KR20050113328A - 정지파를 이용한 초음파 모터 - Google Patents

정지파를 이용한 초음파 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나의 초음파 모터로부터 정회전력과 역회전력을 선택적으로 얻을 수 있도록 된 정지파를 이용한 초음파 모터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 의한 정지파를 이용한 초음파 모터는 발진회로로부터 출력되는 각 고정자의 고유진동수에 해당하는 주파수의 전압을 압전소자에 가함으로써, 압전소자를 진동시키고 이러한 진동력에 따라 회전자로 하여금 고정자로부터 구동되게 하여 회전력을 얻는 초음파 모터에 있어서, 상기한 고정자(6)는 상기 회전자(12)를 정방향으로 구동시킬 수 있는 진동력을 발하게 된 정회전력발생용 고정자(7a)와; 상기 회전자(12)를 역방향으로 구동시킬 수 있는 진동력을 발하게 된 역회전력발생용 고정자(7b)로 구성됨을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 정지파를 이용한 초음파 모터는 그 자체 적용범위에 대한 제한을 없앨 수 있도록 하고, 본 초음파 모터를 채용하는 기기 전체의 구조를 간단하게 하고 궁극적으로 기기의 소형화와 저코스트를 실현시킬 수 있게 하며, 아울러 고장 수리작업 또한 용이하게 수행할 수 있게 하는 효과를 제공한다.

Description

정지파를 이용한 초음파 모터{ultrasonic motor}
본 발명은 정지파를 이용한 초음파 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압전소자에 전압을 걸 때 생기는 물리적 변형효과에 따라 진동이 발생되도록 하고, 이 진동력을 구동력으로 변환시킴으로써 고정자로부터 회전자를 회전시킬 수 있게 구성되는 압전모터(piezoelectric motor)인 초음파 모터에 관한 것이다.
초음파 모터는 자석이나 권선을 필요로 하지 않는 새로운 형의 구동원으로서, 저속 고토오크를 발하며, 자계(EMI/RFI)의 영향을 받지 않을 뿐 아니라 기어를 사용하지 않는 단순 구조이며 소음을 발생시키지 않음은 물론, 나노미터 수준까지의 정밀한 위치제어에 적합하다.
또 초음파 모터는 응답이 빠르고, 스파크가 발생하지 않는다는 등의 특성을 갖고 있으므로 최근, 저속 회전에서 큰 힘을 필요로 하는 다이렉트 드라이브용으로, 또 자기 에너지를 싫어하는 장치의 구동원, 또는 초소형 사이즈의 구동원, 버니어구동(미크론 단위의 미소 구동원) 등의 용도로 널리 사용되고 있다.
초음파 모터의 구체적인 용도로는 로봇의 관절구동원, 카메라폰용 광학 줌 카메라의 렌즈구동원, 광학 및 정열 위치제어 구동원, 프린터 및 복사기에 종이를 공급하기 위한 장치의 구동원, 의료장비의 구동원, 반도체 장비의 구동원, 기타 군사무기 추진 체계의 구동원 등을 들 수 있다.
이러한 초음파 모터는 고주파 전압을 가함으로써 발생되는 복수의 압전 세라믹의 초음파 진동력에서 일정방향의 구동력(driving force:회전력)을 얻는 원리로 작동되는 것으로 20kHz이상 초음파(대부분 회전력으로 변환) 영역의 구동주파수 (driving frequency)를 사용하는 전기력 모터라 할 수 있다.
한편, 초음파 모터는 정지파 방식의 것과 진행파 방식의 것이 있으며, 진행파 방식의 초음파 모터는 압전 세라믹을 금속의 탄성체에 맞붙인 스테이터(stator)와 로터(rotor)를 마주 접촉시켜 탄성체에 발생하는 종파와 횡파에 의한 진행파에서 구동력을 얻는 구조로 되어 있고, 정지파 방식의 초음파 모터는 각 고정자의 고유진동수에 해당하는 주파수의 전압을 압전체에 가하여 압전체의 진동파에서 구동력을 얻도록 되어 있으며, 고 효율성을 갖고 있음은 물론, 제어회로의 구조를 간단하게 구성할 수 있게 하는 특성을 갖고 있다.
