Микро-, нанодвигатель



Микро-, нанодвигатель
Микро-, нанодвигатель
Микро-, нанодвигатель

 


Владельцы патента RU 2468494:

Урмацких Анатолий Васильевич (RU)

Изобретение относится к микро- и нанодвигателям и может быть использовано для построения микро- и нанодвигателей систем передвижения и транспортировки различного назначения. Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в обеспечении возникновения сдвигающих сил на взаимодействующих частях двигателя, чем, в свою очередь, достигается непрерывность движения двигателя с неограниченным рабочим ходом. Предлагаемый микро-, нанодвигатель состоит из двух частей, способных изменять относительное положение, на которых находятся обращенные друг к другу электропроводящие поверхности, расположенные в заданном направлении с заданным шагом и с зазором между ними. При этом, согласно данному изобретению, проводящие поверхности имеют форму и положение, при котором угол между нормалью n1, проведенной от произвольной точки проводящей поверхности первой части двигателя, и нормалью n2, проведенной из этой точки к ближайшей проводящей поверхности второй части, не превышает 10°, а угол α между нормалью n1 от проводящей поверхности первой части и направлением движения данной точки не больше 89,7°. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к микроструктурным и наноструктурным устройствам, а более конкретно к микро- и нанодвигателям. Изобретение может быть использовано для построения микро- и нанодвигателей систем передвижения и транспортировки различного назначения, осуществляющих перемещения в микро- и наноразмерной шкале масштабов, а также, двигателей, имеющих микро- и наноразмеры, например, в робототехнике, в том числе в нано- и микроробототехнических системах медицинского назначения.

В статье "Nanotube Nanomotor", опубликованной в журнале Nature №424, стр.408-410 (24 July 2003), представлена конструкция электростатического нанодвигателя, содержащая статор и ротор с осью вращения, изготовленной из нанотрубок. Ротор выполнен в виде электропроводящей пластины, расположенной между двумя электродами.

Известен двигатель (патент США №5.965.968 по кл. H02N 1/00 от 12.10.1999 г.), который содержит статор и ротор, выполненные с размещенными на них электродами, расположенными с заданным шагам и направлением. Между электродами статора и ротора имеется зазор. Электропроводящие поверхности электродов ротора и статора имеют плоский вид и параллельны друг другу. На электропроводящие поверхности электродов статора и ротора в определенной последовательности подается электрический заряд, приводящий двигатель в движение. Еще одним аналогом данного изобретения является конструкция привода, описанная в патенте США №5.552.654 по кл. H02N 1/00 от 03.09.1996 г. Данный привод содержит первый элемент конструкции, включающий большое количество электродов, расположенных в заданном направлении и в заданных местах. Кроме того, он имеет второй элемент конструкции, расположенный в контакте с первым элементом, который снабжен средствами для подачи положительных и отрицательных зарядов на изоляционную оболочку. Таким средством может являться слой сопротивления, например, имеющего поверхностное сопротивление, равное 1011-1015Ω/□. На электропроводящих поверхностях электродов и слоях сопротивления может быть создан электрический заряд определенной пространственной конфигурации (смотри фиг.7 указанного патента), который может изменяться системой управления. В результате этого, между первым и вторым элементом возникают силы Кулона взаимодействия электрических зарядов. Электропроводящие поверхности первого и второго элементов расположены с зазором, равным толщине изоляционных оболочек. Под электропроводящей поверхностью понимается поверхность какого-либо проводника электрического тока, например, выполненного из металла. Работа двигателя определяется формой и положением обращенных друг к другу электропроводящих поверхностей электродов статора и ротора, на которые в определенной последовательности подается электрический заряд.

Недостатками данного типа двигателей являются проблема подвода энергии от внешнего источника и сложность его выполнения при микро- и наноразмерах.

Ближайшим аналогом данного изобретения является конструкция двигателя, описанная в статье VOLUME 87, NUMBER 26 / PHYSICAL REVIEW LETTERS / 24 December 2001/Probing the Strong Boundary Shape Dependence of Casimir Force/Thorsten Emig, Andreas Hanke, Ramin Golestanian, and Mehran Kardar. Данный двигатель состоит из двух частей, способных изменять относительное положение. Данные части выполнены в виде двух гофрированных пластин. На них расположен повторяющийся элемент рифления, который представляет собой электропроводящую поверхность, выполненную в форме волны. Последовательность данных электропроводящих поверхностей, расположенных в заданном направлении и с заданным шагом, создает на пластинах синусоидальное рифление. Электропроводящие поверхности на первой и второй частях обращены друг к другу. Между электропроводящими поверхностями имеется зазор.

Недостатком данного двигателя является малый рабочий ход, равный половине длины волны.

Задачей данного изобретения является создание двигателя, имеющего неограниченный рабочий ход.

