Método de accionamiento de motor ultrasónico.

Un método para accionar un motor ultrasónico que utiliza un circuito inverso de puente trifásico,

el circuito inverso de puente trifásico que comprende una primera pata (51), una segunda pata (52) y una tercera pata (53), el motor ultrasónico que comprende una pluralidad de elementos piezoeléctricos (PZT) divididos en grupos de dos en dos cada uno que comprende un primer elemento piezoeléctrico y un segundo elemento piezoeléctrico, y cada uno de los cuatro elementos piezoeléctricos adyacentes (41-44, 45-48) se polarizan en la secuencia de "++--", el método que comprende: conectar un terminal del primer elemento piezoeléctrico (41; 43; 45; 47) al terminal de salida (A) de la primera pata (51), el otro terminal del primer elemento piezoeléctrico a un terminal común (B), en donde el terminal común (B) es el terminal de salida de la segunda pata; conectar un terminal del segundo elemento piezoeléctrico (42; 44; 46; 48) al terminal de salida (C) de la tercera pata (53), el otro terminal del segundo elemento piezoeléctrico al terminal común (B), controlar las primera, segunda y tercera patas de manera que una fase de un primer voltaje alterno entre los terminales de salida de las primera y segunda patas difiere de la fase de un segundo voltaje alterno entre los terminales de salida de las tercera y segunda patas por un ángulo de 90°, y cada uno de los primer y segundo voltajes alternos tienen una frecuencia en la que resuena el motor ultrasónico.

