CN111868944A - 机电致动器，机电致动器的电励磁方法以及超声波电机 - Google Patents

Abstract

用于超声波电机的机电致动器(1)，所述致动器(1)具有板(2)的形状，所述板(2)包含两个主表面(3)和将主表面(3)相互连接的侧表面(4)，以及两个形状相同的电极(6、7)，电极(6、7)在第一主表面上相互对称布置，从而限定对称轴线S，并且在第二主表面上至少布置有一个电极(8)，其中板(2)包含机电材料，其包含单个或多晶压电陶瓷，其压电常数d₃₁与其压电常数d₃₂在符号和数值上均有差异，压电电荷常数d₃₁限定致动器的第一主变形方向，压电电荷常数d₃₂限定致动器的第二主变形方向，其中对称轴线S的取向与第一主变形方向或第二主变形方向平行，以及包含机电致动器的超声波电机，以及用于机电致动器的电励磁方法。

Description

机电致动器，机电致动器的电励磁方法以及超声波电机

技术领域

本发明涉及机电致动器、用于机动致电器的电励磁方法以及超声波电机。

背景技术

压电材料具有将电能转换成机械能并且反之亦然的特征，并因此具有机电性质。这些材料用于许多不同技术领域的各种传感器和致动器设备中。明确的压电陶瓷之一是锆钛酸铅(缩写：PZT)基材料，该材料具有各向异性，属于6mm的六方晶体对称型。由于所述晶体对称性，PZT基陶瓷材料在横向方向上具有相等的压电电荷常数d₃₁和d₃₂。下标数字31和32分别定义为在方向3上每单位施加的电压在方向1上的诱发应变，或在方向3上每单位施加的电压在方向2上的诱发应变。因为PZT基陶瓷材料在两个正交的横向方向上的压电电荷常数d₃₁和d₃₂相等，所以仅一个参数，例如d₃₁，足以表示该材料在横向方向上的压电电荷常数。

与纵向或厚度模式压电电荷常数d₃₃相比，PZT基陶瓷材料的压电电荷常数d₃₁和d₃₂的符号为负。由于该特性，即使励磁电极没有完全覆盖板状元件的主表面，也可能励磁相应的板状元件上的径向或平面模式。

具有正交角mm2对称型的单晶压电材料不仅具有更大的机电耦合，而且具有更大(高达10倍)的压电电荷常数；它们在两个横向上的压电电荷常数在符号和值上也不同。d₃₁的值为负的且相对较小的同时，d₃₂的值为正的且相对较大。结果，单晶压电材料可能会励磁异常模式，这对PZT基材料是不常见的。

在李等人在应用物理学快报(Applied Physics Letters)2013年第183512期第102卷上发表的科学文章“面剪切模式单晶超声波电机(A face-shear mode singlecrystal ultrasonic motor)”，作者描述了一种超声波电机，该马达使用相剪模式耦合由PIN-PMN-PT制成的二次板，其极化后具有mm2对称性。在二次板的大平面或主平面的其中一个表面上，布置两个励磁电极，使得将两个励磁电极彼此电隔离的线形间隙沿二次板的对角线方向取向。大平面或主平面中的另一个被单个公共电极完全覆盖。

二次板的一个角(布置在两个励磁电极之间的对角线状间隙在该角处结束)被用作用于与待驱动元件进行间歇摩擦接触的接触点。当通过在励磁电极中的一个和公共电极之间施加的正弦信号电励磁二次板的一半时(同时保持另一个励磁电极浮动)，由于单晶材料的压电剪切模式耦合系数d36的特性，励磁了相剪切模式(phase-shear mode)，并且所述相剪切模式被用于沿期望的运动方向驱动待驱动的元件。

为了改变运动方向，相应的另一个励磁电极需要在类似物质中进行电励磁。尽管两个励磁电极的形状相同，即使施加了相同的电压或信号，但由于励磁电极与二次板的压电材料的晶体取向一致，所以沿不同方向的待驱动的元件产生的运动并不相同。因此，这种超声波电机相对于产生的速度和推拉力的性能取决于方向，这是该结构的主要缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于超声波电机的机电致动器，一种超声波电机以及一种用于电动致动器的电励磁的方法，其能够分别优化功能性能。具体地，本发明的目的是提供一种用于超声波电机的机电致动器，该超声波电机可以分别被电控制，使得关于由该致动器驱动的元件的产生速度以及可转移到待驱动的元件的推力或拉力中的至少一项性能与驱动方向无关，以及一种用于电动致动器的电励磁的方法，通过该方法，前述性能与驱动方向无关。

