KR20150091868A

KR20150091868A - An ultrasonic motor

Info

Publication number: KR20150091868A
Application number: KR1020140012633A
Authority: KR
Inventors: 이종희
Original assignee: 이종희
Priority date: 2014-02-04
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2015-08-12

Abstract

본 발명은 링 상의 고정자(110)와, 상기 고정자(110) 내경면에 구비되며 환형을 이루는 압전소자부(120)와, 타원부를 가지며 압전소자부(120) 내측으로 위치하는 회전축(170)과, 상기 압전소자부(120)에서 발생한 진동을 타원부로 전달하는 전달체(130)로 이루어지며; 상기 전달체(130)는 압전소자부(120)와 타원부(160) 사이에 위치하여 구비된 초음파 모터(100)에 관한 것으로, 전달체가 완충 역할을 하면서 충격을 흡수하여 소음 발생이 억제되고 내충격성이 향상되므로 토크를 크게 할 수 있고 따라서 대형화가 가능하며, 이물 저항성이 향상되고 수중에서도 작동 가능하게 되는 효과가 있다.The stator 110 includes a ring-shaped stator 110, a ring-shaped piezoelectric element 120 provided on the inner surface of the stator 110, a rotary shaft 170 having an ellipse and positioned inside the piezoelectric element 120, And a carrier 130 for transmitting the vibration generated in the piezoelectric element part 120 to the elliptical part. The transporter 130 is disposed between the piezoelectric element unit 120 and the elliptical unit 160. The ultrasonic motor 100 absorbs shocks while the transducer acts as a buffer to suppress noise generation, It is possible to increase the torque so that it can be increased in size, the resistance against foreign matter is improved, and the effect is enabled to be operable in water.

Description

Ultrasonic motor {AN ULTRASONIC MOTOR}

본 발명은 초음파 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소음과 진동이 발생이 억제되고, 내충격성이 향상된 초음파 모터에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic motor, and more particularly, to an ultrasonic motor in which the occurrence of noise and vibration is suppressed and the impact resistance is improved.

초음파 모터는 자석이나 권선을 필요로 하지 않고 복수의 압전소자인 압전 세라믹에 고주파 전압을 가하여 압전 세라믹을 진동시키고 이 진동력에서 탄성체, 마찰판을 거쳐 일정 방향의 회전력을 얻는 장치이다.An ultrasonic motor is a device that vibrates a piezoelectric ceramic by applying a high frequency voltage to a piezoelectric ceramic, which is a plurality of piezoelectric elements, without magnet or winding, and obtains rotational force in a certain direction through an elastic body and a friction plate.

압전 세라믹이란 압력이 가해졌을 때 전압을 발생하고, 전기가 가해졌을 때 기계적인 변형이 일어나는 소자로서 기계적인 진동에너지를 전기에너지로, 전기에너지를 기계적인 진동에너지로 상호 변환이 가능하며 변환 효율이 매우 높은 재료이다. 압전 세라믹을 적용한 초음파 모터는 일반 전기 모터에 비하여 저속에서 토크가 크고 효율이 높으며 중량당 토크가 크고 가동부의 관성을 작게 할 수 있으며 또한 발진회로를 이용한 주파수제어를 통하여 기동, 역기동, 정지 등의 제어 특성이 양호하다. 또한, 회전 토크가 크므로 기어 등에 의한 토크 확대 장치가 필요 없으며 발진제어회로를 통한 속도제어가 자유로우므로 가속 장치나 감속 장치를 사용하지 않아도 되어 기계 조립부 간의 공차발생에 따른 소음, 진동, 하쉬니스 문제점이 상대적으로 낮으며 정밀한 위치제어가 가능한 장점이 있다.Piezoelectric ceramic is a device that generates voltage when pressure is applied and mechanical deformation occurs when electricity is applied. It can convert mechanical vibration energy into electric energy, electric energy into mechanical vibration energy, and conversion efficiency It is a very high material. Ultrasonic motor using piezoelectric ceramics has higher torque at low speed, higher efficiency, higher torque per weight, lower inertia of moving part, and frequency control using oscillation circuit as compared with general electric motors. Control characteristics are good. In addition, since the torque is large, a torque enlarging device using gears is not necessary, and speed control through an oscillation control circuit is free. Therefore, there is no need to use an accelerating device or a decelerating device and noise, vibration, And the position control can be precisely performed.

위와 같은 특징이 있는 초음파 모터는 정교한 조작이 요구되는 카메라의 렌즈 초점 조절용으로 사용되고 있다.Ultrasonic motors with the above features are used for adjusting the focus of a camera that requires precise manipulation.

도 1은 종래 기술에 의한 초음파 모터를 도시한 단면도이며, 도 2는 종래 기술에 의한 초음파 모터를 도시한 일부 절개 사시도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional ultrasonic motor, and FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing an ultrasonic motor according to the related art.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 종래 기술에 의한 초음파 모터(10)는 고정자(16)와, 압전 소자부(20)와, 회전자(18)로 이루어진다.1 and 2, the ultrasonic motor 10 according to the related art includes a stator 16, a piezoelectric element 20, and a rotor 18. As shown in Fig.

고정자(16)는 전체적으로 링 형태로 되어 있으며, 고정자(16)의 상면에는 간격을 가지고 원주 방향을 따라 다수의 톱니부(16a)가 형성되어 있다. 상기 톱니부(16a)는 사각 단면 모양을 하고 있으며 이 톱니부(16a)의 상면은 회전자(18)에 접촉된다. 고정자(16)의 아랫면에는 복수로 구획된 압전 소자로 이루어진 압전소자부(20)가 구비된다. The stator 16 has a ring shape as a whole, and a plurality of teeth 16a are formed on the upper surface of the stator 16 along the circumferential direction with a gap therebetween. The toothed portion 16a has a rectangular cross-sectional shape, and the upper surface of the toothed portion 16a is in contact with the rotor 18. [ On the lower surface of the stator 16, there is provided a piezoelectric element portion 20 composed of a plurality of piezoelectric elements.

