RU2413336C2 - Пакетный пьезоэлемент и пьезоэлектрический привод с таким пакетным пьезоэлементом - Google Patents

Пакетный пьезоэлемент и пьезоэлектрический привод с таким пакетным пьезоэлементом Download PDF

Info

Publication number
RU2413336C2
RU2413336C2 RU2008129372/28A RU2008129372A RU2413336C2 RU 2413336 C2 RU2413336 C2 RU 2413336C2 RU 2008129372/28 A RU2008129372/28 A RU 2008129372/28A RU 2008129372 A RU2008129372 A RU 2008129372A RU 2413336 C2 RU2413336 C2 RU 2413336C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piezoelectric
piezoelectric element
packet
dimensional
shape
Prior art date
Application number
RU2008129372/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008129372A (ru
Inventor
Борис ГРОМАНН (DE)
Борис ГРОМАНН
Петер КОНСТАНЦЕР (DE)
Петер КОНСТАНЦЕР
Штефан ШТОРМ (DE)
Штефан ШТОРМ
Original Assignee
Еадс Дойчланд Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Еадс Дойчланд Гмбх filed Critical Еадс Дойчланд Гмбх
Publication of RU2008129372A publication Critical patent/RU2008129372A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2413336C2 publication Critical patent/RU2413336C2/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C3/00Wings
    • B64C3/38Adjustment of complete wings or parts thereof
    • B64C3/44Varying camber
    • B64C3/48Varying camber by relatively-movable parts of wing structures
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/501Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a non-rectangular cross-section in a plane parallel to the stacking direction, e.g. polygonal or trapezoidal in side view
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/503Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a non-rectangular cross-section in a plane orthogonal to the stacking direction, e.g. polygonal or circular in top view
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2041Beam type
    • H10N30/2042Cantilevers, i.e. having one fixed end
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2047Membrane type
    • H10N30/2048Membrane type having non-planar shape
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/42Piezoelectric device making

