KR102168051B1 - 디스크용 회전 압전 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전 압전 모터 (100) 에 관한 것으로,
- 커넥션 영역에서 단부들 중 일방에서 커넥팅되고, 타방의 2 개의 단부들이 '자유' 로 지칭된, 한 쌍의 아암들을 갖는 공진기 (30) 를 포함하는 압전 액추에이터,
- 수동 소자에 대한 자유 단부들의 마찰에 의해 회전 구동될 수 있는 수동 소자를 포함하고,
수동 소자는 디스크 (40) 및 그 디스크 (40) 의 외주로부터 연장되는 림 (50) 을 포함하고, 림 (50) 은 아암들의 자유 단부들 사이를 통과한다.

Description

디스크용 회전 압전 모터{ROTATING PIEZOELECTRIC MOTOR FOR DISCS}
본 발명은 회전 압전 모터의 기술 분야에 관한 것이다.
회전 압전 모터는 종래에는 수동 소자 (passive element) 및 압전 효과를 이용하여 그 수동 소자를 회전시키기 위한 액추에이터를 갖는다. 도 1 을 참조하면, 특히, 수동 소자 (20) 가 실린더를 포함하고 압전 액추에이터가 실질적으로 소리굽쇠 (tuning fork)-형 또는 U-형 커넥션 영역 (33) 에서 서로 커넥팅된 한 쌍의 아암들 (31, 32) 을 갖는 공진기 (resonator) (30) 를 포함하는 회전 압전 모터 (10) 가 알려져 있다. 압전 액추에이터는, 아암들 (31, 32) 중의 하나의 아암에 각각 부착되고 아암들에 진동을 주기 위한 아암들에 대한 여기 수단 (excitation means) 으로서의 역할을 하는 2 개의 압전 소자들 (미도시) 을 더 포함한다. 수동 소자 (20) 는 공진기 아암 (31, 32) 사이를 통과한다. 보다 구체적으로, 수동 소자 (20) 의 외측면 (lateral surface) 의 하나의 영역은, 수동 소자 (20) 가 콘택 영역에 대한 아암들 (31, 32) 의 자유 단부들 (310, 320) 의 마찰에 의해 회전되도록, 아암들 (31, 32) 의 자유 단부들 (310, 320) 과, 양 측에서, 접촉하고 있다.
일부 애플리케이션들, 특히 시계 애플리케이션들에서, 상기 설명된 압전 액추에이터는 실린더가 아닌 디스크를 회전 구동할 수 있는 것이 바람직할 수도 있다.
본 발명의 목적은 압전 액추에이터가 한 쌍의 아암들을 갖는 공진기를 포함하고 수동 소자가 상기 액추에이터에 의해 회전 구동될 수 있는 디스크를 포함하는 회전 압전 모터를 제안하는 것이다.
이것을 위하여, 제 1 양태에 따르면, 본 발명은 회전 압전 모터에 관한 것으로:
- 커넥션 영역에서 단부들 중 일방에서 커넥팅되고, 타방의 2 개의 단부들이 '자유 (free)' 로 지칭된, 한 쌍의 아암들을 갖는 공진기를 포함하는 압전 액추에이터,
- 수동 소자에 대한 자유 단부들의 마찰에 의해 회전 구동될 수 있는 수동 소자를 포함하고,
수동 소자는 디스크 및 림 (rim) 을 포함하고, 림은 디스크의 외주 (periphery) 로부터 연장되고 아암들의 자유 단부들 사이를 통과한다.
"디스크 (disc)" 는 솔리드 (solid) 이거나 또는 중공 (hollow) 부분들을 포함하는 둥근 소자를 의미한다. 그것은 예를 들어, 날짜 디스크 (date disc), 문 페이즈 디스크 (moon phase disc) 등일 수도 있다.
이러한 모터는 적은 컴포넌트들을 포함하고 소형이며, 높은 이용가능한 토크가 디스크의 높은 회전 속도를 가능하게 한다.
하나의 실시형태에서, 림은 실질적으로 U-형 방사상 단면을 가져, 그 U 의 아암들 양자 모두가 아암의 자유 단부에 받쳐져 있다. 다시 말해서, 림은 포개진 (folded over) 부분을 갖는다.
이것은, 모터에 전력공급하지 않고, 즉 아암들을 여기시키지 않고 유지 토크 (holding torque) 를 설정하기 위하여, 압전 액추에이터와 수동 소자 사이의 계면에 프리로드를 인가하는 것을 가능하게 한다.
제 2 양태에 따르면, 본 발명은 제 1 양태에 따른 적어도 2 개의 압전 모터들을 포함하는 어셈블리에 관한 것으로, 압전 모터들의 수동 소자들의 디스크들은 동심원이고, 겹쳐 놓이고, 상이한 직경들이며, 가장 작은 직경의 디스크를 제외한, 각각의 디스크는, 더 작은 직경의 디스크들을 커버한다.
