ES2201912A1 - Motor ultrasonico con estator de caracteristicas variables mediante electrodos segmentados y su proceso de fabricacion. - Google Patents
Motor ultrasonico con estator de caracteristicas variables mediante electrodos segmentados y su proceso de fabricacion.Info
- Publication number
- ES2201912A1 ES2201912A1 ES200201499A ES200201499A ES2201912A1 ES 2201912 A1 ES2201912 A1 ES 2201912A1 ES 200201499 A ES200201499 A ES 200201499A ES 200201499 A ES200201499 A ES 200201499A ES 2201912 A1 ES2201912 A1 ES 2201912A1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- electrodes
- stator
- ultrasonic
- phases
- wave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 claims description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 claims 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910002115 bismuth titanate Inorganic materials 0.000 claims 1
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims 1
- RPEUFVJJAJYJSS-UHFFFAOYSA-N zinc;oxido(dioxo)niobium Chemical compound [Zn+2].[O-][Nb](=O)=O.[O-][Nb](=O)=O RPEUFVJJAJYJSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000005662 electromechanics Effects 0.000 description 1
- 239000002783 friction material Substances 0.000 description 1
- 230000009916 joint effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
-
- H01L41/047—
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Motor ultrasónico con estator de características variables mediante electrodos segmentados y su proceso de fabricación. La presente propuesta trata de una configuración alternativa y novedosa del estator de los motores ultrasónicos y su método de fabricación. La configuración propuesta se basa en el uso de cerámicas piezoeléctricas de elevado factor de calidad mecánica, homogéneamente polarizadas sobre las que se utilizan electrodos convenientemente sectorizados y construidos par la técnica de grabado de circuitos impresos eléctricos sobre substrato flexible u otra equivalente. El uso de cerámicas piezoeléctricas homogéneamente polarizadas disminuye en gran medida la complejidad de la fabricación, el elevado coste de fabricación y elimina la aparición de tensiones estructurales internas. La combinación de los elementos piezoeléctricos con los electrodos segmentados permite modificar fácilmente las características del motor sin más que intercambiar el electrodo.
Description
Configuración y proceso de fabricación de motores
ultrasónicos con estator de características variables mediante
electrodos segmentados.
La presente invención se refiere a un dispositivo
motor que funciona mediante la transmisión por fricción de ondas
mecánicas eléctricamente generadas en un estator. El uso de
electrodos segmentados y configurables, el empleo de cerámicas de
propiedades adecuadas y polarización uniforme y la excitación en
resonancia de cada una de sus fases mediante el uso de electrónica
de potencia apropiada simplifica considerablemente su fabricación a
la vez que permite modificar fácilmente sus características
motoras.
Pese a la sencillez conceptual de los
dispositivos ultrasónicos para la generación de trabajo mecánico,
la complejidad de los fenómenos físicos que se ponen de manifiesto
en su funcionamiento ha dado lugar a gran cantidad de trabajos en
torno a estos dispositivos. Un aspecto estudiado con detalle es la
optimización de la transmisión mediante fricción entre el estator y
el rotor del movimiento oscilatorio generado en el estator. En este
sentido, por ejemplo la patente US 5508581 se centra en la
utilización de materiales poliméricos especiales en la zona de
unión entre ambas partes con el fin de mejorar la eficiencia y el
comportamiento mecánico del dispositivo en general.
Otros trabajos, véase por ejemplo la patente US
5363006 se centran en métodos alternativos de fabricación del
componente metálico del estator, proponiendo procesos menos
costosos en los que se elimina la etapa de conformado de los
amplificadores del movimiento oscilatorio mediante técnicas de
prensado de polvo metálico seguidas de procesos de sinterizado.
