ACTUADOR DE MATERIAL CON MEMORIA DE FORMA.
Actuador de material con memoria de forma.Actuador del tipo de los accionados mediante fibras realizadas en material con memoria de forma.
El actuador tiene al menos un módulo contráctil (5) que está formado a su vez por una pluralidad de fibras (1) contráctiles realizadas en aleaciones con memoria de forma que se contraen cuando sufren un aumento de temperatura, volviendo a su posición original al disminuir dicha temperatura. Las fibras (1) contráctiles se fijan por sus extremos (2) a unos soportes (3) enfrentados que sufren un desplazamiento relativo entre ellos cuando las fibras (1) se contraen al aumentar la temperatura, originando el movimiento del actuador. Los soportes (3) son placas de circuito impreso que proporcionan la corriente eléctrica necesaria para el aumento de temperatura que provoca la contracción de las fibras (1) y el desplazamiento relativo entre los soportes (3)
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200801141.
Solicitante: ARQUIMEA INGENIERIA, S.L.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: MADRID.
Inventor/es: FERNANDEZ INFANTE,DIEGO, TORRES RODRIGUEZ,ANTONIO, CABAS,RAMIRO.
Fecha de Solicitud: 21 de Abril de 2008.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 19 de Enero de 2011.
Clasificación Internacional de Patentes:
- F03G7/06B
Clasificación PCT:
- F03G7/06 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR. › F03G MOTORES DE RESORTES, DE PESOS, DE INERCIA O ANALOGOS; DISPOSITIVOS O MECANISMOS QUE PRODUCEN UNA POTENCIA MECANICA, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR O QUE UTILIZAN UNA FUENTE DE ENERGIA NO PREVISTA EN OTRO LUGAR (disposiciones relativas a la alimentación de energía obtenida a partir de fuerzas de la naturaleza en los vehículos B60K 16/00; propulsión eléctrica de los vehículos por fuente de energía obtenida a partir de fuerzas de la naturaleza B60L 8/00). › F03G 7/00 Mecanismos que producen una potencia mecánica no previstos en otra parte o que utilizan una fuente de energía no prevista en otra parte. › utilizando la dilatación o la contracción de los cuerpos producidas por el calentamiento, el enfriamiento, la humidificación, el secado o por fenómenos similares (utilizando la dilatación térmica de los líquidos no vaporizados F01K).
- H02N2/04 ELECTRICIDAD. › 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). › Detalles de la estructura.
Fragmento de la descripción:
Actuador de material con memoria de forma.
Campo técnico de la invención
La presente invención pertenece al campo técnico de los accionadores y actuadores mecánicos, más concretamente a los actuadores realizados en materiales con memoria de forma, los cuales varían sus dimensiones al variar las condiciones a las que están sometidos y recuperan su forma original al volver las condiciones a su estado original, y más concretamente a actuadores realizados utilizando fibras de aleaciones con memoria de forma que se contraen al aumentar la temperatura y vuelven a su estado original cuando disminuye la temperatura, preferentemente mediante la ayuda mediante medios de retorno tales como muelles o cualquier otro tipo de resorte.
Antecedentes de la invención
En la actualidad existen diversos actuadores basados en aleaciones con memoria de forma, tales como aleaciones de níquel y titanio. Los elementos realizados con estas aleaciones se contraen cuando la temperatura se eleva hasta un valor determinado, y vuelven a su posición original cuando desciende la temperatura ambiente. Esta propiedad se utiliza para el accionamiento de palancas, accionadores y actuadores, con un gran campo de aplicación en palancas, cierres, simples accionamientos o elementos utilizados en robótica, aeronáutica, espacio, automoción, automatización, o medicina.
El documento de patente JP2005048658 describe un actuador basado en red fabricada en aleación con memoria de forma fijada en soportes con fibras formando un ángulo determinado.
Asimismo, el documento de patente JP2005098241 muestra otro actuador basado en aleaciones con memoria de forma conectado a un circuito de corriente para el accionamiento de las fibras de las aleaciones.
El documento US2005/0274580 describe un actuador de aleación con memoria de forma cuyos elementos deformables se accionan mediante calor proporcionado por corriente transmitida desde un circuito.
En los actuadores realizados en aleaciones con memoria de forma existentes en el estado de la técnica, las fibras deformables se suelen pegar o soldar directamente al armazón del actuador, o bien a anclajes que únicamente cumplen una función de sujeción mecánica, lo que origina problemas relacionados con el proceso de fijación utilizado o el estrés que soportan las fibras debido a su unión a los anclajes, además del peso adicional del actuador debido a los soportes. Además se necesita una conexión eléctrica independiente de los soportes que origine el incremento de temperatura necesario para la deformación de las fibras, y un sistema de control del circuito eléctrico exterior al actuador, lo que eleva el coste de fabricación, además de proporcionar un funcionamiento y control del actuador complejo.
Era por tanto deseable un actuador que consiguiera una utilización eficiente de las fibras de aleaciones con memoria de forma evitando los inconvenientes existentes en los anteriores sistemas del estado de la técnica.
Descripción de la invención
La presente invención resuelve los problemas existentes en el estado de la técnica mediante un actuador de fibras de material con memoria de forma, estando el actuador formado por al menos un módulo contráctil que tiene una pluralidad de fibras contráctiles de aleaciones con memoria de forma que se contraen cuando sufren un aumento de temperatura, volviendo a su posición original al disminuir dicha temperatura preferentemente mediante la ayuda de medios de retorno, tales como muelles. Las aleaciones más comunes son las de níquel y titanio, y entre ellas, las comúnmente conocidas como nitinol.
