KR20090011504A - 차량 또는 중장비용 초음파모터 - Google Patents

차량 또는 중장비용 초음파모터 Download PDF

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KR20090011504A
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Abstract

본 발명은 차량 또는 중장비용 초음파모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파모터의 스테이터부와 로터부의 압착력을 높이기 위한 가압스프링부의 구조를 다점화 및 평면화하여 모터의 효율을 증대시키고, 진동내구성을 향상시키기 위한 회전진동 흡수 및 윤활구조를 구비하고, 스테이터부에 부착하는 압전소자부의 형상을 모터의 회전방향으로 기울기를 가지도록 설계하여 회전력 및 회전수를 향상시키는 차량 또는 중장비용 초음파모터에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 상하좌우 진동의 미세변위를 만들어주는 압전소자부와; 분극된 방향이 서로 다른 상기 압전소자부들을 배열하여 상기 압전소자부의 상하좌우 진동의 미세변위를 증폭시켜주는 스테이터부와; 상기 스테이터부의 상단에 연결되어 상기 스테이터부가 진동을 할 때 상기 스테이터부와의 마찰력을 이용하여 방향성을 가지는 타원형의 진동운동을 회전운동으로 바꾸어 주는 로터부와; 상기 로터부와 연결되어 상기 로터부의 회전력을 외부로 전달하는 회전축과; 상기 로터부와 상기 스테이터부와의 압착력을 통하여 회전토크를 형성하게 하여주는 가압스프링부와; 상기 로터부와 상기 가압스프링부 사이에 위치하여 상기 로터부의 회전에 의한 진동을 흡수하고 상기 가압스프링부의 미는 힘을 상기 로터부에 전달하는 제 1 와셔부와; 상기 가압스프링부 상단에 위치하고 상기 가압스프링부에 압력을 가해주는 스프링압력판부와; 상기 스테이터부 하단에 위치하고 상기 스테이터부에서 발생하는 진동을 일방향으로 절연하는 진동절연부와; 상기 진동절연부 하단에 위치하고 상기 스테이터부에서 발생하는 진동을 흡수하는 제 2 와셔부와; 상기 회전축의 하부 끝단에 위치하여 상기 회전축의 회전력을 지지해주는 니들 롤러 베어링부와; 상기 각 기능부들을 내부에 수용하고 지지하는 하우징부; 를 포함하여 구성된다.
초음파모터, 압전소자, 스테이터, 로터

Description

차량 또는 중장비용 초음파모터{Ultrasonic motor for vehicles or heavy equipment}
본 발명은 차량 또는 중장비용 초음파모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파모터의 스테이터부와 로터부의 압착력을 높이기 위한 가압스프링부의 구조를 다점화 및 평면화하여 모터의 효율을 증대시키고, 진동내구성을 향상시키기 위한 회전진동 흡수 및 윤활구조를 구비하고, 스테이터부에 부착하는 압전소자부의 형상을 모터의 회전방향으로 기울기를 가지도록 설계하여 회전력 및 회전수를 향상시키는 차량 또는 중장비용 초음파모터에 관한 것이다.
일반적으로 초음파모터는 자석이나 권선을 필요로 하지 않고 복수의 압전소자인 압전세라믹에 고주파 전압을 가하여 압전세라믹을 진동시키고 이 진동력에서 탄성체, 마찰판을 거쳐 일정 방향의 구동력, 즉 회전력을 얻는 장치이다.
압전세라믹이란 압력이 가해졌을 때 전압을 발생하고, 전기가 가해졌을 때 기계적인 변형이 일어나는 소자로서 기계적인 진동에너지를 전기에너지로, 전기에너지를 기계적인 진동에너지로 상호 변환이 가능하며 변환효율이 매우 높은 재료이다.
