KR100380036B1 - 초음파 리니어 모터의 진동자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 리니어 모터의 진동자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 길이방향으로 형성된 소정형상의 진동체 하부 소정위치에 적어도 하나 이상의 다리부가 결합된 초음파 리니어 모터의 진동자에 있어서, 상기 진동체 상부면의 일측과 타측에서 대칭되도록 부착된 한 쌍의 압전세라믹에 90°위상차가 이루어지도록 각각 진상주파수와 지상주파수를 대응되게 인가하도록 한다.

따라서, 저전압,저전류에서도 진동자가 이동방향을 향하여 진동이 최대도 이루어지도록 함으로써,최소의 전력으로도 속도를 향상시켜 효율을 극대화 시키도록 하는 초음파 리니어 모터의 진동자를 제공한다.

Description

초음파 리니어 모터의 진동자{VIBRATOR OF ULTRASONIC MOTOR}

본 발명은 초음파 리니어 모터의 진동자에 관한 것으로, 특히, 진동체 상부면의 일측과 타측에서 대칭되도록 부착되는 한 쌍의 압전세라믹에 90°위상차가 이루어지도록 각각 진상주파수와 지상주파수를 대응되게 인가함으로써, 저전압,저전류에서도 진동자가 이동방향을 향하여 진동이 최대도 이루어지도록 하는 초음파 리니어 모터의 진동자에 관한 것이다.

일반적으로 다중모드를 이용하는 초음파 리니어 모터의 진동자는 종진동과 굴곡진동을 이용한다.

상기한 초음파 리니어 모터는 알루미늄이나 스테인레스스틸(stainless steel)의 진동체의 상부면에 굴곡진동을 방해하지 않는 위치에 압전세라믹을 부착하여 타원진동을 일으키게 하는 것을 기본으로 한다.

그리고, 상기 진동체의 타원진동이 최고인 부분에 다리부를 결합시키는 구성으로 이루어진다.

따라서, 상기 다리부에 슬라이드를 접촉시킨 후 상기한 압전센서에 전원을 인가하면 굴곡진동과 종진동이 동시에 발생하면서 다리부가 슬라이드를 마찰시켜 슬라이드를 움직이게 하는 것이다.

이러한, 초음파 리니어 모터는 고속 전기철도의 주동력원으로 사용되는 것으로서, 전기철도에 있어서 속도가 300 km/h 정도보다 빨라지면, 차륜(바퀴)이 레일에 밀착되지 않고 공전(空轉)하는 경향이 있다. 이것은 회전형 전동기의 동력이 바퀴에 전해지고, 바퀴와 레일의 마찰을 통해서 차량을 전진시키는 방식을 취하고 있기 때문이다.

따라서, 전기철도에서 바라는 시속 500 km라는 고속수송기관과 같은 경우, 공전의 염려를 없애려면 바퀴를 사용하지 않고 직접 차량을 추진시키는 방법을 취할 필요가 있다.

이것을 해결하는 것으로서 초음파 리니어 모터(직선형전동기)는 직선 위를 움직이고, 직접 동력을 주며, 높은 가 ·감속을 가지게 할 수 있다.

그러나, 상기한 초음파 리니어 모터의 진동자는 진동체의 상부면에 부착된 압전세라믹은 전압과 전류가 높기 때문에 효율이 매우 낮다.

즉, 초음파 리니어 모터에서 중요한 진동은 슬라이드 이동방향으로의 진동인데 반하여, 진동체에 부착된 한 쌍의 압전세라믹으로는 슬라이드 이동방향으로의 진동이 크지 않아서, 결국, 속도를 저하시키는 문제를 초래하게 된다.

