KR20110081947A - 감소된 전압의 선형 모터 시스템들 및 및 그 방법들 - Google Patents

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데이비드 에이 헨더슨
다니엘 피짜
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뉴 스케일 테크놀로지스 인코포레이티드
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Abstract

선형 모터 시스템은 나사형 통로를 구비하는 요소와, 나사형 샤프트와, 구동 시스템을 포함한다. 나사형 샤프트는 관통 연장하는 회전축을 가지며, 나사형 통로의 적어도 일부와 적어도 부분적으로 결합되어 있다. 구동 시스템은 요소에 작동가능하게 연결된 적어도 두 개의 부재들을 포함한다. 두 개의 부재들 각각은 둘 이상의 압전층들과 전극들을 포함하며, 이 전극들은 압전층들 각각의 대향 표면들에 결합되어 있다. 부재들은 회전축을 따른 방향으로 팽창 및 수축하도록 구성되어 있다. 구동 시스템은 나사형 샤프트가 요소를 통한 회전축을 따른 방향으로 동시에 회전 및 병진하게 하고 회전축을 따른 방향으로 축방향 힘을 인가하도록 하는 진동들을 요소에 제공하도록 구성되어 있다.

Description

감소된 전압의 선형 모터 시스템들 및 및 그 방법들 {REDUCED-VOLTAGE, LINEAR MOTOR SYSTEMS AND METHODS THEREOF}
본 출원은 그 전문이 참조로 본 명세서에 통합되어 있는 2008년 8월 18일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/228,923호의 이득을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 모터 시스템들 및 그 방법들에 관한 것이며, 더 구체적으로, 감소된 전압의 선형 모터 시스템들 및 그 방법들에 관한 것이다.
압전 기술들을 사용하는 트랜스듀서들은 나노미터 규모의 정밀한 위치설정을 위해 사용된다. 통상적으로, 압전 장치들은 충전 및 방전시 형상이 변하는 커패시터로 형성되는 세라믹을 포함한다. 이들 압전 장치들은 그 형상 변화 특성들(즉, 진동들)에 기인하여 위치설정 작동기들로서 사용될 수 있다. 이런 압전 장치들이 위치설정 작동기로서 사용될 때, 세라믹의 형상 변화는 대략 세라믹을 가로질러 인가된 전압차에 비례한다.
선형 모터들은 고속, 고 토크, 작은 크기 및 조용한 작동을 갖는 나사형 샤프트의 연속적 이동을 생성하기 위해 압전 생성 진동들을 사용한다. 예시적 종래 기술 선형 모터는 나사형 요소 또는 너트를 지지하는 실린더를 포함한다. 실린더는 원형 궤도를 생성하도록 플러스 또는 마이너스 90도 위상을 갖는 초음파 범위의 제1 굴곡 모드 공진 주파수에서 실린더의 직교 굴곡 모드들을 동시에 여기하기 위해 네 개의 대칭적으로 위치된 압전 트랜스듀서들을 포함한다. 나사형 요소는 공진 주파수에서 실린더의 중심선을 궤도를 그리며 돌며 이는 나사형 샤프트를 회전시키는 토크를 발생시키고, 이것이 나사형 샤프트를 선형적으로 이동시킨다.
이러한 선형 모터는 통상적으로 약 40 볼트에서 작동한다. 그러나, 셀 전화들, 카메라들 등의 광학 시스템들은 단지 약 3 볼트의 전지만을 포함한다. 이들 장치들은 전압을 증가 및/또는 승압(step-up) 시키기 위한 DC-DC 부스트 회로나 변압기를 사용하지 않고는 모터를 의도대로 작동시키기에 충분한 전압을 공급할 수 없다. 변압기는 예로서, 셀 전화 카메라에 여분의 회로, 부피, 중량 및 여분의 비용을 추가한다.
본 발명의 실시예들에 따른 선형 모터 시스템은 나사형 통로를 구비한 요소, 나사형 샤프트 및 구동 시스템을 포함한다. 나사형 샤프트는 관통 연장하는 회전축을 가지며, 나사형 통로의 적어도 일부와 적어도 부분적으로 결합되어 있다. 구동 시스템은 요소에 작동식으로 연결된 적어도 두 개의 부재들을 포함한다. 두 개의 부재들 각각은 둘 이상의 압전층들과 전극들을 포함하며, 이 전극들은 각각의 압전층들의 대향 표면들에 결합되어 있다. 부재들은 회전축을 따른 방향으로 팽창 및 수축하도록 구성되어 있다. 구동 시스템은 나사형 샤프트가 요소를 통한 회전축을 따른 방향으로 동시에 회전 및 병진하게 하고 회전축을 따른 방향으로 축방향 힘을 인가하게 하는 진동들을 요소에 제공하도록 구성되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광학적 렌즈 조립체는 선형 모터 시스템과 광학 렌즈를 포함한다. 선형 모터 시스템은 나사형 통로를 구비한 요소와, 나사형 샤프트와, 구동 시스템을 포함한다. 나사형 샤프트는 나사형 통로의 적어도 일부와 적어도 부분적으로 결합되며, 관통 연장하는 회전축을 구비한다. 구동 시스템은 나사형 샤프트가 요소를 통한 회전축을 따른 방향으로 동시에 회전 및 병진하게 하고 회전축을 따른 방향으로 축방향 힘을 인가하게 하는 진동들을 요소에 제공하고 적어도 두 개의 부재들을 포함한다. 적어도 두 개의 부재들 각각은 회전축을 따른 방향으로 팽창 및 수축하도록 구성된 둘 이상의 압전층들을 포함한다. 광학 렌즈는 선형 모터 시스템에 결합된다. 선형 모터 시스템은 회전축을 따른 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 광학 렌즈를 이동시키도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예들에 따른 부하를 구동하는 방법은 요소 내의 나사형 통로의 적어도 일부와 적어도 부분적으로 결합하면서, 관통 연장하는 회전축을 구비하는 나사형 샤프트를 부하에 작동식으로 연결하는 단계를 포함한다. 회전축을 따른 방향으로 팽창 및 수축하도록 구성되며, 요소에 연결되는 적어도 두 개의 부재들에 진동들을 제공하는 단계는 나사형 샤프트가 부하를 이동시키는 요소를 통한 회전축을 따른 방향으로 동시에 회전 및 병진하게 한다. 두 개의 부재들 각각은 둘 이상의 압전층들과, 압전층들 각각의 대향 표면들에 결합된 전극들을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예들에 다른 선형 모터를 제조하는 방법은 요소 내의 나사형 통로 내에 회전축을 구비하는 나사형 샤프트를 적어도 부분적으로 결합하는 단계를 포함한다. 구동 시스템의 적어도 두 개의 부재들을 요소에 연결한다. 두 개의 부재들 각각은 둘 이상의 압전층들과, 압전층들 각각의 대향 표면들에 결합된 전극들을 포함한다. 압전층들 각각은 회전축을 따른 방향으로 팽창 및 수축하도록 구성된다. 구동 시스템은 나사형 샤프트가 요소를 통한 회전축을 따른 방향으로 동시에 회전 및 병진하게 하고 회전축을 따른 방향으로 축방향 힘을 인가하게 하는 진동들을 요소에 제공하도록 구성된다.
