KR101676786B1 - 압전 모터 - Google Patents

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KR101676786B1 KR1020100017919A KR20100017919A KR101676786B1 KR 101676786 B1 KR101676786 B1 KR 101676786B1 KR 1020100017919 A KR1020100017919 A KR 1020100017919A KR 20100017919 A KR20100017919 A KR 20100017919A KR 101676786 B1 KR101676786 B1 KR 101676786B1
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Abstract

본 발명은, 압전 소자가 배치된 제1면과, 복수개의 돌기들이 형성된 제2면을 구비하는 스테이터와, 상기 돌기와 접촉하는 돌출부를 가지며 상기 압전 소자들에 의해 발생되는 상기 스테이터의 파동 움직임에 의해 회전하는 로터를 포함하고, 상기 돌기의 부분 중 상기 돌출부와 접촉하는 부분은 곡면 접촉부를 가지는 압전 모터를 제공한다.

Description

압전 모터{Piezoelectric motor}
본 발명은 압전 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로터와 스테이터의 마찰 접촉을 안정적으로 수행할 수 있는 압전 모터에 관한 것이다.
일반적으로 압전 모터(piezoelectric motor)는, 압전 소자를 구비하고 전기에너지를 역학적 운동으로 변환하는 장치를 말한다.
압전 모터는 자석이나 권선을 필요로 하지 않는 새로운 형태의 구동원이다. 압전 모터의 작동 원리는 압전 소자에 고주파 전압을 가하여 압전 소자를 진동시키고, 이 진동 움직임에 의하여 일정 방향으로의 구동력을 얻어 회전자의 회전 운동을 얻는 원리를 사용한다.
이러한 압전 모터의 종류로는, 로터가 회전하는 회전형 압전 모터, 직진형(리니어 구동형)의 압전 모터 등이 있다.
본 발명은, 로터와 스테이터의 마찰 접촉을 안정적으로 수행할 수 있는 압전 모터를 제공하는 것을 주된 과제로 한다.
본 발명은, 압전 소자가 배치된 제1면과, 복수개의 돌기들이 형성된 제2면을 구비하는 스테이터;와, 상기 돌기와 접촉하는 돌출부를 가지며, 상기 압전 소자들에 의해 발생되는 상기 스테이터의 파동 움직임에 의해 회전하는 로터;를 포함하고, 상기 돌기의 부분 중 상기 돌출부와 접촉하는 부분은 곡면 접촉부를 가지는 압전 모터를 제공한다.
여기서, 상기 압전 소자는 압전 세라믹을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1면과 상기 제2면은 서로 평행할 수 있다.
여기서, 상기 스테이터와 상기 로터는 원형 고리의 형상을 가질 수 있다.
여기서, 상기 돌출부의 단부에는 적어도 하나의 곡면부가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 돌기의 면들 중 상기 로터를 향하는 면에는 그루브가 형성되며, 상기 곡면 접촉부는 상기 그루브의 적어도 일부를 이룰 수 있다.
여기서, 상기 그루브의 형상은 상기 돌출부의 일부가 수용되도록 형성될 수 있다.
여기서, 상기 돌기의 면들 중 상기 로터를 향하는 면에는 사면이 형성되며, 상기 곡면 접촉부는 상기 사면의 적어도 일부를 이룰 수 있다.
여기서, 상기 사면의 높이는 상기 스테이터의 내측면쪽에서 상기 스테이터의 외측면쪽으로 갈수록 점차 낮아질 수 있다.
여기서, 상기 사면의 높이는 상기 스테이터의 외측면쪽에서 상기 스테이터의 내측면쪽으로 갈수록 점차 낮아질 수 있다.
본 발명에 따른 압전 모터는 로터와 스테이터의 마찰 접촉을 안정적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 압전 모터의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 돌출부의 단부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 돌출부 단부의 변형예의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 관한 스테이터의 돌기 및 로터를 제외한 나머지 부분을 생략하여 도시한 도면으로서, 스테이터의 돌기와 로터의 접촉 작용을 도시한 개략적인 도면이다.
