RU2636255C2

RU2636255C2 - Bending type piezoactuator

Info

Publication number: RU2636255C2
Application number: RU2016114639A
Authority: RU
Inventors: Андрей Анатольевич Паньков
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2017-11-21
Also published as: RU2016114639A

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: bending type piezoactuator is a multilayer stack consisting of elementary layers, each containing piezoelectric layers of the bimorph element and internal electrodes installed between the piezoelectric layers and on either sides of the bimorph element. Herewith the internal electrodes are combined at the stationary end of the stack with the external electrodes. The multilayer stack is composed of mechanically unconnected elementary layers, each elementary layer further comprising, at least, two layers located on each side of the bimorph element and made of a material with a magnetoelectric effect, and internal electrodes interposed between the layers of a material with a magnetoelectric effect. Herewith the internal electrodes are combined with the external electrodes to electrically control the magnetic fields in the layers of a material with a magnetoelectric effect additionally mounted on the fixed end of the multilayer stack.EFFECT: increasing the amplitude of controlled deformations in static and dynamic modes and the possibility of fixing large static and amplitude resonant bends of the piezoactuator.4 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам на основе пьезоматериалов, а именно к пьезоактюаторам изгибного типа и предназначено для использования в электронике, управляемой оптике, микромеханике, медицине, машиностроении, в частности, при изготовлении пьезоэлектрического привода закрылка лопасти воздушного винта винтокрылого летательного аппарата.The invention relates to devices based on piezomaterials, namely, to bend type piezoelectric actuators and is intended for use in electronics, controlled optics, micromechanics, medicine, mechanical engineering, in particular, in the manufacture of a piezoelectric drive of a rotor wing blade for a rotor of a rotorcraft.

Известен биморфный пьезоэлектрический актюатор, включающий две жестко соединенные друг с другом однородные пьезоэлектрические пластины равной толщины с одинаковой или противонаправленной поляризацией, внутренний и наружные электроды [Никифоров В.Г., Климашин В.М., Сафронов А.Я. Биморфные пьезоэлектрические элементы: актюаторы и датчики // Компоненты и технологии. - 2003. - № 4. - С. 46-48].Known bimorph piezoelectric actuator, comprising two rigidly connected to each other homogeneous piezoelectric plates of equal thickness with the same or opposite polarization, internal and external electrodes [V. Nikiforov, V. Klimashin, A. Ya. Safronov. Bimorph piezoelectric elements: actuators and sensors // Components and Technologies. - 2003. - No. 4. - S. 46-48].

Известное устройство имеет малую чувствительность (отношение величины изгибных деформаций биморфа к приложенному управляющему напряжению) и малую управляемую изгибную деформацию, вследствие его монолитности и большой жесткости на изгиб.The known device has a low sensitivity (the ratio of the magnitude of the bimorph deformations to the applied control stress) and a small controllable bend deformation, due to its monolithicity and high bending stiffness.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является деформируемое зеркало на основе многослойной активной биморфной структуры, содержащее закрепленные в корпусе два жестко соединенных друг с другом пьезоэлектрических элемента с металлическими электродами на противоположных сторонах и отражающую поверхность, выполненную на внешней стороне одного из пьезоэлектрических элементов. Пьезоэлектрические элементы выполнены многослойными и образованы по крайней мере двумя идентичными пьезопластинами, или пьезопленками, или пьезослоями со сплошными металлическими электродами на противоположных сторонах, причем в каждом пьезоэлементе отдельные пьезопластины, или пьезопленки, или пьезослои ориентированы таким образом, что векторы поляризации смежных пьезопластин, или пьезопленок, или пьезослоев направлены в противоположные стороны, а их одноименные электроды электрически связаны между собой, при этом пьезоэлектрические элементы жестко соединены друг с другом таким образом, что векторы поляризации их смежных сопрягаемых пьезопластин, или пьезопленок, или пьезослоев сонаправлены, а их смежные сопрягаемые электроды электрически связаны между собой (патент РФ №2099754 от 20.12.1997). Данное устройство принято за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a deformable mirror based on a multilayer active bimorph structure containing two piezoelectric elements rigidly connected to each other with metal electrodes on opposite sides and a reflective surface made on the outside of one of the piezoelectric elements. The piezoelectric elements are multilayer and are formed by at least two identical piezoelectric plates, or piezoelectric films, or piezoelectric layers with continuous metal electrodes on opposite sides, with each piezoelectric element having separate piezoelectric plates, or piezoelectric films, or piezoelectric layers so that the polarization vectors of the piezoelectric or piezoelectric piezoelectric or piezoelectric layers are directed in opposite directions, and their electrodes of the same name are electrically connected with each other, while the piezoelectric skie elements are rigidly connected to each other so that the polarization vectors of adjacent piezoceramic plates conjugated or pezoplenok or piezolayer are collinear and their mating adjacent electrodes are electrically interconnected (RF Patent №2099754 from 12.20.1997). This device is taken as a prototype.