Las fibras se fijan por sus extremos a unos soportes enfrentados, los cuales sufren un desplazamiento relativo entre ellos, cuando las fibras se deforman al variar la temperatura, originando el movimiento del actuador.
Estos soportes son placas de circuito impreso, PCB, los cuales además de la sujeción de las fibras, proporcionan la conexión a la corriente eléctrica necesaria para el aumento de temperatura que provoca la contracción de las fibras y el desplazamiento relativo entre los soportes que origina el movimiento del actuador. De esta forma se unifican las dos conexiones de las fibras, la mecánica, y la eléctrica. Además, estas placas PCB permiten integrar la electrónica del control del actuador mediante la variación de temperatura a través de la corriente, en el propio soporte de las fibras.
Así, se ahorran costes de fabricación, y se simplifica el manejo y control de los actuadores.
Otra de las ventajas que proporciona este tipo de soporte es que las fibras sufren menores tensiones que con los anclajes convencionales e incrementan la vida útil del actuador.
Según una realización particular de la invención, el actuador tiene unos anclajes dispuestos en los soportes los cuales impiden el movimiento de las fibras en una dirección perpendicular al movimiento del actuador, optimizando con esto el movimiento de dicho actuador.
Para aumentar la deformación de las fibras, éstas se disponen en los soportes formando un ángulo determinado con respecto a la dirección del desplazamiento, el ángulo de pennación, que es un ángulo equivalente al que adoptan las fibras musculares, y que optimizan la pérdida de la fuerza en función del desplazamiento del accionador. Dependiendo de la inclinación, el actuador puede incrementar su deformación considerablemente con respecto a la que sufriría con las fibras dispuestas en la dirección del movimiento de dicho actuador.
El actuador puede estar formado por varios módulos contráctiles, que se conectan en serie o en paralelo, siendo el movimiento total del actuador el resultado de la suma de las deformaciones, o la fuerza total del actuador la suma de las fuerzas de los módulos contráctiles.
Preferentemente, el actuador tiene un elemento elástico adicional al que se le fijan los soportes de las fibras, y que ayuda a la recuperación elástica de las fibras del actuador. Este elemento elástico puede consistir en un muelle, o en un recubrimiento del actuador.
Adicionalmente, el actuador comprende un sustrato de tejido, que puede ser semi-rígido, o flexible, al que se cosen las fibras contráctiles, reduciendo el espacio del actuador, ya que se evitan carcasas, pudiendo hacer de esta forma actuadores finos y manejables. Además, en el caso de, utilizar varias fibras evita que éstas se toquen optimizando el rendimiento del actuador.
Descripción de las figuras
A continuación, para facilitar la comprensión de la invención, a modo ilustrativo pero no limitativo se describirá una realización de la invención que hace referencia a una serie de figuras.
La figura 1 es una vista esquemática de un actuador objeto de la invención donde se pueden apreciar sus principales elementos.
La figura 2 muestra de forma esquemática el actuador objeto de la invención en el cual preferentemente las fibras presentan un determinado ángulo con la dirección de movimiento del actuador, ángulo de pennación.
La figura 3 es una representación esquemática de una realización particular de la invención en la cual el actuador presenta una pluralidad de módulos contráctiles.
La figura 4 es una vista esquemática de una realización preferente de la invención en el cual el actuador comprende un elemento elástico pretensado que le ayuda en su movimiento.
La figura 5 representa de forma esquemática un actuador con una pluralidad de módulos contráctiles dispuesta en una superficie curva.
En estas figuras se hace referencia a un conjunto de elementos que son:
Descripción de realizaciones preferentes de la...
Reivindicaciones:
1. Actuador de fibras de material con memoria de forma, del tipo de los que comprende al menos un módulo contráctil (5) que comprende a su vez
2. Actuador de fibras de material con memoria de forma, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las fibras (1) están fijadas a los soportes (3) formando un ángulo con respecto a la dirección del movimiento del actuador, amplificando la deformación de dichas fibras (1).
3. Actuador de fibras de material con memoria de forma, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una pluralidad de módulos contráctiles (5) conectados en serie, constituyendo la suma de todos los movimientos de los módulos contráctiles (5) el movimiento total del actuador.
4. Actuador de fibras de material con memoria de forma, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque comprende una pluralidad de módulos contráctiles (5) conectados en paralelo, constituyendo la suma de todas las fuerzas realizadas por los módulos contráctiles (5) la fuerza total del actuador.
5. Actuador de fibras de material con memoria de forma, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un elemento elástico (6) al que se fijan los soportes (3) de las fibras (1), cuya recuperación elástica ayuda a la recuperación de las fibras (1).
6. Actuador de fibras de material con memoria de forma, según la reivindicación anterior, caracterizado porque el elemento elástico (6) es un muelle realizado en un material seleccionado entre metálico, y un elastómero.
7. Actuador de fibras de material con memoria de forma, según la reivindicación 5, caracterizado porque el elemento elástico (6) es un recubrimiento externo en el cual están embebidos las fibras (1) contráctiles y los soportes (3) de éstas.
8. Actuador de fibras de material con memoria de forma, según la reivindicación anterior, caracterizado porque el recubrimiento externo está realizado en un material seleccionado entre silicona, caucho, goma, nylon®, fibra de vidrio y tela.
9. Actuador de fibras de material con memoria de forma, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un sustrato de tejido al cual están cosidas las fibras (1) contráctiles.
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