CN103259449A - 压电驱动器及压电马达 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压电驱动器及压电马达。该压电驱动器包括压电本体，所述压电本体为正方形板状结构，所述压电本体沿厚度方向极化；所述压电本体在厚度方向的第一端主平面设置有第一电极层，所述压电本体在厚度方向的第二端主平面设置有第二电极层；所述第一电极层包括多个电极区域，所述第二电极层包括至少一个电极区域。本发明提供的压电驱动器可工作于简单的第一阶弯曲振动模式，产生往复的直线轨迹运动，或者椭圆轨迹运动，其具有结构简单，制作方面，并可克服传统压电驱动器存在的问题。

Description

压电驱动器及压电马达

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压电马达。

背景技术

压电马达是利用压电元件的逆压电效应和弹性体的超声振动，通过定子和动子之间的摩擦作用，把弹性体的微幅振动转换为运动体宏观的直线运动，从而直接推动负载运动。由于压电马达具有结构紧凑、体积小等优点，得到了广泛运用。其中压电马达主要包括压电驱动器和滑动组件，压电驱动器为定子，滑动组件为动子，通过驱动电路为压电驱动器提供驱动电压，就可使压电驱动器产生特定的微观运动，进而推动滑动组件产生宏观运动。

目前，直线压电马达普遍采用压电L1-B2双振动耦合简并模式原理工作，压电马达工作时，压电驱动器工作在第一阶纵振模式(L1)和第二阶弯曲振动模式(B2)，通过产生的第一阶纵振动和第二阶弯曲振动耦合简并合成微观的椭圆轨迹运动，从而通过椭圆轨迹运动推动滑块组件做宏观直线运动，可广泛应用于精密的直线定位、超微镜头精密驱动等。但是，现有采用的压电L1-B2双振动耦合简并模式原理的直线压电马达存在以下的问题：(1)为确保压电驱动器保持工作在第一阶纵振模式和第二阶弯曲振动模式，压电驱动器结构尺寸控制精度要求极高，导致压电驱动器制备工艺复杂，不利于大规模制备，增加了制备成本；(2)压电驱动器工作在第一阶纵振模式和第二阶弯曲模式时，两种工作模式的谐振频率可能会因为外界的干扰而不同步，因而导致压电驱动器产生的合成椭圆轨迹运动紊乱，使驱动失效；(3)当压电驱动器微型化至毫米尺寸时，压电驱动器因工作在L1模式，其谐振频率往往过高，这会增加驱动电路的功耗，并为驱动电路的制作带来困难。

综上，现有的压电马达采用工作在第一阶纵振模式和第二阶弯曲振动模式的压电驱动马达中，压电驱动器结构复杂，制作精度要求高，使得压电驱动器制作工艺复杂，不利于压电马达的大规模生产；同时，压电驱动器工作于两个振动的耦合简并模式，易于受到外界干扰造成去耦合而使驱动失效；此外，压电驱动器工作于第一阶纵振模式时，谐振频率往往过高，导致驱动电路的功耗过大，且驱动电路制作困难。其他复合模式工作原理的压电马达也存在类似的问题。

发明内容

本发明提供一种压电驱动器及压电马达，可有效克服传统采用两种耦合工作模式的压电驱动器存在制作工艺复杂、功耗大以及易于受外界干扰的问题，使得压电驱动器的结构简单，制作方便，且可工作于最简单的弯曲振动模式。

本发明提供一种压电驱动器，包括：

压电本体，所述压电本体为正方形板状结构，所述压电本体沿厚度方向极化；

所述压电本体在厚度方向的第一端主平面设置有第一电极层，所述压电本体在厚度方向的第二端主平面设置有第二电极层；

所述第一电极层包括多个电极区域，所述第二电极层包括至少一个电极区域，使得施加在各个电极层的各电极区域的预设驱动电压作用下，所述压电驱动器激发产生第一阶面内沿对角线的弯曲振动，以便所述压电驱动器在所述第一阶面内沿对角线的弯曲振动产生往复的直线轨迹运动，或者，使得施加在各电极层的各电极区域的预设驱动电压作用下，所述压电驱动器激发产生两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，以便所述压电驱动器在所述两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动合成产生椭圆轨迹运动。