본 발명은 더 효율적이고 더 소형인 선형 모터 시스템을 제공하는 것을 포함하는 다수의 장점들을 제공한다. 선형 모터 시스템은 DC-DC 부스터 회로 및/또는 변압기 없이 약 2.8 볼트에서 직접적으로 작동한다. 선형 모터 시스템은 단지 예로서 카메라들의 자동 초점 시스템들 및 자동 줌 시스템들 같은 다양한 다른 용례들에서 다양한 서로 다른 부하들을 이동시키도록 사용될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 선형 모터 시스템의 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 예시된 선형 모터 시스템의 구동 시스템의 부분 확대도이다.
도 2는 도 1a의 선형 모터 시스템의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1b의 구동 시스템의 일 부재의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 2개 풀 브리지 구동 시스템의 도면이다.
도 5는 도 1a의 선형 모터 시스템을 구동하기 위한 구동 시스템에 의해 인가되는 전기 신호들의 일 예의 도면이다.
도 6은 도 1a의 선형 모터 시스템을 위한 전기적 연결들을 설명하는 표이다.
도 7은 도 1a에 예시된 선형 모터 시스템을 위한 예시적 타원 궤도를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 두 개의 선형 모터 시스템들을 갖는 광학 시스템을 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시예들에 따른 선형 모터 시스템(100)이 도 1a, 도 1b 및 도 2에 예시되어 있다. 선형 모터 시스템(100)은 나사형 통로를 갖는 요소(110), 나사형 샤프트(120) 및 구동 시스템(130)을 포함한다. 선형 모터 시스템(100)은 다른 유형들 및 다른 방식들로 연결되어 있는 다수의 시스템들, 장치들 및 구성요소들을 포함할 수 있다. 본 발명은 더 소형이고 효율적인 선형 모터 시스템을 제공한다.
도 1a를 참조하면, 선형 모터 시스템(100)은 선형 방향으로 부하(예를 들어, 광학 렌즈)를 이동시키기 위한 힘을 발생시킨다. 선형 모터 시스템(100)은 다른 방향들로 다른 유형의 부하들을 이동시킬 수 있는 것으로 고려된다. 요소(110)의 내부 통로는 부분적으로 나사형성되거나 전체적으로 나사형성될 수 있다. 나사형 샤프트(120)는 나사형 샤프트(120)가 그를 중심으로 회전하는 회전축(125)을 갖는다. 또한, 나사형 샤프트(120)는 회전축(125)을 따른 방향으로 병진한다. 일부 실시예들에서, 나사형 샤프트(120)는 적어도 하나의 둥근 단부(122)를 포함한다. 둥근 단부(122)는 마찰력들을 감소시키고, 부하를 이동시키기 위한 힘을 인가하는 것을 돕는다.
일부 실시예들에 따라서, 구동 시스템(130)은 4개 부재들(132a-d), 가요성 회로(140) 및 풀 브리지(full-bridge) 구동 시스템(150)을 포함한다. 구동 시스템(130)은 다른 부재들 및 다른 유형의 구조들을 포함할 수 있는 것으로 고려된다. 각 부재(132a-d)는 그 두께(T)(도 2에 도시됨)를 가로질러 전압차를 받으면 길이가 변하도록 구성된다. 구체적으로, 부재들(132a-d)은 나사형 샤프트(120)의 회전축(125)을 따른 방향으로 팽창 및/또는 수축할 수 있다. 부재들(132a-d) 각각은 둘 이상의 압전층들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 부재들(132a-d)은 약 5개 압전층들과 약 25개 압전층들 사이를 포함한다. 일부 실시예들에서, 부재들(132a-d)은 약 13개 압전층들을 포함한다.
압전층들 각각은 대향 표면들에 결합된 한 쌍의 전극들을 구비한다. 압전 층들 및 전극들이 배향 및 배열은 도 1b 및 도 3에서 가장 잘 볼 수 있으며, 이들은 양자 모두 이하에 상세히 설명된다. 도 1a를 다시 참조하면, 부재들(132a-d)은 각각 세라믹 재료로 형성되며, 내부 전도성 전극들과 함께 판의 형상의 다층 압전 트랜스듀서로 동시소성(co-fired) 된다. 일부 실시예들에서, 부재들(132a-d)을 형성하기 위해 다른 유형들 및 형상들의 압전 재료들과 다른 방식들이 가능한 것으로 고려된다.
가요성 회로(140)는 전기적 커플러라고도 지칭될 수 있다. 가요성 회로(140)는 각 압전층 사이에 위치된 전극들을 풀 브리지 구동 시스템(150)과 전기적으로 결합시킨다. 가요성 회로(140)는 전기 단자들(142)이 부재들(132a-d) 상의 "L"형 전극들(134a-d, 136a-d)(도 2에 도시됨)과 정렬되어 전기적으로 결합하도록 요소(110) 둘레에 굴곡 및/또는 감겨지도록 구성된다. 가요성 회로(140)는 적어도 4개의 서로 다른 전기 신호들(470A-D)(도 4에 도시됨)을 다양한 전기 단자들(142)에 전달하는 적어도 4개의 전기적 트레이스들(144a-d)을 포함한다.
풀 브리지 구동 시스템(150)은 전압 소스(461)를 포함하고, 4개 신호 출력부들(154a-d)을 구비하며, 이 출력부들은 구형파 전압 신호들을 제공한다. 다른 유형들 및 수의 전압 신호들, 구동 회로들 및 더 많거나 더 적은 출력부들을 갖는 시스템들이 사용될 수 있는 것으로 고려된다. 4개 신호 출력부들(154a-d) 각각은 가요성 회로(140)를 통해 구형파 전압 신호들 중 하나를 분배하도록 각각의 전기적 트레이스(144a-d)에 전기적으로 연결된다. 풀 브리지 구동 시스템(150)은 하프 브리지 회로에 비해 부재들(132a-d) 각각 내의 각각의 압전층을 가로지른 전압차를 효과적으로 배가시키고, 기계적 출력을 배가시킨다. 이런 풀 브리지 구동 시스템을 사용하는 것은 시스템의 입력 전압 및 전력 수요들을 감소시킬 수 있지만, 하프 브리지 회로 시스템 같은 다른 유형의 시스템들도 여전히 사용될 수 있다. 풀 브리지 구동 시스템들의 구성요소들 및 동작은 본 기술 분야의 통상적 지식을 가진 자들에게 잘 알려져 있기 때문에, 여기서는 상세히 설명하지 않는다.