압전 소자의 구획은 일반적으로 인가되는 전계의 ½파장 길이이며 교대로 분극된다. 전계가 인가되면 각 구획의 압전 소자는 진동하고, 진동에 의하여 진행파가 형성된다. The section of the piezoelectric element is generally a ½ wavelength length of the applied electric field and is alternately polarized. When an electric field is applied, the piezoelectric elements of each section are vibrated, and a traveling wave is formed by the vibration.

상기 압전소자부(20)에 교류 전원이 인가되면 파형은 일정 방향으로 진동하면서 진행하게 된다. 압전소자부(20)의 진동에 의해 고정자(16)의 톱니부(16a)들이 진동하게 된다. 이 톱니부(16a)들의 진동은 방향성을 가지며 시계 방향 또는 반시계 방향으로 진행된다. 회전자(18)는 원판 모양을 하고 있으며 진동되는 톱니부(16a)들의 상면에 접촉되어 톱니부(16a)로부터 전달되는 마찰력에 의해 회전하게 된다. 이 회전자(18)의 중심부에 회전축(14)이 설치되어 있다. 또한, 고정자(16)와 회전자(18)의 압착력을 높이기 위해 접시 모양의 스프링(13)이 구비되어 회전자(18)를 고정자(16) 방향으로 가압한다.When the AC power is applied to the piezoelectric element 20, the waveform vibrates in a predetermined direction. The teeth portions 16a of the stator 16 are vibrated by the vibration of the piezoelectric element portion 20. [ The vibrations of the serrations 16a are directional and proceed clockwise or counterclockwise. The rotor 18 is in the form of a disk and contacts the upper surface of the toothed portions 16a to be vibrated and is rotated by the frictional force transmitted from the toothed portion 16a. A rotary shaft (14) is provided at the center of the rotor (18). A plate-shaped spring 13 is provided to increase the pressing force between the stator 16 and the rotor 18 so as to press the rotor 18 toward the stator 16.

도 1에서 도면부호 12는 고정자(16), 회전자(18) 및 압전소자부(20)가 설치되는 중공의 모터 하우징(12)을 도시한 것이다.1, reference numeral 12 denotes a hollow motor housing 12 in which a stator 16, a rotor 18, and a piezoelectric element 20 are installed.

이러한 종래의 초음파 모터의 경우 카메라의 렌즈 초점 조절용과 같은 소형 및 저출력인 가전 및 산업용으로 개발 이용되고 있다. 종래의 초음파 모터의 경우 정교한 제어와 저소음 동작에 특징이 있으나 상대적으로 출력이 작아 차량이나 중장비에 초음파모터를 사용할 경우 출력을 향상시켜 모터의 효율을 증대시킬 수 있는 구조로의 개선이 필요하고, 톱니부(16a)가 회전자(18)에 직접 접촉하여 진동을 전달하는 구조이므로 진동과 소음이 발생할 수밖에 없는 구조이고, 회전 토크를 크게 하려는 경우 진동의 영향으로 취약해지는 문제점이 있었다.Such conventional ultrasonic motors are being developed for use in small-sized and low-power household appliances and industrial applications such as those for adjusting the focus of a camera lens. Conventional ultrasonic motors are characterized by precise control and low noise operation. However, when the ultrasonic motor is used in a vehicle or a heavy equipment due to its relatively small output, it is necessary to improve the structure to increase the efficiency of the motor by increasing the output, The structure is such that vibration and noise are generated due to the structure in which the portion 16a directly contacts the rotor 18 to transmit the vibration. If the rotation torque is to be increased, the structure is vulnerable due to vibration.

(1) 대한민국 공개 제10-2009-0011504호 공개특허공보(1) Korean Patent Laid-Open No. 10-2009-0011504 (2) 대한민국 공개 제10-2011-0014022호 공개특허공보(2) Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0014022 (3) 대한민국 공개 제10-2009-0054728호 공개특허공보(3) Korean Patent Laid-Open No. 10-2009-0054728

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 전달체가 완충 역할을 하면서 충격을 흡수하여 소음 발생이 억제되고 내충격성이 향상되므로 토크를 크게 할 수 있으며, 따라서 대형화가 가능한 초음파 모터를 제공하는 것으로 목적으로 한다.The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide an ultrasonic motor capable of increasing torque and increasing the size of an ultrasonic motor by absorbing shocks, suppressing noise generation, The purpose is to do.

상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 링 상의 고정자와, 상기 고정자의 내측에 원주 방향을 따라 구비되는 복수의 압전소자로 이루어진 압전소자부와, 타원부를 가지며 고정자 내측으로부터 내향 이격되어 위치하는 회전축과, 상기 타원부의 외측으로 이격되어 구비되는 탄성링과, 타원부와 탄성링 사이에 구비되는 복수의 전동체와, 탄성링과 압전소자부 사이에 위치하여 압전소자부에서 발생한 진동을 타원부로 전달하는 우레탄이나 고무 재질로 이루어지는 전달체를 포함하여 구성되는 초음파 모터를 제공한다.In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a piezoelectric device comprising a ring-shaped stator, a piezoelectric element part including a plurality of piezoelectric elements provided in a circumferential direction inside the stator, a rotating shaft having an elliptical part, A plurality of rolling elements provided between the elliptical portion and the elastic ring, and a plurality of rivets arranged between the elastic ring and the piezoelectric elements and transmitting vibration generated in the piezoelectric elements to the elliptical portion, And an ultrasonic motor comprising a carrier made of a rubber material.

