RU2819557C1 - Bending-type piezo actuator - Google Patents

Bending-type piezo actuator Download PDF

Info

Publication number
RU2819557C1
RU2819557C1 RU2023128935A RU2023128935A RU2819557C1 RU 2819557 C1 RU2819557 C1 RU 2819557C1 RU 2023128935 A RU2023128935 A RU 2023128935A RU 2023128935 A RU2023128935 A RU 2023128935A RU 2819557 C1 RU2819557 C1 RU 2819557C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bimorph
electrodes
rod
bending
piezoelectric
Prior art date
Application number
RU2023128935A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Анатольевич Паньков
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2819557C1 publication Critical patent/RU2819557C1/en

Links

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention can be used in electronics, controlled optics, micromechanics, medicine, aerospace engineering. Piezoactuator of bending type is an elastic flexible bimorph two-layer rod with rectangular cross section and includes two interconnected piezoelectric plates and control electrodes. Polarization of the layers and the arrangement of the electrodes are such that when the control voltage is connected to the electrodes, the axial stretching/compression deformations of the piezoelectric bimorph layers are different only by sign, as a result of which there is a working stroke of bending displacements in the longitudinal plane of the bimorph rod. Bimorph two-layer rod has curvilinear longitudinal axis with initial radius of curvature in vertical longitudinal plane, polarization and arrangement of electrodes are such that when connected to electrodes of control voltage in plane of layers there are transverse with different sign axial tensile/compression stresses of piezoelectric bimorph layers with formation of active moment, bending two-layer cross-section of bimorph rod in transverse plane. When connected to electrodes of control electric voltage working stroke of bending displacements in the longitudinal plane of the bimorph rod occurs indirectly through implementation of controlled piezoelectric bending in transverse plane of profile of two-layer cross section of bimorph rod and subsequent transition to new form of its equilibrium state.
EFFECT: invention significantly increases efficiency of the piezoelectric actuator, id est increase sensitivity and range of controlled bending deformations.
3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам на основе пьезоматериалов, а именно к пьезоэлектрическим актюаторам изгибного типа, и предназначено для использования в электронике, управляемой оптике, микромеханике, медицине, аэрокосмической технике, в частности, при изготовлении пьезоэлектрического привода закрылка лопасти воздушного винта винтокрылого летательного аппарата.The invention relates to devices based on piezomaterials, namely piezoelectric actuators of the bending type, and is intended for use in electronics, controlled optics, micromechanics, medicine, aerospace engineering, in particular, in the manufacture of a piezoelectric drive for the propeller blade flap of a rotary-wing aircraft.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является прямолинейный упругий гибкий стержневой биморфный пьезоэлектрический актюатор с прямоугольным поперечным сечением, включающий две соединенные друг с другом однородные пьезоэлектрические пластины равной толщины с одинаковой или противонаправленной поляризацией, внутренний и наружные управляющие электроды [Никифоров В.Г., Климашин В.М., Сафронов А.Я. Биморфные пьезоэлектрические элементы: актюаторы и датчики // Компоненты и технологии. – 2003. - № 4. - С.46-48]. Поляризация слоев и расположение электродов таковы, что при подключении к электродам управляющего электрического напряжения осуществляются различные лишь по знаку преимущественно продольные осевые (вдоль оси стержня) рабочие деформации растяжения/сжатия пьезоэлектрических слоев биморфа, в результате чего происходит непосредственный управляемый электрическим напряжением изгиб - «рабочий ход» стержневого пьезоэлектрического актюатора в виде изменения геометрической формы и положения продольной оси актюатора в рабочей продольной плоскости. Данное устройство принято за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of the set of characteristics is a rectilinear elastic flexible rod bimorph piezoelectric actuator with a rectangular cross section, including two homogeneous piezoelectric plates of equal thickness connected to each other with the same or opposite polarization, internal and external control electrodes [Nikiforov V O.G., Klimashin V.M., Safronov A.Ya. Bimorphic piezoelectric elements: actuators and sensors // Components and technologies. – 2003. - No. 4. - P.46-48]. The polarization of the layers and the arrangement of the electrodes are such that when a control electric voltage is connected to the electrodes, predominantly longitudinal axial (along the axis of the rod) working tensile/compressive deformations of the piezoelectric layers of the bimorph, which are different only in sign, are carried out, resulting in direct bending controlled by electric voltage - “working stroke” » rod piezoelectric actuator in the form of a change in the geometric shape and position of the longitudinal axis of the actuator in the working longitudinal plane. This device is accepted as a prototype.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, – пьезоактюатор изгибного типа представляет собой упругий гибкий биморфный двухслойный стержень с прямоугольным поперечным сечением и включает в себя две соединенные друг с другом пьезоэлектрические пластины и управляющие электроды; поляризация слоев и расположение электродов таковы, что при подключении к электродам управляющего электрического напряжения осуществляются различные лишь по знаку осевые деформации растяжения/сжатия пьезоэлектрических биморфных слоев, в результате чего происходит «рабочий ход», т.е. осуществляются управляемые изгибные перемещения стержневого пьезоэлектрического актюатора в продольной плоскости.The features of the prototype, which coincide with the essential features of the claimed invention, are a piezoelectric actuator of the bending type, which is an elastic flexible bimorph two-layer rod with a rectangular cross-section and includes two piezoelectric plates connected to each other and control electrodes; The polarization of the layers and the arrangement of the electrodes are such that when a control electric voltage is connected to the electrodes, axial tensile/compressive deformations of the piezoelectric bimorph layers that differ only in sign are carried out, resulting in a “working stroke”, i.e. controlled bending movements of the rod piezoelectric actuator are carried out in the longitudinal plane.

