RU2811420C1 - Method for manufacturing piezoelectric actuator - Google Patents
Method for manufacturing piezoelectric actuator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811420C1 RU2811420C1 RU2023127236A RU2023127236A RU2811420C1 RU 2811420 C1 RU2811420 C1 RU 2811420C1 RU 2023127236 A RU2023127236 A RU 2023127236A RU 2023127236 A RU2023127236 A RU 2023127236A RU 2811420 C1 RU2811420 C1 RU 2811420C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- piezoelectric
- piezoelectric layer
- layer
- piezoelectric actuator
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 54
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 14
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 10
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к способам изготовления устройств на основе пьезоматериалов, а именно пьезоэлектрических актюаторов осевых и угловых перемещений для использования в микромеханике, управляемой оптике, сенсорной технике, акустике, в частности, при изготовлении манипуляторов робототехнических устройств.The invention relates to methods for manufacturing devices based on piezomaterials, namely piezoelectric actuators of axial and angular movements for use in micromechanics, controlled optics, sensor technology, acoustics, in particular, in the manufacture of manipulators for robotic devices.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ изготовления пьезоэлектрического актюатора (патент RU №1159154 от 30.05.1985г.), включающий в себя нанесение токопроводящих электродных ленточных покрытий противоположно друг другу на верхней и нижней поверхностях тонкого пьезоэлектрического слоя с образованием взаимодействующих электродов двухпроводной токопроводящей линии, при этом поляризацию слоя осуществляют посредством приложения к электродам поляризующего электрического напряжения. Данный способ принят за прототип.The closest method of the same purpose to the claimed invention in terms of the set of characteristics is the method of manufacturing a piezoelectric actuator (RU patent No. 1159154 dated May 30, 1985), which includes applying conductive electrode tape coatings opposite to each other on the upper and lower surfaces of a thin piezoelectric layer with the formation interacting electrodes of a two-wire conductive line, wherein the polarization of the layer is carried out by applying a polarizing electric voltage to the electrodes. This method is adopted as a prototype.
Недостатком известного способа изготовления, принятого за прототип, является малая эффективность - отношение величины (амплитуды) осевых перемещений рабочих участков пьезоэлектрического актюатора получаемого этим способом к значениям приложенного управляющего напряжения вследствие малости деформационных пьезомодулей материала (керамики) пьезоэлектрического слоя.The disadvantage of the known manufacturing method, adopted as a prototype, is low efficiency - the ratio of the magnitude (amplitude) of axial movements of the working sections of the piezoelectric actuator obtained by this method to the values of the applied control voltage due to the smallness of the deformation piezoelectric moduli of the material (ceramics) of the piezoelectric layer.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, - нанесение токопроводящих электродных ленточных покрытий противоположно друг другу на верхней и нижней поверхностях пьезоэлектрического слоя с образованием взаимодействующих электродов двухпроводной токопроводящей линии, при этом поляризацию слоя осуществляют посредством приложения к электродам поляризующего электрического напряжения. The features of the prototype, which coincide with the essential features of the claimed invention, are the application of conductive electrode tape coatings opposite to each other on the upper and lower surfaces of the piezoelectric layer with the formation of interacting electrodes of a two-wire conductive line, while the polarization of the layer is carried out by applying a polarizing electric voltage to the electrodes.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа изготовления пьезоэлектрического актюатора с повышенной эффективностью.The problem to be solved by the invention is the development of a method for manufacturing a piezoelectric actuator with increased efficiency.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе изготовления пьезоэлектрического актюатора, включающем нанесение токопроводящих электродных ленточных покрытий противоположно друг другу на верхней и нижней поверхностях пьезоэлектрического слоя с образованием взаимодействующих электродов двухпроводной токопроводящей линии, при этом поляризацию слоя осуществляют посредством приложения к электродам поляризующего электрического напряжения, согласно изобретению наносят электродные ленточные покрытия на верхнюю и нижнюю поверхности пьезоэлектрического слоя прямоугольной формы в виде множества параллельных прямолинейных чередующихся четных и нечетных отрезков электродов с заданным малым шагом и заданным ориентационным углом к основанию периметра пьезоэлектрического слоя, затем на верхнюю и нижнюю поверхности пьезоэлектрического слоя вдоль прямолинейных участков его периметра наносят два линейных базовых электрода, не контактирующие между собой и каждый из которых соединяет собой окончания соответственно четных и нечетных отрезков электродов, с образованием двух глобальных напрямую не контактирующих между собой двухсторонних систем электродов с двумя выходами для подключения управляющего электрического напряжения. The problem was solved due to the fact that in the known method of manufacturing a piezoelectric actuator, including the application of conductive electrode tape coatings opposite to each other on the upper and lower surfaces of the piezoelectric layer with the formation of interacting electrodes of a two-wire conductive line, while the polarization of the layer is carried out by applying a polarizing agent to the electrodes electric voltage, according to the invention, electrode tape coatings are applied to the upper and lower surfaces of the piezoelectric layer of a rectangular shape in the form of a plurality of parallel rectilinear alternating even and odd sections of electrodes with a given small pitch and a given orientation angle to the base of the perimeter of the piezoelectric layer, then to the upper and lower surfaces of the piezoelectric layer layer along the straight sections of its perimeter, two linear base electrodes are applied, not in contact with each other and each of which connects the ends of the even and odd sections of the electrodes, respectively, to form two global double-sided electrode systems not directly in contact with each other with two outputs for connecting the control electrical voltage .
