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lunes, 29 de diciembre de 2014

MOTOR PIEZOELÉCTRICO



Los motores piezoeléctricos funcionan en base al fenómeno piezoeléctrico inverso, que consiste en el cambio de forma que experimenta un material piezoeléctrico cuando es sometido a un campo eléctrico, obtenido mediante la aplicación de una tensión eléctrica.
En la nota Piezoelectricidad, fue explicado el fenómeno. Ahora mostraremos el funcionamiento de un motor real. 
Motor piezoeléctrico rotativo, excitado por onda viajera
Consta de dos partes: el estator, de material piezoeléctrico, donde se aplica la señal eléctrica y el rotor, que  presiona sobre la superficie del estator y entrega la salida mecánica.
Mediante la aplicación de dos tensiones eléctricas adecuadas sobre el estator, como veremos, se logra generar una onda viajera, que a su vez  produce perturbaciones mecánicas elípticas sobre el estator. Por fricción, el estator empuja al rotor y lo hace girar sobre su eje. En la Fig. 1 se muestra el principio de funcionamiento y en las Fig. 2  y 3 se muestran dos de las posiciones posibles durante la rotación. En estas figuras no se ha representado el eje.

Fig.1 – Principio de funcionamiento del motor piezoeléctrico rotativo por onda viajera

Generación de la onda viajera
Recordando la teoría de las ondas, una onda viajera tiene la forma:
Yv(x, t) = A cos(kx − ωt)        (1)
Mientras que una onda estacionaria es representada por:
Ye(x, t) = A cos kx cos ωt      (2)
Utilizando relaciones trigonométricas, la (1) puede ser transformada en:
Yv(x, t) = A cos kx cos ωt + A cos(kx − π/2) cos(ωt − π/2).     (3)
Esto nos conduce a un resultado importante: una onda viajera se puede generar mediante la superposición de dos ondas estacionarias cuyas fases difieren en 90º entre sí tanto en el tiempo como en el espacio. Además, un punto que se mueva cumpliendo con ambos términos de la (3), se estará moviendo sobre una elipse, ya que ellos representan la ecuación paramétrica de una elipse sobre un plano.
Una onda viajera se genera sobre la superficie del estator, mediante la aplicación de dos tensiones desfasadas 90º entre si, actuando como un anillo flexible para producir movimiento elíptico sobre la cara del rotor. El movimiento elíptico de la superficie de contacto impulsa al rotor y al eje de accionamiento conectado. Se pueden utilizar dientes unidos al estator para aumentar la velocidad de rotación. La operación depende de la fricción entre el rotor en movimiento y el estator, así como de la amplitud y calidad de la onda que viaja en el estator.
Una onda viajera se genera dentro del estator mediante la activación de dos modos simultáneamente. Estos modos son producidos por un circuito de accionamiento que entrega señales cos (wt) y sin (wt), respectivamente, cerca de la resonancia mecánica del anillo del estator. La dirección de la onda que viaja se puede revertir cambiando el signo de una de las señales de accionamiento.
El Rotor
La corrección del micro-movimiento se consigue oprimiendo el rotor sobre la parte superior del estator. La fuerza de fricción entre los dos hace que el rotor gire. La transferencia de movimiento resultante funciona como un engranaje y conduce a una velocidad de rotación mucho más baja que la frecuencia de la onda. El rotor podría ser un material en forma de anillo especial unido a un eje de salida, o podría ser una parte integral de la aplicación que debe ser activado. Puesto que el rotor es un componente pasivo hay una gran libertad en el diseño. Lo más importante es el comportamiento de la superficie que debe ser compatible con el material de los dientes del estator con el fin de producir la fricción necesaria para impulsar la aplicación.
Fig.2 – Una de las posiciones  posibles capturadas
durante el giro.
Fig.3 – Otra de las posiciones  posibles capturadas
durante el giro.
















Referencias



4 comentarios:

  1. si creáramos un motor <8 digamos de unos 10 metros de diámetro) con un rotor relativamente delgado, es lógico suponer que al estar inmerso en un campo vibratorio (supongamos el geomagnetísmo), este debería responder con un "giro" ante el cambio. Si inicialmente le proporcionamos el giro,por inercia, tenderá a mantenerlo (alimentado por el geomagnetísmo en el que está inmerso).Si el sistema lo llevamos a una nave, tendríamos un impulso controlable en dirección y sentido jugando con variables frecuenciales que incidan en el proceso. Una nave aérea podría desplazarse en todo lugar donde exista un campo, el universo es uno gigantesco.No es necesario que e trate de un elemnto piezoeléctrico o una cerámica, puede ser una pasta intermedia manejable en cantidad y forma. ¿El principio básico no está en uso en las aves migratorias?

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  2. Si empleamos la capacidad de contracción de elementos piezoeléctricos podríamos construir un músculo artificial comandado por bioenergía que no estaría sometido a rechazo del organismo al que se implante o podría ser llevado a la robótica desplazando sistemas de gran volumen, como los actuales, y creando mayor fuerza "muscular".

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  3. Si empleamos la capacidad de contracción de elementos piezoeléctricos podríamos construir un músculo artificial comandado por bioenergía que no estaría sometido a rechazo del organismo al que se implante o podría ser llevado a la robótica desplazando sistemas de gran volumen, como los actuales, y creando mayor fuerza "muscular".

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  4. si creáramos un motor <8 digamos de unos 10 metros de diámetro) con un rotor relativamente delgado, es lógico suponer que al estar inmerso en un campo vibratorio (supongamos el geomagnetísmo), este debería responder con un "giro" ante el cambio. Si inicialmente le proporcionamos el giro,por inercia, tenderá a mantenerlo (alimentado por el geomagnetísmo en el que está inmerso).Si el sistema lo llevamos a una nave, tendríamos un impulso controlable en dirección y sentido jugando con variables frecuenciales que incidan en el proceso. Una nave aérea podría desplazarse en todo lugar donde exista un campo, el universo es uno gigantesco.No es necesario que e trate de un elemnto piezoeléctrico o una cerámica, puede ser una pasta intermedia manejable en cantidad y forma. ¿El principio básico no está en uso en las aves migratorias?

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