单一，需要多块多层压电陶瓷驱动器组合才能实现多模态振动。现有的多层压电陶瓷驱动器振动模态单一，不能实现复杂的振动，不利于小型化和多样化的发展。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种分区结构的多层压电陶瓷驱动器，该多层压电陶瓷驱动器设有分区，可以是施加不同的电压驱动，实现多模态的振动，利于多层压电陶瓷驱动器的小型化和多样化的发展。

本申请提供一种分区结构的多层压电陶瓷驱动器，设有多层压电陶瓷片，包括：表面电极、多层内电极，所述内电极设于所述表面电极下侧；所述内电极分成多个区域电极，所述区域电极中间设有绝缘带隔离；所述内电极设有奇数层电极和偶数层电极，所述奇数层电极与所述偶数层电极相互交错堆叠；多层所述奇数层电极相互连接后与所述表面电极连通，多层所述偶数层电极相互连接后与所述表面电极连通；通过对分区的所述区域电极施加驱动信号实现分区振动。

优选地，所述压电陶瓷片的长边尺寸为L1，短边尺寸为L2，其中L1＞L2，在长边上引出侧电极。

优选地，当在长边引出侧电极时：L1＞2*(L3+L4)或L2＜2*(L3+L4)；其中L3为长边引出侧电极的宽度，L4为长边引出侧电极的间距。

优选地，所述表面电极的排列方式需要满足条件：a、b，其中，a＝L1-(4*L3)+(3*L4)，b＝L2-(2*L3)+L4。

优选地，当所述表面电极采用一字排列方式时，a≥0。

优选地，当所述表面电极采用矩形排列方式时，b≥0。

优选地，若a≥0和b≥0，则当a＞b时，所述表面电极采用一字排列方式；当a＜b时，所述表面电极采用矩形排列方式。

优选地，所述多层压电陶瓷片的单层压电陶瓷片的厚度为10um～100um，所述多层压电陶瓷片的层数为4～100层；所述多层压电陶瓷片的材料采用PZT-4或PZT-5或PZT-8材料中的一种或多种。

优选地，所述内电极采用的材料是Ag或Cu或Ni或Ag-Pd合金，所述内电极采用的厚度为1um～10um_。

优选地，所述表面电极采用的材料是Ag或Cu或Ni或Au，所述表面电极采用的厚度为1um～10um。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：该种多层压电陶瓷驱动器设有分区结构，针对不同的区域施加不同或者相同的电压，通过施加电压的多种组合，实现多模态的振动模式，同一个多层压电陶瓷驱动器能够实现多个多层压电陶瓷驱动器组合一起才能实现的功能，便于多层压电陶瓷驱动器的小型化和多样化的发展。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是本申请实施例示出的分区结构的多层压电陶瓷驱动器的主视视角的示意图；

图2是图1的主视切面图；

图3是本申请实施例示出的分区结构的多层压电陶瓷驱动器的俯视视角的示意图；

图4是本申请实施例示出的分区结构的多层压电陶瓷驱动器的左视视角的切面图；

图5是本申请实施例示出的分区结构的多层压电陶瓷驱动器的奇数层内电极的示意图；

图6是本申请实施例示出的分区结构的多层压电陶瓷驱动器的偶数层内电极的示意图；

图7是本申请实施例示出的分区结构的多层压电陶瓷驱动器的驱动连接的示意图与不分区结构的多层压电陶瓷驱动器的驱动连接的示意图；

图8是本申请实施例示出的分区结构的多层压电陶瓷驱动器的长边引出侧电极的示意图和分区结构的多层压电陶瓷驱动器的短边引出侧电极的示意图；

图9是本申请实施例示出的分区结构的多层压电陶瓷驱动器的表面电极按一字排列方式的示意图；

图10是本申请实施例示出的分区结构的多层压电陶瓷驱动器的表面电极按矩形排列方式的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的优选实施方式。虽然附图中显示了本申请的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以下结合附图详细描述本申请实施例的技术方案。

参见图1至图3，本发明提供一种分区结构的多层压电陶瓷驱动器，设有多层的压电陶瓷片组成的陶瓷主体，包含表面电极、内电极，所述内电极设于表面电极下侧。所述内电极分成多个区域电极，所述区域电极中间设有绝缘带隔离，本实施例中，如图4至图6所示，所述内电极分成两个区域电极，第一区域电极和第二区域电极，中间以绝缘带隔离。所述内电极设有奇数层电极和偶数层电极，所述奇数层电极与所述偶数层电极相互交错堆叠。多层所述奇数层电极相互连接后与所述表面电极连通，多层所述偶数层电极相互连接后与所述表面电极连通。通过对分区的所述区域电极施加驱动信号实现多模态振动。

