KR20190106814A

KR20190106814A - 반경방향 프리로드를 갖는 회전 압전 모터

Info

Publication number: KR20190106814A
Application number: KR1020190027110A
Authority: KR
Inventors: 파스깔 라고르제뜨; 파스깔 마이어
Original assignee: 에타 쏘시에떼 아노님 마누팍투레 홀로게레 스위세
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2019-09-18
Also published as: US20190280625A1; JP6792008B2; EP3537594A1; CN110247582B; US11183952B2; KR20210022601A; KR102347863B1; JP2019162019A; CN110247582A

Abstract

반경방향 프리로드를 갖는 회전 압전 모터
본 발명은 회전 압전 모터 (100; 101; 102) 에 관한 것이고, 그 회전 압전 모터 (100; 101; 102) 는:
- 한 쌍의 아암들 (31', 32') 을 갖는 공진기 (30') 를 포함하는 압전 액추에이터로서, 상기 한 쌍의 아암들 (31', 32') 은 접속 영역 (33') 에서 그들의 단부들 중 일방의 단부에서 접속되고, 다른 2 개의 단부들 (310', 320') 은 '자유단' 으로서 지칭되는, 상기 압전 액추에이터,
- 상기 공진기 (30') 에 직교하여 연장되는 원통부 (20) 를 포함하는 수동 엘리먼트로서, 상기 원통부 (20) 는 상기 원통부 (20) 상의 상기 아암들 (31', 32') 의 자유단들 (310', 320') 의 마찰에 의해 회전될 수 있는, 상기 수동 엘리먼트를 포함하고,
각 자유단 (310', 320') 은, 돌출부들 (41, 42) 이 서로를 향해 연장되어서 함께 상기 원통부 (20) 의 부분 (21) 에 대한 하우징을 형성하도록 하는 돌출부 (41, 42) 를 포함하고,
상기 모터 (100; 101; 102) 는 상기 하우징 내부에 상기 원통부 (20) 의 상기 부분 (21) 을 유지하기 위한 디바이스 (51, 52; 60) 를 포함한다.

Description

반경방향 프리로드를 갖는 회전 압전 모터{ROTATING PIEZOELECTRIC MOTOR WITH RADIAL PRELOAD}

본 발명은 회전 압전 모터들의 기술 분야에 관한 것이다.

회전 압전 모터는 종래에 수동 엘리먼트 (passive element), 및 압전 효과를 이용하여 그 수동 엘리먼트를 회전시키기 위한 액추에이터 (actuator) 를 갖는다. 도 1 을 참조하면, 특히, 수동 엘리먼트가 원통 (20) 을 포함하고, 실질적으로 튜닝 포크 형상의 또는 U-형상의 접속 영역 (33) 에서 서로에 대해 접속된 한 쌍의 아암들 (arms) (31, 32) 로 형성된 공진기 (resonator) (30) 를 압전 액추에이터가 포함하는 회전 압전 모터들 (10) 이 알려져 있다. 압전 액추에이터는 2 개의 압전 엘리먼트들 (표시되지 않음) 을 더 포함하고, 그 2 개의 압전 엘리먼트들의 각각은 한 쌍의 아암들 (31, 32) 중 하나에 부착되고, 거기에 진동을 부여하기 위해 아암들에 대한 여기 수단으로서 작용한다. 수동 엘리먼트 (20) 는 공진기 (30) 의 아암들 (31, 32) 사이를 통과한다. 보다 구체적으로, 수동 엘리먼트 (20) 의 측면의 하나의 영역은 양측에서 아암들 (31, 32) 의 자유단들 (310, 320) 과 접촉하여, 수동 엘리먼트 (20) 는 접촉 영역에서의 아암들 (31, 32) 의 자유단들 (310, 320) 의 마찰에 의해 회전된다.

이 타입의 모터는 모터에의 전력공급 없이, 즉, 아암들의 여기 없이 유지 토크를 설정하기 위해 공진기와 원통부 사이의 계면에서 프리로딩되어야만 한다.