상기에서, 전달체는 탄성링의 외면에 구비되며 타원형을 이루는 것을 특징으로 한다.In the above, the carrier is provided on the outer surface of the elastic ring and is elliptical.

상기에서, 타원부의 장축에서 단축으로 갈수록 전달체와 압전소자부 사이의 간격이 증가하는 것을 특징으로 한다.In the above, the distance between the carrier and the piezoelectric element increases from the long axis to the short axis of the elliptical portion.

상기에서, 타원부의 장축에서 전달체와 압전소자부는 접하는 것을 특징으로 한다.In the above, the carrier and the piezoelectric element portion are in contact with each other on the long axis of the elliptical portion.

상기에서, 압전소자부는 고정자에 원주 방향으로 이격되어 구비되며; 압전소자부는 반경 방향으로 연장되도록 구비되는 로드와, 상기 로드를 사이에 두고 서로 마주하여 복수로 구비되는 제3 압전소자와, 로드와 나란하게 구비되며 일단이 제3 압전소자에 고정 연결되고 타단은 고정자에 고정 연결된 복수의 제2 압전소자로 이루어지며; 교류 전원 인가시 상기 제3 압전소자는 측방으로 신장 수축되도록 설치되며 상기 제2 압전소자는 로드의 길이 방향으로 신장 수축되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.In the above, the piezoelectric element portion is provided circumferentially spaced apart from the stator; The piezoelectric element unit includes a rod provided to extend in the radial direction, a third piezoelectric element provided in a plurality of faces facing each other with the rod interposed therebetween, a second piezoelectric element provided in parallel with the rod, one end fixedly connected to the third piezoelectric element, And a plurality of second piezoelectric elements fixedly connected to the stator; When the AC power is applied, the third piezoelectric element is provided so as to extend and contract laterally, and the second piezoelectric element is elongated and contracted in the longitudinal direction of the rod.

본 발명에 따르는 초음파 모터에 의하면, 전달체가 완충 역할을 하면서 충격을 흡수하여 소음 발생이 억제되고 내충격성이 향상되므로 토크를 크게 할 수 있고 따라서 대형화가 가능하며, 이물 저항성이 향상되고 수중에서도 작동 가능하게 되는 효과가 있다.According to the ultrasonic motor according to the present invention, since the carrier serves as a buffer to absorb shock, noise is suppressed and the impact resistance is improved, the torque can be increased and thus the size can be increased. There is an effect to be done.

도 1은 종래 기술에 의한 초음파 모터를 도시한 단면도이며,
도 2는 종래 기술에 의한 초음파 모터를 도시한 일부 절개 사시도이며,
도 3은 본 발명에 따르는 초음파 모터를 개략적으로 도시한 단면도이며,
도 4는 도 3에 도시한 초음파 모터의 동작을 설명하기 위하여 도시한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따르는 초음파 모터의 다른 예를 도시한 단면도이며,
도 6 내지 도 9는 본 발명에 따르는 초음파 모터의 작동을 설명하기 위하여 일부 구성을 도시한 것이다.1 is a cross-sectional view showing an ultrasonic motor according to the prior art,
2 is a partially cutaway perspective view showing an ultrasonic motor according to the prior art,
3 is a cross-sectional view schematically showing an ultrasonic motor according to the present invention,
4 is a schematic cross-sectional view illustrating the operation of the ultrasonic motor shown in FIG.
5 is a cross-sectional view showing another example of the ultrasonic motor according to the present invention,
6 to 9 illustrate a part of the structure of the ultrasonic motor according to the present invention.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 초음파 모터를 설명한다. 도 3은 본 발명에 따르는 초음파 모터를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 4는 도 3에 도시한 초음파 모터의 동작을 설명하기 위하여 도시한 개략적인 단면도이다.Hereinafter, an ultrasonic motor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an ultrasonic motor according to the present invention, and FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating an operation of the ultrasonic motor shown in FIG.

이하에서 도 3의 지면에 수직한 방향을 '축 방향'이라고 한다.Hereinafter, a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 3 is referred to as an 'axial direction'.

본 발명에 따르는 초음파 모터(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 고정자(110)와, 고정자(110) 내측에 구비되며 환형을 이루는 압전소자부(120)와, 압전소자부(120) 내측으로 위치하는 회전축(170)과, 상기 압전소자부(120)에서 발생한 진동을 타원부(160)를 통하여 회전축(170)으로 전달하는 전달체(130)로 이루어진다.3, the ultrasonic motor 100 according to the present invention includes a stator 110, a piezoelectric element 120 provided inside the stator 110 and formed in an annular shape, a piezoelectric element 120 disposed inside the piezoelectric element 120 And a transporter 130 for transmitting the vibration generated in the piezoelectric element 120 to the rotary shaft 170 through the elliptical portion 160.

상기 고정자(110)는 상기 고정자(110)는 축 방향으로 연장되어 원통상을 이루는 부분을 가져, 회전축(170)에 수직한 단면이 원형으로 내면이 원형으로 형성되어 내경면을 가진다. 외면은 도 3에 도시된 바와 같이 원형으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 다각형으로 형성되는 것도 가능하다. 상기 고정자(110)는 금속으로 이루어지나, 강화 플라스틱과 같은 합성 수지로 제조되는 것도 가능하다. In the stator 110, the stator 110 has a cylindrical portion extending in the axial direction. The stator 110 has a circular cross-section perpendicular to the rotation axis 170 and an inner surface formed in a circular shape. The outer surface may be formed in a circular shape as shown in FIG. 3, but it is not limited thereto and may be formed in a polygonal shape. The stator 110 is made of metal, but may be made of synthetic resin such as reinforced plastic.

