KR20210153364A - 초음파 리니어 모터 - Google Patents

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KR20210153364A
KR20210153364A KR1020200070303A KR20200070303A KR20210153364A KR 20210153364 A KR20210153364 A KR 20210153364A KR 1020200070303 A KR1020200070303 A KR 1020200070303A KR 20200070303 A KR20200070303 A KR 20200070303A KR 20210153364 A KR20210153364 A KR 20210153364A
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ferromagnetic
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linear motor
moving
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KR1020200070303A
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이상영
성명석
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 의한 초음파 리니어 모터가 개시된다. 상기 초음파 리니어 모터는 진동체; 상기 진동체의 중앙부에 결합되고 일측에 강자성 패턴층이 형성된 이동축; 및 상기 이동축에 자력에 의해 결합되고, 상기 이동축에 결합되는 접촉면 또는 상기 접촉면의 반대면인 비접촉면이 자성체로 형성된 이동체를 포함한다.

Description

초음파 리니어 모터{ULTRASONIC LINEAR MOTOR}
실시예는 이동축과 이동체가 자력 결합되는 초음파 리니어 모터에 관한 것이다.
초음파 모터는 기존에 폭넓게 활용되고 있는 전자 모터에 비해 상대적으로 낮은 속도에서 높은 토크를 발생시키기 때문에 감속 장치가 불필요하고, 단위 중량당 발생되는 기계적 출력이 높으며, 기동 및 정지 시 속용성을 갖고, 소형 및 경량화가 가능하고, 자계와 무관하기 때문에 전자 유도 등의 장애가 없고, 사용시 정속성을 보이는 등의 다양한 장점을 갖고 있어 현재 다양한 분야에서 활용되고 있다.
최근 모바일 기기의 카메라 줌 배율 경쟁이 가속화되면서 카메라에 적용하기 위한 회전형, 선형 등 다양한 컨셉의 초음파 모터에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.
도 1은 종래 기술에 따른 초음파 리니어 모터를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 초음파 리니어 모터는 자성체로 이루어진 로드(20)와 자석으로 이루어진 연결 부재(30)가 인력에 의해 결합될 수 있다. 연결 부재(30)에는 가이드 홈이 형성되고 로드(20)가 이동 가능하도록 삽입 결합될 수 있다.
하지만, 종래 방식은 이동 거리가 증가하게 될 경우 로드의 길이가 길어져야 하는데, 로드가 자성체로 이루어져 있기 때문에 길어질수록 무거워져 구동력이 저하될 수 있다.
또한 종래 방식은 자성체로 이루어진 로드가 연결 부재의 가이드 홈 내에서 이동하기 때문에 연결 부재가 회전할 가능성이 있어 이를 방지하기 위한 별도의 수단이 요구된다.
등록특허공보 제10-1119345호 등록특허공보 제10-1048047호
실시예는, 이동축과 이동체가 자력 결합되는 초음파 리니어 모터를 제공할 수 있다.
실시예에 따른 초음파 리니어 모터는 진동체; 상기 진동체의 중앙부에 결합되고 일측에 강자성 패턴층이 형성된 이동축; 및 상기 이동축에 자력에 의해 결합되고, 상기 이동축에 결합되는 접촉면 또는 상기 접촉면의 반대면인 비접촉면이 자성체로 형성된 이동체를 포함할 수 있다.
상기 강자성 패턴층은 상기 이동축의 일측에 길이 방향으로 강자성 소재를 코팅시켜 형성될 수 있다.
상기 강자성 패턴층은 상기 이동축의 일측에 다수 개가 길이 방향으로 나란히 형성될 수 있다.
상기 강자성 패턴층은 폭이 상기 이동축의 원주 길이의 1/3 ~ 3/2의 범위 이내일 수 있다.
상기 강자성 패턴층은 강자성을 갖는 금속과 금속 산화물 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 이동체는 상기 접촉면을 포함하는 제1 영역과 상기 비접촉면을 포함하는 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역에는 상기 이동축에 결합되는 결합홈이 형성될 수 있다.
