• Title, Summary, Keyword: Ultrasonic linear motor

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Optimal Design of L1B4 Linear Ultrasonic Motor using Evolutionary Strategy Algorithm (진화 전략 알고리즘을 이용한 L1B4 선형 초음파 모터의 형상 최적 설계)

  • Rho, Jong-Seok;Jung, Hyun-Kyo
    • Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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    • pp.619-622
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    • 2004
  • 본 논문에서는 진화 전략 알고리즘(Evolution Strategy Algorithm)를 이용한 L1B4 선형 초음파 모터(L1B4-USM)의 최적 설계 기법을 제시하고자 한다. 유한요소법(Finite Element Method)을 정식화 하였고, 2차원 유한요소법을 L1B4-USM의 임피던스와 모드의 해석을 통해 검증 하였다. 검증된 2차원 유한 요소 해석을 통한 선형 초음파 모터의 임피던스 해석, mode 해석 및 최적 모드의 탐색 프로그램, 자동 요소분할 프로그램 그리고 진화 전략 알고리즘을 수행하였다. 이를 통해 선형 초음파 모터의 L1모드, B4 모드 각각이 발생하는 공진주파수를 일치시키며, 최대 속도를 얻기 위한 최적 설계기법을 완성 하였고, 최적화된 형상의 L1B4-USM를 설계하였다.

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A Study on the tiny piezoelectric ultrasonic linear motor (소형 압전 초음파 리니어 모터에 관한 연구)

  • Ko, Hyun-Phill;Borodinas, Sergeius N.;Kim, Sang-Sig;Yoon, Seok-Jin
    • Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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    • pp.826-829
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    • 2004
  • 휴대폰이나 PDA등의 카메라 렌즈구동용으로 탑재 가능한 소형 압전 초음파 리니어 모터를 개발하였다. 선형 동작을 위한 구동력은 압전 세라믹과 1개 또는 2개의 세라믹으로 이루어진 uni- 또는 bimorph 형태의 압전 엑츄에이터에서 얻을 수 있다. 즉 초음파 영역의 펄스형태의 전압을 인가함으로써 정 또는 역의선형 운동과 인가하는 전압의 주기에 따라 정밀한 위치조절이 가능하고 제조공정이 용이하고 구조가 간단한 것을 특징으로 하는 모터이다. 본 연구에서는 소형 압전 초음파 리니어 모터의 원리와 동작특성을 고찰하였다.

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A Micro Ultrasonic Linear Motor using Two Unimorph Vibrators (유니모프 진동자형 마이크로 초음파 리니어 모터)

  • Yun, C.H.;Lee, S.H.
    • Proceedings of the KIEE Conference
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    • pp.110-111
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    • 2007
  • 두개의 유니모프 진동자를 이용한 새로운 형상의 마이크로 초음파 리니어 모터를 제안하였다. 유니모프 진동자는 금속판에 판상의 압전소자가 접착되어 있으며, 두개의 유니모프 진동자가 삼각형상의 진동 커플러에 의해 연결되어 스테이터를 구성한다. 스테이터는 두 가지 진동모드(대칭모드와 비 대칭모드)를 가지고 있으며, 이 두 진동모드가 축퇴되도록 설계하였다. 스테이터의 대칭모드와 비 대칭모드를 위상차 $90^{\circ}$로 여진시킴으로써 이동체의 직선(또는 회전) 운동을 발생시킬 수 있다. 시작기 모터는 놀이 0.9 mm, 폭 1 mm, 길이 7.5 mm이며, 구동전압 $100V_{op}$, 구동주파수 300 kHz로 구동되어, 모터 최대속도 0.3 m/s, 최대 추력 6 mN을 달성하였다.

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A High Power and Precision Ultrasonic Linear Motor (고출력 고정도 초음파 리니어 모터)