Указанная задача достигается тем, что в известном двигателе, состоящем из двух частей, способных изменять относительное положение, с находящимися на них и обращенными друг к другу электропроводящими поверхностями, расположенными в заданном направлении с заданным шагом и с зазором менее одного микрона между ними, проводящие поверхности имеют форму и положение, при котором угол между нормалью n1, проведенной от произвольной точки проводящей поверхности подвижной части двигателя, и нормалью n2, проведенной из этой точки к ближайшей проводящей поверхности второй части, не превышает 10°, а угол α между нормалью n1 от проводящей поверхности подвижной части и направлением движения данной точки не больше 89,7°. В результате параллельного расположения (с допустимым отклонением до 10°) электропроводящих поверхностей, размещенных на расстоянии менее одного микрона друг от друга, между ними возникают силы взаимного притяжения, вызванные эффектом Казимира.

Кроме того, так как электропроводящие поверхности на взаимодействующих частях двигателя наклонены по отношению к направлению движения, возникает составляющая сила, действующая в направлении перемещения.

Техническим результатом этого является возникновение сдвигающих сил на взаимодействующих частях двигателя. По мере выхода из зоны взаимодействия одной электропроводящей поверхности, в нее вовлекается следующая проводящая поверхность, что обеспечивает непрерывность движения двигателя.

Части двигателя могут быть выполнены в виде ротора и статора.

С целью увеличения силы притяжения, электропроводящие поверхности на роторе и статоре, в сечении, проходящем через нормали n1 и n2, могут иметь вид смежных участков плоский спирали, например - спирали Архимеда.

Электропроводящие поверхности на роторе и статоре могут быть выполнены в виде плоских поверхностей.

На фиг.1 изображены виды и отдельные элементы описываемого микро- и нанодвигателя с электропроводящими поверхностями плоской формы, на фиг.2 - виды роторного двигателя с электропроводящими поверхностями спиралевидной формы, на фиг.3 - вид двигателя с ротором, расположенным на оси из нанотрубок.

Где:

произвольная точка проводящей поверхности части 1 - с;

угол между нормалью, проведенной от произвольной точки с проводящей поверхности части 1, и направлением движения этой точки - α;

нормаль, проведенная от произвольной точки с проводящей поверхности части 1 - n1,

нормаль к ближайшей проводящей поверхности части 2, проведенная из выбранной произвольной точки с - n2;

угол между нормалью n1, проведенной от произвольной точки с проводящей поверхности части 1, и нормалью n2, проведенной из этой точки к ближайшей проводящей поверхности части 2 - β;

сила взаимного притяжения электропроводящих поверхностей - Р;

проекция силы Р притяжения между проводящими поверхностями на направление движения данной точки - Рх.

Микро-, нанодвигатель содержит части 1 и 2 с расположенными на них плоскими электропроводящими поверхностями 3. Данные поверхности параллельны друг другу, а допустимое отклонение (угол β) не превышает 10°, расстояние между ними менее одного микрона. На них действуют силы взаимного притяжения, вызванные эффектом Казимира. Кроме того, электропроводящие поверхности расположены под углом к направлению движения 4. При этом проекция Рх силы притяжения Р между проводящими поверхностями на направление движения данной точки не равна нулю и создает движущую силу, действующую на подвижную часть двигателя.

Микро- и нанодвигатель может быть выполнен в виде роторного двигателя. При этом электропроводящие поверхности 5 и 6 на роторе и статоре в сечении, проходящем через нормали n1 и n2, могут иметь вид смежных участков плоский спирали 7, например - спирали Архимеда. В результате этого электропроводящие поверхности при любом угле поворота ротора остаются параллельными, а сила притяжения - максимальной. Подобно двигателю, описанному в статье "Nanotube Nanomotor", которая опубликована в журнале Nature №424, стр.408-410 (24 July 2003), предлагаемый двигатель может содержать ротор 8, выполненный из окиси кремния с нанесенными на него электропроводящими поверхностями 9 из золота. Кроме того, электропроводящие поверхности могут быть созданы путем нанесения одноатомного слоя графена на подложку. В качестве оси вращения можно использовать нанотрубки 10, закрепленные на основании 11. Ротор при этом должен располагаться между двумя элементами статора 12, выполненными из окиси кремния, на торцевые поверхности которых нанесены электропроводящие пластины 9 из золота. На электропроводящую поверхность подвижной части, параллельную электропроводящей поверхности неподвижной части двигателя, действует сила Р, вызванная эффектом Казимира. Проекция Рх этой силы на направление движения создает усилие, приводящее в движение подвижную часть двигателя. Взаимодействие между концевыми участками электропроводящих поверхностей пренебрежимо мало и не влияет на работу двигателя. По мере выхода из зоны взаимодействия одной электропроводящей поверхности, в нее вовлекается следующая электропроводящая поверхность, что обеспечивает непрерывность работы двигателя. Источником энергии для данного типа двигателей является энергия физического вакуума.