도 6은 도 5의 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 관한 스테이터의 돌기와 로터의 접촉 작용을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 관한 스테이터의 돌기 및 로터를 제외한 나머지 부분을 생략하여 도시한 개략적인 도면으로서, 돌기와 로터의 상호 운동을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예의 일 변형예에 관한 압전 모터의 모습을 보여주는 부분 절단 사시도이다.
도 10은 도 9의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예의 다른 변형예에 관한 압전 모터의 모습을 보여주는 부분 절단 사시도이다.
도 12는 도 11의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 압전 모터의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 자른 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 압전 모터(100)는 스테이터(stator)(110)와, 로터(rotor)(120), 압전 소자(130)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 스테이터(110)는 원형의 고리 형상을 가진다.
스테이터(110)는, 제1면(111)과, 제2면(112)과, 제1면(111)과 제2면(112)을 연결하는 내측면(내부 측면)(113)과, 제1면(111)과 제2면(112)을 연결하는 외측면(외부 측면)(114)을 포함한다.
스테이터(110)의 제1면(111)에는 고리 형상의 압전 소자(130)가 배치된다.
스테이터(110)의 제2면(112)은 제1면(111)과 평행하게 구성되는데, 제2면(112)에는 복수개의 돌기(112a)가 배치된다.
돌기(112a)는 로터(120) 쪽으로 돌출되어, 스테이터(110)와 로터(120) 간의 접촉 마찰면을 형성하게 된다.
돌기(112a)들은 압전 소자(130)들에 의해 생성된 굴곡 파동을 증폭시키는 역할을 하며, 각 돌기(112a)들의 움직임은 타원형 운동 궤적을 추종하게 된다. 즉, 진행형 굴곡 파동에 참여하는 돌기(112a)들은 타원형 운동 궤적을 추종하게 되고, 서로 위치 차이를 갖는 돌기(112a)들의 각 지점들은 서로 위상차를 갖고 타원형 운동 궤적을 추종하게 됨으로써, 연속적인 굴곡 파동을 형성하게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 돌기(112a)의 면 중 로터(120)를 향하는 표면(112a_1)에는 그루브(groove)(112a_2)가 형성된다.
그루브(112a_2)는 스테이터(110)의 연장 방향(스테이터의 원주 방향)을 가로지르는 방향의 단면 형상이 가운데가 오목하게 들어간 형상을 가지며, 그루브(112a_2)의 전체 표면은 곡면의 형상을 가지고 있으므로, 그루브(112a_2)는 표면은 곡면 접촉부(C1)를 구성하고 있다.
또한, 도 1, 2, 및 7에 도시된 바와 같이, 그루브(112a_2)는 스테이터(110)의 연장 방향을 가로지르는 방향의 단면 형상이 가운데가 오목하게 들어간 형상을 가지며, 그루브(112a_2)의 단면 형상이 스테이터(110)의 연장 방향을 따라 돌기(112a)의 표면(112a_1)의 전체에서 연장하여 스테이터(110)의 연장 방향에서의 그루브(112a_2)의 양측 단부들(112a_2f, 112a_2r)이 개방된다. 따라서 돌기들(112a)의 각각의 그루브(112a_2)들이 로터(120)의 원주 방향으로 연장하는 돌출부(121)의 단부를 수용한다. 즉, 그루브(112a_2)의 표면에 돌출부(121)의 단부(121a)(도 3 참조)가 접촉하도록 구성된다.
본 실시예에 따르면, 그루브(112a_2)의 표면 전체가 곡면의 형상으로 되어 있으므로, 곡면 접촉부(C1)는 그루브(112a_2)의 표면 전체가 되나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 그루브의 표면의 일부가 곡면의 형상으로 구성되고 나머지 부분은 평탄면으로 될 수 있고, 그 경우에는 그루브의 부분 중 곡면 형상을 가진 일부분만이 곡면 접촉부(C1)를 구성하게 된다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 로터(120)는 원형의 고리의 형상을 가진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 로터(120)는, 돌출부(121), 돌출부 지지부(122), 로터 본체(123)를 포함한다.