능동 소자들의 공진기들은 디스크들의 축과는 상이한 거리에 위치되지만 동일한 평면에 위치되는 것으로 이해된다: 따라서 너무 많은 공간을 차지하지 않고 여러 디스크들을 회전 구동하는 것이 가능하다. 위치 검출 시스템은 용이하게 통합되어 어느 때라도 디스크들의 동기화를 보장할 수 있다.
제 3 양태에 따르면, 본 발명은 상기 설명한 바와 같은 압전 모터 또는 적어도 2 개의 압전 모터들의 어셈블리를 포함하는 타임피스에 관한 것이다.
비제한적 실시형태에서, 타임피스는 원통형 부분의 하나의 단부에 고정된 시계바늘 (hand) 을 포함한다.
다른 피처들 및 이점들은, 첨부된 도면들을 참조하여, 비제한적 예시로 주어진, 다음의 설명으로부터 분명히 명백할 것이며, 여기서:
- 도 1 (이미 설명됨) 은 종래 기술에 따른 회전 압전 모터의 부분을 개략적으로 나타내며, 회전 구동될 소자는 실린더이다.
- 도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 회전 압전 모터의 부분을 개략적으로 나타내며, 회전 구동될 소자는 디스크이다,
- 도 3 은 방사상 종단면에서의 도 2 의 회전 압전 모터의 영역을 개략적으로 나타낸다,
- 도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 회전 압전 모터의 공진기를 개략적으로 나타낸다,
- 도 5 는 방사상 종단면에서의, 도 2 의 회전 압전 모터와 같은 회전 압전 모터들의 어셈블리를 개략적으로 나타낸다.
본 발명에 따른 회전 압전 모터는 디스크 (40) 를 포함하는 수동 소자 및 압전 효과를 이용하여 디스크 (40) 를 회전시키기 위한 압전 액추에이터를 갖는다.
도 2 및 도 3 을 참조하여 설명된 본 발명의 제 1 실시형태에서, 압전 액추에이터는 진동할 수 있는 2 개의 아암들 (31, 32) 을 포함하는 공진기 (30) 및 압전 여기 수단 (미도시) 을 포함한다. 여기 수단은, 상이한 아암에 각각 부착된, 2 개의 부분들로 형성되는 것이 유리하다. 그러나, 여기 수단의 다른 실시형태들이 가능하다; 그들은, 예를 들어, 아암들 사이의 조인트 (joint) 에 배열된 단일 부분으로 형성될 수도 있다. 적절한 전압이 여기 수단에 인가되면, 여기 수단은 변형되고, 기계적 응력이 아암들 (31, 32) 에 전달되어, 아암들은 후에 진동하기 시작한다. 여기 수단이 아암들 상에 적절한 방식으로 설계 및 장착되면, 원하는 형태의 다차원 진동 (multi-dimensional oscillations) 이 달성될 수 있다.
아암들 (31, 32) 은 커넥션 영역 (33) 에서 커넥팅되고, 상기 커넥션 영역 (33) 으로부터 서로 실질적으로 평행하게 연장된다. 공진기 (30) 는 따라서 일반적으로 소리굽쇠-형, 즉 U-형이다. 그러나, 다른 형상들이 예상될 수 있다. 커넥션 영역 (33) 에 커넥팅되지 않는 아암들의 단부들은 자유 단부들 (310, 320) 로 지칭된다. 아암들 (31, 32) 의 진동의 진폭은 이들 단부들 (310, 320) 에서 최대이다.
수동 소자는 또한, 디스크 (40) 의 외주 전체에 걸쳐 연장되는 림 (50) 을 포함한다. 림 (50) 은 2 개의 부분들로 형성된다: 제 1 부분은 디스크 (40) 에 커넥팅되고, 제 2 부분은 제 1 부분에만 커넥팅된다. 제 1 부분 및 제 2 부분은 함께 원형의 그루브 서라운딩 (circular groove surrounding) 디스크 (40) 를 형성한다. 다시 말해서, 림 (50) 은 수동 소자의 방사상 종단면을 따라, U-형 단면을 갖고, 디스크 (40) 는 U 의 단부들 중 하나에 커넥팅된다. 디스크 (40) 에 커넥팅된 U 의 브랜치에는 51 의 참조부호를 붙이고, U 의 나머지 브랜치에는 52 의 참조부호를 붙인다.