도 1b를 참조하면, 일부 실시예들에 따른 구동 시스템(130)의 부분 확대도가 도시되어 있다. 더 구체적으로, 다층 압전 부재들(132a, b, d)의 일 예가 도시되어 있다. 부재(132a)를 참조하면, 교번배치된(interwoven) 전극들(134, 136)의 제1 및 제2 세트들을 구비한 복수의 압전층들(133)이 도시되어 있다. 교번배치된 전극들(134)의 제1 세트는 공통적으로 "L"형 전극(134a)에 연결된다. 유사하게, 교번배치된 전극들(136)의 제2 세트는 공통적으로 대향한 "L"형 전극(136a)(도 2에 도시됨)에 연결된다. "L"형 전극(134a)은 교번배치된 전극들(134)의 제1 세트를 단자(142)에 전기적으로 연결하고, 단자(142)는 전기적 트레이스(144c)를 통해 풀 브리지 구동 시스템(150)에 전기적으로 결합된다. 유사하게, 대향한 "L"형 전극(136a)은 교번배치된 전극들(136)의 제2 세트를 단자(도 1b에는 미도시)에 전기적으로 연결하고, 이 단자는 또한 전기적 트레이스(144d)를 통해 풀 브리지 구동 시스템(150)에 전기적으로 결합된다. 부재들(132b-d)은 유사하게 복수의 압전층들, 교번배치된 전극들(134, 136)의 제1 및 제2 세트 및 "L"형 전극들(134b-d, 135b-d)을 각각 포함한다.
일부 실시예들에 따라서, 압전층들(133) 각각은 약 14㎛의 두께(T)를 갖지만, 압전층들(133) 각각을 위해 다른 두께들 및/또는 변하는 두께들이 사용될 수도 있다. 압전층들(133)은 약 5㎛ 내지 약 40㎛ 사이의 두께(T)를 가질 수 있는 것으로 고려된다. 복수의 얇은 압전층들(133)(예를 들어, 약 5㎛ 두께 내지 약 40㎛ 두께)을 사용하여 부재들(132a-d) 각각을 형성하는 것은 두꺼운 단일체 압전층을 사용할 때(예를 들어, 200㎛ 두께) 가능한 것보다 더 낮은 전압이 사용될 수 있게 한다. 구체적으로, 상대적으로 더 얇은 압전층들(133)은 두꺼운 단일체 압전층에 비해 각각의 압전층의 두께(T)를 가로질러 비교적 작은 전압차가 인가될 때 동일한 양으로 회전축(125)을 따른 방향으로 팽창 및/또는 수축한다. 따라서, 다층 압전 부재(예를 들어, 부재들 132a-d)은 단일체 압전 부재와 동일한 양으로, 그러나, 더 작은 전압차의 인가에 의거하여, 회전축(125)을 따른 방향으로 팽창 및/또는 수축할 수 있다. 예로서, 통상적 종래 기술 단일체 압전 부재는 동작을 위해 약 40 볼트를 필요로 하지만, 다층 압전 부재들(예를 들어, 부재들 132a-d)은 동작을 위해 단지 약 2.8 볼트만을 필요로 한다. 이하에 더 상세히 설명될 바와 같이, 부재들(132a-d)의 팽창 및/또는 수축은 요소(110)가 굴곡 및/또는 진동하게 한다. 요소(110)의 이들 진동들은 나사형 샤프트(120)를 선형적으로 구동하고, 나사형 샤프트(120)가 부하에 힘을 인가하게 한다.
도 2를 참조하면, 일부 실시예들에 따른 선형 모터 시스템(100)의 분해 사시도가 도시되어 있다. 나사형 샤프트(120)는 요소(110)의 나사형 통로 내의 위치로 나사결합될 수 있다. 부재들(132a-d) 각각의 저부면은 요소(110)의 대응 외부면에 강성적으로 부착된다. 부재들(132a-d)은 다양한 접착제들 및/또는 접합제들을 사용하여 요소(110)에 부착될 수 있다.
가요성 회로(140)는 부분적으로 접혀진 위치로 도시되어 있다. 가요성 회로(140)는 요소(110)와 부재들(132a-d) 둘레에 가요성 회로(140)를 감는 것을 돕기 위해 소정 위치로 굴곡되도록 사전배치될 수 있다. 가요성 회로(140)는 8개 단자들(142)과, 4개 전기적 트레이스들(144a-d)을 포함하며, 이들은 풀 브리지 구동 시스템(150)의 4개 신호 출력부들(154a-d)에 부착되어 있다. 전기적 트레이스들(144a-d) 각각은 각 전기적 트레이스(144a-d)가 두 개의 서로 다른 단자들(142)에 전기적으로 부착되도록 가요성 회로(140)의 다양한 층들 내에 위치되어 있다. 일부 실시예들에서, 가요성 회로(140)는 8개 전기적 트레이스들을 포함할 수 있으며, 여기서, 8개 전기적 트레이스들 각각은 8개 단자들(142) 중 하나에 전기적으로 부착되는 것으로 고려된다. 일부 실시예들에서, 가요성 회로(140)는 요소(110)와 부재들(132a-d) 둘레에 가요성 회로(140)를 감는 것을 추가로 돕기 위해 사전배치된 굴곡 라인들을 따라 다수의 구멍들(147)을 추가로 포함할 수 있다. 예시된 전기적 트레이스들(144a-d)의 경로들은 단지 예시적인 것이며, 전기적 트레이스들(144a-d)의 경로들의 실제 배치를 제한하고자 하는 것은 아니다. 전기적 트레이스들(144a-d)을 부재들(132a-d)에 연결하는 방식의 일 예에 대하여, 도 5 및 도 6을 참조한다.
각 부재(132a-d)는 각각 두 개의 "L"형 전극들(134a-d, 136a-d)을 각각 포함한다. 일부 실시예들에 따라서, "L"형 전극들(134a-d, 136a-d) 각각은 교번배치된 전극들(134, 136)의 제1 및 제2 세트 각각과 전기적으로 결합되어 있다. "L"형 전극들은 부재들(132a-d)의 외부면에 부착될 수 있거나, 부분적으로 내재적일 수 있다. 다른 방식으로서, "L"형 전극들(134a-d, 136a-d)은 부재들(132a-d)의 외부면들 중 하나 이상 상에 완전히 노출될 수 있거나, 단지 부분적으로 노출될 수 있다. 그러나, "L"형 전극들(134a-d, 136a-d) 각각의 적어도 일부는 "L"형 전극들(134a-d, 136a-d)이 인접한 가요성 회로(140) 상의 단자들(142) 중 하나와 전기적으로 결합될 수 있도록 부재들(132a-d) 상에 위치되어야만 한다. 요소(110)는 부재들(132a-d)의 진동 진폭이 제1 굴곡 공진 모드에 대해 최소치가 되는 회전축(125)에 수직인 적어도 두 개의 노드 평면들(nodal planes)을 포함한다. 일부 실시예들에 따라서, 부재들(132a-d) 각각에 대하여, 단자들(142) 중 하나는 실질적으로 요소(110)의 두 개의 노드 평면들 각각에 위치된다.
