KR101107763B1

KR101107763B1 - 압전모터

Info

Publication number: KR101107763B1
Application number: KR1020090005045A
Authority: KR
Inventors: 임대순; 안진철
Original assignee: 임대순; 성우전자 주식회사
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2012-01-20
Also published as: KR20090015171A

Abstract

압전모터가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 압전모터는, 외부로부터 인가되는 전압에 의해 기계적으로 진동하는 하나 이상의 압전층을 포함하는 압전체; 및 상기 압전체가 진동함에 따라 접촉된 구동대상물에 마찰구동력을 제공하도록 상기 압전체의 외면에 설치된 하나 이상의 구동부재;를 포함하며, 상기 압전층은, 서로 다른 위상의 진동변위를 갖는 제1, 제2, 제3 및 제4 진동셀을 가지며 압전소자로 형성된 압전판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

압전, piezo electric, 모터, 액츄에이터

Description

압전모터{PIEZO ELECTRIC MOTOR}

본 발명은 압전모터에 관한 것이다.

압전소자(piezo electric material)는 압력을 가하면 전압을 발생하며 전압을 가하면 기계적으로 진동하며 변형하는 물질이다. 이러한 물리적 특성에 기초하여 압전소자는 다양한 기술 분야에 응용되고 있으며, 압전액츄에이터(piezo electric actuator)라고도 불리우는 압전모터(piezo electric motor)가 그 중 하나이다.

이러한 압전모터는 전자기 모터와 달리 자석이나 권선을 필요로 하지 않으며 동력을 전달하기 위한 복잡한 기어 구조 또한 필요로 하지 않는다. 따라서, 압전모터는 전자기 모터에 비해 소음과 노이즈가 적고 소형화에 적합한 장점을 지닌다.

도 1은 종래의 압전모터의 일 예를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 압전모터에 구비된 압전층의 길이방향 단면도이다.

도 1 및 2를 참조하면, 압전모터(10)는 직육면체 형상의 압전체(20)와, 압전체(20)의 상면에 설치되어 압전체(20)가 진동함에 따라 접촉하는 구동대상물에 마찰구동력을 제공하는 한 쌍의 구동부재(31, 32)를 포함한다.

상기 압전체(20)는 적층된 다수의 압전층들(21)을 포함하며, 각각의 압전층(21)은 압전소자로 형성된 직사각형의 압전판(22)을 포함한다. 이러한 압전판(22)의 하면에는 접지전극(24)이 구비되며, 압전판(22)의 상면에는 제1 전극(23a) 및 제2 전극(23b)이 형성된다.

이러한 제1 전극(23a) 및 제2 전극(23b)에는 각각 동일 파형을 가지되 다른 위상을 갖는 제1 전압 및 제2 전압이 인가된다. 그리하여 압전판(22)의 좌측부(23a)는 제1 전압에 의해 진동변위가 발생되며, 압전판(22)의 우측부(23b)는 제2 전압에 의해 진동변위가 발생된다. 결과적으로, 압전판(22)은 다른 위상을 가지고 진동하는 두 개의 진동셀(22a, 22b)을 갖게 된다.

그런데 압전모터가 적용되는 장치가 소형화될수록 보다 좋은 성능을 갖는 압전모터가 요구되며, 성능이 좋을수록 압전모터 자체의 크기를 줄일 수 있으며 압전모터에 전력을 공급하는 배터리의 사용기간이 길어질 수 있다.

이러한 맥락에서, 상기와 같이 압전판(22)이 단지 두 개의 진동셀(22a, 22b)을 갖는 형태의 압전모터보다 더 좋은 성능을 갖는 압전모터의 개발이 요구된다.

본 발명의 목적은 종래보다 성능이 향상된 압전모터를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 외부로부터 인가되는 전압에 의해 기계적으로 진동하는 하나 이상의 압전층을 포함하는 압전체; 및 상기 압전체가 진동함에 따라 접촉된 구동대상물에 마찰구동력을 제공하도록 상기 압전체의 외면에 설치된 하나 이상의 구동부재;를 포함하며, 상기 압전층은, 서로 다른 위상의 진동변위를 갖는 제1, 제2, 제3 및 제4 진동셀을 가지며 압전소자로 형성된 압전판을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전모터가 제공된다.

