• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
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• 제2권2호
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• pp.143-151
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• 1989

본 논문은 압전 세라믹스 재료를 사용한 장방형 압전 변압기의 승압특성에 관한 연구이다. 승압기구 분석을 위하여 진동모드에 따른 주파수 Spectrum을 구동부측곽 발전부측에 대해 각각 조사하였다. 시편구조(전극길이, 두께, 폭)에 따른 진동상태와 승압비를 평가하고 압전 변압기로써 가져야 될 최적조건을 제시하였다. 또한 부하저항에 병렬로 연결된 등가손실저항과 발전부 공진임피던스 사이의 관련성을 검토하였다.

• 한국음향학회지
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• 제27권6호
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• pp.271-278
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• 2008

압전판의 길이나 폭에 따라 두께가 변화하는 압전 세라믹을 사용하여 광대역 특성을 구현하는 초음파 트랜스듀서에 대하여 압전진동자의 측면에서 본 형태에 따른 전기-음향적 특성해석을 이론적으로 수행하였다. 압전진동자의 길이방향에 따른 두께 변화를 지수함수의 조합으로 표현하고 이 함수를 이용하여 압전진동자의 전기단자에서 본 자유 어드미턴스 및 파워전달함수에 대한 식을 도출하였다. 대표적인 PZT압전 세라믹을 예로 들어 압전 진동자의 측면 형태변화에 따른 비 대역폭을 고찰해본 결과 넓은 대역폭를 얻기 위한 최적의 형태가 존재함을 알 수 있었으며, 압전진동자의 최대두께에 대한 최소두께 비가 자아짐에 따라 대역폭은 100%이상까지도 넓어질 수 있으나 파워전달함수는 반대로 감소하는 경향을 확인할 수 있었다. 또 압전진동자의 길이가 길어질수록 전달함수의 크기는 증가하나 광대역 특성을 갖는 압전진동자의 형태는 매우 한정적이 됨을 확인할 수 있었으며 이는 고효율의 광대역 초음파 트렌스듀서 제작에 있어서는 정밀한 가공이 요구됨을 확인할 수 있었다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제18권11호
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• pp.1185-1191
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• 2008

This paper presents an approach to define an optimal piezoactuator length to actively control structural vibration. The optimal ratio of the piezoactuator length against the beam length when a pair of piezoceramic actuator and accelerometer is used to suppress unwanted vibration with direct velocity feedback(DVFB) control strategy is not clearly defined so far. It is well known that DVFB control can be very useful when a pair of sensor and actuator is collocated on structures with a high gain and excellent stability. It is considered that three different collocated Pairs of piezoelectric actuators (20, 50 and 100 mm long) and accelerometers installed on three identical clamped-clamped beams($30{\times}20{\times}1mm$). The response of each sensor-actuator pair requires strictly positive real(SPR) property to apply a high feedback gain. However the length of the piezoactuator affects the SPR property of the sensor-actuator response. Intensive simulation and experiment show the effect of the actuator length variation is strongly related with the frequency range of the SPR property. Thus an optimal length ratio was suggested to obtain relevant performance with a good stability under the DVFB strategy.

• 한국전자파학회논문지
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• 제12권1호
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• pp.18-26
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• 2001

본 논문에서는 압전체를 전기기계 압전파동방정식과 경계조건을 이용하여 고유치 제로 정식화하고, 3차원 유한요소법을 적용하여 초고주파 대역에서 동작하는 압전박막공진기의 공진모드 및 공진특성을 공진기의 입력 임피던스를 통하여 해석하였다. 이를 통하여 1차원 해석에서는 불가능하였던 공진기의 전극형상과 상, 하부 전극의 비대칭 구조에 따른 공진특성과 스퓨리어스특성을 추출하였다. 본 논문에서 제안한 방법으로 계산된 공진주파수를 Mason 등기모델 해석결과 및 실제 제작한 ZnO 압전박막공진기의 공진 특성과 비교한 결과 정확하게 일치함을 확인하였다. 또한 두께진동모드로 동작하기 위한 최적의 길이와 두께의 비가 20 : 1이고 최소한의 길이와 두께의 비가 5:1 이상임을 알 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.20-20
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• 2009

