압전세라믹 응용기술

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압전세라믹 응용기술압전세라믹 응용기술

2004. 2.2004. 2.

이 동 준이 동 준

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순서순서

1.1. 압전세라믹의 이해압전세라믹의 이해2.2. 압전세라믹의 제조압전세라믹의 제조3.3. 압전세라믹 응용분야압전세라믹 응용분야4.4. 초음파모터의 이해초음파모터의 이해5.5. 초음파모터의 구동초음파모터의 구동6.6. 초음파모터의 종류와 응용초음파모터의 종류와 응용7.7. 카드리더기용 초음파모터카드리더기용 초음파모터8.8. 결론결론

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1. 1. 압전세라믹의 이해압전세라믹의 이해

압전세라믹이란 외부에 힘 에너지를 인가했을 때 표면에 전기에너지를 발생시키며 이의 반대 작용 또한 가능한 세라믹이다 .

대부분의 압전세라믹은 페로브스카이트 구조를 가지는 PZT 계 세라믹을 의미한다 .

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+ ion

- ion

x

y

대칭구조 비대칭구조

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분극처리 (poling)

6


Pressure, P-

+Tension, T

+

-

분극방향 (Poling direction)

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2. 2. 압전세라믹의 제조압전세라믹의 제조

Start material

Weighing Materials

Mixing

Drying

Calcination

Grinding

Electroding

Poling

Drying Binder

Mesh

Press

Sintering

Surface Grinding

분말제조방식(Bulk Type)

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3. 3. 압전세라믹 응용분야압전세라믹 응용분야

1. 전기 E 기계 E

2. 기계 E 전기 E

3. 전기 E 기계 E 전기 E

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1) 1) 전기전기 E -E - 기계기계 EE

초음파 세척기 초음파 가습기 초음파 융착기 압전 부져 압전 스피커

초음파 모터 압전 Fan 압전 Pump 압전 Printer(ink jet 방

식 ) 부품 공급기 (parts

feeder)

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2) 2) 기계기계 E -E - 전기전기 EE

가스 점화소자 마이크로폰 가속도계 유량계 AE 센서

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3) 3) 전기전기 E -E - 기계기계 E -E - 전기전기 EE

필터 (SAW filter 등 ) 공진자 (resonator) sonar( 어군탐지 ) 의료용 초음파진단 probe 압전 트랜스포머

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4. 4. 초음파모터의 이해초음파모터의 이해

초음파모터란 압전세라믹의 20kHz 이상 초음파 진동력을 이용하여 회전력이나 구동력을 얻는 모터를 말한다 .

초음파모터는 압전세라믹이 부착되어 진동력을 발생시키는 고정자 (stator) 와 고정자의 마찰력으로 회전하는 회전자 (rotor) 로 구성되어있다 .

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5. 5. 초음파모터의 구동초음파모터의 구동

탄성체 표면의 진행파진행파에 의한 타원입자운동

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5. 5. 초음파모터의 구동초음파모터의 구동

탄성체 두께방향의 진동인 굴곡모드와 길이방향의 진동인 종진동모드를 이용한 정제 파정제 파에의 한 타원입자운동

Piezoelectric ceramic

Elastic materialRotor

Elliptical motion

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6. 6. 초음파모터의 종류와 응용초음파모터의 종류와 응용

초음파모터의 종류

Linear Type

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Plate Type (standing wave)

Standing wave

Rotor

Vibrator (stator)Nodal line

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Ring Type (traveling wave)

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Linear Type (traveling wave)

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Disk Type (traveling wave)

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Wedge Type

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π Type Rod Type

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7. 7. 카드리더기용 초음파모터카드리더기용 초음파모터

카드리더기용 초음파모터의 구조

고정진동자

회전자마찰재

탄성체

압전세라믹

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구동원리

t3t1 t2 t4 t5 t6 t7 t8t0

cosωt cos(ωt + 90 )

Ｐｏｉｎｔ

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구동원리

T ８

T 1

T 2

T 3

T 4

T 5

T 6

T 7

T ０

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구동원리

압전세라믹

고정진동자탄성체

회전자

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모델링 해석 순서

3 ．모델링해석

Model Definition Model Definition

Mesh Generation Mesh Generation

Description of the Problem to be Solved Description of the Problem to be Solved

Running a JobRunning a Job RestartRestart

Using the Results and Post ProcessingUsing the Results and Post Processing

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해석 모델

52

44

1111

2.6

0.5

10

Elastic material

Piezoelectric material

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변위해석

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초음파모터 고정자 제작

분극 처리된 압전세라믹분극 처리된 압전세라믹

마찰재 부착마찰재 부착

전기 입력선 부착전기 입력선 부착

탄성체 표면 정밀가공탄성체 표면 정밀가공

압전세라믹과 탄성체 부착압전세라믹과 탄성체 부착

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31



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초음파모터 고정자 진동측정

Power Amp. Function Generator

Oscilloscope I, V, U

CVVF

Laser vibrometer

Stator

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고정진동자의 진동속도 비교

1 4

7

10

13

16

19

22

25 S1

S7

0

5

10

15

20

25

30

35

0- 5 5- 10 10- 15 15- 20 20- 25 25- 30 30- 351 4 7

10 13 16

19

22

25 S1 S

5 S9

0

2

4

6

8

10

12

0- 2 2- 4 4- 6 6- 8 8- 10 10- 12

KETI-2 NIKON

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카드리더기 제작

고정진동자

회전자

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카드진행속도 측정

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KETI-2 Motor (46.75 kHz)

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

0 30 60 90 120 150

Time(sec)

Velo

cit

y(m

m/s

)

Function Nikon K-1

카드진행속도 결과

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Feedback 제어기와 Open loop 제어기

구동 드라이버

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8. 8. 결론 결론 (( 전자기모터와 비교전자기모터와 비교 ))

장점1. 저속도에서 토크와 효율이 높음2. 직접 구동이 가능3. 자기유지력이 강함4. 응답특성이 우수5. 간단한 구조와 다양한 형태의 구조설계가 가능6. 전기자기 유도의 영향이 없음7. 무소음 단점1. 고주파 전원이 필요2. 마찰 접촉면의 마모

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