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

Использование: для деформирования детали. Сущность заключается в том, что пьезоэлектрический привод с трехмерным пакетным пьезоэлементом для установки на базовой структуре имеет, по меньшей мере, одну поверхность пакетного пьезоэлемента, которая подвергнута двухмерному или трехмерному профилированию перпендикулярно плоскостям слоев пакета, и эта, по меньшей мере, одна профилированная поверхность подогнана к контуру базовой структуры, на которой должен устанавливаться привод. Технический результат - обеспечение высокой мощности пьезоэлемента и пьезоэлектрического привода при одновременном исключении опасности разрушения пьезоэлемента во время монтажа на деталь. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 12 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к пакетному пьезоэлементу и пьезоэлектрическому приводу (исполнительному органу, или актюатору) с таким пакетным пьезоэлементом.
Уровень техники
Применение пьезоэлектрических элементов общеизвестно. Такие пьезоэлементы используются, например, для того, чтобы регистрировать деформации деталей конструкции, когда пьезоэлементы устанавливаются на деталях и перемещаются по мере деформирования детали. При этом используется то обстоятельство, что при деформации пьезоэлемента в нем происходит перенос заряда. С другой стороны, пьезоэлементы служат также для того, чтобы целенаправленно оказывать воздействие на деталь, в частности деформировать ее, когда на пьезоэлемент, наоборот, подают напряжение и используют возникающую при этом деформацию. Пьезоэлементы находят применение, прежде всего, в том случае, если требуются специальные, сложные процессы деформации детали и поверхность детали во всех деформированных состояниях должна оставаться как можно более целостной и гладкой. Примеры применения пьезоэлементов можно найти, например, в авиации для аэродинамических профилей, а также для больших вогнутых зеркал, например, в телескопах, и во многих других случаях.
Так, в авиации пьезоэлементы используются для изучения аэродинамических профилей, когда необходимо исследовать профили с точки зрения их обтекаемости. В публикации DE 10304530 А1 описано устройство, в котором по меньшей мере на отдельных участках аэродинамического профиля установлены пьезоэлектрические приводы, изменение длины которых под действием электрического тока происходит по существу в направлении плоскостей обшивок профиля, причем профиль имеет переднюю зону и расположенную в стекающем потоке заднюю зону, ограниченные обшивками с нижней и верхней сторон, которые сходятся в задней кромке профиля. Используемые пьезоэлектрические приводы, наряду с контактами для подключения, содержат пьезоэлементы с так называемым продольным эффектом (эффектом d33), при котором изменение длины пьезоэлектрического материала происходит в направлении электрического поля и обеспечивает эффективное приложение сил к аэродинамическому профилю. В описанных в публикации DE 10304530 А1 пьезоэлектрических приводах, которые используют эффект d33, изменение длины пьезоэлектрического материала происходит в направлении электрического поля и превышает пьезоэффект (эффект d31), при котором изменение длины происходит перпендикулярно электрическому полю.
Приводы d33, используемые в DE 10304530 А1, изготавливают нарезанием пакетного пьезоэлемента в продольном направлении на плоские пластинки, которые затем наносят на искривленную структуру, а именно на аэродинамический профиль, или встраивают в нее. Приводы имеют малую толщину и представляют собой по существу пластинчатые или плоские параллелепипеды, поэтому они не влияют или слабо влияют на аэродинамические условия. Однако поскольку пьезоэлектрический привод необходимо наносить на искривленные или профилированные профили и он не должен создавать аэродинамического сопротивления на аэродинамическом профиле содержащимся в пьезоэлектрических приводах пьезоэлементам нередко приходится придавать изогнутую или искривленную форму, причем при подгонке к таким искривленным структурам или при нанесении на них они легко разрушаются, тем более что пьезоэлектрические материалы d33 сами по себе сравнительно хрупки. Кроме того, слои пьезоэлемента могут смещаться относительно друг друга или деформироваться, что в свою очередь также может влиять на точность и надежность работы пьезоэлектрического материала.
Поэтому часто используют обычные пьезоэлементы d31, у которых изменение длины происходит перпендикулярно электрическому полю и которые, следовательно, могут иметь меньшую толщину и могут быть более податливыми к деформациям. Однако пьезоэффект или достижимая активная деформация у них меньше, поэтому мощность пьезоэлементов d31 зачастую недостаточна, чтобы целенаправленно воздействовать на элементы конструкции.
Раскрытие изобретения
Исходя из вышеизложенного, задача изобретения состоит в том, чтобы предложить пьезоэлемент и создаваемый на основе этого пьезоэлемента привод для воздействия на механическую деталь конструкции, который имел бы высокую мощность и был бы согласован с формой детали и/или с действующей на него и/или прилагаемой им нагрузкой.
Эту задачу решают трехмерный пакетный пьезоэлемент, охарактеризованный признаками пункта 1 формулы изобретения, и пьезоэлектрический привод, охарактеризованный признаками пункта 5 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах формулы.
Вследствие того, что поверхность пакетного пьезоэлемента, соответствующая поверхности исходного пакетного элемента, имеет форму прямоугольного параллелепипеда, который расположен перпендикулярно плоскостям слоев или параллельно направлению набора пьезопакета, пакетный элемент может получать трехмерное формообразование и может подгоняться, например, под форму аэродинамического профиля. Поскольку пьезоэффект возникает перпендикулярно плоскостям слоев, т.е. в направлении набора пакета, формообразование не влияет на мощность пьезоэлемента.
