DE10126606A1 - Nano-converter arrangement has plate moved with respect to fixed plate by electrostatic attraction; its direction of motion can be determined form direction of alignment of elastic hairs - Google Patents
Nano-converter arrangement has plate moved with respect to fixed plate by electrostatic attraction; its direction of motion can be determined form direction of alignment of elastic hairsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Nano-Wandler-Anordnung zum Wandeln elektrischer Energie in mechanische Energie.The invention relates to a nano-transducer arrangement for Convert electrical energy into mechanical energy.
Wandler-Anordnungen zum Wandeln elektrischer in mechanische Energie sind in den verschiedensten Variationen bekannt. In Anlehnung an diese Technologien werden Wandler in der Nanotechnologie insbesondere durch Nachbildung von makroskopischen elektromechanischen Wandler wie z. B. Elektromotoren geschaffen. In den meisten Fällen sind derartige makroskopische Wandler durch einen recht komplexen Aufbau gekennzeichnet, die sich größtenteils nicht für die Umsetzung in der Nanotechnologie eignen.Converter arrangements for converting electrical to mechanical Various variations of energy are known. In Following these technologies, converters in the Nanotechnology in particular through the replication of macroscopic electromechanical transducers such as B. Electric motors created. In most cases macroscopic transducers of this type by a rather complex one Structure marked, which are mostly not for the Implementation in nanotechnology.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Wandler zur Umsetzung elektrischer Ströme/Spannungen in lineare oder Drehbewegungen zu schaffen, mit einer einfachen Anordnung, die sich insbesondere für Wandler mit kleinen Abmessungen eignet.It is an object of the invention to implement a converter electrical currents / voltages in linear or rotary movements to create with a simple arrangement that is especially suitable for converters with small dimensions.
Dies Aufgabe wird gelöst mit einer Nano-Wandler-Anordnung zum Wandeln von elektrischer Energie in mechanische Energie mit einer mit elektrostatisch beaufschlagbaren Plattenanordnung mit wenigstens zwei ebenen Platten, die jeweils in einem Abstand voneinander parallel gegenüberliegend angeordnet sind, von denen wenigstens eine erste Platte fixiert ist und eine zweite Platte relativ zu der ersten Platte bewegbar angeordnet ist, und mit einer Vielzahl von elastischen Haaren, die an der fixierten Platte festgelegt sind und mit vorbestimmter Vorzugsrichtung ausgerichtet zu der bewegbaren Platte hin vorstehen, wobei die zweite bewegbare Platte durch elektrostatische Anziehung relativ zu der fixierten ersten Platte hin bewegbar ist, und wobei die fortgesetzte Bewegungsrichtung der zweiten Platte nach deren Auftreffen auf den elastischen Haaren von der Ausrichtung der elastischen Haare bestimmbar ist. This problem is solved with a nano-transducer arrangement for Convert electrical energy into mechanical energy with a plate arrangement which can be acted upon electrostatically with at least two flat plates, each in one Distance from each other arranged in parallel opposite are, of which at least a first plate is fixed and a second plate is movable relative to the first plate is arranged, and with a variety of elastic Hair that is attached to the fixed plate and with predetermined preferred direction aligned to the movable Protrude plate, with the second movable plate through electrostatic attraction relative to the fixed first Plate is movable, and being the continued Direction of movement of the second plate after hitting it on the elastic hair from the orientation of the elastic hair is determinable.