상기 압전층은 두 개 이상 구비되어 상기 압전체의 두께 방향으로 적층되며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 진동셀은 상기 압전체의 길이방향으로 순차적으로 배열된 것일 수 있다.

상기 압전판의 일측 표면에는 접지전극이 형성되며, 상기 압전판의 타측 표면에는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 진동셀에 각각 전압을 인가하는 제1, 제2, 제3 및 제4 전극이 형성될 수 있다.

상기 제1, 제2, 제3 및 제4 전극은 각각 대응하는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 진동셀의 일측 표면의 적어도 일부분을 커버하도록 배치될 수 있다.

상기 제1 및 제2 전극에는 제1 전압이 인가되고, 상기 제3 및 제4 전극에는 제2 전압이 인가되며, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 동일 파형을 가지되 상호 간에 위상차를 갖는 것일 수 있다.

상기 제1 및 제3 진동셀은 분극방향이 동일하고, 상기 제2 및 제4 진동셀은 분극방향이 동일하며, 상기 제1 및 제3 진동셀의 분극방향은 상기 제2 및 제4 진동셀의 분극방향과 반대인 것일 수 있다.

상기 압전층들은 동일한 구조를 가지며, 어느 하나의 압전층에 이웃하는 다른 압전층은 상기 압전체의 길이방향을 기준으로 180° 반전되어 적층되는 것일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 외부로부터 인가되는 전압에 의해 기계적으로 진동하며 동일 구조를 갖는 복수의 압전층을 포함하는 압전체; 및 상기 압전체가 진동함에 따라 접촉된 구동대상물에 마찰구동력을 제공하도록 상기 압전체의 외면에 설치된 하나 이상의 구동부재;를 포함하며, 상기 압전판층은, 서로 다른 위상의 진동변위를 갖는 제1, 제2, 제3 및 제4 진동셀을 가지며 압전소자로 형성된 압전판을 포함하며, 어느 하나의 압전층에 이웃하는 다른 압전층은 상기 압전체의 길이방향을 기준으로 180° 반전되어 적층되는 것을 특징으로 하는 압전모터가 또한 제공된다.

상기 제1, 제2, 제3 및 제4 진동셀은 상기 압전체의 길이방향으로 순차적으로 배열된 것일 수 있다.

상기 제1 및 제3 진동셀은 분극방향이 동일하고, 상기 제2 및 제4 진동셀은 분극방향이 동일하며, 상기 제1 및 제3 진동셀의 분극방향은 상기 제2 및 제4 진동셀의 분극방향과 반대일 수 있다.

본 발명에 의하면, 압전층에 구비된 압전판이 서로 다른 위상의 진동변위를 갖는 네 개의 진동셀을 포함함으로써 종래보다 압전모터의 성능이 향상될 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 압전층들을 동일한 구조를 갖도록 마련하고 어느 하나의 압전층에 이웃하는 다른 압전층은 길이방향을 중심으로 180°반전시켜 적층함으로써, 어느 하나의 압전층에 형성된 전극과 이웃하는 다른 압전층에 형성된 전극을 전기적으로 분리하기 위한 절연부재를 추가로 구비하지 않아도 된다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압전모터를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전모터의 개략적인 정면 사시도이고, 도 4는 도 3의 압전모터의 배면도이며, 도 5는 도 3의 압전모터의 저면도이다.

도 3 내지 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전모터(100)는, 직육면체 형상을 갖는 압전체(110)와, 상기 압전체(110)의 상면에 부착된 한 쌍의 구동부재(121, 122)를 포함한다.

상기 압전체(110)는, 복수의 압전층들(130, 140)과, 최하단의 압전층(140)에 결합된 보호층(150)을 포함한다.

상기 복수의 압전층들(130, 140)은 총 10개가 구비되어 있다. 편의상, 위에서 아래로 카운트할 때 홀수 번째로 적층된 압전층들을 제1 압전층(130)으로, 그리고짝수 번째로 적층된 압전층들을 제2 압전층(140)으로 지칭한다. 따라서, 상기 압 전체(110)는 5개의 제1 압전층(130)과 5개의 제2 압전층(140)이 교대로 배치되며 최하단의 제2 압전층(140)에 하나의 보호층(150)이 결합된 적층 구조를 갖는다. 이러한 제1 압전층(130)과 제2 압전층(140) 각각의 세부 구성에 대해서는 후술하기로 한다.

