CN205211794U - 一种叠层型压电元件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种叠层型压电元件，包括若干叠压在一起的压电元件，第一个压电元件上表面、各压电元件间及最后一个压电元件下表面均设有电极，各电极分别与施电单元相连接；设压电元件为N个，第i压电元件与该压电元件两侧电极的接触面积为Si，N为偶数时，S1>S2>…>SN/2且SN>SN-1>…>SN/2+1，且对第奇数个电极施加第一电位，对第偶数个电极施加第二电位；N为奇数时，S1>S2>…>S（ N-1 ） /2且SN>SN-1>…>S（ N+1 ） /2，且对中间位置的压电元件两侧的电极施加第一电位，中间位置依次以上的压电元件上表面的电极交替施加第二电位和第一电位；中间位置依次以下的压电元件下表面的电极交替施加第二电位和第一电位。上述叠层型压电元件在各压电元件之间相互产生的变形应力小，能发生自然弯曲变位。
Description
技术领域
本实用新型涉及压电元件，尤其涉及一种叠层型压电元件。
背景技术
现有技术中的扬声器一般采用压电元件作为振动装置，然而这样的扬声器很难在振动量小时，产生大音量的声音。为了解决这一问题，可以采用叠层多个压电元件以形成叠层型压电元件的方法。
现有的叠层型压电元件是给叠层的压电元件均加入相同的电场，使叠层的压电元件具有相同的向同一方向变位的极性。然而这样的设计方式不是使发生变位后的弯曲外侧出现大的弯曲变位，内侧出现小的弯曲变位，而是使叠层的压电元件间产生了变形应力。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种叠层型压电元件，以便使各压电元件之间相互产生的变形应力减小，能够发生自然弯曲变位。
为了实现上述目的，本实用新型提出了一种叠层型压电元件，包括若干等厚度的压电元件，各压电元件沿着同一个轴叠压，第一个压电元件的上表面、各压电元件之间以及最后一个压电元件的下表面均设有电极，所述各压电元件和各电极之间用粘合剂接合或者用真空接合的方式进行连接，所述电极分别与施电单元相连接；设压电元件的个数为N，第i压电元件与设置于该压电元件上下表面的两个电极的接触面积为Si，当N为偶数时，则S1>S2>…>SN/2，且SN>SN-1>…>SN/2+1，并且所述施电单元对第奇数个电极施加第一电位，对第偶数个电极施加第二电位；当N为奇数时，则S1>S2>…>S（N-1）/2，且SN>SN-1>…>S（N+1）/2，并且所述施电单元对中间位置的压电元件两侧的电极施加第一电位，中间位置依次以上的压电元件的上表面的电极交替施加第二电位和第一电位；中间位置依次以下的压电元件的下表面的电极交替施加第二电位和第一电位。
优选的是，相邻的压电元件的变位量之差为常数。
优选的是，除去配置在外层的电极，其余电极中设有开口。
优选的是，所述开口的大小以及数量根据需求设置。
本实用新型的该方案的有益效果在于上述叠层型压电元件在各压电元件之间相互产生的变形应力小，能够发生自然弯曲变位。
附图说明
图1示出了本实用新型所涉及的叠层型压电元件的结构示意图。
图2示出了本实用新型所涉及的叠层型压电元件的伸缩效果说明图。
图3示出了本实用新型所涉及的叠层型压电元件的另一种结构示意图。
图4示出了包含本实用新型所涉及的叠层型压电元件的扬声器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，本实用新型所涉及的叠层型压电元件包括若干等厚度的压电元件，各压电元件沿着同一个轴叠压，在本实施例中以四个压电元件为例进行说明，第一压电元件32、第二压电元件34、第三压电元件36以及第四压电元件38沿着同一个轴叠压，并且在所述第一压电元件32的上表面、各压电元件之间以及第四压电元件38的下表面均设有电极，具体的所述第一压电元件32的上表面设有第一电极31，第一压电元件32和第二压电元件34之间设有第二电极33，第二压电元件34和第三压电元件36之间设有第三电极35，第三压电元件36和第四压电元件38之间设有第四电极37，所述第四压电元件38的下表面设有第五电极39。所述各压电元件和各电极之间用粘合剂接合或者用真空接合的方式进行连接。其中所述压电元件由锆钛酸铅（PZT）等陶瓷制品组成，根据MEMS（MicroElectroMechanicalSystems）也可用薄膜压电元件。所述电极由Cu、Zn、Sn、Ni、Ag、Au、Al等金属组成。