림 (50) 은 아암들 (31, 32) 의 자유 단부들 (310, 320) 사이를 로컬로 통과한다. 더 정확히 말하면, 브랜치 (51) 는 아암 (31) 의 자유 단부 (310) 에 받쳐져 있고, 브랜치 (52) 는 아암 (32) 의 자유 단부 (320) 에 받쳐져 있어, 이로써 공진기 (30) 와 수동 소자 사이에 방사상 프리로드를 생성하고, 용어 '방사상 (radial)' 은 디스크 (40) 의 반경을 지칭한다.
아암들 (31, 32) 의 자유 단부들 (310, 320) 의 다차원 진동은 림 (50) 에 대한 상기 단부들 (310, 320) 의 마찰에 의해 디스크 (40) 에 그 축을 중심으로 회전을 주는 것을 가능하게 하는 것으로 이해된다.
공진기 (30) 가 디스크 (40) 에 직각으로 연장되고, 즉 공진기 (30) 의 아암들 (31, 32) 의 축들을 포함하는 평면이 디스크 (40) 에 의해 정의된 평면에 평행하다는 것이 도 2 에 도시된 실시형태에서 언급된다. 그러나, 디스크 (40) 에 대한 공진기 (30) 의 임의의 기술적으로 가능한 경사 (inclinations) 가 예상될 수 있다. 물론, 경사가 작을수록, 압전 모터는 얇아질 것이며, 이는 사진 분야에서 중요하다.
더욱이, 공진기는 U-형상 또는 소리굽쇠 형상에 제한되지 않는다. 특히, 도 4 를 참조하여 설명된 제 2 실시형태에서, 아암들은 직선이 아닐 수도 있다. 이러한 공진기 (30°) 는 2 개의 아암들 (31°, 32°) 을 갖는다. 상기 아암들 (31°, 32°) 은 커넥션 영역 (33°) 에서 커넥팅된다. 각각의 아암 (31°, 32°) 은 메인 브랜치 (311°, 321°), 자유 단부 (310°, 320°), 및 메인 브랜치 (311°, 321°) 와 자유 단부 (310°, 320°) 를 커넥팅하기 위한 커넥션 영역 (312°, 322°) 을 포함한다.
메인 브랜치들 (311°, 321°) 은 상기 커넥션 영역 (33°) 으로부터 서로 실질적으로 평행하게 연장된다. 커넥션 영역 (33°) 및 2 개의 메인 브랜치들 (311°, 321°) 은 동일한 레벨에 있고, 즉 커넥션 영역 (33°) 의 축들 및 2 개의 메인 브랜치들 (311°, 321°) 의 축들은 동일한 평면에 있다.
그러나, 자유 단부들 (310°, 320°) 은 상이한 레벨에서 연장되고, 자유 단부들 (310°, 320°) 의 축들을 포함하는 평면은 바로 앞의 단락에서 언급된 메인 브랜치들 (311°, 321°) 의 평면과 평행하다. 도 4 에 나타낸 실시형태에서, 커넥션 영역들 (312°, 322°) 각각은, 자유 단부들 (310°, 320°) 이 메인 브랜치들 (311°, 321°) 의 레벨과 상이한 레벨에 제공되도록, 메인 브랜치들 (311°, 321°) 에 직각으로 연장되는 부분을 포함한다. 그러나, 커넥션 영역들 (312°, 322°) 은 또한 임의의 다른 형상일 수 있고, 본질적인 포인트는 공진기가 2 개의 레벨들을 갖는다는 것이다.
자유 단부들 (310°, 320°) 은 서로를 향해 그리고 서로 마주보고 연장되고, 림 (50) 은 상기 자유 단부들 (310°, 320°) 사이를 통과한다. 더 정확히 말하면, 브랜치 (51) 는 아암 (31°) 의 자유 단부 (310°) 에 받쳐져 있고, 브랜치 (52) 는 아암 (32°) 의 자유 단부 (320°) 에 받쳐져 있다. 압전 액추에이터는 압전 여기 수단 (미도시) 을 포함한다. 여기 수단은 자유 단부들 (310°, 320°) 중의 하나의 단부에 각각 부착된, 2 개의 부분들로 형성되는 것이 유리하다. 적절한 전압이 여기 수단에 인가되면, 여기 수단은 변형되고, 기계적 응력이 자유 단부들 (310°, 320°) 에 전달되어, 자유 단부들은 후에 진동하기 시작한다. 여기 수단이 아암들 상에 적절한 방식으로 설계 및 장착되면, 원하는 형태의 다차원 진동이 달성될 수 있다. 아암들 (31°, 32°) 의 자유 단부들 (310°, 320°) 의 다차원 진동은 림 (50) 에 대한 상기 단부들 (310°, 320°) 의 마찰에 의해 디스크 (40) 에 그 축을 중심으로 회전을 주는 것을 가능하게 한다.