이러한 압전세라믹을 적용한 초음파모터는 다른 종류의 모터에 비해 저속에서 토크가 크고 효율이 높으며 중량당 토크가 크고 가동부의 관성을 작게 할 수 있으며 또한 발진회로를 이용한 주파수제어를 통하여 기동·역기동·정지 등의 제어 특성이 좋다. 또한, 회전토크가 크므로 기어 등에 의한 토크 확대 장치가 필요 없으며 발진제어회로를 통한 속도제어가 자유로운 바, 가감속 장치를 사용하지 않아도 되어 기계조립부간의 공차발생에 따른 NVH 문제점이 작고 정밀한 위치제어가 가능하다. 그리고, 전원을 끊어도 마찰력에 의해 자기유지 기능이 있고 회전자가 간단하며 공정자의 형상에 따른 진동모드를 사용할 수 있으므로 전동기 모양을 다양하게 만들 수 있으며 선형 전동기 실현이 쉽고 감속 장치를 필요로 하지 않으므로 운전이 정숙하다.
이런 특징으로 인해 초음파모터는 정교한 조작이 중요한 카메라의 렌즈촛점조절용 모터 등에서 많이 쓰이고 있다.
도 1은 일반적인 초음파모터의 구성을 나타낸 부분파단 사시도이다. 도시된 바와 같이, 스테이터부(110)는 전체적으로 링형태로 되어 있으며 상면에는 소정 간격으로 다수의 톱니부(111)가 형성되어 있다. 이 톱니부(111)는 사각단면모양을 하고 있으며 이 톱니부(111)의 상면은 로터부(130)에 접촉된다. 스테이터부(110)의 아랫면에는 압전소자부(120)가 부착되어 있다. 이 압전소자부(120)는 교류전원이 인가되면 일정 방향으로 진동하게 된다. 이 압전소자부(120)의 진동에 의해 스테이터부(110)의 톱니부(111)들도 진동하게 된다. 이 톱니부(111)들의 진동은 방향성을 가지며 시계방향 또는 반시계방향으로 진행된다. 로터부(130)는 원판모양을 하고 있으며 진동되는 톱니부(111)들의 상면에 접촉되어 마찰력에 의해 회전되게 된다. 이 로터부(130)의 중심부에 회전축(140)이 설치되어 있다. 또한, 스테이터부(110)와 로터부(130)의 압착력을 높이기 위해 원판모양의 스프링(100)을 구비하고 있다.
이러한 종래의 초음파모터의 경우 카메라의 렌즈촛점조절용 모터와 같은 소형 및 저출력인 가전 및 산업용으로 개발 이용되고 있다. 종래의 초음파모터의 경우 정교한 제어와 저소음동작에 특징이 있으나 상대적으로 출력이 작아 차량이나 중장비에 초음파모터를 사용할 경우 출력을 향상시켜 모터의 효율을 증대시킬 수 있는 구조와, 이에 따라 증가되는 회전토크에 의한 진동의 영향으로 취약해지는 진동내구성을 향상시키기 위한 회전진동 흡수 및 윤활구조가 필요하다.
그러나 종래의 초음파모터의 경우 모터의 출력을 향상시키기 위해 스테이터부와 로터부를 압착시키는 스프링을 구비하고 있으나 스테이터부와 로터부에 가해지는 압력을 고르게 분산시키지 못하고 가압력의 세기가 상대적으로 약한 문제점이 있다.
또한, 압전소자부는 초음파모터의 회전방향과 직각인 기울기를 가진 형상을 하고 있어 압전소자부에 전압이 가해질 경우 변위가 크며 높은 회전수를 얻을 수 없는 단점이 있다.
그리고, 상기와 같은 출력을 향상시킬 수 있는 구조가 초음파모터에 장착될 경우 증가되는 회전토크에 의한 진동의 영향에 의해 회전축의 회전중심을 기준으로 각 부품간의 유동 발생시 급격히 취약해지는 진동내구성을 향상시키기 위한 회전진동 흡수 및 윤활구조가 없는 문제점도 있다.
