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문제 정의
- 본 연구에서는 성능이 향상된 정재파형 초음파 리니어 모터의 구조를 제시하였고, 제시한 구조의 타당성을 유한요소해 석과 구동실험을 통하여 검증하였다.
제안 방법
- 3절의 유한요소해석 결과를 확인하기 위하여 세가지 모델의 초음파 리니어 모터를 실제로 제작하여 구동실험을 하였다.
- 본 연구에서는 성능이 향상된 정재파형 초음파 리니어 모터의 구조를 제시하였고, 제시한 구조의 타당성을 유한요소해 석과 구동실험을 통하여 검증하였다.
- 압전 소자는 고출력에 적합한 PZT-1 를 사용하여 상부에는 X/2 크기로 폴링 방향이 서토 반대가 되도록 교대로 총 4개를 부착하여 2人 모드를 사용하도록 하고, 하부 소자도 역시 상부와 마찬가기로 2X 길이로, 상부와 人/4의 위치 위상차를 두기 위해 양끝에는 λ/4 크기의 소자를 부착하고, 가운데 λ/2 크기의 소자 3개를 폴링 방향이 교대가 되도록 부착하였다.
- 이상의 이론을 바탕으로 새로운 형태의 정재파형 양방향 초음파 리니어 모터를 설계하였디. 앞의 그림 1과 같이 황동으로 된 스테이터의 상하에 폴링된 압전소자를 폴링 방향이 서로 반대가 되도록 교대로 배열하고, 상, 하 소자의 위치 위상차가 λ/4가 되게 압전소자를 배열하여 부착하도록 설계하였다.
- 이상의 이론을 바탕으로 새로운 형태의 정재파형 양방향 초음파 리니어 모터를 설계하였디. 앞의 그림 1과 같이 황동으로 된 스테이터의 상하에 폴링된 압전소자를 폴링 방향이 서로 반대가 되도록 교대로 배열하고, 상, 하 소자의 위치 위상차가 λ/4가 되게 압전소자를 배열하여 부착하도록 설계하였다.
- 7KHZ에서 2파장 모드의 공진주파수를 찾았다. 이 공진주파수에서 상, 하부 압전 소자에 인가 되는 전기신호가 동위상일 경우와 역위상일 경우에 대해서 각각 과도해석을 통하여 각 이빨 끝 한 점에서의 변위를 관찰하였다. 그 결과 그림 4와 같이 각 이빨에서의 변위가 동위상일 때와 역위상일 때 서로 진행방향이 반대인 것을 알 수 있다.
- 7KHZ에서 2파장 모드의 공진주파수를 찾았다. 이 공진주파수에서 상, 하부 압전 소자에 인가 되는 전기신호가 동위상일 경우와 역위상일 경우에 대해서 각각 과도해석을 통하여 각 이빨 끝 한 점에서의 변위를 관찰하였다. 그 결과 그림 4와 같이 각 이빨에서의 변위가 동위상일 때와 역위상일 때 서로 진행방향이 반대인 것을 알 수 있다.
- 이 새로운 구조의 타당성과 죄적 구조를 유한요소법으로 검증하고, 이에 따라 모터를 설계, 제작하여 구동실험을 하였다. 이 구동실험의 결과로 본 연구에서 제안한 새로운 구조의 초음파 리니어 모터의 성능을 평가하였다.
- 이와는 달리 본 연구에서는 두 층의 압전체를 동시에 구동하는 새로운 구조로 정재파를 이용하여 동일한 특성으로 양방향 구동이 가능한 정재파형 초음파 리니어 모터의 개발하였다. 이 새로운 구조의 타당성과 죄적 구조를 유한요소법으로 검증하고, 이에 따라 모터를 설계, 제작하여 구동실험을 하였다. 이 구동실험의 결과로 본 연구에서 제안한 새로운 구조의 초음파 리니어 모터의 성능을 평가하였다.
- 이 새로운 구조의 타당성과 최적 구조를 유한요소법으로 검증하고, 이에 따라 모터를 설계, 제작하여 구동실험을 하였다.
- 이를 위해 몇 가지 형태의 경계 조건이 다른 초음파리니어 모터의 구조를 고안하였다. 그림 2는 세가지 종류의 경계조건으로 고안된 모터의 구조를 나타내고 있다.
- 이상의 이론을 바탕으로 새로운 형태의 정재파형 양방향 초음파 리니어 모터를 설계하였디. 앞의 그림 1과 같이 황동으로 된 스테이터의 상하에 폴링된 압전소자를 폴링 방향이 서로 반대가 되도록 교대로 배열하고, 상, 하 소자의 위치 위상차가 λ/4가 되게 압전소자를 배열하여 부착하도록 설계하였다.
- 이와는 달리 본 연구에서는 두 층의 압전체를 동시에 구동하는 새로운 구조로 정재파를 이용하여 동일한 특성으로 양방향 구동이 가능한 정재파형 초음파 리니어 모터의 개발하였다. 이 새로운 구조의 타당성과 죄적 구조를 유한요소법으로 검증하고, 이에 따라 모터를 설계, 제작하여 구동실험을 하였다.
데이터처리
- 그림 2는 세가지 종류의 경계조건으로 고안된 모터의 구조를 나타내고 있다. 이렇게 고안된 구조의 타당성을 검증하고, 원할한 정재파의 생성 및 양방향성을 확인하기 위해 유한 요소법을 이용하여 해석하였다. 해석은 유한요소 상용 해석도구인 ANSYS를 이용하였다.
이론/모형
- 이렇게 고안된 구조의 타당성을 검증하고, 원할한 정재파의 생성 및 양방향성을 확인하기 위해 유한 요소법을 이용하여 해석하였다. 해석은 유한요소 상용 해석도구인 ANSYS를 이용하였다.
성능/효과
- 구동 실험결과, 본 연구에서 제작한 초음파 리니어모터는 최고속도 82.4cm/s의 빠른 속도로 양방향 구동되었고. 500g의 부하질량을 주었을 때 Q.
- 구동 실험결과, 본 연구에서 제작한 초음파 리니어모터는 최고속도 82.4cm/s의 빠른 속도로 양방향 구동되었고. 500g의 부하질량을 주었을 때 Q.
- 구동실험 결과 유한요소해석에서와 같이 Model-2번 모터는 동위상일 때나 역위상일 때나 같은 방향으로만 구동되었다. 반면 Model-1 과 3번 모터는 유한요소해석에서 보였던 것과 같이 양방향으로 구동이 되었으나, Mod이T번 모터가 blodel-3번 모터 보다 더 빠른 속도金 양방향으로 구동되었다.
- 반면 Model-1 과 3번 모터는 유한요소해석에서 보였던 것과 같이 양방향으로 구동이 되었으나, Mod이T번 모터가 blodel-3번 모터 보다 더 빠른 속도金 양방향으로 구동되었다. 따라서, 유한요소해석의 과도해석에 의한 결과와 실제 실험 결과가 일치하는 것을 확인할 수 있다.
후속연구
- 본 연구에서 제안한 초음파 리니어 모터는 기존의 권선형 모터에 비해 부피도 작고, 다양한 모양으로 제작이 가능하기 때문에 직선운동을 필요로 하는 여러 분야에 응용할 수 있을 것이다.
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