돌출부(121)는 돌기(112a)에 접촉하는 부분이다. 즉, 돌출부(121)는 돌기(112a)에 형성된 그루브(112a_2)의 표면(곡면 접촉부(C1))에 접촉하게 되는데, 스테이터(110)의 돌기(112a)로부터 연속적인 굴곡 파동을 받아 로터(120)의 회전 운동으로 전환시킨다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 돌출부의 단부의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 돌출부의 단부의 변형예의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 돌출부(121)의 단부(121a), 즉, 돌출부(121)의 부분 중 그루브(112a_2)의 표면(곡면 접촉부(C1))에 주로 접촉하는 부분에는 곡면부들(121a_1)(121a_2)이 형성된다. 곡면부들(121a_1)(121a_2)은 돌출부(121)의 단부(121a)의 모서리에 형성된다. 즉, 돌출부(121)의 단부(121a)는, 곡면부들(121a_1)(121a_2)과, 그 가운데에 위치한 평탄부(121a_3)로 구성된다.
그와 같은 곡면부들(121a_1)(121a_2)의 존재로 인하여, 돌출부(121)와 그루브(112a_2)의 표면(곡면 접촉부(C1))과의 접촉은 더욱 안정적으로 이루어지게 되고, 그렇게 되면, 구동 시 압전 모터(100)의 구동 오차를 줄여주고, 돌출부(121)와 돌기(112a) 사이의 마모의 발생을 현저히 줄여주게 된다.
본 실시예에 따르면, 돌출부(121)의 단부(121a)는, 곡면부들(121a_1)(121a_2)과, 그 가운데에 위치한 평탄부(121a_3)로 구성되나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 돌출부(121)의 단부(121a)의 단면은, 도 4에 도시된 바와 같이, 반경이 R인 호(arc)(121c)의 외형을 가지도록 형성될 수도 있다. 그 경우, 평탄부가 없기 때문에, 돌출부(121)는 그루브(112a_2)의 표면(곡면 접촉부(C1))과의 접촉을 더욱 부드럽고 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
한편, 돌출부 지지부(122)는 원형의 고리 형상으로 형성되어 돌출부(121)를 지지하는 기능을 수행한다. 돌출부(121)는 돌출부 지지부(122)로부터 스테이터(110)를 향하여 돌출하며 원형의 고리 형상을 이루도록 원주 방향으로 연장한다.
로터 본체(123)는 원형의 고리 형상을 가지고 있는데, 돌출부 지지부(122)로부터 전달받은 회전력에 의해 회전 운동을 수행한다. 아울러, 로터 본체(123)는 로터(120)의 질량의 대부분을 차지하여 상대적으로 큰 관성 모멘트(moment of inertia)를 가지고 있기 때문에, 변동 토크를 상쇄하는 역할도 수행한다.
한편, 압전 소자(130)는 고리 형상의 원판으로 구성되어 있다. 압전 소자(130)는 제1면(111)에 접착제로 접착되어 배치되는데, 접착제로는 에폭시 계열의 접착제, 용제 증발형 접착제 등이 사용될 수 있다.
압전 소자(130)는 원주 방향을 따라 소정의 분극 영역들로 나뉘어지며, 분극되는 방향은 로터(120)의 회전면에 수직하도록 이루어진다. 분극의 극성 방향은 각 분극 영역들의 신축작용에 의해 로터(120)가 회전 운동을 할 수 있도록 설계된다.
압전 소자(130)는 케이블(131)을 통해 구동 전압을 인가받는데, 구동 전압은 일반적으로 코사인파(cosine wave) 전압과 사인파(sine wave) 전압을 인가한다. 여기서, 통상적으로 입력되는 전압들은 위상차를 가지는데, 예를 들어, 90°의 위상차를 가지는 코사인파 전압과 사인파 전압이 인가될 수 있다. 그 경우, 구동 기준 전압을 Vo, 상수 w, 시간 t라고 하였을 때, 인가되는 코사인파 전압은 Vo×cos(wt), 사인파 전압은 Vo×sin(wt)으로 표시할 수 있다.
