CN102185096A

CN102185096A - 压电驱动器及直线压电马达

Info

Publication number: CN102185096A
Application number: CN2011100843653A
Authority: CN
Inventors: 董蜀湘; 李晓天
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2011-04-02
Filing date: 2011-04-02
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2031-04-02
Also published as: CN102185096B

Abstract

本发明公开了一种压电驱动器及直线压电马达。该压电驱动器包括叠加在一起的至少两个压电片，各压电片分别具有设定的极化分布方向，且各压电片的表面设置有与压电片极化分布方向配合设置的第一驱动电极组和第二驱动电极组，以便在施加在所述第一驱动电极组和第二驱动电极组的预设特征频率驱动电压作用下，各压电片产生相同频率的振动变形，从而在各压电片合成振动变形下使所述压电驱动器整体产生一阶弯曲振动模式下的驻波谐振动或行波运动。本发明提供的压电驱动器结构简单，实用方便，可有效降低压电驱动器的驱动电压，提高驱动力。

Description

压电驱动器及直线压电马达

技术领域

本发明涉及压电马达技术，尤其涉及一种压电驱动器及直线压电马达。

背景技术

压电马达是一种微型电机，其具有响应速度快、位移分辨率高的优点，可适用于微型或超微型机械中微纳米定位及驱动，例如微型或超微型数码相机镜头的聚焦或变焦驱动等，由于压电马达结构紧凑、尺寸小，因此，如何提高压电马达制作的便利性、压电马达的控制性能以及压电马达的驱动能力非常重要。

压电马达主要包括压电驱动器和运动部件，压电驱动器是提供驱动力的关键部件，压电马达就是依靠压电驱动器的特定运动来带动运动部件运动，其中，压电驱动器的运动方式主要是呼啦圈式的行波运动，以及驻波谐振动，从而可利用压电驱动器的呼啦圈式的行波运动或驻波谐波振动带动运动部件运动，例如美国专利US6940209公开了一种工作时作呼啦圈式行波运动的压电驱动器，以及美国专利US7501745B2公开了一种工作在第一阶纵振模式和第二阶弯曲振动模式，作椭圆轨迹运动的压电陶瓷驱动器，这些压电驱动器要么本身制作困难、组装的马达结构复杂，要么驱动电压过高，不易进行驱动控制和微型化。为简化压电马达的结构，减少马达尺寸，发明人在发明名称为《一种微型压电单晶直线电机》、申请号为201010199085.2中国发明专利申请中提出了一种压电单晶驱动器，该压电单晶驱动器由单个方柱状结构的压电单晶构成，在压电单晶上设置4个沿轴向排布的电极，通过在4个电极上施加设定的驱动电压，可使得压电单晶驱动器产生驻波谐振动或行波振动，从而通过摩擦球驱动滑动块沿直线运动，该压电单晶驱动器可工作在第一阶弯曲振动模式，具有较低的谐振频率。

但是，现有采用单个压电单晶构成的压电单晶驱动器，结构虽然简单，但是其要达到所需的振动时，所需要的驱动电压相对较大，低电压驱动时驱动力较小。

发明内容

本发明提供一种压电驱动器及直线压电马达，可有效克服现有压电陶瓷或压电单晶驱动器存在的问题，减少驱动电压，提高驱动力。

本发明提供一种压电驱动器，包括叠加在一起的至少两个压电片，各压电片分别具有设定的极化分布方向，且各压电片的表面设置有与压电片极化分布方向配合设置的第一驱动电极组和第二驱动电极组，以便在施加在所述第一驱动电极组和第二驱动电极组的预设特征频率驱动电压作用下，各压电片产生相同频率的振动变形，从而在各压电片的合成振动变形下使所述压电驱动器整体产生一阶弯曲振动模式下的驻波谐振动或行波运动。

