MOTOR PIEZOELECTRICO ROTATIVO.
Motor piezoeléctrico rotativo, que comprende:
- un estator (5) que comprende una corona (6) de estator dentada,
- una base (18) fija para soportar la corona (6) de estator,
- un rotor (1) que tiene un patín (2) de rotor anular apoyado sobre la corona (6) de estator bajo un esfuerzo de pretensión,
- medios de empuje apropiados para apoyar axialmente el patín (2) de rotor sobre la corona (6) de estator con pretensión, y
- medios (10) piezoelétricos de excitación de la corona (6) de estator apropiados para excitarla y provocar el desplazamiento rotativo del rotor (1), estando conformada la base (18) fija para soportar anularmente la corona (6) de estator de manera que los esfuerzos de soporte se apliquen a la corona (6) de estator de manera sensiblemente simétrica con respecto al plano (16) cilíndrico medio de esta última,
siendo la base (18) fija de uno u otro de dos tipos, de los que el primer tipo comprende dos coronas (28i, 28e) fijas dispuestas a ambos lados de la corona (6) de estator, una (28i) interior y otra (28e) exterior, y ambas separadas radialmente de la corona (6) de estator, y dos medios (20) de suspensión anulares y elásticamente deformables están interpuestos simétricamente entre la corona (6) de estator y, respectivamente, las dos coronas (28i, 28e) fijas, siendo los dos medios (20) de suspensión, respectivamente, dos conjuntos de brazos (21) distribuidos regularmente y
conformados para permitir un desplazamiento axial de la corona (6) de estator, y de los que el segundo tipo comprende una corona (23) fija subyacente a la corona (6) de estator y un cuerpo (29) anular elásticamente deformable y axialmente interpuesto entre la corona (23) fija y la corona (6) de estator,
caracterizado porque, si la base (18) fija es del primer tipo, los brazos (21) tienen una forma general de C y/o de S, mientras que si la base (18) fija es del segundo tipo, el cuerpo (29) anular comprende un cuerpo (31) tubular que está definido por al menos una pared (32) elásticamente deformable
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07290026.
Solicitante: SAGEM DEFENSE SECURITE.
Nacionalidad solicitante: Francia.
Dirección: LE PONANT DE PARIS 27 RUE LEBLANC,75015 PARIS.
Inventor/es: ROBINEAU,JACQUES.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 9 de Enero de 2007.
Fecha Concesión Europea: 16 de Junio de 2010.
Clasificación PCT:
- H01L41/09 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). › de entrada eléctrica y salida mecánica.
- H02N2/16 H […] › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA. › H02N MAQUINAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR. › H02N 2/00 Máquinas eléctricas en general que utilizan el efecto piezoeléctrico, la electroestricción o la magnetoestricción (producción de vibraciones mecánicas en general B06B; elementos piezoeléctricos electroestrictivos o magnetoestrictivos en general H01L 41/00). › que utilizan ondas progresivas.
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:
Motor piezoeléctrico rotativo.
Sector de la técnica
La presente invención se refiere, de forma general, al campo de los motores piezoeléctricos rotativos y, más específicamente, se refiere a perfeccionamientos aportados a los motores piezoeléctricos rotativos, que comprenden:
- un estator que comprende una corona de estator dentada,
- una base fija para soportar la corona de estator,
- un rotor que tiene un patín de rotor anular apoyado sobre la corona de estator bajo un esfuerzo de pretensión,
- medios de empuje apropiados para apoyar axialmente el patín de rotor sobre la corona de estator con pretensión, y
- medios piezoelétricos de excitación de la corona de estator apropiados para excitarla y provocar el desplazamiento rotativo del rotor.
Estado de la técnica
En un motor piezoeléctrico rotativo, denominado también motor rotativo de onda progresiva, el accionamiento del rotor se debe a la fricción de los dientes del estator sobre la superficie de contacto del rotor. La calidad del contacto entre el estator y el rotor es determinante para la regularidad de desplazamiento del rotor y el par máximo del motor. El contacto apropiado entre el estator y el rotor se obtiene presionando el rotor contra el estator de modo que se somete el rotor a una fuerza de pretensión. Para hacerse una idea, en un ejemplo típico, la fuerza aplicada al rotor es del orden de 200 N para un motor de 60 mm de diámetro.
En la figura 1A de los dibujos adjuntos, se ha representado de manera muy esquemática una estructura simplificada de un motor piezoeléctrico rotativo limitado a los únicos elementos a los que se refiere la invención. El rotor (1) se presenta en la forma general de una rueda que tiene un patín (2) de contacto anular unido por un disco (3) a un cubo (4) central. El estator (5) se presenta en la forma general de una estructura anular fija que comprende una corona (6) de estator anular que presenta una cara (9) dentada sobre la que se apoya el patín (2) de contacto y que está soportada en voladizo hacia el exterior sobre una base (7) anular por medio de una culata (8) de estator de extensión sensiblemente radial; el material (10) piezoeléctrico está fijado bajo la corona (6) de estator opuesto a la cara (9) dentada.