본 발명은 상기한 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 초음파모터의 스테이터부와 로터부의 압착력을 높이기 위한 가압스프링부의 구조를 다점화 및 평면화하여 모터의 효율을 증대시키고, 이에 따라 증가되는 회전토크에 의한 진동의 영향으로 취약해지는 진동내구성을 향상시키기 위한 회전진동 흡수 및 윤활구조를 구비하고, 스테이터부에 부착하는 압전소자부의 형상을 모터의 회전방향으로 기울기를 가지도록 설계하여 회전력 및 회전속도를 향상시키는데에 있다.
이를 위하여 본 발명은, 차량 또는 중장비용 초음파모터에 있어서 외부전압에 의해 상하좌우 진동의 미세변위를 만들어주는 압전소자부와; 상기 압전소자부를 적어도 하나 이상 구비하고, 분극된 방향이 서로 다른 상기 압전소자부들을 순차적으로 배열하여 상기 압전소자부의 상하좌우 진동의 미세변위를 물결모양의 진행파 형태로 증폭시켜주는 스테이터부와; 상기 스테이터부의 동력이 전달 가능하도록 상기 스테이터부의 상단에 연결되어 상기 스테이터부가 연속 순차적으로 상하좌우 진동을 할 때 상기 스테이터부와의 마찰로 인해 상하좌우 진동운동을 회전운동으로 바꾸어 주는 로터부와; 상기 로터부와 연결되어 상기 로터부의 회전력을 외부로 전달하는 회전축과; 상기 로터부와 상기 스테이터부와의 압착력을 높여 상기 초음파모터의 출력을 향상시킬 수 있도록 단위체적대비 스프링 상수가 크고 접촉면적에 대해 균일한 가압력을 주는 다이어프램 타입의 가압스프링부와; 상기 로터부와 상기 가압스프링부 사이에 위치하여 상기 로터부의 회전에 의한 진동을 흡수하고 상기 가압스프링부의 미는 힘을 상기 로터부에 전달하는 제 1 와셔부와; 상기 가압스프링부 상단에 위치하고 상기 가압스프링부에 압력을 가해주는 스프링압력판부와; 상기 스테이터부 하단에 위치하고 상기 스테이터부에서 발생하는 진동을 일방향으로 절연하는 진동절연부와; 상기 진동절연부 하단에 위치하고 상기 스테이터부에서 발생하는 진동을 흡수하는 제 2 와셔부와; 상기 회전축의 하부 끝단에 위치하여 상기 회전축의 상기 초음파모터 내부에서의 회전력을 지지해주는 니들 롤러 베어링부와; 상기 회전축이 관통될 수 있도록 관통부를 구비하며 상기 각 기능부들을 내부에 수용하고 지지하는 하우징부; 를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의하면 가압스프링부의 구조를 다점화 및 평면화하여 스테이터부와 로터부의 압착력을 높여 모터의 효율을 증대시키고, 스테이터부에 부착하는 압전소자부의 형상을 모터의 회전방향으로 기울기를 가지도록 설계하여 회전력 향상 및 회전수 증대를 도모하고, 회전진동 흡수 및 윤활구조인 니들 롤러 베어링부와 압력판부를 구비하여 회전토크에 의한 진동의 영향으로 취약해지는 진동내구성을 향상시키기는 효과가 있다. 또한, 전기모터 대비 얇은 구조적 특성을 이용하여 로터부와 스테이터부를 2단 이상 다층 배열하여 더욱 강화된 회전력 및 회전수를 발생시킴으로써 차량 또는 중장비에도 초음파모터를 적용할 수 있는 효과도 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 분해사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터는 외부전압에 의해 상하좌우 진동의 미세변위를 만들어주는 압전소자부(250)와, 분극된 방향이 서로 다른 상기 압전소자부(250)들을 배면에 순차적으로 배열하여 상기 압전소자부(250)의 상하좌우 진동의 미세변위를 증폭시켜주는 스테이터부(260)와, 상기 스테이터부(260)의 상단에 