本发明还提供一种压电马达，包括压电驱动器和滑动组件，所述压电驱动器为采用上述本发明提供的压电驱动器；

所述滑动组件包括：导轨、沿所述导轨滑动设置的滑动部件；

所述压电驱动器上设置有摩擦头和弹性压紧部件，所述的摩擦头在所述的弹性压紧部件提供的预紧力作用下与所述的滑动部件弹性接触；

所述的摩擦头固定设置在压电驱动器的压电本体上未设置电极的侧面的顶角处或靠近顶角的端部位置。

本发明提供的压电驱动器及压电马达，通过采用正方形板状结构的压电本体，并沿厚度方向极化该压电本体，压电驱动器的结构简单，制作方便，可实现压电驱动器的大规模生产；通过在压电本体端部设置多个电极区域，使得压电驱动器可在预设驱动电压驱动下激发产生一个或者两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，驱动器工作在一个简单的第一阶面内沿对角线的弯曲振动模式，可以避免工作于两种模式时存在的外界干扰而导致的压电驱动器失效问题；同时，压电驱动器具有较小的功耗，降低驱动电路的设计和制作成本。

附图说明

图1为本发明提供实施例一提供的压电马达的结构示意图；

图2A为本发明实施例二提供的压电驱动器的结构示意图；

图2B为图2A中第一电极区域和第三电极区域施加电压时压电本体的运动模态示意图；

图2C为图2A中第二电极区域和第四电极区域施加电压时压电本体的运动模态示意图；

图3为本发明实施例三提供的压电驱动器的结构示意图；

图4为本发明实施例四提供的压电驱动器的结构示意图；

图5为本发明实施例五提供的压电驱动器的结构示意图；

图6为本发明实施例六提供的压电马达的结构示意图；

图7A为本发明实施例七提供的压电驱动器结构示意图；

图7B为图7A中第一电极区域和第三电极区域施加电压时压电本体的运动模态示意图；

图7C为图7A中第二电极区域和第四电极区域施加电压时压电本体的运动模态示意图；

图8为本发明实施例八提供的压电驱动器结构示意图；

图9为本发明实施例九提供的压电驱动器的结构示意图；

图10为本发明实施例十提供的压电驱动器的结构示意图。

具体实施方式

鉴于传统压电L1-B2双振动模式压电马达，其压电驱动器存在结构和制作工艺的复杂，压电驱动器大规模生产成本较高等问题，本发明提供一种压电驱动器可工作在第一阶面内沿对角线的弯曲振动的单一工作模式，有效的简化了压电驱动器的结构。单一的工作模式以及简单的正方形板状结构，可有效的降低压电驱动器的制造成本；同时，也可简化驱动电路设计，避免工作于两种模式时因外界干扰而产生的驱动失效问题。

具体地，本发明提供的驱动器可包括压电本体，该压电本体为正方形板状结构，且压电本体沿厚度方向极化；该压电本体在厚度方向上的第一端主平面设置有第一电极层，压电本体在厚度方向的第二端主平面设置有第二电极层；该第一电极层包括多个电极区域，第二电极层至少包括一个电极区域，使得施加在各个电极层的各电极区域的预设驱动电压作用下，该压电驱动器激发产生第一阶面内沿对角线的弯曲振动，以便压电驱动器在该第一阶面内沿对角线的弯曲振动产生往复的直线轨迹运动，或者，使得施加在各电极层的各电极区域的预设驱动电压作用下，该压电驱动器激发产生两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，以便压电驱动器在该两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动合成产生椭圆轨迹运动。本发明提供的压电驱动器采用正方形板结构的压电本体，压电驱动器结构简单，制作方便，同时通过在压电本体的主平面设置的电极区域，使得压电驱动器可在预设电压下可工作于简单的第一阶弯曲振动模式下，避免了传统压电驱动器多模式耦合存在的问题。