Кроме того, пьезоэлектрический слой изготавливают из полимерного композиционного материала, армированного продольно поляризованными пьезоэлектрическими волокнами или монокристаллами ортогонально направлению параллельных отрезков электродов. In addition, the piezoelectric layer is made of a polymer composite material reinforced with longitudinally polarized piezoelectric fibers or single crystals orthogonal to the direction of parallel sections of electrodes.
Кроме того, ориентационный угол между направлением параллельных отрезков электродов и основанием периметра прямоугольного пьезоэлектрического слоя выполняют равным нулю или π/4 или π/2. In addition, the orientation angle between the direction of the parallel sections of the electrodes and the base of the perimeter of the rectangular piezoelectric layer is made equal to zero or π/4 or π/2.
Кроме того, цилиндрический пьезоэлектрический актюатор получают в результате сворачивания пьезоэлектрического актюатора как развертки в цилиндрическую оболочку, в частности, с использованием цилиндрической подложки и соединения контактирующих торцов пьезоэлектрического слоя адгезионной клеевой прослойкой вдоль образующей цилиндрической оболочки с выполнением условия отсутствия электрического контакта между электродами различных глобальных двухсторонних систем электродов. In addition, a cylindrical piezoelectric actuator is obtained by folding the piezoelectric actuator as a reamer into a cylindrical shell, in particular, using a cylindrical substrate and connecting the contacting ends of the piezoelectric layer with an adhesive adhesive layer along the generatrix of the cylindrical shell with the fulfillment of the condition of the absence of electrical contact between the electrodes of various global double-sided systems electrodes.
Кроме того, цилиндрический пьезоэлектрический актюатор получают в результате сворачивания пьезоэлектрического актюатора в цилиндрический многослойный рулон, в частности, с использованием цилиндрической подложки и адгезионной клеевой прослойки между витками с выполнением условия отсутствия электрического контакта между электродами различных глобальных двухсторонних систем электродов. In addition, a cylindrical piezoelectric actuator is obtained by rolling the piezoelectric actuator into a cylindrical multilayer roll, in particular, using a cylindrical substrate and an adhesive adhesive layer between the turns, ensuring that there is no electrical contact between the electrodes of various global double-sided electrode systems.
Кроме того, изготавливают двухслойный пьезоэлектрический актюатор, состоящий из соединенных своими поверхностями посредством электроизоляционной клеевой прослойки двух пьезоэлектрических актюаторов, при этом ориентационные углы между направлениями параллельных отрезков электродов различных пьезоэлектрических актюаторов имеют разные знаки и одинаковые абсолютные значения, а управляющие электрические напряжения на выходах различных пьезоэлектрических актюаторов имеют одинаковые или противоположные по знаку значения. In addition, a two-layer piezoelectric actuator is manufactured, consisting of two piezoelectric actuators connected by their surfaces through an electrically insulating adhesive layer, while the orientation angles between the directions of parallel sections of electrodes of various piezoelectric actuators have different signs and the same absolute values, and the control electrical voltages at the outputs of various piezoelectric actuators have the same or opposite sign values.
