RU2468494C1 - Miniature nanomotor - Google Patents
Miniature nanomotor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2468494C1 RU2468494C1 RU2011109522/07A RU2011109522A RU2468494C1 RU 2468494 C1 RU2468494 C1 RU 2468494C1 RU 2011109522/07 A RU2011109522/07 A RU 2011109522/07A RU 2011109522 A RU2011109522 A RU 2011109522A RU 2468494 C1 RU2468494 C1 RU 2468494C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- electrically conductive
- normal
- rotor
- point
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
- H02N11/008—Alleged electric or magnetic perpetua mobilia
Landscapes
- Micromachines (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к микроструктурным и наноструктурным устройствам, а более конкретно к микро- и нанодвигателям. Изобретение может быть использовано для построения микро- и нанодвигателей систем передвижения и транспортировки различного назначения, осуществляющих перемещения в микро- и наноразмерной шкале масштабов, а также, двигателей, имеющих микро- и наноразмеры, например, в робототехнике, в том числе в нано- и микроробототехнических системах медицинского назначения.The invention relates to microstructural and nanostructured devices, and more particularly to micro and nanomotors. The invention can be used to build micro- and nanomotors of systems of movement and transportation for various purposes, performing movements on a micro- and nanoscale scale, as well as engines having micro- and nanoscale, for example, in robotics, including nano- and microrobototechnical systems for medical use.
В статье "Nanotube Nanomotor", опубликованной в журнале Nature №424, стр.408-410 (24 July 2003), представлена конструкция электростатического нанодвигателя, содержащая статор и ротор с осью вращения, изготовленной из нанотрубок. Ротор выполнен в виде электропроводящей пластины, расположенной между двумя электродами.The article "Nanotube Nanomotor", published in the journal Nature No. 424, pp. 408-410 (July 24, 2003), presents the design of an electrostatic nanomotor containing a stator and a rotor with an axis of rotation made of nanotubes. The rotor is made in the form of an electrically conductive plate located between two electrodes.
Известен двигатель (патент США №5.965.968 по кл. H02N 1/00 от 12.10.1999 г.), который содержит статор и ротор, выполненные с размещенными на них электродами, расположенными с заданным шагам и направлением. Между электродами статора и ротора имеется зазор. Электропроводящие поверхности электродов ротора и статора имеют плоский вид и параллельны друг другу. На электропроводящие поверхности электродов статора и ротора в определенной последовательности подается электрический заряд, приводящий двигатель в движение. Еще одним аналогом данного изобретения является конструкция привода, описанная в патенте США №5.552.654 по кл. H02N 1/00 от 03.09.1996 г. Данный привод содержит первый элемент конструкции, включающий большое количество электродов, расположенных в заданном направлении и в заданных местах. Кроме того, он имеет второй элемент конструкции, расположенный в контакте с первым элементом, который снабжен средствами для подачи положительных и отрицательных зарядов на изоляционную оболочку. Таким средством может являться слой сопротивления, например, имеющего поверхностное сопротивление, равное 1011-1015Ω/□. На электропроводящих поверхностях электродов и слоях сопротивления может быть создан электрический заряд определенной пространственной конфигурации (смотри фиг.7 указанного патента), который может изменяться системой управления. В результате этого, между первым и вторым элементом возникают силы Кулона взаимодействия электрических зарядов. Электропроводящие поверхности первого и второго элементов расположены с зазором, равным толщине изоляционных оболочек. Под электропроводящей поверхностью понимается поверхность какого-либо проводника электрического тока, например, выполненного из металла. Работа двигателя определяется формой и положением обращенных друг к другу электропроводящих поверхностей электродов статора и ротора, на которые в определенной последовательности подается электрический заряд.A known engine (US patent No. 5.965.968 by class. H02N 1/00 from 10/12/1999), which contains a stator and a rotor made with electrodes placed on them, located with predetermined steps and direction. There is a gap between the electrodes of the stator and rotor. The electrically conductive surfaces of the electrodes of the rotor and stator are flat and parallel to each other. On a conductive surface of the electrodes of the stator and rotor, an electric charge is applied in a certain sequence, which drives the motor in motion. Another analogue of this invention is the design of the drive described in US patent No. 5.552.654 CL. H02N 1/00 of 09/03/1996, this drive contains the first structural element, including a large number of electrodes located in a given direction and in predetermined places. In addition, it has a second structural element located in contact with the first element, which is equipped with means for supplying positive and negative charges to the insulating shell. Such a tool can be a resistance layer, for example, having a surface resistance equal to 10 11 -10 15 Ω / □. On the electrically conductive surfaces of the electrodes and resistance layers, an electric charge of a certain spatial configuration can be created (see Fig. 7 of this patent), which can be changed by the control system. As a result of this, between the first and second element, the Coulomb forces of interaction of electric charges arise. The electrically conductive surfaces of the first and second elements are arranged with a gap equal to the thickness of the insulating shells. An electrically conductive surface is understood to mean the surface of an electric current conductor, for example, made of metal. The operation of the engine is determined by the shape and position of the electrically conductive surfaces of the electrodes of the stator and rotor facing each other, to which an electric charge is applied in a certain sequence.
