CN109964325A - 用于潮湿环境的压电弯曲致动器驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种，特别是用于在潮湿环境中永久保护的，压电驱动器(1)，包括具有腔室(3)的壳体(2)，该腔室由至少一个弹性膜(4)气密密封，并且包括在气密密封室(3)中的用于驱动驱动元件(8)的压电驱动单元(5)。该压电驱动单元(5)具有至少一个压电弯曲致动器(50)，其在被电致动时生成横向于弹性膜(4)的弯曲挠度，优选地，两个弯曲致动器串联或并联布置。

Description

用于潮湿环境的压电弯曲致动器驱动器

技术领域

本发明分别地涉及一种，特别是用于潮湿环境的，压电驱动器和一种旨在用于包含湿气或其他腐蚀性流体的环境中，并且尤其是执行从其它对象的移动或与其它对象相对的移动的压电致动器。

背景技术

通常，在潮湿环境中的压电材料，例如，电解液、水、燃料或高湿度和冷凝的空气是气密密封的以防止金属或压电陶瓷材料上的流体腐蚀和化学影响，因为如果诸如湿气和导电颗粒等的外来物质沉积在箔电极和压电材料上，腐蚀通常会导致压电层绝缘失效。通过涂覆压电驱动器本身，不能完全避免腐蚀。

从专利文献US 4,553,059 A、EP 1 158 182 A1、US 3,963,380 A、DE 698 21 969T2或US 5,205,819 A中已知用于潮湿环境的压电致动器或驱动器，诸如用于输送流体的阀或泵装置。

US 4,553,059 A公开了一种根据权利要求1的前序部分的压电驱动器。在这种情况下，腐蚀保护通过布置在硅油中的压电驱动单元实现，该压电驱动单元用作液压元件。但是，现有技术中已知的这种压电驱动器具有复杂的结构设计并且需要相当大的安装空间，特别是在压电驱动器的致动方向上。

从WO 99/65 088 A1中已知另一种压电驱动器。

发明内容

本发明的目的是提供一种紧凑且稳定的压电驱动器，特别是用于潮湿环境中的压电驱动器，其允许实现永久保护压电驱动单元免受诸如湿气和导电颗粒的外来物质。

为了实现该目的，本发明提一种根据权利要求1的压电驱动器。根据本发明的压电驱动器特别是用于潮湿环境中并且包括以下特征：具有通过弹性膜气密密封的腔室的壳体、布置在气密密封的腔室中并且适于通过电致动压电变形以驱动驱动元件的压电驱动单元，其中该压电驱动单元包括当被电气地致动时生成横向于弹性膜的弯曲挠度的至少一个压电弯曲致动器。与传统驱动器相比，根据本发明的驱动器的驱动单元具有更紧凑的结构设计，并且所需的总高度小得多，特别是在压电驱动器的致动方向上。利用这种结构设计，压电驱动单元被永久且可靠地保护以防止与诸如湿气和导电颗粒的外来物质接触，同时驱动效果可以通过弹性膜被容易地传递到优选地布置在气密密封的腔室外侧的驱动元件。压电驱动器可选地耦合到，或适于耦合到驱动元件。因此，驱动元件可以构成驱动器的组成部件或补充或单独的组件。这里，对于弹性膜“横向地”意味着弯曲挠度的方向，工作冲程的方向或压电驱动单元的驱动力的方向与膜相交，即它与(未变形的)膜围成的角度在0和180°之间，优选在45到135°的范围内，优选地在90°的范围内。尽管优选的是，当弯曲致动器的弯曲挠度发生时，膜将(同时地)变形，但这不是绝对必要的。当弯曲致动器发生弯曲挠度时，压电驱动单元可能不会与弹性膜接触，例如，如果驱动单元与驱动元件分离。然后，例如通过膜的弹性变形，可以进行驱动单元(例如，在腔室内)与驱动元件(例如，腔室外侧)的耦合，使得驱动元件将进入压电驱动器的操作区域并且，当驱动单元被电致动时，驱动元件将相应地被驱动。驱动元件也可以代表/形成腔室的一部分。

根据本发明，具有布置在其中的压电驱动单元的腔室是气密密封的。当前的解决方案，诸如从WO 99/65 088 A1已知的驱动器，在最好的情况下，压电驱动单元通过粘合剂接合、密封或贴合以防止介质(即流体)的进入，但通常没有气密性-并且因此没有气密密封的腔室。出于这个原因，物质将经由气相，例如，通过粘合剂接合中的湿气吸收或经由密封/贴合的气体交换输送到内部，从而不提供防潮保护。