Durch Anlegen elektrischer Spannung/Strom an die Plattenanordnung wird zunächst die bewegbare zweite Platte im wesentlichen senkrecht zu der fixierten Platte hin bewegt, sofern zwischen den freien Enden der elastischen Haare und der Unterseite der bewegbaren Platte ein Abstand vorgesehen ist. Sobald die bewegbare Platte mit ihrer den elastischen Haaren gegenüberliegenden Unterseite auf die Spitzen bzw. freien Enden derselben auftrifft, wird die fortgesetzte Bewegungsrichtung der bewegbaren Platte von der Ausrichtung bzw. der Vorzugsrichtung der elastischen Haare bestimmt, das heißt, die bewegbare Platte führt eine Bewegung in Richtung der Vorzugsrichtung der elastischen Haare aus. Vorzugsweise stehen sämtliche elastischen Haare gleich weit nach oben in Richtung der bewegbaren Platte vor, enden also mit ihren freien Enden in derselben Ebene, so daß die durch elektrostatische Anziehung nach unten bewegte zweite Platte mit ihrer Unterseite allseits gleichzeitig auf die freien Enden der elastischen Haare auftrifft. Sobald zwischen den Platten der Plattenanordnung keine elektrostatische Anziehung mehr besteht, wird die bewegbare Platte von der fixierten Platte wegbewegt, so daß der ursprüngliche vertikale Abstand zwischen den beiden Platte wiederhergestellt wird. Die elastischen Haare bewegen sich bzw. federn in ihre ursprüngliche vorbestimmte Lage zurück.By applying electrical voltage / current to the Plate arrangement is first the movable second plate in the moved substantially perpendicular to the fixed plate, provided between the free ends of the elastic hair and a distance is provided on the underside of the movable plate is. Once the movable plate with its the elastic Hair opposite bottom on the tips or free ends of the same, the continued Direction of movement of the movable plate from the orientation or the preferred direction of the elastic hair determines that that is, the movable plate moves in the direction the preferred direction of the elastic hair. Preferably all elastic hair is equally high up Direction of the movable plate, so end with their free ends in the same plane, so that through electrostatic attraction downward moving second plate with its bottom on all sides at the same time on the free Ends of the elastic hair. As soon as between the Plates of the plate assembly have no electrostatic attraction there is more, the movable plate is fixed by the Plate moved away so that the original vertical distance between the two plate is restored. The elastic hair moves or springs into hers the original predetermined position.
Vorzugsweise sind die elastischen Haare jeweils in einem Winkel von 80° bis 89° zur Oberfläche der sie tragenden Platte festgelegt. Ferner haben die elastischen Haare hierbei die gleiche Länge, so daß der Abstand zwischen den freien Enden der Haare und der Unterseite der bewegbaren zweiten Platte jeweils gleich groß ist. Mit dieser Ausgestaltung kann die weitere Bewegung der bewegbaren zweiten Platte genau vorbestimmt werden. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, daß die elastischen Haare in verschiedenen Winkeln auf der Oberfläche der fixierten Platte angeordnet sind und jeweils zumindest die gleiche Vorzugsrichtung haben. Auch bei dieser Ausbildung stehen die freien Enden der Haare bis zu einer gemeinsamen Ebene vor.The elastic hair is preferably in one Angles from 80 ° to 89 ° to the surface of the ones carrying them Plate set. Furthermore, the elastic hair here the same length, so the distance between the free Ends of the hair and the bottom of the movable second Plate is the same size. With this configuration the further movement of the movable second plate exactly be predetermined. Alternatively, it is possible that the elastic hair at different angles are arranged on the surface of the fixed plate and each have at least the same preferred direction. Also at In this training, the free ends of the hair stand up to a common level.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform führt die bewegbare Platte durch die elektrostatische Anziehung eine laterale Bewegung aus. Vorzugsweise ist die Vorzugsrichtung derart gewählt, daß die im Winkel angeordneten elastischen Haare jeweils in Richtung parallel zu einer der Längsseiten der fixierten Platte ausgerichtet sind. So lange die bewegbare Platte mit ihrer Unterseite nicht auf die elastischen Haare aufgetroffen ist, bewegt sich diese vertikal in Richtung auf die fixierte Platte zu. Die Umsetzung der zunächst vertikalen Bewegung der bewegbaren zweiten Platte in eine laterale Bewegung relativ zu der fixierten Platte erfolgt, nachdem die bewegbare Platte auf den elastischen Haaren aufgetroffen ist und von diesen parallel relativ zu der entsprechenden Längsseite der fixierten Platte, zu der die elastischen Haare ausgerichtet sind, geführt wird.According to a preferred embodiment, the movable one Plate by electrostatic attraction a lateral Movement out. The preferred direction is preferably such chosen that the elastic hair arranged at an angle each in the direction parallel to one of the long sides of the fixed plate are aligned. As long as the movable one Plate with its bottom not on the elastic hair has hit, it moves vertically towards the fixed plate. Implementation of the initially vertical Movement of the movable second plate into a lateral one Movement relative to the fixed plate occurs after the movable plate is struck on the elastic hair and of these in parallel relative to the corresponding one Long side of the fixed plate, to which the elastic hair are aligned.
