KR102449870B1 - 압전 초음파 모터 및 압전 초음파 모터의 작동방법 - Google Patents

압전 초음파 모터 및 압전 초음파 모터의 작동방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 압전 초음파 모터는 회전축을 중심으로 원주 방향을 따라 반대 극성으로 분극되는 압전 소자가 교번하여 배치되는 구동 압전체; 및 상기 회전축을 중심으로 원주 방향을 따라 배치되며, 반대 극성으로 분극되는 압전 소자가 상기 구동 압전체의 압전 소자와 각각 대응되도록 배치되는 진동 제어 압전체; 를 포함하며, 상기 구동 압전체의 진동 감쇠 구역에서 서로 대응되도록 배치된 상기 구동 압전체와 상기 진동 제어 압전체에는 교류 전원 및 상기 교류 전원과 위상차를 갖는 교류 전원이 각각 인가될 수 있다.

Description

압전 초음파 모터 및 압전 초음파 모터의 작동방법 {Piezoelectric ultrasonic motor and operation method of the piezoelectric ultrasonic motor}
압전 초음파 모터 및 압전 초음파 모터의 작동방법이 개시된다.
압전 초음파 모터는 압전 세라믹스에 전기를 인가했을 때 발생하는 수축과 팽창 등의 단순 진동을 고정자와 회전자(또는 이동자) 사이의 마찰에 의해 원형 또는 선형 운동으로 바꾸어 회전 모터 기능을 수행하게 하는 것으로서, 전자기 구동 모터에 비해 높은 에너지 밀도, 빠른 응답속도, 높은 위치 정밀도 및 오프 파워 홀딩(Off-power holding) 기능을 가지고 있으며, 초음파 대역의 진동을 이용하므로, 동작시 소음의 발생이 비교적 적다는 장점이 있다.
또한, 압전 초음파 모터는 코일이나 자성체를 사용하지 않으므로 전자파를 발생시키거나 그에 대한 영향을 받지 않으며, 정밀한 위치 제어가 가능하고 콤팩트(compact)한 사이즈를 가지므로 정밀 기기 등의 시스템에 적용하기 용이하다. 압전 초음파 모터는 로봇, 의료 장비, 카메라, 반도체 검사 장비, 빌딩 자동화 기기 등 초정밀 위치 제어를 필요로 하는 분야에 주로 이용되고 있다.
기존 압전 초음파 모터에는 별도의 진동 감쇠 장치가 배치되어 있지 않기 때문에 전원을 OFF한 후에도 자연적으로 진행파의 잔류 진동이 감쇠되기 위해서는 일정한 시간이 필요하다.
진행파에 의해 발생되는 진동의 진폭의 크기를 제어하고, 진행파에 의해 발생되는 진동을 보다 효율적으로 감쇠시킬 수 있는 압전 초음파 모터 및 압전 초음파 모터의 작동방법을 제공한다.
일 예시에 따른 압전 초음파 모터는 회전축을 중심으로 원주 방향을 따라 반대 극성으로 분극되는 복수의 압전 소자가 교번하여 배치되는 구동 압전체; 및 상기 회전축을 중심으로 원주 방향을 따라 배치되며, 반대 극성으로 분극되는 복수의 압전 소자가 상기 구동 압전체의 압전 소자와 각각 대응되도록 배치되는 진동 제어 압전체; 를 포함하며, 상기 구동 압전체의 진동 감쇠 구역에서 상기 구동 압전체와 상기 진동 제어 압전체에는 교류 전원 및 상기 교류 전원과 위상차를 갖는 교류 전원이 각각 인가될 수 있다.
상기 회전축을 기준으로 상기 구동 압전체가 상기 진동 제어 압전체 보다 내측에 배치될 수 있다.
상기 회전축을 기준으로 상기 구동 압전체가 상기 진동 제어 압전체 보다 외측에 배치될 수 있다.
상기 구동 압전체 및 상기 진동 제어 압전체에 접촉하여 상기 구동 압전체와 상기 진동 제어 압전체의 진동이 전달되는 진동체;를 더 포함할 수 있다.
