PL211196B1 - Rotacyjny przetwornik ruchu napędu piezoelektrycznego - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211196 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 386552 ^{(51) Int.Cl.}

H02N 2/10 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 18.11.2008 (54)

Rotacyjny przetwornik ruchu napędu piezoelektrycznego

	(73) Uprawniony z patentu:
	AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	IM. STANISŁAWA STASZICA, Kraków, PL
24.05.2010 BUP 11/10	(72) Twórca(y) wynalazku:
	DANIEL PRUSAK, Kraków, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	TADEUSZ UHL, Wieliczka, PL
30.04.2012 WUP 04/12	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Barbara Kopta

PL 211 196 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest rotacyjny przetwornik ruchu napędu piezoelektrycznego

Piezoelektryczne silniki rezonansowe znajdują zastosowanie między innymi do napędu bardzo precyzyjnych urządzeń i mechanizmów charakteryzujących się bardzo wysoką rozdzielczością ruchu, sięgającą ułamków mikrometra (lub w niektórych przypadkach części nanometra) jak również do budowy urządzeń i układów mikrometrycznych, wymagających bardzo wysokiej precyzji ruchu np. mikrorobotów, mikrochwytaków, a także w technice światłowodowej, technice MEMS oraz w manipulacjach wykonywanych pod mikroskopami.

Piezoelektryczne obrotowe silniki rezonansowe są jedną z najbardziej popularnych grup ultraprecyzyjnych napędów stosowanych w mikro- i nanotechnologii.

We współcześnie znanych konstrukcjach silników rezonansowych, pracujących z mikro- i nanodokładnościami i napędzających urządzenia manipulacyjne o wysokiej precyzji ruchu, stosuje się piezoelektryczne elementy drgające, generujące ruch drgający lub ruch falowy oraz mechaniczne układy, najczęściej oparte na sprzężeniach sprężysto-tarciowych, zamieniające ruch drgający lub falowy na płynny ruch liniowy lub obrotowy.

Z opisu patentowego US4453103 znany jest silnik piezoelektryczny zawierający stojan, mający obudowę, wirnik tarciowo współpracujący ze stojanem, oscylator piezoelektryczny drgań promieniowych, zainstalowany na obudowie, zawierający ustawiony współosiowo z wirnikiem piezoelement w postaci tarczy z elektrodami, spolaryzowany prostopadle do tych elektrod, oraz co najmniej dwa popychacze, z których każdy jest zamocowany jednym końcem na powierzchni cylindrycznej piezoelementu, a drugim końcem opiera się o wirnik. Przetwornik energii drgającej na ruch obrotowy stanowią dwie blaszki wygięte i naprężone, przymocowane na stałe do elementu piezoelektrycznego, a z drugiej strony przylegają ce do wewnę trznej powierzchni obracają cego się pierś cienia.

Z polskiego opisu patentowego 191141 znany jest silnik piezoelektryczny zaopatrzony w zewnętrzny cylinder i usytuowany współosiowo generator drgań wyposażony w rozmieszczone symetrycznie względem osi płytki piezoelektryczne drgań ścinania, do których zamocowane są płaskie sprężyny, ze swobodnymi końcami opartymi o wewnętrzną ściankę zewnętrznego cylindra. Jeden koniec sprężyny ma ostrą krawędź, a drugi ma krawędź ślizgową. Sprężyny przytwierdzone są do zewnętrznych płaszczyzn płytek piezoelektrycznych, zaś wewnętrzne płaszczyzny płytek przytwierdzone są stycznie do sprężystego cylindra umieszczonego współosiowo w zewnętrznym cylindrze.

Celem wynalazku jest opracowanie łatwego w wykonaniu mechanicznego przetwornika energii drgającej na ruch obrotowy o właściwościach polepszających parametry konstrukcyjne oraz parametry ruchowe silnika rezonansowego.

Istotę wynalazku stanowi monolityczny, pierścieniowy rotacyjny przetwornik ruchu napędu piezoelektrycznego, który na wewnętrznym obwodzie posiada listki, korzystnie o łukowym kształcie, tworzące gęsto upakowaną strukturę, przy czym listki u nasady są pogrubione, a pocienione ku środkowi, natomiast końcówka robocza ma ostrą, haczykowatą krawędź, zapewniającą lepszy kontakt z warstwą pośredniczącą piezoelementu.

Element wykonany jest z jednego kawałka metalu techniką np. elektroerozyjną, tworzy zwartą konstrukcję, zajmującą mało miejsca po obwodzie w stosunku do elementu piezoelektrycznego znajdującego się w środku.

Taka konstrukcja elementu wykazuje szereg zalet w porównaniu z rozwiązaniami istniejącymi. Pozwala na zwiększenie momentu obrotowego, zwiększenie powierzchni tarcia, zwiększenie momentu blokującego ruch wsteczny, zwiększenie odporności na boczny moment skręcający, a także pozwala na zmniejszenie gabarytów całego silnika

Wynalazek uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia rotacyjny przetwornik ruchu napędu piezoelektrycznego w widoku z góry.

Przetwornik (1), na wewnętrznym obwodzie posiada listki (2) o łukowym kształcie, pozwalającym utworzyć gęsto upakowaną strukturę, przy czym listki u nasady, w miejscu mocowania do pierścienia (1) są pogrubione w punkcie oznaczonym (3), a pocienione ku środkowi w miejscu kontaktu oznaczonym (4) z piezoelementem, natomiast pogrubiona końcówka robocza (5) ma ostrą, haczykowatą krawędź, zapewniającą lepszy kontakt z warstwą pośredniczącą (6) piezoelementu (7). Działanie polega na zamianie ruchu drgającego elementu piezoelektrycznego (7) na płynny ruch obrotowy przetwornika ruchu napędu piezoelektrycznego, w którym wszystkie listki (2) po włożeniu piezoelementu uginają się,a podczas pracy na skutek drgań piezoelementu listki uginają się zgodnie z drganiami

PL 211 196 B1 piezoelementu ale ugięcie podczas pracy jest rzędu kilku do kilkudziesięciu mikrometrów co wystarczy aby wprawić w ruch obrotowy silnik.

Wykaz oznaczeń na rysunku

1. przetwornik

2. listki

3. pogrubiona nasada listka

4. miejsce kontaktu z piezoelementem

5. pogrubiona końcówka robocza

6. warstwa pośrednicząca

7. drgający element piezoelektryczny

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Rotacyjny przetwornik ruchu napędu piezoelektrycznego, znamienny tym, że na wewnętrznym obwodzie posiada listki (2), tworzące gęsto upakowaną strukturę, przy czym listki (2) u nasady są pogrubione, a pocienione ku środkowi, natomiast końcówka robocza ma ostrą, haczykowatą krawędź, zapewniającą lepszy kontakt z warstwą pośredniczącą piezoelementu.
2. 2. Rotacyjny przetwornik ruchu według zastrz. 1, znamienny tym, że listki (2) maja kształt łukowy.