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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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)

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