즉, 정지파를 이용한 초음파 모터는 도 1에 도시된 바와 같이 고정자(6)와 회전자(12) 간의 힘의 전달(transfer of power)이 이루어지도록 구성된 것으로, 수십 kHz(공진주파수)의 고주파 전압을 세라믹 등의 압전소자(4)에 가하면 극성에 따라 압전소자(4)를 변형, 진동시킬 수 있다.
이러한 진동력을 회전력(추력,구동력)으로 변환시킬 수 있도록 압전소자(4)(압전 세라믹)와 금속의 탄성체(2)에 맞붙여 상기 고정자(6)를 구성하고, 마찰재(8)를 회전편(10)과 결합시켜 상기 회전자(12)를 구성한 것이다.
또, 상기한 회전편(10)의 중심에는 이 회전편(10)의 면에 직교하는 샤프트(14)를 결합시켜서 구성하였을 뿐만 아니라, 압전소자(4)(압전 세라믹) 원반에 여러개의 금속도선(16)을 심어 전압을 가할 수 있게 되어 있으며, 상기 샤프트 (14)가 관통되어지는 상태하에서 고정자(6)와 회전자(12)가 내장되며 특히 상기한 고정자(6)를 그 벽체 내면에 위치 고정시킨 케이싱(20)이 구비된 것이다.
또 상기 압전소자(4)는 금속도선(16)에 의해 발진회로(22)와 전기적으로 연결되는데, 이러한 발진회로(22)는 이니셜스테이지(Initial Stage)(24)와, 버퍼스테이지(Buffer Stage)(26)와, Push-pull 전력 증폭기부(Control amp. Stage)(28)와, 공진회로부(Output Stage)(30)로 구성될 수 있고, 전원공급장치(P)가 더 구비될 수도 있다.
그런데, 상기한 바와 같은 정지파를 이용한 초음파 모터는 고 효율이기는 하지만 단방향 구동만이 이루어질 수 있는 구조이고, 선택적인 정,역회전으로의 구동이 불가능하므로 적용범위는 그 만큼 제한적이게 되며, 선택적인 정,역회전력을 얻기 위하여는 정회전용 모터와 역회전용 모터를 복합 구성하여야만 하기 때문에 기기 전체 구조의 복잡성을 가져올 뿐만 아니라 기기의 소형화에 역행하게 된다.
아울러, 기기의 단가를 높이는 요인을 제공하게 되며 또 고장 수리작업을 어렵게 한다는 등의 부가적인 문제점을 안고 있었다.
또, 진행파를 이용한 초음파 모터는 선택적인 정,역회전이 가능하지만 구동에 있어서 효율이 낮기 때문에 정지파를 이용한 종래 초음파 모터의 단점을 보완할 수 있게 되면서도 고효율을 갖게 된 초음파 모터를 구성하기 위한 수단의 강구가 요구되었다.
본 발명은 종래 기술상의 문제점을 일시에 해소하여 종래의 요구에 부응할 수 있게 하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 제어회로를 간단하게 할 수 있고, 제어회로를 간단한 구조로 구성하게 함과 아울러 고 효율이면서도 그 자체 적용범위에 대한 제한을 없앨 수 있게 된 정지파를 이용한 초음파 모터를 제공하려는데 있다.
즉, 본 발명의 목적은 정지파를 이용한 초음파 모터를 제공함에 있어, 선택적인 정,역회전으로의 구동이 가능하게 구성됨으로써 1기만을 장착하여도 정회전력과 역회전력을 선택적으로 얻을 수 있게 되므로, 제어회로를 간단한 구조로 구성하게 함과 아울러 고 효율이면서도 2기 이상의 초음파 모터를 적용할 수 없음으로 인한 초음파 모터의 적용 불가능을 해소할 수 있게 하려는데 있다.
