壓電執(zhí)行元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種壓電執(zhí)行元件，具體的說是用于控制噴射器的流體的機械結構，屬于壓電【技術領域】。其包括多個壓電片、內(nèi)電極和外電極，每個壓電片沿豎直方向設置，多個壓電片沿著水平方向依次層疊連接；每個壓電片的左右表面中的一面為內(nèi)電極連接面，多個壓電片的內(nèi)電極連接面均為同一側表面，內(nèi)電極連接面上連接內(nèi)電極；多個壓電片的前后表面均為外電極連接面，外電極連接面上連接外電極；多個壓電片的前后表面上的外電極的內(nèi)側面分別與該側的內(nèi)電極連接，多個壓電片的前后表面上的外電極的外側面分別通過導線與外部電源連接。本發(fā)明疊片數(shù)量大幅減少，降低壓電執(zhí)行元件制造和使用過程中的安全隱患，降低了制造成本，能夠實現(xiàn)批量生產(chǎn)和應用。
【專利說明】壓電執(zhí)行元件
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓電執(zhí)行元件，具體的說是用于控制噴射器的流體的機械結構，屬于壓電【技術領域】。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有技術中，根據(jù)壓電材料的壓電性能，在對壓電材料加載一定外部電壓時，壓電材料會產(chǎn)生一定方向的機械尺寸變形，并且這種變形可以在克服相當大的力的條件下產(chǎn)生。而當外部電壓去除時，壓電材料可以準確地回復到加載電壓之前的尺寸狀態(tài)。用壓電材料制作的壓電執(zhí)行元件由于具有驅動力大、響應迅速和回位準確的優(yōu)點，尤其適用于快速和準確的開關過程中，如內(nèi)燃機噴油裝置的噴射器等機構中。
[0003]CN00800631.8中公開了一種壓電執(zhí)行元件體，它具有一個多層的層壓結構形式的執(zhí)行元件體，該層壓結構由許多層疊的壓電材料層以及位于其間的導電層構成，當對壓電執(zhí)行元件體施加脈沖電壓時，它在改變其兩端之間的間距情況下執(zhí)行脈動行程。
[0004]類似的壓電執(zhí)行元件體在CN200480030282.4等專利中都有不少公開的敘述，它們在結構和控制上有一個共同的特點，就是對壓電元件體施加脈沖電壓時，利用沿單個壓電片疊層方向的尺寸(升程)伸長和收縮，來實現(xiàn)對控制閥或者類似機構的控制。由于目前壓電材料的單位通電伸長量有限，因此上述壓電執(zhí)行元件體都需要有數(shù)量眾多的壓電片進行疊層，這就存在兩個缺點:一是由于壓電執(zhí)行元件體疊層的壓電片數(shù)量多，在制造和使用過程中出現(xiàn)壓電片之間的開裂、脫節(jié)等安全隱患的幾率大；二是眾多的疊片數(shù)量增加了制造難度和成本，上述兩個缺點在大規(guī)模制造和應用中顯得尤為嚴重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，從而提供一種疊片數(shù)量大幅減少的壓電執(zhí)行元件，降低壓電執(zhí)行元件制造和使用過程中的安全隱患，并且降低制造成本，從而更容易實現(xiàn)批量生產(chǎn)和應用。
[0006]按照本發(fā)明提供的技術方案，壓電執(zhí)行元件包括多個壓電片、內(nèi)電極和外電極，其特征是:每個壓電片沿豎直方向設置，多個壓電片沿著水平方向依次層疊連接；每個壓電片的左右表面中的一面為內(nèi)電極連接面，多個壓電片的內(nèi)電極連接面均為同一側表面，內(nèi)電極連接面上設有內(nèi)電極；多個壓電片的前后表面均為外電極連接面，外電極連接面上連接外電極；多個壓電片的前后表面上的外電極的內(nèi)側面分別與該側的內(nèi)電極連接，多個壓電片的前后表面上的外電極的外側面分別通過導線與外部電源連接。
[0007]進一步的，內(nèi)電極為矩形平面。外電極為網(wǎng)格狀柔性電極，能夠伸縮。
[0008]進一步的，內(nèi)電極的上下邊位于其所在內(nèi)電極連接面的上下邊之內(nèi)，并且內(nèi)電極的上下邊與內(nèi)電極連接面的上下邊不重合；內(nèi)電極的左右邊位于其所在內(nèi)電極連接面的左右邊之內(nèi)，并且內(nèi)電極左右邊中的一邊與內(nèi)電極連接面相同側邊重合形成內(nèi)電極連接邊，內(nèi)電極左右邊中相對與內(nèi)電極連接邊的另一邊與內(nèi)電極連接面相同側邊不重合；相鄰內(nèi)電極連接邊在相鄰壓電片左右側間隔設置。內(nèi)電極的面積Si與其所在內(nèi)電極連接面的面積S2的比例范圍為0.5<S1:S2〈1。
[0009]本發(fā)明與已有技術相比具有以下優(yōu)點:本發(fā)明結構簡單、緊湊、合理，疊片數(shù)量大幅減少，降低壓電執(zhí)行元件制造和使用過程中的安全隱患；同時，降低了制造成本，能夠實現(xiàn)批量生產(chǎn)和應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明結構示意圖。