下面将以产生直线轨迹运动和椭圆轨迹运动的压电驱动器及其对应的压电马达进行说明。

图1为本发明提供实施例一提供的压电马达的结构示意图。本实施例提供的压电马达中的压电驱动器可产生上述的直线轨迹运动，具体地，如图1所示，压电马达包括驱动器10和滑动组件，滑动组件包括滑动部件201和导轨202，该滑动部件201可沿导轨202滑动，该导轨202为直线导轨，使得滑动部件201可沿导轨202做直线运动；该压电驱动器10上设置有在特定位置的两个摩擦头30、弹性压紧部件40和弹性固支50，该摩擦头30可在弹性压紧部件40提供的压紧力F作用下，与滑动部件201弹性接触，摩擦头30固设在压电驱动器10上未设置电极侧面靠近顶角的端面上，具体地，该压电驱动器10上设置有两个摩擦头30，且设置在未设置电极的侧面的两个靠近顶角的端面上，压电驱动器10产生沿对角线的往复直线运动时，摩擦头30可随压电驱动器10做沿对角线的往复运动，从而可依靠摩擦头30与滑动部件201之间的摩擦接触，驱动滑动部件201沿导轨202做直线运动。其中压电驱动器10的具体结构以及产生直线运动的具体实现将在后面做详细说明。

本发明实施例压电马达还包括驱动电路，用于为压电驱动器上的各电极层上的各电极区域提供预设驱动电压，以驱动压电驱动器可产生上述的沿对角线的往复直线运动。

本发明提供的压电马达中，所述的两个摩擦头30可为球形、半球形、圆柱形或者其他形状，且由耐磨材料制作得到，本实施例中摩擦头30为圆柱形，且该摩擦头30可通过环氧树脂与压电驱动器10粘接固定在一起；所述的弹性压紧部件40可以为弹簧，可以合适的预紧力将压电驱动器10和摩擦头30压在滑动部件201上。

下面将以对可产生沿对角线的直线运动的压电驱动器的具体结构为例，对本发明提供的压电驱动器做详细的说明。

图2A为本发明实施例二提供的压电驱动器的结构示意图。本实施例提供的压电驱动器工作于驻波模式，可产生沿对角线方向的直线运动，可作为上述图1所示的压电马达中的压电驱动器。具体地，如图2A所示，本实施例压电驱动器包括压电本体1，该压电本体1为正方形板状结构，该压电本体1沿厚度方向极化，且整个压电本体的极化方向一致，极化方向如图2A中所示的P方向；压电本体1的第一端主平面，如图2A所示的压电本体的1的前端面，设置有第一电极层21，压电本体1的第二端主平面，如图2A所示的压电本体1的后端面，设置有第二电极层22；第一电极层21被正交的划分为四等份区域，该四等份的电极区域均为正方形区域，即该四个电极区域中，分别为第一电极区域211、第二电极区域212、第三电极区域213和第四电极区域214，其中，第一电极区域211与第三电极区域213呈对角设置，第二电极区域212和第四电极区域214呈对角设置；第二电极层22为一体形状的电极区域，即第二电极层22电极为一体结构。

本实施例中，如图2A所示，第一电极层21上的各个电极区域可连接压电马达中驱动电路提供的输入电压，第二电极层22可作为电压地端，通过在第一电极层21和第二电极层22上施加预设的驱动电压，就可以激发压电本体1整体产生一个第一阶面内沿对角线的弯曲振动，使得压电驱动器沿压电本体的对角线方向即图2A中所示的2-2或1-1方向产生往复运动的直线运动。特别的，该预设电压工作频率为压电本体第一阶面内沿对角线的弯曲振动的谐振频率时，可获得最大的振动幅度。

本实施例中，压电马达上的驱动电路提供的驱动电压中，包括多个输入电压，分别施加在第一电极层21上的各电极区域。具体地，如图2A所示，第一电极层21上的第一电极区域211和第三电极区域213分别连接有输入驱动电压+Vsinωt、-Vsinωt；第二电极层22接地。这样在施加在第一电极区域211和第三电极区域213上的+Vsinωt和-Vsinωt作用下，压电本体1可在如图2A所示的2-2方向产生第一阶面内沿对角线的弯曲振动，从而使压电本体沿对角线方向（即2-2方向）产生往复的直线运动。同样地，在第二电极区域212和第四电极区域214上施加+Vsinωt和-Vsinωt作用下，在第二电极层22接地，可在图2A所示的1-1方向产生第一阶面内沿对角线的弯曲振动，从而使压电本体沿对角线方向（即1-1方向）产生往复的直线运动。