本发明允许压电致动器的紧凑结构设计，其可用于移动或定位，特别是用于纳米定位，在极端条件下，特别是在潮湿或含水环境中，具有非常高的伸长率/移动和高可靠性以及使用寿命(由于气密密封)。壳体和膜的必要的气密密封性，特别是抵抗气体的输送，可以通过焊接或钎焊来实现。

结果，压电驱动器或致动器的必要安装空间，特别是在致动方向上，显著地减小。压电驱动器“在潮湿环境中使用”的适用性不仅意味着腔室相对于压电驱动单元是气密密封的，而且整个驱动器，包括其各个组件，被配置为“在水下”或在其他流体或腐蚀性介质中使用。

术语和定义

气密封闭和气密密封

在本发明的框架内，气密封闭和气密密封分别是指绝对紧密并且特别是防止空气或水的交换的封闭件或密封件。

驱动单元

驱动单元代表压电可变形单元，包括位于气密密封腔室内侧的所有压电致动器和致动器侧连接件。在较窄的意义上，通过气密密封的线路通道路由的线路等不属于驱动单元，因为它们不是专门布置在腔室内侧。

弯曲执行器-挠度、变形、工作冲程和驱动力

在根据本发明的压电驱动器中使用的弯曲致动器优选地包括施加到基板上的至少一个压电收缩器。压电收缩器通常是平坦的组件。它们的挠度横向于极化方向和电场发生。收缩器的挠度是基于横向压电效应，达到的标称值是大约20微米的值。在技术实现方面，多层元件提供优于单层压电元件的重要优点：由于较大的横截面积，它们生成较大的力并且可以以较低的致动电压操作。收缩导致压电陶瓷中的拉伸应力，这可能导致脆性陶瓷的损坏。因此，建议采用预张力。

收缩器应用于基板，用作弯曲致动器。为了构造全陶瓷弯曲器，两个有源压电陶瓷元件连接在一起并且电致动。如果使用，例如，由金属或陶瓷材料制成的无源基板，所讨论的元件称为复合弯曲机。压电陶瓷元件可以配置为单层和多层元件。

压电弯曲致动器根据热双金属的原理操作。通过将平面压电收缩器与第二层耦合，在陶瓷的致动和收缩期间将生成弯矩，弯矩将长度的小的横向变化转换成垂直于收缩的大的弯曲变形。取决于所讨论的几何形状，可以实现30到40的转换因子，但是以转换效率和力生成为代价。借助于压电弯曲致动器，可以实现高达几毫米的挠度，响应时间在毫秒范围内。但是，阻挡力相对较低。它们通常位于毫牛顿到几牛顿的范围内。

在根据本发明的压电驱动器中使用的弯曲致动器优选地基本上在平面(延伸平面)中延伸并且优选地具有圆形、环形或矩形几何形状(当垂直于延伸平面看时)。通过电动致动，弯曲致动器将是折弯的-取决于所看到的位置并且取决于施加的电压-凸出或凹入(当在延伸平面中或平行延伸平面时看到；参见图4和图5)。当弯曲致动器在两侧固定就位时，其区域中心经历基本垂直于其延伸平面的最强挠度(参见图5)。由此得出，弯曲挠度或工作冲程以及在折弯方向上的驱动力横向或垂直于弯曲致动器的延伸平面生成。

有利的进一步发展是从属权利要求的主题。

当弯曲致动器具有圆形、环形或矩形几何形状时可能是有利的。弯曲致动器在此优选地在未变形的初始状态下是平的并且优选地与弹性膜精确地平行或基本平行地定向和/或在电致动时生成精确地或基本上垂直于弹性膜的弯曲挠度(即，工作冲程和/或驱动力)。当以这种方式配置时，根据本发明的驱动器将特别紧凑，特别是在驱动器的致动方向上，并且能够实现特别大的工作冲程。术语“基本上”旨在涵盖在本发明的范围内与标称值的相应偏差+/-5％。

可以证明为压电驱动单元提供两个或更多个压电弯曲致动器是有利的，所述压电弯曲致动器优选地串联布置和/或互连，使得可以通过电致动来实现的压电弯曲致动器的弯曲挠度(即，工作冲程)将在数量上相加。通过使用多个致动器，单个致动器的工作冲程可以以这种方式容易地倍增。