El aspecto relacionado con la excitación
electromecánica de las oscilaciones en el estator mediante
elementos piezoeléctricos en combinación con electrodos dispuestos
al efecto ha sido objeto también de otros trabajos. En concreto, la
patente US 4562374 presenta la posibilidad de utilizar dos grupos de
electrodos desfasados circunferencialmente 90º a los que se les
aplica voltajes alternos con un desfase de 90º dando lugar a la
generación de la onda ultrasónica necesaria para el funcionamiento
del dispositivo. En una patente posterior, US 4829209, se emplea
una técnica similar en la que los grupos de electrodos desfasados
90º se disponen de forma concéntrica, así los modos de vibración
excitados en el elemento metálico del estator son, radialmente, de
orden dos o superior, provocando un máximo del perfil radial de
desplazamiento vertical que se aprovechará posteriormente para
transmitir el giro al rotor de forma óptima. Además, esta nueva
configuración a la que hace referencia la patente US 4829209
permite disponer los electrodos de cada grupo en toda la
circunferencia del estator aumentando así la cantidad de energía
electromecánica aportada al dispositivo. Si estos electrodos
concéntricos se diseñan adecuadamente, la impedancia eléctrica se
puede igualar con las ventajas correspondientes.
Un aspecto común a todas estas aproximaciones es
la necesidad de utilizar elementos piezoeléctricos polarizados de
forma alterna de modo que mediante la utilización de los electrodos
sea efectivamente excitada la onda requerida. El objeto de la
presente patente es un motor ultrasónico, en el que mediante la
utilización de electrodos segmentados y configurables se evita la
necesidad de polarizar los elementos piezoeléctricos de forma
alterna, con la consiguiente simplificación en el proceso de
fabricación, a la vez que se mantienen las características de
actuación del dispositivo. Se incluye asimismo la electrónica de
control para la generación adecuada de señales de excitación para
las diversas fases de la configuración propuesta.
Los motores ultrasónicos son accionadores
rotativos o lineales cuya estructura consta de un estator, un
rotor, la electrónica asociada y los elementos mecánicos de
conexión. De estos elementos, el más complejo es el estator. Se
trata de un dispositivo electromecánico que consta de una cerámica
piezoeléctrica encargada de generar una vibración no estacionaria
sobre un elemento mecánico flexible cuyo movimiento se transmite
por fricción al rotor. La transmisión es a baja velocidad y elevado
par o fuerza.
La presente propuesta trata de una configuración
alternativa y novedosa del estator de los motores ultrasónicos y su
método de fabricación. La configuración actual en el estado de la
técnica es tal que las cerámicas piezoeléctricas utilizadas deben
ser polarizadas de forma compleja mediante la aplicación de campos
eléctricos alternados. En el caso de motores rotativos la cerámica
toma la forma de disco anular o sectores contiguos de disco anular
completando un disco circular. En el caso de motores lineales, la
cerámica toma forma rectangular continua o por disposición de
sectores rectangulares linealmente de forma contigua. El proceso de
polarización alterna es costoso industrialmente, no permite la
modificación de las características del motor una vez llevado a
cabo e introduce tensiones internas en el material piezoeléctrico
que reducen su aplicabilidad.
La configuración propuesta se basa en el uso de
cerámicas piezoeléctricas de elevado factor de calidad mecánica,
homogéneamente polarizadas sobre las que se utilizan electrodos
convenientemente sectorizados y construidos por la técnica de
grabado de circuitos impresos eléctricos sobre substrato flexible u
otra equivalente. El uso de cerámicas piezoeléctricas
homogéneamente polarizadas disminuye en gran medida la complejidad
de la fabricación, el elevado coste de fabricación y elimina la
aparición de tensiones estructurales internas. La combinación de
los elementos piezoeléctricos con los electrodos segmentados
permite modificar fácilmente las características del motor sin más
que intercambiar el electrodo.
Los motores ultrasónicos obtienen la potencia
útil mediante un acoplamiento de fricción entre el estator y el
rotor. La vibración mecánica transmitida por fricción debe ser
previamente generada eléctricamente. Para ello, el estator del
motor ultrasónico cuenta con tres partes fundamentales, a saber,
estructura elástica con elemento de fricción, cerámica
piezoeléctrica polarizada y electrodo de excitación.