Под профилированной поверхностью при этом понимают, что она отличается от плоскости, т.е. что одна из боковых поверхностей параллелепипеда исходного пакетного пьезоэлемента заменена искривленной, волнистой поверхностью или поверхностью иной формы. В альтернативном варианте профилированную поверхность может образовывать также плоская поверхность, которая, однако, находится под углом (отличающимся от 0°) к направлению набора пакета, поэтому в целом создается, например, призматический пьезоэлемент. В этом случае вместо двух противоположных друг другу параллельных поверхностей пьезопакета образуются две противоположных друг другу поверхности, расположенные по отношению друг к другу под углом, не равным 0° и не равным 90°. В каждом случае не все образующие пакетный пьезоэлемент слои из электропроводящего материала имеют одинаковую форму. Иными словами, формирование поверхности означает, что при виртуальном разложении пакетного пьезоэлемента на отдельные проводящие слои отдельные пластинки пакета имеют различные формы. Для формообразования не существует особых ограничений, более того форму можно выбирать по потребности в зависимости от конкретного случая применения пьезоэлемента.
Таким образом, под профилированной поверхностью понимается всякий двухмерно (2D) или трехмерно (3D) обработанный пакетный элемент, причем двухмерной называется обработка пакетного элемента в одной плоскости, которая ведет к созданию пакета переменной толщины, а трехмерной - обработка в нескольких плоскостях пакетного элемента, при которой возникает пакетный элемент практически произвольного контура со свободным выбором выступов и впадин. При трехмерной обработке контур пьезоэлемента является функцией всех пространственных направлений, тогда как при двухмерной обработке контур пьезоэлемента остается неизменным в одном из трех пространственных направлений.
Формирование профилированной поверхности осуществляется после изготовления пьезоэлемента, например, обработкой со снятием материала, прежде всего, пилением, шлифованием, сверлением, точением, протягиванием, доводкой, фрезерованием или комбинацией этих методов.
Таким образом, для пьезоэлектрического привода d33 можно сначала изготовить пьезоэлемент в виде пакета или многослойной структуры, т.е. без подгонки формы, как прямоугольный параллелепипед, например, с двумя примерно прямоугольными боковыми поверхностями, которые одновременно являются поверхностями плоскостей слоев. После этого перед нанесением на деталь конструкции или при использовании в качестве привода по меньшей мере одну поверхность пакета подгоняют к форме детали конструкции, согласовывают с ожидаемой для пьезоэлемента нагрузкой, механической нагрузкой, создаваемой пьезоэлементом, или же с комбинацией этих требований, подвергая, например, механической обработке со съемом материала по меньшей мере одну поверхность пакета в форме параллелепипеда, параллельную направлению набора пакета.
В случае использования в аэродинамических целях, например, предпочтительно, чтобы подогнанная по форме поверхность пьезоэлектрического привода, а именно поверхность, обращенная к внешней стороне аэродинамического профиля, была искривленной и соответствовала контуру профиля. Благодаря этому аэродинамическая форма профиля может оставаться по существу независимой от внешних факторов, несмотря на тот факт, что воздействие пьезоэлемента на аэродинамическую деталь конструкции возможно. Например, пьезоэлемент может иметь постоянную толщину, т.е. внешняя поверхность, противоположная профилированной поверхности, также должна иметь соответствующую, выпукло или вогнуто искривленную форму. В альтернативном варианте пьезоэлемент может иметь, например, переменную толщину, когда другие поверхности вообще не подвергаются обработке или им придается другая форма.
Путем варьирования толщины можно, например, привести пьезоэлемент в соответствие с нагрузками, возникающими в детали и передаваемыми на пьезоэлемент. Переменная толщина пьезоэлемента позволяет при трехмерном профиле оказывать также трехмерное воздействие на деталь конструкции.
Предпочтительно используемый пьезоэлемент представляет собой пакетный пьезоэлемент d33, у которого пьезоэффект возникает в направлении, перпендикулярном слоям, т.е. в направлении набора пакета. С учетом формообразования приводов при монтаже их не требуется изгибать или деформировать, что позволяет избежать опасности их разрушения при монтаже, например, путем наклеивания, зажима или винтового соединения, вследствие изгиба, а также деформации внутри слоев или смещения слоев относительно друг друга. При этом мощность пьезоэлектрического привода сохраняется, а износ пьезоэлектрических приводов уменьшается.
Краткое описание чертежей
Ниже примеры осуществления изобретения поясняются с помощью прилагаемых чертежей, на которых показано:
на фиг.1а - схема пакетного пьезоэлектрического элемента для пояснения эффекта d33,
на фиг.1б - схема пакетного пьезоэлектрического элемента для пояснения эффекта d31,
на фиг.2а - предлагаемый в изобретении пьезоэлектрический привод с двумя трехмерными пакетными пьезоэлементами для изгибания пластины,
на фиг.2б - другой пьезоэлектрический привод для изгибания пластины,
на фиг.3а - предлагаемый в изобретении пьезоэлектрический привод для изгибания оболочки,
на фиг.3б - предлагаемый в изобретении альтернативный пьезоэлектрический привод для изгибания оболочки,
на фиг.4а - пьезоэлектрический привод для воздействия на аэродинамический профиль путем изгибания, придания вогнутости или выпуклости,
на фиг.4б - альтернативный пьезоэлектрический привод для воздействия на аэродинамический профиль путем изгибания, придания вогнутости или выпуклости,
на фиг.5 - предлагаемый в изобретении пьезоэлектрический привод для воздействия на деталь конструкции путем кручения и выпучивания,
на фиг.6 - вид в перспективе компоновки предлагаемых в изобретении пьезоэлектрических приводов на аэродинамическом профиле,