图2B为图2A中第一电极区域和第三电极区域施加电压时压电本体的运动模态示意图；图2C为图2A中第二电极区域和第四电极区域施加电压时压电本体的运动模态示意图。如图2A和图2B所示，当交流电压+Vsinωt和-Vsinωt分别施加到第一电极区域211和第三电极区域213时，压电本体1就会在2-2方向激发一个第一阶弯曲振动，其使压电本体沿对角线方向（即2-2方向）产生往复的直线运动。同样地，如图2A和图2所示，当交流电压+Vsinωt和-Vsinωt分别施加到第二电极区域212和第四电极区域214时，压电本体1就会产生一个沿1-1方向的弯曲，对于输入交变电压，就会激发沿1-1方向的弯曲振动；如图2C所示，可以看到，当交流电压+Vsinωt和-Vsinωt同时施加在第一电极层21上的第二电极区域212和第四电极区域214时，压电本体1就会在1-1方向激发一个第一阶弯曲振动，其使压电本体沿对角线方向（即1-1方向）产生往复的直线运动。

本实施例中，由于压电本体1整体的极化方向相同，为使得压电本体1上相互对称的两个电极区域对应的部分产生弯曲振动，只需要在相互对称的电极区域施加方向相反的两个交流电压即可。

本领域技术人员可以理解，上述输入电压的幅值和工作频率，即电压V的大小和频率，可根据需要而设定合适的值，以确保压电驱动器工作时，可驱动压电马达的滑动部件运动。

本实施例中，压电本体1的形状为正方形，可以是多个压电片层叠而成，其中，压电本体1的材料可以为压电陶瓷材料或者压电单晶材料；压电本体1的结构也可以使弹性金属片与压电陶瓷或者压电晶体片构成的复合板结构。本实施例中，压电本体1为压电陶瓷材料制作而成的压电陶瓷板。

综上可以看出，本发明实施例中提供的压电驱动器，通过采用方形板状结构的压电本体，并沿厚度方向极化该压电本体，压电驱动器的结构简单，制作方便，可实现压电驱动器的大规模生产；通过在压电本体端部设置多个电极区域，使得压电驱动器在预设驱动电压和频率下激发产生一个谐振的第一阶面内沿对角线的弯曲振动模式，可有效的降低驱动器制作难度，且压电驱动器仅工作在第一阶面内沿对角线的弯曲振动模式，可避免工作于两种模式时存在的外界干扰而导致的压电驱动器失效问题。

图3为本发明实施例三提供的压电驱动器的结构示意图。本实施例压电驱动器同样工作于驻波模式，可应用于图1所示的压电马达，与上述图2A所示实施例技术方案不同的是，如图3所示，本实施例中，压电本体1沿厚度方向上相对的2个电极区域对应部分的极化方向相反，即第一电极区域211和第三电极区域213的极化方向相反，如图3所示的方向P1和方向P2，同样的，第二电极区域212和第四电极区域214对应部分的极化方向也相反。

本实施例中，对称设置的两个电极区域在压电本体上对应部分的极化反向相反，为使得压电本体1可产生第一阶面内沿对角线的弯曲振动，对角设置的两个电极区域可施加相同的输入电压，具体的，如图3所示，第一电极区域211和第三电极区域213可同时连接交流电压Vsinωt，第二电极层22接地。在施加的交流电压Vsinωt作用下，压电本体1可产生如图2B所示的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，从而引起压电本体沿对角线方向（即2-2方向）产生往复的直线运动。同样地，在第二电极区域212和第四电极区域214上施加交流电压Vsinωt，在第二电极层接地，同样可在压电本体1上产生如图2C所示的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，从而引起压电本体沿对角线方向（即1-1方向）产生往复的直线运动。

可以看出，本实施例中，压电马达中的驱动电路可为对角设置的两个电极区域提供相同的交流电压，这样，可使得驱动电路的设计更加简单，制作也更方便。

图4为本发明实施例四提供的压电驱动器的结构示意图。本实施例压电驱动器同样工作于驻波模式，可应用于图1所示的压电马达，与上述图2A所示实施例技术方案不同的是，本实施例中，第二电极层与第一电极层相同，即也具有4个电极区域。具体的，如图4所示，其中a表示压电本体1整体示意图，b表示压电本体1前后两端面的电极层即第一电极层21和第二电极层22的示意图，第一电极层21和第二电极层22具有相同的结构，即第二电极层22也具有4个电极区域，分别为第五电极区域221、第六电极区域222、第七电极区域223和第八电极区域224。