상기 압전층들(130, 140)은 외부로부터 인가된 전압에 의해 기계적인 진동을 발생시키는 압전소자로 형성된 압전판을 각각 포함하고 있다. 따라서 압전층들(130, 140)을 포함하고 있는 압전체(110)는 압전층들(130, 140)에 전압이 인가되면 구동대상물(미도시)을 구동시키는데 필요한 진동을 일으킨다.

상기 압전층들(130, 140) 각각에는 제1 전압 및 제2 전압이 인가되며, 더불어 접지 전압이 인가된다. 이를 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 보호층(150)의 저면에는 외부로부터 제1 전압, 제2 전압 및 접지 전압을 각각 인가받는 제1, 제2 및 제3 베이스 전극(151, 153, 155)이 패턴형성되어 있다. 또한 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 압전체(110)의 정면과 후면에는 제1 내지 제5 연결전극(161~165)이 압전층들(130, 140)을 가로지르도록 패턴형성되어 있다.

이때, 제1 베이스전극(151)은 제1 및 제2 연결전극(161, 162)과 전기적으로 연결되어 있고, 제2 베이스전극(153)은 제3 및 제4 연결전극(163, 164)과 전기적으로 연결되어 있으며, 제3 베이스전극(155)은 제5 연결전극(165)와 전기적으로 연결되어 있다.

그리하여, 제1 베이스전극(151)에 인가된 제1 전압은 제1 및 제2 연결전극(161, 162)을 통하여 압전층들(130, 140) 각각에 인가되며, 제2 베이스전극(153) 에 인가된 제2 전압은 제3 및 제4 연결전극(163, 164)을 통하여 압전층들(130, 140) 각각에 인가되며, 제3 베이스전극(155)에 인가된 접지 전압은 제5 연결전극(165)을 통하여 압전층들(130, 140) 각각에 인가된다.

여기서, 제1 및 제2 전압은 동일한 파형을 갖는 즉, 주파수(frequency)와 진폭(amplitude)가 서로 동일한 전압들이며, 단지 서로 간에 위상차를 갖는다. 이러한 전압들에는 다양한 형태의 파형들이 적용 가능하며, 예로써 제1 전압 및 제2 전압으로서 서로 90°의 위상차를 갖는 사인(sin) 및 코사인(cosin) 파형의 교류 전압이 각각 선택될 수 있다. 또한 접지 전압이 인가되는 상기 제3 베이스전극(155)과 이러한 제3 베이스전극(155)과 연결된 제5 연결전극(165)은 달리 표현하면 접지 전극이라 할 수 있다.

상기 한 쌍의 구동부재(121, 122)는 상기 압전체(110)의 상면에 설치되며 이격거리를 가지고 서로 평행하게 배치된다. 구체적으로는 한 쌍의 구동부재(121, 122)는 압전체(110)의 최상층에 배치된 제1 압전층(130)의 상면에 설치되며, 구동하고자 하는 구동대상물(미도시)과 접촉하도록 배치된다. 그리하여 한 쌍의 구동부재(121, 122)는 압전체(110)의 진동에 연동하여 진동함으로써 접촉된 구동대상물에 X 방향의 마찰구동력을 제공한다.

여기서 구동대상물이라는 용어는 압전모터(100)에 의해 궁극적으로 구동하고자 하는 목적물 또는 그러한 목적물과 기구적으로 연결되어 압전모터(100)의 구동력을 목적물에 전달하는 구동력 전달부재를 포함하는 의미로서 사용한다. 예를 들어, 본 실시예의 압전모터(100)가 줌렌즈의 렌즈경통을 구동하는 렌즈이송장치에 적용되는 경우, 한 쌍의 구동부재(121, 122)는 구동 목적물인 렌즈경통과 접촉하도록 배치되거나 렌즈경통에 연결된 구동력 전달부재에 접촉하도록 배치될 수 있다.