在本实施例中，如图7所示，可以对两个区域电极即第一区域电极和第二区域电极施加相同或者不同的驱动信号，可以实现比普通压电陶瓷更加复杂的振动模态。比如对第一区域电极施加第一种驱动信号，对第二区域电极施加第二种驱动信号，使得该多层压电陶瓷驱动器能够实现多个不同的振动模态，使用一个该种多层压电陶瓷驱动器就能够实现两个普通压电陶瓷驱动器才能实现的振动模态，使得该种多层压电陶瓷驱动器更加多样化和小型化。

该种多层压电陶瓷驱动器是在一个陶瓷上有两个独立的电极区域即第一区域电极和第二区域电极，如图5和图7所示，可以在分别在第一区域电极和第二区域电极施加独立的激励电压A和B进行驱动，通过A和B不同的组合方式，可以实现不同模式的振动，实现更加复杂的振动模态。而不分区压电陶瓷驱动器即普通的多层压电陶瓷驱动器，只能施加单一的电压，振动模式比较单一，需要两块不分区的压电陶瓷驱动器组合才能实现一块分区结构的多层压电陶瓷驱动器的功能。在某些应用领域，分区结构的多层压电陶瓷驱动器可以实现两块不分区的压电陶瓷驱动器才能实现的功能，可以简化结构设计，有利于器件的小型化。如图4和图7所示，从左视切面图中可以清楚的看出该种多层压电陶瓷驱动器被分成两个独立的电极区域，产生互不干扰的独立振动，经过施加不同组合方式的激励电压进行驱动，产生多样的振动模态，形成复杂的振动模式。

具体地，如图2至图6所示，该压电陶瓷主要由陶瓷主体(1)，各层分区内电极(2)(3)(4)(5)，长边侧电极(6)(7)(8)(9)，表面电极(10)(11)(12)(13)组成_；奇数层电极(2)(3)通过侧电极(6)(7)和表面电极(10)(11)相连；偶数层电极(4)(5)通过侧电极(8)(9)和表面电极(12)(13)相连。

如图3至5所示，奇数层内电极设有陶瓷主体(1)，陶瓷主体(1)1上分成两个独立的区域电极(2)(3)，中间以绝缘带间隔，从两边长边上分别引出侧电极(6)(7)。如图3所示，陶瓷主体1表面上表面电极上(10)(11)(12)(13)，从两边长边上分别引出侧电极(6)(7)分别与表面电极(10)(11)连接。如图6所示，偶数层内电极设有陶瓷主体(1)，陶瓷主体(1)上分成两个独立的区域电极(4)(5)，中间以绝缘带间隔，从两边长边上分别引出侧电极(8)(9)，从两边长边上分别引出侧电极(8)(9)分别与表面电极(12)(13)连接。

如图2所示，从主视切面图看，奇数层内电极与偶数层内电极交错堆叠，相邻两片所述压电陶瓷片的极化方向相反，各电极层和压电陶瓷片层之间均可通过粘结或者煅烧交替叠积制作。本实施例中，各压电陶瓷层的大小、厚度一致，电极的大小、厚度一致，在其他实施例中，可以根据实际情况进行变化。如图1所示，陶瓷主体1的侧边上设有侧电极(6)(8)，另一侧边上设有侧电极(7)(9)。

在本申请的另一实施例中，陶瓷主体由单层陶瓷一层层堆叠而成，单层陶瓷厚度为10um～100um，陶瓷层数为4～100层；陶瓷材料可以是PZT-4，PZT-5，PZT-8材料中的一种或多种，陶瓷材料和厚度根据具体需求选择。例如，单层陶瓷厚度30um，陶瓷层数12层，陶瓷材料为PZT-5材料。内电极材料可以是Ag，Cu，Ni或者Ag-Pd合金，内电极厚度1um～10um，本例中内电极为Ag-Pd合金，厚度2.5um。表面电极材料可以是Ag，Cu，Ni，Au，表面电极厚度为1～10um。

优选地，如图8所示，所述压电陶瓷片的长边尺寸为L1，短边尺寸为L2，L3为长边引出电极宽度，L4为长边引出电极间距。所述压电陶瓷片的长边尺寸为L1，短边尺寸为L2，其中L1＞L2，在长边上引出侧电极。通过在长边引出侧电极，比从通过短边引出侧电极简化了电极成型工艺，并能实现更小的陶瓷尺寸。L3为长边引出电极宽度，L4为长边引出电极间距，当在长边引出侧电极时，L1＞2*(L3+L4)或L2＜2*(L3+L4)。而L5为短边引出电极宽度，L6为短边引出电极间距。因为L1＞L2，所以L3+L4＞L5+L6，所以长边引出侧电极方式，侧电极宽度和侧电极间距可以做得更大，方便电极成型，特别对于长宽比大的长条陶瓷，此种方式更有优势。在短边引出侧电极，需要满足条件L1＞L2≥2*(L3+L4)；而在长边引出侧电极，满足L1＞2*(L3+L4)即可，即使L2＜2*(L3+L4)也能实现，可以做出宽度(L2)更小的陶瓷，有利于小型化。

