KR19990036172A - 압전형 스텝 모터 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 압전형 스텝 모터는 원통형 하우징 (1), 고정 장치 및 가이동부 (4)를 포함한다. 상기 고정 장치는 최소 두 개의 압전 유닛 (2,3) 형태로 제조되고, 상기 압전 유닛 (2)은 회전 압전 셀 (5), 이동 압전 셀 (6), 고정 압전 셀 (7), 절연체 (8) 및 마찰 요소(9)를 포함하고, 상기 압전 유닛 (3)은 고정 압전 셀 (10), 절연체 (8) 및 마찰 요소 (9)를 포함한다.
Description
고정자와 마찰에 의해 상호작용하는 원통형 회전자가 원통형 압전 공동(空洞)실린더의 내부에 설치되고, 상기 고정자가 그러한 압전 공동 실린더를 구비하는 압전 모터가 SU, A, 573828에 이미 공지되어 있다.
그러나, 이같은 모터는 상기 원통형 회전자의 직선 변위운동을 수행할 수 없다.
또한, 내부에 고정 유닛이 고착되고, 작동 부재를 갖는 가이동부(movable part)가 수용되는 하우징을 구비하는 압전 선형 스테핑 모터가 SU, A, 720576에 이미 공지되어 있다.
그러나, 이러한 압전 모터는 그 설계가 복잡하고, 단지 상기 가이동부의 직선 변위운동만을 수행할 뿐, 상기 가이동부의 회전운동을 수행할 수 없다.
본 발명은 전기 모터, 특히, 압전형 스텝 모터(piezoelectric stepping motor)에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전형 스텝 모터를 나타낸 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 모터를 종축방향으로 절단한 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전형 스텝 모터를 나타낸 정면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 모터를 종축방향으로 절단한 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전형 스텝 모터를 나타낸 정면도이다.
도 6는 도 5에 도시된 모터를 종축방향으로 절단한 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 압전형 스텝 모터를 나타낸 정면도이다.
도 8는 도 7에 도시된 모터를 종축방향으로 절단한 종단면도이다.
도 9내지 도 14는 상기 가이동부의 직선 변위운동중에 상기 압전형 스텝 모터의 작동에 따른 시간 경과의 각 단계를 나타낸 길이방향의 종단면도이다.
도 15는 상기 가이동부의 회전운동중에 상기 압전형 스텝 모터의 작동에 따른 제 1 시간 경과 단계를 나타낸 두 개의 압전 유닛의 종단면도이다.
도 16내지 도 20은 상기 가이동부의 회전운동중에 상기 압전형 스텝 모터의 작동에 따른 다른 시간 경과 단계들을 나타낸 두 개의 압전 유닛의 종단면도이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래기술에 따른 문제점을 극복하고, 그 설계 및 제조 기술을 단순화하며, 상기 가이동부의 회전운동, 직선운동 및 결합운동(회전운동과 직선운동이 동시에 수행됨)중에 상기 가이동부의 위치선정 정확도 및 모터의 파워 출력을 증가시킨 압전형 스텝 모터를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본원 발명의 특징에 따라, 내부에 고정 유닛이 고착되는 하우징과 가이동부를 구비한 압전형 스텝 모터가 제공되는데, 상기 고정 유닛은 한 압전 유닛이 다른 압전 유닛의 후방에 종축 평면상으로 위치하는 방식으로 상기 하우징에 배치되는 최소 두 개의 압전 유닛을 포함하되, 제 1 압전 유닛은 회전, 이동 및 고정 압전 셀, 절연체 및 마찰 요소를 포함하고, 제 2 압전 유닛은 고정 압전 셀, 절연체 및 상기 가이동부와 상호작용하는 마찰 요소를 포함하거나, 상기 고정 유닛은 최소 하나의 횡축 평면상에 배치되고 섹터형태으로 이루어지는 최소 두 개의 압전 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 하우징은 이동가능하도록 제조되고, 상기 압전 유닛은 원통형 고정막대상에 고착될 수도 있다.
상기 압전 셀은 압전 링 패킷또는 섹터형태로 제조되는 것이 바람직하고, 상기 압전 셀의 전극들은 교대로 평행하게 연결되며, 이 경우, 각각의 연속적인 압전 링또는섹터의 편극(偏極)방향은 이전의 압전 링또는 섹터의 편극 방향과는 반대가 된다.
