KR100353459B1 - 압전선형스텝모터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 압전 선형 스텝 모터는 원통형 하우징 (1), 가이동부 (4) 및 상기 하우징과 가이동부사이에 배치되는 고정 장치를 구비한다. 상기 고정 장치는 최소 두 개의 압전 유닛 (2,3)을 포함한다. 상기 각 압전 유닛 (2,3)은 이동 압전 셀 (5), 고정 압전 셀 (6), 절연체 (7) 및 마찰 요소(8)를 포함한다. 상기 압전 유닛 (2,3)은 한 압전 유닛이 다른 압전 유닛의 후방에 종축 평면상으로 위치하는 방식으로 상기 하우징 (1)내에 배치된다.

Description

압전 선형 스텝 모터{Piezoelectric linear step motor}

가이드부, 하우징 및 내표면에 대해 일정 각도로 상기 하우징내에서 고착되고 상기 가이드부와 마찰에 의해 상호작용하는 플레이트 형태의 이동자를 구비하는 선형 스텝 모터가 SU, A, 8001145에 이미 공지되어 있다.

그러나, 이같은 스텝 모터는 그 전체적인 차원과 부피가 크고, 탄성 플레이트의 도움으로 동작을 수행하며, 이 경우, 모터의 높은 파원 출력을 얻을 수 없고 정확한 위치선정 능력을 제공할 수 없다.

또한, 내부에 고정 유닛이 고착되고, 작동 부재를 갖는 가이동부(movable part)가 수용되는 하우징을 구비하는 압전 선형 스텝 모터가 SU, A, 720576에 이미 공지되어 있다.

그러나, 이러한 압전 모터는 많은 부품수를 필요로 하고, 그 설계가 복잡하고, 고정 유닛의 제조 과정이 복잡하며, 그 가이동부가 직선 변위운동중에 예기치않은 회전운동을 하기가 쉽다.

본 발명은 전기 모터, 특히, 압전형 스테핑 모터(piezoelectric stepping motor)에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 선형 스텝 모터를 나타낸 정면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 모터를 종축방향으로 절단한 종단면도이다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전 선형 스텝 모터를 나타낸 정면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 모터를 종축방향으로 절단한 종단면도이다.

도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 선형 스텝 모터를 나타낸 정면도이다.

도 6는 도 5에 도시된 모터를 종축방향으로 절단한 종단면도이다.

도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 압전 선형 스텝 모터를 나타낸 정면도이다.

도 8는 도 7에 도시된 모터를 종축방향으로 절단한 종단면도이다.

도 9는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 압전 선형 스텝 모터를 나타낸 정면도이다.

도 10은 도 9에 도시된 모터를 종축방향으로 절단한 종단면도이다.

도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 압전 선형 스텝 모터를 나타낸 정면도이다.

도 12는 도 11에 도시된 모터를 종축방향으로 절단한 종단면도이다.

도 13은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 압전 선형 스텝 모터를 나타낸 정면도이다.

도 14는 도 13에 도시된 모터를 종축방향으로 절단한 종단면도이다.

도 15내지 도 20은 상기 압전 선형 스텝 모터의 작동 사이클에 따른 시간 경과의 각 단계를 나타낸 길이방향의 종단면도이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래기술에 따른 문제점을 극복하고, 그 설계도 및 제조 기술을 단순화하며, 상기 모터의 작은 치수 및 부피로 고 파워 출력을 얻을 수 있고, 상기 가이동부의 위치선정 정확도를 증가시킨 압전 선형 스텝 모터를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본원 발명의 특징에 따라, 고정 유닛이 고착되는 하우징과 가이동부를 구비한 압전 선형 스텝 모터가 제공되는데, 상기 고정 유닛은 최소 두 개의 압전 유닛을 포함하되, 각 압전 유닛은 두 개 셀 상호간에 분리되고 절연체에 의해 상기 하우징과 마찰 요소로 부터 분리되는 이동 압전 셀 및 고정 압전 셀을 포함하고, 한 압전 유닛이 다른 압전 유닛의 후방에 종축 평면상으로 위치하는 방식으로 상기 하우징내에 배치되거나, 하나의 횡축 평면상에 배치되고 섹터형태를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징은 평행육면체의 형태를 지닐수 도 있고, 상기 압전 유닛은 평행육면체의 형태로 제조될수 도 있고, 종축 평면상에서 한 압전 유닛이 다른 압전 유닛의 후방에 배치될 수 도 있으며, 상기 가이동부는 장방형 단면을 갖는 로드(rod) 형태로 제조될 수 도 있다.

