KR100996521B1 - 압전 전기기계식 구동유니트 - Google Patents

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Abstract

일반적으로 두 개의 전기기계식 진동기들이 링크에 의해 서로 연결된다. 링크에 연결된 단부들에서 상기 전기기계식 진동기들이 각각의 탄성연결부재에 의해 스테이터의 지지부분에 부착된다. 따라서 지지부분에 대한 기계적 연결부가 진동기 및 링크사이에 삽입된다. 전기기계식 진동기들 중 한 개의 진동운동이 연결부재들 중 한 개의 비틀림 또는 경사운동으로 변환되고, 전기기계식 진동기의 유사한 진동운동이 다른 연결부재의 경사운동 또는 비틀림운동을 제공한다. 전기기계식 진동기들과 연결된 링크가 계속해서 변형되고 운동한다. 진동들 및 진동의 상대 위상들에 의존하여, 링크의 작동부분이 운동경로로 이동되고 그 결과 몸체가 운동하기 위해 상기 작동부분이 이용된다.

Description

압전 전기기계식 구동유니트{PIEZOELECTRIC ELECTROMECHANICAL DRIVE UNIT}
본 발명은 전기기계식 작동기 및 특히 공명주파수 또는 공명주파수와 근접한 주파수에서 작동하는 소형 전기기계식 작동기에 관한 것이다.
미세한 위치제어가 제공될 수 있는 극소형 모터들이 여러 기술분야에서 요구된다. 상기 분야들중에서 예를 들어, 카메라와 같은 휴대용 소비자제품들이 저소비전력, 경량 및 저가격으로 생산되어야 한다. 전형적으로 선형운동이 요구되지만, 종종 리드 스크류(lead screw)와 같은 운동변환기구와 결합한 회전모터가 이용된다. 상기 운동은 종종 수 밀리미터의 범위에 해당한다. 상기 요구조건들은 한 개의 동일한 모터구조에 의해 충족되기 어렵다.
일반적으로 중실 작동기 재료와 일부 형태의 확대기구가 원하는 소형모터에 양호하게 이용된다. PZT 요소와 같은 중실작동기가 매우 높은 에너지 밀도를 가지고, 따라서 모터의 크기가 매우 소형으로 제공된다. 전형적으로 높은 에너지밀도를 가진 종래기술의 작동기 재료는 작동기의 형상을 천 분의 일이상의 정도로 변경할 수 없고, 그 결과 작은 외형치수를 가진 최적구조가 구성되기 곤란하다. 종래기술에서 다수의 방법들이 공개된다. 전형적인 몇 가지 예들이 제공된다.
미국특허 제 6,373,170호에 공개되고 서로에 대해 주어진 각으로 경사구조를 형성하며 지지부분위에서 지지되며 별도로 제공된 두 개의 작동기블록(block)들을 참고할 때, 레일(rail)을 구동하기 위해 상호결합된 구동패드가 이용된다. 작동기들이 소위 33-액츄에이션(actuation)에 의해 작동한다.
전체적으로 V자형상을 가진 유니트가 운동레일에 대해 수직으로 연장된다. 두 개의 작동기들이 구동패드의 타원형 궤적을 제공할 때, 상기 두 개의 작동기들이 상기 작동기들사이에서 위치전이를 가진 종방향의 기계적 공명상태로 구동된다. 상기 부품들이 소형으로 제조될 때, 종방향 공명주파수들은 MHz 범위내에 수 밀리미터로 형성된다. 다수의 적용예에서, 상기 주파수들이 전자기간섭을 형성하여 허용될 수 없다. 실제로, 상기 주파수에서 장치들을 작동하기 곤란하다.
굽힘모드에서 내부운동의 증폭이 형성될 수 있기 때문에, 다수의 적용예들에서 이용되는 부품은 압전 바이모르프(bimorph)이다. 극도로 작은 크기가 요구되는 적용예의 모터가 스웨덴 특허 제 SE 9300305-1호에 공개된다. 이동해야 하는 대상물과 직접 접촉하는 바이모르프 요소를 이용하여 회전운동 또는 선형운동이 스텝(step)운동으로 수행된다. 상기 특허에 의하면, 바이모르프 요소의 접촉점이 두 개의 방향으로 운동하고 즉 굽힘운동방향 및 종방향으로 상기 바이모르프 요소가 이용되도록 상기 바이모르프 요소가 구동된다.
