[发明专利]提供大幅剪切运动的平面压电致动器

说明书

技术领域

本发明涉及能够提供平面剪切运动的主动致动器。更具体地，本发明涉及使用压电纤维的致动器。

背景技术

为了使两个结构元件相对于彼此进行滑动，已开发出如下的平面致动器：该平面致动器由与一个方向平行的压电纤维的层形成，并夹在承载垂直于这些纤维定向的电极的层之间以便激活这些纤维。在航空学中寻求的应用例如是空气动力学元件的受控变形以便使其适应空气动力学元件的倾角(incidence)变化。

在这种类型的应用中，通过相应的角变形的值来表示致动器在剪切方向上的性能。

申请人在文献FR 2 893 783中已提出了在其长边缘方向上产生剪切的矩形平面致动器，该矩形平面致动器由夹在承载平行电极的两个层之间的压电纤维的活性层构成，压电纤维本身各自被织物层覆盖，该织物层具有在形成网格的两个方向上定向的严格的经线和纬线。纬线和经线限定出并列的可变形的平行四边形的网格。压电纤维与长边缘形成45°角并与电极形成90°角。各种层被相互粘合，从而最好地传递压电纤维的平面层的剪切运动。具有严格的经线和纬线的织物层既提供了将剪切运动传递至安装有致动器的部件，又提供了设备在其他方向上的刚性。

该设备的缺点在于，这种类型的致动器的基本模块所容许的角变形的幅度有限。无论在纤维中使用什么压电材料，由申请人执行的试验都会导致：针对800μdef的纤维变形，在45°处的平均角变形为1256μdef。

发明内容

本发明的目的在于利用使用压电纤维的层的致动器获得角变形的更大值。首先，这需要增大由压电纤维的运动所产生的角变形的值，其次，还需要保证由致动器在剪切方向上产生的力的水平。

为此，本发明涉及一种在选择方向上具有大幅剪切运动的压电致动器，所述压电致动器具有包括至少一个活性层的夹层结构，所述至少一个活性层包括相互平行并且相对于所述方向倾斜的压电纤维，所述活性层被置于承载电极的至少两个层之间，所述电极被布置为能够按照指令引起所述纤维的长度变化。所述致动器的特征在于：

-所述纤维相对于所述选择方向的倾角大于2°且小于40°；

-利用不可压缩的弹性材料填充所述活性层中的压电纤维之间的空间，所述弹性材料具有的介电强度大于所述纤维的介电强度；

-所述活性层包括被称为不可变形元件的至少两个元件，这些元件是细长的并与所述选择方向平行，并且具有至少200GPa的拉伸模量；

-利用硬质胶将所述纤维中的每个的端部粘合到所述不可变形元件；

-利用硬质胶将所述不可变形元件粘合到所述电极承载层。

不可变形元件与由纤维间的空间中的不可压缩的弹性材料构成的矩阵的组合，使得能够确保活性层对在其平面中施加的张力做出反应，该平面基本上如一系列不可变形的、在两个不可变形元件之间具有刚性边缘的平行四边形。

在该构造中，能够示出：使压电纤维在相对于不可变形元件的方向小于40°的方向上倾斜，使得能够获得比45°处的对角线倾角大至少2倍的角变形。

最后，经过电极承载层向应用致动器的部件传递力完全通过刚性元件、通过硬质胶而发生。因此，这些元件必须具有高的拉伸模量，以在不变形的情况下抵抗由纤维引起的力。另一方面，该传递模式消除了由负责在活性层与夹层的其他元件之间传递力的胶层中的剪切强度而造成的损耗，这种损耗在现有实施例中存在。

有利地，所述压电纤维相对于所述选择方向的倾角小于10°。这是因为角变形在纤维的倾角减小时大幅增大，并且从该倾角开始理论上是针对45°获得的值的四倍大。

优选地，通过具有小于10Mpa的剪切模量的弹性材料，将所述压电纤维连接到所述电极承载层。通过保持压电纤维与电极之间的距离基本上恒定，该弹性体层使得能够避免电击穿。另一方面，弹性材料较低的模量意味着，其以较低的剪切强度来对抗纤维的运动，并且因此其仅很小地减小了由致动器施加的力。

优选地，通过由尼龙制造的非导电材料来生产所述电极承载层。这种类型的材料很好地抵抗了由运行中的致动器施加的角剪切。

有利地，与所述活性层的选择方向平行的致动器的两个边缘各自通过所述不可变形元件中的一个形成。该构造尤其具有如下优点：可以仅通过这两个不可变形元件来将运动传递到致动部件。