즉, 케이블(131)을 통하여 압전 소자(130)의 각 분극 영역들에 위상차가 다른 구동 전압들을 인가하면, 압전 소자(130)의 각 분극 영역들이 신축 작용을 일으키고, 그에 따라 스테이터(110)의 굴곡 파동이 일어나게 된다.
압전 소자(130)의 각 부분들의 분극 영역의 구조와 압전 소자(130)에 입력되는 구동 전압에 관한 사항은, 공지의 구조와 구동 방법을 사용할 수 있으므로, 여기서 자세한 설명은 생략한다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 실시예의 압전 모터(100)가 작동하는 모습을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 관한 스테이터의 돌기 및 로터를 제외한 나머지 부분을 생략하여 도시한 도면으로서, 스테이터의 돌기와 로터의 접촉 작용을 도시한 개략적인 도면이고, 도 6은 도 5의 A 부분을 확대하여 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 관한 스테이터의 돌기와 로터의 접촉 작용을 도시한 사시도이다. 또한, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 관한 스테이터의 돌기 및 로터를 제외한 나머지 부분을 생략하여 도시한 개략적인 도면으로서, 돌기와 로터의 상호 운동을 보여주는 개략적인 사시도이다.
사용자가 압전 모터(100)에 전원을 인가한 후, 스위치를 "on" 시키게 되면 케이블(131)을 통해 압전 소자(130)에 구동 전압이 인가되게 된다.
압전 소자(130)에 구동 전압이 인가되면, 구동 전압의 주파수에 따라 압전 소자(130)의 각 분극 영역들은 주로 제1면(111)에 수직한 방향으로 신축(신장 및 압축)을 하게 된다. 그와 같은 압전 소자(130)의 신축작용은 스테이터(110)의 연속적인 굴곡 파동을 일으키게 되고, 그렇게 되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 돌기(112a)들과 로터(120) 간의 접촉에 의해, 로터(120)에 회전력이 전달되기 시작한다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 돌기(112a)의 운동 궤적(F)은 타원형 운동 궤적을 가지게 되는데, 그러한 돌기(112a)의 운동 궤적(F) 상의 접선 방향(ft)의 움직임에 의해 돌기(112a)는 로터(120)에 회전력을 전달하게 된다.
상세하게는 도 7에 도시된 바와 같이, 로터(120)의 돌출부(121)는, 돌기(112a)에 형성된 그루브(112a_2)의 표면(곡면 접촉부(C1))에 접촉되어 회전력을 전달받게 된다. 그런데, 그루브(112a_2)의 표면(곡면 접촉부(C1))의 존재로 인하여 돌출부(121)와 접촉 시 접촉 작용이 안정적으로 이루어지게 된다. 즉, 돌출부(121)와 그루브(112a_2)의 표면(곡면 접촉부(C1))의 마찰 접촉이 곡면에서 이루어지게 되므로, 일정한 마찰이 유도되어 구동 오차가 최소화되고, 마모량이 최소화되어 소음 및 진동이 줄면서 압전 모터(100)의 수명이 증가되며, 미끄럼 마찰이 줄어들고 구름 마찰이 증가되어 압전 모터(100)의 효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 그루브(112a_2)는 오목한 형상을 가지고 있기 때문에, 돌출부(121)의 단부(121a)에는 그루브(112a_2)의 중앙(제일 낮은 부분)으로 단부(121a)를 위치시키려는 힘이 작용하게 된다. 즉, 돌기(112a)의 그루브(112a_2)의 존재로 인하여 로터(120)가 회전하여도 돌출부(121)는 그루브(112a_2)의 영역을 벗어나지 않기 때문에, 로터(120)의 회전 중심이 어긋나는 것을 방지하는 자동 조심(self-centering)의 기능도 수행하게 된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 압전 소자(130)로부터 기인한 스테이터(110)의 굴곡 파동 움직임은, 로터(120)에 전체적으로 작용하게 되며, 그에 따라 로터(120)는 회전 중심 O1을 중심으로 회전 운동을 하게 되어, 압전 모터(100)가 구동된다.