Недостатками известного устройства, принятого за прототип, являются малая чувствительность (отношение величины изгибных деформаций биморфа к величине приложенного управляющего электрического напряжения) и малый диапазон управляемых изгибных деформаций в виде прогибов.The disadvantages of the known device, adopted as a prototype, are low sensitivity (the ratio of the magnitude of flexural deformations of the bimorph to the magnitude of the applied control electrical voltage) and a small range of controlled flexural deformations in the form of deflections.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание пьезоактюатора изгибного типа с увеличенными чувствительностью и диапазоном управляемых изгибныых деформаций.The problem to be solved by the invention is the creation of a bending type piezo actuator with increased sensitivity and a range of controlled bending deformations.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном пьезоактюаторе изгибного типа, характеризующемся тем, что представляет собой упругий гибкий биморфный двухслойный стержень с прямоугольным поперечным сечением и включает в себя две соединенные друг с другом пьезоэлектрические пластины и управляющие электроды; поляризация слоев и расположение электродов таковы, что при подключении к электродам управляющего электрического напряжения осуществляются различные лишь по знаку осевые деформации растяжения/сжатия пьезоэлектрических биморфных слоев, в результате чего происходит рабочий ход изгибных смещений в продольной плоскости биморфного стержня, согласно изобретению биморфный двухслойный стержень имеет криволинейную продольную ось с начальным радиусом кривизны в вертикальной продольной плоскости, поляризация и расположение электродов таковы, что при подключении к электродам управляющего электрического напряжения в плоскости слоев возникают поперечные с различным знаком осевые напряжения растяжения/сжатия пьезоэлектрических биморфных слоев с образованием активного момента, изгибающего двухслойное сечение биморфного стержня в поперечной плоскости, при подключении к электродам управляющего электрического напряжения рабочий ход изгибных смещений в продольной плоскости биморфного стержня происходит опосредовано через осуществление управляемого пьезоэлектрического изгиба в поперечной плоскости профиля двухслойного поперечного сечения биморфного стержня и последующнго перехода к новой форме его равновесного состояния.The problem was solved due to the fact that in the known piezoelectric actuator of the bending type, characterized by the fact that it is an elastic flexible bimorph two-layer rod with a rectangular cross-section and includes two piezoelectric plates connected to each other and control electrodes; the polarization of the layers and the arrangement of the electrodes are such that when a control electric voltage is connected to the electrodes, axial tensile/compressive deformations of the piezoelectric bimorph layers that are different only in sign are carried out, resulting in a working stroke of flexural displacements in the longitudinal plane of the bimorph rod; according to the invention, the bimorph two-layer rod has a curvilinear longitudinal axis with an initial radius of curvature in the vertical longitudinal plane, the polarization and arrangement of the electrodes are such that when a control electrical voltage is connected to the electrodes in the plane of the layers, transverse axial tensile/compressive stresses of different signs of the piezoelectric bimorph layers arise with the formation of an active moment that bends the two-layer section of the bimorph rod in the transverse plane, when a control electric voltage is connected to the electrodes, the working stroke of bending displacements in the longitudinal plane of the bimorph rod occurs indirectly through the implementation of controlled piezoelectric bending in the transverse plane of the profile of the two-layer cross section of the bimorph rod and the subsequent transition to a new form of its equilibrium state.

