KR101216964B1 - 향상된 변위를 제공하는 돔형 압전 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 돔형 압전 모터를 구성하는 돔형 압전 세라믹의 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 설계하여 특정 동작 주파수를 인가해서 돔형 압전 세라믹의 변위력이 향상되도록 하기 위한 향상된 변위를 제공하는 돔형 압전 모터에 관한 것으로,
양면에 서로 다른 전극이 형성되도록 처리된 돔형 압전 세라믹(100);
상기 돔형 압전 세라믹(100)의 변위에 연동되도록 상기 돔형 압전 세라믹(100)의 일면에 고정된 진동축(110); 및
상기 진동축(110)에 접촉되어 있으면서 상기 진동축(110)과의 마찰에 의해 선형으로 구동되는 이동체(200);
를 포함하되,
상기 돔형 압전 세라믹(100)은 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 형성되어, 특정 동작 주파수를 제공받아 향상된 변위가 수행되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은
돔형 압전 모터를 구성하는 돔형 압전 세라믹(100)의 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 설계하여 특정 동작 주파수를 인가해서 돔형 압전 세라믹(100)의 변위력이 향상되도록 하기 때문에, 돔형 압전 모터의 성능이 상승하는 효과가 있다.

Description

향상된 변위를 제공하는 돔형 압전 모터{Dome type piezoelectric motor for offering enhanced displacement}

본 발명은 향상된 변위(enhanced displacement)를 제공하는 돔형 압전 모터(dome type piezoelectric motor)에 관한 것으로, 특히, 돔형 압전 모터를 구성하는 돔형 압전 세라믹의 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 설계하여 특정 동작 주파수를 인가해서 돔형 압전 세라믹의 변위력이 향상되도록 하기 위한 향상된 변위를 제공하는 돔형 압전 모터에 관한 것이다.

일반적으로 돔형 압전 모터는 돔형 압전 세라믹의 구동에 의해 선형 모터로 동작한다.

이와 관련하여, 특허등록 제10-0768513호 '향상된 변위를 제공하는 선형 압전 모터'는,

양면에 서로 다른 전극이 형성되도록 처리된 돔 형상의 압전 세라믹;

상기 압전 세라믹의 변위에 연동되도록 상기 압전 세라믹의 일면에 고정되는 진동축; 및

상기 진동축에 접촉되어 있으면서 상기 진동축과의 마찰에 의해 선형으로 구동되는 이동체;

를 포함하여 이루어진다.

그러나 이와 같은 종래의 기술에 있어서는 돔 형상의 압전 세라믹에 하나의 특정 동작 주파수가 인가되기 때문에, 돔 형상의 압전 세라믹의 변위를 향상시키는 데 한계가 있다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 돔형 압전 모터를 구성하는 돔형 압전 세라믹의 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 설계하여 특정 동작 주파수를 인가해서 돔형 압전 세라믹의 변위력이 향상되도록 하기 위한 향상된 변위를 제공하는 돔형 압전 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 돔형 압전 세라믹의 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 설계하기 때문에, 동작 주파수 간의 대역이 확보되어 서로 간섭을 일으키지 않고 체배수 관계의 각 주파수를 설정하는 것도 용이하도록 하는데 다른 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여,

본 발명의 일 형태에 따르면,

양면에 서로 다른 전극이 형성되도록 처리된 돔형 압전 세라믹(100);

상기 돔형 압전 세라믹(100)의 변위에 연동되도록 상기 돔형 압전 세라믹(100)의 일면에 고정된 진동축(110); 및

상기 진동축(110)에 접촉되어 있으면서 상기 진동축(110)과의 마찰에 의해 선형으로 구동되는 이동체(200);

를 포함하되,

상기 돔형 압전 세라믹(100)은 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 형성되어, 특정 동작 주파수를 제공받아 향상된 변위가 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 돔형 압전 세라믹(100)은 돔을 형성하는 곡률, 높이(h) 및 두께가 조정되어 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 돔형 압전 모터를 구성하는 돔형 압전 세라믹(100)의 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 설계하여 특정 동작 주파수를 인가해서 돔형 압전 세라믹(100)의 변위력이 향상되도록 하기 때문에, 돔형 압전 모터의 성능이 상승하는 효과가 있다.

또한, 돔형 압전 세라믹(100)의 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 설계하기 때문에, 동작 주파수 간의 대역이 확보되어 서로 간섭을 일으키지 않고 체배수 관계의 각 주파수를 설정하는 것도 용이하다.

도 1은 본 발명에 따른 향상된 변위를 제공하는 돔형 압전 모터의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 돔형 압전 세라믹과 진동축을 나타낸 도면이다.
도 3은 돔 곡률 Ø7.2 압전세라믹 높이별 특성을 나타낸 도면이다.
도 4는 돔 곡률과 높이에 따른 공진 주파수를 나타낸 도면이다.
도 5는 돔 곡률 Ø10 압전세라믹 높이별 이송력 비교를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 향상된 변위를 제공하는 돔형 압전 모터의 일 실시 예를 나타낸 도면으로, 돔형 압전 세라믹(100), 진동축(110) 및 이동체(200)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명을 도 2 내지 도 5를 참조하여 보면 다음과 같다.