Целесообразно нанесение внешнего защитного электроизоляционного покрытия. It is advisable to apply an external protective electrical insulating coating.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, – наносят электродные ленточные покрытия на верхнюю и нижнюю поверхности пьезоэлектрического слоя прямоугольной формы в виде множества параллельных прямолинейных чередующихся четных и нечетных отрезков электродов с заданным малым шагом и заданным ориентационным углом к основанию периметра пьезоэлектрического слоя; на верхнюю и нижнюю поверхности пьезоэлектрического слоя вдоль прямолинейных участков его периметра наносят два линейных базовых электрода, не контактирующие между собой и каждый из которых соединяет собой окончания соответственно четных и нечетных отрезков электродов, с образованием двух глобальных напрямую не контактирующих между собой двухсторонних систем электродов с двумя выходами для подключения управляющего электрического напряжения; пьезоэлектрический слой изготавливают из полимерного композиционного материала, армированного продольно поляризованными пьезоэлектрическими волокнами или монокристаллами ортогонально направлению параллельных отрезков электродов; ориентационный угол между направлением параллельных отрезков электродов и основанием периметра прямоугольного пьезоэлектрического слоя выполняют равным нулю или π/4 или π/2; цилиндрический пьезоэлектрический актюатор получают в результате сворачивания пьезоэлектрического актюатора как развертки в цилиндрическую оболочку, в частности, с использованием цилиндрической подложки и соединения контактирующих торцов пьезоэлектрического слоя адгезионной клеевой прослойкой вдоль образующей цилиндрической оболочки с выполнением условия отсутствия электрического контакта между электродами различных глобальных двухсторонних систем электродов; цилиндрический пьезоэлектрический актюатор получают в результате сворачивания пьезоэлектрического актюатора в цилиндрический многослойный рулон, в частности, с использованием цилиндрической подложки и адгезионной клеевой прослойки между витками с выполнением условия отсутствия электрического контакта между электродами различных глобальных двухсторонних систем электродов; изготавливают двухслойный пьезоэлектрический актюатор, состоящий из соединенных своими поверхностями посредством электроизоляционной клеевой прослойки двух пьезоэлектрических актюаторов, при этом ориентационные углы между направлениями параллельных отрезков электродов различных пьезоэлектрических актюаторов имеют разные знаки и одинаковые абсолютные значения, а управляющие электрические напряжения на выходах различных пьезоэлектрических актюаторов имеют одинаковые или противоположные по знаку значения; наносят внешнее защитное электроизоляционное покрытие. Features of the proposed technical solution, distinctive from the prototype, are that electrode tape coatings are applied to the upper and lower surfaces of a rectangular piezoelectric layer in the form of a plurality of parallel rectilinear alternating even and odd sections of electrodes with a given small pitch and a given orientation angle to the base of the perimeter of the piezoelectric layer; On the upper and lower surfaces of the piezoelectric layer along the straight sections of its perimeter, two linear base electrodes are applied, not in contact with each other and each of which connects the ends of the even and odd sections of the electrodes, respectively, with the formation of two global double-sided electrode systems not directly in contact with each other with two outputs for connecting control electrical voltage; the piezoelectric layer is made of a polymer composite material reinforced with longitudinally polarized piezoelectric fibers or single crystals orthogonal to the direction of parallel sections of electrodes; the orientation angle between the direction of parallel sections of electrodes and the base of the perimeter of the rectangular piezoelectric layer is made equal to zero or π/4 or π/2; a cylindrical piezoelectric actuator is obtained by folding the piezoelectric actuator as a reamer into a cylindrical shell, in particular, using a cylindrical substrate and connecting the contacting ends of the piezoelectric layer with an adhesive adhesive layer along the generatrix of the cylindrical shell with the fulfillment of the condition of the absence of electrical contact between the electrodes of various global double-sided electrode systems; a cylindrical piezoelectric actuator is obtained by folding a piezoelectric actuator into a cylindrical multilayer roll, in particular, using a cylindrical substrate and an adhesive adhesive layer between the turns, fulfilling the condition of the absence of electrical contact between the electrodes of various global double-sided electrode systems; a two-layer piezoelectric actuator is manufactured, consisting of two piezoelectric actuators connected by their surfaces through an electrically insulating adhesive layer, while the orientation angles between the directions of parallel sections of electrodes of various piezoelectric actuators have different signs and the same absolute values, and the control electrical voltages at the outputs of various piezoelectric actuators have the same or values opposite in sign; an external protective electrical insulating coating is applied.