Пьезоактюатор может быть выполнен составным, включающим в себя два предложенных пьезоактюатора, соприкасающихся своими смежными боковыми верней и нижней сторонами без электрического контакта и скрепленных между собой своими боковыми сторонами периметров, с образованием чечевичной полой выпукло/вогнутой формы поперечного сечения при подключении к электродам составного пьезоактюатора управляющего электрического напряжения.The piezo actuator can be made composite, including two proposed piezo actuators, touching their adjacent side top and bottom sides without electrical contact and fastened together by their side perimeters, with the formation of a lenticular hollow convex/concave cross-sectional shape when connected to the electrodes of the composite piezo actuator control electrical voltage.

Пьезоэлектрические пластины с управляющими электродами могут быть выполнены в виде композитных MFC-пьезоактюаторов.Piezoelectric plates with control electrodes can be made in the form of composite MFC piezo actuators.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, – биморфный двухслойный стержень имеет криволинейную продольную ось с начальным радиусом кривизны в вертикальной продольной плоскости, поляризация и расположение электродов таковы, что при подключении к электродам управляющего электрического напряжения в плоскости слоев возникают поперечные с различным знаком осевые напряжения растяжения/сжатия пьезоэлектрических биморфных слоев с образованием активного момента, изгибающего двухслойное сечение биморфного стержня в поперечной плоскости, при подключении к электродам управляющего электрического напряжения рабочий ход изгибных смещений в продольной плоскости биморфного стержня происходит опосредовано через осуществление управляемого пьезоэлектрического изгиба в поперечной плоскости профиля двухслойного поперечного сечения биморфного стержня и последующнго перехода к новой форме его равновесного состояния; пьезоактюатор выполнен составным, включающим в себя два предложенных пьезоактюатора, соприкасающихся своими смежными боковыми верней и нижней сторонами без электрического контакта и скрепленных между собой своими боковыми сторонами периметров, с образованием чечевичной полой выпукло/вогнутой формы поперечного сечения при подключении к электродам составного пьезоактюатора управляющего электрического напряжения;The features of the proposed technical solution, which are distinctive from the prototype, are that the bimorph two-layer rod has a curved longitudinal axis with an initial radius of curvature in the vertical longitudinal plane, the polarization and arrangement of the electrodes are such that when a control electrical voltage is connected to the electrodes, transverse axial voltages with different signs arise in the plane of the layers stretching/compression of piezoelectric bimorph layers with the formation of an active moment that bends the two-layer section of the bimorph rod in the transverse plane, when a control electric voltage is connected to the electrodes, the working stroke of bending displacements in the longitudinal plane of the bimorph rod occurs indirectly through the implementation of controlled piezoelectric bending in the transverse plane of the profile of the two-layer cross section bimorph rod and subsequent transition to a new form of its equilibrium state; The piezo actuator is made composite, including two proposed piezo actuators, touching their adjacent side top and bottom sides without electrical contact and fastened together by their side perimeters, with the formation of a lenticular hollow convex/concave cross-sectional shape when connecting the control electric voltage to the electrodes of the composite piezo actuator ;

пьезоэлектрические пластины с управляющими электродами выполнены в виде композитных MFC-пьезоактюаторов.piezoelectric plates with control electrodes are made in the form of composite MFC piezo actuators.

Отличительные признаки, в совокупности с известными, позволяют увеличить чувствительность и диапазон управляемых изгибныых деформаций пьезоактюатора.Distinctive features, in combination with the known ones, make it possible to increase the sensitivity and range of controlled bending deformations of the piezo actuator.

Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков заявленного пьезоактюатора изгибного типа с получением указанного технического результата.The applicant is not aware of the use in science and technology of the distinctive features of the claimed bending-type piezo actuator to obtain the specified technical result.

Предлагаемый пьезоактюатор изгибного типа иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 - фиг 4.The proposed bending type piezo actuator is illustrated by the drawings shown in Fig. 1 - fig 4.

На фиг.1 изображены расположения пьезоактюатора в начальном ненапряженном состоянии и рабочем состоянии при действии управляющего электрического напряжения, где , - начальный и результирующий радиусы кривизны в продольной плоскости, - радиус кривизны трансформированного сечения в поперечной плоскости.Figure 1 shows the location of the piezo actuator in the initial unstressed state and the operating state under the action of control electrical voltage, where , - initial and resulting radii of curvature in the longitudinal plane, - radius of curvature of the transformed section in the transverse plane.

На фиг. 2 изображены формы и расположения поперечного сечения пьезоактюатора в начальном ненапряженном состоянии и рабочем состоянии при действии управляющего электрического напряжения, где - прогибы при трансформации поперечного сечения в поперечной плоскости .In fig. Figure 2 shows the shapes and locations of the cross section of the piezo actuator in the initial unstressed state and the operating state under the action of a control electrical voltage, where - deflections during transformation of the cross section in the transverse plane .

На фиг. 3 изображены расположения составного пьезоактюатора и его элементов в начальном ненапряженном состоянии и рабочем состоянии при действии управляющего электрического напряжения.In fig. Figure 3 shows the locations of the composite piezo actuator and its elements in the initial unstressed state and the operating state under the action of a control electrical voltage.

На фиг. 4 изображены формы и расположения элементов поперечного сечения составного пьезоактюатора в начальном ненапряженном состоянии и рабочем состоянии при действии управляющего электрического напряжения.In fig. Figure 4 shows the shapes and locations of the cross-sectional elements of a composite piezo actuator in the initial unstressed state and the operating state under the action of a control electrical voltage.

Пьезоактюатор изгибного типа представляет собой упругий криволинейный, в частности, дугообразный биморфный стержень 1 (фиг. 1) с начальным радиусом кривизны R 0 в вертикальной продольной плоскости xy (фиг. 1) и прямоугольным поперечным сечением (пунктирные линии на фиг. 2).The piezo actuator of the bending type is an elastic curvilinear, in particular, an arcuate bimorph rod 1 (Fig. 1) with an initial radius of curvature R 0 in the vertical longitudinal plane xy (Fig. 1) and a rectangular cross section (dotted lines in Fig. 2).

Биморфная структура стержня 1 (фиг. 1) включает в себя два слоя из известных пленочных актюаторов (в частности, композитных MFC- акюаторов) осевых перемещений с управляющими электродами (слои биморфа и электроды на фиг. 1 - фиг. 4 не изображены). The bimorph structure of rod 1 (Fig. 1) includes two layers of known film actuators (in particular, composite MFC actuators) of axial movements with control electrodes (bimorph layers and electrodes in Fig. 1 - Fig. 4 are not shown).

При подключении к электродам биморфного стержня 1 управляющего электрического напряжения U упр осуществляется непосредственный изгиб его поперечного сечения в плоскости yz , что опосредовано приводит к результирующему изгибу – частичному «распремлению» стержня 1 и переходу к его новой равновесной изгибной форме 2 с уменьшенной кривизной в продольной плоскости xy.When the control electric voltage U control is connected to the electrodes of the bimorph rod 1, a direct bending of its cross section in the yz plane occurs, which indirectly leads to the resulting bending - partial “straightening” of the rod 1 and the transition to its new equilibrium bending form 2 with reduced curvature in the longitudinal plane xy .

Биморфный стержень 1 закреплен, в частности, консольно с неподвижным закреплением его торца в заделке 3 (фиг.1).The bimorph rod 1 is fixed, in particular, cantilevered with its end fixedly fixed in the seal 3 (Fig. 1).