但是，当压电驱动单元包括两个或更多个压电弯曲致动器时也可能是有用的，所述压电驱动单元优选地并联布置和/或互连，使得可以通过电致动来实现的压电弯曲致动器的驱动力将在数量上加起来。通过串联布置平行弯曲致动器，可以以尽可能好的方式组合弯曲致动器的串联和并联布置的优点。

当压电驱动单元包括两个弯曲致动器时可能是有用的，所述两个弯曲致动器彼此耦合，使得当电致动时，至少一个弯曲致动器或两个弯曲致动器折弯/折弯到相应的另一弯曲致动器，弯曲致动器优选地具有相同的结构设计并且至少部分地沿周向彼此耦合，优选地在彼此背离的侧上彼此耦合，使得它们通过电致动可彼此对称地变形，从而实现在相反的方向的弯曲变形(即，工作冲程)。根据该实施方式，弯曲致动器向内凹入地并且向外凸出地变形，弯曲致动器的最大弯曲挠度、工作冲程和/或驱动力彼此精确地调节，并且与单个弯曲致动器相比，弯曲挠度和工作冲程的幅度加倍。该实施方式允许大的弯曲挠度和工作冲程，特别是具有紧凑的安装空间，尤其是在压电驱动器的致动方向上。两个弯曲致动器的耦合优选地具有铰接的、弹性的、柔性的和/或回弹力的，以便补偿弯曲致动器之间的相对移动并且避免力峰值。

但是，当压电驱动单元连接到壳体和/或弹性膜时，优选地固定地、优选地居中地并且特别优选地通过物质对物质接合，例如，通过粘接、焊接、灌封、钎焊或，以，例如，通过至少一个间隔环的形状配合的方式，也可以是有利的。该连接优选地具有铰接的、弹性的、柔性的和/或回弹性的，以便补偿驱动单元和膜之间的相对移动并且避免力峰值。

当弹性膜连接到壳体上时，使得优选固定地、优选周向地、特别优选地沿着自身封闭并且布置在平面中的线，并且特别优选地通过物质对物质接合，例如通过粘接、灌封、焊接或钎焊形成气密密封，这也是有利的。以这种方式，可以容易地实现腔室的气密密封。

此外，当腔室的内侧设置有涂层时，涂层优选地由塑料制成，优选地由PTFE制成，也可以是有用的。以这种方式可以减小驱动单元和腔室之间的滑动摩擦。

当壳体包括用于使压电驱动单元的连接件或连接线穿过其中的气密密封的线路通道时，线路通道优选地由玻璃制成，也可以证明是方便的。连接件或连接线可以被，例如，灌封或嵌入玻璃塞中，然后以精确配合的方式将其插入相应的管线通道中并固定就位，以去耦，气密密封该线路通道。

可能有利的是，当壳体包括平坦凸缘和从凸缘的上表面上升的周向延伸的边缘时，腔室至少部分地由凸缘的上表面和/或边缘的内侧限定。该实施方式特别紧凑、稳定且易于安装。

另外，可能方便的是，当压电驱动单元适于耦合到或者当它优选地以形状配合的方式耦合到布置在腔室外侧的驱动元件时，驱动元件优选地经受弯曲致动器的弯曲挠度最大化。该驱动元件可以是用于驱动其他元件的通用接口。

此外，可以有用的是，当压电驱动单元包括两个或更多个弯曲致动器时，这些弯曲致动器，当被电动致动时，在相同方向上生成弯曲挠度，其中优选地两个相应的弯曲致动器彼此相邻地布置，使得当被电致动时，一个弯曲致动器凹入地变形并且一个弯曲致动器凸出地变形到相应的另一弯曲致动器，弯曲致动器优选地具有相同的结构设计和/或至少部分地彼此平面接触地耦合。在该实施方式的情况下，弯曲致动器的驱动力和阻挡力相加。因此，与包括单一弯曲致动器的压电驱动单元相比，包括以这种方式连接的两个弯曲致动器的压电驱动单元的驱动力和阻挡力将加倍，而弯曲挠度基本上没有增加。该实施方式允许较大的驱动力和阻挡力，特别是具有紧凑的安装空间。

当压电驱动单元的最大弯曲挠度相对于压电驱动器在弯曲挠度方向上的尺寸位于10％至30％的范围内时，优选地在15％至25％的范围内，也可能是有利的。在这种结构设计的情况下，压电驱动器的最大弯曲挠度与压电驱动器在弯曲挠度方向上的尺寸之间的比率远大于传统解决方案的情况。以这种方式，可以在紧凑的安装空间内提供具有大量行程的压电驱动器。