其中，各压电片均为矩形压电片；

所述压电驱动器上各压电片均沿厚度方向极化，所述的厚度方向为与压电片的叠加方向相同。

上述的压电驱动器中，所述第一驱动电极组和第二驱动电极组沿所述压电驱动器的对角线设置，以便所述压电驱动器在施加在所述第一驱动电极组或第二驱动电极组上的预设特征频率的第一预设驱动电压作用下，通过各压电片的叠加运动产生沿对角线方向的一阶弯曲振动模式下的驻波谐振动，或者，在施加在所述第一驱动电极组的预设特征频率的第一预设驱动电压，以及施加在所述第二驱动电极组上相同预设特征频率的第二预设驱动电压共同作用下，通过各压电片的合成运动产生一阶弯曲振动模式下的呼啦圈式的行波运动。具体地，所述压电驱动器包括第一压电片和第二压电片，且所述第一压电片和第二压电片具有相同的极化方向；

所述第一压电片和第二压电片相互叠加的表面具有公共驱动电极；所述第一压电片和第二压电片沿叠加方向的两个外表面上，分别设置有间隔设置的两个驱动电极，从而在所述压电驱动器的两个对角线方向分别形成第一驱动电极组和第二驱动电极组。

此外，上述的压电驱动器还可包括：沿压电片叠加方向设置的第一压电片组和第二压电片组，且所述第一驱动电极组和第二驱动电极组沿压电片叠加方向设置，以便所述第一压电片组在施加在所述第一驱动电极组上的预设特征频率的第一预设驱动电压作用下，产生沿宽度方向的弯曲变形，所述第二压电片组在施加在所述第二驱动电极组上的预设特征频率的第二预设驱动电压作用下，产生沿厚度方向的弯曲变形，从而使所述压电驱动器整体通过运动叠加产生一阶弯曲振动模式下的呼啦圈式的行波运动。或者，上述的压电驱动器也可包括：沿压电片叠加方向依次设置的第一压电片组和第二压电片组，且所述第一驱动电极组和第二驱动电极组沿压电片叠加方向设置，以便所述第一压电片组和第二压电片组在所述第一驱动电极组上的预设特征频率的第一预设驱动电压作用下，产生厚度方向的弯曲变形，所述第二压电片组在施加在所述第二驱动电极组上的预设特征频率的第二预设驱动电压作用下，产生宽度方向的弯曲变形，从而使所述压电驱动器整体通过运动叠加产生一阶弯曲振动模式下的呼啦圈式的行波运动。

上述的压电驱动器中，所述压电片为压电陶瓷元件或压电单晶元件；或者，

所述压电片包括有弹性金属的复合压电元件。

本发明提供一种直线压电马达，包括滑动组件，以及上述本发明提供的压电驱动器，其中，所述滑动组件包括导轨和沿所述导轨直线运动的滑动部件；所述压电驱动器上设置有摩擦球和弹性压紧部件，所述摩擦球在所述弹性压紧部件提供的压紧力作用下与所述滑动部件弹性接触；所述摩擦球在所述压电驱动器的驻波谐振动或行波运动作用下驱动所述滑动部件直线运动。

上述的直线压电马达还包括驱动电源，所述驱动电源用于为所述压电驱动器提供预设特征频率的驱动电压，使所述压电驱动器整体激发产生一阶弯曲模式的振动变形。具体地，所述驱动电源用于为所述压电驱动器提供预设特征频率的第一驱动电压和第二驱动电压；且第一和第二驱动电压之间具有π/2或90°相位差。

本发明提供的压电驱动器及直线压电马达，通过采用多层压电片叠加的方式，可通过各压电片的振动变形叠加使压电驱动器整体产生驻波谐振动或行波运动，进而可带动直线压电马达上的滑动块做直线运动，由于多层结构可以有效减少各压电片的厚度尺寸，因此，可有效减少压电驱动器的驱动电压；另外，通过利用各压电片的厚度极化取代一个单个压电棒的表面极化，，还可有效提高压电驱动器的驱动力；同时，本发明技术方案压电驱动器结构简单，制作和控制方便，具有较好的实用效果。

