KR100353455B1 - 압전형리니어스텝모터 - Google Patents

Abstract

하우징(1)과 가동부(4)로 이루어진 압전형 리니어 스텝 모터는, 이 들 사이에 두가지의 압전형 유닛으로 이루어진 복수 개의 고정 유닛이 마련되며, 압전형 셀 (7, 8, 9), 절연체(5) 및 마찰 부재(6)로 이루어진 이동-고정 압전형 유닛(2)과 고정 유닛(3)이 있는데, 가동부(4)는 분할 마찰부재(6)과 접촉하도록 형성된다.

Description

압전형 리니어 스텝 모터{PIEZOELECTRIC LINEAR STEP MOTOR}

선행기술에 따른 리니어 스텝 모터는 가이드, 하우징, 하우징 내에 소정각도로 고정되어 가이드 부재와 상호마찰작용하는 플레이트 형태의 무버(mover)로 이루어진다 (SU, A, 801149).

그런데, 이 리니어 스텝 모터는 전체적인 사이즈와 부피가 커서 탄성 플레이트의 도움으로 구동하여 큰 에너지를 얻어낼 수 없고 위치 정확성을 꾀하기 어렵다.

또 다른 선행기술의 리니어 스텝 모터는 그 내부에 고정 유닛을 가지는 하우징과 구동부재를 가지는 가동부로 이루어진다 (SU, A, 720576).

그러나, 이 리니어 스텝 모터는 부품 개수가 너무 많고 복잡한 고정 유닛들을 가지며 그 가동부는 직선 변위시 급작스런 회전을 초래할 수도 있다.

본 발명의 기본적인 목적은, 설계 및 제조공정을 간단히 하기 위한 실시예를 제공하고 회전자의 균일한 회전 및 역방향으로의 동작을 가능케 하는 한편 적은 크기 및 부피의 모터로 높은 에너지를 얻고 위치 정확성을 증가시키기 위한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 내부에 고정 유닛과 가동부를 가지는 하우징으로 이루어지는 리니어 스텝 모터를 제공한다. 본 발명의 모터에 따르면, 고정유닛에는, 하나는 다른 하나 뒤에 배치되는 적어도 2개의 압전형 유닛들이 있는데, 제1 압전형 유닛은 이동 및 고정 압전형 셀로 이루어지고 제 2 압전형 유닛은 고정 압전형 셀로 이루어지며, 절연체로 분리된 분할마찰부재가 있다. 제 2 압전형 유닛은 고정 압전형 셀, 분할마찰부재 및 절연체로 이루어지고, 가동부는 모터 축을 따라 배치되고 분할 가동요소들과 접한다.

횡단평면에 위치한 압전형 유닛들은 섹터의 형태를 가진다.

하우징은 평행 6면체 형태를 가지고 압전형 유닛들은 종단평면상에서 하나가 다른 하나 뒤에 배치될 수 있도록 형성되며, 가동부는 직사각단면을 갖는 로드의 형태로 이루어진다. 하우징은 다면체의 형상으로도 가능하다. 하우징에는 절단부가 있어서 이를 통해 가동부가 하우징 밖으로 나오는 것이 가능토록 하는게 바람직하다. 가동부가 적어도 하나의 가이드를 가지고 있어서 마찰부재의 해당하는 가이드로 넣어지는 것이 합당하다. 모터는 횡단평면상에 배치된 적어도 한 쌍의 압전형 유닛들로 이루어진다.

압전형 셀들은 압전형 플레이트들, 링, 또는 전극이 교호적으로 병렬접속된 섹터들의 패킷 형태로 이루어질 수 있으며, 각각의 압전형 플레이트, 링 또는 섹터의 분극방향은 앞선 것의 반대방향이다. 압전형 유닛들 간의 간격은 탄성형 절연체질로 채우는 것이 바람직하다. 하우징은 이동가능하며 압전형 유닛들은 고정 바아에 고정된다.

이러한 본발명에 따른 모터의 디자인은 구조 및 제조기술을 단순화하고 작은 규모와 적은 부피의 모터로 큰 에너지를 낼 수 있고 위치 정확성을 증대할 수 있게 한다.

본 발명은 전기 모터에 관한 것으로서, 특히, 압전형 스텝 모터에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 압전형 리니어 스텝 모터의 정면도 (제 1 실시예)

도 2는 도 1의 리니어 스텝 모터의 종단면도

도 3은 모터의 제 2 실시예의 정면도

도 4는 도 3에 도시된 모터의 종단면도

도 5는 모터의 제 3실시예의 정면도

도 6은 도 5의 모터의 종단면도

도 7은 모터의 제 4 실시예의 정면도

도 8은 도 7의 모터의 종단면도

도 9는 모터의 제 5실시예의 종단면도

도 10은 도 9의 모터의 종단면도

도 11은 모터의 제 6실시예의 정면도

도 12은 도 10의 모터에 대한 종단면도

도 13 내지 18은 본 발명에 따른 압전형 리니어 스텝모터의 구동시간 단계에대한 도면.

