KR20130140441A

KR20130140441A - Piezoelectric stack transducer

Info

Publication number: KR20130140441A
Application number: KR1020120063845A
Authority: KR
Inventors: 김진오; 홍종한
Original assignee: 숭실대학교산학협력단
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2013-12-24

Abstract

Disclosed is a piezoelectric stack transducer. A transducer part is a lamination structure where the piezoelectric stack transducers outputting maximum amplitude in different frequencies are successively laminated. An electrode part supplies electric signals to the successively laminated piezoelectric stack transducers respectively. According to the present invention, a piezoelectric stack transducer performing a constant output in various frequencies is realized by mutually compensating for the amplitude outputted from the piezoelectric stack transducers performing different amplitudes in the frequencies according to impedance.

Description

Piezoelectric Stacked Transducer

본 발명은 압전 적층 트랜스듀서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 주파수 변화에 상관없이 일정한 출력을 갖는 압전 적층 트랜스듀서에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to piezoelectric multilayer transducers, and more particularly, to piezoelectric multilayer transducers having a constant output regardless of frequency change.

도 1은 종래의 압전 적층 트랜스듀서를 나타낸 도면이다. 1 is a diagram illustrating a conventional piezoelectric multilayer transducer.

도 1을 참조하면, 종래의 압전 적층 트랜스듀서는 동일한 두께와 재료로 이루어진 복수의 압전 트랜스듀서를 적층하는 방식으로 구현된다. 이러한 종래의 압전 적층 트랜스듀서는 특정한 주파수에서 최대 진폭을 출력하고 특정한 주파수 이외의 주파수에서는 출력 주파수의 진폭이 감소하여 성능이 현저히 떨어지게 된다. Referring to FIG. 1, a conventional piezoelectric laminated transducer is implemented by stacking a plurality of piezoelectric transducers made of the same thickness and material. The conventional piezoelectric multilayer transducer outputs a maximum amplitude at a specific frequency, and at a frequency other than the specific frequency, the amplitude of the output frequency decreases, thereby degrading performance.

본 발명과 관련하여 등록된 선행특허 제0594859호에는 압전 자기의 제조 방법 및 압전 소자의 제조 방법이 개시되어 있다. 개시된 방법에 의하면 압전 특성을 거의 열화 시키지 않고 내부 전극에 저렴한 금속을 사용할 수 있는 적층형 압전 소자를 제조할 수 있다. 그러나 특정한 주파수 이외의 주파수에서는 출력 주파수의 진폭이 감소하여 성능이 현저히 떨어지게 된다. Prior Patent No. 0594859, registered in connection with the present invention, discloses a method for manufacturing a piezoelectric ceramic and a method for manufacturing a piezoelectric element. According to the disclosed method, it is possible to manufacture a laminated piezoelectric element in which an inexpensive metal can be used for the internal electrode with almost no deterioration of the piezoelectric properties. However, at frequencies other than the specified frequency, the amplitude of the output frequency decreases, resulting in significant performance degradation.

본 발명과 관련하여 공개된 선행논문 Piezoelectric Tool Actuator for Precision Machining on Conventional CNC Turning Centers(A. Woronko, 2003)에는 압전 적층 트랜스듀서를 이용하여 CNC 선반 센터의 진동 변위를 제어하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 선행논문에 개시된 압전 적층 트랜스듀서는 기존의 압전 적층 트랜스듀서와 마찬가지로 다양한 주파수에서 일정한 성능을 나타낼 수 없다. In a related art published in connection with the present invention, Piezoelectric Tool Actuator for Precision Machining on Conventional CNC Turning Centers (A. Woronko, 2003) discloses a method for controlling vibration displacement of a CNC lathe center using a piezoelectric laminated transducer. However, the piezoelectric multilayer transducer disclosed in the previous paper cannot exhibit constant performance at various frequencies as in the conventional piezoelectric multilayer transducers.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 출력되는 진폭을 상호 보완하여 주파수 변화에 상관없이 일정한 출력을 갖는 압전 적층 트랜스듀서를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a piezoelectric multilayer transducer having a constant output regardless of the frequency change by complementing the output amplitude.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 압전 적층 트랜스듀서는, 서로 다른 주파수에서 최대 진폭을 출력하는 복수의 압전 트랜스듀서를 연속적으로 적층한 트랜스듀서부; 및 상기 연속적으로 적층된 복수의 압전 트랜스듀서 각각에 전기 신호를 공급해주는 전극부;를 구비한다. In order to achieve the above technical problem, a piezoelectric multilayer transducer according to the present invention includes: a transducer unit sequentially stacking a plurality of piezoelectric transducers outputting maximum amplitudes at different frequencies; And an electrode unit supplying an electrical signal to each of the plurality of consecutively stacked piezoelectric transducers.

