Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.11
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pp.5409-5415
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2012
Piezo ceramic actuator is used for various industrial products such as spray, dispenser, and valve control etc. Since the deflection of the piezo ceramic element depends on the applied voltage, it is required a power amplifier with high voltage supply for driving the piezo ceramic actuators. In this paper, we develop a simple H-bridge type power amplifier and a compact flyback type high voltage switching mode power supply for piezo ceramic actuators. It is easy to adjust the amount of energy input to piezo ceramic actuator by pulse-width-modulation with H-bridge type power amplifier.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.126-129
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2001
LIPCA (LIghtweight Piezo-composite Curved Actuator) is an actuator device which is lighter than other conventional piezoelectric ceramic type actuator. LIPCA is composed of a piezoelectric ceramic layer and fiber reinforced light composite layers, typically a PZT ceramic layer is sandwiched by a top fiber layer with low CTE (coefficient of thermal expansion) and base layers with high CTE. LIPCA has curved shape like a typical THUNDER (thin-layer composite unimorph feroelectric driver and sensor), but it is lighter an than THUNDER. Since the curved shape of LIPCA is from the thermal deformation during the manufacturing process of unsymmetrically laminated lay-up structure, an analysis for the thermal deformation and residual stresses induced during the manufacturing process is very important for an optimal design to increase the performance of LIPCA. To investigate the thermal deformation behavior and the induced residual stresses of LIPCA at room temperature, the curvatures of LIPCA were measured and compared with those predicted from the analysis using the classical lamination theory. A methodology is being studied to find an optimal stacking sequence and geometry of LIPCA to have larger specific actuating displacement and higher force. The residual stresses induced during the cooling process of the piezo-composite actuators have been calculated. A lay-up geometry for the PZT ceramic layer to have compression stress in the geometrical principal direction has been designed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1997.04a
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pp.434-439
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1997
This paper presents the active control of a flexible plate vibration. The plate was excited by white noise point force and the control was performed by one or two piezo ceramic actuator bonded to the surface of the plate. An adaptive controller based on filtered-x or multiple filtered-x LMS algorithm was used and the controller was defined by minimizing the square of the response of error sensor. In the experiment, PZT sensor was used as an error sensor while white noise was applied as a disturbance. In the case of multiple channel control, more than 22 dB of vibration reduction was achieved. Results indicate that the vibration of a flexible plate could be controlled effectively when the piezo ceramic actuator was used with multiple filtered-x LMS algorithm.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.33
no.4
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pp.276-280
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2020
A linear piezoelectric actuator that utilizes the elliptical motion of the two tips of the actuator is proposed. This device is easy to fabricate owing to its simple structure, consisting of three piezo ceramic benders and is suitable for use in micro robotic applications. A π-shaped structure, which was composed of four piezo ceramic benders, was constructed. Two of the benders were positioned on the center of the actuator, and the joints were attached at the ends of the cantilever. The other two benders were positioned on the side of the actuator and were attached between the joint and the tips. The actuator structure was designed to obtain the first bending mode of the horizontal vibration and the vertical vibration at the same frequency, resulting in elliptical motions at the tips. When two sinusoidal wave voltages with a 90-degree phase difference were applied to the two pairs of the actuator benders, elliptical motions were obtained at the tips. The driving characteristics of the prototype actuator were then measured using a laser doppler vibrometer.