Недостатками данного типа двигателей являются проблема подвода энергии от внешнего источника и сложность его выполнения при микро- и наноразмерах.The disadvantages of this type of engine are the problem of supplying energy from an external source and the difficulty of its implementation with micro- and nanoscale.
Ближайшим аналогом данного изобретения является конструкция двигателя, описанная в статье VOLUME 87, NUMBER 26 / PHYSICAL REVIEW LETTERS / 24 December 2001/Probing the Strong Boundary Shape Dependence of Casimir Force/Thorsten Emig, Andreas Hanke, Ramin Golestanian, and Mehran Kardar. Данный двигатель состоит из двух частей, способных изменять относительное положение. Данные части выполнены в виде двух гофрированных пластин. На них расположен повторяющийся элемент рифления, который представляет собой электропроводящую поверхность, выполненную в форме волны. Последовательность данных электропроводящих поверхностей, расположенных в заданном направлении и с заданным шагом, создает на пластинах синусоидальное рифление. Электропроводящие поверхности на первой и второй частях обращены друг к другу. Между электропроводящими поверхностями имеется зазор.The closest analogue of this invention is the engine design described in VOLUME 87, NUMBER 26 / PHYSICAL REVIEW LETTERS / 24 December 2001 / Probing the Strong Boundary Shape Dependence of Casimir Force / Thorsten Emig, Andreas Hanke, Ramin Golestanian, and Mehran Kardar. This engine consists of two parts that can change the relative position. These parts are made in the form of two corrugated plates. They have a repeating corrugation element, which is an electrically conductive surface made in the form of a wave. The sequence of these electrically conductive surfaces located in a predetermined direction and with a given step creates sinusoidal corrugation on the plates. The electrically conductive surfaces on the first and second parts face each other. There is a gap between the electrically conductive surfaces.
Недостатком данного двигателя является малый рабочий ход, равный половине длины волны.The disadvantage of this engine is a small stroke equal to half the wavelength.
Задачей данного изобретения является создание двигателя, имеющего неограниченный рабочий ход.The objective of the invention is to provide an engine having an unlimited stroke.
Указанная задача достигается тем, что в известном двигателе, состоящем из двух частей, способных изменять относительное положение, с находящимися на них и обращенными друг к другу электропроводящими поверхностями, расположенными в заданном направлении с заданным шагом и с зазором менее одного микрона между ними, проводящие поверхности имеют форму и положение, при котором угол между нормалью n1, проведенной от произвольной точки проводящей поверхности подвижной части двигателя, и нормалью n2, проведенной из этой точки к ближайшей проводящей поверхности второй части, не превышает 10°, а угол α между нормалью n1 от проводящей поверхности подвижной части и направлением движения данной точки не больше 89,7°. В результате параллельного расположения (с допустимым отклонением до 10°) электропроводящих поверхностей, размещенных на расстоянии менее одного микрона друг от друга, между ними возникают силы взаимного притяжения, вызванные эффектом Казимира.This problem is achieved by the fact that in the known engine, consisting of two parts capable of changing the relative position, with electrically conductive surfaces located on them and facing each other, located in a given direction with a given step and with a gap of less than one micron between them, the conductive surfaces have a shape and position in which the angle between the normal n 1 drawn from an arbitrary point on the conductive surface of the moving part of the engine and the normal n 2 drawn from this point to the nearest wire the surface of the second part does not exceed 10 °, and the angle α between the normal n 1 from the conductive surface of the moving part and the direction of motion of this point is not more than 89.7 °. As a result of the parallel arrangement (with an allowable deviation of up to 10 °) of electrically conductive surfaces placed at a distance of less than one micron from each other, mutual attraction forces arise due to the Casimir effect.
