RU2413336C2 - Пакетный пьезоэлемент и пьезоэлектрический привод с таким пакетным пьезоэлементом - Google Patents
Пакетный пьезоэлемент и пьезоэлектрический привод с таким пакетным пьезоэлементом Download PDFInfo
- 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
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 3
- 238000007514 turning Methods 0.000 claims description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 10
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 10
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C3/00—Wings
- B64C3/38—Adjustment of complete wings or parts thereof
- B64C3/44—Varying camber
- B64C3/48—Varying camber by relatively-movable parts of wing structures
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
- H10N30/501—Piezoelectric 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
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
- H10N30/503—Piezoelectric 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
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric 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
- H10N30/2041—Beam type
- H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric 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
- H10N30/2047—Membrane type
- H10N30/2048—Membrane type having non-planar shape
-
- Y—GENERAL 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
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/42—Piezoelectric 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.
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)
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)
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)
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 |
-
2005
- 2005-12-21 DE DE102005061752A patent/DE102005061752A1/de not_active Ceased
-
2006
- 2006-12-08 JP JP2008546106A patent/JP5274260B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2006-12-08 WO PCT/DE2006/002189 patent/WO2007071231A1/de active Application Filing
- 2006-12-08 US US12/158,617 patent/US7880366B2/en active Active
- 2006-12-08 AT AT06818122T patent/ATE548763T1/de active
- 2006-12-08 EP EP06818122A patent/EP1966839B1/de not_active Not-in-force
- 2006-12-08 RU RU2008129372/28A patent/RU2413336C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2006-12-08 CN CN2006800481594A patent/CN101390227B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
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 |