Bei einer Ausführungsform, bei der die elastischen Haare mit einem vorbestimmten Winkel mit einer Neigung nach z. B. rechts und parallel zur vorderen Längsseite der fixierten Platte angeordnet sind, wird die bewegbare Platte senkrecht und nach rechts bewegt, da sich die elastischen Haare unter dem Druck der bewegbaren Platte in die Richtung ihrer Vorzugsrichtung elastisch verbiegen bzw. neigen und somit die bewegbare Platte senkrecht und nach rechts tragen bzw. führen. Sobald die elektrostatische Anziehung zwischen den Platten aufgehoben wird, bewegt sich die bewegbare Platte aus ihrer momentanen Position ausschließlich vertikal so weit nach oben, bis der ursprüngliche vertikale Abstand zwischen den beiden Platte wieder hergestellt ist. Dabei richten sich die im wesentlichen sehr elastischen Haare wieder in ihre ursprüngliche Position auf, wobei die elastischen Haare so beschaffen sind, daß eine plastische Verformung derselben ausgeschlossen ist. Jedoch liegen sich die beiden Platten nach erfolgter elektrostatischer Anziehung nicht mehr in der ursprünglichen Position gegenüber, da die bewegbare Platte, geführt von den elastischen Haaren, um einen bestimmten Betrag nach rechts bewegt wurde. Durch stete Wiederholung dieses Vorganges, z. B. durch Anlegen einer Wechselspannung an die Plattenanordnung, kann die laterale Auslenkung der bewegbaren Platte, jeweils abhängig von den Abmessungen der Plattenanordnung, beliebig vergrößert werden, so daß mit dieser Anordnung eine Ratschenbewegung der bewegbaren Platte durchführbar ist. Darüber hinaus ist es jedoch auch möglich, daß die unter einem Winkel geneigt angeordneten elastischen Haare nicht parallel zu einer Längsseite der fixierten Platte ausgerichtet sind sondern z. B. diagonal zu der Grundfläche der fixierten Platte ausgerichtet angeordnet sind. In diesem Fall wird die bewegbare Platte schräg nach unten relativ zu der fixierten Platte bewegt.In an embodiment in which the elastic hair with a predetermined angle with an inclination according to z. B. right and parallel to the front long side of the fixed plate are arranged, the movable plate becomes vertical and after right moves because the elastic hair under the pressure the movable plate in the direction of its preferred direction bend or tilt elastically and thus the movable Carry or guide the plate vertically and to the right. As soon as the electrostatic attraction between the plates is lifted, the movable plate moves out of it current position only vertically as far behind up until the original vertical distance between the two plate is restored. Thereby align themselves essentially very elastic hair back in their original position, with the elastic hair like that are that a plastic deformation of the same is excluded. However, the two plates lie after electrostatic attraction no longer in the opposite position since the movable plate, guided by the elastic hair to a certain Amount was moved to the right. Through constant repetition this process, e.g. B. by applying an AC voltage the plate arrangement, the lateral deflection of the movable plate, depending on the dimensions of the Plate arrangement, can be enlarged as desired, so that with this arrangement a ratchet movement of the movable plate is feasible. In addition, however, it is also possible that the elastic arranged inclined at an angle Hair not parallel to one long side of the fixed plate are aligned but z. B. diagonally to the base the fixed plate are aligned. In this Case, the movable plate becomes obliquely down relative the fixed plate moves.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die Plattenanordnung zwei äußere, jeweils fixierte Platten und eine zwischen denselben angeordnete bewegbare Platte auf, bei der die elastischen Haare der beiden fixierten Platten aufeinander ausgerichtet sind, wobei durch abwechselnd aufeinanderfolgendes Anlegen vorbestimmter Spannungen an jeweils ein Plattenpaar, welches aus einer fixierten Platte und der bewegbaren Platte gebildet ist, die bewegbare Platte zwischen den beiden fixierten Platten eine laterale Hubbewegung ausführt.According to another embodiment, the Plate arrangement two outer, each fixed plates and a movable plate arranged between them, at the elastic hair of the two fixed plates are aligned with each other by alternating successive application of predetermined voltages one pair of plates each, which consists of a fixed plate and the movable plate is formed, the movable plate a lateral one between the two fixed plates Performs lifting movement.
