KR100692631B1

KR100692631B1 - 초음파 모터 및 이를 구비한 이송장치

Info

Publication number: KR100692631B1
Application number: KR1020050106371A
Authority: KR
Inventors: 서정무; 허진; 성하경; 정인성; 류세현; 김주한; 최준혁
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2007-03-13

Abstract

본 발명은 초음파 모터에 관한 것으로, 마찰재(20); 마찰재(20)를 사이에 두고 서로 수직으로 틀어져 결합되며, 각 선단부가 고정되는 제1,2탄성체(30,40); 제1,2탄성체(30,40) 각각에 한 쌍으로 결합되며, 서로 90°의 위상차를 갖는 전원 인가에 의해 수축/이완 동작되어 제1,2탄성체(30,40)를 변형시킴으로써 마찰재(20)를 원운동시키는 제1,2압전체(30a,30b)(40a,40b)를 포함하여 구성된다. 이에 따라, 초음파 모터의 조립성이 향상될 뿐 아니라 소형화가 용이하다는 장점이 있다.

마찰재, 탄성체, 압전체

Description

초음파 모터 및 이를 구비한 이송장치 {SUPERSONIC MOTOR AND TRANSPORTATION APPARATUS EQUIPPED WITH THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 초음파 모터를 도시한 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 초음파 모터를 도시한 분해사시도,

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 초음파 모터의 제1,2탄성체 변형상태를 도시한 개략도,

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 초음파 모터의 동작상태도,

도 5는 본 발명에 따른 초음파 모터가 구비된 이송장치를 도시한 사시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

20 : 마찰재 30 : 제1탄성체

30a,30b : 제1압전체 40 : 제2탄성체

40a,40b : 제2압전체 50 : 운동변환유닛

52 : 회전부 54 : 접촉부

56 : 직선운동부

본 발명은 초음파 모터 및 이를 구비한 이송장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 대역의 주파수로 구동력을 발생시킬 수 있는 초음파 모터 및 이를 구비한 이송장치에 관한 것이다.

일반적으로, 초음파(Supersonic Wave)는 사람의 귀로는 소리로서 느낄 수 없는 주파수 약 2만Hz 이상의 음파로서, 초음파 모터는 초음파를 이용하여 구동되는 모터를 말한다.

초음파 모터는 구조가 단순하여 소형·경량화의 구현이 가능할 뿐 아니라 응답속도가 빠르며 정밀제어가 가능하다는 장점이 있어, 그 수요가 증가하고 있는 추세이다.

초음파 모터는 회전형 초음파 모터 및 선형 초음파 모터로 크게 구분되고 있다.

회전형 초음파 모터는 다수의 압전세라믹에 교류전원을 인가하여 이와 결합된 탄성체와 마찰재의 상호작용에 의해 회전력을 발생시키는 구조를 지니고 있으며, 선형 초음파 모터는 회전형 초음파 모터의 원형 구조를 선형으로 펴 놓은 형태로서 그 구동원리는 회전형 초음파 모터와 유사하다.

종래의 회전형 및 선형 초음파 모터는 상대적으로 부피가 클 뿐 아니라 구조 적으로 복잡하여, 소형화의 한계를 지니고 있다. 또한, 동작을 위한 인가 전압의 크기나 주파수가 상대적으로 높아 비교적 복잡한 구동드라이버가 요구된다는 문제점이 있다.

한편, 표면에 압전세라믹을 부착한 실린더형 모터는 구조적으로 소형화가 가능하지만, 조립이 복잡함은 물론이고 고전압 고주파의 교류전원을 필요로 한다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 구조가 단순함은 물론이고 저전압 저주파에서의 동작이 가능한 초음파 모터 및 이를 구비한 이송장치를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 마찰재; 상기 마찰재를 사이에 두고 서로 수직으로 틀어져 결합되며, 각 선단부가 고정되는 제1탄성체 및 제2탄성체; 상기 제1탄성체 및 상기 제2탄성체 각각에 한 쌍으로 결합되며, 서로 90°의 위상차를 갖는 전원 인가에 의해 수축/이완 동작되어 상기 제1탄성체 및 상기 제2탄성체를 변형시킴으로써 상기 마찰재를 원운동시키는 제1압전체 및 제2압전체를 포함하여 구성되는 데 그 특징이 있다.

상기 제1,2압전체는 상기 제1,2탄성체의 외측면에 대칭되게 결합되는 것이 바람직하다.

상기 마찰재는 원형 구조를 가지며, 상기 제1,2탄성체는 장형의 플레이트 구조를 가지는 것이 바람직하다.