상기 진동체는 중공 형상으로 마련될 수 있다.
상기 진동체에 접촉하여 상기 진동체와의 마찰력에 의해 회전하는 회전체;를 더 포함할 수 있다.
상기 회전체는 중공 형상으로 마련될 수 있다.
상기 위상차는 45도 내지 315도일 수 있다.
상기 구동 압전체에 인가되는 교류 전원의 전압의 크기가 점진적으로 감소될 수 있다.
일 실시예에 따른 압전 초음파 모터는, 회전축을 중심으로 원주 방향을 따라 반대 극성으로 분극되는 복수의 압전 소자가 교번하여 배치되는 구동 압전체; 및 상기 회전축을 중심으로 원주 방향을 따라 배치되며, 반대 극성으로 분극되는 복수의 압전 소자가 상기 구동 압전체의 압전 소자와 각각 대응되도록 배치되는 진동 제어 압전체; 를 포함하며,상기 구동 압전체의 진동 구역에서 상기 구동 압전체와 상기 진동 제어 압전체에는 동일한 위상을 구비하는 교류 전원이 각각 인가될 수 있다.
상기 구동 압전체의 진동 구역에서 상기 구동 압전체에 교류 전원이 인가되고 상기 진동 제어 압전체에는 교류 전원이 인가되지 않을 수 있다.
상기 구동 압전체 및 상기 진동 제어 압전체에 접촉하여 상기 구동 압전체와 상기 진동 제어 압전체의 진동이 전달되는 진동체;를 더 포함할 수 있다.
상기 진동체는 중공 형상으로 마련될 수 있다.
상기 진동체에 접촉하여 상기 진동체와의 마찰력에 의해 회전하는 회전체;를 더 포함할 수 있다.
상기 회전체는 중공 형상으로 마련될 수 있다.
일 실시예에 따른 압전 초음파 모터를 작동하는 방법은, 상기 압전 초음파 모터의 구동력을 차단하는 신호를 입력하는 단계; 상기 구동 압전체에 전압의 크기가 점진적으로 감소되는 교류 전원을 인가하는 단계; 상기 진동 제어 압전체에 상기 교류 전원과 위상차를 갖는 교류 전원을 인가하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 위상차는 45도 내지 315도일 수 있다.
일 실시예에 따른 압전 초음파 모터는 구동 압전체에서 발생되는 진동을 보다 빠르게 감쇠시켜 압전 초음파 모터에 대한 제어 신호에 빠른 응답이 이루어질 수 있으며, 이에 따라 압전 초음파 모터에 가해질 수 있는 충격을 저감시킬 수 있다.
더불어 압전체에서 발생되는 진동의 진폭의 크기을 제어함으로써 다양한 환경에서 압전 초음파 모터가 사용될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 압전 초음파 모터에 대한 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 압전 초음파 모터 및 주변 회로에 대한 블록도이다.
도 3 및 도 4는 일 예시에 따른 압전체의 평면도이다.
도 5 내지 도 7은 일 예시에 따른 제1 압전체 영역에서 생성되는 진동에 대한 그래프이다.
도 8은 일 예시에 따른 압전 초음파 모터를 작동하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 일 실시예에 따른 압전 초음파 모터에 대한 사시도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 압전 초음파 모터 및 주변 회로에 대한 블록도이다.
도면들을 참조하면, 일 실시예에 따른 압전 초음파 모터(1)는 압전체(10), 압전체(10)에 부착된 진동체(20) 및 진동체(20)와 접촉하여 회전할 수 있는 회전체(30)를 포함할 수 있다. 일 예로서 압전 초음파 모터(1)는 중공(中空) 형상으로 마련될 수 있으며, 이 때 압전체(10), 진동체(20), 및 회전체(30) 또한 중공 형상으로 형성될 수 있다. 다만 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 압전 초음파 모터(1)의 사용 목적에 따라 중심부에 출력축을 구비한 압전 초음파 모터 또한 본 개시에 의해 형성될 수 있다.