Известное устройство, по сравнению с биморфом такого же размера из однослойных монолитных частей, позволяет лишь незначительно увеличить чувствительность и амплитуду деформаций за счет слоистости обеих частей биморфа.The known device, compared with a bimorph of the same size from single-layer monolithic parts, can only slightly increase the sensitivity and amplitude of deformations due to the layering of both parts of the bimorph.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, - пьезоактюатор изгибного типа представляет собой многослойный пакет, состоящий из элементарных слоев, каждый из которых содержит пьезоэлектрические слои биморфного элемента и внутренние электроды, установленные между пьезоэлектрическими слоями и с обеих сторон биморфного элемента; внутренние электроды объединены на неподвижном торце пакета внешними электродами.Signs of the prototype, which coincides with the essential features of the claimed invention, the bend-type piezoelectric actuator is a multilayer package consisting of elementary layers, each of which contains piezoelectric layers of a bimorph element and internal electrodes installed between the piezoelectric layers and on both sides of the bimorph element; internal electrodes are combined at the fixed end of the packet by external electrodes.

Недостатками известного устройства, принятого за прототип, являются малая чувствительность и малая управляемая изгибная деформация, вследствие значительной изгибной жесткости актюатора. Увеличение числа слоев (жестко связанных между собой внутренними электродами) пьезоэлектрика не приводит к существенному увеличению реализуемых изгибных деформаций актюатора из-за сопутствующего значительного увеличения его изгибной жесткости.The disadvantages of the known device adopted for the prototype are the low sensitivity and low controlled bending deformation, due to the significant bending stiffness of the actuator. An increase in the number of layers (rigidly interconnected by internal electrodes) of the piezoelectric does not lead to a significant increase in the realized bending deformations of the actuator due to the concomitant significant increase in its bending stiffness.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание пьезоактюатора изгибного типа с увеличенными чувствительностью, амплитудами управляемых деформаций в статическом и динамическом режимах и возможностью фиксирования больших статических и амплитудных резонансных изгибов актюатора.The problem to which the invention is directed is to create a bend-type piezoelectric actuator with increased sensitivity, controlled strain amplitudes in static and dynamic modes and the ability to fix large static and amplitude resonant bends of the actuator.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном пьезоактюаторе изгибного типа, характеризующемся тем, что представляет собой многослойный пакет, состоящий из элементарных слоев, каждый из которых содержит пьезоэлектрические слои биморфного элемента и внутренние электроды, установленные между пьезоэлектрическими слоями и с обеих сторон биморфного элемента, при этом внутренние электроды объединены на неподвижном торце пакета внешними электродами, согласно изобретению многослойный пакет составлен из механически несвязанных элементарных слоев, каждый элементарный слой дополнительно содержит как минимум по два слоя, расположенных с каждой стороны биморфного элемента и выполненных из материала с магнитоэлектрическим эффектом, и внутренние электроды, установленные между слоями из материала с магнитоэлектрическим эффектом, при этом внутренние электроды объединены внешними электродами для электрического управления магнитными полями в слоях из материала с магнитоэлектрическим эффектом, дополнительно установленными на неподвижном торце многослойного пакета.The problem was solved due to the fact that in the well-known piezoelectric actuator of a bending type, characterized in that it is a multilayer package consisting of elementary layers, each of which contains piezoelectric layers of a bimorph element and internal electrodes installed between the piezoelectric layers and on both sides of the bimorph element, while the internal electrodes are combined at the fixed end of the packet by external electrodes, according to the invention, the multilayer packet is composed of mechanically loose elementary layers, each elementary layer additionally contains at least two layers located on each side of the bimorph element and made of a material with a magnetoelectric effect, and internal electrodes installed between layers of a material with a magnetoelectric effect, while the internal electrodes are combined by external electrodes for electrical control of magnetic fields in layers of material with a magnetoelectric effect, additionally mounted on the fixed end of the multilayer Aketi.