상기 압전소자부(120)는 고정자(110)의 내측에 구비된다. 고정자(110)의 내경측에 구비된다. 고정자(110)의 내경면에 내향 개구되며 원주 방향을 따라 서로 이격된 설치홈부가 형성되고, 상기 압전소자부(120)는 설치홈부에 구비되는 것도 가능하다. 상기 압전소자부(120)는 원주 반향을 따라 복수로 구비된 압전 소자로 이루어진다. 상기 압전소자부(120)에 교류 전원이 인가되면 변형이 발생하면서, 원주 방향으로 진행되며 내향 가압하는 진동을 발생시킬 수 있다. 상기 압전소자부(120)는 고정자(110)의 내경 측에 부착되어 구비된다. 교류 전원 인가에 의하여 발생하는 변형은 고정자(110)에 의하여 반경 방향 외측이 차단되므로 내향 발생한다. 도 3에서 도면부호 120-1, 120-2, 120-3, 120-16, 120-1a, 120-2a, 120-3a, 120-4a는 구획된 압전 소자를 나타낸다.The piezoelectric element unit 120 is provided inside the stator 110. And is provided on the inner diameter side of the stator 110. It is also possible to form an installation groove portion which is opened inwardly to the inner surface of the stator 110 and is spaced apart from each other along the circumferential direction, and the piezoelectric element portion 120 may be provided in the installation groove portion. The piezoelectric element unit 120 is composed of a plurality of piezoelectric elements provided along a circumferential direction. When the AC power is applied to the piezoelectric element 120, deformation occurs, and the vibration progressing in the circumferential direction and pressing inward can be generated. The piezoelectric element unit 120 is attached to the inner diameter side of the stator 110. The deformation caused by the application of the AC power is generated inward because the stator 110 radially blocks the outside. In FIG. 3, reference numerals 120-1, 120-2, 120-3, 120-16, 120-1a, 120-2a, 120-3a, and 120-4a denote divided piezoelectric elements.

상기 압전소자부(120)의 내측으로 이격되어 회전축(170)이 구비된다. 상기 회전축(170)은 타원체(160)를 가진다. 상기 타원체(160)는 회전축(170)에 수직한 단면이 타원형을 이룬다. 상기 타원체(160)는 축 방향으로 연장된 길이를 가지며, 타원체(160)의 외면은 압전소자부(120) 내측으로부터 내향 이격되어 타원체(160)의 외면과 압전소자부(120) 내측 사이에는 간격이 형성된다. 간격은 일정하지 않으며 타원체(160)의 장축 쪽으로는 좁고, 단축 쪽으로는 넓게 형성된다. 상기 회전축(170)은 축 방향으로 길이를 가지는 타원체(160)로부터 연장된다. 반경 방향으로 상기 타원체(160)는 압전소자부(120)의 내측에 위치한다.
And a rotation axis 170 is provided to the inside of the piezoelectric element unit 120. The rotating shaft 170 has an ellipsoidal body 160. The ellipsoidal body 160 has an elliptical cross section perpendicular to the rotation axis 170. The ellipsoidal body 160 has a length extending in the axial direction and an outer surface of the ellipsoidal body 160 is spaced inwardly from the inside of the piezoelectric element part 120 and is spaced apart from the outer surface of the ellipsoidal body 160 and the inside of the piezoelectric element part 120 . The interval is not constant and is narrow toward the major axis of the ellipsoid 160 and wider toward the minor axis. The rotating shaft 170 extends from the ellipsoidal body 160 having a length in the axial direction. The ellipsoidal body 160 is located inside the piezoelectric element 120 in the radial direction.

타원체(160)로부터 외측으로 이격되어 탄성링(140)이 구비된다. 상기 탄성링(140)과 타원체(160) 사이에 복수의 전동체(150)가 구비된다. 상기 복수의 전동체(150)는 서로 이격되어 구비된다. 상기 전동체(150)는 볼로 할 수도 있고, 축 방향으로 연장된 원통 형태인 원통 롤러나 구면 롤러로 하는 것이 가능하다. 상기 복수의 전동체(150)가 서로 간격을 가지도록 타원체(160)와 탄성링(140) 사이에 복수의 포켓을 가진 케이지(리테이너)가 위치할 수 있으며, 전동체(150)는 케이지의 포켓에 삽입 구비되어 서로 이격되어 배열된다. 상기 케이지는 변형 가능한 합성 수지 재질로 이루어질 수 있다. 상기 탄성링(140)은 단면이 원형이며 축 방향으로 연장된 원통체로서, 타원체(160) 외측으로 위치하고 전동체(150)에 의하여 작용되는 하중에 의하여 타원형으로 변형된다. 상기 탄성링(140)은 금속으로 제조될 수 있다. 상기 타원체(160)의 외면과 탄성링(140)의 내면에는 전동체(150)가 축 방향으로 이탈되지 않도록 하기 위하여 오목한 홈(궤도)이 형성될 수 있다. 상기 전동체(150)는 금속이나 세라믹으로 제조될 수 있다. 상기 전동체(150)는 타원체(160)와 탄성링(140) 사이에서 접촉하면서 구비된다.
An elastic ring 140 is provided outside the ellipsoidal body 160. A plurality of rolling elements 150 are provided between the elastic ring 140 and the ellipsoidal body 160. The plurality of rolling elements 150 are spaced apart from each other. The rolling member 150 may be a ball or a cylindrical roller or spherical roller extending in the axial direction. A cage (retainer) having a plurality of pockets may be positioned between the ellipsoidal body 160 and the elastic ring 140 such that the plurality of rolling elements 150 are spaced from each other, And are spaced apart from each other. The cage may be made of a deformable synthetic resin material. The elastic ring 140 is a cylindrical body having a circular cross section and extending in the axial direction and is located outside the ellipsoidal body 160 and deformed into an elliptical shape by a load applied by the rolling body 150. The elastic ring 140 may be made of metal. The outer surface of the ellipsoidal body 160 and the inner surface of the elastic ring 140 may be formed with concave grooves (orbits) so that the rolling bodies 150 are not separated in the axial direction. The rolling member 150 may be made of metal or ceramic. The rolling member 150 is provided in contact with the ellipsoidal body 160 and the elastic ring 140.