2 DESCRIPCIÓN Método de accionamiento de motor ultrasónico Campo técnico 5 La presente invención se refiere a un método para accionar un motor ultrasónico. Antecedentes técnicos 10 El motor ultrasónico es un mecanismo de accionamiento que se forma mediante el uso de los efectos piezoeléctricos inversos de materiales piezoeléctricos para incorporar una pluralidad de elementos piezoeléctricos en una estructura particular. Generalmente comprende componentes funcionales, tales como un estator y un rotor etc. Los elementos piezoeléctricos que tienen efectos electroestrictivos se fijan al estator. El motor ultrasónico en la técnica anterior se proporciona generalmente con cuatro (o un múltiplo entero de cuatro) elementos piezoeléctricos, y se acciona por una 15 fuente de alimentación sinusoidal de cuatro fases o dos fases en ortogonal. Es decir, en un primer método, las señales de potencia de sin Ït, cos Ït, -sin Ït y -cos Ït se aplican a los cuatro elementos piezoeléctricos en el mismo grupo, respectivamente. Alternativamente, en un segundo método, dos elementos piezoeléctricos del mismo grupo se conectan en serie inversa, y entonces se proporcionan con las señales de potencia de sin Ït y cos Ït, como se muestra en la Fig. 1, de manera que las ondas viajeras se generan en el motor ultrasónico para hacer girar el motor. 20 El segundo método ahorra dos fuentes de alimentación más que el primer método, y por lo tanto se utiliza más a menudo que el primer método en la práctica. Sin embargo, de acuerdo con el segundo método, los elementos piezoeléctricos del motor ultrasónico deben utilizar las señales de potencia de sin Ït y cos Ït en serie inversa para reemplazar las señales de potencia originales de -sin Ït y -cos Ït. La fuente de alimentación necesita un voltaje diploide 25 para alimentar los elementos piezoeléctricos en serie. Además, el propio elemento piezoeléctrico necesita una amplitud de accionamiento relativamente alta, de modo que la amplitud de voltaje de una fuente de alimentación es relativamente alta, a menudo entre varias decenas y varios cientos de voltios, cuando el elemento piezoeléctrico se alimenta por la fuente de alimentación sinusoidal bifásica en ortogonal. Particularmente, para los dispositivos portátiles alimentados por baterías, se aumenta la dificultad en el diseño de la fuente de alimentación. 30 En un motor ultrasónico conocido como se muestra en la Fig. 1, el estator se forma por un cilindro de metal hueco, fuera del cual se unen las cerámicas piezoeléctricas. La superficie externa del elemento piezoeléctrico forma un electrodo después de la metalización, la superficie interna del mismo que está en corte por el cilindro de metal a fin de convertirse en un terminal de tierra común. Los elementos piezoeléctricos 11-14 como se muestra en la Fig. 1 se polarizan en una 35 dirección hacia adelante (indicada por "+" que significa que la polarización se dirige al cilindro de metal interior desde el exterior) respectivamente. Una señal de potencia de 2AsinÏt se aplica entonces a través de los elementos piezoeléctricos 11 y 13, y se aplica una señal de potencia de 2AcosÏt a través de los elementos piezoeléctricos 12 y 14, como líneas discontinuas mostradas en la Fig. 1, en donde A es la amplitud del voltaje requerida para accionar un solo elemento piezoeléctrico de manera que el motor ultrasónico comienza a funcionar. 40 Los circuitos para formar la fuente de alimentación sinusoidal son complejos, particularmente, la fuente de alimentación necesita un circuito de filtro voluminoso, por lo que se prefiere seleccionar un circuito inverso con una estructura de circuito más simple para producir las ondas cuadradas de frecuencias y fases idénticas. Como se muestra en la Fig. 2, se utilizan dos puentes monofásicos H independientemente controlados para producir dos ondas cuadradas, la 45 diferencia de fase de los cuales es 90º , en lugar de la fuente de alimentación sinusoidal como se muestra en la Fig. 1 (con referencia a la línea continua mostrada en la Fig. 1) , de manera que el motor ultrasónico también puede comenzar a funcionar. En ese momento, la parte efectiva real de la onda cuadrada es solamente el componente fundamental, la amplitud de la cual es 1.27 (=4/Ï?) veces de la amplitud de voltaje de la onda cuadrada. Los componentes armónicos restantes son inservibles para accionar el motor, por lo que podrían restringirse de varias maneras. 50 Cuando se acciona el motor ultrasónico antes mencionado por dos fuentes de alimentación de ondas sinusoidales o cuadrada bifásica en ortogonal, la fuente de alimentación alimenta dos elementos piezoeléctricos en serie y produce un voltaje con la amplitud de 2A, en donde A es la amplitud del voltaje requerida para accionar un solo elemento piezoeléctrico. Adicionalmente, en la aplicación de dispositivos portátiles, con el fin de accionar el motor ultrasónico con 55 una batería, debe anteponerse un circuito de conmutación de refuerzo de DC/DC a fin de elevar el voltaje de la batería hasta el voltaje requerido por el motor ultrasónico. Un circuito inverso como se muestra en la Fig. 2 se usa para convertir el voltaje reforzado en el voltaje bifásico en ortogonal requerido por el motor ultrasónico. Cuando se fija el voltaje de la batería y aumenta la amplitud de la entrada de voltaje al motor, en consecuencia aumenta la relación de refuerzo del circuito de conmutación de refuerzo de DC/DC, de manera que es más difícil que el motor produzca. 60 EP 0 740 354 A1 describe un elemento de conversión de energía de tipo de pila que incluye un primer elemento de 3 conversión de energía electromecánico que tiene una pluralidad de electrodos de accionamiento como un primer grupo, todos los cuales se polarizan en una primera dirección, y un segundo elemento de conversión de energía electromecánico que tiene una pluralidad de electrodos de accionamiento como un segundo grupo, todos los cuales se polarizan en una segunda dirección en la que se obtiene una característica inversa a la de la primera dirección, en donde los primero y segundo elementos de conversión de energía se apilan unos sobre otros de manera que las fases 5 de los electrodos del primer grupo se desplazan a partir de las de los electrodos del segundo grupo. US 2006/0049720 A1 describe un ensamble óptico que contiene un dispositivo óptico móvil unido a un aparato para accionar un ensamble de eje roscado. El aparato contiene un eje roscado con un eje de rotación y, unido con el mismo, una tuerca roscada. El ensamble contiene un dispositivo para sujetar la tuerca roscada a las vibraciones ultrasónicas y 10 provocando de este modo que el eje gire y se traslade simultáneamente en la dirección axial. CN 1 874 134 A describe un motor ultrasónico y su método de accionamiento. El motor comprende el rotor y el estator, y los elementos piezoeléctricos se forman en el estator o rotor, el número de los elementos piezoeléctricos es 3, 5, 7 o múltiplos enteros de ellos. El método de accionamiento comprende las siguientes etapas: adquirir la fuente polifásica, la 15 fuente tiene M fases, en las que M es 3, 5, 7 o múltiplos enteros de ellos, en los que la diferencia de fase es 2p/M; y aplicar las fases voltaje en la fuente respectivamente a los elementos piezoeléctricos. JP2004120840 describe un primer elemento de conmutación y un cuarto elemento de conmutación que funciona en un par, un segundo elemento de conmutación y un tercer elemento de conmutación que funciona en un par, y un primer 20 elemento piezoeléctrico se acciona por cada par que se conmuta en la fase inversa. Un tercer elemento de conmutación y un quinto elemento de conmutación funcionan en un par, y el cuarto elemento de conmutación y el sexto elemento de conmutación funcionan en un par. El segundo elemento piezoeléctrico se acciona por cada par que se conmuta en la fase inversa, y se pone en tal estado que una junta a2 y una junta a3 están en cortocircuito en todo momento. El primer elemento piezoeléctrico y el segundo elemento piezoeléctrico se accionan individualmente usando el mismo circuito de 25 accionamiento. Sumario de la invención Un objetivo que debe resolver la presente solicitud es proporcionar un método para accionar un motor ultrasónico 30 usando un circuito de accionamiento simplificado. Otro objetivo que debe resolver la presente solicitud es proporcionar un método para accionar un motor ultrasónico usando más de un circuito de accionamiento simplificado que es más fácil de integrar. 35 Aún otro objetivo que debe resolver la presente solicitud es proporcionar un método para accionar un motor ultrasónico con un circuito de accionamiento simplificado, en donde se mejora la eficacia de los elementos pasivos en el circuito de accionamiento. Todavía otro objetivo que debe resolver la presente solicitud... [Seguir leyendo]