This paper is concerned with the performance evaluation and comparison analysis fur several kinds of LIPCA (Lightweight Piezo-Composite Actuator) device system. LIPCA device system is composed of a piezoelectric ceramic layer and fiber reinforced light composite layers, typically a PZT ceramic layer was sandwiched by a top fiber layer with low CTE (coefficient of thermal expansion) and base layers with high CTE. To investigate the effect of lay-up structure of the LIPCA on the actuating performance, four kinds of actuator with different lay-up stacking sequence were designed, manufactured, and tested. The performance of each actuator was evaluated using an actuator test system consisted of an actuator supporting jig, a high voltage actuating power supplier, and a non-contact laser measuring system. From the comparison of the performance of the LIPCA prototypes, it was found that the actuator with higher coefficient of unimorph actuator can generate larger actuating displacement.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.1
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pp.69-77
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2011
A peristaltic micropump with lightweight piezo-composite actuator (LIPCA) membrane valves is presented. The micropump contained three cylinder chambers that were connected by microchannels and two active membrane valves. A circular miniature LIPCA was developed and manufactured to be used as actuating diaphragms. The LIPCA diaphragm acted as an active membrane valve that alternate between open and closed positions at the inlet and outlet in order to produce high pumping pressure. In this LIPCA, a lead zirconium titanate ceramic with a thickness of 0.1 mm was used as an active layer. The results confirmed that the actuator produced a large out-of-plane deflection. During the design process, a coupled field analysis was conducted in order to predict the actuating behavior of the LIPCA diaphragm; the behavior of the actuator was investigated from both a theoretical and experimental perspective. The active membrane valve concept was introduced as a means for increasing pumping pressure, and microelectromechanical system techniques were used to fabricate the peristaltic micropump. The pumping performance was analyzed experimentally in terms of the flow rate, pumping pressure and power consumption.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.10
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pp.1514-1519
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2001
This paper is concerned with design, manufacturing and performance test of LIPCA ( Lightweight Piezo- composite Curved Actuator) using a top carbon fiber composite layer with near -zero CTE(coefficient of thermal expansion), a middle PZT ceramic wafer and a bottom glass/epoxy layer with high CTE. The main point of this design is to replace the heavy metal layers of THUNDER by thigh tweight fiber reinforced plastic layers without losing capabilities to generate high force and large displacement. It is possible to save weight up to about 30% if we replace the metallic backing material by the light fiber composite layer. We can also have design flexibility by selecting the fiber direction and the size of prepreg layers. In addition to the lightweight advantage and design flexibility, the proposed device can be manufactured without adhesive layers when we use epoxy resin prepreg system. Glass/epoxy prepregs, a ceramic wafer with electrode surfaces, and a graphite/epoxy prepreg were simply stacked and cured at an elevated temperature (177 $^{circ}C$ after following an autoclave bagging process. It was found that the manufactured composite laminate device had a sufficient curvature after detached from a flat mold. The analysis method of the cure curvature of LIPCA using the classical lamination theory is presented. The predicted curvatures are fairly in agreement with the experimental ones. In order to investigate the merits of LIPCA, a performance test of both LIPCA and THUNDE$^{TM}$ were conducted under the same boundary conditions. From the experimental actuation tests, it was observed that the developed actuator could generate larger actuation displacement than THUNDERT$^{TM}$.
The objective of this study is to increase lift and decrease drag of an airfoil by delaying flow separation with piezo-ceramic actuators. The airfoil used is NACA 0012 and the chord length is 30cm. An experiment is performed at the freestream velocity of 15m/s at which the Reynolds number is $3{\times}10^5$. Seven rectangular actuators are attached to the airfoil surface and move up and down based on the electric signal. At the attack angle of $16^{\circ}$, the separation point is delayed downstream due to momentum addition induced by the movement of the actuators. Drag and lift are measured using an in-house 2-dimensional load cell and the surface pressures are also measured. Lift is increased by 10%, drag is reduced by 50%, and the efficiency is increased to 170%. The flow fields with and without control are visualized using the smoke-wire and tuft techniques.
Gas valve for domestic use is used for flow control of LPG (Liquefied Petroleum Gas) or LNG (Liquefied Natural Gas) of which pressure is about $200\;mmH_{2}O(\fallingdotseq0.0196\;[bar])$. Currently, two kinds of valves such as rotary type and button type are widely used in many applications. But, these valves have some problems that they are not controllable and reliable. Piezo actuation combined with modem microelectronics provides a reliable, quiet, low energy, infinitely adjustable gas valve. In this paper, gas valve using piezo actuator which are bimorph and a circle type was studied. Also, Prototype for gas valve was manufactured and characteristics of the prototype gas valve were analyzed.
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2006.06a
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pp.33-34
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2006
In this study, a prototype piezo-driven Injector. as a new method driven by piezoelectric energy, has been designed and fabricated based on the concept of inverse piezo-electric effect to overcome the major drawbacks of conventional solenoid-driven injector with a fixed and slow control of injection rate. The effects of an electric control between the solenoid valve and piezo-ceramic stack for injector needle's driving on the dynamic characteristics were usually investigated. We found that this piezo-electric actuator has the main advantage to drastically reducing the time of injector nozzle opening, as well to exert higher force output levels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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