同样，当压电驱动器在弯曲挠度方向上的尺寸在1.5毫米至20毫米的范围内，优选地在2毫米至15毫米的范围内，优选地在5毫米到10毫米的范围内时，可能是有利的。具有这种尺寸的压电驱动器在使用中特别通用。

此外，当压电驱动单元包括两个或更多个压电弯曲致动器时，每个压电驱动单元在被电致动时生成横向于相同膜或横向于它们自身的这种膜或者横向于各种这样的膜的弯曲挠度，各种弯曲致动器优选地在不同的、优选平行的和/或相反的方向上生成弯曲挠度，可能是有用的。因此，作为示例，相应的膜可以布置在压电驱动器的每一侧上，从而允许相应的驱动元件耦合到压电驱动器的两侧，或者耦合到彼此的两个或更多个压电驱动器。同样地，压电驱动器的并联连接的两个或更多个弯曲致动器可以由一膜覆盖。

本发明的其他有利的进一步发展由权利要求，说明书和附图中公开的特征的组合产生。

附图说明

图1显示根据本发明第一实施方式的压电驱动器，包括壳体和由弹性膜气密密封的腔室，布置在该腔室内的压电驱动单元处于初始状态。

图2显示根据图1的压电驱动器，布置在该腔室中的压电驱动单元处于变形状态并且弹性膜变形。为了说明目的，与初始状态相比，压电驱动单元在变形状态下的变形程度以非常夸张的方式显示。

图3显示具有用于压电驱动单元的相应连接件的各种压电弯曲致动器的示意性顶视图；图(a)特别显示具有环形几何形状的平坦的弯曲致动器，并且视图(b)显示具有矩形几何形状的平坦的弯曲致动器。

图4示意性地显示压电弯曲致动器的弯曲挠度，当后者固定在其一侧时。

图5示意性地显示压电弯曲致动器的弯曲挠度，当后者的两侧用可旋转的支撑件固定在其两侧时。

图6示意性地显示根据本发明第二实施方式的压电驱动器，包括环形壳体和腔室，该腔室由两个弹性膜气密密封并且矩形弯曲致动器以十字形并径向地布置到中央驱动元件，该压电驱动单元处于初始状态。

图7以顶视图示意性地显示根据图6的压电驱动单元，为了说明的目的，上部膜以透明的图示显示。

图8示意性地显示根据本发明第二实施方式的压电驱动器，压电驱动单元处于变形状态。

图9示意性地显示根据本发明第三实施方式的压电驱动器，包括壳体和由弹性膜气密密封的腔室，布置在腔室内的压电驱动单元处于初始状态。

图10显示根据图9的压电驱动器，其中压电驱动单元的一个弯曲致动器凹入地变形并且一个弯曲致动器相对于相应的另一弯曲致动器和弹性膜凸出地变形。为了说明的目的，与初始状态相比，压电驱动单元在变形状态下的变形程度以非常夸张的方式示出。

图11示意性地显示根据本发明第四实施方式的压电驱动器，包括作为壳体的环和腔室，腔室由两个弹性膜气密密封，布置在腔室内的压电驱动单元处于初始状态。

图12示意性地显示根据图1的压电驱动器，布置在腔室中的压电驱动单元处于变形状态，其中相应的弯曲致动器相对于彼此凹入地变形并且在压电驱动器两侧上相应的弹性膜变形。出于说明的目的，与初始状态相比，以非常夸张的方式显示处于变形状态的压电驱动单元的变形程度。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述根据本发明的装置及其各个组件。

根据本发明第一实施方式的压电驱动器1包括具有平坦凸缘21的壳体2，在其上表面上圆周边缘22垂直于该凸缘21延伸。在圆周边缘22内，腔室3被形成用于在其中容纳压电驱动单元5。腔室3在上侧通过圆形弹性膜4气密密封。

坚硬的或刚性壳体2由气密和/或防水材料制成，优选地由塑料和/或金属和/或陶瓷和/或复合材料和/或玻璃/玻璃陶瓷制成。弹性膜4也由气密和/或防水材料制成，但是是弹性的并且例如由金属、塑料、橡胶、胶乳或它们的组合制成，使得可以在很长一段时间(>10年)内发生大量的变形循环(>10,000)，而不会使所讨论的材料脆化。根据实际考虑，壳体2和膜4的材料、厚度和特性优选地被选择，使得在要驱动的产品的整个使用寿命期间确保压电驱动器1的耐久性。