Отличительные признаки, в совокупности с известными, позволяют разработать способ изготовления пьезоэлектрического актюатора с повышенной эффективностью.The distinctive features, in combination with the known ones, make it possible to develop a method for manufacturing a piezoelectric actuator with increased efficiency.
Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков заявленного способа изготовления такого пьезоэлектрического актюатора с получением указанного технического результата.The applicant is not aware of the use in science and technology of the distinctive features of the claimed method for manufacturing such a piezoelectric actuator to obtain the specified technical result.
Предлагаемый способ изготовления пьезоэлектрического актюатора иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.The proposed method for manufacturing a piezoelectric actuator is illustrated by the drawings shown in Fig. 1-3.
На фиг. 1 изображен пьезоэлектрический слой прямоугольной формы с двухпроводной токопроводящей линией в виде двух глобальных двухсторонних систем электродов, включающих в себя базовые электроды и параллельные четные или нечетные отрезки электродов, с двумя выходами для подключения управляющего электрического напряжения U упр.In fig. Figure 1 shows a rectangular piezoelectric layer with a two-wire conductive line in the form of two global double-sided systems of electrodes, including base electrodes and parallel even or odd sections of electrodes, with two outputs for connecting the control electrical voltage U control .
На фиг. 2 изображен цилиндрический пьезоэлектрический актюатор как результат сворачивания пьезоэлектрического слоя с двумя глобальными двухсторонними системами электродов в цилиндрическую оболочку с использованием адгезионной клеевой прослойки вдоль ее образующей. In fig. Figure 2 shows a cylindrical piezoelectric actuator as a result of folding a piezoelectric layer with two global double-sided electrode systems into a cylindrical shell using an adhesive adhesive layer along its generatrix.
На фиг. 3 изображен цилиндрический пьезоэлектрический актюатор как результат сворачивания пьезоэлектрического слоя с двумя глобальными двухсторонними системами электродов в цилиндрический многослойный рулон с использованием адгезионной клеевой прослойки между витками. In fig. Figure 3 shows a cylindrical piezoelectric actuator as a result of rolling up a piezoelectric layer with two global double-sided electrode systems into a cylindrical multilayer roll using an adhesive adhesive layer between the turns.
На фиг. 4 изображена схема взаимного расположения токопроводящих электродных ленточных покрытий противоположно друг другу на обеих поверхностях пьезоэлектрического слоя и криволинейные направления поляризаций (вдоль силовых линий управляющего электрического поля) локальных областей пьезоэлектрического слоя. In fig. Figure 4 shows a diagram of the mutual arrangement of current-conducting electrode tape coatings opposite to each other on both surfaces of the piezoelectric layer and the curvilinear directions of polarizations (along the control electric field lines) of local regions of the piezoelectric layer.
Способ изготовления цилиндрического пьезоэлектрического актюатора (см. фиг. 2, фиг. 3) включает в себя нанесение токопроводящих электродных ленточных покрытий противоположно друг другу на верхней и нижней поверхностях тонкого пьезоэлектрического слоя 1 с образованием взаимодействующих электродов 2, 3 двухпроводной токопроводящей линии (см. фиг. 1), при этом поляризацию пьезоэлектрического слоя 1 осуществляют посредством приложения к электродам 2, 3 поляризующего электрического напряжения U пол.A method for manufacturing a cylindrical piezoelectric actuator (see Fig. 2, Fig. 3) includes applying conductive electrode tape coatings opposite to each other on the upper and lower surfaces of a thin piezoelectric layer 1 with the formation of interacting electrodes 2, 3 of a two-wire conductive line (see Fig. 1), while the polarization of the piezoelectric layer 1 is carried out by applying a polarizing electric voltage U field to the electrodes 2, 3.
На верхнюю и нижнюю поверхности пьезоэлектрического слоя 1 прямоугольной формы наносят электроды 2, 3 двухпроводной токопроводящей линии в виде множества параллельных прямолинейных чередующихся четных 2 и нечетных 3 отрезков ленточных покрытий с заданным малым шагом и заданным ориентационным углом α (см. фиг. 1) к основанию периметра пьезоэлектрического слоя 1. Electrodes 2, 3 of a two-wire conductive line are applied to the upper and lower surfaces of the piezoelectric layer 1 of a rectangular shape in the form of a set of parallel rectilinear alternating even 2 and odd 3 sections of tape coatings with a given small pitch and a given orientation angle α (see Fig. 1) to the base perimeter of the piezoelectric layer 1.