상기 압전 유닛사이의 간극은 탄성 절연 물질로 충전(充塡)되는 것이 바람직하다.
본 발명의 양호한 실시예에 따른 압전형 스텝 모터에 의하면, 그 설계 및 제조 기술을 단순화할 수 있고, 상기 가이동부의 위치선정 정확도 및 모터의 파워 출력을 증가시킬 수 있다.
첨부도면을 참조하여, 실시예를 통해 본 발명이 이하에 상세히 설명된다.
첨부 도면에서, 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전형 스텝 모터는 원통형 하우징 1(도 1 참조), 두 개의 압전 유닛 2(도 2 참조) 및 3 형태의 고정 장치, 및 원통형 로드형태로 제조되는 가이동부 4를 구비한다.
상기 압전 유닛 2는 회전 압전 셀 5, 이동 압전 셀 6, 고정 압전 셀 7, 절연체 8 및 마찰 요소 9로 구성된다. 상기 압전 유닛 2 및 3을 형성하는 상기 모든 압전 셀, 절연체 및 마찰 요소는 함께 연결(예컨대, 부착)되고, 상기 원통형 하우징 1에 연결된다. 상기 회전 압전 셀 5는 편극 벡터의 각도가 종축방향 평면을 향한채 축을 중심으로 상기 가이동부 4의 각 회전운동을 수행한다. 상기 이동 압전 셀 6은 모터축을 따라 상기 가이동부 4의 직선 변위운동을 수행하고, 그 초기 편극 벡터의 각도는 상기 모터의 종축방향 평면을 향한다. 상기 고정 압전 셀 7은 상기 가이동부 4를 고정시키는데 사용되고, 초기 편극 벡터는 상기 모터의 종축에 대해 수직으로 (방사상으로)지향한다.
상기 압전 유닛 3은 고정 기능을 수행하고, 고정 압전 셀 10, 절연체 8 및 마찰 요소 9를 포함한다. 상기 고정 압전 셀 10은 상기 모터의 종축에 대해 (방사상으로) 수직인 편극 벡터를 갖는다.
상기 마찰 요소 9는 상기 고정 압전 셀 7 및 10에 의해 상기 가이동부 4의 충분한 압착상태를 제공하는 분할 링의 형태로 제조된다.
각각의 압전 셀은 와이어(도시생략)에 연결되는 전극을 갖는다.
상기 압전 유닛 2와 3사이의 간극은 탄성 절연 물질 11로 충전된다.
본 발명에 따른 압전형 스텝 모터의 다른 실시예가 가능하다.
상기 모터의 제 2 실시예에서는, 제 1 실시예와는 달리, 상기 압전 셀 2(도 3 및 도 4 참조) 및 3이 한 횡축 평면상에 배치되고, 섹터 형태로 제조된다. 이렇게 함으로써, 상기 모터의 크기 및 부피가 상당히 줄어든다.
상기 모터의 제 3 실시예는 원통형 로드 12(도 5 및 도 6 참조)가 정지상태(고정형)에 있고, 상기 원통형 하우징 13이 이동가능하며, 상기 압전 유닛 2 및 3이 상기 원통형 로드 12상에 고착된다는 점에서 상기 제 1 실시예와는 구성이 다르다.
상기 모터의 제 4 실시예에 있어서, 상기 원통형 로드 12(도 7 및 도 8 참조)는 고정형인 반면, 상기 원통형 하우징 13은 그 축을 따라 회전및 이동하고, 상기 압전 유닛 2 및 3은 하나의 횡축 평면상에 배치되며, 상기 원통형 로드 12상에 고착된다.
본 발명에 따른 압전형 스텝 모터는 다음과 같이 작동한다.
정(+) 전압이 상기 회전 압전 셀 5에 인가되면, 역 압전 효과로 인해 직경 라인 A1A2(도 15내지 20 참조)에 대해 시계 반대방향으로 각도 α를 통해 상기 링의 내부 부품이 회전하는 반면, 부(-) 전압이 인가되면, 직경 라인 A1A2에 대해 시계 방향으로 각도 α를 통해 상기 링의 내부 부품이 회전한다. 정(+)전압이 상기 이동 압전 셀 6에 인가되면, 역 압전 효과로 인해 상기 링의 내부 부품이 상기 링의 외부 부품에 대해 죄측방향으로 변위되고, 부(-) 전압이 인가되면, 상기 링의 내부 부품이 상기 링의 외부 부품에 대해 우측방향으로 변위된다. 정(+) 전압이 상기 고정 압전 셀 7 및 10의 전극에 인가되면, 이들 전극이 상기 가이동부 4를 죄고, 부(-) 전압이 인가되면, 상기 전극들은 상기 가이동부 4로 부터 밀려나 이격된다.