예를 들어, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 디스크 (40) 는, 예를 들어, 시계바늘 (90) 과 회전 일체형 (integral in rotation) 이며, 이는 그 단순성 및 소형성으로 인해, 본 발명에 따른 압전 모터를 타임피스들에 특히 적합하게 만든다. 디스크는 대안적으로 날짜 디스크, 문 페이즈 디스크, 또는 시계 분야에서 이용되는 임의의 다른 타입의 디스크일 수 있다.
도 5 는 도 2 및 도 3 을 참조하여 설명된 것과 같은 압전 모터들의 어셈블리 (101) 를 도시하지만, 그들의 공진기들은 도 4 를 참조하여 설명된 타입일 수 있다. 각각의 모터는 공진기 (30, 30', 30'') 및 수동 소자를 포함한다. 각각의 공진기 (30, 30', 30'') 는 제 1 아암 (310, 310', 310'') 및 제 2 아암 (320, 320', 320'') 을 포함한다. 각각의 수동 소자는 디스크 (40, 40', 40'') 및 림 (50, 50', 50'') 을 포함한다.
디스크들 (40, 40', 40'') 은 동심원이고 졉쳐 놓인다. 디스크들 (40, 40', 40'') 은, 가장 작은 직경의 디스크 (40) 를 제외하고, 각각의 디스크 (40', 40'') 가 더 작은 직경의 디스크 (40, 40') 를 커버하도록, 상이한 직경들이다. 가장 큰 직경의 디스크 (40'') 에 조인된 림 (50'') 을 제외한, 각각의 림 (50, 50') 은 림 (50, 50') 이 조인되는 디스크보다 더 큰 직경의 디스크 (40', 40'') 에 의해 커버되어, 그 림이 정의하는 그루브는 상기 더 큰 직경의 디스크 (40', 40'') 에 의해 커버된다. 이 배열로 림들 (50, 50', 50'') 은 서로 간섭하지 않는 것으로 이해된다.
각각의 공진기 (30, 30', 30'') 는 연관된 림 (50, 50', 50'') 을 로컬로 클램핑한다. 도 5 에 도시된 실시형태에서, 공진기들 (30, 30', 30'') 은 나란히, 즉 디스크들 (40, 40', 40'') 에 대하여 동일한 각 위치 (angular position) 에 배치된다. 그러나, 그들이 서로 상이한 각 위치들에 배열되는 것을 막을 방법은 없다.
당업자들에게 자명한 다양한 수정들 및/또는 개선들 및/또는 조합들이 첨부된 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 상기 기재된 본 발명의 다양한 실시형태들에 이루어질 수도 있다는 것이 분명할 것이다.

Claims (7)

  1. 회전 압전 모터 (100) 로서,
    - 커넥션 영역 (33) 에서 단부들 중 일방에서 커넥팅되고, 타방의 2 개의 단부들 (310, 320) 이 '자유 (free)' 로 지칭된, 한 쌍의 아암들 (31, 32) 을 갖는 공진기 (30) 를 포함하는 압전 액추에이터,
    - 수동 소자에 대한 자유 단부들 (310, 320) 의 마찰에 의해 회전 구동될 수 있는 상기 수동 소자를 포함하고,
    상기 수동 소자는 디스크 (40) 및 상기 디스크 (40) 의 외주 (periphery) 로부터 연장되는 림 (rim) (50) 을 포함하고, 상기 림 (50) 은 상기 아암들 (31, 32) 의 상기 자유 단부들 (310, 320) 사이를 통과하는, 회전 압전 모터 (100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 림 (50) 은 실질적으로 U-형 방사상 단면을 가져, 그 U 의 2 개의 브랜치들 (51, 52) 의 각각은 아암 (31, 32) 의 상기 자유 단부 (310, 320) 에 받쳐져 있는, 회전 압전 모터 (100).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 회전 압전 모터 (100) 를 포함하는, 타임피스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 디스크 (40) 와 회전 일체형 (integral in rotation) 인 시계바늘 (90) 을 포함하는, 타임피스.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 회전 압전 모터를 적어도 2 개 포함하는 어셈블리 (101) 로서,
    상기 압전 모터들의 수동 소자들의 디스크들 (40, 40', 40'') 은 동심원이고, 겹쳐 놓이고, 상이한 직경들이며, 가장 작은 직경의 디스크를 제외한, 각각의 디스크 (40', 40'') 는, 더 작은 직경의 디스크들 (40, 40') 을 커버하는, 어셈블리.
  6. 제 5 항에 기재된 어셈블리를 포함하는, 타임피스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    각각의 디스크 (40, 40', 40'') 가 시계바늘들 중 하나와 회전 일체형이도록, 적어도 2 개의 시계바늘들을 포함하는, 타임피스.
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