KR100353457B1 - 압전형스텝모터 - Google Patents

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Abstract

압전형 스텝 모터는 원통형 하우징, 회전자 및 고정자를 구비하고, 상기 고정자는 세로면에 일렬로 배열된 적어도 두 개의 회전-고정, 고정 압전 유니트를 구비하며, 상기 압전 유니트는 회전 압전셀, 고정 압전셀, 절연체와, 마찰부재를 구비하고, 상기 고정 압전유니트는 고정 압전셀, 절연체 및 마찰 부재를 구비한다.

Description

압전형 스텝 모터{Piezoelectric step motor}
압전형 스텝 모터는 전원공급부, 회전자, 고정자, 구동 바이모르프(bimorph) 압전셀과 고정부재로 구성됨은 공지의 사실이다(SU, A, 769665).
그러나 이러한 압전형 스텝 모터에서는 상기 바이모르프 압전셀과 회전자의 접촉으로 인해 각변위의 스텝이 일정하지 않게 된다.
역시 공지의 사실로서, 압전 모터의 고정자는 상기 고정자와 마찰하며 작동하는 원통형 회전자를 가지는 압전 중공 실린더로 구성된다(SU, A, 573828).
그러나 이러한 압전 모터는 회전자와 고정자의 전위와 방사방향 진동을 통해 작동하므로 회전자의 일정한 각변위와 정확한 위치설정이 불가능하다.
본 발명의 목적은 디자인과 제조기술이 간단하도록 구성되어 회전자의 일정한 회전, 정확한 위치설정과, 이에 대한 역동작을 가능케 하는 압전형 스텝 모터를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 압전형 스텝 모터는 하우징과, 고정자와 마찰하며 움직이는 원통형 회전자가 내부에 장착된 원통형 압전 중공 실린더의 형태로 구성된 고정자를 구비하며, 상기 고정자는 하우징내에 세로면에일렬로 배열된 적어도 두 개의 회전-고정, 고정 압전 유니트를 구비하고, 상기 회전-고정 압전 유니트는 회전 압전셀, 고정 압전셀, 절연체와, 마찰 부재를 구비하며, 상기 고정 압전 유니트는 고정 압전셀, 절연체와, 마찰부재를 구비함을 특징으로 한다. 또는 상기 고정자는 일가로면에 위치하며 섹터 형태로 이루어진 적어도 두 쌍의 압전 유니트를 구비한다.
상기 하우징은 이동가능하며, 압전 유니트들은 정지 회전자(stationary rotor)에 고정될 수 있다.
상기 압전셀들은 한 세트의 압전 링이나 섹터로 이루어지며, 상기 링이나 섹터의 전극은 병렬로 교번적으로 연결되어 있으며, 연속되는 각각의 압전 링이나 섹터의 분극 방향은 이전의 링이나 섹터와는 반대된다.
바람직하게는, 상기 압전 유니트 사이의 갭은 탄성절연물질로 충진되어 있다.
상기 회전자 또는 상기 이동가능한 하우징은 마찰부재에 해당 가이드를 진입시키는 적어도 한 개의 가이드를 구비할 수 있다.
따라서, 상기 압전형 스텝 모터는 디자인과 제조기술이 단순하여, 회전자의 일정한 회전 및 정확한 위치설정, 그리고 그에 대한 역동작을 가능케 한다.
본 발명은 전기 모터에 관한 것으로, 특히 압전형 스텝 모터에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 압전형 스텝 모터의 정면도이다.
도2는 도1에 도시된 모터의 종단면도이다.
도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 압전형 스텝 모터의 정면도이다.
도4는 도3에 도시된 모터의 종단면도이다.
도5는 본 발명의 제3실시예에 따른 압전형 스텝 모터의 정면도이다.
도6은 도5에 도시된 모터의 종단면도이다.
도7은 본 발명의 제4실시예에 따른 압전형 스텝 모터의 정면도이다.