아울러, 본 발명의 목적은 제어회로를 간단한 구조로 구성하게 함과 아울러 고 효율을 갖는 정지파를 이용한 초음파 모터가 채용되는 기기 전체의 구조를 간단하게 하고 궁극적으로 기기의 소형화에 기여할 수 있게 함과 아울러, 고장 수리작업 또한 용이하게 수행할 수 있게 하려는데 있다.
뿐만 아니라 본 발명에 의한 정지파를 이용한 초음파 모터의 목적은 제어회로를 간단한 구조로 구성하게 함과 아울러 고 효율이면서도 별도의 정회전용 모터와 역회전용 모터를 복합 구성하지 않고도 선택적인 정,역회전력을 얻을 수 있게 됨으로써 전체 기기의 단가를 낮출 수 있게 하려는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 발진회로로부터 각 고정자의 고유진동수에 해당하는 주파수의 전압을 압전소자에 가함으로써, 압전소자를 진동시키고, 이러한 진동력에 따라 회전자로 하여금 고정자로부터 구동되게 하여 회전력을 얻는 초음파 모터에 있어서, 상기한 고정자는 상기 회전자를 시계 방향으로 정회전시킬 수 있는 진동력을 발하게 된 정회전력발생용 고정자와; 상기 회전자를 반시계 방향으로 역회전시킬 수 있는 진동력을 발하게 된 역회전력발생용 고정자로 구성됨을 특징으로 하는 정지파를 이용한 초음파 모터를 제공한다.
상기한 정회전력발생용 고정자는, 고정자 전체의 외측 시점을 기준하여 왼쪽으로 기울어진 형태의 것으로 구비된 다수 빗살면 절편을 평판부 상면에 서로 이격 상태로 배치하여 고정시킨 다수의 금속 탄성편과; 상기 다수의 금속 탄성편 각각에 부착 구비되는 다수의 압전세라믹편과; 방사형태로 배치되며 그 각각의 외측단부에 해당의 상기 다수의 금속 탄성편들이 연장 결합되는 다수의 로드부재와; 샤프트가 관통됨과 아울러 상기 다수의 로드부재 각각의 내측단부가 그 외주면에 연장 결합되도록 구비되는 허브부재를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
즉, 상기 다수의 금속 탄성편 각각은 평판부의 상측단면변을 x축선으로 하는 가상의 xy좌표 상에서 그 하단 중심이 상기 x축선의 “0점”에 위치되고 그 상단 중심은 음의 x축선과 양의 y축선이 이루는 영역에 위치되는 다수 빗살면 절편을 상기 평판부 상면에 서로 이격되는 위치에서 고정 형성하여 된 것이다.
상기한 역회전력발생용 고정자는, 고정자 전체의 외측 시점을 기준하여 오른쪽으로 기울어진 형태의 것으로 구비된 다수 빗살면 절편을 평판부 상면에 서로 이격 상태로 배치하여 고정시킨 다수의 금속 탄성편과; 상기 다수의 금속 탄성편 각각에 부착 구비되는 다수의 압전세라믹편과; 방사형태로 배치되며 그 각각의 외측단부에 해당의 상기 다수의 금속 탄성편들이 연장 결합되는 다수의 로드부재와; 샤프트가 관통됨과 아울러 상기 다수의 로드부재 각각의 내측단부가 그 외주면에 연장 결합되도록 구비되는 허브부재를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
즉, 상기 다수의 금속 탄성편은 평판부의 상측단면변을 x축선으로 하는 가상의 xy좌표 상에서 그 하단 중심이 상기 x축선의 “0점”에 위치되고 그 상단 중심은 양의 x축선과 양의 y축선이 이루는 영역에 위치되는 다수 빗살면 절편을 상기 평판부 상면에 서로 이격되는 위치에서 고정 형성하여 된 것이다.
상기한 바와 같은 정지파를 이용한 초음파 모터는 발진회로로부터 각 고정자의 고유진동수에 해당하는 주파수의 전압을 정회전력발생용 고정자의 다수 압전세라믹편에 가함으로써, 다수 압전세라믹편들을 진동시키고, 이러한 진동력에 따라 회전자로 하여금 고정자로부터 구동되게 하여 정회전력을 얻게 된다.