압전체(10)는 압전 효과를 이용하여 낮은 전압으로도 진동을 발생시킬 수 있는 복수의 소자로서, +극과 -극으로 분극된 제1 및 제2 압전 소자(11, 12)가 회전축(C)의 원주 방향을 따라 교대로 배치될 수 있다. 제1 및 제2 압전 소자(11, 12) 각각은 얇은 두께, 예를 들면 수십∼수백 미크론 두께를 갖는 중공 세라믹 원판으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 낮은 전압을 인가하더라도 압전 효과로 인해 미세 변위 또는 미세 변형이 발생되어 진동을 발생시킬 수 있다.
또한, 압전체(10)는 진동을 발생시켜 회전체(30)를 회전시킬 수 있는 구동 압전체(100)와 구동 압전체(100)에서 발생된 진동을 감쇠시키거나 증가시킬 수 있는 진동 제어 압전체(200)를 포함할 수 있다. 구동 압전체(100)와 진동 제어 압전체(200)는 회전축(C)의 반경 방향을 따라 2열로 배치될 수 있다. 예를 들어, 진동 제어 압전체(200)는 구동 압전체(100)의 외측에 배치되거나 내측에 배치될 수 있으며, 구동 압전체(100)와 진동 제어 압전체(200)에는 +극과 -극으로 분극된 제1 및 제2 압전 소자(11, 12)가 일대일로 대응되도록 회전축(C)의 원주 방향을 따라 교대로 배치될 수 있다.
진동체(20)는 중공형의 링 형상으로 형성될 수 있으며, 전기 전도성을 구비하는 금속 물질, 예를 들면, 스테인레스 스틸과 같은 강철재 또는 청동재로 형성될 수 있다. 진동체(20)는 전도성 재료가 첨가된 에폭시와 같은 전도성 접착체(미도시)에 의해 전압 인가시 진행파를 생성하는 압전체(10)에 접착되도록 배치될 수 있다. 진동체(20)는 압전체(10)에 의해 생성되는 진행파에 의해 변형 또는 변위되어 진동을 발생시킬 수 있으며, 상기 진동을 회전체(30)에 전달할 수 있다.
또한, 진동체(20)는 진동체(20)의 원주 방향을 따라 소정의 간격을 사이에 두고 배치된 복수 개의 돌출부(21)를 포함할 수 있다. 후술하게 될 회전체(30)와 마주보도록 배치된 복수 개의 돌출부(21)의 접촉면에는 내마모성 코팅층(22)이 형성될 수 있다. 다만 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 내마모성 코팅층(22)은 복수 개의 돌출부(21)의 접촉면에만 형성되거나, 진동체(20)의 외부표면 전체에 형성될 수 있다.
회전체(30)는 중공형의 링 형상으로 형성될 수 있으며, 진동체(20)와 접촉하도록 배치되어 압전체(10)의 진동에 의해 진동하는 진동체(20)와의 마찰에 의해 회전축(C)을 중심으로 회전할 수 있다. 일 예로서 진동체(20)의 진동에 의해 형성되는 진행파는 링 형상의 진동체(20)의 원주 방향을 따라 진행될 수 있다. 이 때, 회전체(30)는 진동체(20)와의 마찰에 의해 진동체(20)에 의한 진행파의 진행 방향으로 움직일 수 있으며, 이에 따라 회전체(30)는 회전축(C)을 중심으로 회전할 수 있다. 압전체(10)에 인가되는 구동 전압의 위상에 따라 회전체(30)의 회전 방향은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 전환될 수 있다. 회전체(30)에는 회전체(30)와 진동체(20)의 접촉을 유지시킬 수 있는 가압 부재(미도시), 예를 들어 판 스프링이 배치될 수 있다.
전원 공급부(40)는 압전체(10)를 사이에 두고 배치된 인가 전극(50)과 접지 전극(60)에 연결되어 압전체(10), 즉 제1 및 제2 구동 압전체(110, 120)와 제1 및 제2 진동 제어 압전체(210, 220)에 각각 전원을 공급할 수 있다. 일 예로서, 전원 공급부(40)는 60kHz 주파수에서 400V의 전압을 인가 전극(50)과 접지 전극(60)에 공급할 수 있으며, 이 때 전원 공급부(40)에 연결된 위상 컨버터(41)는 인가 전극(50)과 접지 전극(60)에 공급되는 교류 전원의 위상을 전환할 수 있다.