독일특허 DE 143 682호에 압전 스틱-슬립(stick-slip)모터가 공개된다. 강/압전요소의 샌드위치구조를 가진 두 개의 바이모르프들이 각각의 제 1 단부들에서 스테이터의 지지부분에 연결되고 제 2 단부들에서 중간의 수동 강부품에 연결된다. 휠을 구동하기 위하여 바이모르프가 가지는 동일위상의 굽힘운동이 이용되고, 바이 모르프가 가지는 상이한 위상의 굽힘운동이 피동부품을 회전시키며 휠의 접촉압력을 변화시킨다.
바이모르프에 기초한 구동기구가 미국특허 제 5,089,740호에 공개된다. 복합운동 패턴을 가지고 게이트(gate)형상을 가진 바이모르프의 복잡한 배열이 제공되어 상대적으로 높은 강성을 가진다. 전체구조가 공간을 많이 점유하고 구성부품들을 이용하면 복합운동의 장점이 없어진다.
구동되어야 하는 몸체주위에서 제한된 횡방향공간에 적합한 작동기배열이 미국특허 제 6,437,485호에 공개된다. 여러 개의 전극들을 가지고 몸체와 평행하게 배열된 한 개의 작동기 빔(beam)이 기초공명주파수와 근접한 상태에서 31 액츄에이션으로 작동한다. 상기 빔이 단부들에서 기저부에 대해 지지되고, 단일 구동패드가 빔의 중심에 배열된다. 구동패드의 이차원 궤적을 형성하기 위하여 빔의 두 측부들에 대해 비대칭적인 전압공급 및 공명과 경미하게 벗어난 주파수가 이용된다. 상기 구성이 다수의 장점들을 가진다. 상기 구성에 의하면, 몸체의 근접위치에서 매우 작은 횡방향공간이 요구되고 단일 구동패드가 이용되어 긴 행정이 제공되며 근사한 공명 작동은 전극요건들을 감소시킨다. 그러나 충분한 효율을 구하기 어렵다. 전형적으로 공명주파수가 수직하중 즉 몸체가 구동패드에 대해 가압되는 하중에 의존하기 때문에 일부 공명주파수로 작동기를 조정하기 곤란하다.
본 발명의 목적은 소형화 특히 작은 횡방향 연장부를 가지 전기기계식 작동기 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 반경방향의 전자기 간섭없이 작동가능한 전기기계식 작동기 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 효율 및 작동하중이 개선된 전기기계식 작동시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 부하변화에 대해 상대적으로 민감하지 않은 전기기계식 작동기 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 청구범위를 따르는 작동기 시스템에 의해 상기 목적들이 달성된다. 일반적으로 두 개의 전기기계식 진동기들이 링크에 의해 서로 연결된다. 링크에 연결된 단부들에서 상기 전기기계식 진동기들이 각각의 탄성연결부재에 의해 스테이터의 지지부분에 부착된다. 따라서 지지부분에 대한 기계적 연결부가 진동기 및 링크사이에 삽입된다. 전기기계식 진동기들 중 한 개의 진동운동이 연결부재들 중 한 개의 비틀림 또는 경사운동으로 변환되고, 전기기계식 진동기의 유사한 진동운동이 다른 연결부재의 경사운동 또는 비틀림운동을 제공한다. 전기기계식 진동기들과 연결된 링크가 계속해서 변형되고 운동한다. 진동들 및 진동의 상대 위상들에 의존하여, 링크의 작동부분이 운동경로로 이동되고 그 결과 몸체가 운동하기 위해 상기 작동부분이 이용된다.
본 발명의 장점에 의하면, 작동부분의 운동패턴이 안전성 및 주파수조정에 관해 제어된다.
본 발명의 다른 목적들 및 장점들이 첨부된 도면들에 도시된 실시예에 관한 하기 설명에 의해 이해된다.
도 1A내지 도 1E는 본 발명을 따르는 링크부재의 경사운동 및 병진운동사이 의 관계를 개략도시한 도면.
도 2는 본 발명을 따르는 구동요소의 실시예를 개략도시한 도면.
도 3A내지 도 3C는 링크부재의 중심 및 단부들사이의 병진운동사이의 관계를 개략도시한 도면.
도 4는 본 발명의 전기기계적 모터의 실시예를 개략도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 전기기계적 모터를 구성하는 스테이터(stator)의 실시예를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 전기기계적 모터를 구성하는 스테이터의 또 다른 실시예를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 전기기계적 모터를 구성하는 구동요소의 또 다른 실시예를 도시한 사시도.