Ориентационный угол α (см. фиг. 1) между направлением параллельных отрезков электродов и основанием периметра прямоугольного пьезоэлектрического слоя выполняют равным нулю или π/4 или π/2. The orientation angle α (see Fig. 1) between the direction of parallel sections of electrodes and the base of the perimeter of the rectangular piezoelectric layer is equal to zero or π/4 or π/2.
Затем на верхнюю и нижнюю поверхности пьезоэлектрического слоя 1 вдоль прямолинейных участков его периметра наносят два линейных базовых электрода 4, 5, не контактирующие между собой и каждый из которых соединяет собой окончания соответственно четных 2 и нечетных 3 отрезков электродов 2, 3, с образованием двухпроводной токопроводящей линии в виде двух глобальных напрямую не контактирующих между собой двухсторонних систем электродов с двумя выходами 6, 7 для подключения управляющего электрического напряжения U упр. Then, two linear base electrodes 4, 5 are applied to the upper and lower surfaces of the piezoelectric layer 1 along the straight sections of its perimeter, not in contact with each other and each of which connects the ends of the even 2 and odd 3 segments of the electrodes 2, 3, respectively, to form a two-wire conductive lines in the form of two global double-sided electrode systems not directly in contact with each other with two outputs 6, 7 for connecting the control electrical voltage U control .
Нанесение токопроводящих электродных ленточных покрытий 2,3,4,5 на поверхностях пьезоэлектрического слоя 1 осуществляют в результате травления или 3-D печатью. The application of conductive electrode tape coatings 2,3,4,5 on the surfaces of the piezoelectric layer 1 is carried out by etching or 3-D printing.
Пьезоэлектрический слой 1 изготавливают из полимерного композиционного материала, армированного продольно поляризованными пьезоэлектрическими волокнами или монокристаллами ортогонально направлению параллельных отрезков электродов 2,3 для увеличения гибкости и эффективного значения продольного пьезоэлектрического модуля пьезоэлектрического слоя 1. Piezoelectric layer 1 is made of a polymer composite material reinforced with longitudinally polarized piezoelectric fibers or single crystals orthogonal to the direction of parallel sections of electrodes 2,3 to increase the flexibility and effective value of the longitudinal piezoelectric modulus of the piezoelectric layer 1.
Цилиндрический пьезоэлектрический актюатор (см. фиг. 2) может быть получен в результате сворачивания пьезоэлектрического слоя 1 с нанесенными на его поверхности двумя глобальными системами электродов 2,4 и 3,5 в цилиндрическую оболочку, в частности, с использованием вспомогательной цилиндрической подложки и последующего соединения контактирующих торцов пьезоэлектрического слоя 1 адгезионной клеевой прослойкой 8 вдоль образующей цилиндрической оболочки с выполнением условия отсутствия электрического контакта между электродами 2,4 и 3,5 двух различных глобальных двухсторонних систем электродов. A cylindrical piezoelectric actuator (see Fig. 2) can be obtained by folding the piezoelectric layer 1 with two global systems of electrodes 2.4 and 3.5 deposited on its surface into a cylindrical shell, in particular, using an auxiliary cylindrical substrate and subsequent connection the contacting ends of the piezoelectric layer 1 with an adhesive adhesive layer 8 along the generatrix of the cylindrical shell, fulfilling the condition of the absence of electrical contact between the electrodes 2,4 and 3,5 of two different global double-sided electrode systems.
Цилиндрический пьезоэлектрический актюатор (см. фиг. 3) может быть получен в результате сворачивания пьезоэлектрического слоя 1 с нанесенными на его поверхности двумя глобальными системами электродов 2,4 и 3,5 (на фиг. 3 электроды 2,3 не изображены) в цилиндрический многослойный рулон, в частности, с использованием цилиндрической подложки (на фиг. 3 не изображена) и адгезионной клеевой прослойки 8 между витками пьезоэлектрического слоя 1 с выполнением условия отсутствия электрического контакта между электродами 2,4 и 3,5 различных глобальных двухсторонних систем электродов. A cylindrical piezoelectric actuator (see Fig. 3) can be obtained by folding the piezoelectric layer 1 with two global systems of electrodes 2.4 and 3.5 deposited on its surface (electrodes 2.3 are not shown in Fig. 3) into a cylindrical multilayer roll, in particular, using a cylindrical substrate (not shown in Fig. 3) and an adhesive adhesive layer 8 between the turns of the piezoelectric layer 1 with the condition that there is no electrical contact between the electrodes 2,4 and 3,5 of various global double-sided electrode systems.