[0011]圖2為壓電片結構示意圖。
[0012]圖3為壓電片施加電壓前結構示意圖。
[0013]圖4為壓電片施加電壓后結構示意圖。
[0014]圖5為圖1中AA剖視圖。
[0015]圖6為現(xiàn)有技術的壓電執(zhí)行元件結構示意圖。
[0016]圖7為現(xiàn)有技術的壓電片結構示意圖。
[0017]圖8為圖6中BB剖視圖。
[0018]附圖標記說明:1-壓電片、Ia-施加電壓之前的壓電片、Ib-施加電壓之后的壓電片、2-內(nèi)電極、3-外電極、4-內(nèi)電極連接面、5-內(nèi)電極連接邊、6-外電極連接面、7-導線。
【具體實施方式】
[0019]下面本發(fā)明將結合附圖中的實施例作進一步描述:
[0020]如圖1?2所示，本發(fā)明主要包括多個壓電片1、內(nèi)電極2和外電極3，每個壓電片I沿豎直方向設置，多個壓電片I沿著水平方向依次層疊連接。
[0021]如圖5所示，每個壓電片I的左右表面中的一面為內(nèi)電極連接面4，多個壓電片I的內(nèi)電極連接面4均為同一側表面。
[0022]如圖2和5所示，所述內(nèi)電極連接面4上設有內(nèi)電極2，內(nèi)電極2為矩形平面。內(nèi)電極2的上下邊位于其所在內(nèi)電極連接面4的上下邊之內(nèi)，并且內(nèi)電極2的上下邊與內(nèi)電極連接面4的上下邊不重合。內(nèi)電極2的左右邊位于其所在內(nèi)電極連接面4的左右邊之內(nèi)，并且內(nèi)電極2左右邊中的一邊與內(nèi)電極連接面4相同側邊重合形成內(nèi)電極連接邊5，內(nèi)電極2左右邊中相對與內(nèi)電極連接邊5的另一邊與內(nèi)電極連接面4相同側邊不重合。所述內(nèi)電極2的面積SI與其所在內(nèi)電極連接面4的面積S2的比例范圍為0.5<S1:S2〈1。相鄰內(nèi)電極連接邊5在相鄰壓電片I左右側間隔設置。
[0023]如圖1和5所示，多個壓電片I的前后表面均為外電極連接面6，外電極連接面6上連接外電極3。多個壓電片I的前后表面上的外電極3的內(nèi)側面分別與該側的內(nèi)電極2連接。所述外電極3為網(wǎng)格狀柔性電極，能夠伸縮。多個壓電片I的前后表面上的外電極3的外側面分別通過導線7與外部電源連接。
[0024]假定加載在壓電片I的電壓大小為V，加載電壓后，壓電片I寬度方向產(chǎn)生伸長變形，變形量為AW，在長度和寬度方向產(chǎn)生了收縮變形，變形量分別為AL和ΛΗ。AW、AL、ΛΗ的大小可根據(jù)壓電方程計算得出。在本發(fā)明中壓電片I的邊界條件近似為機械自由和電學短路，由第一類壓電方程可得:[0025]S=dE,
[0026]其中S為應變，d為壓電應變常數(shù)(單位為m/v), E為電場強度(單位為v/m),其中
【權利要求】
1.一種壓電執(zhí)行元件，包括多個壓電片(I)、內(nèi)電極(2)和外電極(3)，其特征是:每個壓電片(I)沿豎直方向設置，多個壓電片(I)沿著水平方向依次層疊連接；每個壓電片(I)的左右表面中的一面為內(nèi)電極連接面(4)，多個壓電片(I)的內(nèi)電極連接面(4)均為同一側表面，內(nèi)電極連接面(4)上設有內(nèi)電極(2);多個壓電片(I)的前后表面均為外電極連接面(6)，外電極連接面(6)上連接外電極(3);多個壓電片(I)的前后表面上的外電極(3)的內(nèi)側面分別與該側的內(nèi)電極(2)連接，多個壓電片(I)的前后表面上的外電極(3)的外側面分別通過導線(7)與外部電源連接。
2.如權利要求1所述的壓電執(zhí)行元件，其特征是:所述內(nèi)電極(2)為矩形平面。
3.如權利要求1所述的壓電執(zhí)行元件，其特征是:所述外電極(3)為網(wǎng)格狀柔性電極，能夠伸縮。
4.如權利要求1所述的壓電執(zhí)行元件，其特征是:所述內(nèi)電極(2)的上下邊位于其所在內(nèi)電極連接面(4)的上下邊之內(nèi)，并且內(nèi)電極(2)的上下邊與內(nèi)電極連接面(4)的上下邊不重合；內(nèi)電極(2)的左右邊位于其所在內(nèi)電極連接面(4)的左右邊之內(nèi)，并且內(nèi)電極(2)左右邊中的一邊與內(nèi)電極連接面(4 )相同側邊重合形成內(nèi)電極連接邊(5 )，內(nèi)電極(2 )左右邊中相對與內(nèi)電極連接邊(5)的另一邊與內(nèi)電極連接面(4)相同側邊不重合；相鄰內(nèi)電極連接邊(5 )在相鄰壓電片(I)左右側間隔設置。
5.如權利要求1所述的壓電執(zhí)行元件，其特征是:所述內(nèi)電極(2)的面積SI與其所在內(nèi)電極連接面(4)的面積S2的比例范圍為0.5<S1:S2〈1。
【文檔編號】H01L41/047GK103579492SQ201310581376
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權日:2013年11月19日
【發(fā)明者】莊福如, 吳小勇, 臧孌, 曹俊衛(wèi) 申請人:中國第一汽車股份有限公司無錫油泵油嘴研究所