본 발명의 압전형 리니어 스텝 모터는, 도 1에서 보면, 두 개의 압전형 유닛(2, 3)이 배치된 (도 2) 원통형 하우징(1); 및 원통형 로드의 형태를 갖는 가동부(4)로 이루어진다. 각 압전형 유닛 (2, 3)은 원통형 하우징 (1)의 내부면에 고정장착되어 있다. 압전형 유닛 (2, 3)은 기능상 압전형 이동-고정 유닛 (2)와 압전형 고정 유닛(3)으로 나뉘어진다.

이동-고정 압전형 유닛 (2)는 절연체 (5), 분할마찰부재(6), 및 상호 연결된 압전형 셀 (7, 8)로 이루어진다. 압전형 셀 (7)은 이동형이며 그것의 초기분극벡터는 모터의 종축에 대해 소정각도로 방향되어진다. 압전형 셀 (8)은 고정형이며, 그 초기 분극의 벡터는 모터의 종축에 대해 직교하도록 방향되어진다. 고정압전형 유닛(3)은 고정 압전형 셀 (9), 절연체 (5) 및 분할 마찰부재 (6)으로 이루어진다. 각 압전형 셀은 와이어(도시 안 됨)에 접속된 복수개의 전극을 가진다. 압전형 유닛 (2, 3) 사이의 갭은 탄성 절연물질 (10)으로 채워진다.

가동부 (4)의 표면에 (도 1 참조) 가이드 (11)이 마찰부재(6)상의 해당 가이드로 넣어진다. 가이드 (11)은 원통형 로드가 회전하는 것을 방지한다. 분할 마찰부재 (6)의 적용으로 압전형 유닛 (2, 3)에 의한 가동부 (4)의 꺽쇠고정이 보다 견고해질 수 있다. 압전형 리니어 모터의 또 다른 실시예도 가능하다.

도 3 및 4에 도시된 모터의 제 2 실시예에서, 1 실시예에 대비하여, 압전형 유닛 (2, 3)은 횡단평면상에 위치하며 섹터의 형태로 이루어진다. 이는 모터의 전체적인 용적 및 부피를 상당히 감소시킬 수 있다.

도 5 및 도 6의 모터의 제 3 실시예가 제 1 실시예의 것과 다른 것은, 하우징과 가동부의 형태 및 압전형 유닛의 보다 단순해진 구성이다. 하우징 (12)는 평행 6면체의 형태이며 가동부는 직사각 횡단면을 갖는 로드 (13)의 형태로 이루어진다. 압전형 유닛 (2, 3)은 제 1 실시예와 동일한게 이루어지는데, 압전형 플리에트, 절연체 및 마찰부재들로 구성된다. 도 7 및 도 8에 도시된 모터의 제 4실시예에서 압전형 유닛 (2, 3)은 횡단면에 배치되는 한편, 하우징 (14)는 다각형으로 이루어진다.

도 9 및 도 10에 도시된 모터의 제 5 실시예에서, 하우징 (15)는 절단부 (16)을 가지는데, 이를 통해 가동부 (17)이 하우징에서 나온다. 압전형 유닛의 형상은 제 3 실시예와 유사하다.

도 11 및 도 12에 도시된 모터의 제 6 실시예에서, 가동부재는 하우징 (18)이고 고정부재는 바아 (19)이며, 압전형 유닛 (2, 3)은 견고히 고정된다.

본발명에 따른 모터는 다음과 같이 작동한다.

정(+)의 전압이 전극에 인가되면, 이동 압전형 셀 (7)의 내부는, (분극벡터가 모터의 종축에 대해 소정각도로 방향지워진다) 반전 압전효과로 인해 하우징 (1)에 고정된 외부에 대해 좌측으로 위치이동한다. 부(-)의 전압이 고정 압전형 셀 (8, 9)에 인가될 때, 분극의 벡터가 모터의 종축에 대해 직각으로 방향되어지므로 셀들은 가동부(4)를 고정한다. 부(-)의 전압이 인가될 때, 이동 압전형 셀(7)의 내부는 우측으로 변위되고 고정압전형 (8, 9)들은 가동부로부터 이격되어 밀려난다.

구동 사이클은 여섯 시간단계로 구성된다.

1 시간단계에 해당하는 위치는 도 13에 도시되어 있고, 정(+)의 전압이 모든 압전형 셀들에 인가될 때, 이동압전형 셀(7)은 좌측으로 변위되고 고정 압전형 셀(8, 9)는 가동부 (4)를 고정한다.

2 시간단계에서, 부(-)의 전압이 고정 압전형 셀 (9) (도 14)에 인가되고, 가동부(4)로부터 이격되어 밀려난다.

3 시간단계에서, 부(-)의 전압이 압전형 셀 (7) (도 15)에 인가되면, 우측으로 이동한 셀(7)은 한번에 고정 압전형 셀(8) 및 가동부(4)를 오른쪽으로 위치이동시킨다.