상기 압전체(110)에 구비된 제1 압전층(130)과 제2 압전층(140)에 대해 도 6 내지 8을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 6은 도 3의 압전모터의 정면 분해 사시도이고, 도 7은 도 3의 압전모터의 후면 분해 사시도이며, 도 8은 도 6에 도시된 제1 압전층의 A-A 선에 따른 단면도와 도 6에 도시된 제2 압전층의 B-B 선에 따른 단면도를 함께 도시한 도면이다.

도 6 및 7을 참조하면, 전술한 바와 같이 제1 압전층(130)과 제2 압전층(140)은 서로 번갈아 적층된다. 그리고 압전체(110)의 최상층으로 배치되는 제1 압전층(130)에는 한 쌍의 구동부재(121, 122)가 설치되며, 최하층으로 배치되는 제2 압전층(140)에는 전술한 보호층(150)이 결합된다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 압전층들(130, 140)과 보호층(150)의 전측면에는 각각 제1, 제5 및 제3 서브 연결전극(161a, 165a, 163a)가 패턴형성되어 있다. 그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 압전층들(130, 140)과 보호층(150)의 후측면에는 각각 제2 및 제4 서브 연결전극(162a, 164a)이 패턴형성되어 있다. 이러한 제1 내지 제5 서브 연결전극(161a~165a)은 각각 전술한 제1 내지 제5 연결전극(161~165)을 형성하는 단위체이다.

도 8을 참조하면, 상기 제1 압전층(130)은, 직사각의 플레이트 형상을 갖는 압전판(131)과, 압전판(131)의 하면에 패턴형성된 제1 내지 제4 전극(132a~132d)과, 압전판(131)의 상면에 패턴형성된 제5 전극(133)을 포함한다.

상기 압전판(131)은 외부 전압이 인가되는 진동을 일으키는 압전소자로 형성된다. 그리고 압전판(131)은 길이방향을 따라 좌측으로부터 우측으로 순차적으로 배열된 제1 내지 제4 진동셀(131a~131d)로 구성된다.

이러한 제1 내지 제4 진동셀(131a~131d)은, 하면에는 상기 제1 내지 제4 전극(132a~132d)이 각각 자리잡고 있으며, 상면에는 공통적으로 제5 전극(133)이 자리잡고 있다. 이러한 제1 내지 제5 전극(132a~132d, 133)은 각각 전술한 제1 내지 제5 서브 연결전극(161a~165a) 각각에 전기적으로 연결된다. 따라서, 제1 및 제2 전극(132a, 132b)에는 제1 베이스전극(151)과 연결된 제1 및 제2 서브 연결전극(161a, 162a)을 통하여 제1 전압이 인가되고, 제3 및 제4 전극(132c, 132d)에는 제2 베이스전극(153)과 연결된 제3 및 제4 서브 연결전극(163a, 164a)을 통하여 제2 전압이 인가되며, 제5 전극(133)은 접지전극인 제3 베이스전극(155)와 연결된 제5 서브 연결전극(165a)을 통하여 접지 전압이 인가된다.

또한 제1 내지 제4 진동셀(131a~131d)은 각각 어느 한 방향으로 분극되는데, 방향이 순차적으로 반전되는 분극방향들(134a~134d)을 갖는다. 즉, 제1 및 제3 진동셀(131a, 131c)의 분극방향(134a, 134c)은 하방이며, 제2 및 제4 진동셀(131b, 131d)의 분극방향(134b, 134d)은 상방이다. 다른 실시예에서는, 본 실시예와 반대로, 제1 및 제3 진동셀(131a, 131c)의 분극방향(134a, 134c)은 상방이고, 제2 및 제4 진동셀(131b, 131d)의 분극방향(134b, 134d)은 하방일 수 있다.