도 3을 참조하면, 일부 실시예들에 따라서 다수의 압전층들을 갖는 부재(132a)의 단면도가 도시되어 있다. 다층 압전 부재들(예를 들어, 부재들 132a-d)은 Takahashi 등에게 허여된 미국 특허 제4,523,121호 및 Kenji Uchino 및 Jayne R. Giniewicz의 Micromechatronics 챕터 4(2003)(ISBN: 0-8247-4109-9)에 설명된 바와 같은 임의의 종래의 기술 또는 임의의 다른 적절한 기술에 따라 제조될 수 있다. 부재들(132b-d)의 단면은 부재(132a)의 단면과 동일하다. 부재(132a)는 다수의 압전층들(133), 교번배치된 전극들(134)의 제1 세트 및 교번배치된 전극들(136)의 제2 세트를 포함한다. 교번배치된 전극들(134)의 제1 세트는 "L"형 전극(134a)에 전기적으로 연결된다. 교번배치된 전극들(136)의 제2 세트는 "L"형 전극(136a)에 전기적으로 연결된다. "L"형 전극들(134a, 136a)은 부재(132a)의 대향 단부들에 결합된다. 전극들 및/또는 전기적 연결부들의 다른 유형들 및 부재들이 고려된다.
교번배치된 전극들(134)의 제1 세트 내의 전극들 중 각각의 전극은 각각의 압전층의 제1 표면에 부착되고, 교번배치된 전극들(136)의 제2 세트 내의 전극들 중 정합하는 전극은 동일한 각각의 압전층의 제2 대향 표면에 부착된다. 예로서, 전극(134')과 전극(136')은 제1 정합 전극 쌍을 포함하며, 이들은 두께(T)를 갖는 압전층(133')의 대향 표면들에 결합 및/또는 개재된다. "L"형 전극들(134a, 136a) 각각은 전압 소스(353)에 결합된다.
"L"형 전극들(134a, 136a)은 가요성 회로(140)를 통해 풀 브리지 구동 시스템(150)에 결합된다. 전압차는 전압 소스(353)를 사용하여 부재(132a)의 두께를 가로질러 인가될 수 있다. 구체적으로, 전압차는 교번배치된 전극들(134, 136)의 제1 및 제2 세트들을 사용하여 압전층들(133) 각각의 두께(T)를 가로질러 인가될 수 있다. 일부 실시예들에 따라서, 압전층들(133) 각각의 전기적 다이폴들의 배향에 따라서, 전압차는 부재(132a)의 압전층들(133) 각각이 회전축(125)의 축을 따른 방향으로 팽창 및/또는 수축하게 한다.
부재들(132a-d)(도 2에 도시됨) 각각은 양 및 음의 극성(137)을 가지며, 이는 제조 과정 동안 성극(poling)에 의해 생성된다. 예로서, "L"형 전극(134a)이 양이고, "L"형 전극(136a)은 음인 경우, 전압 소스(353)의 두 개의 단자들(353a, 353b) 사이의 전압차가 양이 되도록 "L"형 전극들(134a, 136a) 사이에 전압차가 인가될 때, 이때, 부재(예를 들어, 부재 132a-d)는 수축 및/또는 축소된다. 부가적으로, 두 단자들(353a, 353b) 사이의 전압차가 음이 되도록 "L"형 전극들(134a, 136a) 사이에 전압차가 인가될 때, 이때, 부재(예를 들어, 부재 132a-d)는 길이가 팽창 및/또는 증가한다. L로부터 L'로 부재(132a)의 길이가 증가하는 일 예가 점선(132a')에 의해 예시되어 있다.
도 4를 참조하면, 일부 실시예들에 따른 제1 및 제2 풀 브리지 구동 시스템(150A, B)을 예시하는 회로 블록도가 도시되어 있다. 제1 및 제2 풀 브리지 구동 시스템들(150A, B) 각각은 전압 소스(152)를 포함하며, 이는 예로서, 셀 전화, 카메라 또는 PDA 내의 전지일 수 있다. 일부 실시예들에 따라서, 제어 회로(480)는 마이크로콘트롤러 및/또는 마이크로프로세서와, 제1 펄스폭 변조(PWM) 입력 신호(470(1)') 및 제2 PWM 입력 신호(470(2)')를 생성하기 위한 위상 이동 회로를 포함한다. 제어 회로(480)는 PWM 입력 신호들(470(1)', 470(2)') 중 하나를 나머지에 관하여 980도 위상 이동시키고 신호들(470(1)', 470(2)')을 제1 및 제2 풀 브리지 구동 시스템들(150A, B)에 전송하도록 구성되어 있다. 구체적으로, 제1 PWM 입력 신호(470(1)')는 제1 풀 브리지 구동 시스템(150A)에 전송되고, 제2 PWM 입력 신호(470(2)')는 제2 풀 브리지 구동 시스템(150B)에 전송된다. 일부 실시예들에 따라서, 위상 이동 회로는 제한 회로(limitation circuit)라 지칭될 수 있다.
제1 풀 브리지 구동 시스템(150A)은 제1 PWM 입력 신호(470(1)')를 제1 전기 신호(470A) 및 제2 전기 신호(470B)로 증폭 및 분할한다. 전기 신호들(470A, B) 중 하나는 다른 전기 신호에 대해 180도 위상 이동되어 부재들(132a, c)의 압전층들(133) 각각을 가로지른 유효 전압차를 배가시킨다. 제1 및 제2 전기 신호들(470A, B)은 부재들(132a, c)을 구동하기 위해 가요성 회로(140)를 통해 부재들(132a, c)에 전송된다. 유사하게, 제2 풀 브리지 구동 시스템(150B)은 제2 PWM 입력 신호(470(2)')를 제3 전기 신호(470C) 및 제4 전기 신호(470D)로 증폭 및 분할한다. 전기 신호들(470C, D) 중 하나는 다른 전기 신호에 대해 180도 위상 이동되어 부재들(132b, d)의 압전층들(133) 각각을 가로지른 유효 전압차를 배가시킨다. 제3 및 제4 전기 신호들(470C, D)은 부재들(132b, d)을 구동하기 위해 가요성 회로(140)를 통해 부재들(132b, d)에 전송된다.
일부 실시예들에 따라서, 그 각각의 부재들(132a-d)에 제1 및 제2 또는 제3 및 제4 전기 신호들(470A, B, 470 C, D)을 전송하기 위해 풀 브리지 구동 시스템(150A, B)을 사용하는 것은 구동 시스템(130)이 공통적으로 접지될(462) 수 있게 한다. 전극들(134a-d, 136a-d)은 공통 접지에 대해 부유되어 있으며, 독립적으로 구동되고, 이는 종래 기술 선형 모터 시스템들에서 통상적으로 요구되는 바와 같은 요소(110)에 대해 공통 접지 배선을 납땜할 필요성을 제거한다. 요소(110)에 납땜된 공통 접지 배선의 제거는 선형 모터 시스템(100) 같은 선형 모터 시스템을 제조하는데 소요되는 시간 및 비용을 감소시킨다.