на фиг.7а - предлагаемый в изобретении трехмерный пакетный пьезоэлемент с переменным контуром,
на фиг.7б - предлагаемый в изобретении сегментированный трехмерный пакетный пьезоэлемент.
Осуществление изобретения
На фиг.1а и 1б схематически показан пакетный пьезоэлектрический элемент 8, именуемый также пьезопакетом. Пьезоэлемент состоит из перемежающихся слоев электропроводящего и пьезоэлектрического материала. Слои в пакетах на фиг.1а и 1б имеют форму прямоугольных параллелепипедов и одинаковую форму поперечного сечения в направлении, перпендикулярном направлению набора пакета. Слои электропроводящего материала представляют собой электроды 8а. В случае пьезоэлемента, показанного на фиг.1а, электрическое поле Е приложено в направлении набора пакета или в продольном направлении пьезоэлектрического элемента 8. Электрическое поле Е генерируется электродами 8а. Под действием электрического поля Е пьезоэлектрический материал растягивается в направлении электрического поля Е. Это изменение длины обозначено на фиг.1а как ΔL. Пакет обычно имеет следующие размеры: длина а боковой стороны поверхностей элементов пакета, перпендикулярная направлению набора пакета, составляет около 5-60 мм, как и высота b, измеряемая в направлении набора пакета.
В случае пьезоэлемента 8, показанного на фиг.1а, который представляет собой так называемый пьезоэлемент d33, изменение длины ΔL при приложении электрического поля больше, чем изменение длины ΔL пьезоэлемента d31 (см. фиг.1б), у которого изменение длины ΔL происходит поперек вектора электрического поля Е.
Из публикации DE 10304530 А1 известно, что слои толщиной d нарезаются из пакетов, показанных на фиг.1а, и наносятся, например, на аэродинамические профили.
Взяв за основу показанный на фиг.1а пьезопакет d33, для осуществления изобретения по меньшей мере одну боковую поверхность по меньшей мере части образующих пакет слоев, т.е. пластинчатых элементов, перпендикулярную плоскостям слоев пакета, подвергают механической обработке, например формообразованию со съемом материала. Возможны такие способы формообразования, как пиление, шлифование, сверление, точение, протягивание, доводка и/или фрезерование. В результате получают профилированный пьезоэлемент, у которого по меньшей мере одна боковая поверхность, например, искривлена, или, хотя и ровная, но находится под углом к направлению набора пакета, поэтому она уже не параллельна направлению набора пакета, а весь пьезоэлемент уже не имеет форму параллелепипеда. Это означает, что отдельные плоскости слоев уже не имеют одинаковую форму поперечного сечения в направлении, перпендикулярном направлению набора пакета.
Подобный пакетный пьезоэлемент, для которого предпочтительно использовать пакетный пьезоэлемент d33, можно применять в качестве пьезоэлектрического привода, известным образом дополнив его соответствующими электрическими контактами. Такие случаи применения показаны на фиг.2а-7б.
На фиг.2а показано, как два призматических, т.е. имеющих треугольное поперечное сечение и переменную толщину, пьезоэлемента установлены на верхней и нижней сторонах гибкой подложки 10, показанной на фиг.2а. Один пьезоэлемент 11 установлен на верхней стороне и один пьезоэлемент 11 - на нижней стороне подложки 10. При этом в представленном на фиг.2а варианте исполнения пьезоэлементы 11 зеркально симметричны друг другу. Силовое воздействие осуществляется таким образом, что пьезоэлементы приводятся в действие в противоположных направлениях, т.е. один пьезоэлектрический привод растягивается, а другой одновременно сжимается. Таким путем можно создать изгиб подложки 10 и, например, изучать или регулировать поведение подложки при изгибе. В альтернативном варианте можно использовать пьезоэлементы также для того, чтобы регистрировать нагрузки на подложку, измеряя ток, создаваемый за счет изменения длины пьезоэлемента.
В варианте исполнения, показанном на фиг.2а, форма пьезоэлементов 11 согласована с нагрузкой, прикладываемой к подложке 10, выполненной, например, из композиционного материала. Пьезоэлементы 11 соединены с подложкой 10, например, приклеиванием. В альтернативном варианте возможно также непосредственное соединение пьезоэлементов 11 друг с другом для получения деформируемой детали.
В варианте исполнения, показанном на фиг.2б, форма пьезоэлементов 11, которые также должны обеспечивать изгибание гибкой подложки 10, еще лучше согласована с прикладываемой нагрузкой благодаря тому, что в поперечном сечении пьезоэлементов она дополнительно следует эпюре моментов для изгибаемой подложки 10. Таким образом, формообразование пьезоэлементов 11 по меньшей мере с одной искривленной поверхностью позволяет согласовывать форму пьезоэлементов с нагрузками, прикладываемыми к детали, на которую нужно воздействовать, в данном случае к подложке 10.
Профилированной поверхностью 12 пакета 8 на фиг.2а и 2б в разрезе является верхняя или нижняя поверхность соответствующего пьезоэлемента 11, причем у пьезоэлементов одна плоскость пакета подвергнута двухмерной обработке.
На фиг.3а и 3б показаны случаи применения пьезоэлементов 21 предлагаемой в изобретении формы для чашеобразных деталей 20, например, вогнутых зеркал для телескопов. При этом на фиг.3а представлено устройство, у которого обработаны по меньшей мере две поверхности 22 пьезопакета 8, показанного на фиг.1а, и кривизна поверхностей создается поверхностью 22 на одной стороне чашеобразной детали 20 и противоположной ей поверхностью 22. На фиг.3б, в отличие от этого, только одна поверхность 22 пакета 8 обработана таким образом, чтобы ее контур соответствовал контуру чашеобразной детали 20. В обоих случаях можно, не создавая механической нагрузки на пьезоэлемент при нанесении на искривленную деталь, соединять пьезоэлемент d33 с искривленной деталью 20. При изготовлении образованного двумя искривленными поверхностями 22 пьезоэлектрического привода согласно фиг.3а сначала создают вогнутость, обращенную к детали 20, после чего противоположную сторону обрабатывают съемом материала таким образом, чтобы получить выпуклость.