상기와 같은 전극들의 배치 및 분극방향들에 의해, 압전판(131)의 제1 내지 제4 진동셀(131a~131d)은 서로 다른 위상의 진동변위를 갖게 된다. 즉, 제1 전압이 인가되는 제1 및 제2 진동셀(131a, 131b)의 진동변위와 제2 전압이 인가되는 제3 및 제4 진동셀(131c, 131d)의 진동변위 사이에는 제1 전압과 제2 전압의 위상차에 대응하는 위상차가 발생된다. 또한, 제1 진동셀(131a)과 제2 진동셀(131b)은 동일하게 제1 전압이 인가되지만, 서로 반대방향으로 분극되어 있으므로 그 진동변위들 간에 180°의 위상차가 발생된다. 마찬가지로, 제3 진동셀(131c)과 제4 진동셀(131d)도 동일한 제2 전압이 인가되지만, 서로 반대방향으로 분극되어 있으므로 그 진동변위들 간에 180°의 위상차가 발생된다.

도 8을 또한 참조하면, 상기 제2 압전층(140)은 전술한 제1 압전층(130)과 물리적으로 완전히 동일한 구조를 갖는다.

따라서 제2 압전층(140)도, 제1 압전층(130)과 마찬가지로, 제1 내지 제4 진동셀(141a~141d)을 구비하는 압전판(141)과, 제1 내지 제4 전극(142a~142d)과, 제5 전극(143)을 포함한다. 또한, 제1 및 제2 전극(142a, 142b)에는 제1 및 제2 서브 연결전극(161a, 162a)을 통하여 제1 전압이 인가되고, 제3 및 제4 전극(142c, 142d)에는 제3 및 제4 서브 연결전극(163a, 164a)을 통하여 제2 전압이 인가되며, 제5 전극(143)은 제5 서브 연결전극(165a)과 연결됨으로써 접지 전압이 인가된다.

다만 제2 압전층(140)은 제1 압전층(130)이 압전체(110)의 길이방향(X 방향)을 축으로 180°반전(회전)된 것과 같은 배치를 갖는다.

이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 압전층(140)의 제1 내지 제4 전극(142a~142d)은 이웃하는 제1 압전층(130)의 제1 내지 제4 전극(132a~132d)과 마주보도록 배치되며, 제2 압전층(140)의 제5 전극(접지전극, 143)은 제1 압전 층(130)의 제5 전극(접지전극, 133)과 서로 반대 방향을 향하도록 배치된다. 또한, 제2 압전층(140)의 제1 내지 제4 진동셀(141a~141d)의 분극방향들(144a~144d)은 각각 제1 압전층(130)의 제1 내지 제4 진동셀(131a~131d)의 분극방향들(134a~134d)과 반대가 된다.

이때, 제2 압전층(140)은 제1 압전층(130)이 X 방향에 대해 반전된 것과 같은 배치를 갖더라도, 제2 압전층(140)의 제1 내지 제4 진동셀(141a~141d)의 분극방향들(144a~144d)도 함께 반전되므로, 제2 압전층(140)의 제1 내지 제4 진동셀(141a~141d)의 진동변위들은 각각 제1 압전층(130)의 제1 내지 제4 진동셀(131a~131d)의 진동변위들과 동일하게 된다.

이에 대해 제1 압전층(130)의 제1 진동셀(131a)과 제2 압전층(140)의 진동셀(141a)을 예로 들어 추가적으로 설명하면 다음과 같다. 도 8을 참조하면, 제1 압전층(130)의 제1 진동셀(131a)은 하면에 형성된 제1 전극(132a)를 통하여 제1 전압을 인가받으며, 제2 압전층(140)의 제1 진동셀(141a)은 상면에 형성된 제1 전극(142a)을 통하여 마찬가지로 제1 전압을 인가받는다.

이처럼 제1 압전층(130)의 제1 진동셀(131a)과 제2 압전층(140)의 제1 진동셀(141a)은 제1 전극(132a, 142a)이 형성된 위치가 서로 반대가 되므로, 동일한 제1 전압을 인가받는 두 진동셀(131a, 141a)의 진동변위 사이에는 180°의 위상차가 발생한다. 하지만, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 압전층(130)의 제1 진동셀(131a)의 분극방향(134a)와 제2 압전층(140)의 제1 진동셀(141a)의 분극방향(144a)이 서로 반대이므로, 두 진동셀(131a, 141a)의 진동변위 사이에는 180°의 위상차가 추가적으로 발생한다.