연결되어 상기 스테이터부(260)가 연속 순차적으로 상하좌우 진동을 할 때 상기 스테이터부(260)와의 마찰로 인해 상하좌우 진동운동을 회전운동으로 바꾸어 주는 로터부(240)와, 상기 로터부(240)와 연결되어 상기 로터부(240)의 회전력을 외부로 전달하는 회전축(200)과, 상기 로터부(240)와 상기 스테이터부(260)와의 압착력을 높여 초음파모터의 출력을 향상시킬 수 있도록 단위체적대비 스프링 상수가 크고 접촉면적에 대해 균일한 가압력을 주는 가압스프링부(220)와, 상기 로터부(240)와 상기 가압스프링부(220) 사이에 위치하여 상기 로터부(240)의 회전에 의한 진동을 흡수하고 상기 가압스프링부(220)의 미는 힘을 상기 로터부(240)에 전달하는 제 1 와셔부(230)와, 상기 가압스프링부(220) 상단에 위치하고 상기 가압스프링부(220)에 압력을 가해주는 스프링압력판부(210)와, 상기 스테이터부(260) 하단에 위치하고 상기 스테이터부(260)에서 발생하는 진동을 일방향으로 절연하는 진동절연부(270)와, 상기 진동절연부(270) 하단 에 위치하고 상기 스테이터부(260)에서 발생하는 진동을 흡수하는 제 2 와셔부(280)와, 상기 회전축(200)의 하부 끝단에 위치하여 상기 회전축(200)의 상기 초음파모터 내부에서의 회전력을 지지해주는 니들 롤러 베어링부(290)와, 상기 회전축(200)이 관통될 수 있도록 관통부를 구비하며 상기 각 기능부들을 내부에 수용하고 지지하는 하우징부(300, 301)로 구성된다.
압전소자부(250)는 외부전압에 의해 상하좌우 진동의 미세변위를 만들어주는 장치로서, 압전소자부(250)는 그 상하면에 전극을 형성하며, 그 각각의 전극으로는 전원공급수단으로부터 위상차를 가진 교류전원이 전기적으로 연결되어 공급된다. 상기 압전소자부(250)는 기계적 품질계수가 큰 납 티탄산 지르콘산연(Pb(ZrTi)O3) 계열의 압전세라믹스 또는 BaTiO3 계열 등 여러가지 다양한 조성비의 압전세라믹스가 사용될 수 있다. 압전소자부(250)의 형상과 구조에 대해서는 후술하여 자세히 설명하기로 한다.
스테이터부(260)는 상기 압전소자부(250)를 적어도 하나 이상 구비하고, 분극된 방향이 서로 다른 상기 압전소자부(250)들을 배면에 순차적으로 배열하여 상기 압전소자부(250)의 상하좌우 진동의 미세변위를 물결모양의 진행파 형태로 증폭시켜준다.
스테이터부(260)의 하부측에 다수의 압전소자부(250)들이 링 형태로 배치되고 다수의 전극으로 구분되어진 압전소자부(250)에 분극을 교대로 형성한 후, 위상차를 가지는 전압을 공진 주파수로 인가하게 되면, 압전소자부(250)의 표면에 타원 형 궤적을 가지는 진행파(traveling wave)가 발생된다. 이 진동은 방향성을 가지며 시계방향 또는 반시계방향으로 진행된다.
스테이터부(260)는 전체적으로 링 형태로 되어 있으며 상면에는 소정 간격으로 다수의 톱니부(265)가 형성되어 있는데 이 톱니부(265)의 상면 부분은 로터부(240)의 마찰부재에 접촉되는 부분이다. 즉, 상기 압전소자부(250)에 구동전압이 인가되면 압전소자부(250)들이 싸인파형 진동과 코싸인파형 진동을 하여 스테이터부(260)에는 진행파가 형성되고, 이는 다수개의 톱니부(265)를 통하여 진행파가 로터부(240)로 전달되어 로터부(240)가 회전하도록 한다.
로터부(240)는 상기 스테이터부(260)의 상단에 연결되어 상기 스테이터부(260)가 연속 순차적으로 상하좌우 진동을 할 때 상기 스테이터부(260)와의 마찰로 인해 상하좌우 진동운동을 회전운동으로 바꾸어 준다.