상기 압전소자부(120)와 타원체(160) 사이로 전달체(130)가 위치하여 구비된다. 상기 전달체(130)는 축 방향을 길이를 가지는 원형링 형태로 압전소자부(120) 내측으로 삽입되어 압전소자부(120) 내측으로 위치한다. 상기 전달체(130)는 압전소자부(120)에서 발생한 진동을 타원부로 전달하는 작용을 하는 구성으로서 실리콘 고무, 우레탄 등과 같은 재질로 제조될 수 있다. 전달체(130)는 압전소자부(120) 내측으로 삽입되어 구비된다. 상기 전달체(130)는 압전소자부(120)와 탄성링(140) 사이에 위치하여 구비된다. 상기 타원부(160)의 외측으로 탄성링(140)이 구비되는 경우 상기 전달체(130)는 압전소자부(120)와 탄성링(140) 사이에 위치하여 구비되며, 내측은 탄성링(140)에 접하고, 외측은 압전소자부(120)에 접한다. 탄성링(140)에 타원형을 이루므로, 탄성링(140)의 장축 방향에서는 탄성링(140)에 접하고, 단축 방향에서는 탄성링(140)의 외면과 전달체(130) 내면 사이에 간격이 형성될 수 있다. 탄성링(140)의 외면과 전달체(130) 내면 사이의 간격의 크기는 장축 방향에서 단축 방향으로 갈수록 증가한다.
A carrier 130 is disposed between the piezoelectric element unit 120 and the ellipsoidal body 160. The carrier 130 is inserted into the piezoelectric element part 120 in a circular ring shape having a length in the axial direction and positioned inside the piezoelectric element part 120. The transporter 130 may be made of a material such as silicone rubber, urethane, or the like, which transmits vibration generated in the piezoelectric element 120 to the elliptical portion. The carrier 130 is inserted into the piezoelectric element unit 120. The carrier 130 is disposed between the piezoelectric element unit 120 and the elastic ring 140. When the elastic ring 140 is provided outside the elliptical portion 160, the carrier 130 is disposed between the piezoelectric element portion 120 and the elastic ring 140 and the elastic ring 140 is disposed on the inner side. And the outer side is in contact with the piezoelectric element portion 120. A gap is formed between the outer surface of the elastic ring 140 and the inner surface of the carrier 130 in the direction of the minor axis and in contact with the elastic ring 140 in the major axis direction of the elastic ring 140 . The size of the gap between the outer surface of the elastic ring 140 and the inner surface of the carrier 130 increases from the major axis direction to the minor axis direction.

상기 전달체(130)는 탄성링(140)의 외면에 타원형을 이루어 구비되는 것도 가능하다. 상기 전달체(130)는 압전소자부(120)와 탄성링(140) 사이에 위치하여 구비되어, 전달체(130)의 내면이 탄성링(140)의 외면에 접하는 구조로 구비되는 것도 가능하다. 원형 링 형태의 전달체(130)에 탄성링(140)이 삽입되면서 전달체(130)가 탄성링(140)의 외면에 접하도록 변형되어 전달체(130)가 타원형으로 되는 것도 가능하고, 탄성링(140)의 외면에 접하는 타원체로 형성되어 탄성링(140)이 전달체(130)로 삽입되어 결합되는 것도 가능하다.The carrier 130 may have an elliptical shape on the outer surface of the elastic ring 140. The carrier 130 may be disposed between the piezoelectric element unit 120 and the elastic ring 140 so that the inner surface of the carrier 130 is in contact with the outer surface of the elastic ring 140. It is also possible that the carrier 130 is deformed to be in contact with the outer surface of the elastic ring 140 so that the carrier 130 becomes elliptic with the elastic ring 140 inserted into the circular ring- And the elastic ring 140 may be inserted into the carrier 130 and coupled thereto.

전달체(130)의 외면과 압전소자부(120) 사이는 타원부(160)의 장축에서 단축으로 갈수록 전달체(130)와 압전소자부(120) 사이에 간격이 증가하도록 구비된다. 타원부(160)의 장축 방향에서는 전달체(130)가 압전소자부(120)에 접하도록 구비될 수 있고, 간격을 가지도록 구비될 수도 있다.
The distance between the outer surface of the carrier 130 and the piezoelectric element 120 increases between the longitudinal axis of the elliptical portion 160 and the minor axis of the elliptical portion 160 between the carrier 130 and the piezoelectric element 120. In the major axis direction of the elliptical portion 160, the carrier 130 may be provided so as to be in contact with the piezoelectric element portion 120 and may be provided to have a gap therebetween.