이상과 같이, 본 실시예의 압전 모터(100)에 따르면, 로터(120)의 회전 운동 시, 돌출부(121)는, 돌기(112a)에 형성된 그루브(112a_2)의 표면(곡면 접촉부(C1))에 접촉되므로 마찰 접촉 작용이 안정적으로 이루어지고, 그루브(112a_2)의 존재로 인하여 로터(120)의 회전 중심의 어긋남을 방지할 수 있게 된다.
이하, 도 9 내지 도 10을 참조하여, 본 실시예의 일 변형예에 관한 압전 모터에 관하여 설명하되, 본 발명의 실시예와 상이한 사항을 중심으로 하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시예의 일 변형예에 관한 압전 모터의 모습을 보여주는 부분 절단 사시도이고, 도 10은 도 9의 단면도이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 일 변형예에 따른 압전 모터(200)는, 스테이터(210)와, 로터(220), 압전 소자(230)를 포함한다.
스테이터(210)는, 제1면(211)과, 제2면(212)과, 제1면(211)과 제2면(212)을 연결하는 내측면(내부 측면)(213)과, 제1면(211)과 제2면(212)을 연결하는 외측면(외부 측면)(214)을 포함한다.
스테이터(210)의 제2면(212)에는 돌기(212a)가 형성되어 있는데, 돌기(212a)의 면 중 로터(220)를 향하는 면은 평탄면(212a_1)과 사면(212a_2)으로 이루어져 있다.
사면(212a_2)의 전체는 곡면의 형상으로 되어 있어 곡면 접촉부(C2)를 형성한다.
본 실시예의 일 변형예에 따르면, 사면(212a_2)의 전체가 곡면의 형상으로 되어 있어 곡면 접촉부(C2)를 형성하나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 사면(212a_2)의 일부만이 곡면의 형상으로 되어 있을 수 있고, 그 경우에는 사면(212a_2)의 일부(곡면 형상 부분)만이 곡면 접촉부(C2)를 구성할 수도 있다.
한편, 사면(212a_2)의 부분 중 가장 내측(회전 중심 O2에 가장 가까운 부분)에 있는 부분의 높이(H1)는, 가장 외측에 있는 부분의 높이(H2) 보다 더 높게 형성되어 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 관한 사면(212a_2)은 안쪽에서 바깥쪽으로 향할수록 높이가 낮아지는 기울기 형상을 가지고 있다.
한편, 로터(220)는 원형의 고리의 형상을 가지며, 돌출부(221), 돌출부 지지부(222), 로터 본체(223)를 포함한다.
압전 소자(230)는 고리 형상의 원판으로 구성되며, 제1면(211)에 접착제로 접착되어 배치된다.
로터(220)와 압전 소자(230)에 대한 설명은, 본 실시예의 로터(120)와 압전 소자(130)에 대하여 설명한 내용과 동일하므로, 여기서 설명은 생략한다.
다음은, 본 실시예의 압전 모터(200)가 작동하는 모습을 설명한다.
사용자가 압전 모터(200)에 전원을 인가하면, 압전 소자(230)에 구동 전압이 인가되게 된다.
압전 소자(230)에 구동 전압이 인가되면, 구동 전압의 주파수에 따라 압전 소자(230)의 각 분극 영역들은 주로 제1면(211)에 수직한 방향으로 신축(신장 및 압축)을 하게 된다. 그와 같은 압전 소자(230)의 신축작용은 스테이터(210)의 연속적인 굴곡 파동을 일으키게 되고, 그렇게 되면 돌기(212a)들과 로터(220) 간의 접촉에 의해 로터(220)에 회전력이 전달되기 시작하여, 로터(220)는 회전 중심 O2를 중심으로 회전 운동을 함으로써 압전 모터(200)가 구동되게 된다.