Профилированными поверхностями на фиг.3а являются вогнуто и выпукло искривленные поверхности 22, прилегающие к чашеобразной детали или обращенные в противоположную сторону от нее, в варианте исполнения согласно фиг.3б - только обращенная к чашеобразной детали поверхность.
Таким образом, имея показанные на фиг.3а и 3б пьезоэлектрические приводы, можно наносить пьезоэлектрический привод на искривленные поверхности, не изгибая его при нанесении и, следовательно, не подвергая пьезоэлемент возможной опасности разрушения. Использование пьезоэлектрических приводов для чашеобразных деталей, например зеркал, позволяет, например для телескопических зеркал, регулировать контур кривизны с точностью, недостижимой другими средствами, что значительно улучшает функционирование телескопического зеркала. Пьезоэлектрические приводы можно полностью подгонять под контур, в частности кривизну чашеобразного элемента 20.
Это предпочтительно, например, также и в том случае, когда, как показано на фиг.4а и 4б, пьезоэлектрические приводы используются для воздействия на аэродинамические профили 30. На фиг.4а показан пьезоэлектрический профиль 31 равномерной толщины, тогда как пьезоэлектрический привод 31 на фиг.4б имеет толщину, соответствующую прилагаемой нагрузке или деформации или же воздействию на деталь конструкции. С помощью подобного пьезоэлектрического привода 31 можно, например, изгибать аэродинамический профиль 30, придавать ему выпуклую или вогнутую форму, не оказывая заметного влияния на поверхность аэродинамического профиля. Это позволяет исследовать или варьировать характер обтекания аэродинамического профиля 30. Благодаря тому, что контур пьезоэлектрических приводов полностью подогнан под наружную поверхность аэродинамического профиля без необходимости путем изгибания самого пьезоэлемента 31 подгонять его по форме, можно весьма эффективно воздействовать подобными пьезоэлектрическими приводами на детали практически произвольной формы или деформировать их и если толщина пьезоэлектрического привода 31 согласована с видом нагрузки, без деформации внешнего контура.
Профилированные поверхности соответствуют поверхностям 32, повторяющим контур аэродинамического профиля. На фиг.4б нижняя поверхность контура выбрана в зависимости от нагрузок, прилагаемых к аэродинамическому профилю 30, чем обеспечивается трехмерное воздействие на профиль 30.
На фиг.5 показано устройство, в котором оболочковую или цилиндрическую деталь 40 можно посредством пьезоэлектрического привода 41, имеющего в представленном здесь варианте исполнения постоянную толщину, подвергать скручивающим и искривляющим нагрузкам.
Формообразование пьезоэлектрического привода 41 предпочтительно трехмерное, т.е. из исходного пьезопакета 8, показанного на фиг.1а, путем съема материала формируются трехмерные тела, причем не происходит смещение слоев относительно друг друга, они не подвергаются растягивающим нагрузкам и в них не возникают механические напряжения.
На фиг.6 показан аэродинамический профиль 50, в котором сегментами расположены несколько пьезоэлектрических приводов 51 типа d33 с подогнанной формой поверхности. Внешний контур аэродинамического профиля 50 не нарушается пьезоэлектрическими приводами 51, так как окончательные наружные поверхности 52 пьезоэлектрических приводов посредством механической обработки пакета соответственно подогнаны по форме. При этом пьезоэлектрические приводы расположены на аэродинамическом профиле 50 таким образом, чтобы направление действия эффекта d33 могло быть различным от сегмента к сегменту и, следовательно, было возможным целенаправленное трехмерное воздействие на деталь 50. Направление действия верхнего пьезоэлектрического привода 51 на фиг.6 показано стрелкой (соответствует направлению изменения длины). Пьезоэлектрические приводы 51 так встроены в структуру, что они полностью подогнаны к контуру путем нарезки фрагментов соответствующей геометрической формы из пакета 8 и чтобы направление их удлинения соответствовало направлению создаваемого воздействия. При необходимости можно также комбинировать направление воздействия с анизотропными свойствами базовой структуры, например, используемого для этого материала, поэтому направление удлинения целенаправленно используется для создания определенных воздействий пьезоэлектрических приводов 51 на аэродинамический профиль 50.
Наконец, можно также путем правильного выбора геометрии пьезоэлектрического привода сделать его как можно менее чувствительным в отношении нагрузок, прилагаемых к базовой детали, приведя жесткость и способность к восприятию нагрузок самого пьезоэлектрического привода путем выбора трехмерной формы в соответствие с ожидаемыми силами или моментами.
На фиг.7а и 7б показан трехмерно подогнанный по форме пьезоэлектрический привод, причем на фиг.7б предусмотрен сегментированный пьезоэлектрический привод с различными направлениями действия эффекта d33, так как он образован несколькими сформированными пакетами и сам по себе сегментирован. Направление действия эффекта d33 (направление продольного удлинения) указано стрелкой. Очевидно, что пьезоэлектрический привод 61 или 71 как оконтурен, так и имеет переменную толщину. Путем ориентации активного направления действия эффекта d33 в соответствии с назначением, в частности при дополнительной сегментации, можно оказывать на деталь конструкции практически какое угодно воздействие.
Существенная особенность изобретения состоит в том, что вместо обычного пакета в форме прямоугольного параллелепипеда из пьезоэлектрических материалов и электродов придавать по меньше мере одной стороне набранного пакета, перпендикулярной плоскости пакета, такую форму, при которой пьезоэлектрический привод соответствовал бы форме детали и создаваемым им нагрузкам и/или соответственно ожидаемым нагрузкам на пьезоэлектрический привод.