可选地，压电驱动单元5可以在腔室3的内侧周向引导。为此，腔室3的内侧可以设置有涂层或衬里，由例如由PTFE制成，以便最小化驱动单元5和腔室3之间的接触摩擦。

压电驱动单元5包括当从上方看时，具有圆形或环形几何形状的两个相同的弯曲致动器50，它们在圆周上至少部分地彼此耦合，并且在未变形的初始状态下在平面(延伸平面)中延伸并且适于转换到变形状态，其中当被电致动时它们向外凸出地折弯(图2)。

代替具有圆形或环形几何形状的弯曲致动器50，也可以使用具有其他几何形状的弯曲致动器50，特别是具有矩形几何形状的弯曲致动器50。腔室3(内圆周)和弯曲致动器50(外圆周)的几何形状优选地彼此适配。当从上方看时，具有圆形/环形和矩形几何形状的弯曲致动器50示意性地显示在图3的图示(a)和图示(b)中。

每个压电弯曲致动器50由压电陶瓷层和内电极组成。内电极布置在压电陶瓷层之间的多层中的弯曲致动器50内部的整个区域中并且它们具有压电陶瓷层的外部几何形状减去绝缘区域的形状(在视图(a)中的环形弯曲致动器的圆周边；视图(b)中的矩形弯曲致动器的横向侧)并且它们优选地连接到三个外电极(如果提供与基板的粘合剂接合，则将仅有两个触点；然而，四个触点也可以)，它们也被称为焊接连接点。当具有正确极性的电压(控制电压)经由连接件和连接线路50x、50y、50z分别施加到焊料连接点时，压电陶瓷层的厚度将增加并且它们的长度减小。弯矩和工作冲程以及合成工作力是由收缩引起的(“d31效应”)。

压电弯曲致动器50的变形类型取决于紧固的类型。在弯曲致动器50的相应延伸平面的视线方向上，可以通过电致动实现的弯曲挠度在图4和图5中示意性地显示。

当压电弯曲致动器50在一侧(“悬臂”)固定就位时，弯曲致动器50的背离固定端的端将偏离延伸平面E最远，如图4中示意性所示。

当两侧固定就位时，位于固定端之间的区域，特别是弯曲致动器50的区域中心，将从延伸平面E经历最高挠度，如图5中示意性所示。

从图4和图5中可以看出，可以通过电致动实现的弯曲挠度B在垂直于弯曲致动器50的延伸平面E的两个挠度方向上发生。在反向致动的情况下，当电压关闭时完成驱动冲程。

如果在两个(两个到四个)焊接连接点之间，例如，经由连接线路50x和50z(图3)施加电压(控制电压)，弯曲致动器50将仅在一个方向上弯曲，有源压电陶瓷层在长度上收缩，而其他层是无源的并且不经历任何形状变化。

环形弯曲致动器50沿中心轴线M具有的，例如，直径为25毫米、厚度为0.48毫米、最大工作冲程为+/-120微米。弯曲致动器50的中心轴线与腔室3的中心轴线M重合，弯曲挠度、工作力和工作冲程沿着弯曲致动器50的中心轴线生成。

弯曲致动器50在初始状态(图1)中彼此平行地布置并且沿着圆周连续地彼此铰接或仅在直径相对的侧上的特定点处铰接，如图1和图2中通过连接点70示意性地示出的那样。此外，两个弯曲致动器50在未变形的初始状态(图1)中延伸，其中弹性膜4也未变形，平行于弹性膜4并且平行于在腔室3的下端的壳体2的底部。

下弯曲致动器50的下表面中心地连接到在腔室3的下端的壳体2的底部，如通过连接点71示意性所示。上弯曲致动器50的上表面中心地连接到弹性膜4，如通过连接点72示意性所示。

弯曲致动器50以这样的方式彼此电和机械地耦合，使得它们在被电致动时彼此镜像对称地变形并且相对于彼此凹入地折弯成相应的圆顶形变形状态。在图2中示意性地显示的变形状态中，弯曲致动器50的相应中心分别从由弯曲致动器50的圆周限定的弯曲致动器延伸平面向上和向下移位。弯曲致动器50的中心相对于后者的延伸平面的最大弯曲挠度限定弯曲致动器50的工作冲程。通过适当的致动，串联布置的弯曲致动器50相反的弯曲挠度和工作冲程幅度上相加。可选地，弯曲致动器50中的仅一个也可以是电致动的，以便相对于另一弯曲致动器50凹入地折弯，而另一弯曲致动器50被保持在平坦的初始状态而不会变形。由于驱动单元5的压电变形，横跨腔室3延伸的膜4将弹性地变形。