또한, 상기 하우징은 다면체 형태로 구성될 수 도 있고, 상기 압전 유닛은 한 횡축 평면상에 배열될 수 도 있다.

상기 하우징은 상기 가이동부가 상기 하우징의 외부로 통과하도록 해주는 절개부를 구비할 수 도 있다.

상기 가이동부는 상기 마찰 요소상에 형성된 각각의 가이드부로 들어가는 최소 하나의 가이드부를 구비할 수 도 있다.

상기 모터가 횡축 평면상에 배치되는 최소 두 쌍의 압전 유닛을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 압전 셀은 압전 플레이트, 링 패킷또는 섹터형태로 제조되는 것이 바람직하고, 상기 압전 셀의 전극들이 교대로 평행하게 연결되며, 이 경우, 각각의 연속적인 압전 플레이트, 링또는 섹터의 편극(偏極)방향은 이전의 압전 플레이트, 링또는 섹터의 편극 방향과는 반대가 된다.

상기 압전 유닛사이의 간극은 탄성 절연 물질로 충전(充塡)되는 것이 바람직하다.

상기 하우징은 이동가능하게 구성될 수도 있고, 상기 압전 유닛은 고정형 로드위에 고정될 수도 있다.

본 발명의 양호한 실시예에 따른 압전 선형 스텝 모터에 의하면, 그 구성 및 제조 기술을 단순화할 수 있고, 모터의 소형 크기 및 부피로 고 파워 출력을 얻을 수 있고, 상기 가이동부의 위치선정 정확도를 증가시킬 수 있다.

첨부도면을 참조하여, 실시예를 통해 본 발명이 이하에 상세히 설명된다.

첨부 도면에서, 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 선형 스텝 모터는 두 개의 압전 유닛 2(도 2 참조) 및 3을 내부에 수용하는 원통형 하우징 1(도 1 참조) 및 원통형 로드형태로 제조되는 가이동부 4를 구비한다.

상기 각 압전 유닛 2 및 3은 이동 압전 셀 5, 고정 압전 셀 6, 절연체 7 및 함께 결합되는 마찰 요소 8로 구성된다.

상기 각 이동 압전 셀 5는 각도상으로 상기 모터의 종축방향을 향하는 초기 편극 벡터를 갖고, 상기 고정 압전 셀 6은 상기 모터의 종축에 대해 수직으로 향하는 초기 편극 벡터를 갖는다.

상기 절연체 7은 상기 이동 압전 셀 5와 고정 압전 셀 6 상호간의 절연상태뿐만 아니라, 상기 하우징 1과 마찰 요소 8로 부터 상기 이동 압전 셀 5 및 고정 압전 셀 6의 절연상태를 제공해 준다. 상기 마찰 요소 8은 상기 압전 유닛 2 및 3에 의해 상기 가이동부 4의 보다 확고한 압착상태를 제공하도록 분리된다.

각각의 압전 셀은 와이어(도시 생략)에 연결된 전극을 갖는다.

상기 압전 유닛 2와 3사이의 간극은 탄성 절연 물질 9로 충전된다.

상기 가이동부 4의 표면에는 상기 마찰 요소 8상의 대응 가이드부로 들어오는 가이드부 10이 형성된다. 상기 가이드부 10에 의해 상기 원통형 로드의 방사상 변위운동의 가능성이 배제된다.

본 발명에 따른 압전 선형 스텝 모터의 다른 실시예가 가능하다.

상기 모터의 제 2 실시예에서는, 제 1 실시예와는 달리, 상기 압전 셀 2(도3 및 도 4 참조) 및 3이 한 횡축 평면상에 배치되고, 섹터 형태로 제조된다. 이렇게 함으로써, 상기 모터의 크기 및 부피가 상당히 줄어든다.