본 발명의 목적은 프리로드 시스템에 맞추어진 회전 압전 모터를 제공하기 위한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 회전 압전 모터에 관한 것이고, 이 회전 압전 모터는:

- 한 쌍의 아암들을 갖는 공진기를 포함하는 압전 액추에이터 (piezoelectric actuator) 로서, 그 한 쌍의 아암들은 접속 영역에서 그들의 단부들 중 일방의 단부에서 접속되고, 다른 2 개의 단부들은 '자유단 (free)' 으로서 지칭되는, 상기 압전 액추에이터,

- 공진기에 대해 직교하여 (orthogonally) 연장되는 원통부 (cylindrical part) 를 포함하는 수동 엘리먼트로서, 그 원통부는 원통부 상의 아암들의 자유단들의 마찰 (friction) 에 의해 회전될 수 있는, 상기 수동 엘리먼트를 포함하고,

각 자유단 (free end) 은, 돌출부들이 서로를 향해 연장되어서 함께 원통부의 부분 (portion) 에 대한 하우징 (housing) 을 형성하도록 하는 돌출부를 포함하고,

모터는 하우징 내부에 원통부의 상기 부분을 유지하기 위한 디바이스를 포함한다.

'돌출부 (protuberance)' 는 돌출하는 상승된 부분, 확장하는 부분을 형성하는 엘리먼트를 의미한다.

본 발명에 따르면, 반경방향 프리로드 (radial preload) 가 원통부와 공진기 사이에서 형성된다: 반경방향 힘은 공진기 아암들의 각 단부에서 형성된 돌출부들에 대하여 원통부를 유지하기 위한 유지 디바이스에 의해 생성된다. 용어 '반경방향 (radial)' 은 원통부의 반경을 지칭한다.

프리로드 시스템은 따라서 돌출부들 및 유지 디바이스로 형성된다.

제 1 실시형태에서, 유지 디바이스는 원통부의 부분에 대해 탄성력을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 유지 디바이스는, 고정 엘리먼트 (securing element), 및 한편으로는 고정 엘리먼트에 고정되고 다른 한편으로는 원통부의 상기 부분에 대해 지탱 (bearing) 하는 탄성 엘리먼트 (elastic element), 예를 들어, 스프링, 스트립 (strip) 또는 고무 엘리먼트를 포함한다.

제 2 실시형태에서, 유지 디바이스는 원통부의 부분에 대해 자기력을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 유지 디바이스는 아암 접속 영역에 고정된 자석을 포함하고, 원통부의 부분은 자기 재료, 예를 들어 강자성 재료를 포함하여, 자석과 원통부의 상기 부분 사이에 인력을 생성하도록 한다. 제 1 실시형태에 대해 비교되는 본 발명의 제 2 실시형태의 하나의 이점은 프리로드 시스템이 자기-지지하고 있다는 점에 유의한다. 또 다른 이점은, 원통부가 탄성 엘리먼트와의 접촉으로부터의 마찰에 구속되지 않고 자유롭게 회전할 수 있다는 점이다.

하나의 실시형태에서, 유지 디바이스는 공진기 아암에 실질적으로 평행한 힘을 발생시킬 수 있다. 유지 디바이스가 스프링과 같은 탄성 엘리먼트를 포함하는 경우에는, 상기 탄성 엘리먼트의 축은 공진기 아암들에 대해 실질적으로 평행하다. 유지 디바이스가 자석을 포함하는 경우에는, 상기 자석은 아암들의 자유단들로부터 실질적으로 동일한 거리에 배열된다.

본 발명은 또한, 상기 상술된 압전 모터를 포함하는 시계 (timepiece) 에 관한 것이다.

비제한적인 실시형태에서, 그 시계는 원통부의 일단에 고정된 핸드 (hand) 를 포함한다.

다른 특징들 및 이점들은, 부속 도면들을 참조하여, 비제한적 예시의 방식으로, 이하의 설명으로부터 분명하게 나타날 것이다.
- 도 1 은, 이미 설명된 바와 같이, 종래 기술에 따른 회전 압전 모터의 한 부분의 측면도를 개략적으로 나타낸다.
- 도 2 는, 위에서 본, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 회전 압전 모터의 일부를 개략적으로 나타낸다.
- 도 3 은 도 2 의 회전 압전 모터의 일부의 측면도를 개략적으로 나타낸다.
- 도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 회전 압전 모터의 일부의 상면도를 개략적으로 나타낸다.
- 도 5 는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 회전 압전 모터의 일부의 상면도를 개략적으로 나타낸다.
- 도 6 은 도 4 의 회전 압전 모터 및 상기 모터에 고정된 핸드를 포함하는 시계의 일부를 개략적으로 나타낸다.

도 2 및 도 3 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 압전 모터 (100) 의 일부를 도시하고, 도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 압전 모터 (101) 를 도시하며, 도 5 는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 압전 모터 (102) 를 도시한다. 모든 3 가지 경우들에서, 모터 (100, 101, 102) 는 원통부 (20) 를 포함하는 수동 에리먼트, 및 압전 효과를 이용하여 원통부 (20) 를 회전시키기 위한 압전 액추에이터를 포함한다.