Claims (17)

1. Пьезоэлектрический привод с трехмерным пакетным пьезоэлементом (11, 21, 31, 41, 51, 61) для установки на базовой структуре, причем по меньшей мере одна поверхность (12, 22, 32, 42, 52, 62) пакетного пьезоэлемента подвергнута двухмерному или трехмерному профилированию перпендикулярно плоскостям слоев (8а) пакета, и эта по меньшей мере одна профилированная поверхность подогнана к контуру базовой структуры, на которой должен устанавливаться привод.
2. Пьезоэлектрический привод по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна поверхность (12, 22, 32, 42, 52, 62) пакетного пьезоэлемента по меньшей мере на отдельных участках не параллельна направлению набора пакета пьезоэлемента.
3. Пьезоэлектрический привод по п.2, отличающийся тем, что по меньшей мере одна профилированная поверхность (12, 22, 32, 42, 52, 62) пакетного пьезоэлемента искривлена.
4. Пьезоэлектрический привод по п.1, отличающийся тем, что пакетный пьезоэлемент представляет собой пьезоэлемент d33.
5. Пьезоэлектрический привод по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере одна профилированная поверхность (12, 22, 32, 42, 52, 62) получена обработкой со съемом материала, прежде всего пилением, шлифованием, сверлением, точением, протягиванием, доводкой и/или фрезерованием.
6. Пьезоэлектрический привод по п.5, отличающийся тем, что профилированная поверхность получена путем двухмерной или трехмерной обработки по меньшей мере в одной плоскости.
7. Пьезоэлектрический привод по одному из пп.1-4, 6, отличающийся тем, что форма по меньшей мере одной профилированной поверхности (12, 22, 32, 42, 52, 62) пьезоэлемента согласована с воздействием, прикладываемым пьезоэлементом к базовой структуре.
8. Пьезоэлектрический привод по п.5, отличающийся тем, что форма по меньшей мере одной профилированной поверхности (12, 22, 32, 42, 52, 62) пьезоэлемента согласована с воздействием, прикладываемым пьезоэлементом к базовой структуре.
9. Пьезоэлектрический привод по одному из пп.1-4, 6, 8, отличающийся тем, что форма по меньшей мере одной профилированной поверхности (12, 22, 32, 42, 52, 62) трехмерного пьезоэлемента согласована с ожидаемой для пьезоэлемента механической нагрузкой.
10. Пьезоэлектрический привод по п.5, отличающийся тем, что форма по меньшей мере одной профилированной поверхности (12, 22, 32, 42, 52, 62) трехмерного пьезоэлемента согласована с ожидаемой для пьезоэлемента механической нагрузкой.
11. Пьезоэлектрический привод по п.7, отличающийся тем, что форма по меньшей мере одной профилированной поверхности (12, 22, 32, 42, 52, 62) трехмерного пьезоэлемента согласована с ожидаемой для пьезоэлемента механической нагрузкой.
12. Пьезоэлектрический привод по п.1, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере два сегмента из трехмерных пакетных пьезоэлементов.
13. Пьезоэлектрический привод по п.12, отличающийся тем, что сегменты имеют различную ориентацию направлений набора пакета.
14. Пьезоэлектрический привод по п.12 или 13, отличающийся тем, что сегменты приводятся в действие независимо друг от друга.
15. Аэродинамический профиль с пьезоэлектрическим приводом по одному из предыдущих пунктов.
16. Аэродинамический профиль по п.15, отличающийся тем, что привод встроен в профиль таким образом, что профиль имеет, по существу, гладкую поверхность.
17. Аэродинамический профиль по п.15 или 16, отличающийся тем, что предусмотрено несколько пьезоэлектрических приводов, приводимых в действие независимо друг от друга в различных положениях на профиле или внутри него.
RU2008129372/28A 2005-12-21 2006-12-08 Пакетный пьезоэлемент и пьезоэлектрический привод с таким пакетным пьезоэлементом RU2413336C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005061752.2 2005-12-21
DE102005061752A DE102005061752A1 (de) 2005-12-21 2005-12-21 Dreidimensionales Stapelpiezoelement und piezoelektrischer Aktuator mit einem solchen Stapelpiezoelement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008129372A RU2008129372A (ru) 2010-01-27
RU2413336C2 true RU2413336C2 (ru) 2011-02-27

