执行器

一般来说，压电薄膜执行器的设计，主要取决于应用的各种要求，诸如运行速度、位移量、产生的力以及可提供的电源等。压电膜技术可以提供不同的设计方案来实现上述应用要求，这些设计方案包括：

•    为客户订做的单面或双面电极图形；
•    多层叠层结构或双压电膜片；
•    折叠或卷筒式多层结构；
•    挤出成型压电管和压电电缆；
•    在各种基片上浇注压电共聚体；
•    模塑三维结构。

上述各种设计方案均各有其优缺点，
例如，卷筒式多层执行器可以产生比较高
的力，但却要牺牲一定的位移量。

双压电薄膜片
与双金属片相似，二片极性相反的压电薄膜粘在一起，就构成了一个弯曲的元件，或”双压电薄膜片”（图29）。在这种双压电膜片上加上电压之后，使其中一片加长，而另一片缩短，这样就形成了弯曲。加相反极性的电压时，它就向相反方向弯曲。这种结构形式将微小的长度变化变为很大的端部弯曲，但所产生的力小。若采用加厚的压电膜和多层结构，可增加这种双压电薄膜片所产生的力，但要牺牲一定的位移量。

端部弯曲量和所产生的力，按下式计算：

            Δx = 3/4d31 (1²/t²)V 米

            F = 3/2Ywd31(t/l)V 牛顿           
式中：
            Δx    = 直流时的位移量
            F     = 产生的力
            d31     = 在“1”方向上的压电常数
            l, t, w     = 压电膜的长度、厚度和宽度
            V     = 所加电压（伏）
            Y     = 压电膜的Young氏模量（2×109N/m²）

当加交流电压时，双压电膜片就成了类似昆虫翅膀那样的扇子。尽管双压电膜片的确显示了直流响应，但只在谐振时才获得最大的端部弯曲，这是由其长度和厚度来决定的。

例四：

在由两条9µmPVDF压电膜构成的2cm悬臂双压电膜片的二端加100V电压，其端部的位移量 Δx 等于：
    如上式所示，较长的双压电膜片可以获得较大的位移量，而较宽的双膜片则可获得较大的力。在谐振频率和直流时的位移量由代表机械增益的Q值决定，双压电膜片的典型Q值为20~25。

例如，在一长5mm，厚70µm的双压电膜片上加120v的直流电压，所产生的位移量为57µm。但是,同样的双压电膜片，在580Hz的谐振频率上，却可以获得1.4mm的位移量。对于需要较大力的应用场合，如冷却风扇等，可以考虑采用多层结构。所产生的力随层数的增加而成比例地增大。
双压电膜片的电连接方面，有二种基本的方法如图30
所示，即串联和并联。为获得相同的位移量，并联时
所需电压要低于串联时。但另一方面，串联时所需的
电流要小于并联时。这二种接线方法对执行器来说总
的电功率是相同的。不过，很显然，对加工来说，串
联要比并联简单得多。这种双压电膜片的弯曲器件，
主要应用于风扇、玩具和装饰物等。

盘卷式执行器

将图31中所示的柱形盘卷式双压电膜片所产生的力和
位移量表达如下：
   
    x = d31El    米    
               
    E = V/t    V/m

    F = Yd31EA    牛顿
式中：
x = 直流时的位移量（米）
F = 所产生的力（牛顿）
f = 谐振频率
l, t = 压电膜片的长度和厚度（米）
Me = 外加负载的质量（kg）
Mp = 压电执行器的质量（kg）
A = 横截面积（m）
Y = Young氏模量（N/m²）
E = 电场（V/m²）

如上式所示，一个盘卷式的压电膜执行器，随
着横截面积的增加，可以产生出更大的力和与
更高的谐振频率响应。加长执行器，则产生更
大的位移量，但降低了响应速度。应当指出，
当Me=0时，若将长度l调节到满足谐振条件，
则执行器输出可达到最大。例如，一个直径为
12mm，长度为25mm的盘卷式压电膜执行器，
在32KHz的频率上将达到最大输出。