제어부(70)는 전원 공급부(40) 및 위상 컨버터(41)에 연결되어 전원 공급부(40)에서 제공되는 전원의 전압 및 위상을 제어할 수 있다. 제어부(70)는 하나의 마이크로프로세서 모듈의 형태로 구현되거나, 또는 둘 이상의 마이크로프로세서 모듈들이 조합된 형태로 구현될 수도 있다. 즉, 제어부(70)의 구현 형태는 어느 하나에 의해 제한되지 않는다.
입력부(80)는 압전 초음파 모터(1)의 구동력에 대한 제어 정보를 수신하여 제어부(70)에 전달할 수 있다. 입력부(80)는 압전 초음파 모터(1)의 구동력에 대한 제어 정보를 입력하기 위한 버튼, 키 패드, 스위치, 다이얼 또는 터치 인터페이스를 포함할 수 있다.
도 3은 일 예시에 따른 압전체(10)의 평면도이다. 도 4는 다른 예시에 따른 압전체(10)의 평면도이다. 도 5는 일 예시에 따른 제1 압전체 영역(15)에서 생성되는 진동에 대한 그래프이다.
도 3 및 도 4을 참조하면, 압전체(10)는 +극과 -극으로 분극된 제1 및 제2 압전 소자(11, 12)를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 압전 소자(11, 12)는 설계하고자 하는 진행파의 1/2파장 길이로 형성될 수 있다. 또한, 압전체(10)는 제1 및 제2 압전 소자(11, 12)가 배치되지 않은 제1 더미부(dummy portion)(13) 및 제2 더미부(14)를 포함할 수 있다.
제1 더미부(13)는 설계하고자 하는 진행파의 3/4 파장 길이로 형성될 수 있으며, +극 또는-극으로 분극되지 않는다. 제2 더미부(14)는 설계하고자 하는 진행파의 1/4 파장 길이로 형성될 수 있으며, 제1 더미부(13)와 마주보도록 배치될 수 있다. 이 때, 제2 더미부(14) 또한, +극 또는 -극으로 분극되지 않는다. 제1 및 제2 더미부(13, 14)의 길이가 서로 다르기 때문에 제1 및 제2 압전소자(11, 12)들의 진동이 간섭되어 진행파(traveling wave)가 형성될 수 있다.
제1 압전체 영역(15) 및 제2 압전체 영역(16)은 제1 더미부 및 제2 더미부(13, 14)를 기준으로 구별될 수 있다. 일 예로서, 제1 압전체 영역(15)에는 제1 구동 압전체(110) 및 제1 진동 제어 압전체(210)가 구비될 수 있으며, 제2 압전체 영역(16)에는 제2 구동 압전체(120) 및 제2 진동 제어 압전체(220)가 구비될 수 있다. 이 때, 제1 구동 압전체(110) 및 제2 구동 압전체(120)는 회전축(C)을 기준으로 제1 진동 제어 압전체(210) 및 제2 진동 제어 압전체(220) 보다 내측에 배치되거나 외측에 배치될 수 있다.
압전 초음파 모터(1)가 구동력을 생성하는 경우, 즉 구동 압전체(100)의 진동 구역에서, 제1 압전체 영역(15)에 구비된 제1 구동 압전체(110) 및 제1 진동 제어 압전체(210)와, 제2 압전체 영역(16)에 구비된 제2 구동 압전체(120) 및 제2 진동 제어 압전체(220)에는 각각 90도의 위상차를 갖는 정현파의 교류 전원이 인가될 수 있다.