13

Reivindicaciones

4. 48) se polarizan en la secuencia de "++--", el método que comprende: conectar un terminal del primer elemento piezoeléctrico (41; 43; 45; 47) al terminal de salida (A) de la 10 primera pata (51) , el otro terminal del primer elemento piezoeléctrico a un terminal común (B) , en donde el terminal común (B) es el terminal de salida de la segunda pata; conectar un terminal del segundo elemento piezoeléctrico (42; 44; 46; 48) al terminal de salida (C) de la tercera pata (53) , el otro terminal del segundo elemento piezoeléctrico al terminal común (B) , controlar las primera, segunda y tercera patas de manera que una fase de un primer voltaje alterno entre los 15 terminales de salida de las primera y segunda patas difiere de la fase de un segundo voltaje alterno entre los terminales de salida de las tercera y segunda patas por un ángulo de 90º , y cada uno de los primer y segundo voltajes alternos tienen una frecuencia en la que resuena el motor ultrasónico. 2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde, cada una de las primera, segunda y tercera patas 20 comprende un primer transistor y un segundo transistor en serie, y en donde, la etapa de controlar las primera, segunda y tercera patas comprende: controlar las primera, segunda y tercera patas con las señales de manera que el primer transistor y el segundo transistor de cada una de las primera, segunda y tercera patas sean conductores de forma 25 complementaria, en donde la señal para controlar la segunda pata tiene una fase que difiere de la señal para controlar la primera pata por un ángulo de 90º , y la señal para controlar la tercera pata tiene una fase que es inversa con relación a la fase de la señal para controlar la primera pata. 3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además: 30 disponer un circuito de conmutación de DC/DC anterior al circuito inverso de puente trifásico, de manera que el voltaje de alimentación se convierte a un voltaje requerido por cada uno de los elementos piezoeléctricos. 35 4. Un método para accionar un motor ultrasónico que utiliza un circuito de conmutación de refuerzo de DC/DC, el circuito de conmutación de refuerzo de DC/DC que comprende un primer circuito de conmutación de DC/DC y un segundo circuito de conmutación de DC/DC, el motor ultrasónico que comprende una pluralidad de elementos piezoeléctricos divididos en grupos de dos en dos cada uno que comprende un primer elemento piezoeléctrico y un segundo elemento piezoeléctrico, en donde cada uno de los cuatro elementos 40 piezoeléctricos adyacentes se polarizan en la secuencia de "++--", el método que comprende: conectar un terminal del primer elemento piezoeléctrico al terminal de salida (A) del primer circuito de conmutación de DC/DC, el otro terminal del primer elemento piezoeléctrico a un terminal de tierra común (C) ; 45 conectar un terminal del segundo elemento piezoeléctrico al terminal de salida (B) del segundo circuito de conmutación de DC/DC, el otro terminal del segundo elemento piezoeléctrico al terminal de tierra común (C) ; y controlar los primer y segundo circuitos de conmutación de DC/DC para trabajar a una frecuencia de ondulación particular a fin de generar un primer y segundo voltajes de ondulación de DC respectivamente, 50 en donde, el primer voltaje de ondulación de DC tiene una frecuencia que es la misma que la frecuencia del segundo voltaje de ondulación de DC, pero una fase que difiere de la del segundo voltaje de ondulación de DC por un cuarto de período, y en donde los primer y segundo voltajes de ondulación de DC tienen amplitudes de voltajes de salida de los primer y segundo circuitos de conmutación de refuerzo de DC/DC, y una frecuencia de ondulación en la que resuena el motor ultrasónico. 55 5. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde, cada uno de los primer y segundo circuitos de conmutación de DC/DC comprende un inductor, un primer transistor y un primer diodo, un extremo del inductor que se conecta al terminal de salida de la fuente de alimentación, el otro extremo del inductor que se conecta al colector del primer transistor y el ánodo del primer diodo, el primer transistor que se conecta entre el terminal 60 de salida del inductor y el terminal de tierra, y el primer diodo que se conecta entre el terminal de salida del inductor y el terminal de salida de todo el circuito, un segundo transistor que se conecta entre un terminal de 14 salida de cada uno de los primer y segundo circuitos de conmutación de DC/DC y el terminal de tierra, un segundo diodo que está en conexión paralela inversa con el primer transistor, el método que comprende además: controlar el segundo transistor para descargar periódicamente cada uno de los elementos piezoeléctricos 5 en la frecuencia de ondulación. 6. Un motor ultrasónico, que comprende: un rotor; 10 un estator que comprende un cuerpo de metal cilíndrico hueco, unido con el rotor por roscas de tornillo, en donde una pluralidad de elementos piezoeléctricos divididos en grupos de dos en dos cada uno formado de un primer elemento piezoeléctrico y un segundo elemento piezoeléctrico se proporcionan en el estator, en donde cada uno de los cuatro elementos piezoeléctricos adyacentes (41-44.