La puesta en pretensión del motor se obtiene ejerciendo una fuerza axial sobre el rotor (4) (flecha 11 en la figura 1B). De forma práctica, la fuerza de apoyo se aplica axialmente sobre el eje (12) del rotor dotado para este fin de un collarín (13) que forma un tope axial.
Bajo la acción de la fuerza (11), el disco (3) del rotor se deforma elásticamente y el patín (2) de contacto con el que es solidario se comba de modo que su cara (14) de contacto se inclina. Bajo el esfuerzo de empuje comunicado por el patín (2) de contacto del rotor (1), la corona (6) de estator se empuja de nuevo elásticamente en oposición al rotor con una combadura de la culata (8) de estator bajo la acción del par generado debido a la separación entre el soporte de la corona de estator u la aplicación del esfuerzo; así, su cara (9) dentada se inclina en una dirección angular opuesta a la inclinación de la cara (14) de contacto del patín (2) de contacto de rotor. Tal como puede observarse en la figura 1B, las dos caras (9) de la corona (6) de estator y las caras (14) del patín (2) de contacto de rotor, que deberían situarse de manera plana la una sobre la otra, forman entre si un ángulo (a) (exagerado enormemente en la figura 1B para hacer la lectura más clara): el contacto entre las dos caras se vuelve parcial.
Esto da como resultado una degradación importante de la homogeneidad de presión entre el estator y el rotor, lo que afecta notablemente a la regularidad de desplazamiento del rotor.
Para remediar este inconveniente, se ha propuesto, tal como se muestra en la figura 2, conectar el patín (2) de contacto de rotor al disco (3) por medio de una culata (15) deformable de extensión aproximadamente axial. Tal como puede observarse en la figura 2, cuando el disco (3) se deforma bajo la acción de la fuerza de pretensión axial, la culata (15) puede comunicar esta fuerza al patín (2) de contacto al tiempo que se deforma de manera que la cara (14) de contacto del patín (2) de contacto de rotor puede adoptar una inclinación inversa a la que tenia en ausencia de la culata; dicho de otro modo, el patín de contacto de rotor puede acompañar a la corona de rotor en su flexión y puede entonces aplicarse mejor contra la cara (9) dentada de la corona (6) de rotor.
A pesar de la mejora proporcionada por la culata (15), el contacto entre el rotor y el estator sigue siendo imperfecto e insuficientemente homogéneo en el transcurso de la rotación. Además, no es satisfactorio que, durante el funcionamiento, numerosos elementos estén en situación de combadura. Para hacernos una idea mejor, tomando de nuevo el ejemplo citado anteriormente de un motor que tiene un diámetro de 60 mm con una fuerza de pretensión de aproximadamente 200 N, el rotor experimenta, bajo la acción de esta pretensión, un hundimiento de aproximadamente 600 µm y la corona de estator se deforma con un hundimiento del orden de 15 µm mientras que debe poder vibrar en un modo apropiado a una frecuencia de aproximadamente 4 0 kHz.
Para remediar los inconvenientes citados anteriormente que presentan los motores piezoeléctricos del tipo indicado anteriormente y proponer una estructura perfeccionada que permita satisfacer mejor las diversas exigencias de la práctica, los documentos de patente US 5.726.518, JP 06 022 566 A, JP 02 079 783 A, JP 62 296 779 A y JP 63 167 686 A describen motores piezoeléctricos rotativos como los mencionados anteriormente y dispuestos de forma que la base fija se conforma para soportar de manera anular la corona de estator de manera que los esfuerzos de soporte se apliquen a la corona de estator de manera sensiblemente simétrica con respecto al plano cilíndrico medio de esta última. Gracias a esta disposición, la corona de estator ya no está soportada en voladizo y, - bajo el esfuerzo de pretensión, se hunde sensiblemente sin combadura, manteniéndose su cara (9) dentada de contacto sensiblemente paralela a si misma; la cara (14) de contacto del patín (2) de rotor, soportada por la culata (15) elástica y que presenta así una flexibilidad de posicionamiento suficiente, puede acompañar al hundimiento de la corona de estator al tiempo que se mantiene apoyada contra la misma sensiblemente sobre toda su superficie.
Esta solución ha dado lugar a diversas realizaciones prácticas.
En un primer tipo de realización, según los documentos JP 02 079 783, JP 06 022 566 A y JP 62 296 779 A, la base fija comprende dos coronas fijas dispuestas a ambos lados de la corona de estator, una interior y la otra exterior, y las dos separadas radialmente de esta corona de estator, y dos medios de suspensión anulares y elásticamente deformables están interpuestos de manera simétrica entre la corona de estator y, respectivamente, las dos coronas fijas, pudiendo ser los dos medios de suspensión, respectivamente, dos conjuntos de brazos distribuidos regularmente, tal como se propone en el documento JP 02 079 783, y conformados para permitir un desplazamiento axial de la corona de estator.