Vorzugsweise sind auch bei dieser Ausführungsform die elastischen Haare beider fixierten Platten jeweils im gleichen vorbestimmten Winkel und parallel zu einer Längsseite verlaufend an der ihnen zugeordneten fixierten Platte festgelegt, so daß die elastischen Haare direkt aufeinander ausgerichtet sind. Beispielsweise kann die Plattenanordnung eine obere fixierte Platte, eine mittlere bewegbare Platte und eine untere fixierte Platte aufweisen, wobei die elastischen Haare der oberen Platte nach links unten geneigt auf die bewegbare Platte vorstehen und die elastischen Haare der unteren Platte nach rechts oben geneigt auf die bewegbare Platte vorstehen. Da diese Platten einen im wesentlichen gleichen Aufbau haben, sind diese bei der Herstellung des Nano-Wandlers sowohl als untere als auch als obere Platte verwendbar. Eine obere fixierte Platte und eine mittlere bewegbare Platte bzw. eine untere fixierte Platte und die mittlere bewegbare Platte bilden bei dieser Ausführungsform jeweils ein Plattenpaar. Wird nun an das obere Plattenpaar eine vorbestimmte Spannung angelegt, wird aufgrund der Vorzugsrichtung der elastischen Haare die mittlere bewegbare Platte aus ihrer Ruheposition nach linksoben zur oberen fixierten Platte hin bewegt. Wird anschließend das obere Plattenpaar z. B. von der angelegten Spannung entlastet, wird die bewegbare Platte senkrecht nach unten bewegt, bis diese wieder den ursprünglichen vertikalen Abstand von der oberen fixierten Platte erreicht hat. Bei nachfolgenden Anlegen von vorbestimmter Spannung an das untere Plattenpaar, wird die bewegbare Platte lateral nach rechts unten auf die untere Platte zu bewegt. Die einander gegenüberliegenden Grundflächen der Platten behalten ihre parallele Ausrichtung in jedem Stadium bei.In this embodiment, too, are preferably elastic hair of both fixed plates each in same predetermined angle and parallel to one Longitudinally running on the assigned fixed Plate set so that the elastic hair directly are aligned. For example, the Plate arrangement an upper fixed plate, a middle one have movable plate and a lower fixed plate, with the elastic hair of the top plate to the left protruding downwards on the movable plate and the elastic hair of the lower plate inclined to the top right protrude on the movable plate. Since these records have essentially the same structure, they are in the Manufacture of the nano-converter both as lower and as top plate can be used. An upper fixed plate and one middle movable plate or a lower fixed plate and the middle movable plate form in this Embodiment each a pair of plates. Now at that a predetermined voltage is applied to the upper pair of plates due to the preferred direction of the elastic hair middle movable plate from its rest position moved to the upper fixed plate. Becomes then the top pair of plates z. B. from the created Relieved of tension, the movable plate is moved vertically moved down until it returned to the original vertical Distance from the upper fixed plate. at subsequent application of predetermined voltage to the lower pair of plates, the movable plate becomes laterally moved to the lower plate at the bottom right. The one another opposite base areas of the plates keep their parallel alignment at every stage.
Wird nun abwechselnd aufeinanderfolgend einmal an das obere Plattenpaar und einmal an das untere Plattenpaar eine vorbestimmte Spannung z. B. Wechselspannung oder eine eine Gleichspannung überlagerte Wechselspannung angelegt, führt die mittlere bewegbare Platte zwischen der oberen und der unteren fixierten Platte, ähnlich einem "künstlichen Muskel", eine laterale Hubbewegung mit relativ großer Auslenkung aus.Will now be alternately in succession to the top Plate pair and once to the lower plate pair one predetermined voltage z. B. AC voltage or a DC voltage superimposed AC voltage applied, leads the middle movable plate between the upper and the lower fixed plate, similar to an "artificial muscle", a lateral stroke movement with a relatively large deflection.
Für den Fall, daß die elastischen Haare der oberen fixierten Platte und der unteren fixierten Platte nicht aufeinander ausgerichtet sind, sondern voneinander verschiedene Vorzugsrichtungen aufweisen, kann die bewegbare Platte unter Ausnutzung des vergrößerten Hubes z. B. auch schräg relativ zu den fixierten Platten bewegt werden. In the event that the elastic hair of the upper fixed Plate and the lower fixed plate are not on top of each other are aligned, but different from each other Have preferred directions, the movable plate under Exploitation of the increased stroke z. B. also obliquely relative to the fixed plates are moved.