상기 모터의 제 3 실시예는 상기 하우징 및 가이동부의 형태뿐만 아니라, 제조시 단순화되는 상기 압전 유닛 및 압전 셀의 구성의 차이점으로 인하여 상기 제 1 실시예와는 다르다. 상기 하우징 11(도 5 및 도 6)은 평행육면체의 형태를 지니며, 상기 가이동부는 장방형의 단면으로된 로드 12의 형태로 제조된다.

상기 모터의 제 4 실시예에 있어서, 상기 하우징 13은 다면체의 형태로 제조되고, 상기 압전 유닛 2 및 3은 한 횡축 평면상에 배치된다.

상기 모터의 제 5 실시예에 있어서, 상기 하우징 14(도 9 및 도 10)는 상기 가이동부 16이 상기 하우징 14의 외부로 통과하도록 해주는 절개부 15를 구비한다. 상기 압전 유닛 2 및 3의 설계는 제 3 실시예의 그것과 유사하다.

상기 모터의 제 6 실시예에 있어서, 가이동 요소는 상기 하우징 17(도 11 및 도 12)이고, 고정 요소는 상기 압전 유닛 2 및 3이 단단하게 고착되는 바 18이다.

상기 모터의 제 7 실시예에 있어서는, 상기 제 6 실시예와 유사하게, 상기 하우징 17(도 13 및 도 14)은 가이동 요소이고, 상기 로드 18은 고정형 요소이며, 상기 압전 유닛 2 및 3은 상기 로드 18에 단단하게 고착되고 한 횡축 평면상에 배치되는 섹터의 형태로 제조된다.

본 발명에 따른 압전 선형 스텝 모터는 다음과 같이 작동한다.

상기 압전 유닛 2(도 2참조) 및 3은 동일한 이동 압전 셀 5 및 고정 압전 셀 6로 제조된다. 상기 압전 유닛 2 및 3의 동작은 각각의 극성 전압이 상기 압전 셀의 전극에 인가될 때 수행된다. 정(+) 전압이 상기 이동 압전 셀 5의 전극에 인가되면, 역 압전 효과로 인해 상기 하우징 1에 고착되는 외부 부품에 대해 내부 부품이 좌측으로 변위된다. 정(+)전압이 상기 고정 압전 셀 6에 인가되면, 상기 고정 압전 셀은 그 편극 벡터가 상기 모터의 종축에 대해 수직으로 지향하기 때문에 상기 가이동부 4를 조이게 된다. 부(-) 전압이 인가되면, 상기 동작과 반대인 역 동작이 일어난다: 즉, 상기 이동 압전 셀 5가 우측으로 이동하는 반면, 상기 고정 압전 셀 6은 상기 가이동부 4로 부터 밀려나 이격된다.

상기 압전 선형 스텝 모터의 작동 사이클은 시간 경과에 따른 6 단계로 구성된다.

상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 1 단계는 도 15에 도시된다. 정(+) 전압이 상기 압전 유닛 2의 상기 이동 압전 셀 5 및 상기 압전 유닛 2 및 3의 상기 고정 압전 셀 6에 인가되고, 부(-) 전압이 상기 압전 유닛 3의 이동 압전 셀 5에 인가된다. 이 경우, 상기 압전 유닛 3의 이동 압전 셀 5는 우측으로 변위되는 반면, 상기 압전 유닛 2의 이동 압전 셀 5는 좌측으로 변위되며, 상기 두 개의 압전 유닛 2 및 3의 고정 압전 셀 6은 상기 마찰 요소 8를 통해 상기 가이동부 4를 압착한다.

상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 2 단계에서는, 부(-) 전압이 상기 압전 유닛 3의 고정 압전 셀 6(도 16 참조)에 인가되면, 상기 고정 압전 셀 6은 상기 가이동부 4로 부터 밀려나 이격된다.