出于说明的目的，以非常夸张的方式显示由弯曲致动器50形成的压电驱动单元5的压电变形以及膜4的变形。可由具有每个直径为25毫米的两个弯曲致动器50的压电驱动单元5显示的实际工作冲程在大约240微米的范围内。

通过电致动压电驱动单元5、设置在腔室3外侧并且可以耦合到或者耦合到驱动单元5的驱动元件8通过弯曲致动器50沿中心轴线M，即垂直于弹性膜4的延伸方向，的弯曲挠度使其处于未变形状态。

由于弯曲致动器50的串联布置和互连，两个弯曲致动器50的弯曲挠度和工作冲程在电致动的情况下相加，因此与单一弯曲致动器50相比，它们将加倍。

同样，弯曲致动器50可以平行布置和互连。结果，在电致动的情况下，弯曲致动器50的驱动力相加。因此，与具有单一弯曲致动器50的压电驱动单元5相比，具有两个并联连接的弯曲致动器50的压电驱动单元5的驱动力将加倍。

为了弯曲致动器50的并行操作，省略到凸缘21的连接点71将是有利的。然后，可以将弯曲致动器50支撑/固定在壳体2的圆周边缘22上的适当位置。

下面将参照图6至图8描述本发明的第二实施方式。与本发明第一实施方式中类似的元件用与第一实施方式中相同的参考标号表示。为了解释这些元件的功能，参考与第一实施方式相关的参考标号的描述，以避免重复。

因此，在下文中将主要讨论关于第一实施方式存在的差异。

与第一实施方式不同，根据第二实施方式的压电驱动器包括彼此平行布置的多个弯曲致动器50。

当弯曲致动器50平行地布置和互连时，弯曲致动器50的驱动力在电致动的情况下相加。因此，与具有单一弯曲致动器50的压电驱动单元5相比，具有两个并联连接的弯曲致动器50的压电驱动单元5的驱动力将加倍。

在弯曲致动器50的串联布置中或在弯曲致动器50的并联布置中，也可以使用多个弯曲致动器50，使得挠度和工作冲程以及工作力不仅将加倍，而且成倍增加。

通过串联布置平行弯曲致动器50，可以组合并联布置和串联布置的优点。

适当修改的壳体2可选地具有用于具有或不具有内孔的弯曲致动器50的通孔23。该壳体2以及弯曲致动器50和内孔可以具有圆形或矩形几何形状。设置需要至少两个弯曲致动器50。

在图6至图8中示意性地显示的根据本发明第二实施方式的压电驱动器包括具有底侧孔23的壳体2和没有孔的四个矩形弯曲致动器50。四个弯曲致动器50的全部布置成十字形并且径向地布置在环形壳体2的中心轴线M和中心布置的驱动元件8上。壳体2在此配置为具有不同内部直径的中空圆柱形组件。弯曲致动器50以其径向外端支承在壳体2的圆周边缘22内的向上指向的环形台阶上。与第一实施方式不同，壳体2不包括凸缘21。弯曲致动器50的相应的径向内端，优选地通过物质对物质接合并且以形状配合的方式，固定在中空圆柱形驱动元件8上。

腔室3由环形壳体2和中心布置的圆柱形驱动元件8限定并且在顶部和底部通过，例如，环形膜4气密密封。

该实施方式有利于光学透镜、光学活性材料或透明材料的使用，特别是在凸缘21和/或膜4中。可选地，单一膜/多个膜4可以由透明材料(例如，玻璃薄片)制成。

另外，弯曲致动器50可以涂覆有用于电磁辐射的反射表面，其尤其可以用于包括光学通道的情况。

下面将参照图9至图10描述本发明的第三实施方式。与本发明第一实施方式中类似的元件用与第一实施方式中相同的参考标号表示。为了解释这些元件的功能，参考与第一实施方式相关的参考标号的描述，以避免重复。