Целесообразно помещение пьезоактюатора в эластичную оболочку для предотвращения его внешнего механического повреждения.It is advisable to place the piezoelectric actuator in an elastic shell to prevent its external mechanical damage.

Эластичная оболочка может быть изготовлена из силикона.The elastic sheath can be made of silicone.

Кроме того, форма внутренних электродов совпадает с формой областей контакта слоев, но вблизи неподвижного торца пьезоактюатора ширина электрода сужается от ширины всего пакета до ширины соответствующего внешнего электрода, к которому этот внутренний электрод присоединен.In addition, the shape of the internal electrodes coincides with the shape of the contact areas of the layers, but near the fixed end of the piezoelectric actuator, the width of the electrode narrows from the width of the entire package to the width of the corresponding external electrode to which this internal electrode is attached.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, - многослойный пакет составлен из механически несвязанных элементарных слоев; каждый элементарный слой дополнительно содержит как минимум по два слоя, выполненных из материала с магнитоэлектрическим эффектом, и внутренние электроды, установленные между слоями из материала с магнитоэлектрическим эффектом; внутренние электроды объединены с внешними электродами, дополнительно установленными на неподвижном торце многослойного пакета, для электрического управления магнитными полями в слоях из материала с магнитоэлектрическим эффектом; пьезоактюатор помещен в эластичную оболочку для предотвращения его внешнего механического повреждения; эластичная оболочка изготовлена из силикона; форма внутренних электродов совпадает с формой областей контакта слоев, но вблизи неподвижного торца пьезоактюатора ширина электрода сужается от ширины всего пакета до ширины соответствующего внешнего электрода, к которому этот внутренний электрод присоединен.Signs of the proposed technical solution, distinctive from the prototype, the multilayer package is composed of mechanically unrelated elementary layers; each elementary layer additionally contains at least two layers made of a material with a magnetoelectric effect, and internal electrodes installed between layers of a material with a magnetoelectric effect; internal electrodes combined with external electrodes, additionally mounted on the fixed end of the multilayer package, for electrical control of magnetic fields in layers of a material with a magnetoelectric effect; the piezo actuator is placed in an elastic shell to prevent its external mechanical damage; elastic sheath made of silicone; the shape of the internal electrodes coincides with the shape of the contact areas of the layers, but near the fixed end of the piezoelectric actuator, the width of the electrode narrows from the width of the entire packet to the width of the corresponding external electrode to which this internal electrode is attached.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют увеличить чувствительность, амплитуду управляемых деформаций в статическом и динамическом режимах и обеспечить возможность фиксирования больших статических и амплитудных резонансных изгибов пьезоактюатора.Distinctive features in combination with the known ones allow to increase the sensitivity, amplitude of controlled deformations in static and dynamic modes and provide the ability to fix large static and amplitude resonant bends of the piezoelectric actuator.