본 발명에 따른 압전 적층 트랜스듀서에 의하면, 임피던스에 따라서 주파수별로 서로 다른 진폭을 나타내는 복수의 압전 트랜스듀서가 출력되는 진폭을 상호 보완하여 다양한 주파수에서 일정한 출력을 나타내는 압전 적층 트랜스듀서를 구현할 수 있다. According to the piezoelectric multilayer transducer according to the present invention, a piezoelectric multilayer transducer having a constant output at various frequencies may be implemented by complementary complementary amplitudes of a plurality of piezoelectric transducers having different amplitudes for each frequency according to impedance.

도 1은 종래의 압전 적층 트랜스듀서를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 압전 적층 트랜스듀서에 대한 바람직한 실시예의 구성을 도시한 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 압전 적층 트랜스듀서를 구현한 하나의 실시예를 나타낸 도면, 그리고,
도 4는 본 발명에 따른 압전 적층 트랜스듀서의 원리를 설명하기 위해 나타낸 도면이다. 1 is a view showing a conventional piezoelectric laminated transducer,
2 is a block diagram showing the configuration of a preferred embodiment of a piezoelectric laminated transducer according to the present invention;
3 is a view showing an embodiment of implementing a piezoelectric multilayer transducer according to the present invention;
4 is a view showing for explaining the principle of the piezoelectric laminated transducer according to the present invention.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 압전 적층 트랜스듀서의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of a piezoelectric multilayer transducer according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 압전 적층 트랜스듀서에 대한 바람직한 실시예의 구성을 도시한 블록도이다. Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a preferred embodiment of a piezoelectric laminated transducer according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 압전 적층 트랜스듀서는 트랜스듀서부(210) 및 전극부(220)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the piezoelectric multilayer transducer according to the present invention includes a transducer unit 210 and an electrode unit 220.

트랜스듀서부(210)는 서로 다른 주파수에서 최대 진폭을 출력하는 복수의 압전 트랜스듀서를 연속적으로 적층한 것이다. 또한 트랜스듀서부(210)는 연속적으로 적층된 복수의 압전 트랜스듀서를 하나의 단위로 하여 이러한 단위가 연속적으로 반복되는 구조를 가질 수 있다. The transducer unit 210 continuously stacks a plurality of piezoelectric transducers that output the maximum amplitude at different frequencies. In addition, the transducer unit 210 may have a structure in which these units are continuously repeated using a plurality of piezoelectric transducers stacked in series as one unit.

그리고 전극부(220)는 연속적으로 적층된 복수의 압전 트랜스듀서 각각에 전기 신호를 공급해준다. 구체적으로 전극부(220)는 연속적으로 적층된 복수의 압전 트랜스듀서 각각의 양쪽 면에 구현되어 양의 전기 신호 및 음의 전기 신호를 공급해준다. The electrode unit 220 supplies an electrical signal to each of the piezoelectric transducers sequentially stacked. Specifically, the electrode unit 220 is implemented on both sides of each of the piezoelectric transducers stacked in series to supply a positive electrical signal and a negative electrical signal.

도 3은 본 발명에 따른 압전 적층 트랜스듀서를 구현한 하나의 실시예를 나타낸 도면이다. 3 is a diagram illustrating an embodiment of implementing a piezoelectric multilayer transducer according to the present invention.