압전 액추에이터는 발진할 수 있는 2 개의 아암들 (31', 32') 을 포함하는 공진기 (30') 및 압전 여기 수단 (표시되지 않음) 을 포함한다. 여기 수단은 유리하게는, 각각 상이한 아암에 부착된 2 개의 부분들로 형성된다. 하지만, 여기 수단의 다른 실시형태들이 가능하다; 그것들은, 예를 들어, 아암들 사이의 조인트에서 배열된 단일 부품으로 형성될 수도 있다. 적합한 전압이 여기 수단에 인가될 때, 여기 수단은 변형되고, 기계적 응력들이 아암들 (31', 32') 에 전달되고, 그러면 진동하기 시작한다. 여기 수단이 아암들 상에 적합한 방식으로 설계 및 탑재되는 경우에, 원하는 형태의 다차원적 진동들 (multi-dimensional oscillations) 이 달성될 수 있다.

아암들 (31', 32') 은 접속 영역 (33') 에서 접속되고, 상기 접속 영역 (33') 으로부터 서로 실질적으로 평행하게 연장된다. 공진기는 따라서 일반적으로 튜닝 포크 형상, 즉, U-형상이다. 하지만, 이 형상은 제한적인 것이 아니다. 접속 영역 (33') 에 접속되지 않는 아암들의 단부들은 자유단들 (free ends) (310', 320') 로서 지칭된다. 아암들 (31', 32') 의 진동의 진폭은 이들 단부들 (310', 320') 에서 최대이다.

원통부 (20) 는 공진기 (30') 에 실질적으로 직교하게, 즉, 공진기 (30') 의 아암들 (31', 32') 의 축들을 포함하는 평면에 직교하게 연장되고, 2 개의 자유단들 (310', 320') 과 접촉한다. 아암들 (31', 32') 의 자유단들 (310', 320') 의 다차원적 진동들은 상기 원통부 (20) 에 대한 상기 단부들 (310', 320') 의 마찰에 의해 그것의 축 주위로 원통부 (20) 에 회전을 부여하게 하는 것이 가능하다.

자유단들 (310', 320') 은, 공진기 (30') 와 원통부 (20) 사이에 프리로딩이 생성되도록 허용하는, 이하에서 설명되는 압전 모터의 유지 디바이스와 결합된, 특별한 기하학적 구조를 갖는다. 보다 엄밀히, 각 자유단 (310', 320') 은, 돌출부들 (41, 42) 이 서로를 향해 확장되도록, 돌출부 (41, 42) 를 포함한다. 각 돌출부 (41, 42) 는 서로 하우징을 형성하도록 경사진 면 (411, 421) 을 갖는다. 원통부 (20) 는 이들 돌출부들 (41, 42) 의 경사진 면들 (411, 421) 과 접촉한다. 달리 말하면, (도 3 에서 볼 수 있는) 원통부 (20) 의 하나의 부분 (21) 은 경사진 면들 (411, 421) 에 의해 형성된 하우징 내부에 끼워진다. 유지력은, 아암들 (31', 32') 에 평행한 방향으로, 그리고 접속 영역 (33') 을 향해, 상기 부분 (21) 에 압력을 인가할 수 있게 하여서, 부분 (21) 은 이들 경사진 면들 (411, 421) 상에서 지탱된다.

제 1 실시형태에서, 유지 디바이스는 탄성 엘리먼트, 여기서는 스프링 (52), 및 정지부 (51) 를 포함한다. 스프링 (52) 은, 그것이 일 측에서는 부분 (21) 상에 지탱되고 다른 측에서는 정지부 (51) 상에 지탱되어서, 경사진 면들 (411, 421) 에 대해 원통부 (20) 를 밀도록 한다.

제 2 및 제 3 실시형태들에서, 유지 디바이스는 접속 영역 (33') 의 측면에 위치된 자석 (60) 을 포함하고, 부분 (21) 은 자기 재료, 예를 들어 강자성 재료를 포함하여서, 자석 (60) 을 향하여, 그리고 결과적으로 경사진 면들 (411, 421) 에 대하여 부분 (21) 을 끌어당기도록 한다. 제 2 실시형태에서, 자석 (60) 은 접속 영역 (33') 의 내측 면 (331) 에 고정되는 반면에, 제 3 실시형태에서, 자석 (60) 은 접속 영역 (33') 의 외측 면 (332) 에 고정된다. 내측 면 (331) 은 원통부의 맞은 편에 위치되는 면이고, 외측 면 (332) 은 내측 면 (331) 반대편의 면이다.