Пьезоактюатор (см. фиг. 1, фиг. 2) может являться составной частью составного пьезоактюатора (см. фиг. 3, фиг. 4), включающего в себя два однотипных пьезоэлектрических актюатора 1,4, соприкасающихся своими смежными боковыми верней и нижней сторонами без электрического контакта и скрепленных между собой своими боковыми сторонами периметров, с образованием чечевичной полой выпукло/вогнутой формы трансформированного поперечного сечения (см. фиг. 4) и, как следствие, новых изгибных форм 2,5 (см. фиг. 3, фиг. 4) при подключении к электродам составного пьезоактюатора управляющего электрического напряжения U упр.The piezo actuator (see Fig. 1, Fig. 2) can be an integral part of a composite piezo actuator (see Fig. 3, Fig. 4), which includes two similar piezoelectric actuators 1,4, touching their adjacent side tops and bottom sides without electrical contact and perimeters fastened together by their lateral sides, with the formation of a lentil hollow convex/concave shape of a transformed cross section (see Fig. 4) and, as a consequence, new bending forms 2.5 (see Fig. 3, Fig. 4 ) when connecting the control electric voltage U control to the electrodes of the composite piezo actuator.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Работа пьезоактюатора основана на выявленном эффекте влияния управляемых вариаций геометрической формы поперечного сечения стержня на переход к его новым рабочим равновесным изгибным формам при наличии у стержня начальной кривизны в продольной плоскости.The operation of the piezo actuator is based on the identified effect of controlled variations in the geometric shape of the cross section of the rod on the transition to its new working equilibrium bending forms when the rod has an initial curvature in the longitudinal plane.

При подключении управляющего электрического напряжения к электродам биморфных слоев предложенного стержневого пьезоактюатора изгибного типа (как консольно-закрепленного дугообразного стержня длиной l, см. фиг. 1, фиг. 3) возникает (на основе обратного пьезоэффекта) «пьезоэлектрический» изгибающий моментWhen connecting the control electrical voltage to the electrodes of the bimorph layers of the proposed bending-type rod piezo actuator (as a cantilever-fixed arcuate rod of length l, see Fig. 1, Fig. 3), a “piezoelectric” bending moment arises (based on the inverse piezoelectric effect)

, ,

который изгибает пьезоактюатор (см. фиг. 1, фиг. 2) или каждый из двух пьезоактюаторов составного пьезоактюатора (см. фиг. 3, фиг. 4) в поперечной плоскости yz до величины радиуса кривизныwhich bends the piezo actuator (see Fig. 1, Fig. 2) or each of the two piezo actuators of a composite piezo actuator (see Fig. 3, Fig. 4) in the transverse plane yz to the radius of curvature

, ,

где - осевой момент инерции, , где - толщина каждого пьезоактюатора 1,4 как биморфного слоя, - модуль Юнга биморфного слоя (пьезоактюатора 1,4) по оси , - пьезомодуль, - расстояние между электродами.Where - axial moment of inertia, , Where - the thickness of each piezo actuator is 1.4 as a bimorph layer, - Young's modulus of the bimorph layer (piezo actuator 1.4) along the axis , - piezo module, - distance between electrodes.

В результате искривления поперечного сечения, в частности, с плоского на «арочный» вогнутый (или выгнутый) или на «чечевичный» вогнуто/выгнутый трубчатый профиль возникает (однако, лишь при наличии некоторой начальной продольной кривизны R0 пьезоактюатора) результирующий активный изгибающий моментAs a result of curvature of the cross section, in particular, from flat to “arched” concave (or convex) or to “lentil” concave/convex tubular profile, a resulting active bending moment arises (however, only in the presence of some initial longitudinal curvature R 0 of the piezo actuator)

, ,

который обуславливает частичное разгибание пьезоактюатора в продольной плоскости xy, т.е. происходит увеличение его радиуса кривизны с начального до результирующего значенияwhich causes partial extension of the piezo actuator in the longitudinal plane xy, i.e. there is an increase in its radius of curvature from the initial to the resulting value