또, 발진회로로부터 각 고정자의 고유진동수에 해당하는 주파수의 전압을 역회전력발생용 고정자의 다수 압전세라믹편에 가함으로써, 다수 압전세라믹편들을 진동시키고, 이러한 진동력에 따라 회전자로 하여금 고정자로부터 구동되게 하여 역회전력을 얻게 된다.
이하에서 종래 기술을 설명하기 위한 도면에서와 동일한 부분으로 동일한 부호를 부여한 첨부도면 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.
도 2와 도 3은 본 발명의 정지파를 이용한 초음파 모터 구성 전체를 나타내기 위한 내장 부품의 일면도 및 분해 사시도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 초음파 모터에 적용된 고정자의 구조를 나타내기 위한 부분 사시도 및 평면도이며, 도 6은 압전효과에 따라 정회전력을 발생시키도록 작용되는 상태에 대한 도면, 도 7은 압전효과에 따라 역회전력을 발생시키도록 작용되는 상태에 대한 도면이다.
도시된 바와 같이 본 발명은 발진회로(22)로부터 출력되는 각 고정자의 고유진동수에 해당하는 주파수의 전압을 압전소자에 가함으로써 압전소자를 진동시키고, 이러한 진동력에 따라 회전자(12)로 하여금 고정자(6)로부터 구동되게 하여 회전력을 얻는 초음파 모터에 관련된다.
상기한 바와 같은 고정자(6)는 상기 회전자(12)를 시계 방향으로 정회전시킬 수 있는 진동력을 발하게 된 정회전력발생용 고정자(7a)와, 상기 회전자(12)를 반시계 방향으로 역회전시킬 수 있는 진동력을 발하게 된 역회전력발생용 고정자(7b)로 구성되어 선택적인 정,역회전 구동이 가능하게 된 것이다.
상기한 바와 같은 정회전력발생용 고정자(7a)는 다수의 금속 탄성편(2a)을 압전소자인 다수의 압전세라믹편(4a)과 각각 부착하여 구성하고, 상기 다수의 금속 탄성편(2a)에는 하나의 허브부재(11a)를 갖는 다수의 방사형 로드부재(9a)를 연결하여 구성된다.
상기 다수의 금속 탄성편(2a) 각각은 상기한 회전자(12)의 외곽 하측면에 접촉될 수 있는 원주상 위치에서 서로 등간격으로 이격되도록 배치된 것이며, 평판부(3a')와 이의 상면에 이격 상태로 배치되는 다수 빗살면 절편(3a)으로 형성된다.
즉, 상기한 바와 같은 다수 빗살면 절편(3a)은 도 6에서와 같이 상기 평판부(3a')의 상측단면변을 x축선으로 하는 가상의 xy좌표 상에서 그 하단 중심이 상기 x축선의 “0점”에 위치되고 그 상단 중심은 음의 x축선과 양의 y축선이 이루는 영역에 위치된 형태의 것으로 구비된 것이다.
이로써 다수 빗살면 절편(3a) 상단이 가상의 xy좌표 상에서 x축선의 음의 방향으로 움직이는 진동 작용에 의해 회전자(12)를 시계방향인 정방향으로 회전시키게 되는 것이다.
또한, 상기 다수의 압전세라믹편(4a)들은 해당의 금속도선(16a)을 통해 발진회로(22)와 전기적으로 연결되어 발진회로(22)로부터 각 고정자의 고유진동수에 해당하는 주파수의 전압을 공급받게 된다.
상기 다수의 로드부재(9a)는 방사형태로 배치되어져서 그 각각의 외측단부에 해당하는 상기 다수의 금속 탄성편(2a)의 평판부(3a')와 각각 연장 결합되는 것이며, 이러한 다수의 로드부재(9a) 각각의 내측단부가 상기 허브부재(11a) 외주면에 연장 결합되어지게 된 것이고, 상기 허브부재(11a)는 그 상단부가 사각산과 사각골이 교번으로 연속되는 형상으로 형성된 것이다.
