DISPOSITIVO PIEZOELECTRICO PARA ACCIONAR UN ELEMENTO OPERATIVO ASOCIADO.
Dispositivo piezoeléctrico (100) para accionar un elemento operativo (7) operativamente asociado,
comprendiendo:
- un primer elemento estructural (1) que se mueve según la acción de una tensión o fuerzas (2) aplicados sobre el mismo, y primeros medios piezoeléctricos (3) que son operativamente acoplados a dicho primer elemento estructural para deformar y producir una señal eléctrica en respuesta a su movimiento;
- segundos medios piezoeléctricos (4) operativamente acoplados a un segundo elemento estructural (5); y
- medios de conducción (6) para acoplar eléctricamente dichos primeros medios piezoeléctricos a dichos segundos medios piezoeléctricos; los segundos medios piezoeléctricos recibiendo dicha señal eléctrica y deformándose para determinar un movimiento del segundo elemento estructural y el accionamiento consecuente de dicho elemento operativo
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E00202385.
Solicitante: ABB RESEARCH LTD..
Nacionalidad solicitante: Suiza.
Dirección: AFFOLTERNSTRASSE 44,8050 ZURICH.
Inventor/es: MANDURINO,PIETRO, BERTOLOTTO,BLANC GIUSEPPE.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 7 de Julio de 2000.
Fecha Concesión Europea: 30 de Septiembre de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01L41/08 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 41/00 Dispositivos piezoeléctricos en general; Dispositivos electroestrictivos en general; Dispositivos magnetoestrictivos en general; Procedimientos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o tratamiento de estos dispositivos, o de sus partes constitutivas; Detalles (dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común H01L 27/00). › Elementos piezoeléctricos o electroestrictivos.
Clasificación PCT:
- H01L41/08 H01L 41/00 […] › Elementos piezoeléctricos o electroestrictivos.
Clasificación antigua:
- H01L41/08 H01L 41/00 […] › Elementos piezoeléctricos o electroestrictivos.
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.
Fragmento de la descripción:
Dispositivo piezoeléctrico para accionar un elemento operativo asociado.
La presente invención se refiere a un dispositivo piezoeléctrico para accionar un elemento operativo operativamente asociado.
Es bien conocido en la técnica el uso de dispositivos de control que son concebidos para controlar el funcionamiento de sistemas técnicos a los que son acoplados, tales como redes eléctricas o hidráulicas, plantas, máquinas operativas, aparatos o componentes etcétera, y para prevenir, o al menos para minimizar, problemas técnicos que pueden ocurrir durante su servicio y puedan afectar sus rendimientos, producir averías o incluso roturas.
Estos dispositivos de control están básicamente compuestos por tres partes: una primera parte que comprende un sensor que verifica uno o más parámetros, que son indicativos del funcionamiento apropiado del sistema, y señales de emisiones que representan los valores de los parámetros controlados; una segunda parte que comprende un circuito de control que procesa las señales recibidas del sensor, comparándolos con valores umbrales predeterminados y, si es necesario, emitir un comando operativo; una tercera parte comprendiendo medios de accionamiento que, en base al comando operativo enviado por el circuito de control, interviene operativamente en el sistema. Por ejemplo, estas intervenciones pueden suponer la desconexión de algunas partes de una red eléctrica, interrupción encendido/apagado de aparatos o componentes, abertura/cierre de conductos, accionamiento de cadenas cinemáticas, etcétera.
En el presente estado de la técnica, los dispositivos conocidos, aunque son bastante satisfactorios en las aplicaciones, siguen presentando algunas desventajas e inconvenientes.
En particular, uno de los aspectos más críticos de los dispositivos conocidos reside en el hecho de que el circuito de control introduce retrasos de tiempo significantes en la transmisión de señales del sensor al medio de accionamiento. Estos retrasos de tiempo tienen un impacto negativo en la prontitud de las operaciones, causan intervenciones tardías y definitivamente reducen la calidad y eficacia de los propios dispositivos. Además, el circuito de control, que generalmente comprende varios componentes electrónicos y/o eléctricos, puede ser constructivamente sofisticado y caro de por sí, y necesita una fuente de alimentación específica aumentando con ello los costes de diseño y de producción.