이처럼 두 진동셀(131a, 141a)의 진동변위 사이에는 전체적으로 360°의 위상차가 발생되나, 360°의 위상차는 위상차가 없음을 의미하는 것과 같으므로 결과적으로 동일한 제1 전압을 인가받는 두 진동셀(131a, 141a)의 진동변위는 동일해진다. 같은 원리로, 제1 압전층(130)의 제2 내지 제4 진동셀(131b~131d)와 제2 압전층(140)의 제2 내지 제4 진동셀(141b~141d)은 진동변위가 서로 동일하게 된다.

이와 같이 압전체(110)에 적층되는 제1 압전층(130)과 제2 압전층(140)은 동일한 물리적 구조를 가지므로, 압전모터(100) 제조시 제1 압전층(130)과 제2 압전층(140)에 대한 설계를 달리할 필요가 없는 이점이 있다.

또한 제2 압전층(140)은 제1 압전층(130)이 X 방향을 중심축으로 하여 상하면이 반전된 것과 같은 배치를 갖도록 적층됨으로써, 어느 압전층(130, 140)의 제1 내지 제4 전극(132a~132d ; 142a~142d)이 이웃한 다른 압전층(140, 130)에 형성된 접지전극인 제5 전극(143 ; 133)의 접촉을 방지하는 절연막을 추가적으로 마련하지 않아도 되는 이점이 있다. 이에 대해 부연 설명하면, 도 8에서와 달리 제2 압전층(140)의 상하면이 반전되지 않고 제1 압전층(130)과 동일한 방식으로 적층된 경우, 제1 압전층(130)의 제1 내지 제4 전극(132a~132d)과 제2 압전층의 접지전극인 제5 전극(143)이 접촉되므로, 이러한 접촉을 방지하기 위해 제1 압전층(130)과 제2 압전층(140) 사이에는 추가적인 절연막이 필요하게 된다.

도 8에서 미설명된 부호 135 및 145는 각각 제1 및 제2 압전층(130 ; 140)에 구비된 압전판(131 ; 141)의 상하면에서 제1 내지 제5 전극들(132a~132d, 133 ; 142a~142d, 143)이 형성되지 않은 영역에 커버하는 절연막들이다.

본 실시예의 압전모터(100)의 동작을 앞서 참조된 도 3 내지 8과 함께 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 도 3의 압전모터에 구비된 압전체와 유사구조를 갖는 압전체의 진동모습을 촬영한 사시도이다. 도 9에 도시된 압전체(110')는 본 실시예의 압전체(110)와 비교하여 압전층의 개수에서만 차이가 있다. 하지만, 도 9의 압전체(110')는 본 실시예의 압전모터(110)와 나머지 구성들은 동일하므로, 도 9의 압전체(110')로부터 본 실시예의 압전모터(110)가 진동하는 모습을 이해할 수 있다.

우선 압전체(110)의 보호층(150) 하면에 형성된 제1 및 제2 베이스전극(151, 153, 도 5 참조)에 위상차(예로써 90°)를 갖는 제1 및 제2 전압을 각각 인가한다.

그러면 제1 전압은, 압전체(110)의 정면에 형성된 제1 연결전극(161, 도 3 참조)을 통하여 압전층들(130, 140)의 제1 전극(132a, 142a, 도 8 참조)에 인가되며, 동시에 압전체(110)의 후면에 형성된 제2 연결전극(162, 도 4 참조)을 통하여 압전층들(130, 140)의 제2 전극(132b, 142b, 도 8 참조)에 인가된다.

한편 제2 전압은, 압전체(110)의 정면에 형성된 제3 연결전극(163, 도 3 참조)을 통하여 압전층들(130, 140)의 제3 전극(132c, 142c, 도 8 참조)에 인가되며, 동시에 압전체(110)의 후면에 형성된 제4 연결전극(164, 도 4 참조)을 통하여 압전층들(130, 140)의 제4 전극(132d, 142d, 도 8 참조)에 인가된다.

이때 압전층(130, 140)에 형성된 제5 전극들(133, 143, 도 8 참조)은 압전체(110)의 정면에 형성된 제5 연결전극(165, 도 3 참조)을 통하여 보호층(150)의 하면에 형성된 접지전극인 제3 베이스전극(155, 도 5 참조)와 연결되어 있어 접지전극으로서 작용한다.