El efecto conjunto de los electrodos y la
cerámica polarizada es el de generar una onda vibratoria que se
transmite a lo largo de la superficie del elemento de fricción. La
presente propuesta aporta una configuración novedosa de los
electrodos que permiten, en combinación con el uso de cerámicas
piezoeléctricas uniformemente polarizadas de elevado factor de
calidad mecánica y de la electrónica de excitación apropiada, el
desarrollo de motores ultrasónicos de características variables y
fácil fabricación. La alternativa actual en el estado de la técnica
es usar cerámicas piezoeléctricas polarizadas de forma alternativa.
El proceso de fabricación de estas últimas es mucho más costoso y
además determina las características del motor. La solución
propuesta facilita el proceso de fabricación y permite variar las
características del motor con solo alterar el electrodo.
La expresión matemática general de la onda
vibratoria que se debe excitar para accionar un motor ultrasónico
es f(\omegat\pmkx) siendo f una función periódica. En
particular se puede elegir una función senoidal de la forma:
sen(\omegat \pm \phi) =
sen\omegat\cdotcos \phi \pm cos\omegat
\cdotsen\phi
donde \omega es la frecuencia de excitación,
típicamente comprendida entre 20 kHz y 150 kHz, \phi es el ángulo
de desfase espacial medido a lo largo del perímetro del estator y
que viene determinado por el número modal de la excitación
vibratoria del estator y que adopta la forma \phi=kx siendo k la
variable que determina el número modal y x la variable espacial en
la dirección de propagación de la onda. El número modal está
típicamente comprendido entre los modos 3 y 10, y t es el
tiempo.
Físicamente, la onda representada por la
expresión matemática anterior se materializa estableciendo dos
sectores eléctricamente independientes sobre la cerámica
piezoeléctrica, uno correspondiente al primer sumando del segundo
término de la expresión y otro correspondiente al segundo sumando y
desfasado espacialmente \lambda/4, donde \lambda es la longitud
de onda de la vibración excitada. Luego cada uno de estos sectores
se excita con señales eléctricas desfasadas a su vez 90 grados en
el tiempo.
A continuación se detalla la solución propuesta
para el caso de motores rotativos.
La solución propuesta consiste en la utilización
de una cerámica piezoeléctrica uniformemente polarizada con la
forma del estator, en este caso de corona circular, un electrodo
común con la misma forma y un segundo electrodo con la siguiente
configuración:
A lo largo de una semicorona circular se
disponen, con forma de sectores circulares, electrodos con una
separación suficiente para que no salte el arco eléctrico entre dos
consecutivos. En esta semicorona, sectores alternos están
dispuestos eléctricamente en paralelo formando una de las fases del
motor, F1. El otro conjunto de electrodos alternos forma la segunda
fase del motor, F2.
La semicorona opuesta tiene configuración similar
a la descrita anteriormente con la particularidad de que los
sectores circulares están desplazados una distancia equivalente a
\lambda/4 en el sentido circunferencial, estableciendo así el
ángulo de desfase \phi en función del número modal, es decir en
función del arco descrito por cada sector, dando lugar a dos nuevas
fases F3 y F4.
La corona circular cuya superficie es común a las
fases F1, F2, F3 y F4 es la superficie eficaz del electrodo. Esta
superficie eficaz es la que ocupa la cerámica piezoeléctrica
uniformemente polarizada y es donde se produce la excitación
eléctrica de la misma.
Los electrodos se construyen sobre un substrato
flexible y acomodable, de rigidez mucho menor que la rigidez
característica del elemento elástico del estator, típicamente menor
del 1% de la rigidez del elemento elástico. De esta forma se evita
que la rigidez adicional del substrato del electrodo afecte a las
características mecánicas del conjunto.
El circuito eléctrico de accionamiento toma como
referencia el electrodo común y establece tensiones eléctricas
desfasadas 90 grados entre las fases F1 y F3 y opuestas a ellas
respectivamente en las fases F2 y F4. La señal generada es de la
potencia necesaria para permitir el establecimiento de las ondas
mecánicas.
El establecimiento de una tensión eléctrica sen
\omegat en la fase F1 y su opuesta en la fase F2 da lugar a la
excitación de una onda estacionaria en el estator del motor
ultrasónico cuya expresión es:
sen\omegat\cdotcos\phi
El establecimiento de una tensión eléctrica
cos\omegat en la fase F3 y su opuesta en la fase F4 da lugar a la
excitación de una onda estacionaria en el estator del motor
ultrasónico cuya expresión es:
cos\omegat\cdotsen\phi
Finalmente la superposición de estas dos ondas
estacionarias da lugar a una onda que se desplaza
circunferencialmente en un sentido u otro dependiendo del signo de
desfase entre ambas.