  • Yun, C.H.;Kim, W.S.;Jung, T.W.;Cha, H.R.;Kim, J.C.;Lee, S.K.
    • Proceedings of the KIEE Conference
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    • pp.667-668
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    • 2006
  • 최근 반도체산업과 광산업 분야에서 고정도의 위치제어 및 고출력 구동이 가능한 초음파 리니어 모터에 대한 관심이 증가되고 있다. 저자는 공진시스템으로 지지하는 고출력 초음파 리니어 모터를 제안해왔다. 이 모터 시스템은 주목할만한 동작 안정성과 제어능력을 달성 하였지만 모터의 공진 주파수가 예압, 열등의 외부의 요인에 의해 변하게 될 때, 모터는 공진 시스템에 의한 지지 메커니즘이 고정된 공진 주파수만을 가지게 되어 안정적인 구동을 이루기 어렵게 되었다. 본 연구는 고강성 지지를 위해 한 진동자에 세 지지점을 가지는 새로운 모터를 설계 하여 시스템의 위치제어 능력에 대해 조사 하였다. 고강성을 띄는 세점 지지부는 모터를 확실히 지지 할 수 있지만, 진동 모드에 영향을 미치지 않는다. 20 mm의 지름을 가지는 모터를 이용하여 기계적 최대 출력은 75N, 무부하 최대속도 0.45 m/s를 달성하였다. PID 피드백 제어 시스템을 적용시켜 6 kg의 스테이지를 100 nm의 정도를 가지고 200 mm/s로 위치 제어를 달성하였다.

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Design a Small Form Factor Actuator using Inclined Motion Guides (경사형 모션 가이드를 이용한 초소형 액츄에이터)

  • Yang, Tae-Joon;Lee, Seung-Yop
    • Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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    • pp.136-139
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    • 2006
  • In this paper we propose a small form factor actuator using an inclined motion guide for auto-focusing and zoom motions for mobile information devices. The novel structure using the inclined motion guide and a lens-supporting beam converts the circular motion by an ultrasonic motor into the linear motion of the optical lens. The proposed actuator has a simple structure to minimizing the mechanical tolerance, and the stroke is easy to modify by controlling the inclined angle. Experiments using a prototype verify the validity of the model as small form factor optical actuator.

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Precision Control of Ultrasonic Linear Motor (봉상 초음파 리니어 모터의 정밀 위치제어 특성)

  • Yun, C.H.;Kim, W.S.;Jung, T.W.;Cha, H.R.;Lee, S.K.
    • Proceedings of the KIEE Conference
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    • pp.981-982
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    • 2007
  • 반도체산업과 광산업 분야에서 고정도의 위치제어 및 고출력 구동이 가능한 초음파 리니어 모터 시스템의 개발을 목표로, 최대 출력 75N, 위치제어 정밀도 100nm의 고출력, 고정도 구동 시스템을 제안해 왔다. 본 연구는 nm order의 위치제어와 구동 안정성 향상을 위해 종래 시스템의 지지부 및 제어 시스템을 개선하였다. 개선된 PID 피드백 제어시스템을 구성하여, 6kg의 스테이지를 step 구동을 수행하여 위치 분해능 20nm, 속도 70mm/s로 왕복구동을 수행하여 20nm의 위치제어를 달성하였다.

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Electrical properties of multilayer actuator and linear ultrasonic motor using low temperature PZW-PMN-PZT ceramics (저온소결 PZW-PMN-PZT 세라믹을 이용한 적층액츄에이터 및 선형초음파 모터의 전긱적 특성)