상기 제1압전체 및 상기 제2압전체는 압전세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 마찰재; 상기 마찰재를 사이에 두고 서로 수직으로 틀어져 결합되며, 각 선단부가 고정되는 제1,2탄성체; 상기 제1,2탄성체 각각에 한 쌍으로 결합되며, 서로 90°의 위상차를 갖는 전원 인가에 의해 수축/이완 동작되어 상기 제1,2탄성체를 변형시킴으로써 상기 마찰재를 원운동시키는 제1,2압전체; 상기 마찰재와 인접하게 마련되어, 상기 마찰재와의 상호작용에 의해 상기 마찰재의 원운동을 직선운동으로 변환시키는 운동변환유닛을 포함하여 구성되는 데 그 특징이 있다.

상기 운동변환유닛은 상기 마찰재와 인접하게 위치하는 회전부; 상기 회전부에 지지되며, 상기 마찰재의 원운동에 의해 선택적으로 접촉되어 상기 회전부를 회전시키는 접촉부; 상기 회전부에 결합되어, 상기 회전부의 회전동작에 의해 직선운동하는 직선운동부를 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 모터는 마찰재(20); 마찰재(20)를 사이에 두고 결합되며, 각 선단부가 고정되는 제1탄성체(30) 및 제2탄성체(40); 제1탄성체(30)에 한 쌍으로 결합되는 제1압전체(30a,30b); 제2탄성체(40)에 한 쌍으로 결합되는 제2압전체(40a,40b)를 포함하여 구성된다.

마찰재(20)는 원형 구조를 가지고, 그 양면에는 제1탄성체(30) 및 제2탄성체(40)가 결합된다. 마찰재(20)의 재질은 공지된 다양한 종류의 것을 선택적으로 적용할 수 있다.

제1탄성체(30) 및 제2탄성체(40)는 장형의 플레이트 구조를 가지며, 제1탄성체(30) 및 제2탄성체(40)는 마찰재(20)를 기준으로 서로 수직으로 틀어져 십자형(＋) 배치구조를 가진다.

제1탄성체(30) 및 제2탄성체(40)의 형상 및 크기는 필요에 따라 적절하게 변경 가능하며, 그 재질 또한 수축/이완이 가능한 일정의 탄성력을 가진 다른 재질의 것으로 대체 가능함은 물론이다.

제1압전체(30a,30b) 및 제2압전체(40a,40b)는 도 3a, 3b에서와 같이 서로 90°의 위상차를 갖는 교류전원의 인가에 의해 수축/이완 동작이 반복되고, 이러한 제1압전체(30a,30b) 및 제2압전체(40a,40b)의 수축/이완 동작에 의해 제1탄성체(30) 및 제2탄성체(40)가 변형됨으로써 마찰재(20)를 원운동시키는 역할을 한다.

즉, 제1압전체(30a,30b) 및 제2압전체(40a,40b)의 수축/이완 동작에 따른 제1탄성체(30) 및 제2탄성체(40)의 상호작용에 의해 마찰재(20)를 원형의 궤적을 따라 회전시킨다.

제1압전체(30a,30b) 및 제2압전체(40a,40b)는 제1탄성체(30) 및 제2탄성체(40)의 외측면 일 영역에 대칭되게 결합되며, 제1압전체(30a,30b) 및 제2압전체(40a,40b)의 결합위치는 제1탄성체(30) 및 제2탄성체(40)의 변형을 유도하여 마찰재(20)를 원형의 궤적을 따라 회전시킬 수 있는 범위 내에서 다양하게 변경 가능하다.

제1압전체(30a,30b) 및 제2압전체(40a,40b)는 압전세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 필요에 따라 동일 기능을 수행할 수 있는 공지된 다른 재질을 사용할 수도 있다.

특히, 압전세라믹은 전계가 가해졌을 때 기계적인 변형이 발생되는 소자로서, 전기에너지를 기계적인 진동에너지로 변환할 수 있을 뿐 아니라 그 변환효율이 상대적으로 높다는 장점이 있어 초음파 모터의 구동원으로서 가장 적당하다.

한편, 마찰재(20)의 회전속도와 방향은 인가되는 전원의 크기와 극성에 따라 감속/가속 및 시계/반시계 방향으로 선택적으로 제어할 수 있으며, 기어부(미도시) 등과 같은 수단과의 적절한 결합을 통해 마찰재(20)의 회전속도 및 회전력을 조절할 수도 있다.

상기에서 설명한 초음파 모터의 작동상태를 도 4a 내지 도 4d를 통해 간단히 설명하면 하기와 같다.

먼저, 제1,2탄성체(30,40)의 선단부를 고정시킨 후, 전원공급유닛(미도시)을 통해 제1압전체(30a.30b) 및 제2압전체(40a,40b)에 서로 90°의 위상차를 갖는 교류전원을 인가한다.

