KR20080023538A - 고주파 노이즈 제거가 가능한 초소형 리니어모터 - Google Patents

고주파 노이즈 제거가 가능한 초소형 리니어모터 Download PDF

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KR20080023538A
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이정규
홍삼열
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엘지전자 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

본 발명은 압전체를 이용하는 경우 발생하는 탄성파의 전달에 있어 외란 등으로 인하여 원하지 않게 발생하는 고주파 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있는 초소형 리니어모터에 관한 것으로, 수개의 압전소자가 적층되어 이루어지고 상기 적층되는 방향으로 진동을 발생하는 압전체와, 상기 압전체와 적층되어 노이즈를 제거하는 댐퍼층을 가지는 구동부; 상기 구동부의 일단부에 일체로 설치된 이동축; 및 상기 이동축에 설치되어 상기 구동부의 진동에 의해 전후진하는 이동부를 포함한다.
압전체, 압전리니어모터, 노이즈

Description

고주파 노이즈 제거가 가능한 초소형 리니어모터{Micro piezoelectric linear motor capble of reducing high-frequency noise}
도 1은 종래기술에 의한 압전액츄에이터를 이용한 리니어모터의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 고주파 노이즈 제거가 가능한 초소형 리니어모터의 사시도이다.
도 3은 도 2의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예2에 따른 고주파 노이즈 제거가 가능한 초소형 리니어모터의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예3에 따른 고주파 노이즈 제거가 가능한 초소형 리니어모터의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예4에 따른 고주파 노이즈 제거가 가능한 초소형 리니어모터의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 리니어 모터 20: 카운터매스
30: 압전체 40: 이동축
50: 이동체 60: 설치홀
100,101,102,103: 리니어 모터 110,111,112,113: 카운터매스
121,122,123,124,125,126,127,128: 압접체
131,132,133,134,135,136: 카운터매스
140: 이동축 150: 이동체
160: 설치홀
본 발명은 소형화, 고 정밀화에 이용되는 고주파 노이즈 제거 가능한 초소형 리니어모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압전체를 이용하는 경우 발생하는 탄성파의 전달에 있어 외란 등으로 인하여 원하지 않게 발생하는 고주파 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있는 초소형 리니어모터에 관한 것이다.
초소형 모터의 필요성은 나날이 높아지고 있으며 휴대폰의 카메라와 구면수차 보정용으로 더욱 작은 모터가 필요하다. 선형 움직임을 갖는 모터로써 피에죠 소자를 이용하는 리니어모터는 위에 언급한 응용분야에 초소형화가 가능해 적합하 다.
상기 리니어모터에 사용되는 압전 액츄에이터는 전기를 입력 에너지로 하여 변위 또는 발생력을 출력하는 전기식 액츄에이터이다.
즉, 압전 액츄에이터를 구성하는 압전 세라믹스에 전계를 인가하면 늘어나거나 수축하는 성질을 이용하는 것이 액츄에이터라고 한다.
세라믹스에 전계를 인가하면 세라믹스가 신축작용을 하게 된다. 세라믹스는 취성 재료이지만, 온도변화에 의해 열팽창을 일으키며, 또 압력을 가하면 작게 수축한다.
이런 것들이 전계를 인가할 때에도 일어나는 것이다. 세라믹스에는 양이온과 음이온이 탄성적으로 연결되어 결정 격자를 형성하고, 전계가 걸리면 양이온은 전계 방향, 음이온은 역방향으로 당겨진다.
이와 같이 응력이 발생하고 결정격자를 변형시킨다. 다시 구체적으로 설명하면, 다결정체인 압전 세라믹스의 처음상태에 있어서 각각의 결정립 내부는 일반적으로 분극방향이 다른 몇 개의 분극으로 나누어져 있다. 이 상태에서 전체로의 분극은 상쇄되어 외부로는 표현되지 않는다.
이때 압전 세라믹스에 전계를 가하면 결정내부의 분극 방향이 전계방향에 따라 분극하고 동시에 결정립의 길이가 전계방향으로 늘어난다. 또 전계를 제거하면 처음상태로 돌아오지 않고 전체가 거의 분극된 상태를 그대로 유지한다.
분극에 따른 변위를 잔류 처짐이라 부르며, 일련의 처리를 앞서 언급한 바와 같이 분극처리라고 한다. 분극처리 후에는 동일방향의 전계를 가하거나 제거하는 것에 의해 각각의 결정체가 늘어난 상태, 줄어든 상태를 왕복하여 동작하게 되고 압전 세라믹스 전체의 움직임으로 나타난다.
이러한 압전액츄에이터는 작용되는 전계에 의해 일정한 주기로 진동운동을 하게 된다.
이러한 압전액츄에이터의 압전효과를 이용한 리니어 모터는 굴곡파(flexural wave)에 의해 발생한 진행파로 구동하는 방법과 종진동(longitudinal vibration)과 횡진동(transversal vibration) 액츄에이터를 결합하여 수직과 수평진동을 반복적으로 발생시켜 이동체를 구동하는 정상파형 방법 등이 알려져 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 압전 세라믹을 이용한 초소형 리니어모터(10)를 간략하게 도식화한 것이다.
상기 리니어모터(10)는 카운터매스(20) 상에 압전체(30)가 일체로 설치되어 있으며, 상기 압전체(30)의 변위방향은 적층방향과 일치한다.
상기 압전체(30)에는 이동축(40)이 일체로 설치되어 있으며, 상기 이동축(40)에는 마찰력에 의해 유지되는 이동체(50)이 설치된다.
그리고, 상기 이동체(50)에는 렌즈(미도시) 등이 설치되는 설치홀(60)이 일체로 형성된다.
상기 압전체(30)는 수개의 압전세라믹을 적층하여, 상기 압전액츄에이터의 길이방향의 진폭을 크게 한 것이다.
상기 압전체(30)에는 전기를 공급하기 위한 전기공급판(미도시)이 설치된다.
따라서, 상기 압전체(10)의 진동에 따라 상기 이동축(40)이 상하로 진동하게 된다.
이 때, 상기 압전체(10)의 진동을 일정한 파형을 이루게 하면, 상기 이동체(50)가 원하는 방향으로 이동하게 된다.