로터부(240)는 원판모양을 하고 있으며 진동되면서 시계방향 또는 반시계방향으로 진행하는 톱니부(265)들에 접촉되어 마찰력에 의해 회전되게 되는 부분이다. 이러한 로터부(240)의 중심부에 회전축(200)이 설치되어 있다.
또한, 이 로터부(240)의 하면에는 상기 스테이터부(260)의 톱니부(265)들과의 마찰력을 더 높이기 위하여 마찰부재(245)로 코팅되어져 있다.
회전축(200)은 상기 로터부(240)와 연결되어 상기 로터부(240)의 회전력을 외부로 전달하는 장치이다.
가압스프링부(220)는 상기 로터부(240)와 상기 스테이터부(260)와의 압착력을 높여 상기 초음파모터의 출력을 향상시킬 수 있도록 단위체적대비 스프링 상수 가 크고 접촉면적에 대해 균일한 가압력을 주는 다이어프램 타입의 스프링이다.
제 1 와셔부(230)는 상기 로터부(240)와 상기 가압스프링부(220) 사이에 위치하여 상기 로터부(240)의 회전에 의한 진동을 흡수하고 상기 가압스프링부(220)의 미는 힘을 상기 로터부(240)에 전달하는 장치이다.
스프링압력판부(210)는 상기 가압스프링부(220) 상단에 위치하고 상기 가압스프링부(220)에 압력을 가해주는 장치로서 상기 가압스프링부(220)의 돌기를 하방향쪽으로 밀어주므로써 상기 가압스프링부(220)의 압착력을 향상시킨다.
진동절연부(270)는 상기 스테이터부(260) 하단에 위치하고 상기 스테이터부(260)에서 발생하는 진동을 일방향으로 절연한다. 즉, 상기 스테이터부(260)에서 발생하는 진동은 상기 로터부(240)에 전달되어야 하고 상기 스테이터부(260) 하부쪽으로는 전달되지 않아야하기 때문에 상기 스테이터부(260) 하부쪽으로 전달되는 진동을 절연한다.
제 2 와셔부(280)는 상기 진동절연부(270) 하단에 위치하고 상기 스테이터부(260)에서 발생하는 진동을 흡수한다.
니들 롤러 베어링부(290)는 상기 회전축(200)의 하부 끝단에 위치하여 상기 회전축(200)의 초음파모터 내부에서의 회전력을 지지해주는 장치로서, 상기 회전축(200)의 고속/고하중에 대해 초음파모터 내부에서 원활하게 회전하도록 하여 회전토크에 의한 진동의 영향으로 취약해지는 진동내구성을 향상시킨다.
하우징부(300, 301)는 상기 회전축(200)이 관통될 수 있도록 관통부를 구비하며 상기 각 기능부들을 내부에 수용하고 지지하는 장치로서, 상부하우징부(300) 와 하부하우징부(301)로 구성된다.
초음파모터가 하우징부(300, 301)에 의해 감싸져 있기 때문에 외부의 이물질이 유입되지 않아 초음파모터가 오염되지 않고 상기 스테이터부(260)와 상기 로터부(240)의 접촉에 의해 발생하는 마모분 등의 이물질이 외부의 다른 장치를 오염시키지 않는다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 가압스프링부의 초기형상을 상세하게 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 가압스프링부의 초기형상은 스프링강 재질의 원판형태의 판재에 상기 회전축이 관통될 수 있도록 관통부(221)를 형성하고, 가압력이 상기 스테이터부와 상기 로터부 사이의 접촉면에 골고루 전달될 수 있게 원판의 중심부를 향하는 삼각형구조인 빗살모양의 돌기(225)를 다수개 형성하도록 가공한다. 이와 같은 초기형상은 프레스공정을 통해 초기 스프링 장력을 만들어 주기 위해 축방향으로 변형을 시키고 열처리를 통해 형상을 고정시킨 후 축방향으로 하중을 가하면 이 빗살모양의 돌기(225) 하나하나가 스프링 역할을 하게 되는바, 다수개의 빗살모양의 돌기(225)를 통해 발생된 가압력이 평탄면에서 상기 로터부 회전면에 골고루 분산되는 효과를 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 가 압스프링부의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 가압스프링부는 도 4의 초기형상을 프레스로 압착 및 열처리를 통해 스프링지지부(226), 돌기(228), 하중부가부(227)로 성형된 것이다.