Большие изгибные деформации пьезоактюатора достигаются благодаря малой жесткости на изгиб при квазистатическом и динамическом режимах, резонансной частоте электронагружения (в динамическом или «колебательном» режиме) биморфного пьезоэлектрического элемента для каждого элементарного составного слоя и для всего многослойного пакета пьезоактюатора при идеальном проскальзывании со смежными слоями на активной фазе изгиба. В частности, для прямоугольного пьезоактюатора в виде многослойного стержня (или пластины) жесткость на изгиб при идеальном проскальзывании входящих в него слоев в N² раз меньше жесткости монолитного стержня (или пластины) с теми же размерами и упругими свойствами, N - число слоев в пакете. Приобретенная на каждой активной фазе амплитуда (монотонно возрастающая по отношению к амплитуде на предыдущей активной фазе) вынужденных резонансных электромагнитоупругих изгибных колебаний элементарных составных слоев фиксируется управляемым магнитным слипанием смежных слоев в монолитный жесткий пакет с фиксированной макродеформацией изгиба пьезоактюатора. Уменьшение толщин входящих в пьезоактюатор отдельных элементарных слоев понижает величины управляющих напряжений (без снижения амплитуды полезных изгибных деформаций) и, следовательно, повышает чувствительность каждого слоя и всего пьезоактюатора в целом.Large bending deformations of the piezoelectric actuator are achieved due to the low bending stiffness under quasistatic and dynamic modes, the resonant frequency of the electric loading (in the dynamic or "vibrational" mode) of the bimorph piezoelectric element for each elementary composite layer and for the entire multilayer package of the piezoelectric actuator with perfect slip with active slip bending phase. In particular, for a rectangular piezoelectric actuator in the form of a multilayer rod (or plate), the bending stiffness at ideal slipping of its layers is N ² times less than the stiffness of a monolithic rod (or plate) with the same dimensions and elastic properties, N is the number of layers in a packet . The amplitude acquired at each active phase (monotonically increasing with respect to the amplitude at the previous active phase) of the forced resonant electromagnetoelastic bending vibrations of elementary composite layers is fixed by controlled magnetic cohesion of adjacent layers into a monolithic rigid packet with a fixed macro-deformation of the bend of the piezoelectric actuator. A decrease in the thickness of the individual elementary layers included in the piezoelectric actuator lowers the values of the control stresses (without reducing the amplitude of the useful bending deformations) and, therefore, increases the sensitivity of each layer and the entire piezoactuator as a whole.

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 distinguishing features of the claimed bend type piezoelectric actuator to obtain the indicated technical result.

Предлагаемый пьезоактюатор иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-7.The proposed piezo actuator is illustrated by the drawings shown in FIG. 1-7.

На фиг. 1 изображена геометрическая форма многослойного пакета пьезоактюатора из элементарных слоев в исходном (А) и рабочем (Б) состояниях.In FIG. 1 shows the geometric shape of a multilayer piezoelectric actuator package of elementary layers in the initial (A) and working (B) states.

На фиг. 2 изображен элементарный слой.In FIG. 2 shows an elementary layer.

На фиг. 3 изображена геометрическая форма внутренних и внешних электродов элементарного слоя.In FIG. 3 shows the geometric shape of the inner and outer electrodes of the elementary layer.

На фиг. 4 изображены зависимости прогиба ƒ пьезоактюатора.In FIG. Figure 4 shows the dependences of the deflection ƒ of the piezoactuator.

На фиг. 5 изображены зависимости силы магнитного притяжения F_m соседних элементарных слоев пьезоактюатора от времени t.In FIG. 5 shows the dependences of the magnetic attraction force F _{m of the} neighboring elementary layers of the piezoelectric actuator on time t.

На фиг. 6 изображен оболочечный многослойный пьезоактюатор с регулируемыми межслойными магнитными связями между элементарными слоями (оболочками) через внешние электроды на наружной цилиндрической поверхности оболочечного пьезоактюатора изгибного типа, в частности, для адаптивной оптики.In FIG. 6 shows a multilayer shell piezoelectric actuator with adjustable interlayer magnetic bonds between elementary layers (shells) through external electrodes on the outer cylindrical surface of a bend type piezoelectric actuator, in particular for adaptive optics.