일 예로서, 제1 압전체 영역(15)에 구비된 제1 구동 압전체(110)에는 A sin wt 의 교류 전원이 인가 되고, 제2 압전체 영역(16)에 구비된 제2 구동 압전체(120)에는 A cos wt의 교류 전원이 인가될 수 있으며, 제1 압전체 영역(15)에 구비된 제1 진동 제어 압전체(210)에는 A'sin wt 의 교류 전원이 인가 되고, 제2 압전체 영역(16)에 구비된 제2 진동 제어 압전체(220)에는 A'cos wt의 교류 전원이 인가될 수 있다. 즉, 제1 압전체 영역(15)에 구비된 제1 구동 압전체(110)와 제1 진동 제어 압전체(210)에는 동일한 위상의 A sin wt와 A'sin wt 의 교류 전원이 각각 인가될 수 있고, 제2 압전체 영역(16)에 구비된 제2 구동 압전체(120)와 제2 진동 제어 압전체(220)에는 동일한 위상의 A cos wt와 A'cos wt 의 교류 전원이 각각 인가될 수 있으며, 이에 따라 제1 압전체 영역(15)과 제2 압전체 영역(16)에서는 복수의 진동이 발생될 수 있다.
제1 압전체 영역(15)과 제2 압전체 영역(16)에 동일한 위상을 구비한 복수의 교류 전원이 인가되어 복수의 진동이 발생되는 방식은 실질적으로 동일하므로, 설명의 편의상 이하에서는 제1 압전체 영역(15)에 구비된 제1 구동 압전체(110)와 제1 진동 제어 압전체(210)를 중심으로 복수의 진동이 발생되는 방식에 대해 서술한다.
일 예로서 도 3 및 도 5를 참조하면, 제1 구동 압전체(110)와 제1 진동 제어 압전체(210)에 동일한 위상의 A sin wt와 A'sin wt 의 교류 전원이 각각 인가되는 경우, 제1 구동 압전체(110)와 제1 진동 제어 압전체(210)에 의해 소정의 진폭을 구비하는 동일한 위상의 제1 진동(T)과 제2 진동(D)이 생성될 수 있다.
압전 초음파 모터(1)의 사용 목적에 따라 압전체(10)에서 보다 큰 진폭을 구비한 진동이 생성되어야 하는 경우, 제1 구동 압전체(110)와 제1 진동 제어 압전체(210)에 동일한 위상의 A sin wt와 A'sin wt 의 교류 전원이 각각 인가될 수 있으며, 이에 따라 제1 진동(T)과 제2 진동(D)이 합산된 보다 큰 진폭을 구비하는 제3 진동(T+D)이 생성될 수 있다.
다만, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 압전 초음파 모터(1)의 사용 목적에 따라 압전체(10)에서 보다 작은 진폭을 구비한 진동이 생성되어야 하는 경우, 제1 구동 압전체(110)에만 A sin wt 의 교류 전원이 인가되거나 제1 진동 제어 압전체(210)에만 A'sin wt 의 교류 전원이 인가될 수 있으며, 이 때, 압전체(10)에서는 소정의 진폭을 구비한 제1 진동(T) 또는 제2 진동(D)이 생성될 수도 있다.
따라서 압전 초음파 모터(1)의 사용 환경, 즉, 고온 또는 저온 환경에 의해 압전체(10)의 팽창 및 수축 정도가 변화됨에 따라 압전체(10)에서 생성되는 진동의 진폭에 대한 제어가 필요한 경우, 제1 진동 제어 압전체(210) 및 제1 구동 압전체(110)와 제2 진동 제어 압전체(220) 및 제2 구동 압전체(120)에 동일한 위상을 구비하는 교류 전원을 개별적으로 인가함으로써 압전체(10)에서 생성되는 진동의 진폭을 제어할 수 있으며, 이에 따라 다양한 사용 환경에서 압전 초음파 모터(1)를 사용할 수 있다.
도 6 및 도 7은 일 예시에 따라 제1 압전체 영역(15)에서 생성되는 진동에 대한 그래프이다.