스프링지지부(226)는 상기 하우징부(300)의 힌지에 접촉, 조립되는 장치로서 가압스프링부(220)에 압력이 발생할 수 있도록 가압스프링부(220)를 지지한다.
돌기(228)는 압력을 발생시켜주는 장치로서 상기 스프링압력판부(210)에 의해 돌기(228)가 하방으로 밀려 압력이 발생된다.
하중부가부(227)는 돌기(228)에서 발생된 압력을 상기 제 1 와셔부(230)를 통해 상기 로터부(240)에 균일하게 부가하는 장치로 상기 스프링지지부(226)와 상기 돌기(228) 사이에 위치하며 가압스프링부(220)의 하면에 링형상으로 돌출되도록 프레스 성형된 것이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 스테이터부(260) 하단의 압전소자부를 상세하게 나타낸 도면이다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 압전소자부(250)는 스테이터부(260) 하단에 초음파모터의 회전방향과 직각인 기울기를 갖고 균등하게 분할된 링 형상이 되도록 압전소자부(250)를 분극된 방향이 서로 다르게 순차적으로 배열한다.
압전소자부(250)들의 분극방향이 서로 반대이기 때문에, 상기 압전소자부(250)들 모두가 상기 스테이터부(260)와의 기계적인 공진에서 조화된 신호로 여 자될 때에 진행파가 생성될 수 있다. 즉, 어떤 압전소자부(250)가 상하방향의 분극방향을 갖는다면 그 옆의 압전소자부(250)는 좌우방향의 분극방향을 갖는다. 그리하여 위상차를 가지는 전압을 공진 주파수로 인가하게 되면, 연속적으로 배열된 압전소자부(250)들의 표면에 타원형 궤적을 가지는 진행파(traveling wave)가 발생되어 스테이터부(260)에 진행파를 형성한다. 어떤 경우에서라도 상기 압전소자부(250)들과 상기 스테이터부(260)는 진동 특성 때문에 공진모드를 가지며, 그 모드의 주파수는 스테이터부(260)와 압전소자부(250)의 두께, 길이 및 폭등과 같은 물리적인 크기와 탄성률 등의 물리적인 성질에 따르게 된다.
그러나, 상기 압전소자부(250)의 경우 전극의 경계면에 응력이 집중되기 때문에, 구동시 압전소자부(250)의 상하진동이 연속적인 흐름이 되지 못하며 응력 집중에 의한 균열 및 파괴가 발생하는 문제점이 있다.
도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 압전소자부(251)는 초음파모터의 회전방향으로 기울기를 갖는 형상이 되도록 배열한 것이다. 즉, 압전소자부(251)의 연속적인 상하진동의 흐름으로 구동되는 초음파모터의 경우 연속적이며 변위가 큰 파형이 지속적으로 발생되어야 높은 회전관성모멘트를 얻을 수 있는바, 초음파모터의 회전방향으로 압전소자부(251)의 기울기를 형성하게 하여 압전소자부(251)의 응력이 초음파모터의 회전방향으로 발생하게 하여 초음파모터의 회전력 및 RPM을 향상시킬 수 있다. 차량 또는 중장비용 모터는 양방향이 아닌 단방향으로 회전하는 모터의 사용빈도가 높음을 감안하여 역방향으로 구동되는 것은 고려하지 않는다.
또한, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 압전소자부(252)는 압전소자부(252) 의 경계면이 나선형태 또는 태극형태의 형상을 하도록 배열한 것이다. 즉, 압전소자부(252)의 경계면을 나선형태 또는 태극형태의 형상을 하도록 구성하여 응력이 압전소자부(252)들 사이에서 초음파모터의 회전방향으로 연속적으로 발생하기 쉽게 하고 집중되도록 하여 초음파모터의 회전력 및 RPM을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 니들 롤러 베어링부를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 니들 롤러 베어링부는 일면이 오픈된 하우징(291)과 니들 롤러 베어링(292), 압력판부(295)로 구성된다.