附图说明

图1为本发明直线压电马达的结构示意图；

图2A为本发明压电驱动器实施例一的立体结构示意图；

图2B为本发明压电驱动器实施例一的主视图；

图3A为本发明压电驱动器实施例一驻波驱动方式下施加第一预设驱动电压产生沿A-A方向驻波谐振动的结构示意图；

图3B为本发明压电驱动器实施例一产生沿A-A方向驻波谐振动时的运动结构示意图；

图4A为本发明压电驱动器实施例一驻波驱动方式下施加第一预设驱动电压产生沿B-B方向驻波谐振动的结构示意图；

图4B为本发明压电驱动器实施例一产生沿B-B方向驻波谐振动时的运动结构示意图；

图5A为本发明压电驱动器实施例一行波驱动方式下施加第二预设驱动电压产生行波运动的结构示意图；

图5B为本发明压电驱动器实施例一产生行波运动的运动结构示意图；

图6为本发明压电驱动器实施例二的结构示意图；

图7A为本发明压电驱动器实施例三的结构示意图；

图7B为本发明压电驱动器实施例三产生沿宽度方向的弯曲振动的运动结构示意图；

图7C为本发明压电驱动器实施例三产生沿厚度方向的弯曲振动的运动结构示意图；

图8为本发明压电驱动器实施例四的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的压电驱动器包括叠加在一起的至少两个压电片，各压电片分别具有设定的极化分布方向，且各压电片的表面设置有与压电片极化分布方向配合设置的第一驱动电极组和第二驱动电极组，以便在施加在第一驱动电极组和第二驱动电极组的预设特征频率驱动电压作用下，各压电片产生相同频率的振动变形，从而在各压电片的合成振动变形下使压电驱动器整体产生一阶弯曲振动模式下的驻波谐振动或行波运动，其中，所述的特征频率是指压电驱动器在产生一个本征振动特定模式的谐振频率；所述的本征振动特定模式是指压电驱动器在一阶弯曲振动模式下的驻波振动模态或“呼啦圈”式行波模态。本发明实施例通过采用多个压电片叠加，并在各压电表面设置与压电片极化分布方向配合的驱动电极，形成第一驱动电极组和第二驱动电极组，从而使得各压电片可在施加的预设特征频率驱动电压作用下产生特定频率和模态的振动变形，进而使得压电驱动器整体通过各压电片合成振动变形和运动叠加后，产生一阶弯曲振动模式下的驻波谐振动或行波运动，从而可通过压电驱动器的运动，带动直线压电马达上滑动块做直线运动。

图1为本发明直线压电马达的结构示意图。如图1所示，直线马达包括：滑动组件10和压电驱动器20，其中，滑动组件10包括导轨101和沿导轨101直线运动的滑动部件102；压电驱动器20上设置有摩擦球30和弹性压紧部件40，摩擦球30在弹性压紧部件40提供的压紧力作用下与滑动部件102弹性接触；摩擦球30在压电驱动器20的驻波谐振动或行波运动作用下驱动滑动部件102沿导轨作直线运动。本发明实施例提供的压电驱动器即可作为图1中所示的压电驱动器，用于产生驻波谐振动或行波运动，以通过带动摩擦球30随其一起运动，迫使滑动部件102沿导轨101作直线运动，其中这里所说的滑动部件102即为滑动块。

下面将根据压电驱动器的工作模式的不同，对本发明压电驱动器进行详细的说明。

工作模式一：压电片产生沿对角线方向的振动变形工作模式

该工作模式一中，可使压电驱动器产生沿对角线方向的振动变形，其中，第一驱动电极组和第二驱动电极组沿压电驱动器的对角线设置，以便压电驱动器在施加在第一驱动电极组或第二驱动电极组上的预设特征频率的第一预设驱动电压作用下，通过各压电片的合成运动产生沿对角线方向的一阶弯曲振动模式下的驻波谐振动，或者，在施加在第一驱动电极组的预设特征频率的第一预设驱动电压，以及施加在第二驱动电极组上的相同预设特征频率的第二预设驱动电压共同作用下，通过各压电片的叠加运动产生一阶弯曲振动模式下的呼啦圈式的行波运动。本领域技术人员可以理解的是，本实施例中所述的第一驱动电极组和第二驱动电极组沿压电驱动器的对角线设置，并非特指几何形状上的对角线设置，而是在压电驱动器的对角线方向上，可将设置在各压电片上的驱动电极划分成两组，以便通过对该两组驱动电极组施加预设驱动电压，使压电驱动器产生沿对角线方向的驻波谐振动或呼啦圈式行波运动。