本实施例中，可将第一电极区域211、第七电极区域223电连接在一起，并作为接地电极；将第三电极区域213和第五电极区域221电连接在一起，接输入电压Vsinωt。这样，在仅有输入电压Vsinωt时，压电本体1可产生如图2B所示的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，从而引起压电本体沿对角线方向（即2-2方向）产生往复的直线运动。类似地，在仅有输入电压Vsinωt时，压电本体1可产生沿对角线1-1方向的往复直线运动。

图5为本发明实施例五提供的压电驱动器的结构示意图。本实施例同样工作于驻波模式，可应用于图1所示的压电马达，与上述图2A所示实施例技术方案不同的是，如图5所示，本实施中压电驱动器可包括多个层叠设置的压电本体，而且各压电本体之间的电极层在电路上为并联连接。这样，在相同的预设电压驱动下，每个压电本体均可产生由一个第一阶面内沿对角线的弯曲振动形成的往复直线轨迹运动，整个压电驱动器就可以通过该多个压电本体产生所需要的往复直线轨迹运动。其中，图5中的c表示压电驱动器的整体结构示意图，d表示压电驱动器组装结构示意图。

本实施例中，如图5所示，压电驱动器包括4个层叠的压电本体，各压电本体上可具有相同的电极层，具有可与上述图2A相同，并且对应形状的电极层对合设置在一起，如其中的第一压电本体10和第二压电本体20，具有4个电极区域的端面对合设置，第三压电本体30和第四压电本体40也具有相同的设置方式。本领域的技术人员可以理解，本实施例中压电本体上电极层的结构还可与图2A-图3相同，其形成的驱动器的驱动电压可参考上述图2A-图3中的单个压电本体的驱动电压，只要可使得整个驱动器产生沿对角线的直线运动的效果即可。

本实施例中，层数为大于2的任意层数，利用多层压电体结构可以获得如下效果：(1)在各层压电本体的厚度不变的情况下，可以提高压电驱动器的输入功率，从而获得更大的驱动力；(2)在压电驱动器总厚度不变的情况下，多层结构可以有效的降低压电驱动器的工作电压。

上述图2A-图5提供的各压电驱动器可应用在如图1所示的压电马达中，可在压电马达中驱动电路提供的预设驱动电压和频率下工作，产生一个谐振的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，整体产生驱动滑动部件运动的往复直线轨迹运动。

图6为本发明实施例六提供的压电马达的结构示意图。本发明提供的压电马达中的压电驱动器可产生椭圆轨迹运动，具体地，如图6所示，压电马达包括驱动器10和滑动组件，滑动组件包括部件201和导轨202，该滑动部件201可沿导轨202滑动，该导轨202为直线导轨，使得滑动部件201可沿导轨202做直线运动；该压电驱动器10上设置有摩擦头30、弹性压紧部件40和弹性支撑50，该摩擦头30可在弹性压紧部件40提供的压紧力F作用下，与滑动部分201弹性接触，摩擦头30固设在压电驱动器10上未设置电极的侧面顶角上，压电驱动器10产生椭圆轨迹运动时，摩擦头30可随压电驱动器10做椭圆轨迹运动，从而可依靠30与滑动部件201之间的摩擦接触，驱动滑块部件201沿导轨202做直线运动。其中，压电驱动器的具体结构将在后面做详细说明。

本发明实施例压电马达还包括驱动电路，用于为压电驱动器上的各电极层上的各电极区域提供预设驱动电压，以驱动压电驱动器可产生上述的椭圆轨迹运动。

本发明提供的压电马达中，所述的摩擦头30可为球形、半球形、圆柱形或者其他形状，且由耐磨材料制作得，本实施例中摩擦头30为圆柱形，且该摩擦头30可通过环氧树脂与压电驱动器10粘接固定在一起；所述的弹性压紧部件40可以为弹簧，可以合适的预紧力将压电驱动器10和摩擦头30压在滑动部件201上。

