초록

본 연구에서는 새로운 형상의 16각형 초음파모터를 제안하였다. 16각형 초음파모터의 고정자는 링형 탄성체와 압전세라믹으로 구성되어있다. 탄성체는 16개의 측면과 각을 가지고 있으며, 탄성체의 외부면에 8개의 압전세라믹이 부착되어있다. 원통형 로터가 링형 고정자에 삽입되었을 때, 16개의 고정자 내부면의 중앙 라인은 약간의 압력을 받게 된다. 이 압력이 모터의 프리로드이며, 고정자의 반경과 두께로 조절이 가능하다. 90도 위상차를 가지는 두개의 정현파 전압이 각 4개의 세라믹에 인가되었을 때, 탄성체 내부면에서 타원변위가 발생되는 것을 확인할 수 있다. 이 타원변위는 마찰을 통해 로터를 회전시킨다. 제안된 16각형 초음파모터는 유한요소해석 프로그램을 사용하여 재질 변화에 따른 설계 및 해석이 진행되어졌다. 유한요소해석 결과를 바탕으로 가장 큰 변위를 보인 한 모델을 선정하여 제작하였다. 그리고 시뮬레이션 결과와 모터의 특성을 비교하였다.

Abstract

In this study, novel ultrasonic rotary motor of hexadecagon shape stator was proposed. Statorof the hexadecagon ultrasonic motor was composed of an elastic ring and ceramics. The elastic ring hadsixteen sides and sixteen angular points. Eight ceramics were attached on the outer surface of the eightsides of the ring. When rotor of cylindrical shaft was inserted inside of the ring stator, central lines of thesixteen sides of the stator hold the shaft by the slight pressures(frictions). This slight pressure was apreload of the motor and it could be controlled by radius and thickness of the ring. When two sinusoidalvoltages which have 90 degree phase difference were applied to each four ceramics, elliptical displacementsof inner surface of the ring were obtained. These elliptical displacements of the inner surface rotated theshaft rotor through the frictions. The proposed hexadecagon ultrasonic motor was designed and analyzedby using the finite element method (FEM), depending on materials of the elastic ring. Based on the FEMresults, one model of motor which showed maximum displacement at contact points was chosen andfabricated. And characteristics of the motor were compared with simulated results. When the motor wasfabricated with these results, EL20ET0.5CT0.5CW2 model showed 115[rpm] speed about input voltage of60[Vrms] at 65.6[kHz]. And the maximum torque of 6[gfcm] was obtained. From these results, thehexadecagon shaped ultrasonic motor can be used to actuator for optical device which needs detailedposition control. Also it can be used to medical and portable device by reducing size and weight.

• Keywords: Ultrasonic motor, Piezo motor, FEA, finite element analysis, ATILA, Ring type stator