또한, 상기 다리부와 슬라이드가 동일한 철의 종류이면 마찰 시 발생하는 마찰음에 의해 소음이 극심해지는 문제점등을 갖게 된다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 저전류,저전압에서도 슬라이드의 이동방향으로 진동체의 진동을 크게 하여 속도를 향상시켜 효율성이 향상된 초음파 리니어 모터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적은, 본 발명에 따라,길이방향으로 형성된 소정형상의 진동체 하부 소정위치에 적어도 하나 이상의 다리부가 결합된 초음파 리니어 모터의 진동자에 있어서, 상기 진동체 상부면의 일측과 타측에서 대칭되도록 부착된 한 쌍의 압전세라믹에 90°위상차가 이루어지도록 각각 진상주파수와 지상주파수를 대응되게 인가하도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 리니어 모터의 진동자에 의해 달성된다.

그리고, 상기 압전세라믹은 상부에 동판이 게재되고 분극방향이 반대로 된 또 다른 압전세라믹이 적층하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 압전세라믹과 대응되는 진동체의 하부면에 각각 부착되며 90°위상차가 이루어지도록 진상주파수와 지상주파수가 서로 대응되게 인가되는 보조압전세라믹을 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 보조압전세라믹은 하부에 동판이 게재되고 분극방향이 반대로 된 또 다른 압전세라믹이 적층하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 진동체의 상부면 중심선(노달 포인트)에 부착되며, 하부를 향하여 진동체 가압 시 압력을 진동체로 전달하도록 된 프리로드를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 다리부는 베이클라이트(bakelite)로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

도1은 본 발명 초음파 리니어 모터를 도시한 도면.

도2는 본 발명 초음파 리니어 모터에 진상주파수와 지상주파수를 공급하기 위한 전기배선을 도시한 도면.

도3은 본 발명 진동체의 굴곡진동을 도시한 도면.

도4는 본 발명 진동체의 종진동을 도시한 도면.

도5는 본 발명 진동체의 굴곡진동과 종진동에 의한 초음파 리니어 모터의 진행원리를 도시한 도면.

-도면부호의 설명-

101-진동체 102-압전세라믹 103-보조압전세라믹

104-동판 105-다리부 106-슬라이드

107-홈 108-프리로드

이하, 본 발명의 구성을 도1내지 도4에서 설명하면 다음과 같다.

먼저, 길이방향으로 형성된 소정형상의 진동체(101)의 상부면에는 굴곡진동을 방해하지 않는 일측에 압전세라믹(102)을 도1과 같이 부착하는 바, 상기 압전세라믹(102)의 상부에는 동판(104)을 게재하여 또다른 압전세라믹(102)을 적층하도록한다.

상기와 같이 적층된 압전세라믹(102)과 대칭되는 진동체(101)의 상부면 타측에도 두개의 압전세라믹(102)사이에 동판(104)을 게재된 압전세라믹(102)을 부착하여 진동체(101)의 굴곡진동이 중심점을 기점으로 양측에서 상호 대칭되게 한다.

그리고, 상기 진동체(101) 하부면에 타원진동이 최고로 되는 위치에는 다리부(105)를 결합시켜 진동체(101)의 진동발생시 다리부(105)가 슬라이드(106)를 마찰시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 진동체(101) 상부면의 압전세라믹(102)과 대응되는 진동체(101)의 하부면에도 동판(104)이 게재된 보조압전세라믹(103)을 도1과 같이 부착하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 진동체(101)의 상부면 중심에는 소정크기의 홈(107)을 형성하고, 여기에 도1에 도시된 바와 같이 프리로드(108)(preload)를 결합시켜 상부에서 프리로드(108)를 가압하면 가압시 발생한 하중이 다리부(105)에 전달되어 슬라이드(106)와의 마찰계수가 증가될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 기술을 도2내지 도5에서 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 진동체(101) 상부면의 일측 압전세라믹(102)에 게재된 동판(104)과 타측 압전세라믹(102)에 게재된 동판(104)에는 각각 진상주파수와 지상주파수가 공급되는 바, 상기 진동체(101)의 일측과 타측면의 압전세라믹(102)(E,F)과 진동체(101) 하부면의 일측과 타측면의 보조압전세라믹(103)(G,H)과 진동체(101) 상부면(I)을 접지하고, 일측의 압전세라믹(102)과 보조압전세라믹(103)에는 같은 위상의 전압을 인가하고, 타측의 압전세라믹(102)과 보조압전세라믹(103)에는 일측의 압전세라믹(102)과 보조압전세라믹(103)에 인가된 전압과 90°위상차의 전압을공급한다.