上述目的通过独立权利要求解决。在相应的从属权利要求中描述了另外的实施例。

根据本发明的用于超声波电机的机电致动器包含板，该板由两个沿彼此延伸并且彼此相反取向的主表面形成，以及由至少三个横向于该主表面延伸并将主表面相互连接的侧表面形成。与侧表面的面积大小相比，主表面可以是更大的表面。而且，主表面可以是平面。根据本发明的致动器进一步包含两个电极，该两个电极的形状相同并且布置的第一主表面上，通过隔离区彼此电隔离，并且至少一个电极布置在第二主表面上。布置在第一主表面上的两个电极被布置为使得电极关于对称轴线彼此对称地定位。

板形致动器包含机电材料，当对布置在主表面中的第一主表面上的电极施加电压时，该机电材料发生变形，其中机电致动器的材料包含压电电荷常数为d₃₁的单晶压电陶瓷，d₃₁在符号和值上均与该单晶压电陶瓷的压电电荷常数d₃₂不同，其中压电电荷常数d₃₁限定致动器的第一主变形方向，而压电电荷常数d₃₂限定致动器的第二主变形方向，并且第一主变形方向和第二主变形方向横向地并且具体地彼此垂直地布置，其中，对称轴线的取向与第一主变形方向或第二主变形方向平行。

优选地，隔离区完全在两个电极之间延伸，其中，更优选地，隔离区被构造为直线隔离区，其具有对称轴线为直线隔离区的中心线。

优选地，致动器具有n等于或大于三的n面多边形形状的板，并且更优选地，致动器具有n等于或大于五的n面规则的多边形形状的板。

优选地，在至少一个侧表面上布置至少一个摩擦设备，最优选地为摩擦元件，该摩擦元件用于与将要由致动器驱动或移动的元件进行摩擦接触。摩擦设备可以包含由均质材料制成的摩擦元件或由其组成。然而，不一定需要在机电元件的多角形板的侧表面上分别布置有摩擦设备或摩擦元件，该摩擦设备或摩擦元件用于与待驱动的元件摩擦接触。例如，机电致动器可以具有用于与待驱动元件发生摩擦相互作用的接触表面部分。

根据本发明的致动器的实施例，设置在板的第一主表面上的电极并排设置在第一主表面上。根据本发明的致动器的实施例，两个电极通过隔离区彼此电隔离，该隔离区在电极之间完全在第一主表面的上方延伸，其中对称轴线是隔离区的中心线。隔离区可以是纵向区域，该纵向区域或其中心线笔直地在第一主表面上延伸并完全在两个电极之间延伸。根据本发明的致动器的另一实施例，两个电极关于对称轴线彼此对称地设置并且部分地彼此重叠，其中，电极可以通过位于电极彼此重叠的区域中的两个电极之间的中间隔离层彼此隔离。

根据上述发明性机电致动器的励磁方法，布置在第一主表面上的两个电极是励磁电极，布置在第二主表面上的一个电极是公共电极，其中向两个励磁电极的其中一个施加第一励磁电压U1，并且两个励磁电极中的另一个保持浮动，向公共电极施加第二励磁电压U2，该第二励磁电压U2相对于第一励磁电压U1具有180°的相位差。