마지막으로, 도 6 은 제 2 실시형태에 따른 압전 모터 (101) 의 원통부 (20) 의 상부 단에 고정된 핸드 (90) 를 포함하는, 손목시계 타입의 시계 (80) 를 나타낸다. 하지만, 본 발명의 실시형태들의 하나에 따른 압전 모터는 핸드가 아니라 디스크 (예를 들어 날짜 디스크 또는 달 위상 디스크), 휠 또는 링을 회전 구동하기 위해 사용될 수 있을 것이다.

당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형들 및/또는 개선들 및/또는 조합들이 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 상기 전개된 본 발명의 다양한 실시형태들에 대해 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 경사진 면들 (411, 421) 은 예시된 실시형태들에서는 평편한 것으로서 표현되었지만, 그것들은 균등하게 오목하거나 볼록할 수 있을 것이다. 필수적인 점은 이들 면들이 원통부 (20) 의 부분 (21) 과 접촉하여 유지된다는 것이다.

Claims

회전 압전 모터 (100; 101; 102) 로서,
- 한 쌍의 아암들 (31', 32') 을 갖는 공진기 (30') 를 포함하는 압전 액추에이터로서, 상기 한 쌍의 아암들 (31', 32') 은 접속 영역 (33') 에서 그들의 단부들 중 일방의 단부에서 접속되고, 다른 2 개의 단부들 (310', 320') 은 '자유단' 으로서 지칭되는, 상기 압전 액추에이터,
- 상기 공진기 (30') 에 직교하여 연장되는 원통부 (20) 를 포함하는 수동 엘리먼트로서, 상기 원통부 (20) 는 상기 원통부 (20) 상의 상기 아암들 (31', 32') 의 상기 자유단들 (310', 320') 의 마찰에 의해 회전될 수 있는, 상기 수동 엘리먼트를 포함하고,
각 자유단 (310', 320') 은, 돌출부들 (41, 42) 이 서로를 향해 연장되어서 함께 상기 원통부 (20) 의 부분 (21) 에 대한 하우징을 형성하도록 하는 돌출부 (41, 42) 를 포함하고,
상기 모터 (100; 101; 102) 는 상기 하우징 내부에 상기 원통부 (20) 의 상기 부분 (21) 을 유지하기 위한 디바이스 (51, 52; 60) 를 포함하는, 압전 모터 (100; 101; 102).
제 1 항에 있어서,
유지 디바이스 (51, 52) 는 상기 원통부 (20) 의 상기 부분 (21) 에 대해 탄성력을 발생시킬 수 있는, 압전 모터 (100).
제 2 항에 있어서,
상기 유지 디바이스 (51, 52) 는, 고정 엘리먼트 (51) 및, 한편에서는 상기 고정 엘리먼트 (51) 에 고정되고 다른 한편에서는 상기 원통부 (20) 의 상기 부분 (21) 에 대해 지탱하는 탄성 엘리먼트 (52) 를 포함하는, 압전 모터 (100).
제 3 항에 있어서,
상기 탄성 엘리먼트 (52) 의 축은 상기 공진기 (30') 의 상기 아암들 (31', 32') 에 대해 실질적으로 평행한, 압전 모터 (100).
제 1 항에 있어서,
유지 디바이스 (60) 는 상기 원통부 (20) 의 상기 부분 (21) 에 대해 자기력 (21) 을 발생시킬 수 있는, 압전 모터 (101; 102).
제 5 항에 있어서,
상기 유지 디바이스 (60) 는 상기 아암들 (31', 32') 의 상기 접속 영역 (33') 에 고정된 자석 (60) 을 포함하고, 상기 원통부 (20) 의 상기 부분 (21) 은 상기 자석 (60) 과 상기 원통부 (20) 의 상기 부분 (21) 사이에 인력을 생성하도록 자기 재료를 포함하는, 압전 모터 (101; 102).
제 6 항에 있어서,
상기 자석 (60) 은 상기 아암들 (31', 32') 의 상기 자유단들 (310', 320') 로부터 실질적으로 동일한 거리에 배열되는, 압전 모터 (101; 102).
제 1 항에 따른 압전 모터 (100; 101; 102) 를 포함하는, 시계 (80).
제 8 항에 있어서,
상기 원통부 (20) 의 일단에 고정된 핸드 (90) 를 포함하는, 시계 (80).