도 5를 참조하면, 전기 신호들(470A-D)은 각각의 부재들(132a-d)에 전송되는 것으로 예시 및 도시되어 있다. 제1 전기 신호(470A)는 구형파 전압 신호이며, 역시 구형파 전압 신호인 제2 전기 신호(470B)로부터 약 180도 위상차를 갖는다. 유사하게, 제3 전기 신호(470C)는 구형파 전압 신호이며, 역시 구형파 전압 신호인 제4 전기 신호(470D)로부터 약 180도 위상차를 갖는다. 제1 및 제2 전기 신호들(470A, B)은 단자들(142)을 통해 제1 부재(132a) 상의 각각의 "L"형 전극들(134a, 136a)에, 그리고, 또한, 제3 부재(132c) 상의 각각의 "L"형 전극들(134c, 136c)에 부착되어 있는 전기적 트레이스들(144c, d)을 통해 전송된다. 제3 및 제4 전기 신호들(470C, D)은 단자들(142)을 통해 제2 부재(132b) 상의 각각의 "L"형 전극들(134b, 136b)에, 그리고, 또한, 제4 부재(132d) 상의 각각의 "L"형 전극들(134d, 136d)에 부착되어 있는 전기적 트레이스들(144a, b)을 통해 전송된다. 도 5에 도시되고 도 4에 예시되어 있는 "L"형 전극들(134a-d, 136a-d)은 부재들(132a-d)의 더 긴 에지들 상에 배치될 수 있으며, 도 1 내지 도 3에 도시된 "L"형 전극들(134a-d, 136a-d)과 전기적으로 동일하다.
도 6을 참조하면, 부재들(132a-d)을 위한 전기적 연결들의 일 예를 상세히 설명하는 표가 도시되어 있다. 표에 도시된 바와 같이, 부재들(132a-d) 각각은 "L"형 전극들(134a-d)이 양이고, "L"형 전극들(136a-d)이 음이되도록 각각 양 및 음의 극성(137)을 갖는다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 일부 실시예들에 따라서, 제1 부재(132a) 및 제3 부재(132c)는 함께 작동하는 대향 부재들의 제1 쌍을 포함하고, 제2 부재(132b) 및 제4 부재(132d)는 함께 작동하는 대향 부재들의 제2 쌍을 포함한다. 대향 부재들의 제1 쌍에 제공된 전기 신호들(470A, B)은 회전축(125)을 따른 방향으로 나사형 샤프트(120)가 회전 및 병진하게 하도록 대향 부재들의 제2 쌍에 제공된 전기 신호들(470C, D)에 대해 약 90도 위상 이동되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같은, 양의 90도 위상 이동은 나사형 샤프트(120)의 양 또는 순방향 병진을 생성하고, 음의 90도 위상 이동은 나사형 샤프트(120)의 음의 또는 역방향 병진을 생성한다. 일부 실시예들에 따라서, 전기 신호(470A-D)의 주파수는 실질적으로 모터 시스템(100)의 제1 굴곡 모드 공진과 동일하다. 특정 전기 신호들 및 위상 이동들이 설명되었지만, 신호들(470A-D)의 다른 주파수 범위들, 형상들 및 위상차들이 고려될 수 있다.
이제, 선형 모터 시스템(100)의 동작이 도 1a, 도 1b 내지 도 6을 참조로하여 설명될 것이다. 상술한 바와 같이, 제1 부재(132a) 및 제3 부재(132c)는 일 방향으로 요소(110)를 굴곡시키도록 함께 동작하는 대향 부재들의 제1 쌍을 포함하며, 전기 신호들(470A, B)이 인가될 때 부재들 중 하나의 길이가 증가하고 다른 부재는 길이가 감소한다. 유사하게, 제2 부재(132b) 및 제4 부재(132d)는 일 방향으로 요소(110)를 굴곡시키도록 함께 동작하는 대향 부재들의 제2 쌍을 포함하며, 전기 신호들(470C, D)이 인가될 때 부재들 중 하나의 길이가 증가하고 다른 부재는 길이가 감소한다.
풀 브리지 구동 시스템(150A)은 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 PWM 입력 신호(470(1)')를 수신한다. 제1 PWM 입력 신호(470(1)')는 전기 신호들(470A, B)로 분할되고, 이 전기 신호들 중 하나는 나머지에 대해 180도 위상 이동된다. 전기 신호들(470A, B) 각각은 전압 소스(152)를 사용하여 증폭되고, 가요성 회로(140)(도 1a 참조)를 통해 대향 부재들의 제1 쌍으로 전송된다. 전기 신호들(470A, B) 각각은 부재들(132a, c)(연결들에 대하여, 도 5 및 6 참조)에 부착된 두 개의 대향 "L"형 전극들(134a, 136a 및 134c, 136c)에 전송된다. 구체적으로, 제1 전기 신호(470A)는 "L"형 전극들(134a, 136c)에 전송되고, 제2 전기 신호(470B)는 "L"형 전극들(136a, 134c)에 전송된다("L"형 전극들의 배향에 대해서는 도 2 참조).
도 3에 관하여, "L"형 전극(134a)은 교번배치된 전극들(134)의 제1 세트에 전기적으로 결합되고, "L"형 전극(136a)은 교번배치된 전극들(136)의 제2 세트와 전기적으로 결합된다. 유사하게, "L"형 전극(134c)은 교번배치된 전극들(134)의 제1 세트와 전기적으로 결합되고, "L"형 전극(136c)은 교번배치된 전극들(136)의 제2 세트와 전기적으로 결합된다. 그 각각의 교번배치된 전극들(134, 136)의 세트들에 대하여 "L"형 전극들(136a, 134c)은 제1 전기 신호(470A)를 전기적으로 인가하고, "L"형 전극들(134a, 136c)은 제2 전기 신호(470B)를 인가한다. 교번배치된 전극들의 대향 세트들에 대한 전기 신호들(470A, B)의 인가는 제1 및 제3 부재들(132a, c) 내의 각 압전층(133)을 가로질러 전압차를 생성한다.
풀 브리지 구동 시스템(150A)과 유사하게, 풀 브리지 구동 시스템(150B)은 도 4에 도시된 바와 같이 제2 PWM 입력 신호(470(2)')를 수신한다. 제2 PWM 입력 신호(470(2)')는 전기 신호들(470C, D)로 분할되며, 이 전기 신호들 중 하나는 나머지에 대해 180도 위상 이동되어 있다. 전기 신호들(470C, D) 각각은 전압 소스(152)를 사용하여 증폭되고, 가요성 회로(140)(도 1a 참조)를 통해 대향 부재들의 제2 쌍으로 전송된다. 전기 신호들(470C, D) 각각은 부재들(132b, d)(연결들에 대하여, 도 5 및 6 참조)에 부착된 두 개의 대향 "L"형 전극들(134b, 136b 및 134d, 136d)에 전송된다. 구체적으로, 제3 전기 신호(470C)는 "L"형 전극들(134b, 136d)에 전송되고, 제4 전기 신호(470D)는 "L"형 전극들(136b, 134d)에 전송된다("L"형 전극들의 배향에 대해서는 도 2 참조).
도 3에 관하여, "L"형 전극(134b)은 교번배치된 전극들(134)의 제1 세트에 전기적으로 결합되고, "L"형 전극(136b)은 교번배치된 전극들(136)의 제2 세트와 전기적으로 결합된다. 유사하게, "L"형 전극(134d)은 교번배치된 전극들(134)의 제1 세트와 전기적으로 결합되고, "L"형 전극(136d)은 교번배치된 전극들(136)의 제2 세트와 전기적으로 결합된다. 그 각각의 교번배치된 전극들(134, 136)의 세트들에 대하여 "L"형 전극들(136b, 134d)은 제3 전기 신호(470C)를 전기적으로 인가하고, "L"형 전극들(134b, 136d)은 제4 전기 신호(470D)를 인가한다. 교번배치된 전극들의 대향 세트들에 대한 전기 신호들(470C, D)의 인가는 제2 및 제4 부재들(132b, d) 내의 각 압전층(133)을 가로질러 전압차를 생성한다.