상기 압전소자부(120)에 교류 전원이 인가되면 압전소자부(120)가 변형되면서 진동이 발생하여 진동은 원주 방향으로 진행될 수 있다. 예를 들어 도 3 및 도 4에 도시된 압전소자부의 구획된 압전 소자 중 120-3으로부터 진동이 발생하고 120-2, 120-1로 차례로 진동이 발생하여 진행하고, 이와 마주하는 압전 소자 중 120-3a로부터 진동이 발생하고 120-2a, 120-1a로 진동이 발생하여 진행되면, 진동은 전달체(130)를 통하여 탄성링(140), 전동체(150)를 경유하여 타원체(160)로 전달되어 도 3 및 도 4에 도시된 화살표 방향으로 회전축(170)이 회전하게 된다.When AC power is applied to the piezoelectric element part 120, the piezoelectric element part 120 is deformed to generate vibration, so that the vibration can proceed in the circumferential direction. For example, vibration is generated from the divided piezoelectric elements 120-3 of the piezoelectric element unit shown in FIGS. 3 and 4, and vibrations are generated in turn to 120-2 and 120-1, and among the piezoelectric elements 120 The vibration is transmitted to the ellipsoidal body 160 via the elastic ring 140 and the rolling body 150 via the carrier 130. In this case, And the rotation shaft 170 is rotated in the direction of the arrows shown in Figs. 3 and 4.

교류 전원 인가에 의하여 진동 발생 및 진행 방향에 따라서 회전축(170)은 일방향 또는 타방향으로 회전하게 된다.
The rotation shaft 170 is rotated in one direction or the other direction in accordance with the vibration generation and the traveling direction by the application of the AC power.

도 5는 본 발명에 따르는 초음파 모터의 다른 예를 도시한 단면도이며, 도 6 내지 도 9는 본 발명에 따르는 초음파 모터의 작동을 설명하기 위하여 일부 구성을 도시한 것이다.FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the ultrasonic motor according to the present invention, and FIGS. 6 to 9 show a part of the structure for explaining the operation of the ultrasonic motor according to the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이 링상의 고정자(110)에 원주 방향을 따라 이격되어 복수의 압전소자부(120)가 구비된다. 상기 고정자(110)에는 원주 방향을 따라 내향 개구된 복수의 설치홈부(111)가 형성된다. 복수의 설치홈부(111)는 원주 방향을 따라 이격되며 같은 간격을 가지고 형성된다. 설치홈부(111)는 회전축(170)의 축 중심에 대하여 대향하도록 짝수 개가 형성된다. 도 5에 도시된 바와 같이 8개의 설치홈부(111)가 형성될 수 있으며, 10개, 12개, 14개 등과 같이 고정자(110)의 내경에 따라 갯수가 증가되어 형성될 수 있다.As shown in FIG. 5, the ring-shaped stator 110 is provided with a plurality of piezoelectric element portions 120 spaced from each other in the circumferential direction. The stator 110 is formed with a plurality of installation grooves 111 opened inward along the circumferential direction. The plurality of installation recesses 111 are spaced apart from each other in the circumferential direction and formed with the same interval. An even number of the mounting recesses 111 are formed so as to face the axis of the rotary shaft 170. As shown in FIG. 5, eight mounting recesses 111 may be formed, and the number of mounting recesses 111 may be increased according to the inner diameter of the stator 110, such as 10, 12, 14, and so on.

상기 각 설치홈부(111)에 압전소자부(120)가 구비된다. 압전소자부(120)는 도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 압전소자(123), 제2 압전소자(125), 제3 압전소자(127)로 이루어질 수 있다. 도 5에서 도면부호 129는 로드를 도시한 것이다. 상기 로드(129)는 고체이며, 철과 같은 금속이나 비금속으로 제조될 수 있다. 상기 로드(129)는 단면이 4각형 형태로, 반경 방향으로 연장되도록 구비된다. 상기 로드(129)는 설치홈부(111) 내에 구비되며, 반경 방향 내측 단부는 전달체(130) 반경 방향 외면에 접하여 구비될 수 있다.Each of the mounting recesses 111 is provided with a piezoelectric element unit 120. 5 to 9, the piezoelectric element unit 120 may include a first piezoelectric element 123, a second piezoelectric element 125, and a third piezoelectric element 127, as shown in FIGS. In FIG. 5, reference numeral 129 denotes a load. The rod 129 is solid and can be made of a metal such as iron or a non-metal. The rod 129 has a rectangular cross section and extends in the radial direction. The rod 129 may be provided in the mounting groove 111 and the radially inner end may be provided in contact with the radial outer surface of the carrier 130.

이하의 설명에서 고정자(110)의 반경 방향에 대하여 수직한 방향을 '측방'이라고 하고, 측방으로 로드(129)를 향하는 방향을 '내측'이라 하며 로드(129)의 반대 방향을 '외측'이라고 한다. The direction perpendicular to the radial direction of the stator 110 will be referred to as "lateral", the direction to the side of the rod 129 as "inward" and the direction opposite to the direction of the rod 129 as "outward" do.