Подтверждением возможности изготовления такого двигателя является конструкция, описанная в статье VOLUME 87, NUMBER 26 / PHYSICAL REVIEW LETTERS / 24 December 2001/Probing the Strong Boundary Shape Dependence of Casimir Force/Thorsten Emig, Andreas Hanke, Ramin Golestanian, and Mehran Kardar. Данный двигатель представляет собой две гофрированные золотые пластины, расположенные в вакууме на расстоянии несколько сотен нанометров. Выпуклости и вогнутости совмещены. Когда пластины немного смещаются, появляется сила, возвращающая их в исходную позицию.

1. Микро-, нанодвигатель, состоящий из двух частей, способных изменять относительное положение с находящимися на них и обращенными друг к другу электропроводящими поверхностями, расположенными в заданном направлении с заданным шагом и с зазором между ними, отличающийся тем, что проводящие поверхности имеют форму и положение, при котором угол между нормалью n1, проведенной от произвольной точки проводящей поверхности первой части двигателя, и нормалью n2, проведенной из этой точки к ближайшей проводящей поверхности второй части, не превышает 10°, а угол α между нормалью n1 от проводящей поверхности первой части и направлением движения данной точки не больше 89,7°.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что части двигателя выполнены в виде ротора и статора.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что проводящие поверхности на роторе и статоре в сечении, проходящем через нормали n1 и n2, имеют вид смежных участков плоской спирали.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что проводящие поверхности на роторе и статоре имеют вид плоских поверхностей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и физики магнетизма и предназначено для исследования доменной структуры ферромагнитных материалов. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам для получения (генерации) мощных электрических импульсов высокого напряжения, и может быть использовано в различных плазменных импульсных установках и устройствах получения сильных магнитных полей.

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано для преобразования гравитационной энергии в электрическую. .

Изобретение относится к электротехнике, к электромеханическому преобразованию электрической энергии в механическую и может быть использовано в промышленности, транспорте, бытовой технике и других областях человеческой деятельности.

Изобретение относится к электротехнике, к электромеханическому преобразованию электрической энергии в механическую и может быть использовано в промышленности, транспорте, бытовой технике и других областях человеческой деятельности.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к генерации электроэнергии, и может быть использовано для промышленного получения электроэнергии. .

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, а именно к технике создания и применения сильных импульсных магнитных полей, и может применяться для изоляции электродов при передаче электромагнитной энергии от мощного источника тока к плазменной или динамической нагрузке.

Изобретение относится к областям электротехники, энергетики и электромашиностроения и может быть использовано в качестве двигателя небольшой мощности и устройства для смешивания различных диэлектрических жидкостей, а также при исследованиях электростатических сил в области электростатики.

Изобретение относится к области электротехники и физики магнетизма и может быть использовано при построении модулей стационарных или мобильных энергетических устройств, использующих прямое преобразование тепловой энергии окружающей среды.

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники и может быть использовано при разработке оборудования для изготовления гибридных полупроводниковых микросхем методом перевернутого кристалла (flip-chip).

Изобретение относится к области нанотехнологии и направлено на обеспечение перемещения образца по трем координатам (X, Y, Z), в частности, для перемещения образцов, держателей образцов и других элементов в сканирующей зондовой микроскопии.

Изобретение относится к области обработки оптической информации: к конструкции экранов и оптических коммутаторов с микроэлектромеханическими оптическими регулятороми

Изобретение относится к области обработки информации, в частности к конструкции оптических модуляторов. Техническими результатами являются уменьшение мерцания изображения и экономия энергии. В оптическом модуляторе каждый пиксель или субпиксель содержит наложенные друг на друга неподвижный плоский поляризатор и подвижный плоский поляризатор, выполненный намагниченным в плоскости поляризатора под заданным углом к плоскости пропускания поляризатора и с возможностью поворота вокруг перпендикулярной поляризаторам оси. Оптический модулятор содержит средства считывания положения подвижных поляризаторов, включающие датчики направления магнитного поля (направления вектора магнитной индукции) каждого подвижного поляризатора и средства съема информации с датчиков. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области использования энергии взрыва для получения мощного импульса тока, сильных магнитных полей, может служить источником плазмы высокой температуры, изобретение можно отнести к магнитокумулятивным генераторам и к взрывным магнитогидродинамическим генераторам

Изобретение относится к электротехнике, к электромеханическому преобразованию электрической энергии в механическую и может найти широкое применение в промышленности, транспорте, бытовой технике

Изобретение относится к электротехнике, к электромеханическому преобразованию электрической энергии в механическую и может найти широкое применение в промышленности, транспорте, бытовой технике

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для промышленного получения электроэнергии, а также в технологиях индукционного нагрева вещества

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для промышленного получения электроэнергии, а также в технологиях индукционного нагрева вещества

Изобретение относится к области электротехники и энергетики, касается получения электромагнитной энергии с помощью взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано при разработке устройств для создания сильных магнитных полей и токов, для исследования в области физики плазмы, твердого тела, сильноточных разрядов в газах

Изобретение относится к способу производства пластины держателя для электростатического держателя приемлемой продуктивности, который лишен неудовлетворительного высвобождения полупроводниковой пластины, которая является подложкой, которая должна быть обработана, с начального момента предоставления электростатического держателя для нового использования
Наверх