하우징(291)은 상기 회전축의 끝단이 들어올 수 있도록 일면이 오픈되어 있으며, 하우징(291)의 내주면은 니들 롤러 베어링(292)이 위치하고 있으며, 하우징(291)의 다른 일면에는 압력판부(295)가 장착되어 있다.
니들 롤러 베어링(292)은 원통형의 하우징(291) 내주면에 둘러져 설치된 구조로 이루어져 있다. 또한, 니들 롤러 베어링(292)은 원통형 형상을 하고 있고 상기 회전축이 초음파모터 내부에서 원활하게 회전하도록 지지한다.
압력판부(295)는 하우징(291)의 일면에 장착되고 상기 회전축의 끝단부에 위치하여 상기 회전축 회전시 유격에 의한 회전력 손실을 방지하기 위한 장치로서, 중합체 또는 함유소결합금 재질로 제작된다. 즉, 압력판부(295)는 회전토크에 의한 진동의 영향으로 취약해지는 진동내구성을 향상시키기 위한 회전진동 흡수 및 윤활 구조로서 특히 축방향으로 전이되는 진동에 대해 진동내구성을 향상시킨다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 압력판부를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 압력판부는 회전축접촉부(296)와 베어링접촉부(297)로 구성된다.
회전축접촉부(296)는 회전축(200)의 하단과 접촉하여 회전축(200)이 원활하게 회전하도록 하는 윤활구조 부분으로서, 윤활유를 충전할 경우 윤활유가 흐를 수 있도록 초음파모터의 회전방향으로 나선형의 홈을 형성한다.
베어링접촉부(297)는 상기 니들 롤러 베어링의 하단과 접촉하여 니들 롤러 베어링이 원활하게 회전하도록 하고 지지해주는 부분으로서, 다수개의 니들 롤러 베어링을 지지할 수 있도록 링 형상으로 제작한다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초음파모터의 구동부가 이중으로 설치된 차량 또는 중장비용 초음파모터의 분해사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초음파모터의 구동부(400)가 이중으로 설치된 차량 또는 중장비용 초음파모터는, 상기 제 1 실시예의 초음파모터의 구성요소들을 방향을 달리하여 마주보도록 이중으로 설치한다. 물론 방향을 달리하지 않도록 설치할 수도 있다. 방향을 달리하여 설치할 경우 한 방향으로만 회전하도록 전원부의 전극을 달리 공급하고 스테이터부(260, 261)의 하단부에 구비 되는 압전소자부의 형상을 초음파모터의 회전방향으로 변경하여 설치한다.
