[发明专利]采用剪切工作模式的扭转型精密压电驱动器及其制作方法

说明书

本发明提出了一种采用剪切工作模式的扭转型精密压电驱动器及其制作方法，属于压电驱动领域。解决了现有旋转型精密压电驱动器结构复杂、成本较高和制作繁琐等问题。驱动器为圆柱形或圆环形，由压电陶瓷和通电电极片组成，所述压电陶瓷的极化方向可分为沿驱动器轴向和径向极化两种，每种情况中压电陶瓷又可分为正向极化和负向极化压电陶瓷组。通电电极片施加激励电压后，压电陶瓷产生剪切变形，通过结构设计和适当连接可以输出精准的角位移。驱动器的制作工艺流程包括压电陶瓷和通电电极片的制作以及驱动器的装配，工艺流程可以根据应用场合、加工条件和性能指标等灵活调整，便于批量生产。

技术领域

本发明属于压电驱动技术领域，特别是涉及一种采用剪切工作模式的扭转型精密压电驱动器及其制作方法。

背景技术

伴随着精密超精密加工、精密光学、微电子学、生命科学与技术、精密测量、智能器件等领域的快速发展，对于微纳米级别定位精度的驱动技术要求也越来越高，各研究机构也对该领域进行了广泛而深入的研究。在这些领域，传统的电磁电机很难满足严苛的性能指标要求，而压电驱动器具有结构简单、体积小、精度高、响应快、出力大、能耗低、机电转换系数大、不受电磁干扰等多种优点，因此在众多的驱动方式中崭露头角，成为研究热点之一。

材料科学的发展和加工制造技术的进步促使各种性能优异的压电驱动器相继涌现。纵观已有的研究成果，大部分精密压电驱动器都是输出直线运动，其中应用最为普遍和成熟的就是压电叠堆驱动，但是在许多应用领域中精准的角度定位却是迫切需要的。现有的能够输出旋转运动的精密压电驱动器多数要采用一定的变换机构，这样就带来了结构复杂、成本增加和精度降低的缺点，因此提出一种结构简单紧凑的可以输出旋转运动的精密压电驱动器件及其简单高效的加工制作工艺具有十分重要的意义。

发明内容

本发明为了解决现有的旋转型精密压电驱动器种类单一、结构复杂、成本较高、精度不足和制作工艺繁琐的技术问题，提出一种采用剪切工作模式的扭转型精密压电驱动器及其制作方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种采用剪切工作模式的扭转型精密压电驱动器，它的外形为圆柱形或圆环形；所述驱动器包括m层外形为圆柱形或圆环形的致动单元1，且m层致动单元1采用沿驱动器轴线方向叠拼的方式固定连接组成整体驱动器；每层所述致动单元1包括2n个外形为扇形或扇环形的压电陶瓷2和2n个通电电极片3，其中m为大于0的整数，n为大于1的整数；每层所述致动单元1中的2n个压电陶瓷2沿驱动器周向均布，且相邻两个压电陶瓷2之间固定设有一个通电电极片3；每层所述致动单元1中的2n个压电陶瓷2包括n个沿驱动器轴线方向正向极化的第一压电陶瓷2-1和n个沿驱动器轴线方向负向极化的第二压电陶瓷2-2，且n个正向极化的第一压电陶瓷2-1和n个负向极化的第二压电陶瓷2-2交替布置。

进一步地，所述压电驱动器的通电电极片3上施加激励电压后，压电陶瓷2中产生与极化方向垂直的电场，从而发生沿驱动器周向的剪切变形，驱动器的上下两个底面产生与激励电压成比例的相对角度偏转，进而实现了旋转运动的输出。

本发明还提出一种采用剪切工作模式的扭转型精密压电驱动器，它的外形为圆柱形或圆环形；所述驱动器包括m层外形为圆柱形或圆环形的致动单元1，且m层致动单元1采用沿驱动器径线方向叠拼的方式固定连接组成整体驱动器；每层所述致动单元1包括2n个外形为扇形或扇环形的压电陶瓷2和2n个通电电极片3，其中m为大于0的整数，n为大于1的整数；每层所述致动单元1中的2n个压电陶瓷2沿驱动器周向均布，且相邻两个压电陶瓷2之间固定设有一个通电电极片3；每层所述致动单元1中的2n个压电陶瓷2包括n个沿驱动器径线方向正向极化的第一压电陶瓷2-1和n个沿驱动器径线方向负向极化的第二压电陶瓷2-2，且n个正向极化第一压电陶瓷2-1和n个负向极化的第二压电陶瓷2-2交替布置。

进一步地，所述压电驱动器的通电电极片3上施加激励电压后，压电陶瓷2中产生与极化方向垂直的电场，从而发生沿驱动器周向的剪切变形，驱动器的内外两个柱面产生与激励电压成比例的相对角度偏转，进而实现了旋转运动的输出。