KR900005761B1 - 전왜모터 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전왜모터

제1도는 본 발명의 전왜모터의 실시예를 나타낸 단면도.

제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도.

제3a,b도는 전왜소자에 대한 분극처리의 가장 단순한 예를 나타낸 평면도.

제4도는 제3a도의 전개 단면도.

제5a,b도는 본 발명의 전왜모터의 동작원리를 나타낸 도.

제6a,b도는 본 발명에 의한 전왜소자의 분극처리 및 회전방향을 역전을 위한 전압인 가극의 반전모양을 나타내는 평면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A : 직접신축극 B,C : 부수신축극

10 : 진동자 11 : 전왜소자

12 : 탄성체 14 : 계면(界面)

15 : 공통전극 16,17,18 : 분리전극

20 : 회전자(이동자) 21 : 축

30 : 주파전압원

본 발명은 전왜모터에 관한 것으로 특히 단일위상의 주파전압으로 진동파(정재파)를 발생시켜 구동할 수 있는 전왜모터에 과한 것이다.

전왜소자를 이용한 모터는, 종래 여러 가지가 제안되어 있으나, 그중 초음파 진동자의 계면에 여건되는 횡파와 종파가 합성된 진행파에 의하여 직선운동(리니어모터) 또는 회전운동을 얻는것을 일본국 특개소 58-148682호로 최초로 제안되었다. 이 초음파진동을 이용한 모터는, 횡파와 종파의 합성파에 의한 진행파를 발생시키기 때문에, 위상의 다른 2개의 이상의 주파전압을 전왜소자에 가하지 않으면 안된다. 그러나 위상이 다른 주파전압을 얻기 위해서는 복잡한 전원회로를 필요로 하고, 또한 이것을 특정의 방향으로 분극처리한 전왜소자에 인가하기 위한 복잡한 배선이 필요하게된다.

본 발명은 단일위상의 주파전압으로 구동할 수 있는 전왜모터를 제안하고, 전원회로 및 배선처리를 단순화하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 전왜모터는 탄성체에 접합한 전왜소자를 가지는 진동자와, 이 진동자의 탄성체의 계면에 접촉하는 이동자를 구비하고 있다. 그리고 이 전왜소자는, 이동자의 이동방향으로 간격을 두고, 주파전압을 인가하는 직접신축극과, 이 직접신축극의 좌우에 위치하는 복수신축극을 포함하도록 분극처리되어 있으며, 또한 이들의 신축극의 분극처리 방향은 직접신축극과 그 좌우의 어느 한쪽의 부수신축극이 동일의 극성이고 다른쪽의 부수신축극이 다른 극성으로 되어있다.

이와같은 분극처리를 실시한 전왜소에 의하면, 이것에 접합된 탄성체에, 정재파이면서 이동자에 이동력을 부여하는 진동파가 발생하여 이동자를 회전 또는 직선이동시킬수가 있다.

이하 도시한 실시예에 따라 본 발명을 설명한다. 제1도, 제2도는 본 발명에 의한 전왜모터를 회전모터에 적용한 경우의 기계적구성예를 나타내는 것으로, 고정되는 진동자(10)는 환상 또는 원판형상의 전왜소자(11)와 이전왜소자(11)위에 접합된 환상의 탄성제(12)로 이루어져 있다. 탄성체(12)는 예를들면 Al합금, 스테인레스 등의 급속재료로 구성되고, 그 상면은 전왜소자(11)에 의한 진동파를 확대하기 위하여 톱니형상으로 형성되어 있다. 이 진동자(10) 위에는 전왜소자(11) 및 탄성체(12)와 동축의 회전자(20)가 위치하고 있다.

이 회전자(20)는 그축(21)을 진동자(10)의 축받이(13)에 삽입하고, 그 하단면을 탄성체(12)의 계면(상단면)(14)에 접촉시키고 있다. 전왜소자(11)에 가하는 주파전압에 의하여 계면(14)에 발생하는 진동파(정재파)에 의하여 회전자(20)를 회전시키는 구성이다.

다음에 전왜소자(11)에 가해지는 분극처리에 대하여 설명한다. 제3a도 및 제4도는 본 발명에 의한 전왜소자(11)의 분극처리를 가장 단순화시켜 나타낸 것으로, 전왜소자(11)는 둘레방향으로 3극으로 분극처리되고 있다. 이 분극처리는 전왜소자(11)의 표면에 공통전극(15)을 붙이는 한편, 뒷면에 서로 분리된 분리전극(16,17,18)을 설치하고 이들의 전극을 이용하여 도에 나타낸 +,-의 극성으로 한 것이다.