상기 제1 영역은 강자성 소재로 형성되고, 상기 결합홈에 상기 이동축의 강자성 패턴층이 형성된 일측이 접촉될 수 있다.
상기 제1 영역은 강자성 소재로 형성되고, 상기 결합홈에 상기 이동축의 강자성 패턴층이 형성되지 않은 타측이 접촉될 수 있다.
상기 제1 영역은 마찰 소재로 형성되고, 제2 영역은 강자성 소재로 형성되고, 상기 결합홈에 상기 이동축의 강자성 패턴층이 형성된 일측이 접촉될 수 있다.
상기 제1 영역은 마찰 소재로 형성되고, 제2 영역은 강자성 소재로 형성되고, 상기 결합홈에 상기 이동축의 강자성 패턴층이 형성되지 않은 타측이 접촉될 수 있다.
상기 결합홈은 단면이 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나로 형성된, 초음파 리니어 모터.
상기 이동축은 탄소 섬유(carbon fiber)로 형성될 수 있다.
상기 이동축과 상기 이동체 사이에 형성되는 자력은 1gf~10gf의 범위 이내일 수 있다.
실시예에 따르면, 이동축의 일측에 강자성 소재를 코팅하여 강자성 패턴층을 형성하고, 이동축에 결합되는 이동체의 접촉면에 이동 가능하도록 결합홈을 형성하되, 이동체의 접촉면 또는 비접촉면을 자성체로 형성하도록 함으로써, 이동 거리 증가를 위하여 이동축이 길이지더라도 무게 증가가 최소화되어 구동력 저하를 방지할 수 있다.
실시예에 따르면, 이동축에 강자성 패턴층을 형성하고, 이동체의 접촉면 또는 비접촉면을 자성체로 형성하여 자력 결합시키기 때문에 균일한 결합력을 제공할 수 있고, 이로 인해 정밀 제어가 가능할 수 있다.
실시예에 따르면, 이동축의 일측에 강자성 패턴을 형성하고, 이동체에 결합홈을 형성하기 때문에 별도의 수단을 구비하지 않더라도 이동체의 회전을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 초음파 리니어 모터를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 리니어 모터를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3b는 제1 실시예에 따른 이동축과 이동체의 형상을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4b는 제2 실시예에 따른 이동축과 이동체의 형상을 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5b는 제3 실시예에 따른 이동축과 이동체의 형상을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6b는 제4 실시예에 따른 이동축과 이동체의 형상을 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 강자성 패턴층의 형상을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이동체에 형성된 결합홈의 형상을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예에서는, 이동축의 일측에 강자성 소재를 코팅하여 강자성 패턴층을 형성하고, 이동축에 결합되는 이동체의 접촉면에 이동 가능하도록 결합홈을 형성하되, 이동체의 접촉면 또는 비접촉면을 자성체로 형성하도록 한, 새로운 구조를 제안한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 리니어 모터를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 초음파 리니어 모터는 탄성체(110)와 탄성체(110)의 적어도 일면에 배치된 압전 소자(120)로 이루어진 진동체(100), 이동축(200), 강자성 패턴층(210), 이동체(300)를 포함할 수 있다.
탄성체(110)의 양면에는 압전 소자(120)가 부착될 수 있다. 탄성체(110)의 양면에 압전 소자가 부착되는 경우에 한정되지 않고 탄성체(110)의 일면에 압전 소자가 부착될 수 있다.
이러한 탄성체(110)의 재질로는 알루미늄(Al), 황동(Brass), 스테인레스(Stainless)가 사용될 수 있다. 여기서 스테인레스는 SS(Stainless Steel), STS(Steel Type Stainless), SUS(Stainless Use Steel)를 포괄하는 개념일 수 있다.
압전 소자(120)는 탄성체(110)의 일면에 부착되는 제1 압전 소자(120a)와 탄성체(110)의 타면에 부착되는 제2 압전 소자(120b)를 포함할 수 있다. 압전 소자(120) 즉, 제1 압전 소자(120a)와 제2 압전 소자(120b) 각각의 양면에는 전극이 소결되어 형성될 수 있다. 여기서, 전극은 Ag 전극일 수 있지만 반드시 이에 한정되지 않는다.
