In this paper, noble electrical equivalent circuit ultrasonic motor is applied by model of parallel one from mechanical equation of piezoelectric device and characteristics estimation is done by equivalent converter. Uitrasonic motor is driven by oscillation circuit of two-phase high frequency inverter. Operating frequency of inverter is described by tracking control method of resonance frequency, according to change of load, temperature etc.
In contrast to conventional electromagnetic motor, USM(Ultrasonic Motor), as piezoelectric ceramic applying ultrasonic mechanical vibration and as frictional-movement type motor, get rotational torque by elastic friction between stator and rotator, The USM, which is small motor without iron cores and coil as a simple structure, has little load weight, has character of high torque at low speed, and can apply a direct drive type without deceleration gear as low speed type. A response of USM from control input is satisfactory, and also generates much torque in low speed driving, and holding torque is much without supplying power. In this study, I designed and made Ultrasonic motor-digital multi controller(USM- DMC) using FPGA chip, A54SX72A made in Actel Corporation. By the minute, USM-DMC can control frequency, duty ratio, and phase difference of USM by llbit digital input from Pc. Therefore, when we use this controller, we can apply to typical parameter, frequency, phase difference, and voltage parameter, to control as well as we can do mixing control like phase-frequency, phase-voltage, frequency-voltage, frequency-phase-voltage, What is more, the strongest point is that it can trace frequency based on optimized frequency because we can input optimized resonant frequency while in motoring.
초음파 모터(ultrasonic motor : USM)는 압전 세라믹소자(piezoelectric ceramics)의 초음파 진동을 이용한 마찰 구동형 모터이다. 기존의 전자식 모터와는 달리 자기화로 즉 철심과 코일이 없는 단순 구조를 갖는 특수 소형 모터로서 저속 고토오크의 특성을 지니고 있으므로 다이랙트 드라이브 방식의 액츄에이터로 활용이 가능하다. 그리고 자장이 강한 특수 환경에서도 외란의 영향을 받지 않아도 산업계 전바에 걸쳐 제어용 모터로서 높이 평가받고 있다. 따라서 실용화를 위한 여러 가지 파라미터에 대한 특성 실험과 그에 따른 제어법 개발이 시급하다. 본 논문에서는 2상 입력 전원의 전압차 제어(voltags)를 제안한다. 먼저 전압차 제어에 의하여 이론적으로 고찰하고 초음파 모터의 구동원이 되는 고정자의 한 질점에서 발생하는 타원 궤적을 시뮬레이션을 통하여 알아봄으로써 초음파 모터의 속도와 토오크 특성을 예측하였다. 그리고 입력 전압워 전압차를 조절하여 초음파 모터의 속도와 토오트 특성을 실험하였다. 그 결과를 토대로 전압차 제어가 초음파 모터의 새로운 구동 방식이 될 수 있음을 밝혔다.
대한전기학회 2008년도 Techno-Fair 및 합동춘계학술대회 논문집 전기물성,응용부문
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pp.179-180
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2008
In this paper, the variable tendency piezoelectric constant and resonance characteristics piezoelectric ceramics due to the electric field is studied. The practical application of piezoelectric ceramics is not only applied in field of small signal. For example, in case of an ultrasonic motor, $120{\sim}130Vrms$ of driving voltage is needed and that of an piezoelectric pump, $200{\sim}220Vrms$ of voltage is required. Therefore, to examine the characteristics of piezoelectric ceramics in large signal contributes to reducing the susceptibility to the multifarious application and securing the ease of the production of control circuit. These contributions may be connected to the expansion of industrial application. We fabricated disk-type piezoelectric ceramic samples by using conventional method and measured the resonance characteristics of these samples under from low to high voltage driving conditions. According to increasing the value of the input voltage, we measured the resonance frequency of the piezoelectric ceramic, and inquired into the cause of these phenomena.
The piezoelectric ceramic is attached between 'L' type guide and 'L' type stator. This motor has rotary motion which is operated by the travelling wave. The basic structure of the two kinds of type motor that called one stator motor, two stator motor is same but we suggested a few parameters for considering their stator design and characteristics. As a result, the two stator type motor is much more useful than one stator type motor for bi-direction rotation.
In this paper, vibration mode of Windmill type Ultrasonic Motors was analysed. We used the ANSYS program to analysis by FEM. Vibration Mode express 20 modes as each resonance frequency. We bind nearly same modes and compress 5 modes. Windmill type Ultrasonic Motor's rotation is generated the friction of rotor at top endcap. Thus, We will find the best driving frequency that generating large friction at top endcap.
In this paper the bending vibration analysis of stator for a ring type ultrasonic motor is described. Considering the electromechanical coupling effect, the concepts of generalized stress and strain are explained in detail using the generalized piezoelectric equations, which is the relationship between generalized stress and strain, the differential motion equation were derived. The vibration modes and resonance frequencies of the stator were calculated using the finite element code ATILA.
A piezoelectric ring type plate, which vibrates in flexural vibration mode, is used for the stator of ultrasonic motor. To design the stator adequately, the force factor of the stator should be estimated in advance. The theoretically calculated force factors for the flexural vibration mode are compared with the measured ones to obtain good agreement. In order to study how to control the force factor, the relation between the shape of the stator and force factor is also considered.
Piezoelectric ceramics can provide electro-mechanical transduction with high stresses but low displacement. To obtain larger displacements, several mechanical amplifying structures have been used. High alternating displacements can be obtained using resonant structure. In this paper, we designed a bolt-tightened Langevin type ultrasonic vibrator whose resonant frequency is 50[kHz] and ceramics are multilayered. FEM(Finite Element Methode) was employed to calculate. the resonant frequencies and maximum displacements of designed vibrators. The designed resonant frequency and computer calculated frequencies were coincided. When input voltages were increased, the maximum displacements also rose. As AC voltage was applied, the maximum displacement were shown sinusoidal changes. Terminal input admittance over a frequency range spanning the resonant frequency were calculated. ANSYS was used to find resonant frequencies and calculate displacements of vibrators.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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