Gemäß einer Weiterbildung der vorhergehenden Ausführungsform ist an die fixierten Platten gleichphasige Spannung anlegbar und die bewegbare Platte ist gegenphasig ansteuerbar, so daß die bewegbare Platte kurzreichweitige elliptische Schwingungen ausführt und Hubbewegungen mit kleinen Auslenkungen realisiert.According to a development of the previous embodiment in-phase voltage can be applied to the fixed plates and the movable plate can be controlled in phase opposition, so that the movable plate short-range elliptical Executes vibrations and strokes with small Deflections realized.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die elastischen Haare über die gesamte Grundfläche der fixierten Platten verteilt angeordnet. Alternativ dazu können die elastischen Haare jedoch auch in Teilabschnitten über die Grundfläche der fixierten Platten verteilt vorgesehen sein. Vorzugsweise werden diese Anordnungen bei einer Plattenanordnung Verwendung finden, deren Platten rechteckige oder quadratische Grundflächen aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die fixierten Platten und/oder die bewegbare Platte kreisrund ausgebildet.According to one embodiment of the invention elastic hair over the entire base of the fixed Arranged panels distributed. Alternatively, the elastic hair however also in sections over the Base of the fixed plates can be provided distributed. These arrangements are preferably used in a Find plate arrangement use, the plates rectangular or have square bases. According to one preferred embodiment are the fixed plates and / or the movable plate is circular.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist durch elektrostatische Anziehung die fortgesetzte Bewegungsrichtung der zweiten Platte relativ zu der ersten Platte eine Hub- Drehbewegung. Bei dieser Ausführungsform ist die Vorzugsrichtung der den gleichen Neigungswinkel aufweisenden elastischen Haare derart, daß diese in einer Vielzahl von kreisförmigen Reihen mit jeweils unterschiedlichem Radius angeordnet sind, wobei die freien Enden der elastischen Haare jeweils vorzugsweise auf Kreisen mit demselben Radius liegen. Durch Anlegen einer Wechselspannung an diese Plattenanordnung wird eine Drehbewegung der bewegbaren Platte erzeugt.According to another embodiment, is by electrostatic attraction the continued direction of movement the second plate relative to the first plate a lifting Rotation. In this embodiment, the Preferred direction of those having the same angle of inclination elastic hair in such a way that it comes in a variety of circular rows, each with a different radius are arranged, the free ends of the elastic hair each preferably lie on circles with the same radius. By applying an AC voltage to this plate assembly a rotating movement of the movable plate is generated.
Gemäß einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform sind die elastischen Haare ringförmig auf der fixierten Platte angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die gesamte fixierte Platte mit elastischen Haaren mit der vorbestimmten Vorzugsrichtung zu versehen.According to an embodiment of this embodiment, the elastic hair ring-shaped on the fixed plate arranged. However, it is also possible to fix the entire one Plate with elastic hair with the predetermined Preferred direction.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung sind die elastischen Haare kreissegmentförmig auf der fixierten Platte angeordnet. Diese Segmente sind an wenigstens zwei vorzugsweise einander gegenüberliegenden Positionen vorgesehen.According to another preferred embodiment, the elastic hair in the form of a segment of a circle on the fixed plate arranged. These segments are on at least two preferably opposite positions intended.
Vorzugsweise ist die bewegbare Platte an ihrer der fixierten Platte zugewandten Oberfläche mit einer dielektrischen Schicht versehen. Mit einer derartigen Schicht kann vorteilhaft ein möglicher elektrischer Kurzschluß zwischen den Platten verhindert werden.Preferably, the movable plate is on the fixed one Plate facing surface with a dielectric Layer. With such a layer can advantageously a possible electrical short circuit between the plates can be prevented.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die der fixierten Platte zugewandten Oberfläche der bewegbaren Platte geeignet aufgerauht. Dies hat den Vorteil, daß sich die Spitzen bzw. freien Enden der elastischen Haare in der Oberfläche der bewegbaren Platte verhaken und damit das Führen bzw. Bewegen der bewegbaren Platte in die gewünschte Vorzugsrichtung unterstützen. Wenn keine Spannung mehr an der Plattenanordnung anliegt, verlieren beim elastischen Zurückfedern die Spitzen bzw. freien Enden der elastischen Haare den Kontakt zu der entsprechenden Oberfläche der bewegbaren Platte.According to a further preferred embodiment, the fixed plate facing surface of the movable plate suitably roughened. This has the advantage that the Pointed or free ends of the elastic hair in the Hook the surface of the movable plate and thus the Guide or move the movable plate into the desired one Support preferred direction. When there is no more tension on the Plate arrangement is present, lose when elastic Spring back the tips or free ends of the elastic Hair the contact to the appropriate surface of the movable plate.