El circuito eléctrico necesario para la
generación de la excitación eléctrica genera, digital o
analógicamente, una tensión eléctrica periódica para la fase F1 y
su opuesta para la fase F2. Típicamente se emplearán ondas
sinusoidales, triangulares o cuadradas o codificaciones de las
mismas formas de onda mediante patrones adecuados de señales de
nivel de tensión fijo pero anchura de pulso variable. Además, el
circuito genera otra tensión eléctrica de las mismas
características a la anterior pero independiente de esta y desfasada
\pm90 grados para la fase F3 y su opuesta correspondiente para la
fase F4.
El circuito electrónico descrito consta entonces
de una etapa de generación de las tensiones eléctricas arriba
descritas, un selector para el sentido del ángulo de desfase entre
las fases F1 y F3 mediante el que se puede seleccionar el sentido
de giro y una etapa de adaptación de la potencia eléctrica a la
requerida por el sistema electromecánico del motor ultrasónico
constituido por el conjunto estator-rotor.
La electrónica de excitación está sintonizada a
la frecuencia de resonancia electromecánica del motor ultrasónico y
cuenta con los lazos de realimentación adecuados para mantener
dicha frecuencia de resonancia. De esta forma el circuito
electrónico asegura que, independientemente de las condiciones de
operación del motor por ejemplo temperatura externa, las condiciones
de excitación sean las óptimas.
La frecuencia de las señales necesarias dependerá
de las características constructivas de cada motor determinadas por
las dimensiones y materiales empleados. Además, dicha frecuencia
vendrá fijada por el número modal elegido en los electrodos
sectorizados descritos anteriormente. En número modal está
típicamente comprendido entre 2 y 20 lo que da lugar a las
frecuencias mencionadas más arriba.
La figura 1 muestra el electrodo configurable
descrito en la presente propuesta de patente. Se observa que consta
de dos semicoronas, una constituida por las fases F1 y F2, y la
otra constituida por las fases F3 y F4. La superficie eficaz del
electrodo es la que aparece delimitada por el círculo exterior
formado por la prolongación de los arcos externos de las fases F2 y
F3, y el círculo interior formado por la prolongación de los arcos
internos de las fases F1 y F4. Esta superficie eficaz es
precisamente la que ocupa la cerámica piezoeléctrica. Obsérvese el
desplazamiento de 1/4 de la longitud de onda entre ambas
semicoronas. En el caso de la figura, el número modal excitado es el
noveno, correspondiendo para este caso un desplazamiento entre
semicoronas igual a un ángulo de 10 grados.
La tensión de excitación de la cerámica
piezoeléctrica homogéneamente polarizada se establece en la
superficie eficaz, entre las cuatro fases que aparecen en la figura
y un electrodo común, que abarca dicha superficie, dispuesto en la
cara opuesta de la cerámica piezoeléctrica.
La figura 2 muestra el esquema del circuito
eléctrico protegido por la presente patente Consta de bloques
funcionales representados por las letras A, B, C y D. Se detalla a
continuación le función de cada uno de los bloques:
El bloque A del circuito eléctrico generará
analógica o digitalmente las tensiones adecuadas directamente por
conformación de las mismas o por codificación de su forma mediante
técnicas de modulación en anchura de pulsos o cualquier otra
modulación. El bloque A contendrá también los dispositivos
adecuados para la sintonización de la señal de control a la
frecuencia adecuada de funcionamiento del motor. Para esta
sintonización, se podrá utilizar cualquier variable eléctrica
relacionada, directa o indirectamente, con el comportamiento en
resonancia del motor.
El bloque B es el encargado de realizar la
adaptación de la señal a la potencia requerida por el motor
ultrasónico. Consistirá en un elemento de amplificación de la señal
de control generada por el bloque A. Esta amplificación se realizará
hasta la tensión requerida por el motor y tendrá la potencia
adecuada.