下面将以可产生椭圆轨迹运动的压电驱动器的具体结构为例，对本发明提供的压电驱动器进行详细的说明。

图7A为本发明实施例七提供的压电驱动器结构示意图。本实施例压电驱动器可工作于行波模式，可产生驱动滑动部件运动的椭圆轨迹运动，可应用在图6所示的压电马达中。具体地，如图7A所示，本实施例压电驱动器包括压电本体1，该压电本体1同样为正方形板状结构，该压电本体1沿厚度方向极化，且整个压电本体的极化方向一致，极化方向如图中所示的P方向；压电本体的第一端主平面，如图7A所示的压电本体的1的前端面，设置有第一电极层21，压电本体1的第二端主平面，如图7A所示的压电本体1的后端面，设置有第二电极层22；第一电极层21被正交的划分为四等份区域，分别为第一电极区域211、第二电极区域212、第三电极区域213和第四电极区域214；第二电极层22为一体形状的电极区域，即第二电极层22电极为一体结构。

本实施例中，如图7A所示，第一电极层21上的各个电极区域可连接压电马达中驱动电路提供的输入电压，第二电极层22可作为电压地端，通过在第一电极层21和第二电极层22上施加预设的驱动电压，就可以激发压电本体1整体产生两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，使得压电驱动器整体可在该两个第一阶面内沿对角线的弯曲振动合成下产生椭圆轨迹运动。特别的，预设电压工作频率为压电本体第一阶面内沿对角线的弯曲振动的谐振频率时，可获得最大的振动幅度。

本实施例中，压电马达上的驱动电路提供的驱动电压中，输入电压分别施加在第一电极层21上的各电极区域。具体地，如图7A所示，第一电极层21上的第一电极区域211、第二电极区域212、第三电极区域213和第四电极区域214分别连接有输入驱动电压+Vsinωt、+Vcosωt、-Vsinωt、-Vcosωt；第二电极层22接地。这样在施加在第一电极区域211和第三电极区域213上的+Vsinωt和-Vsinωt作用下，压电本体1可在如图7A所示的1-1方向产生一阶面内沿对角线的弯曲振动；在施加在第二电极区域212和第四电极区域214上的+Vcosωt和-Vcosωt作用下，压电本体1可在如图7A所示的2-2方向产生第一阶面内沿对角线的弯曲振动，这样压电本体1整体就会在两个相互作用的正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动下耦合合成，产生椭圆轨迹运动，其中所述的1-1方向和2-2方向就是第一电极层所在平面的两个正交方向。

图7B为图7A中第一电极区域和第三电极区域施加电压时压电本体的运动模态示意图；图7C为图7A中第二电极区域和第四电极区域施加电压时压电本体的运动模态示意图。如图7A和图7B所示，当交流电压+Vsinωt和-Vsinωt分别施加到第一电极区域211和第三电极区域213时，压电本体1产生一个沿1-1方向的弯曲，对于输入交变电压，就会激发沿1-1方向的弯曲振动；同样的，如图7A和图7C所示，当交流电压+Vcosωt和-Vcosωt分别施加在第二电极区域212和第四电极区域214时，压电本体1沿厚度方向上与第二电极区域212对应的部分会沿1-1方向缩短，与第四电极区域214对应的部分会沿1-1方向伸长，其结果就会使得压电本体1整体产生一个2-2方向的弯曲，对于输入交变电压，就会激发沿2-2方向的弯曲振动。可以看到，当交流电压±Vsinωt和±Vcosωt同时施加在第一电极层21上的各电极区域时，压电本体就会同时在1-1方向和2-2方向激发两个正交的第一阶弯曲振动，它们合成便产生了一个椭圆轨迹运动。

本实施例中，由于压电本体1整体的极化方向相同，为使得压电本体1上相互对称的两个电极区域对应的部分产生弯曲振动，只需要在对角的电极区域施加方向相反的两个交流电压即可；同时，为使得压电本体1整体可产生两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，相邻的两个电极区域施加的交流电压应为正交电压。

本领域技术人员可以理解，上述输入电压的幅值，即电压V的大小，可根据需要而设定合适的值，以确保压电驱动器工作时，可驱动压电马达的滑动部件运动；同时，为使得压电驱动器可同时激发两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，压电马达中的驱动电路应为压电驱动器提供两路或者两对特定频率下的正交的驱动电压，在每路或者每对驱动电压作用下，压电驱动器均可产生第一阶面内沿对角线的谐振弯曲振动，且每路或每对驱动电压下产生的两个第一阶面内沿对角线的谐振弯曲振动正交。