따라서, 도3과 도4에 도시된 바와 같이 진동체(101)에는 눈에 보이지 않는 굴곡진동과 종진동이 동시에 발생하게 되며, 이들 진동을 합성하게 되면, 결국, 타원형 진동이 생기게 되고 이에 따라 슬라이드(106)의 진행방향으로 진동이 커지게 된다.

이때, 양측의 다리부(105)가 슬라이드(106)에 접촉하게 되어 마찰이 일어나고 이에 따라 상기한 진동에 의한 마찰로 슬라이드(106)가 이동하게 되는 것이다.

한편, 도5에 도시된 바와 같이 진동체(101)의 일측과 타측에는 각각 90°위상차의 전압이 공급됨으로써, 굴곡진동과 종진동은 일측과 타측에서 상호 대칭적으로 발생하며, 그 중심부에는 진동이 발생하지 않음을 알 수 있다.

따라서,상기 진동체(101)의 중심부에 결합된 프리로드(108)는 진동체(101)에 진동이 발생하더라도 간섭이 발생하지 않게 되며, 상기 프리로드(108)가 가압되면 상기 다리부(105)와 슬라이드(106)의 마찰계수가 증가하게 되어 다리부(105)가 슬라이드(106)를 미는 힘이 커지게 됨으로써 속도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기한 다리부(105)를 베이클라이트(bakelite)로 형성함으로써 슬라이드(106)와의 마찰에 의해 발생하는 소음을 제거할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 본 발명은 진동체의 상,하부면에 압전세라믹과 보조압전세라믹을 샌드위치형으로 부착하여 저전류,저전압에서도 진동체의 굴곡진동과 종진동을 크게 할 수 있게 되었으며, 프리로드로 작용되는 하중이나 힘에 의하여 다리부가 슬라이드에 밀착될 수 있어 마찰력을 향상시킴으로써, 다리부가 슬라이드를 원활하게 밀어줄 수 있게 되어 속도를 향상시킬 수 있게 되었으며, 다리부를 베이클라이트로 형성함으로써, 슬라이드와 다리부의 마찰에 의해 발생하는 소음을 제거할 수 있게 되는 훌륭한 발명이다.

Claims (6)

1. 길이방향으로 형성된 소정형상의 진동체(101) 하부 소정위치에 적어도 하나 이상의 다리부(105)가 결합되고, 상기 진동체(101) 상부면의 일측과 타측에서 대칭되도록 부착된 한 쌍의 압전세라믹(102)에 90°위상차가 이루어지도록 각각 진상주파수와 지상주파수를 대응되게 인가하여 이루어진 초음파리니어 모터에 있어서,

   상기 압전세라믹(102)은 상부에 동판(104)이 게재되고 분극방향이 반대로 된 또 다른 압전세라믹(102)이 적층되고, 상기 압전세라믹(102)과 대응되는 진동체(101)의 하부면에 각각 부착되며 90°위상차가 이루어지도록 진상주파수와 지상주파수가 서로 대응되게 인가되는 보조압전세라믹(103)을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 리니어 모터의 진동자.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 보조압전세라믹(103)은 하부에 동판(104)이 게재되고 분극방향이 반대로 된 또 다른 압전세라믹(102)이 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 리니어 모터의 진동자.
5. 제1항에 있어서,

   상기 진동체(101)의 상부면 중심선(노달 포인트)에 부착되며, 하부를 향하여 진동체(101) 가압 시 압력을 진동체(101)로 전달하도록 된 프리로드(108)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 리니어 모터의 진동자.
6. 제1항에 있어서,

   상기 다리부(105)는 베이클라이트(bakelite)로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 리니어 모터의 진동자.