이때, 탄성체(110)와 압전 소자(120)는 전도성 에폭시에 의해 접착 결합될 수 있다.
이동축(200)은 진동체(100)의 중앙부에 결합되어 진동체를 구성하는 압전 소자의 변위에 따라 선형 이동될 수 있다. 즉, 이동축(200)은 진동체(100)를 구성하는 압전 소자(120)의 상부에 접착 레진에 의해 접착 결합될 수 있다. 여기서 이동축(200)은 예컨대, 탄소 섬유(carbon fiber)로 형성될 수 있다.
강자성 패턴층(210)은 이동축(200)의 일측에 형성될 수 있다. 이때, 강자성 패턴층(210)은 이동축(200)의 일측에 형성되되, 길이 방향으로 형성될 수 있다. 이렇게 이동축(200)의 일측에만 강자성 패턴층(210)이 형성되기 때문에 이동체(300)의 강자성 패턴층(210)과 자력으로 결합되는 이동체(300)의 회전을 방지할 수 있다.
강자성 패턴층(210)은 강자성 소재를 증착 또는 코팅시켜 형성될 수 있다. 여기서 강자성 소재는 외부 자기장이 없는 상태에서도 강한 자성 즉, 강자성을 갖는 물질로서, 예컨대, 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 금속과 산화철(iron oxide), 산화크롬(chromium oxide), 페라이트(Ferrite) 등의 금속 산화물을 포함할 수 있다.
이동체(300)는 이동축(200)에 결합되되, 자력에 의해 결합될 수 있도록 이동축(200)에 결합되는 접촉면 또는 접촉면의 반대면인 비접촉면이 자성체로 형성될 수 있다.
이동체(300)는 접촉면에 이동축(200)의 일부가 결합되는 결합홈(310)이 형성될 수 있다. 결합홈(310)에는 이동축(200)의 일부가 삽입 결합되어 이동할 수 있다. 여기서는 결합홈(310)에 이동축(200)의 일부가 삽입 결합되는 경우를 일 예로 설명하고 있지만, 반드시 이에 한정되지 않고 이동축(200)의 전체가 삽입 결합될 수 있다.
도 3a 내지 도 3b는 제1 실시예에 따른 이동축과 이동체의 형상을 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 제1 실시예에 따른 이동축(200)은 일측에 강자성 패턴층(210)이 형성되고, 강자성 패턴층(210)이 형성된 일측이 이동체(300)의 결합홈(310)에 삽입 결합될 수 있다.
이동체(300)는 이동축(200)에 결합되는 접촉면(S1)을 포함하는 제1 영역(A)과 접촉면(S1)의 반대면인 비접촉면(S2)을 포함하는 제2 영역(B)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 영역(A)과 제2 영역(B)의 크기는 필요한 자력에 따라 달라질 수 있다.
그 일예로, 상대적으로 큰 자력이 필요한 경우 자성체로 형성되는 제1 영역(A)의 크기를 비자성체로 형성되는 제2 영역(B)의 크기보다 크게 형성할 수 있다.
다른 예로, 상대적으로 작은 자력이 필요한 경우 자성체로 형성되는 제1 영역(A)의 크기를 비자성체로 형성되는 제2 영역(B)의 크기보다 작게 형성할 수 있다.
여기서는 자력의 크기에 따라 자성체가 형성되는 영역의 크기를 다르게 설정하는 경우를 일 예로 설명하고 있지만 반드시 이에 한정되지 않고 자성체의 종류, 결합홈의 형태 등 자력의 크기에 영향을 미칠 수 있는 모든 요소가 고려될 수 있다.
이때, 제1 영역(A)은 강자성 소재로 형성되고, 제2 영역(B)은 강자성을 갖지 않는 소재로 형성될 수 있다. 이렇게 이동체(300)의 일부 영역만이 강자성 소재로 형성되는 이유는 이동체(300)의 무게 증가를 최소화하기 위함이다.