+는 주파전압의 +가 인가되었을때 축소하고 -가 인가되었을 때 신장하는 성질, 반대로 -는 +가 인가되었을 때 축소되는 극성을 나타내고 있다.

그리고 본 발명의 이들의 +,-의 극성을 다음과 같이 설정하고 있다. 즉 이들의 3극 분리처리전극중 예를들면 +로 분극 처리된 분리전극(17)을 가지는 극을 주파전압을 인가하는 직접신축극(A)으로 하였을 때, 그 좌우의 어느 한족의 분리전극(16)을 가지는 극(B)은 직접신축극(A)과 동극성인 +, 다른쪽의 분리전극(18)을 가지는 극(C)은 직접신축극(A)과 다른 극성의 -가 되도록 극성을 설정하는 것이다. 이 분리전극(16)과 분리전극(18)을 가지는 극을 부수신축극(B),(C)으로 한다.

제5a,b도는 이상의 전왜소자(11)의 직접신축극(A)의 공통전극(15)과 분리전극(17)간에 주파전압을 가했을때의 전왜소자(11)의 신축에 의한 변형 및 탄성체(12)의 계면(14)에 발생하는 변형을 과장하여 모식적으로 그린 것이다.

먼저 분리전극(17)(직접신축극 A)에 +가 인가되었을때는 직접신축극(A)은 수축한다. 이때, 부수신축극(B) 부수신축극(C)에는 분리전극(17)과 공통전극(15) 사이에 인가한 + 전압의 약간의 누설전압이 가해지기 때문에, 부수신축극(B)은 약간 수축되고, 부수신축극(C)은 약간 신장되어, 전왜소자(11)는 곡선 (a)과 같이 변형한다.

즉 직접신축극(A)을 중심으로 생각하면, 이 극의 중심을 쎈터로하여 전왜소자(11)의 변형은 비대칭으로 발생하고, 부수신축극(B)측에 수축이 치우치게된다. 이 때문에 탄성체(12)는 제5a도와 같이 변형하게 된다.

그리고 다음 순간에 직접신축극(A)에 -가 인가되면, 이번에는 이상 설명과는 반대로 직접신축극(A)이 더 신장하고, 부수신축극(B)이 약간 신장하고, 부수신축극(C)이 약간 수축하기 때문에 전왜소자(11)의 표면은 곡선(b)으로 나타낸 바와같이 변형한다. 그러면 전왜소자(11)에 접합되어 있는 탄성체(12)는 제5b도와 같이 변형하게 된다. 그결과 제5b도로부터 명백한 바와같이 회전자(20)에 화살표방향으로 힘이 가해지고, 이 방향의 힘이 계면(14)의 평면방향의 분력에 의하여 회전자(20)가 회전한다. 회전자(20)의 회전방향은 항상 직접신축극(A)과 이극(異極)의 부수신축극(C)측이다. 또한 직접신축극(A)에 +가 인가될때에는, 회전자(20)에는 회전력은 부여되지 않는다. 그리고 이상(以上)의 정재파가 연속하여 탄성체(12)의 계면(14)에 발생하기 때문에, 회전자(20)가 연속적으로 회전한다. 그러므로 가령, 분리전극(16)(부수신축극 B)에 주파전극을 가하면, 전압인가극의 좌우의 극성이 반전하기 때문에, 주파전압을 인가하는 극과 이극(異極)의 부수신축극(C)방향, 즉 이상과 반대의 방향으로 회전자(20)가 회전하게 된다. 또 제3b도와 같이 전왜소자(11)로 가하는 분극처리는 -,-,+로 하고 2개의 -극의 하나에 주파전극을 가해도 완전히 동일하게 회전자(20)가 회전한다. 또한, 분극처리는 이상과 같이 +,+,-또는 -,-,+가 효율적이나 효율이 약간 떨어지는 것을 허용하면 +,+,+,-와 같이 동일극성의 극수를 증가시켜도 회전력을 얻을수가 있다. 요컨대 주파전압을 인가하는 직접신축국의 좌우에 한쪽을 이것과 동일극성, 다른쪽을 이극성으로한다고 하는 관계가 성립하면 본 발명의 전왜모터는 성립한다.