본 실시예의 일 변형예에 따른 로터(220)의 돌출부(221)는, 돌기(212a)에 형성된 사면(212a_2)(곡면 접촉부(C2))에 접촉되어 회전력을 전달받게 된다. 그런데, 돌기(212a)의 사면(212a_2)(곡면 접촉부(C2))의 존재로 인하여 돌출부(221)와 접촉 시 접촉 작용이 안정적으로 이루어지게 된다. 즉, 돌출부(221)와 사면(212a_2)(곡면 접촉부(C2))의 마찰 접촉이 곡면에서 이루어지게 되므로, 일정한 마찰이 유도되어 구동 오차가 최소화되고, 마모량이 최소화되어 소음 및 진동이 줄면서 압전 모터(200)의 수명이 증가되며, 미끄럼 마찰이 줄어들고 구름 마찰이 증가되어 압전 모터(200)의 효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 전술한 바와 같이, 사면(212a_2)의 부분 중 가장 내측(회전 중심 O2에 가장 가까운 부분)에 있는 부분의 높이(H1)는, 가장 외측에 있는 부분의 높이(H2) 보다 더 높게 형성되어 있다. 즉, 사면(212a_2)의 높이는 스테이터(210)의 내측면(213)쪽에서 외측면(214)쪽으로 갈수록 점차 낮아지므로, 돌출부(221)는 사면(212a_2)을 따라 바깥쪽으로 쉽게 미끄러질 수 있도록 구성된다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 접촉 작용에 의해 돌출부(221)에는 사면(212a_2)으로부터 수직 반력(Pn)이 작용하는데, 수직 반력(Pn)은 사면(212a_2)의 기울기에 의하여 반경 방향의 힘 Pr과 높이 방향의 힘 Ph로 분해된다. 여기서, 반경 방향의 힘 Pr은, 고리 모양의 돌출부(221) 전체에 고루 작용하여, 돌출부(221) 각 부분들을 회전 중심 O2의 반대 방향(바깥 방향)으로 밀게 되므로, 로터(220)의 회전 중심이 어긋나는 것을 방지하는 자동 조심의 기능을 수행하게 된다.
이상과 같이, 본 실시예의 일 변형예에 따른 압전 모터(200)에 따르면, 로터(220)의 회전 운동 시, 돌출부(221)는, 돌기(212a)에 형성된 사면(212a_2)(곡면 접촉부(C2))에 접촉되므로 마찰 접촉 작용이 안정적으로 이루어지고, 사면(212a_2)의 존재로 인하여 로터(220)의 회전 중심의 어긋남을 방지할 수 있게 된다.
이상과 같이 살펴본 구성, 작용 및 효과 외의 본 발명의 실시예의 일 변형예에 따른 압전 모터(200)의 구성, 작용 및 효과는, 상기 본 발명의 실시예에 따른 압전 모터(100)의 구성, 작용 및 효과와 동일하므로, 본 설명에서는 생략하기로 한다.
이하, 도 11 내지 도 12를 참조하여, 본 실시예의 다른 변형예에 관한 압전 모터에 관하여 설명하되, 본 발명의 실시예와 상이한 사항을 중심으로 하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 실시예의 다른 변형예에 관한 압전 모터의 모습을 보여주는 부분 절단 사시도이고, 도 12는 도 11의 단면도이다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 다른 변형예에 따른 압전 모터(300)는, 스테이터(310)와, 로터(320), 압전 소자(330)를 포함한다.
스테이터(310)는, 제1면(311)과, 제2면(312)과, 제1면(311)과 제2면(312)을 연결하는 내측면(내부 측면)(313)과, 제1면(311)과 제2면(312)을 연결하는 외측면(외부 측면)(314)을 포함한다.
스테이터(310)의 제2면(312)에는 돌기(312a)가 형성되어 있는데, 돌기(312a)의 면 중 로터(320)를 향하는 면(312a_1)은 평탄면(312a_1)과 사면(312a_2)으로 이루어져 있다.
사면(312a_2)의 전체는 곡면의 형상으로 되어 있어 곡면 접촉부(C3)를 형성한다.