En un segundo tipo de realización conocido por los documentos US 5.726.518 y JP 06 022 566, la base fija comprende una corona fija subyacente a la corona de estator y un cuerpo anular elásticamente deformable y axialmente interpuesto entre la corona fija y la corona de estator.
Objeto de la invención
El objetivo de la invención es proponer motores de este tipo tanto sencillos como económicos de poner en práctica, y sin un coste de fabricación adicional sensible.
Para este fin, los motores de la invención se definen en la reivindicación 1, según la cual la base fija es del primer o del segundo tipo indicados anteriormente.
En el primer tipo de base, los brazos en forma general de "C" y/o de "S" forman brazos de palanca según direcciones aproximadamente tangenciales que son apropiadas para proporcionar una elasticidad vertical sensible a la corona de estator. Para una realización más compacta axialmente, según la reivindicación 2, los brazos se conforman de manera que la corona de estator esté situada axialmente aproximadamente a la altura de las dos coronas fijas. En el segundo tipo de base, en el que el cuerpo anular comprende un cuerpo' tubular definido por, al menos, una pared elásticamente deformable, esta pared puede ser metálica según la reivindicación 5, y/o el volumen interior del cuerpo...
Reivindicaciones:
1. Motor piezoeléctrico rotativo, que comprende:
- un estator (5) que comprende una corona (6) de estator dentada,
- una base (18) fija para soportar la corona (6) de estator,
- un rotor (1) que tiene un patín (2) de rotor anular apoyado sobre la corona (6) de estator bajo un esfuerzo de pretensión,
- medios de empuje apropiados para apoyar axialmente el patín (2) de rotor sobre la corona (6) de estator con pretensión, y
- medios (10) piezoelétricos de excitación de la corona (6) de estator apropiados para excitarla y provocar el desplazamiento rotativo del rotor (1), estando conformada la base (18) fija para soportar anularmente la corona (6) de estator de manera que los esfuerzos de soporte se apliquen a la corona (6) de estator de manera sensiblemente simétrica con respecto al plano (16) cilíndrico medio de esta última,
siendo la base (18) fija de uno u otro de dos tipos, de los que el primer tipo comprende dos coronas (28i, 28e) fijas dispuestas a ambos lados de la corona (6) de estator, una (28i) interior y otra (28e) exterior, y ambas separadas radialmente de la corona (6) de estator, y dos medios (20) de suspensión anulares y elásticamente deformables están interpuestos simétricamente entre la corona (6) de estator y, respectivamente, las dos coronas (28i, 28e) fijas, siendo los dos medios (20) de suspensión, respectivamente, dos conjuntos de brazos (21) distribuidos regularmente y
conformados para permitir un desplazamiento axial de la corona (6) de estator, y de los que el segundo tipo comprende una corona (23) fija subyacente a la corona (6) de estator y un cuerpo (29) anular elásticamente deformable y axialmente interpuesto entre la corona (23) fija y la corona (6) de estator,
caracterizado porque, si la base (18) fija es del primer tipo, los brazos (21) tienen una forma general de C y/o de S, mientras que si la base (18) fija es del segundo tipo, el cuerpo (29) anular comprende un cuerpo (31) tubular que está definido por al menos una pared (32) elásticamente deformable.
2. Motor piezoeléctrico rotativo, según la reivindicación 2, cuya base (18) fija es del primer tipo, caracterizado porque los brazos (21) están conformados de manera que la corona (6) de estator esté situada axialmente aproximadamente a la altura de las dos coronas (28i, 28e) fijas.
3. Motor piezoeléctrico rotativo, según la reivindicación 1, cuya base (18) fija es del segundo tipo, caracterizado porque el volumen (33) interior del cuerpo (31) tubular está lleno de un gas a presión.
4. Motor piezoeléctrico rotativo, según la reivindicación 1 ó 3, cuya base (18) fija es del segundo tipo, caracterizado porque el cuerpo (29) anular tiene dos paredes (32) laterales opuestas sensiblemente en forma de C o de S, simple o múltiple, elásticamente deformables y unidas de manera estanca a la corona (6) de estator, a ambos lados de ésta, y a la base (18) fija.
5. Motor piezoeléctrico rotativo, según una de las reivindicaciones 1, 3 y 4, cuya base (18) fija es del segundo tipo, caracterizado porque la pared (32) elásticamente deformable es metálica.
6. Motor piezoeléctrico rotativo, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque que el patín (2) de contacto de rotor es solidario con la pieza (25) rotativa que debe moverse.
7. Motor piezoeléctrico rotativo, según la reivindicación 6, caracterizado porque la base (18) fija está rebajada (36) central y coaxialmente a la corona (6) de estator.
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