本实施例中，压电本体1的形状为正方形，可以是多个压电片层叠而成，其中，压电本体1的材料可以为压电陶瓷材料或者压电单晶材料；压电本体1的结构也可以使弹性金属片与压电陶瓷或者压电晶体片构成的复合板结构。本实施例中，压电本体1为压电陶瓷材料制作而成的压电陶瓷板。

综上可以看出，本发明实施例中提供的压电驱动器，通过采用方形板结构的压电本体，并沿厚度方向极化该压电本体，压电驱动器的结构简单，制作方便，可实现压电驱动器的大规模生产；通过在压电本体端部设置多个电极区域，使得压电驱动器在预设特定频率下驱动电压下激发产生两个相互正交谐振的第一阶面内沿对角线的弯曲振动模式，可有效的降低驱动器的制作难度，且压电驱动器仅工作在第一阶面内沿对角线的弯曲振动模式，可避免工作于两种模式时存在的外界干扰而导致的压电驱动器失效问题。

图8为本发明实施例八提供的压电驱动器结构示意图。本实施例压电驱动器同样工作于行波模式，可应用于图6所示的压电马达，与上述图7A所示实施例技术方案不同的是，如图8所示，本实施例中，压电本体1沿厚度方向上相对的2个电极区域对角部分的极化方向相反，即第一电极区域211和第三电极区域213的极化方向相反，如图8所示的方向P1和方向P2，同样的，第二电极区域212和第四电极区域214对应部分的极化方向也相反。

本实施例中，对称设置的两个电极区域在压电本体上对角部分的极化反向相反，为使得压电本体1可产生第一阶面内沿对角线的弯曲振动，对角设置的两个电极区域可施加相同的输入电压，具体的，如图8所示，第一电极区域211和第三电极区域213可同时连接交流电压Vsinωt，第二电极区域和第四电极区域同时连接交流电压Vcosωt，第二电极层22仍旧接地，在施加的交流电压Vsinωt作用下，压电本体1可产生如图7B所示的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，在施加交流电压Vcosωt作用下，压电本体1可产生如图7C所示的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，这样，在施加的两个交流电压Vsinωt和Vcosωt作用下，压电本体1就可以同时产生两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，并通过两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动合成产生椭圆轨迹运动。

本实施例中，压电马达中的驱动电路可为对称设置的两个电极区域提供相同的交流电压，且相邻的两个电极区域施加的交流电压应为正交电压，以便压电本体在两个交流电压下产生两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动。

图9为本发明实施例九提供的压电驱动器的结构示意图。本实施例压电驱动器同样工作于行波模式，可应用于图6所示的压电马达，与上述图7A所示实施例技术方案不同的是，本实施例中，第二电极层与第一电极层相同，即也具有4个电极区域。具体的，如图9所示，其中a表示压电本体1整体示意图，b表示压电本体1前后两端面的电极层即第一电极层21和第二电极层22的示意图，第一电极层21和第二电极层22具有相同的结构，即第二电极层22也具有4个电极区域，分别为第五电极区域221、第六电极区域222、第七电极区域223和第八电极区域224。

本实施例中，可将第一电极区域211、第四电极区域214、第六电极区域222、第七电极区域223电连接在一起，并作为接地电极，将第二电极区域212和第八电极区域224电连接在一起，接输入电压Vsinωt，将第三电极区域213和第五电极区域221电连接在一起，接输入电压Vcosωt。这样，在仅有输入电压Vsinωt时，压电本体1可产生如图7C所示的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，在仅有输入电压Vcosωt时，压电本体1可产生如图7B所示的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，因此，在施加的两个输入电压Vsinωt和Vcosωt作用下，压电本体1整体就可以产生两个相互正交的第一阶弯曲振动，并在两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动合成作用下产生椭圆轨迹运动。

图10为本发明实施例十提供的压电驱动器的结构示意图。本实施例压电驱动器同样工作于行波模式，可应用于图6所示的压电马达，与上述图7A所示实施例技术方案不同的是，如图10所示，本实施例中压电驱动器可包括多个层叠设置的压电本体，而且各压电本体之间的电极层在电路上为并联连接。这样，在相同的预设电压驱动下，每个压电本体均可产生由两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动合成的椭圆轨迹运动，整个压电驱动器就可以通过该多个压电本体产生所需要的椭圆轨迹运动。其中，图10中的c表示压电驱动器的整体结构示意图，d表示压电驱动器组装结构示意图。