所述第二电极33、第三电极35以及第四电极37中可以预设任意数量的开口50，所述开口50的形状可以采用圆形。为所述第二电极33、第三电极35以及第四电极37预设开口50可以确定电极与压电元件的接触面积。在所述电极上，将多个开口50排列成格子状，以便通过对所述电极施加电压，对所述压电元件施加同样的电场。另外，只要能对所述压电元件施加同样的电场，所述电极上开口50的排列形状可以采用任何形状，例如六角格子状等。
在本实施例中，所述第二电极33、第三电极35以及第四电极37中预设的开口50数量相等，并且所述第二电极33以及第四电极37中开口50的大小比第三电极35中开口50的大小要小。当然各个电极中的开口50大小以及数量可以根据需要而定。
通过上述结构设置，所述电极与所述压电元件的接触面积中，配置在最外侧的电极（第一电极31以及第五电极39）与压电元件的接触面积最大，配置在中心位置的电极（第三电极35）与压电元件的接触面积最小。由此，通过分别给电极31~39施加绝对值相等的电位，可以对四个压电元件32~38施加电场，与中间位置的第二压电元件34、第三压电元件36相比，施加于外侧第一压电元件32、第四压电元件38的电场强度更大，因此可产生更大的振动。
取i=1~4，第i个压电元件与设置于该压电元件上下表面的两个电极的接触面积为Si，并且假设所述第一电极31、第五电极39与压电元件的接触面积为a0，第二电极33、第四电极37与压电元件的接触面积为a1，第三电极35与压电元件的接触面积为a2，则S1=a0+a1、S2=a1+a2、S3=a1+a2、S4=a0+a1。
施电单元40一方面连接第一电极31、第三电极35以及第五电极39，另一方面连接第二电极33和第四电极37，因此给第一压电元件32和第三压电元件36施加了同一方向的电压，同时，给第二压电元件34和第四压电元件38施加了与上述方向相反的电压。
假设压电元件32~38在图1的横向方向上的伸长量（变位量）为Δ（收缩的情况下为Δ负值），设压电元件的材料常数为d，长为L，厚为t，电场强度为E，则Δ=dLE/t。压电元件32~38的材料常数d，元件长L和元件厚t相等。只要施加大致一样的电场，在第i个压电元件发生的电场强度E和Si成比例，基于Si，第i个压电元件的伸缩量为Δi，则Δ1=-Δ4，Δ2=-Δ3，∣Δ1∣>∣Δ2∣，∣Δ3∣<∣Δ4∣。即，最外侧的第一电压元件32、第四压电元件38的伸缩量最大（但是方向互逆），内侧的第二压电元件34、第三压电元件36的伸缩量小（但是方向互逆）。
图2示出了本实用新型所涉及的叠层型压电元件的伸缩效果说明图。从图中可以看出，压电元件32~38流畅的连续收缩，压电元件间的变形应力小。理想的情况是Δ1、Δ2、Δ3、Δ4成等差数列。为了达到这种情况，S1、S2、S3、S4也呈等差数列。
上述实施例中是以四个压电元件为例进行说明（N=4）。当N取其他值时，Si和Δi可以进行同样设计，以便使压电元件流畅连续收缩。当压电元件直接产生的变形应力变小时，会发生较大振动。
图3示出了本实用新型所涉及的叠层型压电元件的另一种结构示意图。在本实施例中，压电元件的个数N为奇数，以N=5为例进行说明。所述叠层型压电元件包括五个压电元件，相较于图1所示的叠层型压电元件而言，本实施例中的叠层型压电元件在所述第二压电元件34以及第三压电元件36之间设置了第五压电元件3x（按照上下排列顺序而言，所述第五个压电元件3x为第三个）。本实施例中设有六个电极，具体是在所述第一压电元件32的上表面、各压电元件之间以及第四压电元件38的下表面均设有电极，其中所述第一压电元件32的上表面设有第一电极31，第一压电元件32和第二压电元件34之间设有第二电极33，第二压电元件34和第五压电元件3x之间设有第六电极35a，第五压电元件3x和第三压电元件36之间设有第七电极35b，第三压电元件36和第四压电元件38之间设有第四电极37，所述第四压电元件38的下表面设有第五电极39。