или в видеor in the form

, ,

где - угол поворота свободного торца, равный изменению угла охвата дугообразного (длиной l) пьезоактюатора 1,2 (см. фиг. 1) или 1,2,4,5 (см. фиг. 3) в виде консольно-закрепленного стержня (см. фиг. 1, фиг. 3) при его деформировании моментом , - осевой момент инерции «чечевичного» трубчатого сечения (фиг. 3), при этом, например, вертикальное по оси y перемещение центра свободного торца () стержня рассчитываемWhere - the angle of rotation of the free end, equal to the change in the coverage angle of the arc-shaped (length l) piezo actuator 1,2 (see Fig. 1) or 1,2,4,5 (see Fig. 3) in the form of a cantilever-fixed rod (see Fig. 1, Fig. 3) when it is deformed by a moment , - axial moment of inertia of the “lentil” tubular section (Fig. 3), while, for example, vertical displacement along the y axis center of the free end ( ) of the rod we calculate

по методу интегралов Мора.by the method of Mohr integrals.

Проведенный численный эксперимент по разработанной математической численно-аналитической модели функционирования предложенного пьезоактюатора изгибного типа в виде консольно-закрепленного стержня (см. фиг. 1, фиг. 3) выявил более чем в 5 раз (в частности, для пьезоактюатора с «арочной» формой поперечного сечения, см. фиг. 1, фиг. 2) увеличение чувствительности и диапазона реализуемых изгибных перемещений по сравнению с известными биморфными пьезоактюаторами изгиба, в том числе использующих известные композитные MFC- пьезоактюаторы.A numerical experiment carried out on the developed mathematical numerical-analytical model of the functioning of the proposed bending type piezo actuator in the form of a cantilever-fixed rod (see Fig. 1, Fig. 3) revealed more than 5 times (in particular, for a piezo actuator with an “arched” shape of the transverse cross-section, see Fig. 1, Fig. 2) increase in sensitivity and range of bending movements compared to known bimorph piezo bending actuators, including those using known composite MFC piezo actuators.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет значительно повысить эффективность пьезоэлектрического актюатора, т.е. увеличить чувствительность и диапазон управляемых изгибных деформаций.Thus, the proposed technical solution can significantly increase the efficiency of the piezoelectric actuator, i.e. increase sensitivity and range of controlled bending deformations.

Claims (3)

1. Пьезоактюатор изгибного типа, характеризующийся тем, что представляет собой упругий гибкий биморфный двухслойный стержень с прямоугольным поперечным сечением и включает в себя две соединенные друг с другом пьезоэлектрические пластины и управляющие электроды; поляризация слоев и расположение электродов таковы, что при подключении к электродам управляющего электрического напряжения осуществляются различные лишь по знаку осевые деформации растяжения/сжатия пьезоэлектрических биморфных слоев, в результате чего происходит рабочий ход изгибных смещений в продольной плоскости биморфного стержня, отличающийся тем, что биморфный двухслойный стержень имеет криволинейную продольную ось с начальным радиусом кривизны в вертикальной продольной плоскости, поляризация и расположение электродов таковы, что при подключении к электродам управляющего электрического напряжения в плоскости слоев возникают поперечные с различным знаком осевые напряжения растяжения/сжатия пьезоэлектрических биморфных слоев с образованием активного момента, изгибающего двухслойное сечение биморфного стержня в поперечной плоскости, при подключении к электродам управляющего электрического напряжения рабочий ход изгибных смещений в продольной плоскости биморфного стержня происходит опосредованно через осуществление управляемого пьезоэлектрического изгиба в поперечной плоскости профиля двухслойного поперечного сечения биморфного стержня и последующнго перехода к новой форме его равновесного состояния.1. A bending-type piezo actuator, characterized in that it is an elastic flexible bimorph two-layer rod with a rectangular cross-section and includes two piezoelectric plates and control electrodes connected to each other; the polarization of the layers and the arrangement of the electrodes are such that when a control electric voltage is connected to the electrodes, axial tensile/compressive deformations of the piezoelectric bimorph layers that are different only in sign are carried out, resulting in a working stroke of flexural displacements in the longitudinal plane of the bimorph rod, characterized in that the bimorph two-layer rod has a curved longitudinal axis with an initial radius of curvature in the vertical longitudinal plane, the polarization and arrangement of the electrodes are such that when a control electrical voltage is connected to the electrodes in the plane of the layers, transverse axial tensile/compressive stresses of different signs arise in the piezoelectric bimorph layers with the formation of an active moment that bends the two-layer cross-section of a bimorph rod in the transverse plane, when a control electric voltage is connected to the electrodes, the working stroke of bending displacements in the longitudinal plane of the bimorph rod occurs indirectly through the implementation of controlled piezoelectric bending in the transverse plane of the profile of the two-layer cross-section of the bimorph rod and the subsequent transition to a new form of its equilibrium state. 2. Пьезоактюатор изгибного типа, отличающийся тем, что выполнен составным, включающим в себя два пьезоактюатора по п.1, соприкасающихся своими смежными боковыми верней и нижней сторонами без электрического контакта и скрепленных между собой своими боковыми сторонами периметров, с образованием чечевичной полой выпукло-вогнутой формы поперечного сечения при подключении к электродам составного пьезоактюатора управляющего электрического напряжения.2. A bending-type piezo actuator, characterized in that it is made as a composite, including two piezo actuators according to claim 1, touching their adjacent side tops and bottom sides without electrical contact and fastened together by their side perimeters, forming a lenticular hollow convex-concave cross-sectional shapes when connecting the control electrical voltage to the electrodes of a composite piezo actuator. 3. Пьезоактюатор по п.1, отличающийся тем, что пьезоэлектрические пластины с управляющими электродами выполнены в виде композитных MFC-пьезоактюаторов.3. Piezo actuator according to claim 1, characterized in that the piezoelectric plates with control electrodes are made in the form of composite MFC piezo actuators.
RU2023128935A 2023-11-08 Bending-type piezo actuator RU2819557C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2819557C1 true RU2819557C1 (en) 2024-05-21