이동축(200)의 강자성 패턴층(210)이 이동체(300)의 결합홈(310)에 위치하기 때문에 이동축(200)에 이동체(300)의 강자성체가 접촉된 상태에서 자력에 의해 결합될 수 있다.
이때, 이동축과 이동체 사이에 형성되는 자력은 1gf~10gf의 범위 이내로 설계될 수 있다.
도 4a 내지 도 4b는 제2 실시예에 따른 이동축과 이동체의 형상을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 제2 실시예에 따른 이동축(200-1)은 타측에 강자성 패턴층(210-1)이 형성되고, 강자성 패턴층(210-1)이 형성되지 않은 일측이 이동체(300-1)의 결합홈(310-1)에 삽입 결합될 수 있다.
이동체(300-1)는 이동축(200-1)에 결합되는 접촉면(S1-1)을 포함하는 제1 영역(A-1)과 접촉면(S1-1)의 반대면인 비접촉면(S2-1)을 포함하는 제2 영역(B-1)을 포함할 수 있다.
이동축(200-1)의 강자성 패턴층(210-1)이 형성되지 않은 부분이 이동체(300-1)의 결합홈(310-1)에 위치하기 때문에 이동축(200-1)에 이동체(300-1)의 강자성체가 비접촉된 상태에서 자력에 의해 결합될 수 있다.
도 5a 내지 도 5b는 제3 실시예에 따른 이동축과 이동체의 형상을 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 제3 실시예에 따른 이동축(200-2)은 일측에 강자성 패턴층(210-2)이 형성되고, 강자성 패턴층(210-2)이 형성된 일측이 이동체(300-2)의 결합홈(310-2)에 삽입 결합될 수 있다.
이동체(300-2)는 이동축(200-2)에 결합되는 접촉면(S1-2)을 포함하는 제1 영역(A-2)과 접촉면(S1-2)의 반대면인 비접촉면(S2-2)을 포함하는 제2 영역(B-2)을 포함할 수 있다.
이때, 제1 영역(A-2)은 마찰 소재로 형성되고, 제2 영역(B-2)은 강자성 소재로 형성될 수 있다. 여기서 마찰 부재는 소정의 마찰 계수를 갖는 물질일 수 있다.
이동축(200-2)의 강자성 패턴층(210-2)이 이동체(300-2)의 결합홈(310-2)에 위치하나 이동체(300-2)의 제2 영역(B-2)이 강자성 소재로 형성되기 때문에 이동축(200-2)에 이동체(300-2)의 강자성체가 비접촉된 상태에서 자력에 의해 결합될 수 있다.
도 6a 내지 도 6b는 제4 실시예에 따른 이동축과 이동체의 형상을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6b를 참조하면, 제4 실시예에 따른 이동축(200-3)은 타측에 강자성 패턴층(210-3)이 형성되고, 강자성 패턴층(210-3)이 형성되지 않은 일측이 이동체(300-3)의 결합홈(310-3)에 삽입 결합될 수 있다.
이동체(300-3)는 이동축(200-3)에 결합되는 접촉면(S1-3)을 포함하는 제1 영역(A-3)과 접촉면(S1-3)의 반대면인 비접촉면(S2-3)을 포함하는 제2 영역(B-3)을 포함할 수 있다.
이때, 제1 영역(A-3)은 마찰 소재로 형성되고, 제2 영역(B-3)은 강자성 소재로 형성될 수 있다.
이동축(200-3)의 강자성 패턴층(210-3)이 형성되지 않은 부분이 이동체(300-3)의 결합홈(310-3)에 위치하고 이동체의 제2 영역이 강자성 소재로 형성되기 때문에 이동축에 이동체의 강자성 소재가 비접촉되어 자력 결합에 의해 결합될 수 있다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 강자성 패턴층의 형상을 나타내는 도면이다.
도 7a를 참조하면, 실시예에 따른 강자성 패턴층(210)은 이동축의 일부 영역에만 하나로 형성되되, 이동체가 이동하는 방향을 따라 이동축의 길이 방향으로 형성될 수 있다.