압전 초음파 모터(1)의 구동력의 제어에 대한 보다 빠른 응답이 필요하여 구동 압전체(100)로부터 형성되는 진동을 보다 빨리 감쇠시켜야 하는 경우, 즉, 구동 압전체(100)의 진동 감쇠 구역에서, 제1 압전체 영역(15)에 구비된 제1 구동 압전체(110) 및 제1 진동 제어 압전체(210)와, 제2 압전체 영역(16)에 구비된 제2 구동 압전체(120) 및 제2 진동 제어 압전체(220)에는 각각 소정의 위상차를 갖는 정현파의 교류 전원이 인가될 수 있다.
예를 들어, 제1 압전체 영역(15)에 구비된 제1 구동 압전체(110)에는 전압의 크기가 점진적으로 감소하는 Ae-λt sin wt 의 교류 전원이 인가 되고, 제2 압전체 영역(16)에 구비된 제2 구동 압전체(120)에는 전압의 크기가 점진적으로 감소하는 Ae-λt cos wt의 교류 전원이 인가될 수 있으며, 제1 압전체 영역(15)에 구비된 제1 진동 제어 압전체(210)에는 A'-λt sin (wt+Φ) 의 교류 전원이 인가 되고, 제2 압전체 영역(16)에 구비된 제2 진동 제어 압전체(220)에는 A'-λt cos (wt+Φ)의 교류 전원이 인가될 수 있다. 즉, 제1 압전체 영역(15)에 구비된 제1 구동 압전체(110)와 제1 진동 제어 압전체(210)에는 서로 다른 위상의 Ae-λt sin wt와 A’e-λt sin (wt+Φ) 의 교류 전원이 각각 인가될 수 있고, 제2 압전체 영역(16)에 구비된 제2 구동 압전체(120)와 제2 진동 제어 압전체(220)에는 서로 다른 위상의 Ae-λt cos wt와 A'-λt cos (wt+Φ) 의 교류 전원이 각각 인가될 수 있으며, 이에 따라 제1 압전체 영역(15)과 제2 압전체 영역(16)에서는 복수의 진동이 발생될 수 있다. 이 때, 제1 구동 압전체(110)와 제1 진동 제어 압전체(210) 또는 제2 구동 압전체(120)와 제2 진동 제어 압전체(220)로 인가되는 교류 전원의 위상차(Φ)는 45도 내지 315도일 수 있다.
제1 압전체 영역(15)과 제2 압전체 영역(16)에 서로 다른 위상을 구비한 복수의 교류 전원이 인가되어 복수의 진동이 발생되는 방식은 실질적으로 동일하므로, 설명의 편의상 이하에서는 제1 압전체 영역(15)에 구비된 제1 구동 압전체(110)와 제1 진동 제어 압전체(210)를 중심으로 복수의 진동이 발생되는 방식에 대해 서술한다.
일 예로서 도 3, 도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 구동 압전체(110)에 전압의 크기가 점진적으로 감소하는 Ae-λt sin wt의 교류 전원과 제1 구동 압전체(110)에 인가되는 교류 전원과 180도의 위상차를 구비하는 A'-λt sin (wt+π) 의 교류 전원이 각각 인가되는 경우, 제1 구동 압전체(110)와 제1 진동 제어 압전체(210)에 의해 소정의 진폭을 구비하는 서로 다른 위상의 제4 진동(M)과 제5 진동(N)이 생성될 수 있다.
압전 초음파 모터(1)의 구동력을 차단하기 위해 제1 구동 압전체(110)에서 생성되는 진동이 외부에서 인가되는 외력에 의해 중단되는 경우, 압전 초음파 모터(1)에 충격이 인가될 수 있다. 압전 초음파 모터(1)에 인가될 수 있는 충격을 저감시키기 위해 제1 구동 압전체(110)에 인가되는 교류 전원의 전압을 점진적으로 감소시켜 제1 구동 압전체(110)에서 생성되는 진동을 제4 진동(M)과 같이 감쇠시키는 경우, 압전 초음파 모터(1)의 진동이 감쇠되는 시간은 제1 감쇠 제어 시간(T1)일 수 있다.