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die elastischen Haare Nanoröhren. Vorzugsweise sind die elastischen Haare Kohlenstoff-Nanoröhren. Diese Kohlenstoff-Nanoröhren können gemäß einem aus [1] bekannten Abscheideverfahren hergestellt werden. Der Vorteil dieser Kohlenstoff-Nanoröhren liegt insbesondere in deren hervorragender Elastizität.According to one embodiment of the invention, the elastic Hair nanotubes. Preferably the elastic hair Carbon nanotubes. These carbon nanotubes can produced according to a deposition process known from [1] become. The advantage of these carbon nanotubes lies especially in their excellent elasticity.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren schematisch dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.Embodiments of the invention are in the figures are shown schematically and are described in more detail below explained.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1A und 1B eine Plattenanordnung einer Nano-Wandler- Anordnung; Fig. 1A and 1B, a disk array of a nano-array transducer;
Fig. 2A und 2B eine weitere Plattenanordnung mit zwei fixierten Platten; Figs. 2A and 2B a further plate arrangement with two fixed plates;
Fig. 3 eine Plattenanordnung zum Erzeugen einer Drehbewegung Fig. 3 shows a plate arrangement for generating a rotary movement
In Fig. 1A ist eine Plattenanordnung einer Nano-Wandler- Anordnung mit zwei im Abstand a voneinander parallel gegenüberliegenden Platten dargestellt. Die obere Platte 1 ist bewegbar angeordnet und die dieser gegenüberliegende Platte 2 ist in ihrer Lage fixiert. An der der fixierten Platte 2 zugewandten Unterseite der Platte 1 ist eine dielektrische Schicht 6 ausgebildet, die sich über deren gesamte Unterseite erstreckt und einen möglichen elektrischen Kurzschluß zwischen den sich annähernden Platten 1, 2 unterbindet. Auf der Oberseite der Platte 2 sind eine Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren 4 festgelegt, die jeweils mit gleicher Vorzugsrichtung ausgerichtet zu der bewegbaren Platte 1 hin vorstehen. Bei dieser Ausführungsform ist zwischen den freien Enden der Kohlenstoff-Nanoröhren 4 und der Unterseite der Platte 1 ein Spalt b ausgebildet. Die Kohlenstoff-Nanoröhren 4 sind alle mit dem selben Winkel bezüglich der Oberfläche der Platte 2 nach rechts geneigt an dieser angeordnet. Ausgelöst durch elektrostatische Anziehung der beiden Platten 1, 2 wird die Platte 1 zunächst vertikal in Pfeilrichtung A auf die Platte 2 zubewegt, bis die Platte 1 auf die freien Enden der Kohlenstoff Nanoröhren 4 auftrifft. Die ab diesem Zeitpunkt fortgesetzte elektrostatische Anziehung bewirkt, daß die Platte 1, geführt durch die Kohlenstoff-Nanoröhren 4, die sich in ihre Vorzugsrichtung neigen, eine laterale Bewegung in Pfeilrichtung B ausführt (vgl. Fig. 1B). Wird die elektrostatische Anziehung danach beendet, wird die Platte 1 vertikal nach oben bewegt, bis der Abstand a zwischen den Platten 1, 2 wieder hergestellt ist, so daß sich diese, wie gestrichelt dargestellt, in seitlich verschobener Position befindet, also gegenüber ihrer ursprünglichen Position seitlich versetzt ist. Durch Wiederholung dieses Vorganges, z. B. durch Anlegen einer Wechselspannung an die Plattenanordnung, kann die laterale Auslenkung der Platte 1 beliebig vergrößert werden. FIG. 1A shows a plate arrangement of a nano-transducer arrangement with two plates lying opposite one another in parallel at a distance a. The upper plate 1 is movably arranged and the plate 2 opposite this is fixed in its position. On the underside of the plate 1 facing the fixed plate 2 , a dielectric layer 6 is formed, which extends over the entire underside and prevents a possible electrical short circuit between the approaching plates 1 , 2 . A large number of carbon nanotubes 4 are fixed on the upper side of the plate 2 , each projecting in the same preferred direction and projecting towards the movable plate 1 . In this embodiment, a gap b is formed between the free ends of the carbon nanotubes 4 and the underside of the plate 1 . The carbon nanotubes 4 are all inclined at the same angle with respect to the surface of the plate 2 to the right. Triggered by electrostatic attraction of the two plates 1 , 2 , the plate 1 is first moved vertically in the direction of arrow A onto the plate 2 until the plate 1 strikes the free ends of the carbon nanotubes 4 . The electrostatic attraction which continues from this point in time causes the plate 1 , guided by the carbon nanotubes 4 , which incline in their preferred direction, to perform a lateral movement in the direction of the arrow B (cf. FIG. 1B). If the electrostatic attraction is then ended, the plate 1 is moved vertically upwards until the distance a between the plates 1 , 2 is restored, so that, as shown in dashed lines, it is in a laterally displaced position, that is to say from its original position is laterally offset. By repeating this process, e.g. B. by applying an AC voltage to the plate assembly, the lateral deflection of the plate 1 can be increased as desired.