图2A为本发明压电驱动器实施例一的立体结构示意图；图2B为本发明压电驱动器实施例一的主视图。如图2A和图2B所示，压电驱动器包括：压电片11和压电片12，且压电片11和压电片12具有相同的极化分布方向，其中压电片的极化分布方向请参见图中所示的箭头方向；压电片11和压电片12相互叠加的表面具有公共驱动电极13；压电片11和压电片12沿叠加方向的两个外表面上，分别设置有间隔设置的两个驱动电极，从而可在压电驱动器的两个对角线方向分别形成第一驱动电极组和第二驱动电极组。

如图2A和图2B所示，上述位于上方的压电片11的上表面设置有驱动电极111和驱动电极112；压电片12的下表面设置有驱动电极121和驱动电极122；在压电驱动器的对角线A-A方向形成包括驱动电极111、驱动电极121和公共驱动电极13的第一驱动电极组，在压电驱动器的对角线B-B方向形成包括驱动电极112、驱动电极122和公共驱动电极13的第二驱动电极组。

本实施例中，各压电片均为矩形压电片，且各压电片均沿厚度方向极化，其中的厚度方向即压电片的叠加方向。具体地，如图2A和图2B所示，上述的压电片11和压电片12均为矩形压电片，压电片11和压电片12之间可通过环氧树脂粘结或银电极共烧方法构成双层复合矩形柱状结构，其中，所述的压电片具体可以是压电陶瓷片或压电单晶片，或者，压电片也可以是其它具有弹性金属的复合压电元件，本发明实施例对此并不做特别限制。

本实施例压电驱动器可在驻波驱动方式下产生沿对角线方向的驻波谐振动，或者在行波驱动方式下产生呼啦圈式的行波运动。下面将以不同的驱动方式对本实施例压电驱动器的工作情况进行说明。

1、驻波驱动方式

这里所述的驻波驱动方式是指通过在压电驱动器的第一驱动电极组或第二驱动电极组施加预设特征频率的第一预设驱动电压，以使得压电驱动器可产生沿对角线A-A方向的一阶弯曲振动模式下的驻波谐振动，或沿对角线B-B方向的一阶弯曲振动模式下的驻波谐振动。

图3A为本发明压电驱动器实施例一驻波驱动方式下施加第一预设驱动电压产生沿A-A方向驻波谐振动的结构示意图；图3B为本发明压电驱动器实施例一产生沿A-A方向驻波谐振动时的运动结构示意图。如图3A和图3B所示，第一驱动电极组，即驱动电极111和驱动电极121接第一预设驱动电压Vsinωt，公共驱动电极13接地时，可在对角线A-A方向产生谐波振动，该A-A方向的谐波振动可通过直线压电马达上的摩擦球拨动滑动块做向右方向的直线运动。具体地，当一个适当工作频率的交流信号电压Vsinωt施加到压电片11和压电片12上一对交叉的驱动电极111和驱动电极121时，由于逆压电效应，压电片11部分沿轴向伸长，同时压电片12部分沿轴向缩短，从而导致压电驱动器整体产生一个沿A-A方向的弯曲，当交流信号电压的频率为一阶弯曲振动频率时，压电片的本征振动被激发，迫使压电驱动器产生沿对角线A-A方向的B_1，d1模式一阶弯曲谐振动，一旦B_1，d1模式被激发，压电驱动器就会通过直线压电马达上的摩擦球拨动滑动块做向右方向的直线运动。

图4A为本发明压电驱动器实施例一驻波驱动方式下施加第一预设驱动电压产生沿B-B方向驻波谐振动的结构示意图；图4B为本发明压电驱动器实施例一产生沿B-B方向驻波谐振动时的运动结构示意图。如图4A和图4B所示，当第二驱动电极组，即驱动电极112和驱动电极122接第一预设驱动电压Vsinωt，公共驱动电极13接地时，可在对角线B-B方向产生谐波振动，该B-B方向的谐波振动可通过直线压电马达上的摩擦球拨动滑动块做向左方向的直线运动，具体地，当交流信号电压Vsinωt施加到压电片11和压电片12上另一对交叉的驱动电极112和驱动电极122时，导致压电驱动器产生一个沿B-B方向的B_1，d2模式一阶弯曲谐振动，压电驱动器可在该振动下通过直线压电马达上的摩擦球拨动滑动块做向左方向的直线运动。