또 상기한 바와 같은 역회전력발생용 고정자(7b)는 다수의 금속 탄성편(2b)을 압전소자인 다수의 압전세라믹편(4b)과 각각 부착하여 구성하고, 상기 다수의 금속 탄성편(2b)에는 하나의 허브부재(11b)를 갖는 다수의 방사형 로드부재(9b)를 연결하여 구성된다.
상기 다수의 금속 탄성편(2b) 각각은 상기한 회전자(12)의 외곽 하측면에 접촉될 수 있는 위치에서 서로 등간격으로 이격되도록 배치된 것이며, 평판부(3b')와 이의 상면에 이격 상태로 배치되는 다수 빗살면 절편(3b)으로 형성된 것이다.
즉, 상기한 바와 같은 다수 빗살면 절편(3b)은 도 7에서와 같이 상기 평판부(3b')의 상측단면변을 x축선으로 하는 가상의 xy좌표 상에서 그 하단 중심이 상기 x축선의 “0점”에 위치되고 그 상단 중심은 양의 x축선과 양의 y축선이 이루는 영역에 위치된 형태의 것으로 구비된다.
이로써 다수 빗살면 절편(3b) 상단이 가상의 xy좌표 상에서 x축선의 양의 방향으로 움직이는 진동 작용에 의해 회전자(12)를 반시계 방향인 역방향으로 회전시키게 되는 것이다.
또한, 상기 다수의 압전세라믹편(4b)들은 해당의 금속도선(16b)을 통해 발진회로(22)와 전기적으로 연결되어 발진회로(22)로부터 각 고정자의 고유진동수에 해당하는 주파수의 전압을 공급받게 된다.
상기 다수의 로드부재(9b)는 방사형태로 배치되어져서 그 각각의 외측단부에 해당하는 상기 다수의 금속 탄성편(2b)의 평판부(3b')와 각각 연장 결합되는 것이며, 이러한 다수의 로드부재(9b) 각각의 내측단부가 상기 허브부재(11b) 외주면에 연장 결합되어지게 된 것이고, 상기 허브부재(11b)는 그 상단부가 상기 정회전력발생용 고정자(7a)의 허브부재(11a) 사각골에 상응하는 사각산과 상기 정회전력발생용 고정자(7a)의 허브부재(11a) 사각산에 상응하는 사각골이 교번으로 연속되는 형상으로 형성된 것이다.
이로써, 허브부재(11a)(11b)들은 동축으로 결합되어지는 것이며, 이와 같은 허브부재(11a)(11b)들에서 샤프트(14)가 별도 구동되도록 관통 결합되는 것이고, 상기 샤프트(14)는 회전자(12)와 축결합됨으로써, 회전자(12)자로부터의 회전력이 샤프트(14)를 통해 출력되는 것이다.
뿐만 아니라 종래기술에서와 동일하게 압전세라믹편(4a)(4b)에 금속도선 (16a)(16b)을 통하여 제어된 전압을 가할 수 있게 된 발진회로(22)와, 이 발진회로 (22)와 압전세라믹편(4a)(4b) 사이에서 전기적으로 연결되는 정역회전 선택수단 (Sw) 및 발진회로(22)와 전원 사이에 전기적으로 연결되는 전원공급장치 (P)가 더 구비될 수도 있다.
상기 발진회로(22)는 종래에서와 같이 이니셜스테이지(Initial Stage)(24)와, 버퍼스테이지(Buffer Stage)(26)와, Push-pull 전력 증폭기부(Control amp. Stage)(28)와, 공진회로부(Output Stage)(30)로 구성될 수 있다.
상기 이니셜스테이지(Initial Stage)(24)를 통하여는 원하는 주파수를 결정할 수 있으며, 버퍼스테이지(Buffer Stage)(26)에서는 결정된 구동비(duty ratio)에 따라 입력 신호의 왜곡을 감소시키는 작용이 이루어지고, Push-pull 전력 증폭기부(Control amp. Stage)(28)에서는 각 고정자의 고유진동수에 해당하는 주파수의 발진이 이루어지도록 한다.