In Fig. 2A und Fig. 2B ist eine Plattenanordnung dargestellt, die zwei fixierte Platten 2 und 3 und eine zwischen diesen angeordnete bewegbare Platte 1 aufweist. An den Platten 2 und 3 sind die Kohlenstoff-Nanoröhren 4 und 5 festgelegt, die sich jeweils in Richtung der bewegbaren Platte 1 hin unter dem selben bestimmten Winkel erstrecken. Die Vorzugsrichtung der Nanoröhren 4 und 5 ist so gewählt, daß diese aufeinander ausgerichtet sind. Die Platte 2 und die Platte 1 sowie die Platte 3 und die Platte 1 bilden jeweils ein Plattenpaar. Durch Anlegen von Spannung abwechselnd an das eine und das andere Plattenpaar, erfährt die bewegbare Platte 1 eine laterale Hubbewegung mit großen Auslenkungen. Die Hubbewegung der bewegbare Platte 1 setzt sich aus aufeinanderfolgenden lateralen Bewegungsabläufen zusammen, die abwechselnd nach links und nach rechts gerichtet sind. Diese Plattenanordnung kann somit als "künstlicher Muskel" funktionieren. Wie aus der Fig. 2A ersichtlich ist, sind die Platte 2 und die Platte 3 gegeneinander seitlich versetzt angeordnet, so daß sich die freien Enden der am linken (rechten) Rand der Platte 3 angeordneten Kohlenstoff-Nanoröhren 5 den am linken (rechten) Rand der Platte 2 angeordneten freien Enden der Kohlenstoff- Nanoröhren 4 senkrecht gegenüber stehen. Die bewegbare Platte 1 ist derart angeordnet, daß sie genau zwischen den Kohlenstoff-Nanoröhren 4, 5 aufgenommen ist und von diesen ganzflächig geführt werden kann. Die Platte 1 weist an ihren den fixierten Platten 2 und 3 zugewandten Grundflächen jeweils eine dielektrische Schicht 6 auf.In Fig. 2A and Fig. 2B is a panel assembly is illustrated comprising two fixed plates 2 and 3 and a movable plate 1 arranged between them. The carbon nanotubes 4 and 5 are fixed to the plates 2 and 3 and each extend in the direction of the movable plate 1 at the same specific angle. The preferred direction of the nanotubes 4 and 5 is chosen so that they are aligned with each other. The plate 2 and the plate 1 and the plate 3 and the plate 1 each form a pair of plates. By applying voltage alternately to one and the other pair of plates, the movable plate 1 experiences a lateral stroke movement with large deflections. The lifting movement of the movable plate 1 is composed of successive lateral movement sequences which are directed alternately to the left and to the right. This plate arrangement can thus function as an "artificial muscle". As can be seen from FIG. 2A, the plate 2 and the plate 3 are laterally offset from one another, so that the free ends of the carbon nanotubes 5 arranged on the left (right) edge of the plate 3 are on the left (right) edge the plate 2 arranged free ends of the carbon nanotubes 4 are perpendicular to each other. The movable plate 1 is arranged in such a way that it is received exactly between the carbon nanotubes 4 , 5 and can be guided over the entire area by the latter. The plate 1 has a dielectric layer 6 on its base surfaces facing the fixed plates 2 and 3 .