El bloque funcional C comprende los dispositivos
adecuados para el ajuste de la frecuencia de resonancia del
circuito en sintonía con la del motor.
Finalmente el bloque D del circuito representa la
carga que supone el motor al conjunto de los bloques que
constituyen el circuito.
La función de selección del sentido de giro podrá
estar incluida en cualquiera de los bloques funcionales
descritos.
La figura 3 muestra la curva característica del
motor ejemplo de la invención que se detalla en el apartado 6 de la
presente memoria de patente. Se observa un valor máximo de la
velocidad del motor en tomo a las 250 r.p.m. y un par máximo
cercano a los 100 mNm.
Ejemplo de realización de la invención
Se describe como ejemplo de realización de la
invención, un motor ultrasónico rotativo de 50 mm de diámetro
exterior, excitado en su número modal noveno, con la electrónica
correspondiente para la excitación en resonancia de sus cuatro
fases a una frecuencia de 21.5 kHz.
Se parte de un elemento elástico circular de
diámetro exterior 50 mm sobre el que se ha dispuesto en su cara de
contacto con el rotor un material resistente a la fricción. Se
parte asimismo de un rotor sobre el que se ha dispuesto el eje de
salida del movimiento del motor ultrasónico.
Se emplea una cerámica piezoeléctrica de
circonato titanato de plomo dopada con óxido de hierro, con un
factor de calidad mecánico mayor de 600 con forma de disco anular.
Las dimensiones de la cerámica piezoeléctrica son: diámetro
exterior igual a 50 mm, diámetro interior igual a 34.5 mm, espesor
uniforme de 0,5 mm. La cerámica piezoeléctrica está polarizada
uniformemente de forma permanente en la dirección perpendicular al
plano del disco anular. Sobre una de las caras de la propia
cerámica piezoeléctrica se ha dispuesto el electrodo común. Las
características de la cerámica piezoeléctrica medidas
experimentalmente son: K_p 0,60; K_t= 0,48; d_{31}= -120 pm/V;
d_33= 275 pm/V; Q_m=600; K^T_{33}=1200 y \rho=7,5
gr/cm^3.
La cerámica piezoeléctrica se adhiere al elemento
elástico que forma el substrato del estator por la cara opuesta a
aquella en la que se encuentra el material de fricción. Ambos
elementos están dispuestos coaxialmente. El adhesivo seleccionado
es lo suficientemente rígido para transmitir en su integridad la
vibración mecánica generada de forma eléctrica en la cerámica al
substrato elástico de forma que ambos oscilarán solidariamente.
Se selecciona el noveno modo de oscilación
circunferencial del estator. Para ello se diseña un electrodo
configurable por el procedimiento descrito en la presente
memoria.
Cada una de las fases F1, F2, F3 y F4 están
formadas por cuatro sectores circulares de 20 grados cada uno. Los
sectores de las fases F1 y F2 son contiguos al igual que los
sectores de las fases F3 y F4. Por otra parte, entre los sectores
adyacentes de las fases F2 y F3 se ha dejado una zona intermedia
correspondiente a 10 grados, estableciendo así el desfase espacial
de ¼ de la longitud de onda excitada.
El substrato elegido como soporte para los
electrodos es un polímero delgado de alta flexibilidad sobre el que
se disponen electrodos metálicos de pequeño espesor. La rigidez del
conjunto es despreciable frente a la rigidez del substrato elástico
del estator. Para la excitación del motor se ha diseñado una
electrónica con las características descritas en la memoria. En una
primera etapa de baja potencia se generan cuatro tensiones
independientes, de la misma amplitud igual a 36 V y frecuencia
igual a 21,5 kHz pero con un desfase ¼ de la longitud de onda entre
ellas. La frecuencia elegida corresponde a la frecuencia de
resonancia del motor para el noveno modo circunferencial. Esta
frecuencia se determina experimentalmente, por ejemplo mediante un
barrido de frecuencias en un analizador vectorial de
impedancias.