그리고 공진회로부(Output Stage)(30)에서는 원하는 전압 조절이 이루어지게 함과 아울러 해당 사인 곡선(sine curve)에 대한 신호(sinusoidal signal)를 형성하여 출력하게 된다.
상기 발진회로(22)와 압전세라믹편(4a)(4b) 사이에 구비되는 상기 정역회전 선택수단(Sw)은 일종의 스위칭수단으로서 발진회로(22)로부터 출력되는 신호를 정회전력발생용 고정자(7a)의 압전세라믹편(4a) 또는 역회전력발생용 고정자(7b) 압전세라믹편(4b)에 선택적으로 인가시킬 수 있게 함으로써 정,역회전력을 선택적으로 얻을 수 있게 한다.
또, 상기 샤프트(14)가 관통되어지는 상태하에서 고정자(6)와 회전자(12)가 내장되며 특히 상기한 고정자(6)를 그 벽체 내면에 위치 고정시킨 케이싱(20)이 구비됨은 물론이다.
또한, 상기 회전자(12)는 마찰재(8)를 회전편(10)과 결합시킨 구조로 되어 있으며, 상기한 회전편(10)의 중심에는 이 회전편(10)의 면에 직교하는 샤프트(14)를 결합시켜서 일체화시킨 구조로도 되어 있다.
미설명부호 “B”는 고정자(6) 전체가 안착 결합되어지는 베이스플레이트를 지칭한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 초음파 모터의 작용예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 정지파를 이용한 초음파 모터는 고정자(6)와 회전자(12) 간의 힘의 전달(transfer of power)이 이루어지도록 구성된 것으로, 수십 kHz(공진주파수)의 고주파 전압을 세라믹 등의 압전소자에 가하면 극성에 따라 압전소자가 변형된다.
이와 같이 각 고정자의 고유진동수에 해당하는 공진주파수의 전압을 가하면 압전세라믹편(4a)(4b)를 진동시키게 되고 이러한 진동력에 따라 회전자(12)가 구동되게 하므로 이러한 원리에 의해 회전력이 발생되도록 하는 것이다.
한편, 정역회전 선택수단(Sw)을 조작하여 발진회로(22)로부터 출력되는 각 고정자의 고유진동수에 해당하는 주파수의 전압을 금속도선(16a)을 통하여 정회전력발생용 고정자(7a)의 다수 압전세라믹편(4a)에 인가시키면 이로써, 다수 압전세라믹편(4a)들을 진동시키게 되고, 이러한 진동력에 따라 회전자(12)로 하여금 고정자(7a)로부터 시계방향으로 구동되게 하여 정회전력을 얻게 된다.
즉, 도 6에서와 같이 상기 고정자(7a)의 다수 압전세라믹편(4a)에 발진회로 (22)로부터 출력되는 각 고정자의 고유진동수에 해당하는 주파수의 전압을 인가함으로써 발생되는 상기 다수 압전세라믹편(4a)의 변형에 따라 다수의 금속 탄성편 (2a) 전체가 상승됨과 아울러 도면에서 보았을 때 왼쪽으로 위치 이동되는 작용이 반복적으로 이루어지므로 결국 금속 탄성편(2a)의 다수 빗살면 절편(3a)에 의해 회전자(12)를 시계방향으로 정회전시키게 되는 것이다.
또, 발진회로(22)로부터 출력되는 각 고정자의 고유진동수에 해당하는 주파수의 전압을 금속도선(16b)을 통하여 역회전력발생용 고정자(7b)의 다수 압전세라믹편(4b)에 가함으로써, 다수 압전세라믹편(4b)들을 진동시키고, 이러한 진동력에 따라 회전자(12)로 하여금 고정자(7b)로부터 반시계 방향으로 구동되게 하여 역회전력을 얻게 된다.