В частности, изготавливают двухслойный пьезоэлектрический актюатор, состоящий из соединенных своими поверхностями посредством электроизоляционной клеевой прослойки двух пьезоэлектрических актюаторов, при этом ориентационные углы ±α между направлениями параллельных отрезков электродов 2,3 различных пьезоэлектрических актюаторов имеют разные знаки и одинаковые абсолютные значения, а управляющие электрические напряжения на выходах различных пьезоэлектрических актюаторов имеют одинаковые (U упр) или противоположные по знаку (±U упр) значения.In particular, a two-layer piezoelectric actuator is manufactured, consisting of two piezoelectric actuators connected by their surfaces through an electrically insulating adhesive layer, while the orientation angles ±α between the directions of parallel sections of electrodes 2,3 of different piezoelectric actuators have different signs and the same absolute values, and the control electrical voltages at the outputs of various piezoelectric actuators have the same ( U control ) or opposite sign (± U control ) values.
На поверхность цилиндрического пьезоэлектрического актюатора (см. фиг. 2) наносят внешнее защитное электроизоляционное покрытие (на фиг. 1 – фиг. 4 не изображено). An external protective electrical insulating coating is applied to the surface of the cylindrical piezoelectric actuator (see Fig. 2) (not shown in Fig. 1 - Fig. 4).
Устройство работает следующим образом. The device works as follows.
Цилиндрический пьезоэлектрический актюатор (см. фиг. 2, фиг. 3) осуществляет осевые (радиальные, окружные, продольные) и угловые (крутильные) деформации при подключении управляющего электрического напряжения U упр к выходам 6,7 двух глобальных двухсторонних систем электродов 2,4 и 3,5. A cylindrical piezoelectric actuator (see Fig. 2, Fig. 3) carries out axial (radial, circumferential, longitudinal) and angular (torsional) deformations when connecting the control electrical voltage U control to outputs 6.7 of two global double-sided electrode systems 2.4 and 3.5.
Силовые линии электрического поля (см. фиг. 4) в соседних участках пьзоэлектрического слоя 1 между ленточными электродами 2,3 направлены взаимопротивоположно (с периодическим чередованием по ортогональному электродам направлению вдоль слоя), при этом направления электрического поля на участках совпадают или противоположны направлениям взаимообратных поляризаций этих участков в зависимости от знака подключенного к выходам 6,7 управляющего электрического напряжения U упр. The electric field lines (see Fig. 4) in adjacent sections of the piezoelectric layer 1 between the strip electrodes 2,3 are directed in mutually opposite directions (with periodic alternation in the direction orthogonal to the electrodes along the layer), while the directions of the electric field in the sections coincide or are opposite to the directions of mutually inverse polarizations these sections, depending on the sign of the control electrical voltage U control connected to outputs 6.7.
В пьзоэлектрическом слое 1 между соседними электродами 2,3 двух различных глобальных двухсторонних систем электродов 2,4 и 3,5 возникают высокие значения напряженности (E 1,2 ≈ U упр /d) электрического поля, что обусловлено малыми (в частности, d < 1 мм) значениями расстояния d между соседними электродами 2,3 и большими (до 1500 В) значениями управляющих напряжений U упр.In the piezoelectric layer 1 between adjacent electrodes 2.3 of two different global double-sided systems of electrodes 2.4 and 3.5, high values of electric field strength ( E 1.2 ≈ U control /d ) of the electric field arise, which is due to small (in particular, d < 1 mm) values of the distance d between adjacent electrodes 2.3 and large (up to 1500 V) values of control voltages U control .
В результате обратного пьезоэффекта в участках пьзоэлектрического слоя 1 между соседними электродами 2,3 возникают (вдоль ортогонального к электродам направления) высокие значения осевых (сжимающих или растягивающих в зависимости от знака управляющего электрического напряжения U упр) деформаций, что обуславливает высокую эффективность созданного предложенным способом пьезоэлектрического актюатора.As a result of the inverse piezoelectric effect, in areas of the piezoelectric layer 1 between adjacent electrodes 2,3, high values of axial (compressive or tensile depending on the sign of the control electrical voltage U control) deformations arise (along the direction orthogonal to the electrodes ), which determines the high efficiency of the piezoelectric created by the proposed method actuator.