Кроме того, так как электропроводящие поверхности на взаимодействующих частях двигателя наклонены по отношению к направлению движения, возникает составляющая сила, действующая в направлении перемещения.In addition, since the electrically conductive surfaces on the interacting parts of the engine are inclined with respect to the direction of movement, a component force arises acting in the direction of movement.
Техническим результатом этого является возникновение сдвигающих сил на взаимодействующих частях двигателя. По мере выхода из зоны взаимодействия одной электропроводящей поверхности, в нее вовлекается следующая проводящая поверхность, что обеспечивает непрерывность движения двигателя.The technical result of this is the occurrence of shear forces on the interacting parts of the engine. As one electrically conductive surface exits from the interaction zone, the next conductive surface is involved in it, which ensures the continuous movement of the engine.
Части двигателя могут быть выполнены в виде ротора и статора.Parts of the engine can be made in the form of a rotor and a stator.
С целью увеличения силы притяжения, электропроводящие поверхности на роторе и статоре, в сечении, проходящем через нормали n1 и n2, могут иметь вид смежных участков плоский спирали, например - спирали Архимеда.In order to increase the attractive force, the electrically conductive surfaces on the rotor and stator, in the section passing through the normals n 1 and n 2 , can have the form of adjacent sections of a flat spiral, for example, Archimedes spiral.
Электропроводящие поверхности на роторе и статоре могут быть выполнены в виде плоских поверхностей.Conductive surfaces on the rotor and stator can be made in the form of flat surfaces.
На фиг.1 изображены виды и отдельные элементы описываемого микро- и нанодвигателя с электропроводящими поверхностями плоской формы, на фиг.2 - виды роторного двигателя с электропроводящими поверхностями спиралевидной формы, на фиг.3 - вид двигателя с ротором, расположенным на оси из нанотрубок.Figure 1 shows the types and individual elements of the described micro- and nanomotors with electrically conductive surfaces of a flat shape, Fig.2 - views of a rotary engine with electrically conductive surfaces of a spiral shape, Fig.3 - view of an engine with a rotor located on the axis of the nanotubes.
Где:Where:
произвольная точка проводящей поверхности части 1 - с;an arbitrary point on the conductive surface of part 1 - s;
угол между нормалью, проведенной от произвольной точки с проводящей поверхности части 1, и направлением движения этой точки - α;the angle between the normal drawn from an arbitrary point from the conductive surface of part 1 and the direction of motion of this point is α;
нормаль, проведенная от произвольной точки с проводящей поверхности части 1 - n1,the normal drawn from an arbitrary point from the conductive surface of part 1 - n 1 ,
нормаль к ближайшей проводящей поверхности части 2, проведенная из выбранной произвольной точки с - n2;normal to the nearest conductive surface of part 2 drawn from a selected arbitrary point c - n 2 ;
угол между нормалью n1, проведенной от произвольной точки с проводящей поверхности части 1, и нормалью n2, проведенной из этой точки к ближайшей проводящей поверхности части 2 - β;the angle between the normal n 1 drawn from an arbitrary point from the conductive surface of part 1 and the normal n 2 drawn from this point to the nearest conductive surface of part 2 - β;
сила взаимного притяжения электропроводящих поверхностей - Р;force of mutual attraction of electrically conductive surfaces - P;
проекция силы Р притяжения между проводящими поверхностями на направление движения данной точки - Рх.the projection of the attractive force P between the conducting surfaces on the direction of motion of a given point is Px.