도 8은 본 발명의 방법에 관한 실시예를 도시한 플로우선도.
도 9A내지 도 9D는 본 발명의 전기기계적 모터를 구성하는 전기기계식 진동기들의 서로 다른 실시예들을 도시한 개략선도.
도 10은 본 발명에 따라 회전운동을 제공하는 전기기계식 모터의 실시예를 개략도시한 단면도.
도 11은 본 발명에 따라 회전운동을 제공하는 전기기계식 모터의 또 다른 실시예를 개략도시한 단면도.
*부호설명*
14,16.......연결부재 26.....링크부재
22,24......진동기 28.......작동부분
본 발명은 작동부재의 운동을 형성하기 위해 경사운동 또는 비틀림운동을 이용한다. 본 발명을 실시하기 위하여, 도 1A내지 도 1E에서 기본원리들이 제시된다.
도 1A를 참고할 때, 이동해야 하는 몸체와 상호작용하기 위한 작동부분(28)이 링크부재(26)에 구성된다. 상기 링크부재(26)가 일정한 탄성을 제공하는 재료 또는 기하학적 형상을 가진다. 전형적으로 전압을 제공하여 작동될 수 없는 전자기계적 재료 또는 비-전자기계적 재료에 의해 상기 링크부재(26)가 제조된다. 상기 링크부재(26)의 단부들이 두 개의 연결부재(14,16)들과 강하게 부착된다. 도 1A의 도면과 수직인 각각의 축(13,15)주위에서 상기 링크부재(26)는 토크탄성을 가진다. 상기 실시예에 의하면, 연결부재(14,16)들은 병진운동에 대해 고정된다.
도 1B를 참고할 때, 연결부재(16)위에서 시계방향으로 토크가 작용하고 반시계방향으로 또 다른 토크가 작용한다. 그 결과 연결부재(14,16)들은 중심 즉 링크부재(26)를 향해 일부 회전운동한다. 상기 연결부재(14,16)들이 회전하여 링크부재(26)가 가압되고 작동부분(28)이 도면에서 화살표를 따라 하향으로 운동한다. 상기 구조는 대칭구조이고 작용하는 토크가 동일하면, 상기 링크부재(26)가 대칭을 이루며 하향으로 구부러지고 따라서 작동부분(28)의 운동은 경사운동없이 순수한 병진운동을 형성한다.
도 1C를 참고할 때, 도 1B와 비교할 때 토크가 반대로 작용하여, 링크부재 (26)는 상향으로 구부러지고 화살표를 따라 작동부분(28)은 상향으로 이동한다. 상기 연결부재(14,16)위에서 반대방향의 토크가 작용하면 상기 작동부분(28)은 상하운동을 한다.
도 1D를 참고할 때, 동일한 방향의 토크들이 연결부재들에 대해 작용한다. 상기 도면을 참고할 때, 시계방향의 토크가 작용한다. 이 경우 링크부재(26)가 S자 형상으로 변형된다. 상기 링크부재(26)의 중심이 도면에서 좌측으로 경사를 형성하여, 작동부분(28)의 팁(tip)이 좌측으로 병진운동한다.
도 1E를 참고할 때, 도 1D와 비교하여 반대방향의 토크들이 작용하여 상기 작동부분(28)의 팁이 우측으로 병진운동한다. 연결부재(14,16)위에 동일한 방향의 토크들이 작용하여, 작동부분(28)은 좌우운동을 한다.
상기 선택적 실시예들을 조합할 때, 작동부분(28)의 거의 모든 운동형태가 제공될 수 있다. 특히 작동부분(28)은 타원형 경로를 따라 이동하여 전기기계식 모터의 운동을 형성하기 위한 공통의 운동이 형성된다.
도 2를 참고할 때, 전기기계식 모터내에 구성된 구동요소의 실시예가 도시된다. 도 1A내지 도 1E와 같이, 링크부재(26), 작동부분(28) 및 eno의 연결부재(14,16)들이 제공된다. 각각의 전기기계식 진동기(22,24)들이 각각의 연결부재(14,16)에 강하게 연결된다. 제 1 전기기계식 진동기(22)가 상기 진동기의 제 1 단부(21)에서 연결부재(14)에 부착된다. 제 2 전기기계식 진동기(22,24)가 진동기의 제 1 단부(23)에서 연결부재(16)에 부착된다. 전기기계식 진동기(22,24)내에서 굽힘모드 진동 즉 각각의 전기기계식 진동기의 주요연장부에 대해 수직방향으로 행 정운동을 가지는 진동이 형성되면, 각각의 연결부재(14,16)위에 토크가 가해진다. 각각의 전기기계식 진동기(22,24)의 자유단부들이 다소 진동없는 상태의 빔(beam)으로서 거동한다.