根据第三实施方式的压电驱动器1与第一实施方式的不同之处主要在于，在电致动的情况下弯曲致动器50的弯曲挠度在相同的方向上发生。

相同配置的弯曲致动器50在初始状态(图9)中彼此平行布置并且经由每个弯曲致动器的相应表面彼此接触。下弯曲致动器在腔室3的下端处搁置在壳体2的底部上。

弯曲致动器彼此电和机械耦合，使得当被电致动时，上弯曲致动器50凹入地变形并且下弯曲致动器50相对于相应的另一弯曲致动器50凸地出地变形(图10)。结果，弯曲致动器50的相应弯曲挠度在相同方向上发生并且在电致动的情况下弯曲致动器50的驱动力相加。由此得出，具有以这种方式切换的两个弯曲致动器50的压电驱动单元5的驱动力和阻挡力将加倍，与具有单一弯曲致动器50的压电驱动单元5相比，基本上没有任何弯曲挠度的增加。

相应弯曲致动器50的表面具有如下性质：在电致动的情况下，弯曲致动器50的相应接触表面可以彼此滑动。

根据相同的原理，也可以将两个以上的弯曲致动器50彼此耦合，使得它们彼此平面接触并且当被电致动时，每个弯曲致动器50在相同的方向上生成相应的弯曲挠度。

下面将参照图11至图12描述本发明的第四实施方式。与本发明第一实施方式中类似的元件用与第一实施方式中相同的参考标号表示。为了解释这些元件的功能，参考与第一实施方式相关的参考标号的描述，以避免重复。

根据第四实施方式的压电驱动器1与第一实施方式的不同之处主要在于，壳体2缩小为环并且只要壳体2在两侧由相应的膜4封闭即可。

在初始状态(图11)中，弯曲致动器50彼此平行地布置并且沿着圆周连续地彼此铰接或仅在直径相对侧上的特定点处铰接并且固定到壳体2。

弯曲致动器50以这样的方式彼此电地和机械地耦合，使得它们在被电致动时彼此镜像对称地变形并且相对于彼此凹入地折弯成相应的圆顶形变形状态。通过弯曲致动器50的变形，上膜和下膜4沿相反方向变形。由此得出，根据该实施方式，可以建立到压电驱动单元两侧上的驱动元件的连接/耦合。根据该原理，两个或更多个压电驱动单元5或驱动器1也可以彼此耦合，使得当被电致动时，它们将在不同方向上生成弯曲挠度，例如，平行方向或相反方向。

上述实施方式可以以任意方式彼此组合。特别地，实施方式3和实施方式4可彼此组合，使得当被电致动时，两个或更多个弯曲致动器50将在第一方向上生成弯曲挠度，而两个或更多(其他)弯曲致动器50，当被电致动时，将生成沿第二方向的弯曲挠度，第一方向优选地与第一方向相反。

参考标号列表

1 压电驱动器

2 壳体

3 腔室

4 弹性膜

5 压电驱动单元

6 线路通道

8 驱动元件

21 凸缘

22 边缘

23 通孔

50 压电致动器(弯曲致动器)

50A 上表面

50x 正电压端子

50y 负电压端子

50z 地面

70 压电致动器之间的连接件

71 压电驱动单元和壳体之间的连接件

72 压电驱动单元和膜之间的连接件

73 膜和壳体之间的连接件

B 弯曲挠度

E 延伸平面

H 压电驱动器的在弯曲挠度方向上的尺寸(高度)

M (压电驱动单元的和腔室的)中心轴线。

Claims (15)

1.一种特别是用于潮湿环境中的压电驱动器(1)，包括：具有由弹性膜(4)气密密封的腔室(3)的壳体(2)，被布置在气密密封的所述腔室(3)中并且适于通过电致动压电变形以驱动驱动元件(8)的压电驱动单元(5)，其特征在于，所述压电驱动单元(5)包括，当被电致动时，生成横向于所述弹性膜(4)的弯曲挠度的至少一个压电弯曲致动器(50)。

2.根据权利要求1所述的压电驱动器(1)，其特征在于，所述压电弯曲致动器(50)具有圆形、环形或矩形几何形状，所述弯曲致动器(50)优选地在未变形的初始状态下是平坦的并且优选地精确地或基本平行于所述弹性膜(4)定向和/或在被电致动时生成精确或基本垂直于所述弹性膜(4)的弯曲挠度。

3.根据前述权利要求中任一项所述的压电驱动器(1)，其特征在于，所述压电驱动单元(5)包括两个或更多个压电弯曲致动器(50)，所述压电弯曲致动器优选地串联布置和/或互连，使得可以通过电致动实现的所述压电弯曲致动器(50)的弯曲挠度将在数量上增加。