도 3을 참조하면, 트랜스듀서부(210)는 서로 다른 주파수에서 최대 진폭을 출력하는 각각의 압전 트랜스듀서 (A), (B) 및 (C)를 하나의 단위로 하여 압전 트랜스듀서 (A), (B) 및 (C)의 단위가 연속적으로 반복되도록 구현되어 있다. 전극부(220)는 연속적으로 적층된 복수의 압전 트랜스듀서 각각의 양쪽 면에 전극 (D)와 같은 형태로 구현되어 있다. 이때 연속적으로 적층된 압전 트랜스듀서의 개수는 도 3의 예시에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 3, the transducer unit 210 uses one of the piezoelectric transducers A, B, and C, which outputs the maximum amplitude at different frequencies, into one unit. , (B) and (C) are implemented to be repeated continuously. The electrode unit 220 is implemented in the form of an electrode D on both sides of each of the piezoelectric transducers sequentially stacked. In this case, the number of piezoelectric transducers sequentially stacked is not limited to the example of FIG. 3.

본 발명에 따른 압전 적층 트랜스듀서에 의하면 주파수별로 서로 다른 진폭을 나타내는 각각의 압전 트랜스듀서 (A), (B) 및 (C)가 상호 출력되는 진폭을 보완하여 주파수 변화에 상관없이 출력되는 진폭을 일정하게 유지시킬 수 있다. 그 결과 본 발명에 따른 압전 적층 트랜스듀서는 자동차 엔진 분사기 등 주파수 변화에 상관없이 일정한 출력이 필요한 장치에 사용될 수 있다. According to the piezoelectric multilayer transducer according to the present invention, the piezoelectric transducers (A), (B), and (C), which show different amplitudes for each frequency, are compensated for mutually output amplitudes so that the amplitudes are output regardless of the frequency change. Can be kept constant. As a result, the piezoelectric multilayer transducer according to the present invention may be used in a device requiring a constant output regardless of a frequency change such as an automobile engine injector.

도 4는 본 발명에 따른 압전 적층 트랜스듀서의 원리를 설명하기 위해 나타낸 도면이다. 4 is a view showing for explaining the principle of the piezoelectric laminated transducer according to the present invention.

도 4의 (a)는 도 3의 압전 트랜스듀서 (A)와 압전 트랜스듀서 (A)의 출력 진폭을 나타내며, 도 4의 (b)는 도 3의 압전 트랜스듀서 (B)와 압전 트랜스듀서 (B)의 출력 진폭을 나타내며, 도 4의 (c)는 도 3의 압전 트랜스듀서 (C)와 압전 트랜스듀서 (C)의 출력 진폭을 나타낸다. 4 (a) shows the output amplitude of the piezoelectric transducer (A) and the piezoelectric transducer (A) of Figure 3, Figure 4 (b) shows the piezoelectric transducer (B) and the piezoelectric transducer ( The output amplitude of B) is shown, and FIG. 4C shows the output amplitudes of the piezoelectric transducer C and the piezoelectric transducer C of FIG. 3.

동일한 모양, 동일한 크기, 동일한 재질로 이루어진 압전 트랜스듀서의 경우 두께에 따라서 최대 진폭을 나타내는 주파수가 상이하게 결정된다. 또한 압전 트랜스듀서는 진동하는 전기 신호로 가진 되어 신호와 같은 주파수로 팽창 및 수축을 반복하게 된다. 그리고 압전 트랜스듀서의 고유 진동수에 해당하는 주파수의 신호로 가진 될 때 팽창 및 수축하는 변위는 최대가 된다. 한편 압전 트랜스듀서의 출력 진폭의 고유 진동수는 압전 트랜스듀서의 두께가 두꺼워질수록 낮아지게 된다. In the case of piezoelectric transducers made of the same shape, the same size, and the same material, the frequency representing the maximum amplitude is determined differently according to the thickness. In addition, the piezoelectric transducer is excited by a vibrating electrical signal, and repeats expansion and contraction at the same frequency as the signal. In addition, when the signal is excited with a frequency corresponding to the natural frequency of the piezoelectric transducer, the expansion and contraction displacement is maximized. On the other hand, the natural frequency of the output amplitude of the piezoelectric transducer becomes lower as the thickness of the piezoelectric transducer becomes thicker.

