Actionneurs piézo et électroniques

Les actionneurs piézoélectriques, suivant les acceptions communes, regroupent de nombreux concepts. Tout système utilisant un effet piézo est potentiellement un actionneur piézo. Pour être plus précis, la classification suivante sera appliquée en fonction des effets et de l’utilisation.

L’effet piézoélectrique direct a été découvert par Pierre et Jacques Curie en 1880 : appliquer une charge mécanique sur certains cristaux tels que le Quartz ou les sels de Rochelle fait apparaitre des charges électriques. Cet effet est utilisé pour réaliser des capteurs de forces, ou bien des générateurs électriques à partir de vibrations. Les actionneurs standards de CEDRAT TECHNOLOGIES, tels que les APA® peuvent être utilisés pour ces fonctions car l’effet piézoélectrique direct est naturellement présent dans tous les actionneurs piézos. CEDRAT TECHNOLOGIES peut aussi développer des capteurs, ou des générateurs spécifiques tels que présentés dans les sections correspondantes.

L’effet piézoélectrique inverse, l’effet fondamental utilisé pour réaliser des fonctions d’actionnement, est la déformation d’un matériau piézoélectrique créé par l’application d’un champ électrique.

Depuis les années 60, les matériaux les plus communs pour les actionneurs sont les céramiques PZT (Plomb, Zirconium, Titane). Les céramiques piézo sont polarisées, et recouvertes d’électrodes pour pouvoir générer le champ électrique d’excitation. Elles offrent des déformations de l’ordre de 300 ppm pour un champ de 600kV/m. Ce champ nécessite de hautes tensions, excepté à la résonance grâce au facteur Q qui permet d’obtenir la pleine déformation avec des tensions réduites. Cette méthode qui conduit à des « actionneurs résonants » fut développée en premier lieu par Paul Langevin en 1917 pour la fabrication de transducteurs sonar. Elle est toujours utilisée par CEDRAT TECHNOLOGIES pour concevoir divers générateurs de vibrations, sons et ultrasons ainsi que des systèmes de détection.

Les céramiques multicouches (MLA) ont été développées dans les années 90 pour réduire la tension à appliquer hors résonance. Grâce à une structure basée sur des couches de PZT de 50 à 100 µm placées entre des électrodes internes, le champ électrique maximal peut atteindre 2MV/m avec une tension de moins de 200V, conduisant à une déformation de l’ordre de 1000 ppm. Dans un sens plus restreint, les actionneurs piézo sont des actionneurs contrôlables à base de céramiques multicouches pour réaliser des actionneurs monoblocs utilisant des déformations induites électriquement.

Les actionneurs piézoélectriques standards de CEDRAT TECHNOLOGIES, tels que les PPA et les APA® utilisent ainsi ces matériaux piézo depuis plus de 10 ans. Les céramiques multicouches disponibles sur le marché ont été comparées en termes de performance et de fiabilité dans un contexte d’activité spatiale, au bénéfice aujourd’hui de tous les clients, spatiaux et non spatiaux.

Sont présentés dans les exemples suivant de nouveaux actionneurs, ou des actionneurs adaptés associés à leurs électroniques développés par CEDRAT TECHNOLOGIES : Actionneurs percés, double amplification pour atteindre des courses de plusieurs millimètres, actionneur à précontrainte renforcé, pour résister aux vibrations les plus sévères, très petits ou très gros actionneurs …

Les mécanismes piézo et les moteurs piézo sont des produits plus complexes que CEDRAT TECHNOLOGIES développe aussi et sont présentés dans d’autres sections.

Pour en savoir plus, consultez aussi nos publications relatives aux actionneurs piézo.

Micro Piezo Actuators

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Description
Miniature piezo actuator and drive electronic based on a standard Amplified Piezoelectric Actuator
Applications
Aeronautics, Microtechnologies, Robotics, UAV...
Status
Prototype

Amplified Piezoelectric Actuators: APA 120ML-PP

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Description
The Parallel Prestress (PP option) in an Amplified Piezoelectric Actuator allows to double its resistance to vibrations. Techno developped with Cnes (French Space Agency) for embedded telescops on statellites. See APA 120ML-PP case.
Applications
Aerospace, Optics, Refocusing mechanism, improved resistance to launching vibrations
Status
Space evaluated

Parallel Pre-stressed Actuator: PPA 10M

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Description
The Actuator PPA 10M is designed according to space rules and in particular to avoid stick – slip behaviour.
Applications
Instrumentation, Aerospace, Optronics, Laser cavity, etc...
Status
Space qualified prototype

Hollow Parallel Pre-Stressed Actuator: HPPA

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Description
The HPPA is a Direct Piezo Actuator with a 8 mm diameter internal hole
Applications
Refocussing, Optical Delay Line, Laser cavity, etc...
Status
Space qualified prototype

LA75 OEM

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Description
The LA75 OEM is the OEM and standalone version of the standard LA75 product. This version can drive and control a piezoelectric actuator.
Applications
Piezo actuators, piezo driver, standalone
Status
Proof of concept

Switching amplifier SA75D

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Description
The SA75D is a new high power amplifier dedicated to supply piezo-electric actuators. Using high frequency PWM with a specific topology for piezo-electric loads, the SA75D offers large power and a very low ripple. These special features make the SA75D perfect for dynamic and precise motion applications. The SA75D is developed with the G2ELAB in the frame of the Avibus project.
Applications
Piezo actuator, high dynamic, low losses
Status
Prototype

Space Driving Electronics: FB-LA75

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Description
The driving and control electronic FB-LA75-space has been designed according to space rules.
Applications
Aerospace, Piezo Actuators, etc...
Status
Space evaluated

Super Amplified Piezo Actuator for MRI

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Description
Non magnetic, long stroke piezo actuator has been designed for MRI integration
Applications
MRI, Medical, Non magnetic, etc...
Status
Prototype

Battery-based power supplies for embedded actuators, sensors & mechatronic systems

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Description
Power supplies for piezo or magnetic actuators, sensors & mechatronic systems based on 3.7V (typical) lithium polymer cells voltage.
Applications
Embedded piezo & magnetic actuators, motors, sensors, mechanisms, valves
Status
Proof of concept

Active smart Flaps & Fins

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Description
Long stroke, high force, ligth-weight Amplified Piezoelectric Actuators for making active flaps of helicopter blades and smart fins of Unmanned or Micro Aerial Vehicles (UAVs, MAVs), rockets and missiles. Project in cooperation with ONERA.
Applications
Aerospace, Helicopter, Missile, UAV, MAV, etc...
Status
Prototype

Electro-active polymers (EAP)

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Description
Electro-Active Polymers (EAP) receives growing interests due to some outstanding reported electromechanical performances. This may allow designing new active devices. Most of these outstanding performances (strain up to 300 %) have been reported on pre-tensioned devices.
Applications
Actuators, long stroke, low cost
Status
Demonstrator