以上可以看出，通过在压电驱动器的第一驱动电极组或第二驱动电极组施加预设的驱动电压，即可使得各电压片产生振动变形，进而使得压电驱动器整体可通过各压电片的运动合成，产生沿对角线方向的驻波谐振动，该产生的沿对角线方向的驻波谐振动可带动直线压电马达上的滑动块做直线运动。

2、行波驱动方式

图5A为本发明压电驱动器实施例一行波驱动方式下施加第二预设驱动电压产生行波运动的结构示意图；图5B为本发明压电驱动器实施例一产生行波运动的运动结构示意图。如图5A和图5B所示，第一驱动电极组和第二驱动电极组分别接预设特征频率的第一预设驱动电压和第二预设驱动电压，即驱动电极111和驱动电极121接电压Vsinωt，驱动电极112和驱动电极122接电压Vcosωt，公共驱动电极13接地时，压电驱动器整体可产生呼啦圈式的行波运动。具体地，压电驱动器上的第一驱动电极组，即驱动电极111和驱动电极121施加交流电压Vsinωt，第二驱动电极组，即驱动电极112和驱动电极122施加电压Vcosωt时，由于施加在第一驱动电极组和第二驱动电极组上的电压具有π/2的相位差，因此压电驱动器在对角线方向A-A和B-B方向就会产生π/2的相位差的一阶弯曲振动，该两个对角线方向的一阶弯曲振动经过运动叠加后，就会形成一个做旋转运动的呼啦圈式的行波运动，压电驱动器在行波运动下，就可以带动直线压电马达上的摩擦球做椭圆轨迹运动，进而驱动直线压电马达上的滑动块做直线运动。本领域技术人员容易理解，通过控制施加在第一驱动电极组和第二驱动电极组上的电压，就可以控制压电驱动器整体做沿顺时针方向或逆时针方向的呼啦圈式的行波运动，进而驱动直线压电马达上的滑动块做向左或向右方向的直线运动。

综上可以看出，本发明实施例压电驱动器通过采用双层压电片叠加的方式，可通过各压电片的合成振动变形使压电驱动器整体产生驻波谐振动或行波运动，进而可带动直线压电马达上的滑动块做直线运动。相对单个棒状结构，本发明双层或多层结构因各压电片厚度显著减少，所需驱动电压也相应大幅减少。另外，双层或多层结构各压电片是厚度体极化，相对单个压电棒驱动器的表面极化，其逆压电效应明显改善，因此驱动力可以明显提高。本发明实施例压电驱动器结构简单，制作和控制方便，具有较好的实用效果。

图6为本发明压电驱动器实施例二的结构示意图。本实施例压电驱动器是一个四层结构，其可具有与上述图2A和图2B双层结构的压电驱动器具有相同的工作模式，即分别通过对角线部分的压电片的伸缩运动，形成沿对角线方向A-A的驻波谐振动或沿对角线方向B-B的驻波谐振动，或者，由两个分别沿对角线方向A-A和B-B的振动叠加而使压电驱动器整体产生的呼啦圈式行波运动。具体地，如图6所示，该压电驱动器包括四个压电片，分为上下两组，其中，上组压电片21和下组压电片22相互叠加的表面设置有公共驱动电极23，上组压电片21的两个压电片211和压电片212相互叠加的表面间隔设置有驱动电极241和驱动电极242，且位于最上方的压电片211的上表面也设置有公共驱动电极23；类似地，下组压电片22的两个压电片221和压电片222相互叠加的表面也间隔设置有驱动电极251和驱动电极252，且位于最下方的压电片222的下表面也设置有公共驱动电极23，从而可在压电驱动器的对角线A-A方向形成包括公共驱动电极23、驱动电极241和驱动电极251的第一驱动电极组，以及在对角线B-B方向形成包括公共驱动电极23、驱动电极242和驱动电极252的第二驱动电极组，且各电压片具有与各驱动电极配合的极化分布方向，具体可参见图中所示箭头方向。