Family

ID=37761219

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008129372/28A RU2413336C2 (ru) 2005-12-21 2006-12-08 Пакетный пьезоэлемент и пьезоэлектрический привод с таким пакетным пьезоэлементом

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7880366B2 (ru)
EP (1) EP1966839B1 (ru)
JP (1) JP5274260B2 (ru)
CN (1) CN101390227B (ru)
AT (1) ATE548763T1 (ru)
DE (1) DE102005061752A1 (ru)
RU (1) RU2413336C2 (ru)
WO (1) WO2007071231A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2643941C1 (ru) * 2016-10-19 2018-02-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" Пьезоэлектрический элемент для установки на гибкой базовой структуре
RU2654949C1 (ru) * 2014-07-11 2018-05-23 Микротек Медикал Текнолоджиз Лтд. Многоэлементный преобразователь
RU2743725C1 (ru) * 2020-05-20 2021-02-25 Андрей Леонидович Кузнецов Неразборный пьезопакет

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007035463A1 (de) * 2007-07-26 2009-02-05 Eads Deutschland Gmbh Aerodynamisches Profil, Aktor zur Verwendung darin sowie damit versehenes Versuchsmodell
US7939178B2 (en) * 2008-05-14 2011-05-10 Raytheon Company Shape-changing structure with superelastic foam material
DE102009012798B4 (de) * 2009-03-13 2012-02-09 Eads Deutschland Gmbh Rotorblattaktuator und Rotorblattanordnung für einen Helikopter
GB0910955D0 (en) * 2009-06-25 2009-08-05 Rolls Royce Plc Adjustable camber aerofoil
CN102085918B (zh) * 2010-12-31 2013-03-13 北京控制工程研究所 星上挠性振动的二元智能结构控制装置及控制方法
ES2738909T3 (es) * 2011-02-08 2020-01-27 Boeing Co Sistema de supervisión de la salud estructural
EP2743179B1 (en) 2012-12-17 2016-06-01 Airbus Defence and Space GmbH Actuator arrangement and control surface arrangement, especially for an aircraft
CN103241364B (zh) * 2013-05-24 2015-05-06 哈尔滨工业大学 基于mfc的自适应后缘结构的控制装置
EP2873617B1 (de) 2013-11-13 2020-07-01 Airbus Defence and Space GmbH Vorrichtung und Verfahren zur Enteisung und/oder Vermeidung von Eisbildung sowie Profilkörper und Luftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung
DE102013020496A1 (de) 2013-12-11 2015-06-11 Airbus Defence and Space GmbH Aktuatormontageverfahren und Herstellverfahren für eine Eisschutzvorrichtung sowie Montagevorrichtung
US9597709B2 (en) * 2014-03-26 2017-03-21 Baker Hughes Incorporated Variable thickness acoustic transducers
KR102229140B1 (ko) * 2014-09-11 2021-03-18 한국전자통신연구원 에너지 하베스팅 소자, 그의 제조방법, 및 그를 포함하는 무선 장치
EP3020638B1 (de) 2014-11-11 2017-07-19 Airbus Defence and Space GmbH Vorrichtung und verfahren zur enteisung und/oder vermeidung von eisbildung sowie profilkörper und luftfahrzeug mit einer solchen vorrichtung
BR112018007248A2 (pt) * 2015-11-19 2018-11-06 Halliburton Energy Services Inc sistema de sensor para uso em um furo de poço e método
CN112041091B (zh) * 2018-04-30 2022-03-18 维蒙股份公司 超声换能器
JP7074092B2 (ja) * 2019-02-06 2022-05-24 トヨタ自動車株式会社 自律的に面外変形する薄型変形パネル
CN111060232B (zh) * 2019-11-13 2021-09-03 宁波大学 一种压电执行器输出力的自感知方法
CN114104262A (zh) * 2021-11-29 2022-03-01 中电科技集团重庆声光电有限公司 一种可变形的机翼组件