Пьезоэлектрический актюатор (см. фиг. 1 – фиг. 3) может функционировать в режиме пьезоэлектрического датчика - электромеханического преобразователя (в зависимости от величины ориентационного угла α) осевых (радиальных, окружных, продольных) и/или угловых (крутильных) деформаций пьезоэлектрического актюатора в информативные электрические сигналы напряжения U инф на выходах 6,7.The piezoelectric actuator (see Fig. 1 - Fig. 3) can operate in the mode of a piezoelectric sensor - an electromechanical transducer (depending on the value of the orientation angle α) of axial (radial, circumferential, longitudinal) and/or angular (torsional) deformations of the piezoelectric actuator in informative electrical voltage signals U inf at outputs 6,7.
Таким образом, предложенное техническое решение - способ изготовления пьезоэлектрического актюатора позволяет создать пьезоэлектрический актюатор с повышенной эффективностью.Thus, the proposed technical solution - a method for manufacturing a piezoelectric actuator - makes it possible to create a piezoelectric actuator with increased efficiency.
Claims (7)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2811420C1 true RU2811420C1 (en) | 2024-01-11 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7737608B2 (en) * | 2003-07-30 | 2010-06-15 | The Boeing Company | Enhanced amplitude piezoelectric motor apparatus and method |
| RU2616225C1 (en) * | 2015-12-07 | 2017-04-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Self-sensing multilayer piezoelectric actuator |
| CN108199607A (en) * | 2018-01-22 | 2018-06-22 | 浙江大学 | Cantilevered actuator and start method is laminated in high-power piezoelectric bimorph |
| RU2793564C1 (en) * | 2022-11-16 | 2023-04-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Piezoelectric bending-type bimorph |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7737608B2 (en) * | 2003-07-30 | 2010-06-15 | The Boeing Company | Enhanced amplitude piezoelectric motor apparatus and method |
| RU2616225C1 (en) * | 2015-12-07 | 2017-04-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Self-sensing multilayer piezoelectric actuator |
| CN108199607A (en) * | 2018-01-22 | 2018-06-22 | 浙江大学 | Cantilevered actuator and start method is laminated in high-power piezoelectric bimorph |
| RU2793564C1 (en) * | 2022-11-16 | 2023-04-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Piezoelectric bending-type bimorph |
| RU2801619C1 (en) * | 2023-05-03 | 2023-08-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Piezoelectric actuator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4435667A (en) | Spiral piezoelectric rotary actuator | |
| US7531948B2 (en) | Stacked piezoelectric element, manufacturing method thereof and vibration wave driving apparatus | |
| JP4069160B2 (en) | Ultrasonic actuator | |
| JPWO2012073958A1 (en) | Piezoelectric actuator | |
| TW201720042A (en) | Ultrasonic motor, drive control system, optical apparatus, and vibrator | |
| US6040654A (en) | Piezoelectric transformer | |
| JP4954784B2 (en) | Drive device | |
| CN102544350B (en) | Piezo-activator | |
| RU2811420C1 (en) | Method for manufacturing piezoelectric actuator | |
| JP2000139086A (en) | Piezoelectric actuator | |
| US20080211353A1 (en) | High temperature bimorph actuator | |
| JP2006066655A (en) | Driving method and driving device for electromechanical energy transducer | |
| JP4871593B2 (en) | Vibrator and vibration wave drive device | |
| RU2817399C1 (en) | Piezoelectric actuator manufacturing method | |
| JP2003009555A (en) | Laminated electrical energy-mechanical energy transducer and vibration wave drive device | |
| JP4954783B2 (en) | Piezoelectric element and vibration type actuator | |
| JP3311034B2 (en) | Laminated piezoelectric element, method for manufacturing laminated piezoelectric element, vibration wave driving device, and apparatus equipped with vibration wave driving device | |
| RU2801619C1 (en) | Piezoelectric actuator | |
| KR100974440B1 (en) | Vibrator for ultrasonic motor | |
| RU2811499C1 (en) | Piezoelectric actuator | |
| US20040183406A1 (en) | Piezoelectrical bending converter | |
| JP2003218417A (en) | Piezoelectric/electrostrictive element and device using the same | |
| WO2010010502A1 (en) | Torsional piezoelectric transducer | |
| RU2811455C1 (en) | Piezoelectric actuator | |
| RU2818079C1 (en) | Piezoelectric actuator |