도8은 도7에 도시된 모터의 종단면도이다.
도9는 압전형 스텝 모터의 제1 동작시간 스텝에 있어서 회전-고정 압전 유니트와 고정 압전 유니트의 단면도이다.
도10내지 도14는 상기 압전형 스텝 모터의 다른 동작시간 스텝을 나타낸다.
본 발명의 제1실시예에 따른 압전형 스텝 모터는 원통형 하우징1(도1)을 구비하며, 상기 하우징1은 두 개의 압전 유니트2(도2) 및 3과, 원통형 봉으로 된 이동부 4로 구성된다. 상기 압전 유니트2 및 3은 각각 회전-고정 압전 유니트 및 고정 압전 유니트로서, 원통형 하우징1과 회전자4 사이에 위치한다.
상기 회전-고정 압전 유니트2는 상호 연결된(예를 들면, 상호 접착된) 고리형 압전셀5 및 6으로 구성되며, 상기 압전셀들 사이에는 절연체7이 게재된다. 상기 압전셀5는 회전 압전셀로서 분극 벡터가 방사방향으로 향한다. 상기 압전셀6은 고정 압전셀이다. 고정-회전 압전 유니트2는 분리 링 형태의 마찰부재8을 포함한다.
고정 압전 유니트3은 분극 벡터가 방사방향인 고정 압전셀9, 절연체와, 마찰부재8로 이루어진다.
압전 유니트2 및 3사이의 갭에는 탄성절연물질10으로 충진되어 있다.
회전자4에는 회전자4의 축방향 변위를 방지하기 위한 돌출 가이드11이 장착되어 있다. 이들 가이드11은 해당 가이드(홈)를 마찰부재8로 진입시킨다.
각각의 압전셀은 와이어에 연결된 전극(미도시)을 포함한다.
상기 압전형 스텝 모터의 다른 실시예도 가능하다.
제2실시예에서는 제1실시예와는 달리, 압전 유니트2 및 3(도3 및 도4)은 가로면에 위치하며 섹터의 형태로 이루어진다. 이로 인해 모터의 크기와 질량이 상당히 감소된다.
제3실시예는 압전 유니트2 및 3이 회전자12에 안착되고 가이드14가 원통형 하우징 13의 내면상에 위치할 때, 원통형 하우징13의 회전시 회전자12(도5 및 도6)는 정지해 있으며 이로 인해 각각의 가이드는 마찰 부재8로 진입한다는 것이 제1실시예와 다른 점이다.
제4실시예에서는 원통형 하우징13이 회전하는 동안 회전자12는 정지 상태에 있으며(도7 및 도8), 압전 유니트2및 3은 일가로면에서 상기 회전자12에 안착된다.
본 발명에 따른 모터는 다음과 같이 작동한다.
회전 압전셀5의 전극에 양전압이 인가되면(도9), 역압전효과로 인해 상기 회전 압전셀5의 내부는 직경선 A1A2에 대해 α각도로 시계방향으로 이동한다. 이 경우, 링의 내부에 있는 지점 B는 α각도로 시계방향으로 변위된다. 고정 압전셀6 및 9에 양전압이 인가되면, 이들 셀은 회전자4에 의해 밀착된다. 반면에, 이들 셀에 음전압이 인가되면, 상기 고정 압전셀6 및 9는 회전자4로부터 분리된다.
동작 사이클은 여섯 개의 시간 스텝으로 구성된다.
제1시간 스텝에 해당하는 위치는 도9에 도시되어 있다. 이때 모든 압전셀, 내부가 α각도로 반시계방향으로 변위된 회전 압전셀5와, 회전자4를 압착하는 고정 압전셀6 및 9에는 양전압이 인가된다.
제2시간 스텝에 있어서, 음전압이 압전 유니트3의 고정 압전셀9에 인가되어 상기 압전셀9가 회전자4로부터 분리되는 동안 압전 유니트2(도10)는 동일한 상태로 유지된다.