종래기술을 따르는 대부분의 전기기계식 모터들에 있어서, 전형적으로 작동부분의 운동을 형성하기 위하여 전기기계식 요소들의 병진운동이 이용된다. 본 발명에 의하면, 연결부재(14,16)에 토크를 전달하여 간접적으로 작동부분(28)의 운동을 형성하기 위하여 전기기계식 진동기(22,24)들이 이용된다. 따라서 하기 설명과 같이 본 발명에 의하면, 대부분의 종래기술과 대조적으로 작동부분(28)과 가장 근접한 단부근처에서 전기기계식 진동기(22,24)들이 스테이터 지지부분에 부착된다.
도 2의 실시예에 의하면, 전기기계식 진동기(22,24)들이 전극(27)들을 가진 압전재료의 바이모르프스(bimorphs)를 형성한다. 서로 다른 상기 압전층들에 대해 서로 다른 전압을 제공하면, 공지된 원리에 따라 상기 전기기계식 진동기(22,24)들이 구부러진다. 계속해서 교류전압이 제공되면, 전기기계식 진동기(22,24)들이 굽힘모드로 진동한다. 상기 굽힘진동이 연결부재(14,16)의 경사운동 또는 비틀림운동으로 변환되어 다음에 링크부재(26) 및 작동부분(28)에 대해 상호작용하며 운동을 제공한다.
실제로 연결부재(14,16)는 자주 병진운동에 대해 완전한 강성을 가지지 못한다. 전기기계식 진동기(22,24)의 진동운동에 의해 연결부재(14,16)들은 상하방향으로 다소 병진운동한다. 도 3A내지 도 3C에 도시된 것과 같이 상기 운동은 작동부분(28)의 제어운동으로 변환될 수 있다.
도 4에 있어서, 본 발명을 따르는 전기기계식 모터(1)의 실시예가 도시된다. 전기기계식 모터(1)가 스테이터(stator)(10) 및 이동하는 몸체(2)를 가진다. 스테이터(10)에 대한 몸체(2)의 병진운동이 화살표(3)로 도시된다. 스테이터(10)가 지지부분(12) 및 구동요소(20)를 가진다. 구동요소(20)가 두 개의 전기기계식 진동기(22,24) 및 링크부재(26)를 가진다. 상기 전기기계식 진동기(22,24)가 기다란 구조를 가지고 병진운동방향(3)과 평행하게 배열된다. 링크부재(26)에 강하게 연결된 제 1 단부(21,23)에 상기 전기기계식 진동기(22,24)가 배열되고, 즉 전기기계식 진동기(22,24) 및 링크부재(26)사이에서 각각의 제 1 단부(21,23)들이 제 1 부착점 및 제 2 부착점을 형성한다. 지지부분(12)이 탄성을 가진 두 개의 연결부재(14,16)들에 의해 구동요소(20)에 부착된다. 상기 연결부재(14,16)들이 제 1 및 제 2 부착점들의 영역에 배열된다.
탄성을 가진 상기 연결부재(14,16)가 상기 전기기계식 진동기(22,24) 및 링크부재(26)사이에서 기계식 부착부분을 형성한다. 하기 설명과 같이, 일부 실시예에 의하면, 전기기계식 진동기(22,24)의 일부분, 링크부재(26)의 일부분 및 연결부재(14,16)들이 일체형부분으로서 구성될 수 있다.
지지부분(12) 및 선형의 베어링수단(6)을 통해 상기 구동요소(20)가 탄성수단(4)을 이용하여 수직하중(5)에 의해 몸체(2)에 가압된다.
도 4를 참고할 때, 토크탄성을 형서하고 구동요소를 지지하는 지지구조체까지 상기 연결부재(14,16)가 도면내부로 연장된다. 전체 모터의 두께가 감소될 때 상기 구성이 양호하게 작동한다. 횡방향 치수가 중요하고 즉 도면에 대해 수직으 로 연장되는 구성이 중요하면, 구동요소의 하부 즉 작동부분의 마주보는 측부에서 연결부재를 지지하는 것이 상대적으로 유리하다. 간단하지만 기능적인 방법은 지지구조체위에 접착제로 제조된 리지와 같은 폴리머 리지(polymer ridge)를 제공하는 것이다.