상기 제1 압전소자(123)는 로드(129)를 사이에 두고 로드(129)의 측방 양측에서 마주하여 복수로 구비된다. 제1 압전소자(123)는 축 방향으로 서로 이격되어 마주하여 구비될 수 있으며, 원주의 접선 방향으로 서로 이격되어 마주하여 구비될 수 있다. 제1 압전소자(123)는 단면이 4각형인 로드(129)의 측방으로 각 단면에 마주하여 4개가 구비될 수 있다. 제1 압전소자(123)는 교류 전원이 인가되면 측방으로 신장 압축되어 진동하도록 설치된다. 제1 압전소자(123)는 신장 시 내측 단부가 로드(129)에 접하여 로드(129)의 측방을 가압한다. 상기 제1 압전소자(123)의 측방 외측 단부는 고정자(110)에 고정된다. 제1 압전소자(123)의 측방 외측 단부는 고정자(120)에 형성된 설치홈부(111)의 내에 고정된다.The plurality of first piezoelectric elements 123 are provided on both sides of the rod 129 with the rod 129 interposed therebetween. The first piezoelectric elements 123 may be spaced apart from each other in the axial direction and may be provided opposite to each other in the tangential direction of the circumference. The first piezoelectric element 123 may be provided on the side of the rod 129 having a tetragonal section in cross section and facing the respective sections. When the AC power is applied, the first piezoelectric element 123 is laterally extended and compressed so as to vibrate. The first piezoelectric element 123 presses the side of the rod 129 in contact with the rod 129 at its inner end during elongation. The lateral outer end of the first piezoelectric element 123 is fixed to the stator 110. The lateral outer end of the first piezoelectric element 123 is fixed within the mounting recess 111 formed in the stator 120.

상기 제3 압전소자(127)는 제1 압전소자(123)로부터 반경 방향으로 내향 이격되며, 로드(129)를 사이에 두고 로드(129)의 측방 양측에서 마주하여 복수로 구비된다. 제1 압전소자(123)는 제3 압전소자(127)로부터 반경 방향으로 외향 이격되어 구비된다. 제3 압전소자(127)는 축 방향으로 서로 이격되어 마주하여 구비될 수 있으며, 원주의 접선 방향으로 서로 이격되어 마주하여 구비될 수 있다. 제3 압전소자(125)는 단면이 4각형인 로드(129)의 측방으로 각 단면에 마주하여 4개가 구비될 수 있다. 제3 압전소자(127)는 교류 전원이 인가되면 측방으로 신장 압축되어 진동하도록 설치된다. 제3 압전소자(127)는 신장 시 내측 단부가 로드(129)에 접하여 로드(129)의 측방을 가압한다.The third piezoelectric element 127 is radially inwardly spaced from the first piezoelectric element 123 and provided in a plurality of opposite sides of the rod 129 with the rod 129 therebetween. The first piezoelectric element 123 is radially outwardly spaced from the third piezoelectric element 127. The third piezoelectric elements 127 may be spaced apart from each other in the axial direction and may be provided facing each other in the tangential direction of the circumference. The third piezoelectric element 125 may be provided on the side of the rod 129 having a tetragonal section in cross section and facing the respective sections. When the AC power is applied, the third piezoelectric element 127 is laterally extended and compressed so as to be vibrated. The third piezoelectric element 127 presses the side of the rod 129 in contact with the rod 129 at its inner end when it is extended.

상기 제2 압전소자(125)는 로드(129)와 나란하게 제1 압전소자(123)와 제3 압전소자(127) 사이에 위치하여 구비된다. 상기 제2 압전소자(125)는 로드(129)의 길이 방향으로 연장되어 제1 압전소자(123)와 제3 압전소자(127) 사이에 구비된다. 상기 제2 압전소자(125)에 교류 전원이 인가되면, 로드(129)와 나란한 방향으로 신장 압축되어 진동하도록 설치된다. 상기 제2 압전소자(125)의 일단은 제1 압전소자(123)에 고정 연결되고, 타단은 제3 압전소자(127)에 고정 연결된다. 상기에서 제1 압전소자(123)가 구비되지 않는 것도 가능하며, 제1 압전소자(123)가 구비되지 않는 경우 제2 압전소자(125)의 일단은 고정자(110)에 고정된다. 고정자(110)의 설치홈부(111) 내에 고정된다.The second piezoelectric element 125 is disposed between the first piezoelectric element 123 and the third piezoelectric element 127 in parallel with the rod 129. The second piezoelectric element 125 extends in the longitudinal direction of the rod 129 and is provided between the first piezoelectric element 123 and the third piezoelectric element 127. When the AC power is applied to the second piezoelectric element 125, the second piezoelectric element 125 is stretched and compressed in a direction parallel to the rod 129 and installed to vibrate. One end of the second piezoelectric element 125 is fixedly connected to the first piezoelectric element 123 and the other end is fixedly connected to the third piezoelectric element 127. The first piezoelectric element 123 may not be provided. If the first piezoelectric element 123 is not provided, one end of the second piezoelectric element 125 is fixed to the stator 110. And is fixed in the mounting recess 111 of the stator 110.

교류 전원이 인가되지 않은 상태에서 상기 제1 압전소자(123)와 로드(129) 사이에 측방으로 틈새가 형성되며, 제3 압전소자(127)와 로드(129) 사이에 측방으로 틈새가 형성된다.A gap is laterally formed between the first piezoelectric element 123 and the rod 129 in a state in which AC power is not applied and a gap is laterally formed between the third piezoelectric element 127 and the rod 129 .

도 5 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따르는 초음파 모터의 다른 예의 작동에 대하여 설명한다.The operation of another example of the ultrasonic motor according to the present invention will be described with reference to Figs. 5 to 9. Fig.

도 5에서 압전소자부(120) 중 타원부(160)의 장축의 양측에 위치하며 마주하는 압전소자부(120-1, 120-1a)가 작동하여, 전달체(130)를 양측에서 내향 가압한다. 타원부(160)의 장축을 따라 마주하는 압전소자부(120)에 가장 가까운 압전소자부(120)가 작동되어 전달체(130)를 반경 방향 내향 가압한다.5, the opposed piezoelectric elements 120-1 and 120-1a located on both sides of the long axis of the elliptical portion 160 of the piezoelectric element portion 120 are operated to press the transducer 130 inward from both sides . The piezoelectric element part 120 closest to the piezoelectric element part 120 facing the long axis of the elliptical part 160 is operated to press the carrier 130 radially inward.