Die Anordnung gemäß Fig. 2B mit zwei fixierten Platten 2 und 3 und der zwischen diesen aufgenommenen bewegbaren Platte 1 entspricht im wesentlichen der Anordnung gemäß Fig. 2A. Allerdings ist bei dieser Ausführungsform an die bewegbaren Platten 2 und 3 mittels einer Spannungsquelle gleichphasige Spannung angelegt, während die Platte 1 gegenphasig angesteuert wird. Im Unterschied zu der vorhergehenden Ausführungsform, bei der die Platte 1 eine laterale Hubbewegung mit großen Auslenkungen ausführt, führt bei dieser Anordnung die bewegbare Platte 1 kurzreichweitige elliptische Schwingungen 7 aus.The arrangement according to FIG. 2B with two fixed plates 2 and 3 and the movable plate 1 accommodated between them essentially corresponds to the arrangement according to FIG. 2A. In this embodiment, however, in-phase voltage is applied to the movable plates 2 and 3 by means of a voltage source, while the plate 1 is driven in opposite phase. In contrast to the previous embodiment, in which the plate 1 executes a lateral lifting movement with large deflections, the movable plate 1 executes short-range elliptical vibrations 7 in this arrangement.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Plattenanordnung eines Nano-Wandlers dargestellt, bei der die bewegbare Platte 1 und die fixierte Platte 2 kreisrund ausgebildet sind. Ferner sind die Kohlenstoff-Nanoröhren 4 innerhalb zweier Kreissegmente angeordnet, die auf der fixierten Platte 2 einander gegenüberliegend ausgebildet sind. Die Vorzugsrichtung der den gleichen Neigungswinkel aufweisenden Kohlenstoff- Nanoröhren 4 ist derart, daß die freien Enden der Kohlenstoff-Nanoröhren 4 auf Kreisen mit demselben Radius liegen, auf dem die jeweilige einzelne Kohlenstoff-Nanoröhre 4 festgelegt ist. Wird an diese Plattenanordnung Wechselspannung angelegt, so wird durch eine fortwährende Hub-Drehbewegung die bewegbare Platte 1 gedreht. An der Oberseite der bewegbaren Platte 1 ist eine Welle 8 vorgesehen, die von der bewegbaren Platte 1 mitgedreht wird. FIG. 3 shows an embodiment of the plate arrangement of a nano-converter, in which the movable plate 1 and the fixed plate 2 are circular. Furthermore, the carbon nanotubes 4 are arranged within two circular segments which are formed opposite one another on the fixed plate 2 . The preferred direction of the carbon nanotubes 4 having the same angle of inclination is such that the free ends of the carbon nanotubes 4 lie on circles with the same radius on which the respective individual carbon nanotube 4 is fixed. If AC voltage is applied to this plate arrangement, the movable plate 1 is rotated by a continuous lifting and rotating movement. At the top of the movable plate 1 , a shaft 8 is provided, which is rotated by the movable plate 1 .
In diesem Dokument ist folgende Veröffentlichung zitiert:
[1] Z. F. Ren et al. Science Vol 282, 6. November 1998, Seiten
1105 bis 1107
The following publication is cited in this document:
[1] ZF Ren et al. Science Vol 282 , 6 . November 1998, pages 1105 to 1107
11
Bewegbare Platte
Movable plate
22
Erste fixierte Platte
First fixed plate
33
Zweite fixierte Platte
Second fixed plate
44
Nanoröhren an der ersten fixierten Platte
Nanotubes on the first fixed plate
55
Nanorörhen an der zweiten fixierten Platte
Nanotubes on the second fixed plate
66
Dielektrische Schicht
Dielectric layer
77
Elliptische Schwingung
Elliptical vibration
88th
Welle
wave
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2001126606 DE10126606A1 (en) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | Nano-converter arrangement has plate moved with respect to fixed plate by electrostatic attraction; its direction of motion can be determined form direction of alignment of elastic hairs |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2001126606 DE10126606A1 (en) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | Nano-converter arrangement has plate moved with respect to fixed plate by electrostatic attraction; its direction of motion can be determined form direction of alignment of elastic hairs |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10126606A1 true DE10126606A1 (en) | 2002-12-19 |
Family
ID=7686810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2001126606 Withdrawn DE10126606A1 (en) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | Nano-converter arrangement has plate moved with respect to fixed plate by electrostatic attraction; its direction of motion can be determined form direction of alignment of elastic hairs |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10126606A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005115910A1 (en) * | 2004-05-25 | 2005-12-08 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Actuator based on geometrically anisotropic nanoparticles |
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| DE69703961T2 (en) * | 1996-10-17 | 2001-09-06 | C.R.F. Societa Consortile Per Azioni, Orbassano | Electrostatic linear stepper motor |
-
2001
- 2001-05-31 DE DE2001126606 patent/DE10126606A1/en not_active Withdrawn
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| US7829054B2 (en) | 2004-05-25 | 2010-11-09 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Actuator on the basis of geometrically anisotropic nanoparticles |
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