이러한, 압전액츄에이터를 사용하는 초소형 리니어모터는 낮은 구동전압에서도 구동이 가능하도록 힘을 내는 부분인 압전소자를 적층해서 사용하므로, 고주파 구동파형(수십-수백 kHz)을 인가시에 출력은 고주파 노이즈(수 백 Hz)를 가지게 도니다.
이러한 고주파 노이즈는 SNR(신호대잡음비)을 나쁘게 하고, 초소형 리니어 모터의 정확한 제어를 곤란하게 한다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 압전체를 이용하는 경우 발생하는 탄성파의 전달에 있어 외란 등으로 인하여 원하지 않게 발생하는 고주파 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있는 초소형 리니어모터를 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수개의 압전소자가 적층되어 이루어지고 상기 적층되는 방향으로 진동을 발생하는 압전체와, 상기 압전체와 적층되어 노이즈를 제거하는 댐퍼층을 가지는 구동부; 상기 구동부의 일단부에 일체로 설 치된 이동축; 및 상기 이동축에 설치되어 상기 구동부의 진동에 의해 전후진하는 이동부를 포함하는 초소형 압전액츄에이터이다.
상기 구동부는 상기 이동축과 맞닿는 압전체와, 상기 압전체와 적층되는 댐퍼층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 구동부는 상기 이동축과 맞닿는 댐퍼층과, 상기 압전체와 적층되는 압전체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 구동부는 하나 이상의 압전체와 하나 이상의 댐퍼층이 교대로 적층되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 구동부의 타단부에 카운터매스가 더 설치된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 압전체에 노이즈를 흡수할 수 있는 재료, 즉 감쇠능력이 있는 재료(예를 들어, 고무 등)로 구성된 댐퍼층을 설치하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 댐퍼층은 압전체의 형상 및 요구되는 감쇠능력에 따라, 면적 및 두께, 재질의 차이, 및 상기 압전체와의 배치관계의 차이가 있다.
도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 고주파 노이즈 제거가 가능한 초소형 리니어모터(100)의 사시도이고, 도 3은 도 2의 단면도이다.
상기 리니어모터(100)는 카운터매스(110) 상에 압전체(131,132,133)가 일체로 설치되어 있으며, 상기 압전체(131,132,133)의 변위방향은 적층방향과 일치한다.
그리고, 상기 압전체(131,132,133)의 양측으로 댐퍼층(121,122,123,124)이 배치된다.
따라서, 상기 압전체(131,132,133)와 상기 댐퍼층(121,122,123,124)은 교대로 배열되게 된다.
상기 압전체(131,132,133)와 상기 댐퍼층(121,122,123,124)은 에폭시 수지와 같은 접착제에 의해 서로 결합된다.
그리고, 상기 압전체(131,132,133)는 수개의 압전세라믹을 적층하여, 상기 압전액츄에이터의 길이방향의 진폭을 크게 한 것이다.
상기 카운터매스(110)는 상기 최하위 댐퍼층(121)과 접하며, 상기 최상위 댐퍼층(124) 위에 이동축(140)이 설치된다.
그리고, 상기 이동축(140)에는 마찰력에 의해 유지되는 이동체(150)이 설치된다.
또, 상기 이동체(150)에는 렌즈(미도시) 등이 설치되는 설치홀(160)이 일체로 형성된다.
상기 압전체(131,132,133)는 수개의 압전세라믹을 적층하여, 상기 압전액츄 에이터의 길이방향의 진폭을 크게 한 것이다.
상기 압전체(131,132,133)에는 전기를 공급하기 위한 전기공급판(미도시)이 각각 설치된다.
따라서, 상기 압전체(131,132,133)의 진동에 따라 상기 이동축(140)이 상하로 진동하게 된다.
이 때, 상기 압전체(131,132,133)의 진동을 일정한 파형을 이루게 하면, 상기 이동체(150)가 원하는 방향으로 이동하게 된다.
즉, 상기 압전체(131,132,133)의 일정한 파형의 진동에 따라 상기 이동체(150)가 상기 이동축(140) 상에서 관성과 마찰력에 의해 상하로 이동하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예2에 따른 고주파 노이즈 제거가 가능한 초소형 리니어모터(101)의 단면도이다.
실시예2는 실시예1과 압전체(134)와 댐퍼층(125)의 적층형태가 상이하고, 그 위의 구성요소는 동일하다.
카운터매스(111) 위에 상기 압전체(134)가 설치되고, 상기 압전체(134) 위로 상기 댐퍼층(125)이 설치되며, 상기 댐퍼층(125) 위로 이동축(141)이 일체로 설치된다.
실시예2는 실시예1의 경우보다 전체적인 길이가 짧은 경우에 사용할 수 있는 방식이다.
도 5는 본 발명의 실시예3에 따른 고주파 노이즈 제거가 가능한 초소형 리니어모터(102)의 단면도이다.
실시예3은 실시예2와는 반대의 구조를 이루고 있다.
즉, 카운터매스(112) 위에 댐퍼층(126)이 설치되고, 상기 댐퍼층(126) 위로 압전체(135)가 설치되며, 상기 압전체(135) 위로 이동축(142)이 일체로 설치된다.
도 6은 본 발명의 실시예4에 따른 고주파 노이즈 제거가 가능한 초소형 리니어모터(103)의 단면도이다.
실시예4는 실시예1과 달리 압전체(136)의 양단부에 댐퍼층(127,128)이 일체로 형성되어 있다.
즉, 카운터매스(113) 위에 댐퍼층(127)이 설치되고, 상기 댐퍼층(127) 위로 압전체(136)가 설치되며, 상기 압전체(136) 위로 다시 댐퍼층(128)이 설치되고, 상기 댐퍼층(128) 위로 이동축(142)이 일체로 설치된다.
실시예1 내지 실시예4에 의해 리니어 모터는 압전소자에 수십-수백 kHz를 갖는 입력파형을 입력하더라도 이동축의 변위방향의 움직임은 고주파(수백 kHz) 성분의 부차적인 진동을 효율적으로 저감하여 효과적으로 원하는 입력파형의 움직임을 추종하게 된다.
따라서, 압전소자의 불완전성을 효율적으로 개선할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명을 통하여 압전소자에서 나오는 고주파 성분의 급격한 움직임을 갖는 노이즈의 변위성분을 없애고 원하는 입력(input)에 대해 원하는 출력(output) 변위를 갖는 초소형 리니어 모터를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 이동체가 종래기술보다 훨씬 원활하고 부드러운 움직임을 갖는 리니어 모터를 얻은 수 있게 된다.