도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 제1 압전소자(123), 제2 압전소자(125) 및 제3 압전소자(127)에 교류 전원이 인가되면, 먼저 제1 압전소자(123)는 신장되고 제2 압전소자(125)는 수축된다. 신장된 제1 압전소자(123)는 측방에서 로드(129)를 가압한다. 제2 압전소자(125)의 수축에 의하여 제3 압전소자(127)는 로드(129)의 길이 방향 외측으로 이동된다. 그리고 제1 압전소자(123)는 수축되고 제3 압전소자(127)가 신장되어 로드(129)를 측방에서 가압한다. 이 상태에서 제2 압전소자(125)가 신장하여 로드(129)는 제3 압전소자(127)에 의하여 측방에서 가압된 상태로 제3 압전소자(127)와 함께 전달체(130)를 향하여 전진하여 전달체(130)를 가압한다. 가압된 외력은 전달체(130)를 경유하여 탄성링(140)으로 전달되고 전동체(150)를 통하여 타원부(160)로 전달되어 회전축(170)이 회전하게 된다.6 to 9, when AC power is applied to the first piezoelectric element 123, the second piezoelectric element 125 and the third piezoelectric element 127, the first piezoelectric element 123 is first elongated And the second piezoelectric element 125 is contracted. The elongated first piezoelectric element 123 presses the rod 129 from the side. The third piezoelectric element 127 is moved outward in the longitudinal direction of the rod 129 by the contraction of the second piezoelectric element 125. [ Then, the first piezoelectric element 123 is contracted and the third piezoelectric element 127 is stretched to press the rod 129 laterally. In this state, the second piezoelectric element 125 extends and the rod 129 is advanced from the side by the third piezoelectric element 127 toward the carrier 130 together with the third piezoelectric element 127 Thereby pushing the carrier 130. The pressurized external force is transmitted to the elastic ring 140 via the carrier 130 and is transmitted to the elliptical portion 160 through the rolling member 150 to rotate the rotary shaft 170.

그리고 이웃하는 압전소자부에서 위와 같이 작동하여 회전축(170)을 계속 회전시키게 된다.Then, the adjacent piezoelectric elements are operated as described above to continuously rotate the rotary shaft 170.

제3 압전소자(127)가 수축하여 제3 압전소자(127)에 의한 가압이 해제되면 로드(129)는 전달체(130)의 복원력에 의하여 후퇴한다.When the third piezoelectric element 127 contracts and the pressing by the third piezoelectric element 127 is released, the rod 129 retreats due to the restoring force of the carrier 130.

본 발명에 따르는 초음파 모터(100)는 실리콘 고무나 우레탄으로 이루어지는 전달체(130)를 통하여 압전소자부(120)의 진동이 회전축(170)으로 전달되므로 금속 접촉이 발생하지 않아 소음이 거의 발생하지 않고, 접촉력을 크게 할 수 있으므로 회전 토크를 크게 하는 것이 가능하고 대형화할 수 있게 된다. 그리고 접촉 마모 파손 등이 발생하지 않으므로 수명도 길어지게 된다. 또한, 이물 저항성도 향상된다.Since the ultrasonic motor 100 according to the present invention transmits the vibration of the piezoelectric element part 120 to the rotary shaft 170 through the carrier 130 made of silicone rubber or urethane, no metal contact occurs and noise is hardly generated , The contact force can be made large, and therefore the rotational torque can be increased and the size can be increased. Moreover, contact wear failure or the like does not occur, so that the lifetime also becomes longer. Also, the resistance against foreign substances is improved.

100: 초음파 모터 110: 고정자
120: 압전소자부 130: 전달체
140: 탄성링 150: 전동체
170: 회전축100: ultrasonic motor 110: stator
120: piezoelectric element part 130:
140: Elastic ring 150: Rolling body
170:

Claims

The stator 110 includes a ring-shaped stator 110, a piezoelectric element 120 including a plurality of piezoelectric elements arranged in a circumferential direction inside the stator 110, an elliptical portion 160, And a plurality of rolling members 140 provided between the elliptical portion 160 and the elastic ring 140. The rotary shaft 170 is spaced apart from the rotary shaft 170. The elastic ring 140 is spaced apart from the outer circumference of the elliptical portion 160, And a carrier 130 made of urethane or rubber which is positioned between the elastic ring 140 and the piezoelectric element 120 and transmits the vibration generated in the piezoelectric element 120 to the ellipse. (100).

2. The ultrasonic motor (100) according to claim 1, wherein the carrier (130) is provided on an outer surface of the elastic ring (140) and has an elliptical shape.

The ultrasonic motor (100) according to any one of claims 1 to 7, wherein an interval between the carrier (130) and the piezoelectric element part (120) increases from a long axis to a short axis of the elliptical part (160).

4. The ultrasonic motor (100) according to claim 3, wherein the carrier (130) and the piezoelectric element unit (120) are in contact with each other at a long axis of the elliptical part (160).

The piezoelectric device according to claim 3, wherein the piezoelectric element part (120) is provided circumferentially spaced apart from the stator (110); The piezoelectric element unit 120 includes a rod 129 provided to extend in the radial direction, a third piezoelectric element 127 provided to face the rod 129 with the rod 129 interposed therebetween, a rod 129, A plurality of second piezoelectric elements 125 each having one end fixedly connected to the third piezoelectric element 127 and the other end fixedly connected to the stator 110; Wherein when the AC power is applied, the third piezoelectric element (127) is installed to extend and contract laterally and the second piezoelectric element (125) is extended and contracted in the longitudinal direction of the rod (129).