풀 브리지 구동 시스템(150)을 포함하는 일부 실시예들에 따라서, 전압 소스(152)는 약 8 볼트 전지이고, 각 압전층(133)의 두께(T)를 가로지른 유효 전압차는 약 16 볼트이다. 풀 브리지 구동 시스템(150)을 포함하는 일부 실시예들에 따라서, 전압 소스(152)는 약 2.8 볼트 전지이고, 각 압전층(133)의 두께(T)를 가로지른 유효 전압차는 약 5.6 볼트이다. 풀 브리지 구동 시스템(150)을 포함하는 일부 실시예들에 따라서, 전압 소스(152)는 약 2 볼트 전지이고, 각 압전층(133)의 두께(T)를 가로지른 유효 전압차는 약 4 볼트이다. 다양한 전압 출력들을 갖는 다양한 유형의 전지들 및 전압 소스들(예를 들어, 약 2 볼트 내지 약 16 볼트)이 구동 시스템(130)에 사용될 수 있는 것으로 고려된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전기 신호들(470A-D)은 원형 궤적을 생성하도록 전기 신호들(470A, B)과 전기 신호들(470C, D) 사이의 90도 위상차들과, 동일한 진폭을 갖는 구형파들이다. 이제, 도 7을 참조하면, 선형 모터 시스템(100)의 단일 궤도 사이클이 하나의 회전 방향 및 대응 전기 신호 진폭들에 대하여 90도 증분들(690, 692, 694, 696, 698)로 순차적으로 도시되어 있다.
0도에서 제1 90도 증분(690)을 참조하면, 상술한 바와 같이 대향 부재들의 제1 쌍에 제1 및 제2 전기 신호들(470A, B)을 인가하는 것은 부재(132c)가 팽창 및/또는 신장되고 부재(132a)가 동시에 수축하게 한다. 회전축(125)을 따른 방향으로의 이러한 동시적인 요소(110)의 일 측부 상에서의 팽창 및 요소(110)의 대향 측에서의 수축은 요소(110)가 제1 90도 증분(690)에 도시된 바와 같이 굴곡되게 한다. 원통형 굴곡 및 궤도 운동은 X 방향(695a/695b) 및 Y 방향(696a/696b)으로 도시되어 있다. 요소(110)는 일 위치(697a)에서 나사형 샤프트(120)의 측부와 접촉하며 대향 측부 상에는 간극(697b)을 갖게 되고, 이러한 접촉은 나사형 샤프트(120)가 각 궤도 사이클을 위해 소량으로 회전(698a) 및 병진(698b)하게 하는 접선방향 힘 및 이동을 부여한다. 사이클 당 회전 및 병진의 양은 궤도 진폭, 나사형 샤프트(120) 상에 작용하는 힘의 크기 및 나사부의 표면 마감부와 마찰 계수를 포함하는 다수의 인자들에 의존한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 요소(110)와 나사형 샤프트(120) 사이의 간극(697b)은 요소(110)의 궤도 운동을 더 명확히 도시하기 위해 과장되어 있다. 일부 실시예들에 따라서, 요소(110)의 궤도 운동의 진폭(궤도의 직경)은 약 0.5㎛ 내지 약 10㎛의 범위이고, 요소 110의 제1 굴곡 모드 공진에 대응하는 약 20,000 Hz 내지 약 500,000 Hz의 범위의 진동 주파수를 갖는다. 요소(110)의 나사부들 및 나사형 샤프트(120)의 나사부들은 요소(110)의 내경과 나사형 샤프트(120)의 외경의 편차인 나사 간극을 갖고 정합하며, 이는 약 25㎛ 내지 약 500 ㎛의 범위이다. 일부 실시예들에서, 요소(110) 및 나사형 샤프트(120)의 나사면들의 마찰 결합을 돕기 위해 나사형 샤프트(120)의 둥근 단부(122)(도 1a에 도시됨)에 힘이 인가된다. 일부 실시예들에 따라서, 궤도 진동 진폭은 나사형 샤프트(120)의 나사면들 상에 접선방향 힘을 발생시키며, 그에 의해, 나사형 샤프트가 회전 및 병진하게 한다. 이들 실시예들에서, 궤도 진동 주파수는 나사형 샤프트(120)의 중심선이 실질적으로 고정된 상태로 유지되기에 충분히 높다.
일부 실시예들에 따라서, 요소(110)의 접촉부(697a)와 나사형 샤프트(120) 사이의 제로-슬립 조건에 대해, 사이클당 나사형 샤프트(120)의 이동은 명목상 궤도 진동 진폭에 비례한다. 일반적으로, 전기 신호들(470A-D)의 진폭들이 증가하면, 궤도 직경은 증가하고, 속도가 증가하며, 토크/힘이 증가한다.
감소된 전압의 선형 모터 시스템(100)을 사용하는 데에는 다수의 장점들이 존재한다. 예로서, 선형 모터 시스템(100)은 필요한 입력 전압 수요를 감소시키기 위해 둘 이상의 압전층들을 사용한다. 구체적으로, 감소된 전압의 선형 모터 시스템(100)은 입력 전압을 승압 또는 증가시키기 위한 변압기 또는 DC-DC 부스트 회로가 불필요하다. 종래 기술 모터 시스템들의 대부분의 공간 감지식 모터 시스템들에서, 전형적 배터리 전압 소스는 약 2.8 볼트이다. 그러나, 종래 기술 선형 모터 시스템들은 모터를 적절히 동작시키기 위해 약 40볼트를 필요로 한다. 따라서, 변압기 및/또는 DC-DC 부스트 회로가 모터를 동작시키기 위해 필요하다. 종래 기술 선형 모터 시스템들이 통상적으로 셀 전화들, 카메라들 및 PDA들의 자동 줌 및 자동 초점 용례들에 사용되기 때문에, 추가적 변압 회로를 포함시키면 비용, 부피 및 중량을 추가하고, 다른 소규모 환경들의 공간을 점유하게 된다. 따라서, 감소된 전압의 선형 모터 시스템(100)은 추가적 변압기 회로 없이 동작할 수 있으며, 더 작은 점유면적을 점유하면서 셀 전화들, 카메라들 및 PDA들의 자동 줌 및 자동 초점 용례들을 위해 여전히 사용될 수 있다. 상술한 장점들은 단지 예시적인 것이며, 감소된 전압의 선형 모터 시스템(100)은 다른 장점들을 가지고, 그들 중 일부가 상술되어 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 광학 시스템(700)이 도시되어 있다. 광학 시스템(700)은 각각 선형 모터 시스템들(701, 702)을 사용하여 렌즈들(782, 784)을 제어 및 구동하기 위해 사용된다. 선형 모터 시스템들(701, 702)은 도 1a, 도 1b 및 도 2에 도시되고 상술된 선형 모터 시스템과 동일하거나 유사하다. 광학 시스템(700)은 선형 모터 시스템들(701, 702)과, 전압 소스(752)과, 제어기 회로(780)와 렌즈들(782, 784)과, 이미지 센서(786)와, 이미지 신호 프로세서(ISP)(788)와, 변압기(790)와, 위치 센서들(792, 794)을 포함한다. 광학 시스템(700)은 선택적으로 셔터 및 조리개(796)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따라서, 전압 소스(752)는 변압기(790), 이미지 신호 프로세서(788) 및 제어기 회로(780)에 전력을 공급한다. 변압기(790)는 예로서, 위치 센서들(792, 794)이 더 높은 전압에서 작동할 필요가 있을 때 전압 소스(752)에 의해 공급되는 입력 전압을 승압 또는 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 제어기 회로(780)는 변압기를 필요로 하지 않고 전압 소스(752)로부터 직접적으로 전력을 수용한다. 제어기 회로(780)는 선형 모터 시스템들(701, 702)을 개별적으로 제어한다. 제어기 회로(780)는 하나 이상의 전기 신호들(예를 들어, 전기 신호들 470A-D)을 선형 모터 시스템들(701, 702)에 전송하여 선형 모터 시스템들(701, 702)이 렌즈들(782, 784)의 각각의 위치들을 조절할 수 있게 한다.