本实施例压电驱动器可采用与图2A～图5B所示实施例技术方案相同的驻波驱动方式，使压电驱动器产生沿对角线A-A方向或B-B方向的驻波谐振动，或者，采用行波驱动方式，使压电驱动器在对角线A-A方向和B-B方向的振动的叠加运动而产生的呼啦圈式行波运动。其中，驻波谐振动或行波运动的具体形成过程与图2A～图5B所示技术方案相同或类似，在此不再赘述。

本领域技术人员可以理解的是，在压电元件的对角线工作模式下还可具有其它结构形式的压电驱动器，例如可以有5个或5个以上的压电片组合而成的压电驱动器，且根据叠加的压电片数量的不同，压电片的极化方向以及驱动电极的设置可根据实际需要而设置，只要可在施加的驱动电压下，沿压电驱动器的对角线方向可分别产生驻波谐振动，或者在两个对角线方向的振动叠加而形成的呼啦圈式行波振动。

本领域技术人员可以理解的是，压电片的数量越多，相应的压电驱动器的驱动电压就会越小，实际应用中可根据需要设置合适数量的压电片，以获得最好的压电驱动器驱动效果。

工作模式二：压电片产生厚度或宽度方向振动变形工作模式

该工作模式中，可通过使各压电片产生沿宽度或厚度方向的振动变形，进而叠加得到压电驱动器的行波运动，具体地，压电驱动器可包括：沿压电片叠加方向设置的第一压电片组和第二压电片组，且第一驱动电极组和第二驱动电极组22沿压电片叠加方向设置，以便第一压电片组在施加在第一驱动电极组上的预设特征频率的第一预设驱动电压作用下，产生沿宽度方向的弯曲变形，第二压电片组在施加在第二驱动电极组上的相同预设特征频率的第二预设驱动电压作用下，产生沿厚度方向的弯曲变形，从而使压电驱动器整体通过运动叠加产生一阶弯曲振动模式下的呼啦圈式的行波运动。

图7A为本发明压电驱动器实施例三的结构示意图；图7B为本发明压电驱动器实施例三产生沿宽度方向的弯曲振动的运动结构示意图；图7C为本发明压电驱动器实施例三产生沿厚度方向的弯曲振动的运动结构示意图。如图7A～图7C所示，本实施例压电驱动器包括：叠加设置的压电片31和压电片32，其中，压电片31和压电片32相互叠加的表面设置有公共驱动电极33，位于上方的压电片31包括极化方向相反的两部分，且每部分的上表面分别设置有驱动电极311和驱动电极312；位于下方的压电片32为一个整体，具有厚度方向的极化，且下表面设置有驱动电极321，从而在压电驱动器沿压电片叠加方向形成包括驱动电极311和驱动电极312的第一驱动电极组，以及包括驱动电极321的第二驱动电极组。本实施例中，通过在第一驱动电极组和第二驱动电极组上分别施加第一预设驱动电压和第二预设驱动电压，压电片31和压电片32就会分别产生沿宽度和厚度方向的弯曲变形，进而这两种弯曲变形叠加后即可得到压电驱动器的呼啦圈式的行波运动。

如图7A和图7B所示，当一个外加电压A施加在压电片31的两个驱动电极311和驱动电极312时，由于逆压电效应，压电片31中的左半部分313就会沿长度方向伸长，同时，右半部分314就会沿长度方向缩短，其结果就是迫使压电驱动器整体产生一个沿宽度C-C方向的弯曲振动。如图7A和图7C所示，当一个外电压B施加到压电片32的驱动电极321时，由于逆压电效应，压电片32就会沿长度方向伸长或缩短，从而迫使压电驱动器整体产生一个沿厚度D-D方向的弯曲振动。可以看出，施加适当频率的交流信号电压A、B，会分别激发压电驱动器产生一个厚度或宽度方向的一阶弯曲本征模式振动，因此，当将一对正交电压Vsinωt、Vcosωt分别作为外加电压A、B，施加在压电驱动器上的电极时，在谐振频率下，这两种正交的宽度和厚度本征振动模式都会被激发，从而可使得压电驱动器整体产生一个高频的呼啦圈式顺时针或逆时针方向的行波运动，从而可通过直线压电马达上的摩擦球拨动滑动块做向左或向右方向的直线运动。