상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 3 단계에서는, 부(-) 전압이 상기 압전 유닛 2의 상기 이동 압전 셀 5(도 17 참조)에 인가되면, 상기 이동 압전 셀은 우측으로 이동함으로써 상기 고정 압전 셀 6 및 상기 가이동부 4는 한 스텝동안 우측으로 변위된다. 이와 동시에, 정(+) 전압이 상기 압전 유닛 3의 이동 압전 셀 5에 인가되면, 상기 이동 압전 셀 5은 상기 고정 압전 셀 6과 함께 좌측으로 이동한다.

상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 4 단계에서는, 정(+) 전압이 상기 압전 유닛 3의 상기 고정 압전 셀 6(도 18 참조)에 인가되면, 상기 고정 압전 셀은 상기 가이동부 4에 압착된다.

상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 5 단계에서는, 부(-) 전압이 상기 압전 유닛 2의 상기 고정 압전 셀 6(도 19 참조)에 인가되고, 상기 고정 압전 셀 6은 상기 가이동부 4로 부터 밀려나 이격된다.

상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 6 단계에서는, 상기 압전 유닛 2(도 20참조) 및 3이 상호 벌어진다. 즉, 정(+) 전압이 상기 압전 유닛 2의 상기 이동 압전 셀 5의 전극에 인가되면, 상기 압전 유닛 2은 좌측으로 이동하는 반면, 부(-) 전압이 상기 압전 유닛 3의 상기 이동 압전 셀 5의 전극에 인가되면, 상기 압전 유닛 3은 상기 고정 압전 셀 6 및 가이동부 4와 함께 우측으로 이동한다. 상기 가이동부 4는 하나 이상의 스텝이 진행되는 동안 변위된다. 그렇게 하면서 상기 작동 사이클이 완료되고, 상기 가이동부 4는 두 스텝 동안 변위된다.

그러면, 직선(선형) 변위 과정이 동일한 시퀀스로 계속 수행된다.

상기 하우징의 변위 과정에 있어서, 동일한 작동 사이클이 사용되지만, 상기이동 압전 셀 및 고정 압전 셀은 위치를 변경시킨다.

상기 고정 압전 셀에 전압을 인가하는 시퀀스를 변경시킴으로써, 상기 사이클의 역 동작이 수행된다.

직렬로 연결된 여러개의 압전 유닛을 사용함으로써, 상기 가이동부에 작용하는 힘을 상당히 증가시킬 수 있다.

본 발명에 따른 압전 선형 스텝 모터에 의하면, 그 설계 및 제조 기술이 단순하고, 크기 및 부피가 작고, 상기 가이동부에 작용하는 힘이 강력하며, 위치선정의 정확도를 증가시킬 수 있고 일정한 직선 변위운동을 제공할 수 있다. 전술한 바와같이, 본 발명의 실시예에 관한 설명에 있어서, 이해를 돕기위해 특정한 협의의 기술용어가 사용된다. 그러나, 본 발명은 허용된 용어에 의해 한정되는 것은 아니며, 그러한 각 용어들은 유사한 방식으로 작동하고 동일한 기술적 문제점의 해결을 위해 사용되는 유닛에 대한 모든 등가의 용어들을 포함한다는 것을 명심해야 한다.

지금까지, 특정의 바람직한 실시예및 그 대체 실시예와 관련하여 본 발명이 상세히 개시되고 설명되었지만, 상기 본 발명에 대한 개시는 단지 본 발명의 적용예에 불과한 것이고, 본 발명을 수행하기 위한 최상 모드로서 본 명세서에 개시된 특정 실시예에 국한되는 것은 아니다.

또한, 하기 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 사상이나 분야를 일탈하지 않는 범위내에서 본 발명이 다양하게 개조및 변경될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 전기 공학, 원격 조종술, 무선 공학 및 자동화 기술부문의 종속 기계 장치로서 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, 2 또는 3항 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 3항에 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 3항에 있어서,

   압전형 유닛들 사이의 갭은 탄성 절연물질로 채워지는 것을 특징으로 하는압전형 리니어 스텝 모터.
9. 상기한 제 1 또는 3항 또는 5, 6항 중 어느 한 항에 있어서,

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