상기 압전형 스텝 모터는 다음과 같은 다양한 형태의 운동, 즉, 상기 가이동부의 직선 변위운동; 회전 운동; 직선과 회전이 결합된 운동; 이들 운동의 다양한 조합된 운동등을 수행할 수 있다.
상기 압전형 스텝 모터의 작동 사이클은 시간 경과에 따른 6 단계로 구성된다.
상기 가이동부 4의 직선 변위운동의 상태하에서의 상기 모터의 작동은 도 9-14에 도시된다. 이 경우, 상기 압전 유닛 2의 상기 이동 압전 셀 6 및 고정 압전 셀 7, 및 상기 압전 유닛 3의 고정 압전 셀 10은 작동가능하다.
상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 1 단계는 상기 이동 압전 셀 6(도 9 참조), 고정 압전 셀 7 및 10의 위치에 대응하고, 이때 이들 셀에는 정(+) 전압이 공급된다. 상기 회전 셀 5는직선 변위운동을 수행하지 않고, 모터의 작동중에 변경되는 않은 소정 위치를 점유할 수 있다.
상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 2 단계에서는, 부(-) 전압이 상기 고정 압전 셀 10(도 10 참조)에 인가되고, 상기 고정 압전 셀 10은 상기 가이동부 4로 부터 밀려나 이격된다.
상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 3 단계에서는, 부(-) 전압이 상기 이동 압전 셀 6(도 11 참조)에 인가되면, 상기 이동 압전 셀은 우측으로 이동함으로써 상기 가이동부 4는 상기 고정 압전 셀 7의 도움으로 한 스텝동안 우측으로 변위된다.
상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 4 단계에서는, 정(+) 전압이 상기 고정 압전 셀 10(도 12 참조)에 인가되면, 상기 고정 압전 셀은 상기 가이동부 4에 접근하여 압착된다.
상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 5 단계에서는, 부(-) 전압이 상기 고정 압전 셀 7(도 13 참조)에 인가되고, 상기 고정 압전 셀 7은 상기 가이동부 4로 부터 밀려나 이격된다.
상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 6 단계에서는, 정(+) 전압이 상기 이동 압전 셀 6(도 14 참조)에 인가되면, 상기 이동 압전 셀은 상기 고정 압전 셀 7과 함께 좌측으로 변위된다. 상기와 같은 작동 사이클을 반복함으로써, 상기 가이동부는 우측을 향해 점차적으로 직선 변위된다.
상기 가이동부 4의 회전중에, 상기 모터의 작동은 도 15-20에 도시된 방식에 따라 수행된다.
도 15는 상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 1 단계에 대응하는 위치를 도시한 것이다. 이 단계에서, 모든 압전 셀은 동작중에 변경되지 않은 소정 위치를 점유할 수 있는 상기 이동 압전 셀 6을 제외하고 작동가능하다. 그외의 다른 모든 압전 셀에는 정(+) 전압이 공급된다.
상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 2 단계에서는, 상기 고정 압전 셀 10(도 16 참조)에 부(-) 전압이 공급되고, 상기 고정 압전 셀은 상기 가이동부 4로 부터 밀려나 이격된다.
상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 3 단계에서는, 상기 회전 압전 셀 5(도 17 참조)에 부(-) 전압이 공급되고, 이 회전 압전 셀은 시계방향으로 각도 α를 통해 상기 이동 압전 셀 6을 회전시킨다.
상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 4 단계에서는, 정(+) 전압이 상기 고정 압전 셀 10(도 18 참조)에 인가되면, 상기 고정 압전 셀이 상기 가이동부 4에 압착된다.
상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 5 단계에서는, 부(-) 전압이 상기 고정 압전 셀 5(도 19 참조)에 인가되면, 상기 고정 압전 셀은 상기 가이동부 4로 부터 밀려나 이격된다.