도 4의 (a)를 참조하면, 압전 트랜스듀서 (A)는 연속적으로 적층된 복수의 압전 트랜스듀서 중 가장 얇은 두께를 가지는 압전 트랜스듀서로 가장 높은 고유 진동수를 가진다. 도 4의 (b)를 참조하면, 압전 트랜스듀서 (B)는 연속적으로 적층된 복수의 압전 트랜스듀서 중 중간 두께를 가지는 압전 트랜스듀서로 압전 트랜스듀서 (A) 및 (C)의 고유 진동수 사이의 범위에 해당하는 고유 진동수를 가진다. 도 4의 (c)를 참조하면, 압전 트랜스듀서 (C)는 연속적으로 적층된 복수의 압전 트랜스듀서 중 가장 두꺼운 두께를 가지는 압전 트랜스듀서로 가장 낮은 고유 진동수를 가진다. Referring to FIG. 4A, the piezoelectric transducer A is a piezoelectric transducer having the thinnest thickness among a plurality of piezoelectric transducers stacked in series and has the highest natural frequency. Referring to FIG. 4B, the piezoelectric transducer B is a piezoelectric transducer having a middle thickness among a plurality of piezoelectric transducers stacked in succession, and between the natural frequencies of the piezoelectric transducers A and C. It has a natural frequency corresponding to the range. Referring to FIG. 4C, the piezoelectric transducer C is a piezoelectric transducer having the thickest thickness among the plurality of piezoelectric transducers stacked in series, and has the lowest natural frequency.

앞서 설명한 바와 같이, 동일한 모양, 동일한 직경, 동일한 재질로 이루어진 압전 트랜스듀서 (A), (B) 및 (C)는 그 두께가 서로 상이하므로 각각 최대 진폭을 나타내는 주파수가 상이하게 결정된다. 압전 트랜스듀서 (A), (B) 및 (C)는 (D)를 포함하는 전극부(220)를 통해 전달되는 전기 신호에 따라 진동을 발생시키며 전극부(220)에 입력되는 전기 신호는 필요에 따라 다양한 주파수 성분을 갖는다. 그리고 전극부(220)를 통해 전달되는 전기 신호의 주파수에 따라 각각의 압전 트랜스듀서 (A), (B) 및 (C)는 서로 다른 임피던스 값을 가지며 서로 다른 주파수에서 최대의 변위 진폭을 출력한다. 이때 출력되는 주파수는 전극부(220)를 통해 입력되는 전기 신호의 주파수와 같으며 출력되는 진폭은 각각의 압전 트랜스듀서 (A), (B) 및 (C)에 따라 다르게 출력됨을 알수 있다. 즉, 서로 다른 두께를 갖는 압전 트랜스듀서의 개수를 조절하여 다양한 주파수에서 일정한 출력이 되도록 본 발명에 따른 압전 적층 트랜스듀서를 구현할 수 있다. As described above, the piezoelectric transducers (A), (B), and (C) made of the same shape, the same diameter, and the same material have different thicknesses, so that the frequencies representing the maximum amplitudes are different. The piezoelectric transducers (A), (B), and (C) generate vibrations in accordance with an electrical signal transmitted through the electrode portion 220 including (D), and electrical signals input to the electrode portion 220 are necessary. According to have various frequency components. The piezoelectric transducers (A), (B), and (C) have different impedance values and output the maximum displacement amplitude at different frequencies according to the frequency of the electrical signal transmitted through the electrode unit 220. . At this time, the output frequency is the same as the frequency of the electrical signal input through the electrode unit 220, it can be seen that the output amplitude is different depending on the respective piezoelectric transducer (A), (B) and (C). That is, the piezoelectric multilayer transducer according to the present invention may be implemented to adjust the number of piezoelectric transducers having different thicknesses so as to have a constant output at various frequencies.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation in the embodiment in which said invention is directed. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the appended claims.

Claims

A transducer unit sequentially stacking a plurality of piezoelectric transducers for outputting maximum amplitudes at different frequencies; And
And an electrode unit for supplying an electrical signal to each of the plurality of consecutively stacked piezoelectric transducers.

The method of claim 1,
The transducer unit includes a structure in which the unit is continuously repeated using the plurality of continuously stacked piezoelectric transducers as one unit.

The method of claim 1,
At least two or more of the plurality of piezoelectric transducers are piezoelectric laminated transducer, characterized in that each of the same material and have a different thickness.