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7808163B2 (en) * 2000-11-02 2010-10-05 Danfoss A/S Multilayer composite and a method of making such
RU101271U1 (en) * 2010-07-28 2011-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ФГУП "ВИАМ") PIEZO ELECTRIC LAYERED ACTUATOR
RU2636255C2 (en) * 2016-04-14 2017-11-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Bending type piezoactuator
RU2731416C1 (en) * 2019-12-27 2020-09-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Magnetoelectric composite material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7808163B2 (en) * 2000-11-02 2010-10-05 Danfoss A/S Multilayer composite and a method of making such
RU101271U1 (en) * 2010-07-28 2011-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ФГУП "ВИАМ") PIEZO ELECTRIC LAYERED ACTUATOR
RU2636255C2 (en) * 2016-04-14 2017-11-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Bending type piezoactuator
RU2731416C1 (en) * 2019-12-27 2020-09-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Magnetoelectric composite material

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Никифоров В.Г. и др., Биморфные пьезоэлектрические элементы: актюаторы и датчики, Компоненты и технологии. - 2003. ‑ N4. ‑ С.46-48. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10797217B2 (en) Actuator or sensor device based on an electroactive polymer
ES2394160T3 (en) Electroactive polymers
US8810113B2 (en) Electromechanical transducer and method for manufacturing the same
US6583533B2 (en) Electroactive polymer electrodes
US6543110B1 (en) Electroactive polymer fabrication
US8508109B2 (en) Electroactive polymer manufacturing
US7368862B2 (en) Electroactive polymer generators
US6781284B1 (en) Electroactive polymer transducers and actuators
RU2716841C2 (en) Switch based on electroactive or photoactive polymer
KR20030043417A (en) Curved shape actuator device composed of electro active layer and fiber composite layers
WO2001058973A2 (en) Energy efficient electroactive polymers and electroactive polymer devices
US7015624B1 (en) Non-uniform thickness electroactive device
RU2819557C1 (en) Bending-type piezo actuator
KR20040064268A (en) Curved electro-active actuators
JP2008211885A (en) Transducer and its manufacturing process
US8912708B2 (en) Electromechanical motor
RU2822976C1 (en) Bending-type piezo actuator
Ge et al. Nonlinear Mechanical Modeling For Axial Compression Cantilever Macro-Fiber Composite Bimorph
Pelrine et al. Artificial muscle for small robots and other micromechanical devices