4.根据前述权利要求中任一项所述的压电驱动器(1)，其特征在于，所述压电驱动单元(5)包括两个或更多个压电弯曲致动器(50)，所述压电弯曲致动器(50)优选地并联布置和/或互连，使得可以通过电致动实现的所述压电弯曲致动器(50)的驱动力将在数量上增加。

5.根据前述权利要求中任一项所述的压电驱动器(1)，其特征在于，所述压电驱动单元(5)包括两个弯曲致动器(50)，它们彼此耦合，使得当被电致动时，所述弯曲致动器(50)的至少一个或两个弯曲致动器(50)朝向相应的另一弯曲致动器(50)折弯/凹入地折弯，所述弯曲致动器(50)优选地具有相同的结构设计并且至少部分地彼此环绕地耦合，优选地在彼此背离的侧上，使得它们通过电致动可彼此对称地变形，从而在相反的方向上生成弯曲挠度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的压电驱动器(1)，其特征在于，所述压电驱动单元(5)，优选地固定地、优选地居中地并且特别优选地通过材料接合，例如通过粘接、焊接、钎焊或，例如，通过至少一个间隔环的以形状配合的方式，连接到所述壳体(2)和/或所述弹性膜(4)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的压电驱动器(1)，其特征在于，所述弹性膜(4)连接到所述壳体(2)，使得形成气密密封，优选地固定地、优选地周向地，特别优选地沿着自身封闭的并且布置在平面中的线路，并且特别优选地通过材料接合，例如通过粘接、焊接或钎焊。

8.根据前述权利要求中任一项所述的压电驱动器(1)，其特征在于，所述腔室(3)的内侧设置有涂层，优选地由塑料制成，优选地由PTFE制成。

9.根据前述权利要求中任一项所述的压电驱动器(1)，其特征在于，所述壳体(2)包括用于路由通过其中的所述压电驱动单元(5)的连接件或连接线(50x、50y、50x)的气密密封的线路通路，所述线路通道优选地由玻璃制成。

10.根据前述权利要求中任一项所述的压电驱动器(1)，其特征在于，所述壳体(2)包括平面凸缘(21)和从所述凸缘(21)的上表面上升的周向延伸的边缘(22)，所述腔室(3)至少部分地由所述凸缘(21)的上表面和/或所述边缘(22)的内侧限定。

11.根据前述权利要求中任一项所述的压电驱动器(1)，其特征在于，所述压电驱动单元(5)适于与布置在所述腔室(3)外侧的驱动元件(8)耦合或，优选地以形状配合的方式耦合，所述驱动元件(8)优选地经受所述弯曲致动器(50)的最大弯曲挠度。

12.根据前述权利要求中任一项所述的压电驱动器(1)，其特征在于，所述压电驱动单元(5)包括，当被电致动时，生成在相同方向上的弯曲挠度的两个或更多个弯曲致动器(50)，其中优选地，两个相应的所述弯曲致动器(50)彼此相邻地布置，使得当被电致动时，所述弯曲致动器(50)中的一个凹入地变形，并且所述弯曲致动器中的一个凸出地变形到相应的另一弯曲致动器(50)，所述弯曲致动器(50)优选地具有相同的结构设计和/或至少部分地彼此平面接触地耦合。

13.根据前述权利要求中任一项所述的压电驱动器(1)，其特征在于，所述压电驱动单元(5)的所述最大弯曲挠度(B)相对于压电驱动器(1)的在所述弯曲挠度(B)的方向上的尺寸(H)在10％至30％的范围内，优选在15％至25％的范围内。

14.根据前述权利要求中任一项所述的压电驱动器(1)，其特征在于，所述压电驱动器(1)在所述弯曲挠度(B)方向上的尺寸(H)在1.5毫米至少20毫米的范围内，优选在2毫米至15毫米的范围内，优选在5毫米至10毫米的范围内。

15.根据前述权利要求中任一项所述的压电驱动器(1)，其特征在于，所述压电驱动单元(5)包括两个或更多个压电弯曲致动器(50)，每个所述压电弯曲致动器在被电致动时生成横向于相同的所述膜(4)或横向于它们自身的这样的膜(4)或横向于各种这样的膜(4)的弯曲挠度，各种弯曲致动器(50)优选地生成不同的、优选平行和/或相反的弯曲变形。