一种螺旋电极压电扭转驱动器的制作方法

本发明属于压电驱动技术领域，尤其涉及一种螺旋电极压电扭转驱动器。

背景技术：

压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。

压电现象是100多年前居里兄弟研究石英时发现的。压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差(称之为正压电效应)，反之施加电压，则产生机械应力(称为逆压电效应)。也就是说，压电材料具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。压电驱动器利用逆压电效应，将电能转变为机械能或机械运动，聚合物驱动器主要以聚合物双晶片作为基础，包括利用横向效应和纵向效应两种方式，基于聚合物双晶片开展的驱动器应用研究包括显示器件控制、微位移产生系统等。要使这些创造性设想获得实际应用，还需要进行大量研究。电子束辐照p(vdf-trfe)共聚合物使该材料具备了产生大伸缩应变的能力，从而为研制新型聚合物驱动器创造了有利条件。在潜在国防应用前景的推动下，利用辐照改性共聚物制备全高分子材料水声发射装置的研究，在美国军方的大力支持下正在系统地进行之中。除此之外，利用辐照改性共聚物的优异特性，研究开发其在医学超声、减振降噪等领域应用，还需要进行大量的探索。

目前市场上的压电驱动器主要利用压电材料的逆压电效应，使压电驱动器产生径向或轴向运动，进而驱动负载。对于产生切向扭转驱动的压电驱动器的研究还比较少。

技术实现要素：

为了解决上述背景技术中的缺点与不足，本发明提出了一种螺旋电极压电扭转驱动器，能够产生扭转应力驱动负载且具有结构简单、体积小、响应频率高、噪声低、对环境无污染。为了达到上述发明目的，本发明的技术方案是：一种螺旋电极压电扭转驱动器，包括压电材料基体，第一螺旋电极，第二螺旋电极，第三螺旋电极，第四螺旋电极，第一螺旋电极与第二螺旋电极组成第一电极对布置在压电材料基体上表面，第三螺旋电极与第四螺旋电极组成第二电极对布置在压电材料基体下表面，所述第一螺旋电极和第三螺旋电极沿压电材料基体厚度方向中间面对称布置，所述第二螺旋电极和第四螺旋电极沿压电材料基体厚度方向中间面对称布。

所述压电材料基体为薄圆片形。

所述压电材料基体可为压电陶瓷材料。

所述压电材料基体可为压电纤维复合材料。

所述第一螺旋电极、第二螺旋电极、第三螺旋电极、第四螺旋电极电极宽度相等。

所述第一螺旋电极、第二螺旋电极、第三螺旋电极、第四螺旋电极厚度方向尺寸相等。

所述第一螺旋电极和第二螺旋电极相互交叉环形嵌套。

所述第三螺旋电极和第四螺旋电极相互交叉环形嵌套。

所述第一螺旋电极、第二螺旋电极、第三螺旋电极、第四螺旋电极均为平面螺旋电极。

所述第一螺旋电极、第二螺旋电极、第三螺旋电极、第四螺旋电极的电极中线满足平面对数螺旋公式。

所述第一螺旋电极、第二螺旋电极、第三螺旋电极、第四螺旋电极通过丝网印刷法刻蚀在压电材料基体上。

所述第一螺旋电极、第二螺旋电极、第三螺旋电极、第四螺旋电极采用银电极层制成。

所述第一螺旋电极和第三螺旋电极连接极化电源的正极，第二螺旋电极和第四螺旋电极连接极化电源的负极。

本发明的有益效果在于：本发明提出的一种螺旋电极压电扭转驱动器，具有结构简单、体积小、响应频率高、噪声低、对环境无污染，通过电极的螺旋布置，能够较大的利用产生切向应变的压电常数，能够实现扭转位移的输出，本发明提出的的螺旋电极压电扭转驱动器在实际应用中，可根据负载情况单个使用或多层叠加使用，本发明结构简单，环境适应性强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的上表面结构图；

图3为本发明的下表面结构图；

图4为本发明第一螺旋电极与第三螺旋电极的电极中线满足的公式；

图5为本发明第二螺旋电极与第四螺旋电极的电极中线满足的公式；

图6为本发明提供的螺旋电极压电扭转驱动器，元件的极化方向垂直于螺旋电极线，外加激励电场e的作用下，压电方程可以简化的公式；

附图中：1、压电材料基体；2、压电材料基体上表面；3、压电材料基体下表面；4、第一螺旋电极；5、第二螺旋电极；6第三螺旋电极；7、第四螺旋电极。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种螺旋电极压电扭转驱动器，通过在压电材料基体1的上、下表面布置两对螺旋电极，较大的利用产生切向应变的压电常数，从而实现扭转位移的输出，本发明所提供的一种螺旋电极压电扭转驱动器结构简单、体积小、响应频率高、噪声低、对环境无污染，为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接或间接在另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接或间接连接到另一个元件。本申请文件中用于表示方位的用语“左”和“右”均以附图中所示的具体结构为基准，并不构成对结构的限制。

具体实施例1：如图1至图3所示，一种螺旋电极压电扭转驱动器，包括压电材料基体1，第一螺旋电极4，第二螺旋电极5，第三螺旋电极6，第四螺旋电极7，第一螺旋电极3与第二螺旋电极5组成第一电极对布置在压电材料基体上表面2，第三螺旋电极6与第四螺旋电极7组成第二电极对布置在压电材料基体下表面3，所述第一螺旋电极4和第三螺旋电极6沿压电材料基体1厚度方向中间面对称布置，所述第二螺旋电极5和第四螺旋电极7沿压电材料基体1厚度方向中间面对称布置。第一螺旋电极4和第二螺旋电极5相互交叉环形嵌套，第三螺旋电极6和第四螺旋电极7相互交叉环形嵌套。第一螺旋电极4、第二螺旋电极5、第三螺旋电极6、第四螺旋电极7的电极中线满足平面对数螺旋公式，第一螺旋电极4与第三螺旋电极6的电极中线满足如说明书附图4中的公式，第二螺旋电极5与第四螺旋电极7的电极中线满足如说明书附图5中的公式，式中r为螺旋电极线上点距压电材料基体1表面中心点的距离，a、b为常数，θ为螺旋角度，e为自然对数，e^2πb中的π为圆周率。

对于本发明提供的螺旋电极压电扭转驱动器，元件的极化方向垂直于螺旋电极线，外加激励电场e的作用下，压电方程可以简化为如说明书附图6中的公式，式中s^e为弹性柔顺常数矩阵，d为压电应变系数矩阵，ε为压电应变矩阵，σ为压电应力矩阵，e为压电应力系数矩阵。

第一螺旋电极4、第二螺旋电极5、第三螺旋电极6、第四螺旋电极7通过丝网印刷法刻蚀在压电材料基体1上。

在极化的时候，第一螺旋电极4和第三螺旋电极6连接直流电源正电极，第二螺旋电极5和第四螺旋电极7连接直流电源负电极进行极化处理。经过极化后，对压电材料基体1中心位置进行固定，第一螺旋电极4和第三螺旋电极6连接电源正极，第二螺旋电极5和第四螺旋电极7连接电源负极，可实现扭转位移的输出，本发明提出的的螺旋电极压电扭转驱动器在实际应用中，可根据负载情况单个使用或多层叠加使用，本发明结构简单，环境适应性强。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。