본 실시예의 다른 변형예에 따르면, 사면(312a_2)의 전체가 곡면의 형상으로 되어 있어 곡면 접촉부(C3)를 형성하나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 사면(312a_1)의 일부만이 곡면의 형상으로 되어 있을 수 있고, 그 경우에는 사면(312a_1)의 일부(곡면 형상 부분)만이 곡면 접촉부(C3)를 구성할 수도 있다.
한편, 사면(312a_2)의 부분 중 가장 내측(회전 중심 O3에 가장 가까운 부분)에 있는 부분의 높이(H3)는, 가장 외측에 있는 부분의 높이(H4) 보다 더 낮게 형성되어 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 관한 사면(312a_2)은 바깥에서 안쪽으로 향할수록 높이가 낮아지는 기울기 형상을 가지고 있다.
한편, 로터(320)는 원형의 고리의 형상을 가지며, 돌출부(321), 돌출부 지지부(322), 로터 본체(323)를 포함한다.
압전 소자(330)는 고리 형상의 원판으로 구성되며, 제1면(311)에 접착제로 접착되어 배치된다.
로터(320)와 압전 소자(330)에 대한 설명은, 본 실시예의 로터(120)와 압전 소자(130)에 대하여 설명한 내용과 동일하므로, 여기서 설명은 생략한다.
다음은, 본 실시예의 압전 모터(300)가 작동하는 모습을 설명한다.
사용자가 압전 모터(300)에 전원을 인가하면, 압전 소자(330)에 구동 전압이 인가되게 된다.
압전 소자(330)에 구동 전압이 인가되면, 구동 전압의 주파수에 따라 압전 소자(330)의 각 분극 영역들은 주로 제1면(311)에 수직한 방향으로 신축(신장 및 압축)을 하게 된다. 그와 같은 압전 소자(330)의 신축작용은 스테이터(310)의 연속적인 굴곡 파동을 일으키게 되고, 그렇게 되면, 돌기(312a)들과 로터(320) 간의 접촉에 의해 로터(320)에 회전력이 전달되기 시작하여, 로터(320)는 회전 중심 O3를 중심으로 회전 운동을 함으로써 압전 모터(300)가 구동되게 된다.
본 실시예의 다른 변형예에 따른 로터(320)의 돌출부(321)는, 돌기(312a)에 형성된 사면(312a_2)(곡면 접촉부(C3))에 접촉되어 회전력을 전달받게 된다. 그런데, 돌기(312a)의 사면(312a_2)(곡면 접촉부(C3))의 존재로 인하여 돌출부(321)와 접촉 시 접촉 작용이 안정적으로 이루어지게 된다. 즉, 돌출부(321)와 사면(312a_2)(곡면 접촉부(C3))의 마찰 접촉이 곡면에서 이루어지게 되므로, 일정한 마찰이 유도되어 구동 오차가 최소화되고, 마모량이 최소화되어 소음 및 진동이 줄면서 압전 모터(300)의 수명이 증가되며, 미끄럼 마찰이 줄어들고 구름 마찰이 증가되어 압전 모터(300)의 효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 전술한 바와 같이, 사면(312a_2)의 부분 중 가장 내측(회전 중심 O3에 가장 가까운 부분)에 있는 부분의 높이(H3)는, 가장 외측에 있는 부분의 높이(H4) 보다 더 낮게 형성되어 있다. 즉, 사면(312a_2)의 높이는 스테이터(310)의 외측면(314)쪽에서 내측면(313)쪽으로 갈수록 점차 낮아지므로, 돌출부(321)는 사면(312a_2)을 따라 안쪽으로 쉽게 미끄러질 수 있도록 구성된다.
즉, 도 12에 도시된 바와 같이, 접촉 작용에 의해 돌출부(321)에는 사면(312a_2)으로부터 수직 반력(Pn)이 작용하는데, 수직 반력(Pn)은 사면(312a_2)의 기울기에 의하여 반경 방향의 힘 Pr과 높이 방향의 힘 Ph로 분해된다. 여기서, 반경 방향의 힘 Pr은, 고리 모양의 돌출부(321) 전체에 고루 작용하여, 돌출부(321) 각 부분들을 회전 중심 O3(안쪽 방향)를 향하여 밀게 되므로, 로터(120)의 회전 중심이 어긋나는 것을 방지하는 자동 조심의 기능을 수행하게 된다.