본 발명을 따르는 전기기계식 모터의 실시예를 구성하는 스테이터(10)의 사시도가 도 5에 제공된다. 상기 실시예에서 스테이터(10)의 지지부분(12)은 상대적으로 강성을 가진 금속판재로 제조된다. 금속판재내에 구멍들 및 요홈들이 하기 설명에 따라 가공된다. 상기 실시예에 있어서, 연결부재(14,16)들은 지지부분(12)를 구성하는 두 개의 측부들사이에 형성된 금속블록의 브릿지(bridge)이고 연결부재(14,16)에 탄성을 제공하기 위하여 상기 브릿지들의 두께는 지지부분(12)의 두께보다 더 작게 제공된다. 상기 탄성은 상기 브릿지와 평행한 축주위에 형성된 비틀림탄성 및 브릿지표면과 수직으로 형성된 굽힘탄성이다.
상기 금속 블록이 전기기계식 진동기(22,24)의 일부분으로서 이용된다. 연결부재(14,16)의 두께와 대략 동일한 두께를 가진 금속층(32)이 금속블록내에서 개구부위에 연결된다. 상기 금속층(32)들위에 압전재료(30)가 제공된다. 압전재료(30)의 상부에 얇은 금속전극층(25)이 제공된다. 상기 압전재료(30)에 전압을 제공하기 위하여, 상기 전극(25)이 연결부(40)에 의해 전압제어유니트(99) 즉 제어수단에 전기연결된다. 상기 실시예에서, 금속판재 및 압전층의 모노모르프(monomorph) 구조체에 의해 상기 전기기계식 진동기(22,24)가 구성된다.
상기 압전재료(30)은 종래기술을 따르는 다중층구조의 세라믹이다. 전형적으 로 플렉시블(flexible) 인쇄회로기판에 납땜을 제공하여 상기 다중층구조의 전극들이 압전재료의 측부들에 연결된다. 플렉시블 인쇄회로기판이 금속판재 및 압전재료사이에 배열된 중간층으로서 제공된다.
상기 실시예에서 지지부분(12)와 동일한 금속블록으로 부터 가공된 금속층(34)에 의해 링크부재(26)가 제공된다. 상기 연결부재(14,16)들사이에서 금속층(34)이 연장된다. 전기기계적으로 수동적인 세라믹재료(36)가 금속층(34)의 중간부분에 부착되어, 작동부분(28)을 형성한다. 상대적으로 얇은 금속층(34)에 의해 링크부재(26)가 상당히 큰 하중없이도 구부러질 수 있다.
전극(25)들 중 한 개 및 상기 지지금속사이에서 위상전이된 교류전압이 제공되면, 전기기계식 진동기(22,24)들이 자유단부에서 진동운동하고 동시에 진동은 토크를 연결부재(14,16)로 전달하며, 계속해서 링크부재(26)의 굽힘운동에 의해 토크가 작동부분(28)의 운동으로 변환된다. 위상전이에 의해 순수한 상하병진운동이 형성되지 못하고, 180도의 위상전이는 다소 순수한 측방향 병진운동을 제공한다. 위상전이에 의해 작동부분(28)의 타원운동경로가 형성된다.
장치의 전력효율을 증가시키기 위하여, 구동요소(20)내부의 기계적 공명작용이 이용된다. 도 1B 및 도 1C에 도시된 상하운동이 굽힘진동모드를 나타내고 도 1D 및 도 1E에 도시된 측방향운동이 또 다른 굽힘진동모드를 나타낸다. 일반적으로, 상기 두 개의 굽힘모드들이 서로 다른 공명 주파수들을 가진다. 기하학적 구조 즉 링크부재(26)의 길이 및 두께 또는 전기기계식 진동기(22,24)의 길이를 수정하고 연결부재(14,16)의 탄성을 조정하면, 공명주파수가 수정될 수 있다. 일부 적 용예에 있어서, 공명주파수들이 서로 매우 근사하게 제공될 수 있고 전체효율이 상당히 증가될 수 있다.
전형적으로 작동부분이 몸체로부터 최초위치로 귀환할 때 구속해제되는 것에 의해서만 상하운동이 형성된다. 대부분 상기 방향으로 상대적으로 작은 운동에 의해 가능하다. 상기 경우에 있어서, 측방향 운동이 상대적으로 중요하고, 다음에 측방향의 공명주파수와 근접하도록 작동주파수가 선택되는 것이 유리하다.