4. 48) se configura para polarizarse en la secuencia de "++--", y el estator forma el terminal común para la pluralidad de elementos 15 piezoeléctricos; y un circuito inverso de puente trifásico que comprende una primera pata (51) , una segunda pata (52) y una tercera pata (53) , en donde, un terminal del primer elemento piezoeléctrico (41, 43, 45, 47) se conecta al terminal de salida (A) de la primera pata (51) , el otro terminal del primer elemento piezoeléctrico que se conecta a un terminal 20 común (B) , en donde el terminal común es el terminal de salida de la segunda pata, en donde, un terminal del segundo elemento piezoeléctrico se conecta al terminal de salida (C) de la tercera pata (53) , el otro terminal del segundo elemento piezoeléctrico que se conecta al terminal común (B) ; y en donde, una fase de un primer voltaje alterno entre los terminales de salida de las primera y segunda patas difiere de la fase de un segundo voltaje alterno entre los terminales de salida de las tercera y segunda 25 patas por un ángulo de 90º ; y cada uno de los primer y segundo voltajes alternos tienen una frecuencia en la que resuena el motor ultrasónico. 7. Un motor ultrasónico, que comprende: 30 un rotor; un estator que comprende un cuerpo de metal cilíndrico hueco, unido con el rotor por roscas de tornillo, en donde una pluralidad de elementos piezoeléctricos divididos en grupos de dos en dos cada uno que comprende un primer elemento piezoeléctrico y un segundo elemento piezoeléctrico se proporcionan en el estator, en donde cada uno de los cuatro elementos piezoeléctricos adyacentes se polarizan en la 35 secuencia de "++--", y el estator forma un terminal de tierra común (C) para la pluralidad de elementos piezoeléctricos; un primer circuito de conmutación de DC/DC; y un segundo circuito de conmutación de DC/DC, en donde, un terminal del primer elemento piezoeléctrico se conecta al terminal de salida (A) del primer 40 circuito de conmutación de DC/DC, el otro terminal del primer elemento piezoeléctrico que se conecta al terminal de tierra común (C) ; y en donde un terminal del segundo elemento piezoeléctrico se conecta al terminal de salida (B) del segundo circuito de conmutación de DC/DC, el otro terminal del segundo elemento piezoeléctrico que se conecta al terminal de tierra común (C) ; en donde, los primer y segundo circuitos de conmutación de DC/DC se configuran para generar un primer y 45 segundo voltajes de ondulación de DC/DC a través de los terminales de salida respectivas; y en donde, el primer voltaje de ondulación de DC tiene una frecuencia que es la misma que la del segundo voltaje de ondulación de DC, pero una fase difiere de la del segundo voltaje de ondulación de DC por un cuarto de período, y en donde los primer y segundo voltajes de ondulación de DC tienen amplitudes de voltajes de salida de los primer y segundo circuitos de conmutación de DC/DC, y una frecuencia de 50 ondulación en la que resuena el motor ultrasónico.