本实施例中，如图10所示，包括4个层叠的压电本体，各压电本体上可具有相同的电极层，具有可与上述图7A相同，并且对应形状的电极层对合设置在一起，如其中的第一压电本体10和第二压电本体20，具有4个电极区域的端面对合设置，第三压电本体30和第四压电本体40也具有相同的设置方式。本领域的技术人员可以理解，本实施例中压电本体上电极层的结构还可与图7A-图8相同，其形成的驱动器的驱动电压可参考上述图7A-图8中的单个压电本体的驱动电压，只要可使得整个驱动器产生椭圆运动的效果即可。

本实施例中，利用多层压电体结构可以获得如下效果：(1)在各层压电本体的厚度不变的情况下，可以提高压电驱动器的输入功率，从而获得更大的驱动力；(2)在压电驱动器总厚度不变的情况下，多层结构可以有效的降低压电驱动器的工作电压。

上述图7A-图10提供的各压电驱动器可应用在如图6所示的压电马达中，可在压电马达中驱动电路提供的预设驱动电压下工作，产生两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，并在两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动合成下，整体产生驱动滑动部件运动的椭圆轨迹运动。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (9)

1.一种压电驱动器，其特征在于，包括：

压电本体，所述压电本体为正方形板状结构，所述压电本体沿厚度方向极化；

所述压电本体在厚度方向的第一端主平面设置有第一电极层，所述压电本体在厚度方向的第二端主平面设置有第二电极层；

所述第一电极层包括多个电极区域，所述第二电极层包括至少一个电极区域，使得施加在各个电极层的各电极区域的预设驱动电压作用下，所述压电驱动器激发产生第一阶面内沿对角线的弯曲振动，以便所述压电驱动器在所述第一阶面内沿对角线的弯曲振动产生往复的直线轨迹运动，或者，使得施加在各电极层的各电极区域的预设驱动电压作用下，所述压电驱动器激发产生两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动，以便所述压电驱动器在所述两个相互正交的第一阶面内沿对角线的弯曲振动合成产生椭圆轨迹运动。

2.根据权利要求1所述的压电驱动器，其特征在于，所述第一电极层被正交的划分为四等份的电极区域，且所述四等份的电极区域为正方形区域。

3.根据权利要求2所述的压电驱动器，其特征在于，所述压电本体整体具有相同的极化方向；

或者，所述压电本体沿厚度方向上，在所述第一电极层的相对的一对电极区域对应部分的极化方向相反。

4.根据权利要求1所述的压电驱动器，其特征在于，所述压电驱动器包括多个层叠设置的所述压电本体；

各个压电本体之间在电路上并联连接。

5.根据权利要求1所述的压电驱动器，其特征在于，所述预设驱动电压的工作频率为压电本体在第一阶面内沿对角线的弯曲振动的谐振频率，且可获得最大的振动幅度。

6.根据权利要求1-5任一所述的压电驱动器，其特征在于，所述第二电极层为一体形状的电极区域；

或者，所述第二电极层与第一电极层具有相同形状和数量的电极区域。

7.根据权利要求1所述的压电驱动器，其特征在于，所述压电本体的材料为压电陶瓷材料或者压电单晶材料；

或者，所述的压电本体为弹性金属片与压电陶瓷片或者压电单晶片组成的复合板。

8.一种压电马达，其特征在于，包括压电驱动器和滑动组件，所述压电驱动器为采用权利要求1-7任一所述的压电驱动器；

所述滑动组件包括：导轨、沿所述导轨滑动设置的滑动部件；

所述压电驱动器上设置有摩擦头和弹性压紧部件，所述的摩擦头在所述的弹性压紧部件提供的预紧力作用下与所述的滑动部件弹性接触；

所述的摩擦头固定设置在压电驱动器的压电本体上未设置电极的侧面的顶角或靠近顶角的端部位置。

9.根据权利要求8所述的压电马达，其特征在于，还包括：驱动电路，用于为所述压电驱动器上的各个电极层的各电极区域提供预设驱动电压。

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