본 발명을 따르는 전기기계식 모터를 구성하는 스테이터(10)의 또 다른 실시예가 도 6에 도시된다. 상기 실시예에 의해 간단한 제조공정이 제공되나 도 5의 실시예보다 상대적으로 다소 덜 안정한 작동이 이루어질 수 있다. 지지부분(12)은 금속으로 제조된 두 개의 중실블록들로 구성된다. 전기기계식 진동기(22,24)의 일부분, 링크부재(26)의 일부분 및 연결부재(14,16)들이 상기 실시예에서 얇고 균일한 금속판재(50)로 제조된다. 연결부재(14,16)들이 서로 일체로 구성되어 연결부재의 각 측부에서 실제 연결부분(54) 및 부착플랜지(52)를 가진다. 부착플랜지(52)내에 구멍들이 제공되어 상기 구멍들을 통해 볼트(15)들이 삽입되고 지지부분(12)에 고정된다.
상기 전기기계식 진동기(22,24)의 기저층에 의해 금속판재(50)가 구성된다. 상기 기저층위에 압전재료(32)가 부착되어 모노모르프가 형성된다. 전극판(25)이 압전재료(32)의 상부에 제공되고 연결장치(40)에 연결된다. 상기 실시예에서 압전재료(32)가 제 1 전기기계식 진동기(22)의 외측단부로부터 제 2 전기기계식 진동기(24)의 외측단부까지 부착된다. 전극층(25)이 상기 연결부재의 위치를 통과하지 않도록 제한하면, 압전재료의 중심부분(35)은 수동적인 상태를 형성한다. 다른 세라믹재료로 구성되고 내마모성을 가진 마찰층(36)이 압전재료(32)의 상부에 부착되어 실제 작동부분(28)을 형성한다.
용이한 제조과정 뿐만아니라, 상기 실시예가 가지는 장점에 의하면, 공명주파수들이 다소 조정될 수 있다. 지지부분에 대해 금속판재(50)의 하중 또는 위치를 간단히 조정하면, 연결부재(14,16)들의 탄성이 변화될 수 있다. 기하학적 구성을 고려하여 공명주파수들이 대략적으로 적응될 수 있고 모터가 조립된 후에 미세하게 조정될 수 있다.
몸체주위에 형성된 횡방향공간이 제한되는 시스템에서 상기 실시예들이 제공될 수 있다. 다른 기하학적 구조들이 본 발명의 범위내에 해당한다. 주요 운동방향(3)과 수직인 전기기계식 진동기(22,24)들을 가진 구동요소(20)가 도 7에 도시된다. 작동부분(28)을 가진 링크부재(26)가 상기 전기기계식 진동기(22,24)들에 연결된다. 링크부재(26)에 연결된 단부와 동일한 단부에서, 연결부재(14,16)들이 상기 구동요소(20)를 스테이터의 지지부분(12)에 기계적으로 연결시킨다.
상기 실시예에서 전기기계식 진동기(22,24)에 제공된 전압의 상대위상에 따라 상기 링크부재(26)가 좌굴 비틀림 및/또는 경사운동을 형성한다.
일반적으로 선형운동을 형성하는 것이 상대적으로 더 어렵고, 상기 실시예들은 선형 적용예로서 본 발명을 설명한다. 회전운동을 위한 유사한 장치를 이용할 수 있다. 한가지 방법으로서 로터의 주변부에 배열된 여러 개의 장치들이 이용될 수 있고, 작동부분은 접선방향으로 구동된다. 또 다른 방법이 도 10에 도시된다. 연속적인 원형의 부재를 형성하는 구동요소(20)가 여러개의 링크부재(26) 및 진동장치(72)를 가진다. 진동장치(72)들이 로터 평면 즉 운동하는 몸체(2)의 작용표면과 평행하게 배열되고, 양쪽 단부들에서 연결부재(14,16)들에 부착된다. 4개의 진동장치(72)들이 이용될 때, 진동장치(72)들사이에 형성되는 위상전이가 전형적으로 0도, 90도, 180도 및 270도이다. 다음에 작동부분(28)은 근접한 작동부분들에 대해 90도의 위상전이를 가지고 구동된다. 상기 구성은 운동파형 모터와 유사하지만, 운동파형 모터와 대조적으로 여러 개의 연결부재(14,16)들이 지지부분(12)에 부착되고, 분리된 링크부재(26)들이 작동부분(28)들을 가진다.