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3873191A (en) * 1969-06-24 1975-03-25 Onera (Off Nat Aerospatiale) Uniform optical surfaces and elements
US3939467A (en) * 1974-04-08 1976-02-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Transducer
FR2530830B1 (ru) * 1982-07-22 1985-01-25 Onera (Off Nat Aerospatiale)
JPS61182284A (ja) * 1985-02-08 1986-08-14 Nec Corp 電歪効果素子
US4803763A (en) * 1986-08-28 1989-02-14 Nippon Soken, Inc. Method of making a laminated piezoelectric transducer
JP2605698B2 (ja) * 1986-09-20 1997-04-30 株式会社島津製作所 誘導飛翔体の操舵装置
JPS63207185A (ja) * 1987-02-23 1988-08-26 Toyota Motor Corp 圧電アクチユエ−タ
US4928030A (en) * 1988-09-30 1990-05-22 Rockwell International Corporation Piezoelectric actuator
JPH03167516A (ja) * 1989-11-27 1991-07-19 Mitsubishi Electric Corp 反射鏡の制振装置
ES2071146T3 (es) * 1990-04-27 1995-06-16 Rockwell International Corp Articulacion robotica.
US5068566A (en) * 1990-06-04 1991-11-26 Rockwell International Corporation Electric traction motor
US6404107B1 (en) * 1994-01-27 2002-06-11 Active Control Experts, Inc. Packaged strain actuator
US5632841A (en) * 1995-04-04 1997-05-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Thin layer composite unimorph ferroelectric driver and sensor
US5834879A (en) * 1996-01-11 1998-11-10 Wac Data Services Co., Ltd. Stacked piezoelectric actuator
JPH09277992A (ja) * 1996-04-11 1997-10-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ブレード制御装置
DE19732571A1 (de) * 1996-12-13 1998-07-02 Rolf Hopf Verjüngte Piezoaktorvorrichtung
DE19704389C2 (de) 1997-02-06 1999-02-04 Fraunhofer Ges Forschung Aktor aus Einzelelementen
JPH10233537A (ja) * 1997-02-20 1998-09-02 Toyota Motor Corp 圧電積層体
JPH10240353A (ja) * 1997-02-25 1998-09-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 振動低減装置
DE19712034A1 (de) * 1997-03-21 1998-09-24 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Profilkante eines aerodynamischen Profils
DE19745468C1 (de) 1997-10-15 1999-04-15 Daimler Chrysler Ag Piezoelektrischer Aktuator
JPH11247605A (ja) * 1997-12-26 1999-09-14 United Technol Corp <Utc> タ―ボマシ―ンコンポ―ネントの振動緩衝方法及び装置
US6260795B1 (en) * 1998-06-02 2001-07-17 Kenneth Earl Gay Oya computerized glider
DE19850610A1 (de) * 1998-11-03 2000-05-04 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Herstellung piezoelektrischer Aktoren
WO2001031715A1 (en) * 1999-10-22 2001-05-03 The Government Of The United States As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Non-uniform thickness electroactive device
US20030020377A1 (en) * 2001-07-30 2003-01-30 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive element and piezoelectric/electrostrictive device and production method thereof
JP2003199368A (ja) * 2001-12-27 2003-07-11 Olympus Optical Co Ltd アクチュエーターおよびこれを用いたアクチュエーターならびに走査型プローブ顕微鏡
DE10304530B4 (de) * 2003-02-04 2005-09-15 Eads Deutschland Gmbh Verformbares aerodynamisches Profil
JP2005243677A (ja) * 2004-02-24 2005-09-08 Kyocera Corp 積層型電子部品とその製造方法およびこれを用いた噴射装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2654949C1 (ru) * 2014-07-11 2018-05-23 Микротек Медикал Текнолоджиз Лтд. Многоэлементный преобразователь
US10847708B2 (en) 2014-07-11 2020-11-24 Microtech Medical Technologies Ltd. Multi-cell transducer
US11800806B2 (en) 2014-07-11 2023-10-24 Microtech Medical Technologies Ltd. Method for manufacturing a multi-cell transducer
RU2643941C1 (ru) * 2016-10-19 2018-02-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" Пьезоэлектрический элемент для установки на гибкой базовой структуре
RU2743725C1 (ru) * 2020-05-20 2021-02-25 Андрей Леонидович Кузнецов Неразборный пьезопакет

Also Published As

Publication number Publication date
JP5274260B2 (ja) 2013-08-28
US20090079301A1 (en) 2009-03-26
EP1966839A1 (de) 2008-09-10
CN101390227B (zh) 2010-09-29
RU2008129372A (ru) 2010-01-27
US7880366B2 (en) 2011-02-01
JP2009521104A (ja) 2009-05-28
CN101390227A (zh) 2009-03-18
ATE548763T1 (de) 2012-03-15
EP1966839B1 (de) 2012-03-07
WO2007071231A1 (de) 2007-06-28
DE102005061752A1 (de) 2007-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2413336C2 (ru) Пакетный пьезоэлемент и пьезоэлектрический привод с таким пакетным пьезоэлементом
US10411182B2 (en) Drive apparatus
US7015624B1 (en) Non-uniform thickness electroactive device
KR20180015743A (ko) 가동 반사 장치 및 이것을 이용한 반사면 구동 시스템
US7800232B2 (en) Metallic electrode forming method and semiconductor device having metallic electrode
CN103238271A (zh) 压电发电装置及其制造方法
Moskalik et al. Force-deflection behavior of piezoelectric C-block actuator arrays
Son et al. An ultrasonic standing-wave-actuated nano-positioning walking robot: Piezoelectric-metal composite beam modeling
EP2239792A1 (en) Positioning device and use of the same
US20080211353A1 (en) High temperature bimorph actuator
Huang et al. A piezoelectric bimorph micro-gripper with micro-force sensing
JP4717065B2 (ja) マイクログリッパ
JP2003218417A (ja) 圧電・電歪素子及びそれを用いた装置
KR102302365B1 (ko) 큰 전단 운동을 제공하는 평면형 압전 액추에이터
US10580959B2 (en) Actuator system
US10217928B2 (en) Curved piezoelectric device
EP2954568B1 (en) All compliant electrode
US20230329118A1 (en) Piezoelectric driving element
Aldraihem et al. Analytical solutions of antisymmetric angle-ply laminated plates with thickness–shear piezoelectric actuators
ES2315322T3 (es) Placa piezoceramica y procedimiento para su fabricacion.
Lee et al. Thermo-mechanical characteristics of the stretchable serpentine-patterned microelectrode
JP7300080B2 (ja) 多軸センサ
Ge et al. Nonlinear Mechanical Modeling For Axial Compression Cantilever Macro-Fiber Composite Bimorph
Pinkal et al. Multilayer dielectric elastomer actuators: processing and characterization in an out-of-plane actuator configuration
Son et al. A piezoelectric unimorph actuator based precision positioning miniature walking robot

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171209