제1 및 제2 전압이 압전층들(130, 140)에 인가됨에 따라, 본 실시예의 압전체(110)은 도 9에 도시된 압전체(110')와 동일한 양상으로 진동을 하게 된다. 즉, 압전체(110)는 길이방향(X 방향)의 신축진동과 두께방향(Z 방향)의 굽힘진동이 조합된 진동변위를 일으킨다. 이러한 압전체(110)의 진동에 연동하여 압전체(110)의 상면에 설치된 한 쌍의 구동부재(121, 122, 도 3 참조)가 함께 진동하며, 이때 한 쌍의 구동부재(121, 122)에 접촉된 구동대상물은 구동부재(121, 122)로부터 X 방향의 마찰구동력을 받아 X 방향으로 구동된다.

본 실시예의 압전모터(100)의 성능을 검증하기 위해, 도 1에 도시된 종래의 압전모터(10)와 비교하는 테스트를 수행하였다. 본 테스트에 사용된 본 실시예의 압전모터(100)와 종래의 압전모터(10)는 동일한 크기를 가지며 인가되는 전압들도 동일하다. 단지 본 실시예의 압전모터(100)는 각 압전층들(130, 140)이 네 개의 진동셀을 가짐에 비하여 종래의 압전모터(10)의 각 압전층들(21)은 단지 두 개의 진동셀을 갖는다.

상기 테스트의 수행 결과를 도 10 및 11에 그래프로 도시하였다. 도 10은 종래의 압전모터의 변형량을 인가되는 전압의 주파수에 따라 도시한 그래프이며, 도 11은 도 3의 압전모터의 변형량을 인가되는 전압의 주파수에 따라 도시한 그래프이다.

도 10에 도시된 바와 같이 종래의 압전모터(10)의 대략 1.9 X 10^-6 m의 최대 변형량을 나타냈으며, 도 11에 도시된 바와 같이 본 실시예의 압전모터(100)는 대략 2.6 X 10^-6m의 최대 변형량을 나타냈다. 이처럼 동일 조건에서 본 실시예의 압전모터(100)의 최대 변형량이 종래의 압전모터(10)의 최대 변형량보다 대략 0.7 X 10^-6 m 더 크게 나타났으며, 이로부터 본 실시예의 압전모터(100)의 성능이 종래보다 더 향상됨을 확인할 수 있었다.

이와 같이 본 실시예의 압전모터(100)에 의하면 적층된 압전층(130 ; 140)들 각각에 네 개의 진동셀들(131a~131d ; 141a~141d)을 구비함으로써, 각각의 압전층에 단지 두 개의 진동셀들이 구비된 종래의 압전모터에 비해 성능이 보다 향상될 수 있다.

도 1은 종래의 압전모터의 일 예를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 2는 도 1의 압전모터에 구비된 압전층의 길이방향 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전모터의 개략적인 정면 사시도이다.

도 4는 도 3의 압전모터의 배면도이다.

도 5는 도 3의 압전모터의 저면도이다.

도 6은 도 3의 압전모터의 정면 분해 사시도이다.

도 7은 도 3의 압전모터의 후면 분해 사시도이다.

도 8은 도 6에 도시된 제1 압전층의 A-A 선에 따른 단면도와 도 6에 도시된 제2 압전층의 B-B 선에 따른 단면도를 함께 도시한 도면이다.

도 9는 도 3의 압전모터에 구비된 압전체와 유사구조를 갖는 압전체의 진동모습을 촬영한 사시도이다.

도 10은 종래의 압전모터의 변형량을 인가되는 전압의 주파수에 따라 도시한 그래프이다.