На фиг. 7 изображен многослойный оболочечный пьезоактюатор с регулируемыми межслойными магнитными связями между элементарными слоями (оболочками) через внешние электроды на внутренней цилиндрической поверхности оболочечного пьезоактюатора изгибного типа, в частности, для адаптивной оптики.In FIG. 7 shows a multilayer shell piezoelectric actuator with adjustable interlayer magnetic bonds between elementary layers (shells) through external electrodes on the inner cylindrical surface of a bend-type piezoelectric actuator, in particular for adaptive optics.

Пьезоактюатор изгибного типа (фиг. 1) представляет собой многослойный пакет с регулируемыми межслойными магнитными связями между механически несвязанными элементарными слоями 1. Изгиб слоев 1 и пьезоактюатора в целом и управление связями осуществляется через внешние электроды 2, установленные на неподвижном закрепленном торце пьезоактюатора. Многослойный пьезоактюатор может быть выполнен в виде слоистого стержня, или пластины (фиг. 2), или оболочки (фиг. 6, 7).The bend type piezo actuator (Fig. 1) is a multilayer package with adjustable interlayer magnetic bonds between mechanically unrelated elementary layers 1. The layers 1 and the piezo actuator as a whole are bent and the bonds are controlled via external electrodes 2 mounted on the fixed fixed end of the piezo actuator. A multilayer piezoelectric actuator can be made in the form of a layered rod, or plate (Fig. 2), or shell (Fig. 6, 7).

Каждый элементарный слой 1 пьезоактюатора содержит центральные пьезоэлектрические слои 3, 4 (фиг. 2), выполненные механически связанными между собой по типу «биморф» с одинаковой или обратной поляризацией, и, как минимум, по два слоя 5, выполненных из материала с магнитоэлектрическим эффектом и расположенных с каждой стороны биморфного пьезоэлектрического элемента, состоящего из слоев 3, 4. Материал с магнитоэлектрическим эффектом представляет собой материал, в котором под действием приложенного электрического поля возникают магнитные поля, способные взаимодействовать с магнитными полями других магнитных тел, в частности, взаимно притягиваться или отталкиваться в зависимости от полярности полей. Пример композиционного материала с магнитоэлектрическим эффектом - это композит PVDF/феррит с пьезоэлектрическими (PVDF) и магнитострикционными или «пьезомагнитными» (феррит) фазами, взаимодействующими между собой посредством деформационных полей [Гетман И.П. О магнитоэлектрическом эффекте в пьезокомпозитах // ДАН СССР. - 1991. - Т. 317, №2. - С. 341-343].Each elementary layer 1 of the piezoelectric actuator contains central piezoelectric layers 3, 4 (Fig. 2) made mechanically interconnected by the type of "bimorph" with the same or reverse polarization, and at least two layers 5 made of a material with a magnetoelectric effect and located on each side of a bimorphic piezoelectric element consisting of layers 3, 4. A material with a magnetoelectric effect is a material in which magnetic fields arise under the action of an applied electric field I, capable of interacting with the magnetic fields of other magnetic bodies, in particular, mutually attracted or repelled depending on the polarity of the fields. An example of a composite material with a magnetoelectric effect is a PVDF / ferrite composite with piezoelectric (PVDF) and magnetostrictive or “piezomagnetic” (ferrite) phases interacting with each other via deformation fields [I. Getman On the magnetoelectric effect in piezocomposites // DAN SSSR. - 1991. - T. 317, No. 2. - S. 341-343].

Между пьезоэлектрическими слоями 3, 4, с обеих сторон биморфного элемента и между слоями из материала с магнитоэлектрическим эффектом установлены внутренние электроды 6.Between the piezoelectric layers 3, 4, on both sides of the bimorph element and between the layers of the material with the magnetoelectric effect, internal electrodes 6 are installed.

Внутренние электроды 6 объединены по группам на неподвижном торце пакета различными внешними электродами 2: первая группа для электрического управления деформациями пьезоэлектрических слоев 3, 4 биморфа, вторая группа для управления магнитными полями в слоях из материала с магнитоэлектрическим эффектом 5.The inner electrodes 6 are combined into groups on the fixed end of the packet by various external electrodes 2: the first group for the electrical control of deformations of the piezoelectric layers 3, 4 of the bimorph, the second group for controlling the magnetic fields in the layers of the material with the magnetoelectric effect 5.