根据本发明，具体地，提供了一种用于电励磁机电致动器的方法，该方法包含：板，其由两个彼此延伸并且彼此相反取向的主表面形成，以及由至少三个横向于该主表面延伸并将这些主表面相互连接的侧表面形成。两个形状相同的电极，其通过隔离区彼此隔离，并且在第一个主表面上彼此对称排列，从而限定了一个对称轴线；以及至少一个布置在另一个主表面上的电极。其中，板包含机电材料，该机电材料在将电压施加到布置在不同主表面上的电极时经历变形。其中该机电材料包含压电电荷常数为d₃₁的单晶压电陶瓷，d₃₁与该单晶压电陶瓷的压电电荷常数d₃₂在符号和数值上均有差异，其中压电电荷常数d₃₁限定致动器的第一主变形方向，而压电电荷常数d₃₂限定致动器的第二主变形方向，并且第一主变形方向和第二主变形方向横向地并且具体地彼此垂直地布置。其中，对称轴线的取向与第一主变形方向或第二主变形方向平行。其中该方法包含下列步骤：(a)向布置在第一主表面上的两个励磁电极中的第一电极上施加第一励磁电压U1，从而将两个电极中的第一电极用作励磁电极，其中布置在第一主表面上的两个励磁电极中的第二电极保持浮动，以及(b)向布置在第二主表面上的电极施加第二励磁电压U2，该第二励磁电压U2相对于第一励磁电压U1具有180°的相位差。

根据本发明实施例通过联合施加电压U1和U2来激励机电致动器的被励磁或被驱动部分的谐振振动模式，优选地是第一谐振振动模式，从而励磁在整个机电致动器中被干扰的第一纵向模式，从而导致摩擦设备的倾斜运动。

在本文中，关于参考方向或参考轴线，具体是在特定方向或特定轴线的指示的情况下，用表述“沿着”通常是指该特定方向或轴线至少局部地相对于参考方向或参考轴线以45度的最大角度偏离，优选地，以23度的最大角度。

在本文中，关于参考方向或参考轴线，具体是在特定方向或特定轴线的指示的情况下，用表述“横向”通常是指相应的方向或轴线相对于参考方向或参考轴线以45度至135度之间的角度局部偏离，并且优选地以67度至113度之间的角度偏离。

此外，在本文中，部件的方向或中心线，具体为隔离区或通道的方向或中心线，通常分别是部件的最小横截面质心沿着参考线以及隔离区或通道的连接线方向。在该连接线是曲线的情况下，采用与连接线的距离的积分最小的直线。

本文中，术语“取向”具体是在表面或表面的特定位置的情况下，通常分别指在表面上和在特定位置的表面上的局部法向矢量的方向。

附图说明

在下文中，通过示出本发明的不同实施例的附图来描述本发明。附图示出：

图1为本发明的机电致动器的实施例的透视图，其中示出了致动器的单晶压电陶瓷材料的晶体轴和致动器的对称轴线S，

图2为本发明的机电致动器的另一实施例，其具有四边形形状的板和相配的电连接，

图3(a)和(b)是一个FEM网格，其显示了根据图2的电励磁机电致动器的两个最大变形状态的仿真结果，

图4是本发明机电致动器的另一个实施例，其具有五边形板和相配的电连接，

图5(a)和(b)为FEM网格，其显示了根据图4的电励磁机电致动器的两个最大变形状态的仿真结果，

图6为根据图5的机电致动器的变型，该变型具有中央孔，

图7是本发明的机电致动器的另一实施例，其具有八边形板的形状和相配的电连接，

图8(a)和(b)为FEM网格，其显示了根据图7的电励磁机电致动器的两个最大变形状态的仿真结果，

图9：与图7所示相比，根据图7的机电致动器在反向行驶方向上具有不同的电连接，

图10(a)和(b)为FEM网格，其显示了根据图9的电励磁机电致动器的两个最大变形状态的仿真结果，

图11(a)-(c)为本发明机电致动器的其他三个实施例，每个机电致动器具有规则多边形的形状，

图12为本发明的机电致动器的另一个实施例，其具有20面规则的多边形形状以及

图13为方框图，其显示了用于本发明机电致动器的驱动机理。

具体实施方式

图1明确了对称轴线S的取向，该对称轴线S相对于两个主表面3中的第一表面上布置的两个电极6和7，且相对于发明的机电致动器1的单晶压电陶瓷材料的晶轴对称布置，该机电致动器1的形式为规则的四面多边形板2。在图1中仅能看到第一主表面3，两个主表面3之间通过四个大小相等、垂直于主表面3延伸的侧表面4相互连接。