可以看出，本实施例通过施加合适的驱动电压，使各压电片产生振动变形，并最终可通过各压电片的变形叠加后得到压电驱动器所需的行波运动。

图8为本发明压电驱动器实施例四的结构示意图。本实施例压电驱动器为四层结构，且采用与图7A～图7C相同的工作模式，以使得压电驱动器可在预设驱动电压下产生行波运动。具体地，如图8所示，该压电驱动器沿压电片叠加方向分为设置有第一压电片组和第二压电片组，其中第一压电片组包括压电片41和压电片44，第二压电片组包括压电片42和压电片43；位于上方的压电片41的上表面设置有驱动电极45，位于下方的压电片44的下表面也设置有驱动电极45，且压电片41与压电片42相互叠加的表面设置有公共驱动电极46，压电片44与压电片43相互叠加的表面也设置有公共驱动电极46，压电片42和压电片43相互叠加的表面间隔设置有驱动电极47和驱动电极48；压电片42和压电片43对称设置，分别包括两个极化方向不同的部分，位于上方的压电片41和位于下方的压电片44则具有相同的极化方向。

本实施例中，驱动电极45就形成压电驱动器上的第一驱动电极组，驱动电极47和驱动电极48形成压电驱动器上的第二驱动电极组，从而通过施加一定的驱动电压到这两个驱动电极组，既可以使得压电驱动器整体产生呼啦圈式行波运动。具体地，在第一驱动电极组，即驱动电极45施加外加电压A就会在第一压电片组，即压电片41和压电片44，产生沿厚度D-D方向的弯曲变形；在第二驱动电极组，即驱动电极47和驱动电极48施加外加电压B，就会在第二压电片组，即压电片42和压电片43产生沿宽度C-C方向的弯曲变形，进而，在产生沿宽度C-C和厚度D-D两个正交方向的一阶弯曲振动模式，就会使得压电驱动器整体产生方向可控的呼啦圈式行波运动。

可以看出，上述图7A和图8所示实施例技术方案中，部分压电片由极化方向相反的两部分组成，这样，在预设驱动电压作用时，就会使得压电驱动器产生沿厚度或宽度方向的振动变形，进而通过这种振动变形最终得到压电驱动器驱动滑动块所需的呼啦圈式行波运动。

本领域技术人员可以理解的是，本实施例工作于工作模式二的压电驱动器也可设置有更多层的结构，例如5层、6层等，实际应用中，可根据设置的压电片的数量，设置压电片的极化分布方向，以及驱动电极的设置，使得其中的部分压电片可产生沿宽度方向的变形，部分压电片可产生沿厚度方向的变形，进而使得整个压电驱动器可在各压电片变形运动叠加后，形成呼啦圈式的行波运动。

本发明实施例还提供一种直线压电驱动马达，具体结构可参见图1所示，其中，图1中所示的压电驱动器20为采用上述本发明各实施例提供的压电驱动器。此外，如图1所示，直线驱动马达还可包括有驱动电源50，以用于为压电驱动器提供实现驻波谐振动或行波运动所需的第一预设驱动电压Vsinωt和第二预设驱动电压Vcosωt，具体地，该驱动电源50可提供使压电驱动器整体产生第一阶弯曲模式振动变形的预设特征频率的驱动电压；该驱动电源50还可用于为压电驱动器提供预设特征频率的第一驱动电压和第二驱动电压；且第一和第二驱动电压之间具有π/2或90°相位差。