즉, 도 7에서와 같이 상기 고정자(7a)의 다수 압전세라믹편(4b)에 발진회로 (22)로부터 출력되는 각 고정자의 고유진동수에 해당하는 주파수의 전압을 인가함으로써 발생되는 상기 다수 압전세라믹편(4b)의 변형에 따라 다수의 금속 탄성편 (2b) 전체가 상승됨과 아울러 도면에서 보았을 때 오른쪽으로 위치 이동되는 작용이 반복적으로 이루어지므로 결국 금속 탄성편(2b)의 다수 빗살면 절편(3b)에 의해 회전자(12)를 반시계방향으로 역회전시키게 되는 것이다.
한편, 상기한 바와 같이 설명된 본 발명은 바람직한 실시 일 예에 불과한 것으로, 본 발명의 적용범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며 동일사상의 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
예를 들어 본 발명에서는 정,역회전용의 압전세라믹편(4a)(4b) 및 금속 탄성편(2a)(2b)들을 회전자(12)의 마찰재(8)와 접촉 가능한 동일 원주상에서 서로 교번으로 배치한 형태의 것으로 구성하였으나. 상기 정,역회전용의 압전세라믹편 (4a)(4b) 및 금속 탄성편(2a)(2b)들 각각을 동심으로 동일 평면상에 배치되는 링의 형태로 구성할 수도 있는 것이다.
뿐만 아니라, 자석과 코일을 이용한 기존 모터에 비해 최소 10배 이상의 힘을 낼 수 있고 또 동일 토오크 기준하여 최소 10분의 1 이하로 부피를 줄일 수 있으며, 무게도 91∼270g 정도의 소형으로 제작될 수 있다.
또한, 220V / 60Hz의 입력전압, 12V의 전압 및 0.6∼1A의 전류, 100∼200 rpm의 최대회전수, 0.1 msec의 응답속도, 39~44 KHz의 작동주파수 등과 같은 정격규격을 갖게 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 회전자의 상부에 탄성력을 갖는 판스프링이 구비되도록 구성할 수도 있다.
상기한 바와 같은 본 발명은 본 발명의 정지파를 이용한 초음파 모터는 선택적인 제어회로를 간단한 구조로 구성하게 함과 아울러 고 효율이면서도 정,역회전으로의 구동이 가능하게 구성됨으로써 그 자체 적용범위에 대한 제한을 없앨 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
즉, 로봇의 관절구동원, 카메라폰용 광학 줌 카메라의 렌즈구동원, 광학 및 정열 위치제어 구동원, 프린터 및 복사기에 종이를 공급하기 위한 장치의 구동원, 의료장비의 구동원, 반도체 장비의 구동원, 기타 군사무기 추진 체계의 구동원 등으로 본 발명에 의한 초음파 모터가 적용될 경우 그 기기 자체에 정회전용 모터와 역회전용모터를 별도로 설치하지 않고도 정,역회전력을 선택적으로 얻을 수 있게 되었을 뿐 아니라, 제어회로를 간단한 구조로 구성하게 함과 아울러 구동 효율이 매우 높아진다는 것이다.
이와 같이 별도의 정회전용 모터와 역회전용 모터를 복합 구성하지 않고도 선택적인 정,역회전력을 얻을 수 있게 됨으로써 초음파 모터가 적용되는 기기 전체의 구조를 간단하게 하고 궁극적으로 기기의 소형화와 저코스트를 실현시킬 수 있게 되며, 아울러 기기의 고장 수리작업을 용이하게 하는 유용한 효과도 제공된다.