在可见的第一主表面3上，布置有两个形状和大小相等的形式为三角形的电极6和7，其中"形状和大小相等"的表述是指它们的轮廓彼此相同。

两电极6和7之间由直线隔离区10电隔离，并且该直线隔离区10与对称轴线S取向相同，对称轴线S为直线隔离区10的中心线。对称轴线S的取向与给定坐标系的Y方向平行，Y方向对应于由压电常数d₃₂限定的机电致动器的第二主变形方向。

图2显示了一个由单晶压电陶瓷制成的呈四面多边形形状的板2的本发明的机电致动器1的透视图。在此，只有多边形板2的两个沿彼此延伸的平面主表面3中的第一主表面是可见的，而主表面3中的第二主表面是在多边形板2的后侧，因此不可见。主表面3彼此取向相反，即第一主面的法向量与第二主面的法向量取向相反或反平行于第二主面的法向量。

两个主表面3通过垂直于主表面3延伸的四个侧表面4相互连接，作为摩擦元件构成的摩擦设备5附接在面积尺寸最小的该侧表面4上，其余三个侧表面4的面积尺寸基本相同。因此，多边形板2与摩擦设备5大致上形成三角形形状。

在可见的主表面3上，由相应的金属化层或部分实现的两个形状和大小相等的电极6和7相互对称排列。所述对称排列的电极6和7限定了对称轴线S。

电极6和7通过完全在两个电极6和7之间延伸的直线隔离区10彼此电隔离。电极6和7围绕对称轴线S对称布置，所述对称轴线S为直线隔离区10的中心线。

在不可见的主表面上，只布置了一个电极，该电极通过沉积或附着在所述主表面上的金属化层实现。除了靠近多边形板2边缘的一小块周围区外，一体式电极几乎覆盖了相应的主表面的全部区域。

摩擦设备5也具有与多边形形状的板2在几何上相似的多边形形状，即大致是三角形形状，摩擦设备5的底部附接到直线隔离区10末端的那些侧表面4中的一个。在此，直线隔离区与摩擦设备5所附接的侧表面4正交布置，也与平行和相对布置的侧表面正交布置。此外，摩擦设备5与对称轴线S对称布置。

大致呈三角形形状的摩擦设备5的斜的表面与多边形板2的各相邻且斜的表面平行布置，使得多边形板2与附接到多边形板2的最小侧表面4上的摩擦设备5相结合，形成大致三角形形状。

多边形板2的单晶压电陶瓷材料的压电常数d₃₁与其压电常数d₃₂在符号和数值上都有差异。压电荷常数d₃₁限定了机电致动器1的第一主变形方向，并且压电荷常数d₃₂限定了机电致动器1的第二主变形方向，第一主变形方向和第二主变形方向相互垂直布置。对称轴线S以及直线隔离区10或其中心线的取向分别与第一主变形方向或第二主变形方向平行。

交流电压源11通过导线13与电极6连接，所述电极6由此构成励磁电极，根据图2开关12闭合，以便实现交流电压源11分别与导线13或励磁电极6的电连接。交流电压源11的另一极通过导线15与布置在不可见的主表面3上的不可见电极连接，所述电极构成公共电极。

图2中的虚线显示了另一条导线14，该导线14是为了通过开关12将另一个电极7与交流电压源11连接起来，以便使机电致动器发生反向运动(见图7至图10)，从而使电极7成为励磁电极。

图3示出了当用图2所示的电气连接向本发明的机电致动器1施加交流电压时，根据图2的本发明的机电致动器1的多边形板2的最大变形的两种状态。图3(a)示出了机电致动器1的多边形板2的最大变形之一的FEM计算的网格模型，其中摩擦元件相对于其预期的驱动运动处于最靠后的位置(所述驱动运动由图3中的双箭头16表示)。与此相反，图3(b)示出了机电致动器1的多边形板2的反向或相反的最大变形的FEM计算的网格模型，其中摩擦元件根据双箭头16相对于其预期的驱动运动处于最前方的位置。换言之，根据图2，由于相应的电励磁而在机电致动器的多边形板内产生的变形适合于相对于图3向右驱动待驱动元件(通过与摩擦设备的摩擦接触)。