Además, también los medios de accionamiento suelen tener una estructura grande y compleja en comparación con los sensores, pueden requerir el uso de componentes voluminosos y pesados dependiendo de las aplicaciones, y son económicamente caros; además, en muchos casos, tanto los sensores como los medios de accionamiento necesitan una fuente de alimentación específica.
Por último, otra desventaja de los dispositivos conocidos que no debería pasarse por alto consiste en el hecho de que, en caso de transmisiones de larga distancia entre el sensor y el medio de accionamiento, y debido a que la potencia requerida para su funcionamiento es significante, las señales transmitidas pueden ser muy atenuadas o incluso perderse; de forma alternativa, para reducir la atenuación de las señales es preciso aumentar la energía suministrada al dispositivo.
El objetivo principal de la presente invención es proporcionar un dispositivo para accionar un elemento operativo operativamente asociado que permita superar los inconvenientes y desventajas de la técnica anterior, y en particular, para reducir drásticamente el retraso de tiempo en la transmisión de señales del sensor al medio de accionamiento.
US 4 363 991 expone una configuración de un sensor piezoeléctrico y accionador proporcionado en un elemento estructural común y en conexión eléctrica entre sí.
El sensor proporciona retroacción al accionador sobre las fuerzas que actúan en el elemento estructural que son minimizadas deformando el elemento estructural con el accionador piezoeléctrico.
Dentro del campo de este objetivo, un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo para accionar un elemento operativo operativamente asociado, cuyas intervenciones operativas sean más rápidas y mejores en comparación con aquellos de los dispositivos de la técnica anterior.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo para accionar un elemento operativo operativamente asociado, que permita prevenir, o al menos minimizar, la atenuación de las señales transmitidas, incluso en caso de transmisiones de larga distancia.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo para accionar un elemento operativo operativamente asociado, que permita reducir la cantidad de energía requerida para su funcionamiento y en consecuencia para eliminar o al menos reducir el uso de otra fuente de energía específica.
Otro objeto más de la presente invención es proporcionar un dispositivo para accionar un elemento operativo operativamente asociado que tenga una estructura simplificada en comparación con los dispositivos de la técnica anterior, que permita evitar el uso de componentes voluminosos y pesados y reducir costes de diseño y de producción.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo para accionar un elemento operativo operativamente asociado que sea altamente fiable, relativamente fácil de producir y a costes competitivos.
Este objetivo, estos objetos y otros que se deducirán más adelante son conseguidos por un dispositivo piezoeléctrico para accionar un elemento operativo operativamente asociado, caracterizado por el hecho de que comprende:
- - un primer elemento estructural que se mueve bajo la acción de una tensión o fuerzas aplicadas sobre el mismo, y primeros medios piezoeléctricos que son operativamente acoplados a dicho primer elemento estructural para deformar y producir una señal eléctrica en respuesta a su movimiento;
- - segundos medios piezoeléctricos operativamente acoplados a un segundo elemento estructural; y
- - medios conductores para acoplar eléctricamente dichos primeros medios piezoeléctricos a dichos segundos medios piezoeléctricos; los segundos medios piezoeléctricos recibiendo dicha señal eléctrica y deformándose para determinar un movimiento del segundo elemento estructural y el accionamiento consecuente de dicho elemento operativo.
El dispositivo según la invención permite evitar completamente el uso de un circuito de control; como resultado, el retraso de tiempo en la transmisión de señales del sensor, que está constituido por el acoplamiento del primer elemento estructural -primeros medios piezoeléctricos, al medio de accionamiento, que están representados por el acoplamiento del segundo elemento estructural- segundos medios piezoeléctricos, es drásticamente reducido.
Se deducirán otras características y ventajas de la presente invención de la siguiente descripción de las formas de realización preferidas aunque no exclusivas ilustradas sólo a modo de ejemplo no limitativo con el dibujo anexo de la Figura 1 que esquemáticamente muestra una vista lateral de una forma de realización posible del dispositivo según la invención.
Con referencia a la Figura 1, el dispositivo piezoeléctrico según la invención, indicado por la referencia numérica 100, comprende un primer elemento estructural 1 que se mueve bajo la acción de una tensión o fuerzas 2 aplicados sobre el mismo; como está ilustrado en la Figura 1, el primer elemento estructural 1 puede estar constituido por una lámina fina metálica, mientras que la tensión o fuerzas 2 pueden ser debidas a diferentes causas. Por ejemplo, la tensión 2 podría ser una tensión mecánica, provocada por ejemplo por un fluido que ejerce una presión en la lámina 1, o una tensión térmica que causa su deformación térmica; las fuerzas pueden ser debidas a una acción mecánica ejercida en el elemento 1 por un operador, etcétera.