도 1은 일반적인 초음파 모터 구성을 개략적으로 나타내기 위한 단면도,
도 2는 본 발명의 정지파를 이용한 초음파 모터 구성을 개략적으로 나타내기 위한 케이싱 내장 부품의 일면도,
도 3은 본 발명의 정지파를 이용한 초음파 모터 내부 구성을 상세하게 나타내기 위한 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 정지파를 이용한 초음파 모터에 적용된 고정자의 구조를 나타내기 위한 부분 사시도,
도 5는 본 발명의 정지파를 이용한 초음파 모터에 적용된 고정자의 구조를 나타내기 위한 도 4의 평면도,
도 6은 압전효과에 따라 정회전력을 발생시키도록 작용되는 본 발명의 압전소자 변형에 대한 작용 상태를 상세히 나타내기 위한 부분확대 단면도,
도 7은 압전효과에 따라 역회전력을 발생시키도록 작용되는 본 발명의 압전소자 변형에 대한 작용 상태를 상세히 나타내기 위한 부분확대 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
6 : 고정자
7a : 정회전력발생용 고정자
2a : 금속 탄성편 3a : 빗살면 절편
3a' : 평판부 4a : 압전세라믹편
9a : 로드부재 11a : 허브부재
7b : 역회전력발생용 고정자
2b : 금속 탄성편 3b : 빗살면 절편
3b' : 평판부 4b : 압전세라믹편
9b : 로드부재 11b : 허브부재
12 : 회전자 14 : 샤프트

Claims (4)

  1. 발진회로로부터 출력되는 각 고정자의 고유진동수에 해당하는 주파수의 전압을 압전소자에 가함으로써, 압전소자를 진동시키고 이러한 진동력에 따라 회전자로 하여금 고정자로부터 구동되게 하여 회전력을 얻는 초음파 모터에 있어서,
    상기한 고정자(6)는 상기 회전자(12)를 시계 방향으로 정회전시킬 수 있는 진동력을 발하게 된 정회전력발생용 고정자(7a)와;
    상기 회전자(12)를 반시계 방향으로 역회전시킬 수 있는 진동력을 발하게 된 역회전력발생용 고정자(7b)로 구성됨을 특징으로 하는 정지파를 이용한 초음파 모터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기한 정회전력발생용 고정자(7a)는 고정자(6) 전체의 외측 시점을 기준하여 왼쪽으로 기울어진 형태의 것으로 구비된 다수 빗살면 절편(3a)을 평판부(3a') 상면에 서로 이격 상태로 배치하여 고정시킨 다수의 금속 탄성편(2a)과;
    상기 다수의 금속 탄성편(2a) 각각에 부착 구비되는 다수의 압전세라믹편 (4a)과;
    방사형태로 배치되며 그 각각의 외측단부에 해당의 상기 다수의 금속 탄성편(2a)들이 연장 결합되는 다수의 로드부재(9a)와;
    샤프트(14)가 관통됨과 아울러 상기 다수의 로드부재(9a) 각각의 내측단부가 그 외주면에 연장 결합되도록 구비되는 허브부재(11a)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 정지파를 이용한 초음파 모터.
  3. 제 1항에 있어서, 상기한 역회전력발생용 고정자(7b)는 고정자(6) 전체의 외측 시점을 기준하여 오른쪽으로 기울어진 형태의 것으로 구비된 다수 빗살면 절편(3b)을 평판부(3b') 상면에 서로 이격 상태로 배치하여 고정시킨 다수의 금속 탄성편(2b)과;
    상기 다수의 금속 탄성편(2b) 각각에 부착 구비되는 다수의 압전세라믹편 (4b)과;
    방사형태로 배치되며 그 각각의 외측단부에 해당의 상기 다수의 금속 탄성편 (2b)들이 연장 결합되는 다수의 로드부재(9b)와;
    샤프트(14)가 관통됨과 아울러 상기 다수의 로드부재(9b) 각각의 내측단부가 그 외주면에 연장 결합되도록 구비되는 허브부재(11b)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 정지파를 이용한 초음파 모터.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기한 정회전력발생용 고정자(7a)의 허브부재(11a)는 그 상단부가 사각산과 사각골이 교번으로 연속되는 형상으로 형성되고, 상기한 역회전력발생용 고정자(7b)의 허브부재(11b)는 그 상단부가 상기 정회전력발생용 고정자(7a)의 허브부재(11a) 사각골에 상응하는 사각산과 상기 정회전력발생용 고정자(7a)의 허브부재(11a) 사각산에 상응하는 사각골이 교번으로 연속되는 형상으로 형성됨을 특징으로 하는 정지파를 이용한 초음파 모터.
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