图4示出了本发明的机电致动器1的另一个实施例，该机电致动器1具有五面多边形形状2，设有由布置在五个侧表面4中最小的摩擦元件组成的摩擦设备5。两个同样大小和形状的电极6和7相互对称布置在第一主表面3上，通过完全在电极6和7之间延伸的直线隔离区10彼此电隔离。对称轴线S平行于所述直线隔离区10延伸，是其中心线，并且摩擦设备5相对于对称轴线S对称布置。

摩擦设备5具有四面多边形形状的板，其最长的侧表面被附接到多边形板2的最短或最小的侧表面4，使得多边形板2和摩擦设备5的组合，形成大致四边形。

图4还显示了相应的机电致动器1的相配的电连接，与图2所示的电连接相比，它的实现是完全相同的，而图5(a)和(b)显示了图4的多边形板2的最大变形的两种状态，当——在操作过程中——用这样的电连接对其施加交流电压时。机电致动器被致动，使其在所述两种最大变形状态之间周期性地改变其形状，从而导致附接到其上的摩擦设备5沿双箭头16所示的轨迹运动，所述摩擦设备5的运动适合于驱动待驱动元件。

图6显示了一个与图4所示类似的本发明机电致动器的实施例，唯一不同的是一个中心布置的，且大致呈圆形的开口20。所述开口20或孔是为了容纳机电致动器，因为在开口20的位置工作时的变形与摩擦设备所附接的侧表面处的变形相比是很小的。因此，将致动器保持在所述位置，对机电致动器的预期变形或振动没有或几乎没有负面影响，从而对摩擦设备的预期运动或轨迹没有或几乎没有影响。为了满足上述要求，也可以在机电致动器内设置一个凹陷部分，而不是开口。

图7和图9显示了本发明机电致动器1的另一个实施例，该致动器具有八面多边形形状的板2和可能的电连接，用于致动或驱动致动器。而图7显示的是导线13将布置在第一主表面3上的电极6(因此导致所述电极为励磁电极)与交流电压源连接，并且用导线15将布置在第二主表面上的不可见的电极(所述电极构建公共电极)与交流电压源连接的情况，图9显示的是导线14将布置在第一主表面3上的另一个(激励)电极7与交流电压源连接，并且导线15将布置在不可见的第二主表面上的(公共)电极与交流电压源连接。

相应的图8(a)和(b)以及图10(a)和(b)显示了对于所述不同的电气连接，通过FEM模拟计算出的致动器在运行中的最大变形的各自状态。可以看出，与图10中的双箭头16相比，图8中的双箭头16具有横向取向，所述双箭头16在每种情况下都代表摩擦设备的运动轨迹，根据图8的摩擦设备的相应运动适合于驱动待驱动元件相对于图8向右移动，而根据图10的摩擦设备的运动适合于驱动待驱动元件相对于图10向左移动。

从根据图8(a)和(b)以及图10(a)和(b)的FEM中可以收集到，根据本发明的机电致动器所能达到的最大变形对于反向驱动方向，即与彼此相反的驱动方向基本相同。因此，根据本发明的致动器的效力在彼此相反的两个驱动方向上是相同的。

图11(a)至(c)示出了本发明的机电致动器1的三个其他可能的实施例。图11(a)示出了带有六面规则多边形板2的机电致动器1，该板2在第一主表面3上具有两个形状和大小相同的电极6和电极7，电极6和电极7通过直线隔离区10彼此电隔离，并且电极6和7关于对称轴线S对称布置，该对称轴线S是直线隔离区10的中心线。在不可见的第二主表面处布置一个一体式电极(不可见)。作为摩擦元件构成的摩擦设备5附接到线性隔离区10末端的六面多边形板的那些侧表面4中的一个，线性隔离区10和对称轴线S垂直于所述侧表面布置，并且摩擦设备5相对于对称轴线S对称布置。

图11(b)显示了带有五面规则多边形板2的机电致动器1，该板2在第一主表面3上布置有两个形状和大小相等的电极6和7，电极6和电极7通过一个直线隔离区10相互电隔离，并且电极6和7关于对称轴线S对称布置，该对称轴线S构成了直线隔离区10中心线。在不可见的第二主表面布置有一个一体式电极(不可见)。作为摩擦元件构成的摩擦设备5附接到直线隔离区10末端的五面多边形板的该侧表面4上，直线隔离区10和对称轴线S垂直于所述侧表面布置，并且摩擦设备5相对于对称轴线S对称布置。