Los primeros medios piezoeléctricos 3 son operativamente acoplados al primer elemento estructural 1 para deformar y producir una señal eléctrica en respuesta a su deformación; en particular, para maximizar la cantidad de energía que puede ser extraída de la deformación del elemento 1 y transformada en energía eléctrica, los primeros medios piezoeléctricos comprenden un material piezoeléctrico de alta ganancia energética. Preferiblemente dichos primeros medios piezoeléctricos 3 comprenden...
Reivindicaciones:
1. Dispositivo piezoeléctrico (100) para accionar un elemento operativo (7) operativamente asociado, comprendiendo:
- - un primer elemento estructural (1) que se mueve según la acción de una tensión o fuerzas (2) aplicados sobre el mismo, y primeros medios piezoeléctricos (3) que son operativamente acoplados a dicho primer elemento estructural para deformar y producir una señal eléctrica en respuesta a su movimiento;
- - segundos medios piezoeléctricos (4) operativamente acoplados a un segundo elemento estructural (5); y
- - medios de conducción (6) para acoplar eléctricamente dichos primeros medios piezoeléctricos a dichos segundos medios piezoeléctricos; los segundos medios piezoeléctricos recibiendo dicha señal eléctrica y deformándose para determinar un movimiento del segundo elemento estructural y el accionamiento consecuente de dicho elemento operativo.
2. Dispositivo piezoeléctrico según la reivindicación 1 caracterizado por el hecho de que dicho segundo elemento estructural es un elemento biestable movible de una primera posición de equilibrio estable a una segunda posición de equilibrio estable.
3. Dispositivo piezoeléctrico según una o más de las reivindicaciones precedentes caracterizado por el hecho de que dichos medios de conducción comprenden un circuito eléctrico sustancialmente pasivo.
4. Dispositivo piezoeléctrico según la reivindicación 3 caracterizado por el hecho de que dicho circuito eléctrico pasivo comprende dos cables eléctricos cuyos extremos son fijados a los primeros medios piezoeléctricos y a los segundos medios piezoeléctricos.
5. Dispositivo piezoeléctrico según una o más de las reivindicaciones precedentes caracterizado por el hecho de que dicho primeros medios piezoeléctricos comprenden al menos un estrato de material piezoeléctrico fijado al primer elemento estructural.
6. Dispositivo piezoeléctrico según una o más de las reivindicaciones precedentes caracterizado por el hecho de que dichos segundos medios piezoeléctricos comprenden al menos un estrato de material piezoeléctrico fijado al segundo elemento estructural.
7. Dispositivo piezoeléctrico según las reivindicaciones 5 y 6 caracterizado por el hecho de que dicho al menos un estrato de material piezoeléctrico comprende un material piezoeléctrico cerámico o un material piezoeléctrico de cristal inorgánico o un material piezoeléctrico de polímero orgánico.
8. Dispositivo piezoeléctrico según la reivindicación 6 caracterizado por el hecho de que dichos primeros medios piezoeléctricos comprenden un material piezoeléctrico de alta ganancia energética.
9. Dispositivo piezoeléctrico según una o más de las reivindicaciones precedentes caracterizado por el hecho de que el tiempo de respuesta, definido como el tiempo que transcurre desde que se aplica la tensión en el primer elemento estructural y hasta que el segundo elemento acciona el elemento operativo, es inferior a 3 ms.
10. Dispositivo piezoeléctrico según una o más de las reivindicaciones precedentes caracterizado por el hecho de que dicho primer elemento estructural es un elemento biestable movible de una primera posición de equilibrio estable a una segunda posición de equilibrio estable.
11. Dispositivo de interrupción de corriente caracterizado por el hecho de que comprende un dispositivo piezoeléctrico según una o más de las reivindicaciones precedentes.
12. Válvula para abrir/cerrar una tubería operativamente acoplada a ésta, caracterizada por el hecho de que comprende un dispositivo piezoeléctrico según una o más de las reivindicaciones de 1 a 10.
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