반면, 압전 초음파 모터(1)의 구동력을 차단하기 위한 제어 신호에 보다 빠르게 응답하기 위해 제1 구동 압전체(110)에서 생성되는 진동이 보다 빠르게 감쇠되어야 하는 경우, 제1 진동 제어 압전체(210)에 제1 구동 압전체(110)에 인가되는 Ae-λt sin wt의 교류 전류와 180도의 위상차를 구비하는 A'-λt sin (wt+π) 의 교류 전원이 인가될 수 있으며, 이에 따라 제4 진동(M)으로부터 제5 진동(N)이 합산된 제6 진동(M+N)이 생성될 수 있다. 이 때, 압전 초음파 모터(1)의 진동이 감쇠되는 시간은 제2 감쇠 제어 시간(T2)일 수 있으며, 제2 감쇠 제어 시간(T2)은 제1 감쇠 제어 시간(T1) 보다 짧을 수 있다.
따라서 압전 초음파 모터(1)의 구동력을 차단하기 위한 제어 신호에 보다 빠르게 응답해야 하는 경우, 제1 구동 압전체(110) 및 제2 구동 압전체(120)에 인가되는 교류 전원과 소정의 위상차를 구비하는 교류 전원을 제1 진동 제어 압전체(210) 및 제2 진동 제어 압전체(220)에 인가함으로써 구동 압전체(100)의 진동 감쇠에 대한 제어 시간을 줄일 수 있다. 이에 따라 압전 초음파 모터(1)에 대한 제어 신호에 보다 빠르게 응답하여 압전 초음파 모터(1)의 구동력을 보다 신속하게 차단할 수 있으며, 압전 초음파 모터(1)에 가해질 수 있는 충격을 저감시킬 수 있다.
도 8은 일 예시에 따른 압전 초음파 모터(1)를 작동하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2 및 도 8을 참조하면, 단계 310에서 압전 초음파 모터(1)의 구동력을 차단하는 신호가 입력된다. (S310)
입력부(80)로부터 압전 초음파 모터(1)의 구동력을 차단하는 입력 신호가 제어부(70)에 수신될 수 있다.
단계 320에서, 구동 압전체(100)에 전압의 크기가 점진적으로 감소되는 교류 전원을 인가한다. (S320)
제1 압전체 영역(15)과 제2 압전체 영역(16)에 배치된 제1 및 제2 구동 압전체(110, 120)에서 형성되는 진동이 감쇠되는 경우, 압전 초음파 모터(1)의 구동력이 제한될 수 있다. 이에 따라 제어부(70)는, 압전 초음파 모터(1)의 구동력을 제한하기 위해 제1 압전체 영역(15)에 구비된 제1 구동 압전체(110)와 제2 압전체 영역(16)에 구비된 제2 구동 압전체(120)에 전압의 크기가 점진적으로 감소되는 교류 전원이 인가될 수 있도록 전원 공급부(40)에 제어 신호를 송신할 수 있다.
단계 330에서, 진동 제어 압전체(200)에 구동 압전체(100)에 인가되는 교류 전원과 소정의 위상차를 갖는 교류 전원을 인가한다. (S330)
제1 압전체 영역(15)과 제2 압전체 영역(16)에 배치된 제1 및 제2 구동 압전체(110, 120)에서 생성되는 진동이 보다 빨리 감쇠되어야 하는 경우, 제1 구동 압전체(110)와 제1 진동 제어 압전체(210) 및 제2 구동 압전체(120)와 제2 진동 제어 압전체(220)에 소정의 위상차, 예를 들어 45도 내지 315도의 위상차를 구비하는 교류 전원이 각각 인가될 수 있으며, 이에 따라 제1 및 제2 구동 압전체(110, 120)에서 생성되는 진동은 전압의 크기가 점진적으로 감소되는 교류 전원이 제1 구동 압전체(110)와 제2 구동 압전체(120)에 인가되는 경우 보다 빨리 감쇠될 수 있다.