이렇게 전체 시스템의 고유진동수와 일치하는 교류전원의 인가에 의해 제1압전체(30a,30b) 및 제2압전체(40a,40b)가 수축/이완 동작을 반복하게 되고, 이에 따라 제1압전체(30a,30b) 및 제2압전체(40a,40b)와 연동되도록 결합된 제1,2탄성체(30,40)의 변형이 순차적으로 발생되어, 마찰재(20)는 원형의 궤적을 따라 회전하게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 모터를 구비한 이송치는 마찰재(20); 마찰재(20)를 사이에 두고 서로 수직으로 틀어져 결합되며, 각 선단부가 고정되는 제1,2탄성체(30,40); 제1,2탄성체(30,40) 각각에 한 쌍으로 결합되며, 서로 90°의 위상차를 갖는 전원 인가에 의해 수축/이완 동작되어 제1,2탄성체(30,40)를 변형시킴으로써 마찰재(20)를 원운동시키는 제1,2압전체(30a,30b)(40a,40b); 마찰재(20)와 인접하게 마련되어, 마찰재(20)의 원운동(원 궤적을 따라 회전하는 운동)을 직선운동으로 변환시키는 운동변환유닛(50)을 포함하여 구성된다.

운동변환유닛(50)은 마찰재(20)와 인접하게 위치하는 회전부(52); 회전부(52)에 지지되며, 마찰재(20)의 원운동에 의해 선택적으로 접촉되어 회전부(52)를 회전시키는 접촉부(54); 회전부(52)에 결합되어, 회전부(52)의 회전동작에 의해 직선운동하는 직선운동부(56)를 포함한다.

회전부(52) 및 직선운동부(56)는 통상적인 리드 스크류의 원리를 이용한 것이다.

운동변환유닛(50)의 구조는 마찰재(20)의 원운동을 직선운동으로 변환시킬 수 있는 범위 내에서 다양하게 변경 가능하다.

또한, 원운동을 직선운동으로 변환시키는 운동변환유닛(50) 외 본 발명에 따른 이송장치는 마찰재(20)의 원운동을 통해 구동할 수 있는 여러 다양한 유닛에 적용할 수 있음은 물론이다.

한편, 운동변환유닛(50)를 제외한 이송장치의 구성 및 기능은 도 1 및 도 2에서 설명한 초음파 모터와 실질적으로 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하며, 상기에서 설명한 이송장치는 소형화 및 정밀화가 요구되는 카메라 모듈을 비롯하여 다양한 분야의 기기에 적용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 초음파 모터의 구조가 단순해짐으로써 조립성이 상대적으로 향상될 뿐 아니라 소형화가 가능하다는 장점이 있다.

또한, 저전압 및 저주파에서 동작이 가능함으로써 휴대기기 및 소형 정밀기기에 적용 가능하다.

Claims

마찰재;

상기 마찰재를 사이에 두고 서로 수직으로 틀어져 결합되며, 각 선단부가 고정되는 제1,2탄성체;

상기 제1,2탄성체 각각에 한 쌍으로 결합되며, 서로 90°의 위상차를 갖는 전원 인가에 의해 수축/이완 동작되어 상기 제1,2탄성체를 변형시킴으로써 상기 마찰재를 원운동시키는 제1,2압전체를 포함하고,

상기 제1,2압전체는 상기 제1,2탄성체의 외측면에 대칭되게 결합되는 것을 특징으로 하는 초음파 모터.
삭제
제1항에 있어서,

상기 마찰재는 원형 구조를 가지며,

상기 제1,2탄성체는 장형의 플레이트 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 모터.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 제1,2압전체는 압전세라믹 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 모터.
마찰재;

상기 마찰재를 사이에 두고 서로 수직으로 틀어져 결합되며, 각 선단부가 고정되는 제1,2탄성체;

상기 제1,2탄성체 각각에 한 쌍으로 결합되며, 서로 90°의 위상차를 갖는 전원 인가에 의해 수축/이완 동작되어 상기 제1,2탄성체를 변형시킴으로써 상기 마찰재를 원운동시키는 제1,2압전체;

상기 마찰재와 인접하게 마련되어, 상기 마찰재와의 상호작용에 의해 상기 마찰재의 원운동을 직선운동으로 변환시키는 운동변환유닛을 포함하여 이루어지는 이송장치.
제5항에 있어서,

상기 운동변환유닛은,

상기 마찰재와 인접하게 위치하는 회전부; 상기 회전부에 지지되며, 상기 마찰재의 원운동에 의해 선택적으로 접촉되어 상기 회전부를 회전시키는 접촉부; 상기 회전부에 결합되어, 상기 회전부의 회전동작에 의해 직선운동하는 직선운동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송장치.
제5항에 있어서,

상기 제1,2압전체는 상기 제1,2탄성체의 외측면에 대칭되게 결합되는 것을 특징으로 하는 이송장치.
제6항에 있어서,

상기 마찰재는 원형 구조를 가지며,

상기 제1,2탄성체는 장형의 플레이트 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 이송장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 제1,2압전체는 압전세라믹 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이송장치.