优选地，如图9和图10所示，所述表面电极的排列方式需要满足条件a、b，便于小型化的设计，同时性能稳定，其中a＝L1-(4*L3)+(3*L4)，b＝L2-(2*L3)+L4。当所述表面电极采用一字排列方式时，a≥0。所述表面电极采用矩形排列方式时，必须满足b≥0。若a≥0和b≥0，则当a＞b时，所述表面电极采用一字排列方式；当a＜b时，所述表面电极采用矩形排列方式。如图9所示，表面电极为一字排列，长边尺寸为L1，电极宽度为L3，电极之间的间距为L4，该种电极的排列方式不会相关干扰，同时满足小型化设计的要求。如图10所示，表面电极为矩形排列，短边尺寸为L2，电极宽度为L3，电极之间的间距为L4，该种电极的排列方式不会相关干扰，同时满足小型化设计的要求。

本实施例中，陶瓷长度L1＝6mm，宽度L2＝0.8mm，表面电极宽度L3≥0.5mm，表面电极间距L4≥0.5mm。a＝L1-(4*L3)+(3*L4)＝2.5mm，b＝L2-(2*L3)+L4，所以表面电极选择一字排列方式。

本申请为一种分区结构的多层压电陶瓷驱动器，该种多层压电陶瓷驱动器设有分区，针对不同的区域施加不同或者相同的电压，通过施加电压的多种组合，实现多模态的振动模式，同一个多层压电陶瓷驱动器能够实现多个多层压电陶瓷驱动器组合一起才能实现的功能，便于多层压电陶瓷驱动器的小型化和多样化的发展。同时通过从长边引出侧电极，使得电极容易成型，同时能制作宽度更小的压电陶瓷，有利于小型化发展。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种分区结构的多层压电陶瓷驱动器，设有多层压电陶瓷片，其特征在于，包括：

表面电极、多层内电极，所述内电极设于所述表面电极下侧；

所述内电极分成多个区域电极，所述区域电极中间设有绝缘带隔离；

所述内电极设有奇数层电极和偶数层电极，所述奇数层电极与所述偶数层电极相互交错堆叠；多层所述奇数层电极相互连接后与所述表面电极连通，多层所述偶数层电极相互连接后与所述表面电极连通；通过对分区的所述区域电极施加驱动信号实现振动。

2.根据权利要求1所述的分区结构的多层压电陶瓷驱动器，其特征在于：所述压电陶瓷片的长边尺寸为L1，短边尺寸为L2，其中L1＞L2，在长边上引出侧电极。

3.根据权利要求2所述的分区结构的多层压电陶瓷驱动器，其特征在于：当在长边引出侧电极时：L1＞2*(L3+L4)或L2＜2*(L3+L4)；其中

L3为长边引出侧电极的宽度，L4为长边引出侧电极的间距。

4.根据权利要求3所述的分区结构的多层压电陶瓷驱动器，其特征在于：所述表面电极的排列方式需要满足条件：a、b，其中，a＝L1-(4*L3)+(3*L4)，b＝L2-(2*L3)+L4。

5.根据权利要求4所述的分区结构的多层压电陶瓷驱动器，其特征在于：当所述表面电极采用一字排列方式时，a≥0。

6.根据权利要求4所述的分区结构的多层压电陶瓷驱动器，其特征在于：当所述表面电极采用矩形排列方式时，b≥0。

7.根据权利要求4所述的分区结构的多层压电陶瓷驱动器，其特征在于：若a≥0和b≥0，则当a＞b时，所述表面电极采用一字排列方式；当a＜b时，所述表面电极采用矩形排列方式。

8.根据权利要求1所述的分区结构的多层压电陶瓷驱动器，其特征在于：所述多层压电陶瓷片的单层压电陶瓷片的厚度为10um～100um，所述多层压电陶瓷片的层数为4～100层；所述多层压电陶瓷片的材料采用PZT-4或PZT-5或PZT-8材料中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的分区结构的多层压电陶瓷驱动器，其特征在于：所述内电极采用的材料是Ag或Cu或Ni或Ag-Pd合金，所述内电极采用的厚度为1um～10um_。

10.根据权利要求1所述的分区结构的多层压电陶瓷驱动器，其特征在于：所述表面电极采用的材料是Ag或Cu或Ni或Au，所述表面电极采用的厚度为1um～10um。