강자성 패턴층(210)은 이동축의 일단으로부터 타단까지 길이 방향으로 형성되기 때문에 길이가 이동축의 길이와 동일하게 형성될 수 있다. 강자성 패턴층(210)은 이동축의 일측에 일정한 폭과 두께로 형성될 수 있다. 여기서 강자성 패턴층(210)의 폭은 이동축의 원주 길이의 1/3 ~ 2/3의 범위 이내일 수 있다.
도 7b를 참조하면, 실시예에 따른 강자성 패턴층(210)은 이동축의 일부 영역에만 다수로 형성되되, 이동체가 이동하는 방향을 따라 이동축의 길이 방향으로 형성될 수 있다.
예컨대, 강자성 패턴층(210)은 2개 이상의 강자성 패턴층(210a, 210b)이 나란히 형성될 수 있다. 여기서는 2개의 강자성 패턴층이 동일한 사이즈로 형성되는 경우를 일 예로 설명하고 있지만, 반드시 이에 한정되지 않고 서로 다른 사이즈로 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이동체에 형성된 결합홈의 형상을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 실시예에 따른 이동체에 형성된 결합홈은 이동축의 일부가 삽입 결합될 수 있는데, 예컨대, 원형, 타원형, 다각형의 형상으로 형성될 수 있다. 여기서 설명하는 결합홈의 형태는 일 예일 뿐 반드시 이에 한정되지 않는다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 진동체
200: 이동축
210: 강자성 패턴층
300: 이동체
310: 결합홈

Claims (11)

  1. 진동체;
    상기 진동체의 중앙부에 결합되고 일측에 강자성 패턴층이 형성된 이동축; 및
    상기 이동축에 자력에 의해 결합되고, 상기 이동축에 결합되는 접촉면 또는 상기 접촉면의 반대면인 비접촉면이 자성체로 형성된 이동체를 포함하는, 초음파 리니어 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강자성 패턴층은,
    상기 이동축의 일측에 길이 방향으로 강자성 소재를 코팅시켜 형성된, 초음파 리니어 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강자성 패턴층은,
    상기 이동축의 일측에 다수 개가 길이 방향으로 나란히 형성된, 초음파 리니어 모터.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 강자성 패턴층은,
    폭이 상기 이동축의 원주 길이의 1/3 ~ 3/2의 범위 이내인, 초음파 리니어 모터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 강자성 패턴층은,
    강자성을 갖는 금속과 금속 산화물 중 적어도 하나로 형성된, 초음파 리니어 모터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이동체는 상기 접촉면을 포함하는 제1 영역과 상기 비접촉면을 포함하는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역에는 상기 이동축에 결합되는 결합홈이 형성된, 초음파 리니어 모터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 영역은 강자성 소재로 형성되고,
    상기 결합홈에 상기 이동축의 강자성 패턴층이 형성된 일측이 접촉되는, 초음파 리니어 모터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 영역은 강자성 소재로 형성되고,
    상기 결합홈에 상기 이동축의 강자성 패턴층이 형성되지 않은 타측이 접촉되는, 초음파 리니어 모터.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 영역은 마찰 소재로 형성되고, 제2 영역은 강자성 소재로 형성되고,
    상기 결합홈에 상기 이동축의 강자성 패턴층이 형성된 일측이 접촉되는, 초음파 리니어 모터.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 영역은 마찰 소재로 형성되고, 제2 영역은 강자성 소재로 형성되고,
    상기 결합홈에 상기 이동축의 강자성 패턴층이 형성되지 않은 타측이 접촉되는, 초음파 리니어 모터.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동축과 상기 이동체 사이에 형성되는 자력은 1gf~10gf의 범위 이내인, 초음파 리니어 모터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101048047B1 (ko) 2010-02-01 2011-07-13 오건희 압전 리니어 모터
KR101119345B1 (ko) 2010-05-18 2012-03-06 삼성전기주식회사 자동초점장치를 갖는 카메라모듈

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