Claims (5)

  1. 수개의 압전소자가 적층되어 이루어지고 상기 적층되는 방향으로 진동을 발생하는 압전체와, 상기 압전체와 적층되어 노이즈를 제거하는 댐퍼층을 가지는 구동부;
    상기 구동부의 일단부에 일체로 설치된 이동축; 및
    상기 이동축에 설치되어 상기 구동부의 진동에 의해 전후진하는 이동부를 포함하는 초소형 리니어모터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동부는 상기 이동축과 맞닿는 압전체와, 상기 압전체와 적층되는 댐퍼층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초소형 리니어모터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 구동부는 상기 이동축과 맞닿는 댐퍼층과, 상기 압전체와 적층되는 압전체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초소형 리니어모터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동부는 하나 이상의 압전체와 하나 이상의 댐퍼층이 교대로 적층되는 것을 특징으로 하는 초소형 리니어모터.
  5. 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서, 상기 구동부의 타단부에 카운터매스가 더 설치된 것을 특징으로 하는 초소형 리니어모터.
KR1020060087555A 2006-09-11 2006-09-11 고주파 노이즈 제거가 가능한 초소형 리니어모터 KR20080023538A (ko)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104953891A (zh) * 2015-06-24 2015-09-30 浙江理工大学 一种采用旋转电机驱动的磁致伸缩驱动器

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