상기 모터의 작동 사이클의 시간 경과에 따른 제 6 단계에서는, 장(+) 전압이 상기 회전 압전 셀 5(도 20 참조)에 인가되면, 상기 회전 압전 셀은 상기 이동 압전 셀 6 및 고정 압전 셀 7를 시계반대 방향으로 각도 α를 통해 회전시킨다. 이러한 사이클이 반복되면, 상기 가이동부 4는 시계방향으로 회전하게 된다.
상기 고정 압전 셀에 전압을 인가하는 시퀀스를 변경시킴으로써, 상기 사이클의 역 동작이 수행된다.
파워 출력을 증가시키기 위해, 상기 압전형 스텝 모터는 상기 모터의 횡축 및 종축 방향 평면에 배역가능한 추가 압전 유닛을 구비할 수 도 있다.
본 발명에 따른 압전형 스텝 모터에 의하면, 그 설계 및 제조 기술이 단순하고, 크기 및 부피가 작고, 상기 가이동부에 작용하는 힘이 강력하며, 토크 즉, 회전력이 크고, 상기 가이동부의 직선 변위운동과 회전운동이 함께 결합될 수 있다.
전술한 바와같이, 본 발명의 실시예에 관한 설명에 있어서, 이해를 돕기위해 특정한 협의의 기술용어가 사용된다. 그러나, 본 발명은 허용된 용어에 의해 한정되는 것은 아니며, 그러한 각 용어들은 유사한 방식으로 작동하고 동일한 기술적 문제점의 해결을 위해 사용되는 유닛에 대한 모든 등가의 용어들을 포함한다는 것을 명심해야 한다.
지금까지, 특정의 바람직한 실시예및 그 대체 실시예와 관련하여 본 발명이 상세히 개시되고 설명되었지만, 상기 본 발명에 대한 개시는 단지 본 발명의 적용예에 불과한 것이고, 본 발명을 수행하기 위한 최상 모드로서 본 명세서에 개시된 특정 실시예에 국한되는 것은 아니다.
또한, 하기 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 사상이나 분야를 일탈하지 않는 범위내에서 본 발명이 다양하게 개조및 변경될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 전기 공학, 원격 조종술, 무선 공학 및 자동화 기술부문의 작동 장치로서 사용될 수 있다.
Claims (5)
- 내부에 고정 유닛이 고착되는 하우징 (1)과 가이동부 (4)를 구비한 압전형 스텝 모터에 있어서,상기 고정 유닛은 한 압전 유닛이 다른 압전 유닛의 후방에 종축 평면상으로 위치하는 방식으로 상기 하우징 (1)에 배치되는 최소 두 개의 압전 유닛 (2,3)을 포함하되, 제 1 압전 유닛 (2)은 회전 압전 셀 (5), 이동 압전 셀 (6), 고정 압전 셀 (7), 절연체 (8) 및 마찰 요소 (8)를 포함하고, 제 2 압전 유닛은 고정 압전 셀 (10), 절연체 (8)및 상기 가이동부와 마찰에 의해 상호작용하는 마찰 요소 (9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전형 스텝 모터.
- 내부에 고정 유닛이 고착되는 하우징 (1)과 가이동부 (4)를 구비한 압전형 스텝 모터에 있어서,상기 고정 유닛은 최소 하나의 횡축 평면상에 배치되고 섹터형태으로 형성되는 최소 두 개의 압전 유닛 (2,3)을 포함하되, 제 1 압전 유닛 (2)은 회전 압전 셀 (5), 이동 압전 셀 (6), 고정 압전 셀 (7), 절연체 (8) 및 마찰 요소 (8)를 포함하고, 제 2 압전 유닛은 고정 압전 셀 (10), 절연체 (8)및 상기 가이동부와 마찰에 의해 상호작용하는 마찰 요소 (9)를 포함하는 것을 특징으로 하는압전형 스텝 모터.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하우징 (13)은 이동가능하도록 제조되고, 상기 압전 유닛 (2,3)은 고정 원통형 로드 (12)상에 고착되는 것을 특징으로 하는 압전형 스텝 모터.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 셀 (5,6,7,10)압전 링 패킷또는 섹터 형태로 제조되고, 상기 압전 셀의 전극들은 교대로 평행하게 연결되고, 연속적인 각 압전 링또는 섹터의 편극 방향은 이전의 압전 링또는 섹터의 편극 방향과 정반대인 것을 특징으로 하는 압전형 스텝 모터.
- 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 유닛(2,3)사이의 간극은 탄성 절연 물질 (11)로 충전되는 것을 특징으로 하는 압전형 스텝 모터.
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