Микро-, нанодвигатель содержит части 1 и 2 с расположенными на них плоскими электропроводящими поверхностями 3. Данные поверхности параллельны друг другу, а допустимое отклонение (угол β) не превышает 10°, расстояние между ними менее одного микрона. На них действуют силы взаимного притяжения, вызванные эффектом Казимира. Кроме того, электропроводящие поверхности расположены под углом к направлению движения 4. При этом проекция Рх силы притяжения Р между проводящими поверхностями на направление движения данной точки не равна нулю и создает движущую силу, действующую на подвижную часть двигателя.A micro-, nanomotor contains parts 1 and 2 with flat electrically conductive surfaces 3 located on them. These surfaces are parallel to each other, and the permissible deviation (angle β) does not exceed 10 °, the distance between them is less than one micron. The forces of mutual attraction caused by the Casimir effect act on them. In addition, the electrically conductive surfaces are located at an angle to the direction of movement 4. In this case, the projection Px of the attractive force P between the conductive surfaces on the direction of motion of this point is not equal to zero and creates a motive force acting on the moving part of the engine.
Микро- и нанодвигатель может быть выполнен в виде роторного двигателя. При этом электропроводящие поверхности 5 и 6 на роторе и статоре в сечении, проходящем через нормали n1 и n2, могут иметь вид смежных участков плоский спирали 7, например - спирали Архимеда. В результате этого электропроводящие поверхности при любом угле поворота ротора остаются параллельными, а сила притяжения - максимальной. Подобно двигателю, описанному в статье "Nanotube Nanomotor", которая опубликована в журнале Nature №424, стр.408-410 (24 July 2003), предлагаемый двигатель может содержать ротор 8, выполненный из окиси кремния с нанесенными на него электропроводящими поверхностями 9 из золота. Кроме того, электропроводящие поверхности могут быть созданы путем нанесения одноатомного слоя графена на подложку. В качестве оси вращения можно использовать нанотрубки 10, закрепленные на основании 11. Ротор при этом должен располагаться между двумя элементами статора 12, выполненными из окиси кремния, на торцевые поверхности которых нанесены электропроводящие пластины 9 из золота. На электропроводящую поверхность подвижной части, параллельную электропроводящей поверхности неподвижной части двигателя, действует сила Р, вызванная эффектом Казимира. Проекция Рх этой силы на направление движения создает усилие, приводящее в движение подвижную часть двигателя. Взаимодействие между концевыми участками электропроводящих поверхностей пренебрежимо мало и не влияет на работу двигателя. По мере выхода из зоны взаимодействия одной электропроводящей поверхности, в нее вовлекается следующая электропроводящая поверхность, что обеспечивает непрерывность работы двигателя. Источником энергии для данного типа двигателей является энергия физического вакуума.Micro and nanomotor can be made in the form of a rotary engine. In this case, the electrically
Подтверждением возможности изготовления такого двигателя является конструкция, описанная в статье VOLUME 87, NUMBER 26 / PHYSICAL REVIEW LETTERS / 24 December 2001/Probing the Strong Boundary Shape Dependence of Casimir Force/Thorsten Emig, Andreas Hanke, Ramin Golestanian, and Mehran Kardar. Данный двигатель представляет собой две гофрированные золотые пластины, расположенные в вакууме на расстоянии несколько сотен нанометров. Выпуклости и вогнутости совмещены. Когда пластины немного смещаются, появляется сила, возвращающая их в исходную позицию.Confirmation of the possibility of manufacturing such an engine is the design described in article VOLUME 87, NUMBER 26 / PHYSICAL REVIEW LETTERS / 24 December 2001 / Probing the Strong Boundary Shape Dependence of Casimir Force / Thorsten Emig, Andreas Hanke, Ramin Golestanian, and Mehran Kardar. This engine consists of two corrugated gold plates located in a vacuum at a distance of several hundred nanometers. Bulges and concavities are combined. When the plates are slightly displaced, a force appears that returns them to their original position.
