[实用新型]拉伸型叠层压电致动器

说明书

技术领域

本实用新型属于精密驱动元件技术领域，特别涉及一种拉伸型叠层压电致动器。

背景技术

目前，压电致动器主要分为两类：可输出推力的d₃₃型叠层压电致动器和单/双压电晶片压电致动器。d₃₃型叠层压电致动器由许多层尺寸固定的压电薄片组成，压电薄片通常为圆形或方形，利用压电材料的d₃₃效应，在电场作用下产生纵向伸长位移，通过多层压电薄片输出位移的叠加，得到较大的纵向伸长位移，见图1所示。单/双压电晶片致动器是由压电陶瓷和悬臂梁组成的复合结构，通常包括一个长条形金属悬臂梁和一或两个长条形压电晶片，施加电场后，压电晶片可以收缩或伸长，利用悬臂梁的放大效应，在悬臂梁自由端得到较大的致动位移，见图2所示。

但是以上两类压电致动器也有各自的缺点，叠层压电致动器不能直接输出拉伸位移，如果想要输出拉伸位移，需利用杠杆原理，附加其他机械结构实现。而对单/双压电晶片压电致动器，虽然可以输出拉伸位移，但是输出的力非常小，只有几牛左右。而在有些的应用中，比如脆性材料断裂行为原位测试平台中，要求加载装置非常紧凑，这不但要求致动器能够直接输出拉力，还要求输出的力足够大，在这种情况下，以上两类致动器均不适用。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型利用压电材料d₃₁效应，提供了一种可以直接输出拉伸致动、且可输出较大拉力的拉伸型叠层压电致动器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一、一种压电元件，其是由第一压电单元和第二压电单元在厚度方向交替层叠组成的叠层结构体，压电元件最外侧的两压电单元同时为第一压电单元或第二压电单元，叠层结构体中第一压电单元和第二压电单元的总数不小于2；第一压电单元的上表面和下表面分别带有第一内部电极和第二内部电极，第二压电单元的上表面和下表面分别带有第二内部电极和第一内部电极；第一压电单元和第二压电单元呈长条状，尺寸均为a×b×c，其中，a:b:c＝(50～100)：(5～10)：1，c不大于2mm。

二、一种利用上述压电元件的拉伸型叠层压电致动器，包括压电元件、绝缘件、连接件、驱动电源和控制单元，所述的压电元件是由第一压电单元和第二压电单元在厚度方向交替层叠组成的叠层结构体，压电元件最外侧的两压电单元同时为第一压电单元或第二压电单元，叠层结构体中第一压电单元和第二压电单元的总数不小于2；第一压电单元的上表面和下表面分别带有第一内部电极和第二内部电极，第二压电单元的上表面和下表面分别带有第二内部电极和第一内部电极；第一压电单元和第二压电单元呈长条状，尺寸均为a×b×c，其中，a:b:c＝(50～100)：(5～10)：1，c不大于2mm；

所有的第一内部电极均引出到第一导电件，所有的第二内部电极均引出到第二导电件，驱动电源通过第一导电件和第二导电件分别向第一内部电极和第二内部电极施加驱动电压；

两连接件分别设于压电元件两端，用来将压电元件与工作装置或力传感器连接；连接件和压电元件间设有绝缘件，用来对连接件进行绝缘保护。

进一步的，内部电极不完全覆盖压电单元的长度方向，同时，内部电极完全或部分覆盖压电单元的宽度方向；这里，内部电极为第一内部电极或第二内部电极，压电单元为第一压电单元或第二压电单元；其中，第一压电单元上表面上，电极区域位于非电极区域的第一侧；其下表面上，电极区域位于非电极区域的第二侧；第二压电单元下表面上，电极区域位于非电极区域的第一侧；其上表面上，电极区域位于非电极区域的第二侧。这里，第一侧和第二侧为相对侧。

进一步的，第一导电件和第二导电件分别设于压电元件两端面。

进一步的，连接件为U型连接件。

进一步的，连接件的材料是铝合金。

进一步的，压电单元的材料是组分在准同型相界附近的PZT压电陶瓷。

进一步的，第一导电件和第二导电件均为铜片。

进一步的，绝缘片的材料是氧化铝陶瓷。

进一步的，连接件的材料是铝合金。

本实用新型中，压电元件在长度方向的尺寸远大于厚度和宽度方向的尺寸，用来输出拉伸致动位移。连接件一端连接压电元件，另一端设有螺纹开口用来连接工作装置或力传感器。绝缘件用来提供绝缘保护，防止高压击穿造成破坏。驱动电源用来给压电元件提供高压电场，控制单元用来对驱动电源进行控制。

本实用新型具有如下优点和有益效果：