도 11은 도 3의 압전모터의 변형량을 인가되는 전압의 주파수에 따라 도시한 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 압전모터 110 : 압전체

121, 122 : 구동부재 130 : 제1 압전층

131 : 압전판 131a~131b : 제1 내지 제4 진동셀

132a~132d : 제1 내지 제4 전극 133 : 제5 전극(접지전극)

140 : 제2 압전층 141 : 압전판

141a~141b : 제1 내지 제4 진동셀 132a~132d : 제1 내지 제4 전극

143 : 제5 전극(접지전극) 150 : 보호층

151 : 제1 베이스전극 153 : 제2 베이스전극

155 : 제3 베이스전극(접지전극) 161 : 제1 연결전극

162 : 제2 연결전극 163 : 제3 연결전극

164 : 제4 연결전극 165 : 제5 연결전극(접지전극)

Claims

외부로부터 인가되는 전압에 의해 기계적으로 진동하는 하나 이상의 압전층을 포함하는 압전체; 및

상기 압전체가 진동함에 따라 접촉된 구동대상물에 마찰구동력을 제공하도록 상기 압전체의 외면에 설치된 하나 이상의 구동부재;를 포함하며,

상기 압전층은, 서로 다른 위상의 진동변위를 갖는 제1, 제2, 제3 및 제4 진동셀을 가지며 압전소자로 형성된 압전판을 포함하며,

상기 압전판의 일측 표면에는 접지전극이 형성되고, 상기 압전판의 타측 표면에는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 진동셀에 각각 전압을 인가하는 제1, 제2, 제3 및 제4 전극이 형성되며,

상기 제1 및 제2 전극에는 제1 전압이 인가되고, 상기 제3 및 제4 전극에는 제2 전압이 인가되며, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 동일 파형을 가지되 상호 간에 위상차를 가지며,

상기 제1 및 제3 진동셀은 분극방향이 동일하고, 상기 제2 및 제4 진동셀은 분극방향이 동일하며, 상기 제1 및 제3 진동셀의 분극방향은 상기 제2 및 제4 진동셀의 분극방향과 반대인 것을 특징으로 하는 압전모터.
제1항에 있어서,

상기 압전층은 두 개 이상 구비되어 상기 압전체의 두께 방향으로 적층되며,

상기 제1, 제2, 제3 및 제4 진동셀은 상기 압전체의 길이방향으로 순차적으로 배열된 것을 특징으로 하는 압전모터.
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제1항에 있어서,

상기 제1, 제2, 제3 및 제4 전극은 각각 대응하는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 진동셀의 일측 표면의 적어도 일부분을 커버하도록 배치된 것을 특징으로 하는 압전모터.
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제2항에 있어서,

상기 압전층들은 동일한 구조를 가지며,

어느 하나의 압전층에 이웃하는 다른 압전층은 상기 압전체의 길이방향을 기준으로 180° 반전되어 적층되는 것을 특징으로 하는 압전모터.
외부로부터 인가되는 전압에 의해 기계적으로 진동하며 동일 구조를 갖는 복수의 압전층을 포함하는 압전체; 및

상기 압전체가 진동함에 따라 접촉된 구동대상물에 마찰구동력을 제공하도록 상기 압전체의 외면에 설치된 하나 이상의 구동부재;를 포함하며,

상기 압전층은, 서로 다른 위상의 진동변위를 갖는 제1, 제2, 제3 및 제4 진동셀을 가지며 압전소자로 형성된 압전판을 포함하며,

어느 하나의 압전층에 이웃하는 다른 압전층은 상기 압전체의 길이방향을 기준으로 180° 반전되어 적층되며,

상기 압전판의 일측 표면에는 접지전극이 형성되고, 상기 압전판의 타측 표면에는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 진동셀에 각각 전압을 인가하는 제1, 제2, 제3 및 제4 전극이 형성되며,

상기 제1 및 제2 전극에는 제1 전압이 인가되고, 상기 제3 및 제4 전극에는 제2 전압이 인가되며, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 동일 파형을 가지되 상호 간에 위상차를 가지며,

상기 제1 및 제3 진동셀은 분극방향이 동일하고, 상기 제2 및 제4 진동셀은 분극방향이 동일하며, 상기 제1 및 제3 진동셀의 분극방향은 상기 제2 및 제4 진동셀의 분극방향과 반대인 것을 특징으로 하는 압전모터.
제8항에 있어서,

상기 제1, 제2, 제3 및 제4 진동셀은 상기 압전체의 길이방향으로 순차적으로 배열된 것을 특징으로 하는 압전모터.
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