En una segunda etapa se obtienen las señales de
la potencia necesaria para la excitación del conjunto
electromecánico. En concreto, la tensión de excitación se eleva a
200 V pico a pico en cada una de las fases del motor. Se dispone
además de un selector para el sentido de desfase entre los modos
seno y coseno del motor con lo que se permite la inversión del
sentido de giro del mismo.
La obtención experimental de las curvas
características del motor construido según esta descripción arroja
un comportamiento velocidad-par como el recogido en
la figura 4.
Claims (6)
1. Motor ultrasónico, rotativo o de
desplazamiento lineal, caracterizado porque el estator está
constituido por los siguientes componentes:
- a)
- electrodos segmentados y configurables en distintas fases y formas dependiendo de las características del motor,
- b)
- una cerámica piezoeléctrica de elevado factor de calidad mecánica uniformemente polarizada en combinación de los electrodos de a) y con respecto a la forma del estator, por ejemplo de corona circular en el caso de un motor rotativo, y
- c)
- una electrónica de control o circuito electrónico para la generación adecuada de señales de excitación para las distintas fases de configuración adoptadas,
y, porque permiten una adecuada excitación
electromecánica de modos de vibración en dicho estator.
2. Motor ultrasónico, rotativo o de
desplazamiento lineal, según la reivindicación 1
caracterizado porque la cerámica piezoeléctrica b) puede ser
un material del tipo circonato titanato de plomo, titanato de bario,
titanato de bismuto, niobato de magnesio y plomo, niobato de cinc y
plomo, niobato de plomo, soluciones sólidas entre ellas, y
composiciones modificadas por medio de la adición de dopantes
cualesquiera que sea su naturaleza.
3. Motor ultrasónico, rotativo o de
desplazamiento lineal, según la reivindicación 1
caracterizado porque el circuito electrónico c) es capaz
de
- a)
- generar analógica o digitalmente las tensiones adecuadas directamente por conformación de las mismas o por codificación de su forma mediante técnicas de modulación en anchura de pulsos o cualquier otra modulación,
- b)
- seleccionar el sentido de avance de la onda generada f(\omegat+kx) o f(\omegat-kx) mediante la alteración del sentido del desfase entre cualquiera de las señales eléctricas inyectadas en los electrodos reivindicados,
- c)
- mantener la frecuencia de las señales generadas para cada una de las fases en la proximidad de la frecuencia de resonancia prefijada mediante la selección de la forma del electrodo,
y porque comprende
- a)
- los dispositivos adecuados el ajuste de la frecuencia de resonancia del mismo en sintonía con la del motor,
- b)
- un dispositivo de ajuste automático de la frecuencia de excitación mediante el uso como señal de realimentación de cualquier variable eléctrica que esté relacionada con el estado de resonancia del dispositivo, y
- c)
- de etapas para la adaptación de la señal a la potencia requerida por el motor ultrasónico.
4. Procedimiento de fabricación de un motor
ultrasónico rotativo según las reivindicaciones 1 a la 3
caracterizado porque
- a)
- la combinación de fases y formas de los electrodos segmentados, que definen las características de la onda excitada en el estator, se determina de forma que la onda seguirá el patrón f(\omegat\pmkx), siendo f una función periódica de forma arbitraria
- b)
- los modos circunferenciales excitados pueden ser de diversos órdenes, típicamente comprendidos entre los modos 2 y 20, y
- c)
- el substrato de los electrodos es flexible y de una rigidez mucho menor que la del elemento elástico del estator, en concreto menor del 1% de la rigidez del elemento elástico.