  • Lee, Il-Ha;Yoo, Ju-Hyun;Hong, Jae-Il;Jeong, Yeong-Ho;Yoon, Hyun-Sang
    • Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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    • pp.206-206
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    • 2008
  • 압전소자를 이용한 초음파 모터는 전자기적 원리로 동작하는 기존의 모터에 비해 구조가 간단하고 소형, 경량화가 가능하며 저속에서 큰 토크가 가능하고 ${\mu}m$단위 까지 정밀제어가 가능하다는 장점 등으로 인해 그 응용분야가 점차 확대되고 있다. 초음파 모터의 원리는 수평과 수직방향에서 변위가 타원형 운동을 형성하는 것이다. 따라서 선택한 타원운동의 방식에 의해서 모터의 형상이 달라진다. 초음파 모터는 액츄에이터를 사용하여 만들기 때문에 액츄에이터의 특성은 모터의 타원변위나 토크에 영향을 미친다. 단판형 액츄에이터에 비하여 적층 액츄에이터는 입력 임피던스를 낮추어 낮은 구동전압에서 구동이 가능하며 큰 변위와 토크를 발생하기 때문에 진동자의 수명 향상과 구동전압을 낮추기에 적합하다. 적층 액츄에이터는 변위량이나 응력 등을 개선하기 위해서 전기기계 결합계수(kp) 및 압전 d상수가 큰 재료가 요구되며, 고전압에서 장시간 구동 시 마찰에 의한 열손실을 감소시키기 위해 높은 기계적 품질계수(Qm)를 가져야한다. 적층 시 내부전극으로 사용하는 Pd, Pt가 함유된 전극은 가격이 비싸 제조비용을 상승시킨다. 상대적으로 값싼 Ag전극을 사용하면 비용절감을 할 수 있지만 융점이 낮아서 저온소결이 불가피하다. 따라서, 특성이 우수한 적층 액츄에이터를 제조하기 위해서 저손실, 저온소결 할 수 있는 액츄에이터 재료가 필요한 실정이다. L1-B4 혈 선혈 초음파 모터는 L1모드와 B4모드의 공진 주파수가 일치하여야 큰 변위를 얻을 수 있는데 이전의 논문에서 Atila를 이용한 시뮬레이션 결과를 분석한 봐 있다. 적층 액츄에이터의 층수를 5,7,9,11,13,15층으로 하여 L1-B4모드에서의 공진주파수를 비교한 결과 13 층일 때 두 모드가 비슷한 공진주파수를 보였고, 티원변위궤적도 다른 층수에 비해 크게 나타났다. 본 연구에서는 시뮬레이션 결과 가장 좋은 특성을 보인 13층 액츄에이터로 선형 초음파 모터를 제작하였다. 또한, 액츄에이터는 압전 및 유전특성이 우수한 저온소결 PZW-PMN-PZT세라믹을 이용하여 제작하였고, 내부전극으로 Ag전극을 사용하였다. 제작된 13 층 선형초음파모터를 가지고 프리로드 및 전압에 따른 속도를 조사하였고, 시뮬레이션 결과와 비교해 보았다.

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A study on the dynamic properties of piezoelectric ultrasonic linear motor (초음파 선형 모터의 동특성 향상에 관한 연구)

  • Ko, Hyun-Phill;Yoo, Kyoung-Ho;Kang, Chong-Yun;Kim, Sang-Sig;Yoon, Seok-Jin
    • Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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    • pp.757-760
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    • 2004
  • Shaking beam을 이용한 초음파 선형모터는 모터 구동부에서 발생하는 타원궤적이 선형 slider 와 마찰이 되어 선형운동을 발생시킨다. 이러한 초음파 선형모터에서 설계변수는 모터의 효율과 추력(thrust force) 등 동특성을 결정한다. 특히 초음파 모터 동작부의 tip 과 선형 slider 의 contact point와 압착은 모터의 속도, 추력 동작 주파수, 효율에 직접적인 영향을 주는 중요한 parameter 로 작용된다. 본 연구에서는 모터와 선형 slider 의 압착과 contact point둥의 설계변수가 초음파 선형 모터의 성능에 주는 영향을 고찰하였다. 모터으구동부와 선형 slider 사이의 압착력 ($10N{\sim}50N$)과 4가지 곡률을 갖는 tip을 설계변수로 취하였다. Tip 의 형태에 따른 곡률과 모터 구동부와 선형 slider 사이의 압착력 변화에 따른 모터의 동작특성이 변화되는 것을 확인할 수 있었다.

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Analysis of miniature piezoelectric ultrasonic linear motor (초소형 압전 초음파 선형 모터의 분석)

  • Lee, Won-Hee;Kang, Chong-Yun;Ju, Byeong-Kwon;Yoon, Seok-Jin
    • Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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    • pp.300-300
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    • 2007
  • 최근 전기전자기기 및 광학기기 등의 소형화 및 고기능에 맞추어 구동 장치의 소형화가 필수적으로 요구됨에 따라, 보다 간단한 구조의 다양한 소형 압전 선형 모터에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 굴곡 진동 모드를 갖는 평판형의 압전체와 탄성체로 구성된 압전 트랜스듀서와 두 개의 압전 트랜스듀서를 연결하여 타원 운동을 구현하기 위해, 굴곡 변형이 발생하는 한 쌍의 압전 트랜스듀서에 $90^{\circ}$ 위상차를 갖는 정현파를 각각 인가하여, 한 쌍의 압전 트랜스듀서를 연결하는 돌출부에서 타원궤적을 형성하는 소형 압전 액츄에이터를 설계하였다. 유한요소해석 프로그램인 ATILA를 이용하여 결합부의 타원 궤적의 형성하기 위한 압전 트랜스듀서의 최적 동작 주파수로 운동 모드를 결정하고자 한다.

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