도 2는 도 1에 도시된 돔형 압전 세라믹(100)과 진동축(110)을 나타낸 도면이고 도 3은 돔 곡률 Ø7.2 압전세라믹 높이별 특성을 나타낸 도면이며, 도 4는 돔 곡률과 높이에 따른 공진 주파수를 나타낸 도면이고 도 5는 돔 곡률 Ø10 압전세라믹 높이별 이송력 비교를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 5에 있어서, 먼저 돔형 압전 세라믹(100)은 양면에 서로 다른 전극이 형성되도록 처리된다. 이때 돔형 압전 세라믹(100)은 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 형성되어, 해당 특정 동작 주파수를 제공받아 향상된 변위가 수행된다. 예로, 돔형 압전 세라믹(100)은 돔을 형성하는 곡률, 높이(h) 및 두께가 조정되어 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 형성된다.

고정된 진동축(110)은 돔형 압전 세라믹(100)의 변위에 연동되도록 돔형 압전 세라믹(100)의 볼록한 끝부분에 고정된다.

이동체(200)는 진동축(110)에 접촉되어 있으면서 상기 진동축(110)과의 마찰에 의해 진동축(110)을 따라 선형으로 왕복구동된다.

도 3은 돔 곡률 Ø7.2 압전세라믹 높이별 특성을 나타낸 도면으로, 먼저 압전 세라믹은 축 방향으로 분극되어, 상판면 및 하판면에 서로 다른 극을 전기적으로 접속시키기 위한 각 전극이 각각 형성되어 있으며, 이 전극에 전계를 인가할 경우 역전압 효과에 의해 해당 압전 세라믹에 압축력 또는 신장력이 인가된다.

이러한 압전 세라믹에 교류 전계를 입력시켰을 때, 축방향, 즉 돔형 압전 세라믹의 높이 방향으로 경진동이 일어난다. 이때 압전 세라믹의 경진동의 변위는 통상 임피던스의 최소값을 갖는 공진 주파수에서 최대로 일어난다.

그러나 압전 세라믹은 공진 주파수 영역에서의 사용할 경우 쉽게 열화되어 압전 세라믹의 특성을 상실하기 때문에, 장시간의 신뢰성을 요구하는 제품에 응용되는 압전 세라믹은 통상 2차 공진 주파수 영역을 사용하는 경우도 있다.

한편, 2차 공진 주파수를 사용할 경우 임피던스 값이 커서 충분한 변위값을 확보하는데 어려움이 있다.

따라서 본 발명은 압전 세라믹의 돔 곡률에 따라 1차 공진 주파수가 2차 공진 주파수의 체배수가 되도록 설계되어 2차 공진 주파수로 동작시키더라도 1차 공진 주파수와도 공진되어 변위량이 대폭 증가된다.

돔 곡률 Ø7.2의 경우, 압전 세라믹의 내경 및 형상 그리고 높이를 변화시키면, 2차 공진 주파수 대역은 134~150Khz내에 이며, 1차 공진 주파수 대역은 330~450KHz 대로 조절할 수 있다.

따라서 2차 공진 주파수의 3배 체배수를 1차 공진 주파수로 갖는 압전 세라믹을 제작하여 이송력을 향상시킬 수 있다.

도 4는 돔 곡률과 높이에 따른 공진 주파수를 나타낸 도면으로, 압전 세라믹의 돔 외경 곡률에 따라 내경 혹은 내경 형상 그리고 높이를 조절하여 2차 공진 주파수의 1차 공진 주파수 체배수 가능성 등을 실험한 결과이다.

녹색선이 2차 공진 주파수의 3배 체배수 선으로 파랑 삼각형이 초록선 상에 근접하여야 한다.

도 4에서 볼 수 있듯이 압전 세라믹의 돔 곡률 Ø7.2 및 Ø10은 2차 공진 진파수가 1차 공진 주파수의 3배 체배수에서 만들어진 것임을 알 수 있다.

도 5는 돔 곡률 Ø10 압전세라믹 높이별 이송력 비교를 나타낸 도면으로, 돔 외경 곡률 Ø10 압전 세라믹의 내경 및 내경 형상을 최적화하고 압전 세라믹의 높이를 조정하여 1차 공진 주파수와 2차 공진 주파수를 3배 체배수에 근접하는 압전 세라믹 높이 2.0mm일 때 변위력이 최대가 되고, 압전 모터이 이송력 또한 최대가 된다.

이와 같은 본 발명은

돔형 압전 모터를 구성하는 돔형 압전 세라믹(100)의 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 설계하여 특정 동작 주파수를 인가해서 돔형 압전 세라믹(100)의 변위력이 향상되도록 하기 때문에, 돔형 압전 모터의 성능이 상승하는 장점이 있다.

또한, 돔형 압전 세라믹(100)의 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 설계하기 때문에, 동작 주파수 간의 대역이 확보되어 서로 간섭을 일으키지 않고 체배수 관계의 각 주파수를 설정하는 것도 용이하다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

100: 돔형 압전 세라믹
110: 진동축
200: 이동체

Claims (2)

1. 양면에 서로 다른 전극이 형성되도록 처리된 돔형 압전 세라믹(100);
   상기 돔형 압전 세라믹(100)의 변위에 연동되도록 상기 돔형 압전 세라믹(100)의 일면에 고정된 진동축(110); 및
   상기 진동축(110)에 접촉되어 있으면서 상기 진동축(110)과의 마찰에 의해 선형으로 구동되는 이동체(200);
   를 포함하되,
   상기 돔형 압전 세라믹(100)은 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 형성되어, 특정 동작 주파수를 제공받아 향상된 변위가 수행되는 것을 특징으로 하는 향상된 변위를 제공하는 돔형 압전 모터.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 돔형 압전 세라믹(100)은 돔을 형성하는 곡률, 높이(h) 및 두께가 조정되어 복수개 동작 주파수가 제1 동작 주파수에 대해 체배수 관계가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 향상된 변위를 제공하는 돔형 압전 모터.

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