초음파모터의 구동부(400)를 이중으로 설치하기 때문에 초음파모터의 회전력 및 RPM이 향상되므로 차량 또는 중장비용으로 사용할 수 있다. 또한, 초음파모터의 구동부(400)를 다층으로 설치할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
도 1은 일반적인 초음파모터의 구성을 나타낸 부분파단 사시도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 분해사시도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 가압스프링부의 초기형상을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 가압스프링부의 단면도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 스테이터부 하단의 압전소자부를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 니들 롤러 베어링부를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 또는 중장비용 초음파모터의 압력판부를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초음파모터의 구동부가 이중으로 설치된 차량 또는 중장비용 초음파모터의 분해사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 스프링 110, 260 : 스테이터부
111, 265 : 톱니부 120, 250, 251, 252 : 압전소자부
130, 240 : 로터부 140, 200 : 회전축
210 : 스프링압력판부 220 : 가압스프링부
290 : 니들 롤러 베어링부 295 : 압력판부
300, 301 : 하우징부 400 : 구동부

Claims (7)

  1. 차량 또는 중장비용 초음파모터에 있어서,
    외부전압에 의해 상하좌우 진동의 미세변위를 만들어주는 압전소자부(250);
    상기 압전소자부를 적어도 하나 이상 구비하고, 분극된 방향이 서로 다른 상기 압전소자부들을 순차적으로 배열하여 상기 압전소자부의 상하좌우 진동의 미세변위를 물결모양의 진행파 형태로 증폭시켜주는 스테이터부(260);
    상기 스테이터부의 동력이 전달 가능하도록 상기 스테이터부의 상단에 연결되어 상기 스테이터부가 연속 순차적으로 상하좌우 진동을 할 때 상기 스테이터부와의 마찰로 인해 상하좌우 진동운동을 회전운동으로 바꾸어 주는 로터부(240);
    상기 로터부와 연결되어 상기 로터부의 회전력을 외부로 전달하는 회전축(200);
    상기 로터부와 상기 스테이터부와의 압착력을 높여 상기 초음파모터의 출력을 향상시킬 수 있도록 단위체적대비 스프링 상수가 크고 접촉면적에 대해 균일한 가압력을 주는 다이어프램 타입의 가압스프링부(220);
    상기 로터부와 상기 가압스프링부 사이에 위치하여 상기 로터부의 회전에 의한 진동을 흡수하고 상기 가압스프링부의 미는 힘을 상기 로터부에 전달하는 제 1 와셔부(230);
    상기 가압스프링부 상단에 위치하고 상기 가압스프링부에 압력을 가해주는 스프링압력판부(210);
    상기 스테이터부 하단에 위치하고 상기 스테이터부에서 발생하는 진동을 일방향으로 절연하는 진동절연부(270);
    상기 진동절연부 하단에 위치하고 상기 스테이터부에서 발생하는 진동을 흡수하는 제 2 와셔부(280);
    상기 회전축의 하부 끝단에 위치하여 상기 회전축의 상기 초음파모터 내부에서의 회전력을 지지해주는 니들 롤러 베어링부(290);
    상기 회전축이 관통될 수 있도록 관통부를 구비하며 상기 각 기능부들을 내부에 수용하고 지지하는 하우징부(300, 301);
    를 포함하여 구성되는 차량 또는 중장비용 초음파모터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압전소자부는,
    상기 초음파모터의 회전방향으로 기울기를 가지는 다각형 형상을 하여 일방향으로 회전력을 향상시키는 것을 특징으로 하는 차량 또는 중장비용 초음파모터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 로터부는,
    상기 스테이터부와의 마찰력을 높이기 위하여 상기 로터부 하부를 마찰부재로 코팅하는 것을 특징으로 하는 차량 또는 중장비용 초음파모터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가압스프링부는,
    상기 하우징부의 힌지에 접촉, 조립되어 상기 가압스프링부를 지지하는 스프링지지부;
    상기 스프링압력판부에 의해 하방으로 밀려 압력을 발생시키는 돌기;
    상기 돌기에서 발생된 압력을 상기 제 1 와셔부를 통해 상기 로터부에 부가하는 하중부가부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 또는 중장비용 초음파모터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 니들 롤러 베어링부는,
    상기 니들 롤러 베어링부의 하부에 구비되며 상기 회전축의 끝단부에 위치하여 상기 회전축 회전시 유격에 의한 회전력 손실을 방지하기 위한 중합체 또는 함유소결합금 재질의 압력판부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 또는 중장비용 초음파모터.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 압력판부는,
    상기 회전축의 하단과 접촉하여 회전축이 원활하게 회전하도록 하고, 윤활유를 충전할 경우 윤활유가 흐를 수 있도록 상기 초음파모터의 회전방향으로 나선형 의 홈을 형성하여 상기 회전축의 회전을 안내하는 회전축접촉부;
    니들 롤러 베어링의 하단과 접촉하여 니들 롤러 베어링이 원활하게 회전하도록 지지해주는 베어링접촉부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 또는 중장비용 초음파모터.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초음파모터의 구동부를 다층으로 구비하는 것을 특징으로 하는 차량 또는 중장비용 초음파모터.
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