Claims (4)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109522/07A RU2468494C1 (en) | 2011-03-14 | 2011-03-14 | Miniature nanomotor |
PCT/RU2011/000847 WO2012125070A1 (en) | 2011-03-14 | 2011-11-02 | Micro- and nanodrive |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109522/07A RU2468494C1 (en) | 2011-03-14 | 2011-03-14 | Miniature nanomotor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011109522A RU2011109522A (en) | 2012-09-20 |
RU2468494C1 true RU2468494C1 (en) | 2012-11-27 |
Family
ID=46830954
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011109522/07A RU2468494C1 (en) | 2011-03-14 | 2011-03-14 | Miniature nanomotor |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2468494C1 (en) |
WO (1) | WO2012125070A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106558263B (en) * | 2016-11-01 | 2019-01-25 | 同济大学 | A kind of room temperature multistable balanced microcomputer tool system and its implementation |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1173512A1 (en) * | 1983-08-12 | 1985-08-15 | Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский И Проектный Институт Механической Обработки Полезных Ископаемых | Electrostatic machine |
DE19744292A1 (en) * | 1996-10-07 | 1998-04-23 | Inst Mikro Und Informationstec | Rotation rate sensor with decoupled orthogonal primary and secondary oscillators, esp. of Coriolis micro-mechanical type |
US6509670B2 (en) * | 2000-07-19 | 2003-01-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Single stage microactuator for multidimensional actuation with multi-folded spring |
RU2312250C2 (en) * | 2005-11-21 | 2007-12-10 | Институт прикладной механики УрО РАН | Molecular motor |
RU2374746C1 (en) * | 2008-06-05 | 2009-11-27 | Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук | Electrostatic micro-, nanomotor |
-
2011
- 2011-03-14 RU RU2011109522/07A patent/RU2468494C1/en not_active IP Right Cessation
- 2011-11-02 WO PCT/RU2011/000847 patent/WO2012125070A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1173512A1 (en) * | 1983-08-12 | 1985-08-15 | Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский И Проектный Институт Механической Обработки Полезных Ископаемых | Electrostatic machine |
DE19744292A1 (en) * | 1996-10-07 | 1998-04-23 | Inst Mikro Und Informationstec | Rotation rate sensor with decoupled orthogonal primary and secondary oscillators, esp. of Coriolis micro-mechanical type |
US6509670B2 (en) * | 2000-07-19 | 2003-01-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Single stage microactuator for multidimensional actuation with multi-folded spring |
RU2312250C2 (en) * | 2005-11-21 | 2007-12-10 | Институт прикладной механики УрО РАН | Molecular motor |
RU2374746C1 (en) * | 2008-06-05 | 2009-11-27 | Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук | Electrostatic micro-, nanomotor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011109522A (en) | 2012-09-20 |
WO2012125070A9 (en) | 2012-11-29 |
WO2012125070A1 (en) | 2012-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Xie et al. | Rotary triboelectric nanogenerator based on a hybridized mechanism for harvesting wind energy | |
Wang et al. | Sliding-triboelectric nanogenerators based on in-plane charge-separation mechanism | |
US9543860B2 (en) | Triboelectric nanogenerator | |
Wang et al. | Design, analysis and experimental performance of a novel stick-slip type piezoelectric rotary actuator based on variable force couple driving | |
US7259495B2 (en) | Conductive polymer actuator | |
JP6457426B2 (en) | Micromechanical device with actively deflectable elements | |
EP2523340B1 (en) | Electrostatic induction power generator | |
WO2013181952A1 (en) | A hybrid piezoelectric and triboelectric nanogenerator | |
CN113241966B (en) | Rotary friction nano power generation device and method based on point discharge | |
Paria et al. | Insight into cigarette wrapper and electroactive polymer based efficient TENG as biomechanical energy harvester for smart electronic applications | |
JP2018157663A (en) | Electromechanical converter and manufacturing method thereof | |
RU2468494C1 (en) | Miniature nanomotor | |
WO2015107878A1 (en) | Folding electric generator utilizing triboelectric charging phenomenon | |
JP6356461B2 (en) | Control system and control method | |
Terasawa et al. | Performance enhancement of PEDOT: poly (4-styrenesulfonate) actuators by using ethylene glycol | |
JPWO2018062195A1 (en) | Electromechanical converter | |
CN110635713A (en) | Piezoelectric ceramic rotary motor | |
US20080001499A1 (en) | Conductive polymer drive for actuating eccentric members of a motor | |
JP7502995B2 (en) | Dielectric Elastomer Transducers | |
JP2015126556A (en) | Electrostatic motor | |
RU2513030C2 (en) | Reversivble rotation electrostatic micromotor | |
WO2011059369A1 (en) | Provision of a normal force to electromechanical motor | |
Kahar et al. | MEMS-based energy scavengers: journey and future | |
JP6471400B2 (en) | Power generator | |
RU123269U1 (en) | REVERSIBLE ELECTROSTATIC ROTATION MOTOR |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140315 |