상기 진동장치(72)가 로터(2)의 평면과 수직으로 배열되고 이 경우 진동장치(72)에 구성된 동일한 한 개의 단부가 도 11에 도시된 것과 같이 두 개의 연결부재(14,16)들에 부착될 수 있다. 작동부분(28)들은 로터축과 수직으로 배열된 로터면과 상호작용하도록 배열될 수 있다.
도 8을 참고할 때, 본 발명의 방법에 관한 기본개념을 도시한 플로우 선도가 도시된다. 플로우선도로 도시된 상기 방법은 기본적으로 다수의 단계들이 동시에 계속적으로 수행된다. 과정은 단계(200)에서 개시된다. 단계(202)에서 제 1 전기기계식 진동기내에 진동이 형성되고, 단계(204)에서 제 2 전기기계식 진동기내에 진동이 형성된다. 진동기내에서 전기기계식으로 작동하는 요소들에 대해 교류전압이 제공되어 상기 진동들이 형성된다. 단계(206)내에서 제 1 전기기계식 진동기의 진동이 제 1 연결부재의 탄성운동으로 변환되고 병행하여 단계(208)내에서 제 2 전기기계식 진동기의 진동이 제 2 연결부재의 탄성운동으로 변환된다. 단계(210)내 에서 상기 탄성운동들이 링크부재의 작동부분의 운동을 형성한다. 단계(212)내에서 운동하는 작동부분이 몸체표면과 상호작용하게 하여 몸체가 이동한다. 상기 과정이 단계(214)에서 종료된다.
( 단지 구동요소의 절반이 도시된 ) 도 9A들을 참고할 때, 진동기들 및 링크부재사이에 배열된 탄성연결부재들에 의해 전기기계식 진동기들이 상기 지지부분에 단지 기계적으로 부착된다. 도 9B를 참고할 때, 진동기(22)의 외측단부(60)가 자유롭게 회전될 수 있다. 상기 구성에 의해 굽힘모드의 진동이 형성되고 몸체의 구동과정에서 이용된다. 다른 진동모드들이 다른 적용예들에서 유용할 수 있다. 도 9C에서 진동기(22)의 "외측" 단부(60)가 굽힘가능한 조인트(62)에 의해 지지부분(12)에 부착된다. 상기 굽힘가능한 조인트(62)에 의해 외측단부가 지지부분의 표면에 대해 경사운동되지만 표면으로부터 제거될 수 없다. 상기 구성에 의해 또 다른 세트의 진동상태들이 형성될 수 있다.
도 9D를 참고할 때, 진동기의 외측단부(60)가 지지부분(12)에 강하게 부착되고, 또 다른 세트의 진동모드들이 형성될 수 있다. 상기 방법에 의하면, 작동부분(28)을 이동시키기 위해 이용되는 진동세트들이 정해질 수 있다.
진동기(22,24)들은 진동기를 따라 외측단부 뿐만아니라 모든 중간위치에서 운동제한기능을 가지고 진동기(22,24)가 제공된다. 상기 구성은 다른 방법에 의해 진동모드들을 변화시킬 수 있다.
다양한 수정예들 및 변형예들이 청구범위에 정의된 본 발명의 범위내에서 실 시될 수 있다. 특히 도시된 실시예들의 서로 다른 부분들이 서로 다른 구성을 가질 수 있다.

Claims (19)

  1. 구동요소(20) 및 지지부분(12)을 가진 스테이터(10)를 포함하고,
    상기 구동요소(20)가 제 1 및 제 2 부착점(21,23)에서 링크부재(26)에 연결된 제 1 전기기계식 진동기(22,72) 및 제 2전기기계식 진동기(24,72)를 포함하며,
    상기 링크부재(26)가 운동하는 몸체(2)와 상호작용하기 위한 작동부분(28)을 포함하는 전기기계식 모터(1)에 있어서,
    상기 구동요소(20)가 제 1 부착점(21)과 근접한 위치의 제1 탄성 연결부재(14) 및 제 2 부착점(23)과 근접한 위치의 제 2 탄성 연결부재(16)에 의해 상기 지지부분(12)에 부착되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터.