实际应用中，可根据压电驱动器的结构，以及压电驱动器的驱动方式，提供合适的预设驱动电压，以使得压电驱动器产生的驻波谐振动或行波运动可驱动直线压电马达上的滑动块沿导轨做直线运动。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种压电驱动器，其特征在于，包括叠加在一起的至少两个压电片，各压电片分别具有设定的极化分布方向，且各压电片的表面设置有与压电片极化分布方向配合设置的第一驱动电极组和第二驱动电极组，以便在施加在所述第一驱动电极组和第二驱动电极组的预设特征频率驱动电压作用下，各压电片产生相同频率的振动变形，从而在各压电片的合成振动变形下使所述压电驱动器整体产生一阶弯曲振动模式下的驻波谐振动或行波运动。

2.根据权利要求1所述的压电驱动器，其特征在于，各压电片均为矩形压电片；

3.根据权利要求1或2所述的压电驱动器，其特征在于，所述第一驱动电极组和第二驱动电极组沿所述压电驱动器的对角线设置，以便所述压电驱动器在施加在所述第一驱动电极组或第二驱动电极组上的预设特征频率的第一预设驱动电压作用下，通过各压电片的叠加运动产生沿对角线方向的一阶弯曲振动模式下的驻波谐振动，或者，在施加在所述第一驱动电极组的预设特征频率的第一预设驱动电压，以及施加在所述第二驱动电极组上相同预设特征频率的第二预设驱动电压共同作用下，通过各压电片的合成运动产生一阶弯曲振动模式下的呼啦圈式的行波运动。

4.根据权利要求3所述的压电驱动器，其特征在于，所述压电驱动器包括第一压电片和第二压电片，且所述第一压电片和第二压电片具有相同的极化方向；

5.根据权利要求1或2所述的压电驱动器，其特征在于，所述压电驱动器包括：沿压电片叠加方向设置的第一压电片组和第二压电片组，且所述第一驱动电极组和第二驱动电极组沿压电片叠加方向设置，以便所述第一压电片组在施加在所述第一驱动电极组上的预设特征频率的第一预设驱动电压作用下，产生沿宽度方向的弯曲变形，所述第二压电片组在施加在所述第二驱动电极组上的预设特征频率的第二预设驱动电压作用下，产生沿厚度方向的弯曲变形，从而使所述压电驱动器整体通过运动叠加产生一阶弯曲振动模式下的呼啦圈式的行波运动。

6.根据权利要求1或2所述的压电驱动器，其特征在于，所述压电驱动器包括：沿压电片叠加方向依次设置的第一压电片组和第二压电片组，且所述第一驱动电极组和第二驱动电极组沿压电片叠加方向设置，以便所述第一压电片组和第二压电片组在所述第一驱动电极组上的预设特征频率的第一预设驱动电压作用下，产生厚度方向的弯曲变形，所述第二压电片组在施加在所述第二驱动电极组上的预设特征频率的第二预设驱动电压作用下，产生宽度方向的弯曲变形，从而使所述压电驱动器整体通过运动叠加产生一阶弯曲振动模式下的呼啦圈式的行波运动。

7.根据权利要求1或2所述的压电驱动器，其特征在于，所述压电片为压电陶瓷元件或压电单晶元件；或者，

所述压电片包括具有弹性金属的复合压电元件。

8.一种直线压电马达，其特征在于，包括滑动组件，以及上述权利要求1～7任一所述的压电驱动器，其中，所述滑动组件包括导轨和沿所述导轨直线运动的滑动部件；所述压电驱动器上设置有摩擦球和弹性压紧部件，所述摩擦球在所述弹性压紧部件提供的压紧力作用下与所述滑动部件弹性接触；所述摩擦球在所述压电驱动器的驻波谐振动或行波运动作用下驱动所述滑动部件直线运动。

9.根据权利要求8所述的直线压电马达，其特征在于，还包括驱动电源，所述驱动电源用于为所述压电驱动器提供预设特征频率的驱动电压，使所述压电驱动器整体激发产生一阶弯曲模式的振动变形。

10.根据权利要求9所述的直线压电马达，其特征在于，所述驱动电源用于为所述压电驱动器提供预设特征频率的第一驱动电压和第二驱动电压；且第一和第二驱动电压之间具有π/2或90°相位差。