В многослойном пьезоактюаторе смежные элементарные слои соприкасаются между собой слоями из материала с магнитоэлектрическим эффектом 5, которые обеспечивают «идеальное проскальзывание» или магнитное прилипание смежных элементарных слоев при соответствующих управляющих потенциалах на внешних электродах 2 пьезоактюатора. Предусмотрена возможность помещения пьезоактюатора в эластичную оболочку, в частности, силикона для предотвращения его внешнего механического повреждения. Геометрическая форма внутренних межслойных электродов 6 пьезоактюатора совпадает с формой областей контакта элементарных слоев 1, но вблизи неподвижного торца пьезоактюатора ширина электрода сужается от ширины слоев 1 до ширины соответствующего внешнего электрода 2, к которому этот внутренний электрод 6 присоединен (фиг. 3).In a multilayer piezoelectric actuator, adjacent elementary layers are in contact with each other by layers of a material with a magnetoelectric effect 5, which provide “perfect slipping” or magnetic adhesion of adjacent elementary layers with corresponding control potentials on the external electrodes 2 of the piezoelectric actuator. It is possible to place the piezoelectric actuator in an elastic shell, in particular silicone, to prevent its external mechanical damage. The geometric shape of the inner interlayer electrodes 6 of the piezoelectric actuator coincides with the shape of the contact areas of the elementary layers 1, but near the stationary end of the piezoelectric actuator the width of the electrode narrows from the width of the layers 1 to the width of the corresponding external electrode 2 to which this internal electrode 6 is attached (Fig. 3).

Для пластинчатого (оболочечного) пьезоактюатора изгибного типа внешние электроды 2 могут быть расположены как на наружной неподвижной «торцевой» цилиндрической поверхности (фиг. 6), так и на внутренней неподвижной «торцевой» цилиндрической поверхности (фиг. 7).For a plate-type (shell) piezoelectric actuator of bending type, the external electrodes 2 can be located both on the outer fixed "end" cylindrical surface (Fig. 6), and on the inner fixed "end" cylindrical surface (Fig. 7).

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Работа пьезоактюатора с управляемой жесткостью на изгиб из элементарных слоев 1 может проходить как в квазистатическом, так и в динамическом или колебательном режимах и состоит из чередования активной и реактивной фаз (фиг. 4). На каждом изгибном колебании (несимметричном относительно исходного положения) пьезоактюатора с управляемой жесткостью на изгиб активная фаза совпадает с фазой изгиба пьезоактюатора с малой жесткостью (при взаимном проскальзывании элементарных слоев 1) в требуемом направлении, а реактивная - с фазой незначительного изгиба пьезоактюатора с большой жесткостью (при взаимном слипании элементарных слоев 1) в обратном направлении. Длительности чередующихся активной и реактивной фаз определяются с учетом геометрических и физико-механических свойств пьезоактюатора.The operation of the piezoelectric actuator with controlled bending stiffness from the elementary layers 1 can take place both in quasistatic and in dynamic or oscillatory modes and consists of alternating active and reactive phases (Fig. 4). At each bending vibration (asymmetric with respect to the starting position) of the piezoelectric actuator with controlled bending stiffness, the active phase coincides with the bending phase of the piezo actuator with low stiffness (when the elementary layers slip 1) in the desired direction, and the reactive phase with the phase of slight bending of the piezo actuator with high stiffness ( with mutual adhesion of elementary layers 1) in the opposite direction. The durations of the alternating active and reactive phases are determined taking into account the geometric and physico-mechanical properties of the piezo actuator.