图11(c)显示了带有十五面规则多边形板2的机电致动器1，该板2在第一主表面3上布置有两个形状和大小相等的电极6和7，电极6和7通过直线隔离区10相互电隔离，电极6和7围绕对称轴线S对称布置。在不可见的第二主表面上布置有一个一体式电极(不可见)。作为摩擦元件构成的摩擦设备5附装在直线隔离区10所终止的十五面体多边形板的那些侧表面4其中一个上，直线隔离区10和对称轴垂直于上述侧表面布置，摩擦设备5围绕对称轴线S对称布置。

图12显示了本发明的机电致动器1的另一个实施例，该致动器1被构成为二十个面的规则多边形板2，因此其具有近乎圆形形状。在致动器的二十个侧表面4中的一个上，布置有为摩擦元件构成的摩擦设备5。两个基本上呈椭圆形的电极6和7对称布置在第一并且可见的主表面3上，而在不可见的第二主表面上布置了一个几乎完全覆盖它的一体式电极。图12还显示对称轴S，电极6和7相对于对称轴线S对称布置。在电极6和7之间，放置了隔离区10，其中隔离区10也是相对于对称轴线S对称布置的。此外，摩擦设备5也是相对于对称轴线S对称布置的。

图13显示了根据图11(a)的本发明的机电致动器的可能的电连接或驱动原理的方框图。该机电致动器1在其第一主表面3上具有两个电极6和7，所述电极6和7通过直线隔离区10相互分离或电隔离。电极6通过导线13与第一交流电压源11连接(从而致使电极6为励磁电极)，提供第一励磁电压U1，而电极7保持浮动。

在第二主表面3上布置有单个电极8，所述电极8构成公共电极。公共电极8通过导线15与供应第二励磁电压U2的第二交流电压源16连接。第二励磁电压U2与第一励磁电压U1的相位差为180°。

根据本发明的方法包含以下步骤：(a)向布置在第一主表面3上的两个电极6、7中的第一个施加第一励磁电压U1，以便将两个电极6和7中的第一个作为励磁电极，其中布置在第一主表面3上的两个电极中的第二个保持浮动，(b)向布置在第二主表面3上的电极8施加相对于第一励磁电压U1具有180°相位差的第二励磁电压U2，以便将电极8用作公共电极。

需要指出的是，根据本发明的机电致动器也可以有一个以上的电极，优选地为布置在第二主表面上的两个同样大小和形状的电极，并且与布置在第一主表面上的两个励磁电极对准。

本发明的机电致动器的工作原理或驱动原理如下：当机电致动器的板的单晶压电陶瓷的一半被电励磁时，压电电荷常数d₃₁和d₃₂之间的符号差异使板的受激部分与板的非受激部分相比以较大的位移幅度运动。因此，受激部分或受激半部，分别做出类似于第一弯曲和第一纵向模式的联合励磁所对应的运动。然而，产生的模式并不是两个正交振动模式的耦合之一，而是一个独特的、受干扰的非对称单纵模式。

根据本发明的机电致动器，可以实现简化的整体结构，并且相应的超声波电机的驱动电压——即使具有压电陶瓷的整体结构——也能降低到10-20伏特之间的范围，这是一些行业如医疗应用的先决条件。前述的“整体结构”是指没有多层结构，电极不仅布置在机电致动器的表面，而且在压电陶瓷内部还有额外的多个电极层。

此外，由于单晶压电陶瓷具有更高的最大功率密度和它们更高的优点，因此与具有多晶PZT基致动器的超声波电机相比，本发明的机电致动器的超声波电机的性能可以得到改善。

本发明的机电致动器的另一个优势是单晶材料的振动模式具有比PZT材料的振动模式更低的工作频率。因此，微型超声波电机能够以中等的工作频率(即＜500kHz)运行。

最后，采用本发明的机电致动器，无需为了产生有用的模式而满足几何纵横比。因此，就多边形板的几何形状而言，不需要严格的制造公差。

Claims (9)