제6a,b도는 제3a,b도의 2종류의 패턴을 조합하여 연속시켜 형성한 실제적인 실시예이다.

이 실시예의 경우, 분극처리는 +,+,-의 연속이되고, 이 분극처리에 의해서도 회전자(20)를 회전시킬수가 있다. 제6a,b도는 각각 서로 다른 방향으로 회전자(20)를 회전시키는 경우에, 주파전압원(30)에 의하여 구동전압이 가해지는 전압인가극의 반전의 모양을 나타내는 결선예이다. 화살표는 회전자(20)의 회전방향을 나타낸다. 제3a,b도의 예는 본 발명의 원리를 나타낸 것으로써, 분극수는 전해소자(11)와 탄성체(12)로 이루어지는 진동자(10)를 가장 효율좋게 공진시키는 주파수가 바람직하다.

또한, 이 제6도의 실시예에 있어서, 전왜소자(11)를 직선형상으로 전개하면 리니어모터가 얻어진다. 이 경우 회전자는 직선이동자가 된다. 이 리니어모터의 경우에는 더욱 이점이 있다. 즉 종래의 진행파에 의한 전왜모터는 원리적으로는 리니어모터에도 적용가능하나, 실제로 적용하면 진행파의 반사문제가 발생한다. 진동자의 종점이 반드시 존재하기 때문에, 이 종점에 있어서 진행파가 반사하는 것이다. 이 반사파는 분명히 리니어모터의 구동력인 진행파와 합성되어 최적의 구동력을 얻을수 없게되기 때문에, 무엇인가의 진행파의 흡수장치가 필요하게 된다. 이에 대하여 본 발명은 정재파에 의하여 구동력을 얻고 있기 때문에 이와같은 반사파의 문제는 기본적으로 발생하지 않는다. 따라서 보다 더 단순한 구성의 리니어모터가 얻어진다. 또한 전왜소자(11)의 공통전극(15)과 분리전극(16,17,18)의 표리의 관계는 물론 역으로 해도 좋다.

이상은 본 발명의 전왜모터의 회전원리에 관한 하나의 추론이나, 이상의 설명에 의하면 정전(正轉), 역전(逆轉)이 전혀 무리없이 설명된다. 실제로 이상의 분극처리가 아니면 회전자(20)는 회전하지 않는다. 또 직접신축극(A)과 부수신축극(B) 및 (C)를 구성하는 전왜소자(11)를 분단해버리면 회전자(20)가 회전하지않는 사실은 부수신축극(B),(C)에 직접신축극(A)에 가하는 주파전압의 누설전압에 의한 신축이 발생하고 있음을 증명하고 있다.

이상과 같이 본 발명의 전왜모터에 의하면, 단일위상의 주파전압에 의하여 이동자를 전왜소자의 분극처리가 연속되는 방향으로 이동시킬수가 있다. 따라서 전왜소자의 분극방향을 환상으로 하면 회전모터가 직선형상으로 하면 리니어모터가 얻어진다. 그리고 전왜소자에는 단일위상의 주파전압을 부여하면 되기 때문에 구동전원회로 및 전왜소자에 대한 결선을 단순화시켜 전체로서 보다 저렴한 전왜모터를 제공할 수가 있다.

Claims (4)

1. 탄상체의 접합된 전왜소자를 가지는 진동자와, 이 진동자의 탄성체의 계면(界面)에 접촉하는 이동자를 구비한 전왜모터에 있어서, 상기 전왜소자는 이동자의 이동방향으로 간격을 두고, 주파전압을 인가하는 직접신축극과 이 직접신축극의 좌우에 위치하는 부수신축극을 포함하도록 분극처리되고 있고, 또한 이들의 신축극의 분극처리방향은 직접신축극와 그 좌우의 어느한쪽의 부수신축극이 동일한 극성이고, 다른쪽의 부수 신축극이 다른 극성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전왜모터.
2. 제1항에 있어서, 전왜소자의 분극처리는 환상으로 이루어져있고, 이동자는 회전자인 전왜모터.
3. 제1항에 있어서, 전왜소자의 분극처리는 직선형상으로 이루어져있고, 이동자는 직선 이동자인 전왜모터.
4. 제1항 내지 제3항의 어느 하나에 있어서, 주파전압을 인가하는 직접신축극은 이동자의 이동방향을 반전하기 위하여 그 좌우의 부수신축극의 극성이 다르도록 선택되는 전왜모터.

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