DD279573A1 - Dielektrischer motor mit gesteuerter laufrichtung und wahlweise kontinuierlichem oder diskontinuierlichem lauf - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft dielektrische Motoren, deren Rotor sich mit diskontinuierlicher Winkelgeschwindigkeit oder schrittweise bewegt. Diese Betriebsarten werden ueber elektrisch asymmetrischen Aufbau des dielektrischen Rotors oder ueber eine nicht rotationssymmetrische Form in Verbindung mit einem externen elektrischen Wechselfeld dessen Richtung durch die Verwendung mehrerer Elektroden geaendert werden kann, erreicht. Durch die Form der elektronischen Ansteuerung laesst sich die Laufcharakteristik des Motors stufenlos zwischen der eines kontinuierlich laufenden und der eines Schrittmotors variieren. Diese Motoren koennen bis auf wenige Mikrometer miniaturisiert werden, bei Anlaufzeiten im Mikro- und Millisekundenbereich. Ein breites Anwendungsfeld ergibt sich durch die Moeglichkeit der Integration solcher Motoren als mikromechanische Bauelemente in der Elektronik.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der tifindung

Anwendungsgebiete der Erfindung sind z. B. die Mikroelektronik sowie Gebiete in denen mikromechanische Antriebe und Schalter benötigt werden. Die Erfindung ist zur Kombination mit anderen mikromechanischen Bauelementen geeignet und betrifft vor allem extrem kleine Antriebssysteme und Steuereinrichtungen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Kontinuierlich laufende dielektrische Motoren, angetrieben über konstante elektrische Felder, sind sowohl in der Literatur in ihrer Wirkungsweise beschrieben, als auch in ihrem Rotationsverhalten berechnet worden (HERTZ, Wied. Ann. 1311881] 266; SECKER and SCIALOM, J. Appl. Physics39 [1968) 277; SECKER and BELMONT, J. Phys. D.: Appl. Phys. 3 (1970) 216).

Kontinuierlich laufende dielektrische Motoren unterschiedlichen Aufbaus in extrem miniaturisierter Form (kleiner als 1000 Mikrometer in beliebiger Richtung) sind in GEO 10 (1988) 188 und in US Patent 4,740,410 beschrieben. Sie lassen sich über kontinuierlich als auch diskontinuierlich rotierende elektrische ^celder in gleichförmige Orehung versetzen.

Bis zum Jahre 1988 gibt es keine praktische Anwendung dieses Motortyps, die Zahl der Publikationen zu diesem Thema ist außerordentlich gering.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines kostengünstigen miniaturisierten dielektrischen Motors, der als mikromechanisches Bauelement hergestellt und angewendet werden kann und dessen Charakteristik zwischen der eines kontinuierlich laufenden und der eines Schrittmotors durch die Form der elektronischen Ansteuerung variiert werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe besteht in der Entwicklung eines dielektrischen Motors, dessen Rotor sich wahlweise diskontinuierlich oder kontinuierlich bewegt und dessen Drehrichtung durch die Art der Ansteuerung und den Rotoraufbau festgelegt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein elektrisch asymmetrischer oder von der rotationssymmetrischen Form abweichender Rotor, mit umlaufenden oder schrittweise geschalteten elektrischen Gleich- oder Wechselfeldern angesteuert wird.

Mit der hier dargestellten erfindungsgemäßen Lösung entstehen Motoren mit überraschenden und vorteilhaften Eigenschaften, aus denen sich neue, bisher nicht bekannte Anwendungsmöglichkeiten in der Mikroelektronik ergeben.

Im folgenden werden die Anwendungen am Beispiel eines elektrisch inhomogenen ellipsoiden Rotors erläutert.

Der Rotor wird so zwischen 3 oder mehr Elektroden plaziert, daß die Rotationsachse auf einer der kurzen Halbachsen des Ellipsoids liegt. Bewegt sich die Richtung des innerhalb der Elektrodenanordnung erzeugten elektrischen Wechselfeldes diskontinuierlich, jedoch so langsam, daß sich der Rotor vor einer erneuten Richtungsänderung des Feldes orientiert hatte, so rotiert der Rotor diskontinuierlich, vorausgesetzt das Wechselfeld wird im gleichen Richtungssinn weitergeschaltet. Werden gegenüberliegende Elektroden angesteuert, so nimmt der ellipsoide Rotor eine stabile Lage ein, die sich erst ändert, wenn der Feidvektor sich in Richtung eines anderen Elektrodenpaares bewegt. Wechselt dabei der Richtungssinn des Weiterschaltens, so wechselt auch der Drehsinn des Rotors.