치아의 치석제거 및 치골절삭에 사용되는 초음파 스케일러는 일반적으로 마그넷형과 압전형으로 구분할 수 있으며, 최근에 들어 소형화, 저전력, 정밀성, 저비용 등의 장점으로 인해 압전형이 주로 사용되고 있다. 국내의 대부분의 치과에서 한 대 이상 운용되는 초음파 스케일러는 대부분 유럽 제품으로며, 국내에서는 이를 대체하기 위한 제품이 출시되고 있으나 아직까지 유럽 제품에 비해 출력강도, 정밀도 등에서 성능이 모자란 현실로 시장에서 외면 받고 있다. 본 연구에서는 앞서 언급한 압전 초음파 스케일러에 대한 체계적인 연구를 진행하여 외국에 비해 상대적으로 성능이 떨어지는 초음파 스케일러의 성능을 개선하고자 하였다. 이를 위하여 스케일러의 진동 발생부, 즉 압전 세라믹과 SUS 재질의 head, tail 부로 구성된 진동발생부의 최적구조톨 도출하기 위하여 유한요소 해석을 실시하였으며, 스케일러의 중심주파수 28kHz에서 최대 출력이 발생할 수 있는 구조를 도출하였다. 스케일러의 Head 와 Tail 부문의 두께와 직경, 길이 변화에 따른 중심주파수 및 출력 변위의 경향분석을 실시하였으며, 이상의 결과를 바탕으로 실제 스케일러를 제작하여 시뮬레이션의 유효성을 검증하였다. 이상의 과정으로 거쳐 개발된 압전 초음파 스케일러는 다양한 Tip 종류의 영향을 최소화할 수 있으며, 중심주파수는 28~30kHz 에서 뛰어난 성능을 나타내어 기종 유럽제품의 성능을 앞지르는 특성을 확보할 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.193-193
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• 2009

Thin-type 초음파모터의 구조는 크로스형태의 앓은 스테이터에 윗면과 아랫면에 각각 8개의 압전세라믹이 부착된 형태이고, 압전세라믹의 분극방향은 로터와 접촉하는 스테이터의 중심부인 네 개의 타점에서 순차적인 타원변위가 생성되도록 결정된다. 유한요소해석프로그램인 ATILA 5.2.4를 사용하여 형태, 길이, 두께, 스테이터 재질, 클램프특성이 최적 설계된 모델을 제작하였고, 푸쉬풀 게이지, x-y 스테이지, rpm 메터, 토크 게이지, 맨코더, AD컨버터를 이용하여 피드백 제어 구동시스템을 구성하였다. 그림 I은 마이크로컨트롤러 (ATmega)와 피드백회로를 이용한 구동 드라이버를 보여준다. 한 주기에서 1/4분주의 순차적인 네 개의 구형파를 생성하고, 이를 push-pull회로를 통하여 90도의 위상차가 나는 정현파를 생성하여 초음파 모터의 구동전원으로 사용한다. 피드백 회로인 엔코더와 AD 컨버터는 초음파모터의 속도를 피드백하여 정속도 운전을 위한 전압제어에 사용되었다. 특성 측정 결과, 제품화된 드라이버와 비교하여 큰 차이를 보이지 않았고 피드백 회로를 통하여 부하변화에 따른 속도의 극심한 변화를 0.2~0.4[N]의 범위에서 정속도 운전이 가능하였으며, 장시간의 운전에도 온도 및 속도특성이 안정적임을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.201-201
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• 2008

박형초음파모터의 구조는 그림 1(a) 와 같이 크로스형태의 앓은 스테이터에 윗면과 아랫면에 각각 8 개의 압전세라믹이 부착된 형태이다. 압전세라믹의 분극방향은 로터와 접촉하는 스테이터의 A, B, C, D 네 개의 타점에서 순차적인 타원변위가 생성되도록 결정된다. 유한요소해석프로그램인 ATILA 5.2.4를 사용하여 최적설계를 한 결과 폭 3[mm], 길이 18[mm], 두께 1.8[mm], Brass 재질, Mid surface clamp 조건에서 입력전압 18[Vrms] 일 때 0.3[${\mu}m$]의 변위를 보였다. 최적설계된 모델을 제작하였고, 정확한 실험결과를 얻기 위해서 푸쉬풀게이지, x-y스테이지, rpm 메타, 토크게이지를 이용하여 실험테이블을 구성하였다. 그림 1(b) 는 마이크로컨트롤러를 이용한 구동 드라이버를 보여준다. 한 주기에서 1/4분주의 순차적인 네 개의 구형파를 생성하고, 이를 push-pull회로를 동하여 90도의 위상차가 나는 정현파를 생성하여 초음파 모터의 구동전원으로 사용한다. 엔코더와 AD 컨버터를 이용하여 정속도 운전을 위한 피드백 제어가 된다. 제안된 구동드라이버를 이용하여 측정한 결과, 구동 주파수 88.6[kHz], 입력전압 [40Vrms], preload 0.2 [N]에서 130 [rmp] 의 속도와 25 [gfcm] 의 토크특성을 보였다. 압력전압을 증가시킬수록 속도는 선형적인 증가를 보였고, 토크는 이와 반대로 감소하는 특성을 보였다. 피드백 제어회로가 없는 경우에는 preload 변화에 따른 극심한 속도 변화를 보였고, 피드백 제어를 하였을 경우에는 0.2~0.4[N]의 범위에서 정속도 운전이 가능함을 확인하였다. 기존의 주파수발생기와 파워 엠프를 이용한 구동장비와의 특성비교에서도 큰 차이를 보이지 않았으며, 장시간의 운전에도 안정적인 구동이 가능함을 확인하였다.