일부 실시예들에서, 렌즈(782)는 자동 초점 렌즈이고, 렌즈(784)는 광학 줌 렌즈이다. 렌즈들(782, 784) 각각은 커버를 구비한 하우징을 포함한다. 커버는 렌즈들(782, 784)이 선택적으로 빛을 하우징에 진입시킬 수 있게 하도록 위치된 개구를 갖는다. 일부 실시예들에 따라서, 제어기 회로(780)는 셔터(796)를 이동 및/또는 조절하여 커버 내의 개구를 개방시킬 수 있으며, 그에 의해, 빛이 렌즈들(782, 784) 중 하나 또는 양자 모두를 통해 통과할 수 있게 한다. 이 빛은 그후 이미지 센서(786)에 수신되고, 이미지 센서는 또한 광학 센서 또는 디지털 이미지 센서라고도 지칭될 수 있다. 이미지 센서(786)는 수신된 빛과 연계된 데이터 및/또는 정보를 생성하고, 이 데이터 및/또는 정보를 이미지 신호 프로세서(788)에 전송하여 이미지를 생성 및/또는 저장한다.
일부 실시예들에 따라서, 렌즈들(782, 784)이 선형 모터 시스템들(701, 702)에 의해 조절될 때, 위치 센서들(792, 794)은 하우징 내에서 렌즈들(782, 784)의 위치를 감시 및/또는 추적하고, 위치 신호를 제어기 회로(780)에 전송한다. 위치 신호는 렌즈들(782, 784)에 대한 위치 조정들을 미세 조율하기 위해 제어기 회로(780)에 의해 사용될 수 있다.
선형 모터 시스템들(100, 701, 702) 같은 선형 모터 시스템들을 위해 다양한 다른 용례들이 존재한다. 예로서, 이런 선형 모터 시스템들을 위한 몇가지 대안적 용례들은 발명의 명칭이 "Ultrasonic Lead Screw Motor"인 미국 특허 제6,940,209호, 발명의 명칭이 "Mechanism Comprised of Ultrasonic Lead Screw Motor"인 미국 특허 제7,339,306호, 발명의 명칭이 "Mechanism Comprised of Ultrasonic Lead Screw Motor"인 미국 특허 제7,170,214호 및 발명의 명칭이 "Mechanism Comprised of Ultrasonic Lead Screw Motor"인 미국 특허 제7,303,943호에서 찾을 수 있으며, 이들 모두는 공통적으로 New Scale Technologies, Inc.에 양도되었으며, 모두가 본 명세서에 참조로 통합되어 있다.
이렇게 본 발명의 기본 개념을 설명하였지만, 본 기술 분야의 숙련자들은 상술한 상세한 설명이 단지 예시를 위해 제공된 것이며, 제한을 의도하지 않는다는 것을 명백히 알 수 있을 것이다. 본 명세서에 명시적으로 언급되어 있지는 않지만, 본 기술 분야의 숙련자들은 다양한 대안들, 개선들 및 변경들을 명확하게 알 수 있으며, 안출할 수 있다. 이들 대안들, 개선들 및 변경들은 본 명세서에 제시된 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 개념 및 범주 내에 포함된다. 부가적으로, 처리 요소들 또는 순서열들의 나열된 순서나 이를 위한 숫자들, 문자들 또는 다른 명칭들의 사용은 청구범위에 명시된 바와 같은 것을 제외하면 청구된 프로세스들을 임의의 순서로 제한하고자 하는 의도는 아니다. 따라서, 본 발명은 하기의 청구범위 및 그 균등물들에 의해서만 제한된다.

Claims (32)

  1. 선형 모터 시스템에 있어서,
    나사형 통로를 구비한 요소와,
    상기 나사형 통로의 적어도 일부와 적어도 부분적으로 결합되고, 관통 연장하는 회전축을 구비하는 나사형 샤프트와,
    상기 요소에 작동식으로 연결된 적어도 두 개의 부재들을 포함하는 구동 시스템을 포함하고,
    상기 두 개의 부재들 각각은 둘 이상의 압전층들과, 상기 압전층들 각각의 대향 표면들에 결합된 전극들을 포함하고, 상기 부재들은 상기 회전축을 따른 방향으로 팽창 및 수축하도록 구성되며, 상기 구동 시스템은 상기 나사형 샤프트가 상기 요소를 통한 상기 회전축을 따른 방향으로 동시에 회전 및 병진하게 하고 상기 회전축을 따른 방향으로 축방향 힘을 인가하도록 하는 진동들을 요소에 제공하는 선형 모터 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 구동 시스템에 결합된 전압 소스를 더 포함하고, 상기 전압 소스는 상기 압전층들 각각을 가로질러 약 5.6 볼트의 유효 전압차를 인가하는 선형 모터 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 각 압전층의 대향 표면들에 결합된 전극들은 상기 전압차를 인가하는 선형 모터 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 구동 시스템에 결합된 전압 소스를 더 포함하고, 상기 전압 소스는 상기 압전층들 각각을 가로질러 유효 전압차를 인가하며, 상기 유효 전압은 약 2 볼트와 약 16 볼트 사이인 선형 모터 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 구동 시스템은 풀 브리지 구동 시스템을 더 포함하는 선형 모터 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 나사형 샤프트는 상기 회전축을 따른 방향으로 이동할 수 있는 부하에 작동식으로 연결되는 선형 모터 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 부하는 광학 렌즈를 포함하는 선형 모터 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 두 개의 부재들은 제1 부재와 제2 부재를 포함하는 대향 부재들의 제1 쌍과, 제3 부재와 제4 부재를 포함하는 대향 부재들의 제2 쌍을 포함하는 선형 모터 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 부재들 각각은 교번배치된 전극들의 제1 세트와 교번배치된 전극들의 제2 세트를 포함하고, 교번배치된 전극들의 상기 제1 및 제2 세트들은 풀 브리지 구동 시스템에 결합되는 선형 모터 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 풀 브리지 구동 시스템은 제1 및 제2 부재들의 교번배치된 전극들의 제1 세트에 제1 신호를 출력하고, 제1 및 제2 부재들의 교번배치된 전극들의 제2 세트에 제2 신호를 출력하고, 제3 및 제4 부재들의 교번배치된 전극들의 제1 세트에 제3 신호를 출력하고, 제3 및 제4 부재의 교번배치된 전극들의 제2 세트에 제4 신호를 출력하며, 제1 신호, 제2 신호, 제3 신호 및 제4 신호는 적어도 부분적으로 위상차를 갖는 선형 모터 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 제1 신호는 상기 제2 신호에 관하여 위상차를 갖도록 이동되고, 상기 제3 신호는 상기 제4 신호에 관하여 위상차를 갖도록 이동되어 상기 부재들 각각의 상기 압전층들 각각의 두께를 가로질러 인가되는 유효 전압차를 배가시키는 선형 모터 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 둘 이상의 압전층들은 약 5개 압전층들과 약 25개 압전 층들 사이인 선형 모터 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 둘 이상의 압전층들은 약 13개 압전층들인 선형 모터 시스템.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 압전층들 각각은 약 5㎛ 두께와 약 40㎛ 두께 사이인 선형 모터 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 압전층들 각각은 약 10㎛ 두께와 약 20㎛ 두께 사이인 선형 모터 시스템.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 부재들 각각은 약 150㎛ 두께와 약 250㎛ 두께 사이인 선형 모터 시스템.