Diese Betriebsart des Motors ist dadurch charakterisiert, daß sich der Winkelfehler des Rotors nach einer beliebigen Schrittanzahl nichl vergrößert. Dasselbe läßt sich mit dielektrisch asymmetrisch, jedoch in der Form rotationssymmetrisch aufgebauten Rotoren oder entsprechenden Kombinationen beider Möglichkeiten erreichen. Der Effekt kann verstärkt werden, wenn der Feldvektor pro Umlauf periodisch S'iine Amplitude ändert

Die Ansprechzeit des Rotors in mikrominiaturisierter Ausführung liegt im Mikrosekundenbereich.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Fig. 1: Dielektrischer Motor geeignet zum schrittweisen und kontinuierlichen Beirieb mit ellipsoidem Rotor

Der Aufbau des Motors ist in Fig. 1 angegeben. Die Rotationsachse 9 liegt auf der kurzen Halbachse a des schalenförmig aufgebauten Rotors 7. Um efnen schrittweisen Betrieb zu erreichen werden zwei gegenüberliegende Elektroden 1 und 4,2 und 5 oder 3 und 6 mit ungleicher Polarität oder einem Wechselfeld angesteuert. Die lange Halbachse b richtet sich in diese Richtung aus oder wird, je nach Eigenschaften der Rotordielektrika 7 und der Umgebungslösung 8, in eine andere Lage ausgerichtet, die stabil ist, bis der Feldvektor seine Position bezüglich des Elektrodenpaares ändert. Wird durch die Ansteuerung der Elektroden mit phasenverschobenen Spannungen (z.B. Sinusspannungen) ein rotierendes Feld erzeugt, so rotiert auch der Rotor kontinuierlich in eine, durch die Eigenschaften der Dielektrika festgelegte Drehrichtung. Als Umgebungsmedium 8 komm an wenig leitfähige Flüssigkeiten (Wasser, Alkohole usw.) aber auch Gase odor ein Vakuum in Frage. Die zum Betrieb des Motors notwendigen Feldstärken liegen bei größer 5kv7m. In miniaturisierter Form des Motors, mit einem Gesamtdurchmesser'yon üO bis 100 Mikrometer, genügen zur Elektrodenansteuerung 4V, wobei auch höhere Spannungen angelegt werden können. Das Drehmoment bzw. die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors nimmt mit dem Quadrat der Feldstärke zu. Die Schrittzahl pro Umdrehung des Rotors kann über die Anzahl der Elektroden und über deren Ansteuerung variiert werden.

Beispiel 2

Fig. 2: Dielektrischer Motor geegnet zum kontinuierlichen und diskontinuierlichen Betrieb mit elektrisch asymmetrisch aufgebautem Rotor

Der Aufbau dos Rotors ist Fig. 2 zu entnehmen. Im einfachsten Fall sind zwei Dielektrika 7 a. 7 b asymmetrisch angeordnet und starr miteinander verbunden. Die Form und Lage, sowie die elektrischen Eigenschaften der Dielektrika 7 und des Umgebungsmediums 8 entschulden über die Stabilität der Vorzugslagen des Rotors. Die Feldansteuerung und der prinzipielle Motoraufbau entsprechen dem Ausführungsbeispiel 1.

Claims (3)

1. Dielektrischer Motor, dessen aus einem oder mehreren Dielektrika bestehender Rotor sich zwischen mehreren Elektroden befindet und in eine oder mehrere Richtungen kontinuierliche oder diskrete Übergänge zwischen verschiedenen dielektrischen Materialien aufweisen kann bzw. kompartimentiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor dielektrisch nicht rotationssymmetrisch aufgebaut ist und/oder von einer rotationssymmetrischen Form abweicht und über ein elektrisches Feld angetrieben wird, dessen Richtung und/oder Amplitude durch die Wahl dar Ansteuerung der Elektroden und/oder Elektrodenform und/oder Elektrodenanordnung bezüglich des Rotors bestimmt wird und geändert werden kann.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch kontinuierlich und diskontinuierlich rotierende Felder, die über 3 oder mehr Elektroden erzeugt werden, mit wechselnder Amplitude pro Feldumlauf verwe/idet werden.

3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Rotor in der Nähe eines oder mehrerer elektrisch polarisierbarer Körper befindet und über wenigstens zwei Elektroden angesteuert wird.