1.用于超声波电机的机电致动器(1)，所述致动器包含：板(2)、两个形状相同的电极(6、7)和至少一个电极(8)，所述板(2)由两个沿彼此延伸并且彼此相反取向的主表面(3)形成的，并且所述板(2)是由横向延伸到所述主表面以及将所述主表面(3)相互连接的侧表面(4)形成的，所述两个形状相同的电极(6、7)通过隔离区(10)彼此隔离，并且相互对称布置在所述主表面(3)的第一主表面上，从而限定对称轴线(S)，并且所述至少一个电极(8)布置在所述主表面(3)的第二主表面上，所述板(2)包含机电材料，当对布置在不同主表面上的所述电极(6、7、8)施加电压时，所述机电材料发生变形，其中，所述机电致动器的材料包含单晶压电陶瓷，其压电电荷常数d₃₁与压电电荷常数d₃₂的符号和数值均不同，所述压电电荷常数d₃₁限定所述致动器(1)的第一主变形方向，并且所述压电电荷常数d₃₂限定所述致动器(1)的第二主变形方向，并且所述第一主变形方向和所述第二主变形方向相互横向布置，其中所述对称轴线(S)的取向与所述第一主变形方向或所述第二主变形方向平行。

2.如权利要求1所述的机电致动器(1)，其中所述隔离区(10)完全在所述两个电极(6、7)之间延伸。

3.如权利要求1或2所述的机电致动器(1)，其中所述主表面(3)具有n面多边形板(2)的形状，n等于或大于三。

4.如前述权利要求任一项所述的机电致动器(1)，其中所述主表面(3)具有n面规则多边形板(2)的形状，n等于或大于五。

5.如前述权利要求任一项所述的机电致动器(1)，其中所述主表面(3)相互平行延伸。

6.如前述权利要求任一项所述的机电致动器，其中所述致动器包含至少一个摩擦设备(5)，所述摩擦设备(5)布置在所述侧表面(4)的至少一个上，其中所述摩擦设备(5)包含用于接触待驱动元件的摩擦表面。

7.如权利要求6所述的机电致动器，其中所述摩擦设备(5)包含由均质材料制成的摩擦元件或由均质材料制成的摩擦元件组成。

8.机电致动器的电励磁方法，所述电励磁方法包含板(2)、两个形状相同的电极(6、7)以及至少一个电极(8)，所述板(2)由两个沿彼此延伸且彼此取向相反的主表面(3)形成的，并且所述板(2)是由横向延伸到所述主表面(3)以及将所述主表面(3)相互连接的侧表面(4)形成的，所述两个形状相同的电极(6、7)通过隔离区(10)彼此隔离，并且相互对称布置在所述主表面(3)的第一主表面上，从而限定对称轴线S，并且所述至少一个电极(8)布置在所述主表面(3)的第二主表面上，其中所述板(2)包含机电材料，当对布置在不同主表面上的所述电极(6、7、8)施加电压时，所述机电材料发生变形，其中所述机电致动器的材料包含单晶压电陶瓷，其压电电荷常数d₃₁与压电电荷常数d₃₂在符号和数值上均有差异，所述压电电荷常数d₃₁限定致动器(1)的第一主变形方向，并且所述压电电荷常数d₃₂限定致动器(1)的第二主变形方向，并且所述第一主变形方向和所述第二主变形方向相互横向布置，其中所述对称轴线S的取向与所述第一主变形方向或所述第二主变形方向平行，所述方法包含以下步骤：(a)向布置在第一主表面(3)上的所述两个电极(6、7)中的第一电极施加第一励磁电压(U1)，以便将所述两个电极(6、7)中的所述第一电极作为励磁电极，其中布置在所述第一主表面(3)上的所述两个电极中的第二电极保持浮动，以及(b)对布置在所述第二主表面(3)上的所述电极(8)施加相对于所述第一励磁电压(U1)具有180°相位差的第二励磁电压U2，以便将所述电极(8)作为公共电极。

9.超声波电机，其包含如权利要求1-7任一项所述的机电致动器以及待驱动元件，其中所述机电致动器包含接触表面部分，所述接触表面部分与所述待驱动元件相互作用，以使所述待驱动元件相对于所述机电致动器移动。

Images