In this paper, the driving characteristic for a ring type ultrasonic motor is described. For driving of ultrasonic motor, a two-phase parallel-resonant inverter was made. The driving circuit simulation results are compared with measured frequencis and amplitudes.
In this paper the driving characteristic for a traveling-wave type ultrasonic motor is described. For driving of ultrasonic motor, a two-phase resonant inverter and Digital IC was made. The driving circuit simulation results are compared with measured frequencis and amplitudes.
The standing waves of the fourth bending mode of vibration and first longitudinal mode of vibrator were utilized to construct a ultrasonic linear motor. The geometrical dimensions of the vibrator were determined by Euler-Bernoulli theoty. FEM(finite element method) employed to calculate the vibration mode of the metal-piezoceramic composite thin plate vibrator. ANSYS was used to design positions of the projections and calculate displacement of vibrator.
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.
This paper proposed optimal design and microcontroller driver for driving the thin-type ultrasonic motor. To find the optimal size of the stator, motions of the motor were simulated using ATILA by changing length, width and thickness of the ceramics. Two sinusoidal waves which have 90 degree phase difference were needed for driving the thin-type motor. The thin-type ultrasonic motor driver was composed of microcontroller(Atmega128), push-pull inverter, encoder and AD-converter. Microcontroller generates four square waves which have variable frequency and 25[%] duty ratio in $20{\sim}150$[kHz]. The output signals of microcontroller were converted to sine wave and cosine wave by push-pull inverter and were applied to the thin-type ultrasonic motor. The encoder and AD-converter were used for maintaining speed of the thin-type ultrasonic motor. The AD-converter controlled DC voltage of inverter in accordance with output signal of encoder. Using the driver, characteristics of the motor as speed and torque were measured.
An ultrasonic linear motors consist of a slider and an ultrasonic vibrator which generates an elliptical oscillations. The ultrasonic linear motors mainly consist of an ultrasonic vibrator which generates elliptical oscillations. The ultrasonic linear motor fabricated in this paper was the use of the 1st longitudinal(L1) and 4th bending vibrations(B4). In order to low driving voltage and improve the life time of the ultrasonic motor, we used stacked piezoceramics. Stacked piezoceramics are adhered to aluminum elastic material. The finite element method was used to optimize dimension of ultrasonic vibrator and direction of vibratory displacement. As a result of estimating the characteristics of the ultrasonic linear motor, no-load velocity was 0.204[m/s] when applied voltage was 70[ $V_{rms}$] in resonance frequency.y.
본 논문에서는 초음파 센서를 이용한 저비용 장애물 인식 장치를 개발한다. 개발된 장애물 인식 장치는 시각 장애인들이 보행시 장애물을 인식하는 데 쓰일 수 있도록 한다. 장애물의 인식 여부는 내장된 모터의 진동을 통하여 시각 장애인들에게 인식이 가능하도록 한다. 뿐만 아니라 장애물의 거리에 따라 대상자에게 장애물 인식 유무에 대해 시간차를 두고 고지하여 대상자가 장애물에 대해 적절한 반응을 수행할 수 있도록 한다. 마이크로 컨트롤러 제어를 통한 펄스 신호를 이용하여 장애물에 대한 반사파를 통해 장애물의 존재 유무와 거리를 탐지하며 펄스 신호를 이용한 반사파 탐지는 반복 수행을 통해 인식률을 높인다. 개발된 장애물 인식 장치는 $30^{\circ}$ 내외의 전방 탐지각을 나타내고, 2cm-30cm의 탐지거리를 가지며 일상적인 보행 조건에서 동작이 가능함을 실험을 통해 입증하였다.
V-형 선형 초음파 모터를 설계하고 유한 요소 해석 소프트웨어인 ANSYS9.0을 사용하여 모터를 해석하고 그 결과를 도출하였다. 이 모터의 기본적인 구조는 압전 세라믹을 V-형 모터 stator 에 부착한 형태이다. 모터의 동작을 위해서 90도 위상차가 있는 2개의 교류전원을 각각 세라믹에 인가하였다. 그러면 각 세라믹은 압전 역효과와 위상의 차이에 의해 모터 arm을 대칭-비대칭 운동을 하게 만든다. 그리고 이 운동이 타원 제적을 발생시킨다 즉 모터와 슬라이드의 접선에서 이 타원궤적 운동의 마찰력으로 모터가 동작하게 된다. 최적의 조건을 찾기 위해 ANSYS를 이용하여 모터의 구조에 여러 가지 변수-고정점, stator의 재질, arm-body에 부착한 세라믹의 위치, 위상차, arm의 결합각 차, arm-body와 세라믹의 크기 변화, arm의 크기 변화-를 주어 선형 초음파 모터 구조의 최적 조건을 찾아 설계를 하였다.
An ultrasonic linear motor was composed of a slider and a stator vibrator including piezoelectric material and elastic material. The ultrasonic linear motors mainly consist of an ultrasonic vibrator which generates elliptical oscillations. L$_1$-B$_4$ ultrasonic linear motor use longitudinal and bending multi-vibration. In order to low driving voltage and improve the life time of the ultrasonic oscillator, we used stacked piezoceramics. Stacked piezoceramics are adhered to aluminum elastic material. The finite element method was used to optimize dimension of ultrasonic vibrator and direction of vibratory displacement. As a result of estimating the characteristics of the ultrasonic linear motor, no-load velocity was 2.04[m/s] when applied voltage was 70[V$\sub$rms/] in resonance frequency.
An ultrasonic motor is a motor which uses vibration -a type of elastic vibration- to obtain a driving force, which then drives the motor using friction. In this paper, mode conversion type - single resonance mode ultrasonic rotary motor that use langevin type ultrasonic vibrator was studied. This model was proposed for the first time by Japanese Kumada in 1985. In this study, finite element analysis (FEA) of a stator and bidirectional driving characteristic of a rotor was newly obtained. The amplitude and phase of displacement and elliptical trajectory of beam was confirmed by FEA The fabricated motor was operated to clockwise and counterclockwise in 40.8 [kHz] and 44.2 [kHz] respectively. But bidirectional driving characteristics did not coincide each other.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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