제3시간스텝에서는, 회전 압전셀5에 음전압이 인가되면(도11), 고정 압전셀과 회전자는 2α각도로 시계방향으로 회전한다.
제4시간 스텝에서는, 고정 압전셀9에 양전압이 인가되어(도12) 회전자4를 압착한다.
제5시간스텝에서는, 고정 압전셀6에 음전압이 인가되어(도13), 회전자4로부터 분리된다.
제6시간스텝에서는 회전 압전셀5에 양전압이 인가되어(도14), 고정 압전셀6은 2α각도로 시계방향으로 이동한다.
이러한 사이클의 반복을 통해서 회전자4는 시계방향으로 회전한다.
역동작은 고정 압전셀들에 전압을 인가하는 순서를 변경하여 실시된다.
하우징13의 회전시(도5 내지 도8) 동작 사이클은 역시 여섯 개의 시간 스텝으로 이루어지지만 회전 압전셀과 고정 압전셀이 위치를 바꾸게 된다.
상기 압전형 스텝 모터에 압전 유니트들을 추가하여 모터의 가로 및 세로 양면에 배열하여 출력을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 이해 증진을 위해 특정 용어를 사용하였으나, 본 발명은 이러한 용어에 의해 제한되지 않으며, 상기 각각의 용어는 비슷한 방법으로 작동하는 유니트에 대해, 또한 동일한 기술적 문제를 해결하기위해 사용되는 모든 등가의 용어를 망라한다.
본 발명은 상기 구체적인 실시예를 통해 기술되었으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위내에서 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구 범위에 균등하게 정하여져야 한다.
상기 압전형 스텝 모터는 회전자의 토크를 향상하고 회전자의 정확한 위치설정 및 역위치설정을 가능케 한다. 낮은 회전 속도로 인해 상기 압전형 스텝 모터는 감속기어 대신 슬레이브 메카니즘의 직접적인 구동체로 사용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 압전형 스텝 모터에 있어서,
    하우징과,
    고정자와 마찰하며 움직이는 원통형 회전자가 내부에 장착된 원통형 압전 중공 실린더의 형태로 구성된 고정자를 구비하며,
    상기 고정자는 하우징내에 세로면에 일렬로 배열된 적어도 두 개의 회전-고정, 고정 압전 유니트를 구비하며, 상기 압전 유니트 사이의 갭은 탄성절연물질로 충진되어 있고, 상기 회전-고정 압전 유니트는 회전 압전셀, 고정 압전셀, 절연체와, 마찰 부재를 구비하며, 상기 고정 압전 유니트는 고정 압전셀, 절연체와, 마찰부재를 구비함을 특징으로 하는 압전형 스텝 모터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고정자는 일가로면에 위치하며 섹터 형태로 이루어진 적어도 두 쌍의 압전 유니트를 구비하고, 상기 회전-고정 압전 유니트는 회전 압전셀, 고정 압전셀, 절연체, 및 마찰부재를 구비하며, 상기 고정 압전 유니트는 고정 압전셀, 절연체, 및 마찰 부재를 구비함을 특징으로 하는 압전형 스텝 모터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징은 이동가능하며, 상기 압전 유니트들은 정지 회전자에 안착됨을 특징으로 하는 압전형 스텝 모터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압전셀들은 한 세트의 압전 링이나 섹터로 이루어지며, 상기 링이나 섹터의 전극은 병렬로 교번적으로 연결되어 있으며, 연속되는 각각의 압전 링이나 섹터의 분극 방향은 이전의 링이나 섹터와는 반대되는 것을 특징으로 하는 압전형 스텝 모터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전자 또는 상기 이동가능한 하우징은 마찰부재에 해당 가이드를 진입시키는 적어도 한 개의 가이드를 구비함을 특징으로 하는 압전형 스텝 모터.
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