4시간단계에서 정(+)의 전압이 고정 압전형 셀 (9) (도 16)에 인가되면, 이 셀은 가동부(4) 쪽으로 눌려진다.

5시간단계에서 부(-)의 전압이 고정 압전형 셀 (8) (도 17)에 인가되면, 이는 가동부 (4)에서 이격되어 밀려난다.

6시간단계에서 정(+)의 전압이 고정 압전형 셀 (7) (도 18)에 인가되면, 고정 압전형 셀(8)과 함께 좌측으로 셀이 위치변환된다.

사이클이 반복되면, 가동부(4)는 오른쪽으로 선형운동을 한다. 하우징의 선형운동 시에도 동일한 사이클이 이용된다.

고정 압전형 셀들에 전압을 인가하는 시퀀스를 변경하여 반전을 행한다.모터출력을 증가하기 위해 부수적으로 압전형 유닛을 설치할 수도 있는데, 횡단 또는 종단평면 모두에 배치 가능하다.

본 발명의 리니어 스텝 모터는 단순한 외형에, 전체적인 사이즈와 부피를 줄이고 가동부에 높은 에너지를 제공하며 위치 정확성을 도모할 수 있다.

발명의 실시예를 기술함에 있어서, 보다 나은 이해를 위해 구체적인 협소한범위의 기술용어가 사용되었다. 그러나 본 발명은 여기 승인된 용어로 한정되지 않고 동일한 방식으로 작동하고 동일한 기술적 문제들의 해결차원에서 사용되는 유닛에 대한 모든 상응용어를 권리범위로 한다.

발명의 구현을 위해 바람직한 타입으로 설명하였지만, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 추가적인 효과 및 수정이 가능하다. 본 발명은 특정 세부사실 및 상술한 대표적인 장치에 국한되는 것이 아니며, 본 발명의 첨부된 청구범위 및 그 상당물에 의해 한정되는 본 발명의 일반적인 개념 및 영역을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 수정이 가능하며 당업자가 이를 용이하게 이해할 수 있도록 한다.

본 발명은 전기공학, 원격 조작, 무선 공학 및 자동화에서 종속메카니즘으로 사용될 수 있다.

Claims (9)

1. 내부에 장착된 고정 유닛을 가진 하우징과 가동부로 이루어진 압전형 리니어 스텝 모터는, 상기한 복수개의 고정 유닛이, 종단평면 또는 횡단평면상에 하나 뒤에 다른 하나가 배치된 적어도 2개의 압전형 유닛을 가지고, 횡단평면상에 배치된 상기 압전형 유닛은 섹터형태로 이루어지며, 제1 압전형 유닛이 이동 및 고정 압전형 셀, 절연체에 의해 분리되는 분할 마찰부재로 이루어지고, 제2 압전형 유닛은 고정 압전형 셀, 분할 마찰부재, 절연체로 이루어지며, 가동부는 모터 축을 따라 배치되어 분할 마찰부재와 접촉하도록 된 것을 특징으로 하는 압전형 리니어 스텝 모터.
2. 상기한 제 1항에 있어서,

   하우징은 평행 6면체의 형태를 가지며 압전형 유닛들은 종단평면 상에 하나가 다른 하나 뒤에 배치된 평행 6면체의 형태를 이루고, 가동부는 직사각 단면을 갖는 로드의 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전형 리니어 스텝 모터.
3. 상기한 제 1항에 있어서,

   하우징은 다면체의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 압전형 리니어 스텝 모터.
4. 상기한 제 1, 3 또는 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   하우징은 절단부를 가지는데 이 절단부를 통해 가동부가 하우징 밖으로 나오게 되는 것을 특징으로 하는 압전형 리니어 스텝 모터.
5. 상기한 제 1항에 있어서,

   가동부는 마찰부재에 형성된 대응가이드에 넣어지는 적어도 하나의 가이드를 가지는 것을 특징으로 하는 압전형 리니어 스텝 모터.
6. 상기한 제 1항에 있어서,

   횡단평면 상에 배치된 적어도 두 쌍의 압전형 유닛을 가지는 것을 특징으로 하는 압전형 리니어 스텝 모터.
7. 상기한 제 1 또는 4항에 있어서,

   압전형 유닛들은 압전형 플레이트들, 링 또는 전극이 교호적으로 병렬접속되는 그 섹터들의 패킷의 형태로 이루어지며 각 연속적인 압전형 플레이트, 링 또는 섹터의 분극방향은 앞선 것의 반대방향임을 특징으로 하는 압전형 리니어 스텝 모터.
8. 상기한 제 1 또는 4항에 있어서,

   압전형 유닛들 사이의 갭은 탄성 절연물질로 채워지는 것을 특징으로 하는압전형 리니어 스텝 모터.
9. 상기한 제 1 또는 4항 또는 6, 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 하우징은 가동하며 압전형 유닛들은 고정로드에 고정장착됨을 특징으로 하는 압전형 리니어 스텝 모터.