  17. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 두 개의 부재들은 실질적으로 평면형인 선형 모터 시스템.
  18. 청구항 1에 있어서, 상기 요소는 정사각형 단면, 8각형 단면, 다각형 단면, 원형 단면, 난형 단면 또는 그 임의의 조합을 갖는 선형 모터 시스템.
  19. 광학 렌즈 조립체에 있어서,
    선형 모터 시스템과, 선형 모터 시스템에 결합된 광학 렌즈를 포함하고,
    상기 선형 모터 시스템은
    나사형 통로를 구비한 요소와,
    상기 나사형 통로의 적어도 일부와 적어도 부분적으로 결합되고, 회전축이 관통 연장하는 나사형 샤프트와,
    상기 나사형 샤프트가 상기 요소를 통한 상기 회전축을 따른 방향으로 동시에 회전 및 병진하게 하고 상기 회전축을 따른 방향으로 축방향 힘을 인가하는 진동들을 요소에 제공하는 적어도 두 개의 부재들을 포함하는 구동 시스템을 포함하고,
    상기 적어도 두 개의 부재들 각각은 상기 회전축을 따른 방향으로 팽창 및 수축하도록 구성된 둘 이상의 압전층들을 포함하고,
    상기 선형 모터 시스템은 상기 회전축을 따른 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 상기 광학 렌즈를 이동시키도록 구성되는 광학 렌즈 조립체.
  20. 청구항 19에 있어서, 덮개를 구비하는 하우징을 더 포함하고, 상기 덮개는 상기 하우징 내로 빛이 도입될 수 있게 하도록 위치된 개구를 구비하며, 상기 광학 렌즈는 상기 하우징 내에 위치되는 광학 렌즈 조립체.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 개구를 통해, 그리고, 상기 광학 렌즈를 통해 투과된 광을 수용하도록 상기 하우징 내에 위치된 광학 센서를 더 포함하는 광학 렌즈 조립체.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 광학 센서는 디지털 이미지 센서인 광학 렌즈 조립체.
  23. 청구항 19에 있어서, 상기 광학 렌즈 조립체는 카메라, 이동 전화 및 PDA 중 적어도 하나 내에 장착되도록 구성되는 광학 렌즈 조립체.
  24. 청구항 20에 있어서, 상기 회전축을 따른 방향으로 상기 나사형 샤프트의 이동을 제어하도록 구성된 제어기 회로를 더 포함하는 광학 렌즈 조립체.
  25. 청구항 24에 있어서, 위치 센서를 더 포함하고, 상기 위치 센서는 상기 하우징 내의 상기 광학 렌즈의 위치를 추적하도록 구성되며, 상기 위치 센서는 상기 제어기 회로에 결합되고, 상기 제어기 회로는 상기 위치 센서로부터 수신된 위치 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 선형 모터 시스템을 이동시키도록 구성되는 광학 렌즈 조립체.
  26. 청구항 21에 있어서, 상기 광학 센서에 결합된 이미지 신호 프로세서를 더 포함하고, 상기 이미지 신호 프로세서는 상기 이미지 센서로부터 정보를 수신하도록 구성되는 광학 렌즈 조립체.
  27. 부하를 구동하기 위한 방법에 있어서,
    요소 내의 나사형 통로의 적어도 일부와 적어도 부분적으로 결합되고, 관통 연장하는 회전축을 구비하는 나사형 샤프트에 부하를 작동식으로 연결하는 단계와,
    상기 요소에 연결되고, 회전축을 따른 방향으로 팽창 및 수축하도록 구성되어 있는 적어도 두 개의 부재들에 요소를 통한 회전축을 따른 방향으로 나사형 샤프트가 동시에 회전 및 병진하게 하는 진동들을 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 요소는 부하를 이동시키고, 상기 두 개의 부재들 각각은 둘 이상의 압전층들과, 압전층들 각각의 대향 표면들에 결합된 전극들을 포함하는 부하 구동 방법.
  28. 청구항 27에 있어서, 부하는 광학 렌즈인 부하 구동 방법.
  29. 선형 모터를 제조하는 방법에 있어서,
    요소 내의 나사형 통로 내로 회전축을 갖는 나사형 샤프트를 적어도 부분적으로 결합시키는 단계와,
    상기 요소에 구동 시스템의 적어도 두 개의 부재들을 연결하는 단계를 포함하고,
    상기 두 개의 부재들 각각은 둘 이상의 압전층들과 압전층들 각각의 대향 표면들에 결합된 전극들을 포함하고, 압전층들 각각은 회전축을 따른 방향으로 팽창 및 수축하도록 구성되며, 상기 구동 시스템은 나사형 샤프트가 요소를 통한 회전축을 따른 방향으로 동시에 회전 및 병진하게 하고 회전축을 따른 방향으로 축방향 힘을 인가하도록 하는 진동들을 요소에 제공하는 선형 모터 제조 방법.
  30. 청구항 29에 있어서, 상기 적어도 두 개의 부재들을 풀 브리지 구동 회로에 전기적으로 결합하는 단계를 더 포함하는 선형 모터 제조 방법.
  31. 청구항 29에 있어서, 상기 요소는 전도체들로부터 전기적으로 절연되는 선형 모터 제조 방법.
  32. 청구항 29에 있어서, 상기 전극들은 압전층들 사이에서 교번배치되며, 압전층들은 동시소성되는 선형 모터 제조 방법.
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