5. Procedimiento de fabricación de un motor
ultrasónico de desplazamiento longitudinal según la reivindicación
1 caracterizado porque
- a)
- la combinación de fases y formas de los electrodos segmentados, que definen las características de la onda excitada en el estator, se determina de forma que la onda seguirá el patrón f(\omegat\pmkx), siendo f una función periódica de forma arbitraria
- b)
- los modos circunferenciales excitados pueden ser de diversos órdenes, típicamente comprendidos entre los modos 2 y 50, y
6. El uso de cerámicas piezoeléctricas
uniformemente polarizadas en la fabricación de motores ultrasónicos
según la reivindicación 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200201499A ES2201912B1 (es) | 2002-06-28 | 2002-06-28 | Motor ultrasonico con estator de caracteristicas variables mediante electrodos segmentados y su proceso de fabricacion. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200201499A ES2201912B1 (es) | 2002-06-28 | 2002-06-28 | Motor ultrasonico con estator de caracteristicas variables mediante electrodos segmentados y su proceso de fabricacion. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2201912A1 true ES2201912A1 (es) | 2004-03-16 |
| ES2201912B1 ES2201912B1 (es) | 2005-06-01 |
Family
ID=32011130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200201499A Expired - Fee Related ES2201912B1 (es) | 2002-06-28 | 2002-06-28 | Motor ultrasonico con estator de caracteristicas variables mediante electrodos segmentados y su proceso de fabricacion. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2201912B1 (es) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0258449A1 (en) * | 1986-02-18 | 1988-03-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic motor |
| EP0359875A1 (en) * | 1988-09-20 | 1990-03-28 | Honda Electronic Co., Ltd. | Ultrasonic driving devices |
| US5336958A (en) * | 1990-12-19 | 1994-08-09 | Nikon Corporation | Ultrasonic motor unit |
| EP1061638A1 (en) * | 1998-02-27 | 2000-12-20 | Star Micronics Co., Ltd. | Ultrasonic motor |
| US6262515B1 (en) * | 2000-02-18 | 2001-07-17 | Honeywell International, Inc. | Piezoelectric wave motor |
-
2002
- 2002-06-28 ES ES200201499A patent/ES2201912B1/es not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0258449A1 (en) * | 1986-02-18 | 1988-03-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic motor |
| EP0359875A1 (en) * | 1988-09-20 | 1990-03-28 | Honda Electronic Co., Ltd. | Ultrasonic driving devices |
| US5336958A (en) * | 1990-12-19 | 1994-08-09 | Nikon Corporation | Ultrasonic motor unit |
| EP1061638A1 (en) * | 1998-02-27 | 2000-12-20 | Star Micronics Co., Ltd. | Ultrasonic motor |
| US6262515B1 (en) * | 2000-02-18 | 2001-07-17 | Honeywell International, Inc. | Piezoelectric wave motor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2201912B1 (es) | 2005-06-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4648391B2 (ja) | 小型化可能なモーター | |
| JP4117306B2 (ja) | 圧電超音波モータ駆動装置 | |
| US9082959B2 (en) | Actuator | |
| JP4119903B2 (ja) | 平板型圧電超音波モーター | |
| ES2201912B1 (es) | Motor ultrasonico con estator de caracteristicas variables mediante electrodos segmentados y su proceso de fabricacion. | |
| US7218031B2 (en) | Method for operating a piezoelectric motor, and piezoelectric motor comprising a stator in the form of a hollow-cylindrical oscillator | |
| CN102931875B (zh) | 贴片式方形超声波电机振子及其驱动方法 | |
| JP2009219281A (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| KR20040097173A (ko) | 압전 모터 및 그 구동방법 | |
| JP3029677B2 (ja) | 超音波トランスデューサ及びその駆動方法ならびに超音波アクチュエータ | |
| JP3043124B2 (ja) | 進行波型モータ装置 | |
| JP5457651B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JPS61221584A (ja) | 振動波モ−タの駆動回路 | |
| JP6608743B2 (ja) | 超音波モータの制御方法及びそのための測量機 | |
| JPH0993962A (ja) | 振動アクチュエータ | |
| JP2007135267A (ja) | 超音波モータ | |
| SU851561A1 (ru) | Вибродвигатель | |
| JPH0773428B2 (ja) | 圧電駆動装置 | |
| JP5296469B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JP2009219280A (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JPH07143765A (ja) | 超音波モータ及び超音波モータ付き電子機器 | |
| JPH01264579A (ja) | 進行波形超音波モータの制御方法 | |
| JPH0232771A (ja) | 進行波モータ | |
| JPH0628951Y2 (ja) | 圧電アクチユエ−タ | |
| JPH069593Y2 (ja) | 圧電アクチユエ−タ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20040316 Kind code of ref document: A1 |
|
| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180808 |