通过施电单元40给第一电极31、第二电极33、第四电极37以及第五电极39连接和实施例1相同的电位，给第六电极35a和第七电极35b连接与实施例1中第三电极35相同的电位。这样就使第一压电元件32、第二压电元件34、第三压电元件36以及第四压电元件38产生了与实施例1中相同的变位。因为没有给第五压电元件3x施加电压，则该压电元件不产生变位。本实施例中的第五压电元件3x可由其他结构代替，只要该结构具有的柔软性可以随着压电元件32、34、36、38伸缩且不妨碍叠层型压电元件30变形即可。
第i个压电元件的伸缩量Δi为Δ1=-Δ4，Δ2=-Δ3，Δ5=0，∣Δ1∣>∣Δ2∣，∣Δ3∣<∣Δ4∣。理想的情况是Δ1、Δ2、Δ5、Δ3、Δ4呈等差数列。
图4示出了包含本实用新型所涉及的叠层型压电元件的扬声器的结构示意图。扬声器1是把电信号转变成物理振动进而产生声音的装置，其包括框架10以及叠层型压电元件30。所述框架10可采用金属、树脂等材料制成，并形成具有一定厚度的筒状。所述叠层型压电元件30由框架10支撑。叠层型压电元件30可以通过自行振动发出音压（通过空气传递音压）。本实施例中的扬声器1可以不使用振动板，通过自行振动的叠层型压电元件30来达到发声的效果。因此不存在因振动板的频率特性带来的音质恶化和指向性的问题。
本实用新型所涉及的叠层型压电元件在各压电元件之间相互产生的变形应力小，能够发生自然弯曲变位。
Claims (4)
1.一种叠层型压电元件，其特征在于：包括若干等厚度的压电元件，各压电元件沿着同一个轴叠压，第一个压电元件的上表面、各压电元件之间以及最后一个压电元件的下表面均设有电极，所述各压电元件和各电极之间用粘合剂接合或者用真空接合的方式进行连接，所述电极分别与施电单元相连接；设压电元件的个数为N，第i压电元件与设置于该压电元件上下表面的两个电极的接触面积为Si，当N为偶数时，则S1>S2>…>SN/2，且SN>SN-1>…>SN/2+1，并且所述施电单元对第奇数个电极施加第一电位，对第偶数个电极施加第二电位；当N为奇数时，则S1>S2>…>S（N-1）/2，且SN>SN-1>…>S（N+1）/2，并且所述施电单元对中间位置的压电元件两侧的电极施加第一电位，中间位置依次以上的压电元件的上表面的电极交替施加第二电位和第一电位；中间位置依次以下的压电元件的下表面的电极交替施加第二电位和第一电位。
2.根据权利要求1所述的叠层型压电元件，其特征在于：相邻的压电元件的变位量之差为常数。
3.根据权利要求1或2所述的叠层型压电元件，其特征在于：除去配置在外层的电极，其余电极中设有开口。
4.根据权利要求3所述的叠层型压电元件，其特征在于：所述开口的大小以及数量根据需求设置。
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| CN201521058832.5U CN205211794U (zh) | 2015-12-18 | 2015-12-18 | 一种叠层型压电元件 |
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| CN112485880A (zh) * | 2019-08-23 | 2021-03-12 | 中芯集成电路（宁波）有限公司 | 镜头模组及镜头组件 |
| CN112635648A (zh) * | 2019-10-08 | 2021-04-09 | Tdk株式会社 | 层叠型压电元件 |
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