이러한 일 실시예에 따른 압전 초음파 모터 및 이를 이용한 압전 초음파 모터의 작동 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 실시예의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 압전 초음파 모터 10: 압전체
20: 진동체 30: 회전체
40: 전원 공급부 70: 제어부
100: 구동 압전체 200: 진동 제어 압전체

Claims (17)

  1. 회전축을 중심으로 원주 방향을 따라 반대 극성으로 분극되는 복수의 압전 소자가 교번하여 배치되는 구동 압전체; 및
    상기 회전축을 중심으로 원주 방향을 따라 배치되며, 반대 극성으로 분극되는 복수의 압전 소자가 상기 구동 압전체의 압전 소자와 각각 대응되도록 배치되는 진동 제어 압전체; 를 포함하며,
    상기 구동 압전체의 진동 감쇠 구역에서 상기 구동 압전체와 상기 진동 제어 압전체에는 교류 전원 및 상기 교류 전원과 위상차를 갖는 교류 전원이 각각 인가되는,
    압전 초음파 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전축을 기준으로 상기 구동 압전체가 상기 진동 제어 압전체 보다 내측에 배치되는,
    압전 초음파 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전축을 기준으로 상기 구동 압전체가 상기 진동 제어 압전체 보다 외측에 배치되는,
    압전 초음파 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 압전체 및 상기 진동 제어 압전체에 접촉하여 상기 구동 압전체와 상기 진동 제어 압전체의 진동이 전달되는 진동체;를 더 포함하는,
    압전 초음파 모터.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 4 항에 있어서,
    상기 진동체는 중공 형상으로 마련되는,
    압전 초음파 모터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 진동체에 접촉하여 상기 진동체와의 마찰력에 의해 회전하는 회전체;를 더 포함하는,
    압전 초음파 모터.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 6 항에 있어서,
    상기 회전체는 중공 형상으로 마련되는,
    압전 초음파 모터.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 위상차는 45도 내지 315도인,
    압전 초음파 모터.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 구동 압전체에 인가되는 교류 전원의 전압의 크기가 점진적으로 감소되는,
    압전 초음파 모터.
  10. 회전축을 중심으로 원주 방향을 따라 반대 극성으로 분극되는 복수의 압전 소자가 교번하여 배치되는 구동 압전체; 및
    상기 회전축을 중심으로 원주 방향을 따라 배치되며, 반대 극성으로 분극되는 복수의 압전 소자가 상기 구동 압전체의 압전 소자와 각각 대응되도록 배치되는 진동 제어 압전체; 를 포함하며,
    상기 구동 압전체의 진동 구역에서 상기 구동 압전체와 상기 진동 제어 압전체에는 동일한 위상을 구비하는 교류 전원이 각각 인가되는,
    압전 초음파 모터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 구동 압전체의 진동 구역에서 상기 구동 압전체에 교류 전원이 인가되고 상기 진동 제어 압전체에는 교류 전원이 인가되지 않는,
    압전 초음파 모터.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 구동 압전체 및 상기 진동 제어 압전체에 접촉하여 상기 구동 압전체와 상기 진동 제어 압전체의 진동이 전달되는 진동체;를 더 포함하는,
    압전 초음파 모터.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 12 항에 있어서,
    상기 진동체는 중공 형상으로 마련되는,
    압전 초음파 모터.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 진동체에 접촉하여 상기 진동체와의 마찰력에 의해 회전하는 회전체;를 더 포함하는,
    압전 초음파 모터.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 14 항에 있어서,
    상기 회전체는 중공 형상으로 마련되는,
    압전 초음파 모터.
  16. 제1 항에 의한 압전 초음파 모터를 작동하는 방법에 있어서,
    상기 압전 초음파 모터의 구동력을 차단하는 신호를 입력하는 단계;
    상기 구동 압전체에 전압의 크기가 점진적으로 감소되는 교류 전원을 인가하는 단계;
    상기 진동 제어 압전체에 상기 교류 전원과 위상차를 갖는 교류 전원을 인가하는 단계;를 포함하는,
    압전 초음파 모터의 작동 방법.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제16 항에 있어서,
    상기 위상차는 45도 내지 315도인,
    압전 초음파 모터의 작동 방법.
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