  2. 제 1항에 있어서, 서로 독립적으로 상기 제 1 및 제 2 전기기계식 진동기(22,24,72)들의 전기기계적으로 작동하는 부분(30)에 대해 교류전압신호들을 제공하기 위한 제어수단(99)이 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전기기계식 진동기(22,24,72)의 주요연장부에 대해 수직인 행정들이 제공되며 상기 제 1 및 제 2 전기기계식 진동기(22,24,72)들내에서 독립적인 기계적 진동들을 여자시키는 교류전압신호들을 제공하기 위해 상기 제어수단(99)이 배열되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 행정들과 수직인 축주위에서 비틀림탄성을 제공하기 위해 제 1 연결부재(14)가 배열되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 행정과 평행한 방향으로 굽힘탄성을 제공하기 위하여 제 1 연결부재(14)가 배열되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 구동요소(20)가가지는 두 개의 진동모드들이 동일한 공명주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 한 항에 있어서, 상기 제 1 부착점(21)과 마주보는 상기 제 1 전기기계식 진동기(22,72)의 단부(60)가 상기 지지부분(12)와 무접촉상태인 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터.
  8. 제 1항내지 제 6항 중 한 항에 있어서, 상기 제 1 부착점(21)과 마주보는 상기 제 1 전기기계식 진동기(22,72)의 단부(60)가 굽힘점(62)에 의해 상기 지지부분(12)에 부착되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터.
  9. 제 1항내지 제 6항 중 한 항에 있어서, 상기 제 1 부착점(21)과 마주보는 상 기 제 1 전기기계식 진동기(22,72)의 단부(60)가 강성조인트에 의해 상기 지지부분(12)에 부착되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터.
  10. 제 1항내지 제 6항 중 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전기기계식 진동기(22,24,72)들이 상기 몸체(2)의 주요 운동방향(3)과 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터.
  11. 제 1항내지 제 6항 중 한 항에 있어서, 제 1 및 제 2 전기기계식 진동기(22,24,72)들이 상기 몸체(2)의 주요운동방향(3)에 대해 경미한 각도로 배열되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터.
  12. 제 1항내지 제 5항 중 한 항에 있어서, 상기 몸체(2)가 로터이고, 상기 구동요소(20)가 연속부재인 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 연속부재가 교대로 링크부재(26) 및 전기기계식 진동기(72)를 가지는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터.
  14. 제 1 전기기계식 진동기(22,72) 및 제 2 전기기계식 진동기(22,72)가 진동하는 단계를 포함하는 전기기계식 모터(1)를 구동하기 위한 방법에 있어서, 추가로
    상기 제 1 전기기계식 진동기(22,72) 및 상기 전기기계식 모터(1)에 구성된 스테이터(10)의 지지부분(12)사이에서 상기 제 1 전기기계식 진동기(22,72)의 상기 진동이 제 1 탄성 연결부재(14)의 탄성운동으로 변환되고,
    상기 제 2 전기기계식 진동기(24,72) 및 상기 지지부분(12)사이에서 상기 제 2 전기기계식 진동기(24,72)의 상기진동이 제 2 탄성 연결부재(16)의 탄성운동으로 변환되며,
    제 1 및 제 2 탄성 연결부재(14,16)의 탄성운동에 의해 제 1 및 제 2 부착점(21,23)에서 제 1 및 제 2 전기기계식 진동기(22,24,72)와 연결된 링크부재(26)의 운동을 형성하고,
    상기 링크부재(26)의 작동부분(28)과 상호작용하여 몸체(2)를 이동시키며,
    상기 제 1 탄성 연결부재(14)가 제 1 부착점(21)의 근접위치에 배열되고, 상기 제 2 탄성 연결부재(16)가 제 2 부착점(23)의 근접위치에 배열되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터의 구동방법.
  15. 제 14항에 있어서, 서로 독립적으로 상기 제 1 및 제 2 전기기계식 진동기(22,24,72)들의 전기기계적으로 작동하는 부분(30)에 대해 교류전압신호들이 제공되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터의 구동방법.
  16. 제 15항에 있어서, 제 1 및 제 2 전기기계식 진동기(22,24,72)의 상기 진동이 상기 제 1 및 제 2 전기기계식 진동기(22,24,72)의 주요연장부에 대해 수직인 행정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터의 구동방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 탄성 연결부재(14,16)의 상기 탄성운동이 상기 행정과 수직인 축주위에서 비틀림을 가지는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터의 구동방법.
  18. 제 16항에 있어서, 제 1 및 제 2 탄성 연결부재(14,16)의 상기 탄성운동들이 상기 행정과 평행한 방햐으로 굽힘운동을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터의 구동방법.
  19. 제 14항 내지 제 18항 중 한 항에 있어서, 상기 몸체(2)의 운동이 회전운동인 것을 특징으로 하는 전기기계식 모터의 구동방법.
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