На активной фазе создаются условия идеального проскальзывания смежных элементарных слоев 1 посредством управляющих сигналов (фиг. 5) на соответствующих внешних 2 и внутренних 6 электродах слоев электромагнетика 5. В результате на активной фазе при подаче напряжения на соответствующие внешние 2 и внутренние 6 электроды слоев 3, 4 биморфа благодаря прямому пьезоэффекту каждый элементарный слой синхронно и пьезоактюатор в целом приобретает большие изгибные деформации (фиг. 3) благодаря малой толщине (малой жесткости на изгиб) и резонансной частоте электронагружения (в динамическом или «колебательном» режиме) слоев 3, 4 биморфа для каждого элементарного слоя 1 при идеальном проскальзывании со смежными элементарными слоями.In the active phase, conditions are created for ideal slippage of the adjacent elementary layers 1 by means of control signals (Fig. 5) on the corresponding external 2 and internal 6 electrodes of the layers of the electromagnet 5. As a result, in the active phase, when voltage is applied to the corresponding external 2 and internal 6 electrodes of the layers 3, 4 bimorphs due to the direct piezoelectric effect, each elementary layer synchronously and the piezoactuator as a whole acquires large bending deformations (Fig. 3) due to the small thickness (low bending stiffness) and the resonant hour OTE elektronagruzheniya (dynamic or "oscillating" mode) layers 3, 4 of the bimorph for each elementary layer 1 for the ideal slippage with adjacent elementary layers.

На реактивной фазе приобретенная на предшествующей ей активной фазе амплитуда (монотонно возрастающая по отношению к амплитуде на предыдущей активной фазе) вынужденных резонансных электромагнитоупругих изгибных синхронных колебаний элементарных слоев 1 и пьезоактюатора в целом фиксируется управляемым магнитным слипанием (фиг. 5) смежных элементарных слоев 1 в монолитный жесткий пакет с фиксированной макродеформацией изгиба (фиг. 4) пьезоактюатора посредством управляющих сигналов на соответствующих внешних 2 и внутренних 6 электродах слоев из материала с магнитоэлектрическим эффектом 5.In the reactive phase, the amplitude acquired at the preceding active phase (monotonously increasing with respect to the amplitude at the previous active phase) of the forced resonant electromagnetically elastic synchronous bending vibrations of the elementary layers 1 and the piezoactuator as a whole is fixed by controlled magnetic adhesion (Fig. 5) of the adjacent elementary layers 1 into a monolithic a rigid package with a fixed bending macrodeformation (Fig. 4) of the piezoelectric actuator by means of control signals on the corresponding external 2 and internal 6 electrodes Loew of a material having 5 magnetoelectric effect.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет значительно повысить чувствительность, амплитуду управляемых деформаций в статическом и динамическом режимах и обеспечивает возможность фиксирования больших статических и амплитудных резонансных изгибов пьезоактюатора.Thus, the proposed technical solution can significantly increase the sensitivity, amplitude of controlled deformations in static and dynamic modes and provides the ability to fix large static and amplitude resonant bends of the piezoelectric actuator.

Claims

1. A piezoelectric actuator of a bending type, characterized in that it is a multilayer package consisting of elementary layers, each of which contains piezoelectric layers of a bimorph element and internal electrodes installed between the piezoelectric layers and on both sides of the bimorph element, while the internal electrodes are combined on a fixed the end of the package with external electrodes, characterized in that the multilayer package is composed of mechanically unrelated elementary layers, each elementary layer of an additional It contains at least two layers located on each side of the bimorph element and made of a material with a magnetoelectric effect, and internal electrodes mounted between layers of a material with a magnetoelectric effect, while the internal electrodes are combined by external electrodes to electrically control magnetic fields in the layers of material with a magnetoelectric effect, additionally mounted on the fixed end of the multilayer package.

2. The piezo actuator according to claim 1, characterized in that it is placed in an elastic shell to prevent its external mechanical damage.

3. The piezo actuator according to claim 2, characterized in that the elastic shell is made of silicone.

4. The piezo actuator according to claim 1, characterized in that the shape of the internal electrodes coincides with the shape of the contact areas of the layers, but near the fixed end of the piezo actuator, the width of the electrode narrows from the width of the entire package to the width of the corresponding external electrode to which this internal electrode is attached.