이상과 같이, 본 실시예의 일 변형예에 따른 압전 모터(300)에 따르면, 로터(320)의 회전 운동 시, 돌출부(321)는, 돌기(312a)에 형성된 사면(312a_2)(곡면 접촉부(C3))에 접촉되므로 마찰 접촉 작용이 안정적으로 이루어지고, 사면(312a_2)의 존재로 인하여 로터(320)의 회전 중심의 어긋남을 방지할 수 있게 된다.
이상과 같이 살펴본 구성, 작용 및 효과 외의 본 발명의 실시예의 다른 변형예에 따른 압전 모터(300)의 구성, 작용 및 효과는, 상기 본 발명의 실시예에 따른 압전 모터(100)의 구성, 작용 및 효과와 동일하므로, 본 설명에서는 생략하기로 한다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 발명은 압전 모터에 이용될 수 있다.
100, 200, 300: 압전 모터 110, 210, 310: 스테이터
112a, 212a, 312a: 돌기 112a_2: 그루브
212a_2, 312a_2: 사면 120, 220, 320: 로터
121, 221, 321: 돌출부 130, 230, 330: 압전 소자
C1, C2, C3: 곡면 접촉부

Claims (10)

  1. 압전 소자가 배치된 제1면과, 복수개의 돌기들이 형성된 제2면을 구비하는 원형 고리의 형상의 스테이터; 및
    상기 돌기와 접촉하도록 상기 스테이터를 향하여 돌출하며 원형 고리의 형상으로 연장하는 돌출부를 가지며, 상기 압전 소자에 의해 발생되는 상기 스테이터의 파동 움직임에 의해 회전하는 원형 고리의 형상의 로터;를 포함하고,
    상기 돌기들은 상기 스테이터의 상기 제2면에서 원주 방향을 따라 서로 이격되어 배치되고,
    상기 돌기는 상기 로터의 상기 돌출부를 향하는 상기 돌기의 표면에 상기 돌출부와 접촉하는 그루브를 구비하고, 상기 그루브는 상기 스테이터의 연장 방향을 가로지르는 방향에서 오목하게 들어간 단면 형상을 가지며, 상기 그루브의 상기 단면 형상이 상기 스테이터의 연장 방향을 따라 상기 돌기의 상기 표면의 전체에서 연장하여 상기 스테이터의 연장 방향에서의 상기 그루브의 양측 단부가 개방됨으로써 상기 돌기들의 상기 그루브가 상기 돌출부의 단부를 수용하는 압전 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압전 소자는 압전 세라믹을 포함하는 압전 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1면과 상기 제2면은 서로 평행한 압전 모터.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부의 상기 단부에는 적어도 하나의 곡면부가 형성된 압전 모터.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 압전 소자가 배치된 제1면과, 복수개의 돌기들이 형성된 제2면을 구비하는 스테이터; 및
    상기 돌기와 접촉하는 돌출부를 가지며, 상기 압전 소자에 의해 발생되는 상기 스테이터의 파동 움직임에 의해 회전하는 로터;를 포함하고,
    상기 돌기의 부분 중 상기 돌출부와 접촉하는 부분은 곡면 접촉부를 가지고,
    상기 돌기의 면들 중 상기 로터를 향하는 면에는 사면이 형성되며, 상기 곡면 접촉부는 상기 사면의 적어도 일부를 이루는 압전 모터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 사면의 높이는 상기 스테이터의 내측면쪽에서 상기 스테이터의 외측면쪽으로 갈수록 점차 낮아지는 압전 모터.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 사면의 높이는 상기 스테이터의 외측면쪽에서 상기 스테이터의 내측면쪽으로 갈수록 점차 낮아지는 압전 모터.
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