Home

Member

Paper

Research

Link

 

 

 

PIEZOELECTRIC APPLICATION RESEARCH GROUP

 

 

1.    압전 변압기 연구.

 

 

 

 압전 변압기 특징

  • 단위 체적당 높은 파워
  • 높은 효율 (90%)
  • 높은 전압으로의 승압 가능 (kV)
  • 고주파 동작 (50 MHz 이상)
  • 작은 전기적 소음
  • 전자계 방사가 없음
  • 저가
  • 공진 이용으로 인한 설계의 어려움
  • 다양하게 가공 가능
  • 압전체의 비선형성이 강함
   

 

                                                                        [Step-up transformer]

 
 

 

                                                                     [Step-down transformer]

 

 

2. 압전 엑츄에이터 연구.

 

 

 압전 엑츄에이터 정의

 

       압전 엑츄에이터는, 압전 세라믹을 이용하여 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 엑츄에이터이다.

 

 

 압전 엑츄에이터의 장점 및 연구 필요성 

  • 저속
  • 고토크의 특성과 감속기어가 필요 없다.
  • 구조가 단순하며 소형, 경량화 구현이 가능하다.
  • 자체 홀딩 토크를 갖고 있다
  • Backlash가 없다. (정밀제어 가능)
  • 응답속도가 빠르다. (정밀제어 가능)
  • Stored energy density가 EM type보다 더 크기 때문에, 부피와 무게를 1/10보다 더 작게 만들 수 있다.
  • 전자파 및 자계에 영향을 받지 않는다.
  • Electromagnetic noise를 발생하지 않는다.
  • 사이즈 변화에 따른 효율 변화가 EM type보다 덜 민감하므로 30W보다 낮은 파워 범위에서는 EM type보다 압전장치가 효과적이다.
  • 압전장치는 출련단에서의 단락이나 과부하에 대해서 안전하다.
  •  

 

이와 같은 장점들로 인해 현재 압전 엑츄에이터가 적용되는 주요 분야는 로봇의 관절구동, 카메라 렌즈구동, 광학, 정밀 위치제어선반, Home/Office Automation 구동, 프린터 및 복사기 종이 Feeding용 모터, 의료장비 구동, 반도체 장비의 구동, 군사무기추진체계 및 기타 시스템, 자동차 분야 등 다양하게 적용되고 있다. 압전 엑츄에이터의 시장성은 지금까지 계속적으로 확대 되어 왔으며, 앞으로는 폭발적으로 시장이 늘어나게 될 것으로 예상되고 있다. 이는 산업의 소형화, 정밀화 등에 따른 압전 엑츄에이터 수요 증가에 의한 결과이다. 이와같이, 향후 폭발적으로 확대 될 압전 엑츄에이터 시장에서 국내 기술력이 선도적 위치를 차지하기 위해서 압전 엑츄에이터에 대한 연구 개발이 요구되어 진다.

 

 

 압전 엑츄에이터의 단점

  • 높은 주파수의 전기적 파워 소스를 요구하는 경우가 많다.
  • 마모에 견딜 수 있는 강한 마찰 재질이 요구되는 경우가 많다.
  • 높은 파워의 출력이 어렵다.

 

 

      1) 핸드폰 진동 및 소형 팬용 캔틸러버 시스템 연구.

 

  연구 내용

  압전 캔틸러버를 이용한 핸드폰 진동 발생용 진동 시스템 개발

 

  

  장점

  • 무소음
  • 전자계의 영향을 받지 않고 발생하지 않음
  • 작은 크기와 단순한 구조

 

 

                                                           [ 압전 외팔보 동작원리 ]

 

 

                                         [ 최대 변위를 위한 Cantilever ES를 이용한 형상 최적 설계 결과 ]

 

 

                                                             [ Cantilever의구동 ]

 

     

     2) L1B4 Linear Ultra-Sonic Motor(L1B4 LUSM) 연구.

 

 

 

연구 내용

정밀 선형 초음파 모터 시스템 개발

 

 

 

장점

  • 전자계 영향을 받지도 않으며 발생하지도 않음
  • 작은 크기와 단순 구조
  • 저속에서 높은 토크
  • 정밀 위치 제어 가능
  • 무소음
  • 응답 속도가 빠름

 

                                      

 

                                                       [ L1B4 USM의 동작원리]

 

 

                                                                     [L1B4 USM의 기계 시스템]

 

 

                                                    [구동회로 Prototype 및 출력 파형]

 

      

      3) Micro Positioning Actuator(MPA) 연구.

 

 

 

 연구 내용

 정밀 위치 제어용 선형 초음파 모터 시스템 개발

 

 

 

 장점

  • 하나의 전기적 입력원만 필요
  • 전자계 영향을 받지 않고, 발생하지도 않음
  • 작은 크기와 단순한 구조
  • 저속에서 높은 토크
  • 정밀 위치 제어 가능
  • 무소음
  • 응답 속도가 빠름

 

 

                                                                     [ MPA 기계 시스템 ]

 

     

     4) Nano Positioning Actuator(NPA) 연구.

 

 

 

 연구 내용

 초정밀 위치 제어용 (나노급) 압전 엑츄에이터 시스템 개발

 

 

 

 장점

  • 정밀 위치 제어 가능
  • 작은 크기와 단순한 구조
  • 적은 에너지 소모
  • 낮은 생산단가와 유지비

 

 

                                                        [ NPA1 Prototype ]

 

 

                                                           [ NPA1의 동작원리 ]

 

 

                                                           [ NPA1의 전체 시스템 ]

 

 

                                                           [ NPA2의 전체 시스템 ]

 

 

                                                       [ NPA2의 수동 모드 동작 ]

 

                                                            

 

                                                                    [ NPA2의 자동 제어 모드 동작 ]

 

 

      5) High Precision Positioning Actuator(HPPA) 연구.

 

 

 

  연구 내용

  초정밀 위치 제어용 압전 엑츄에이터 개발

 

 

                                                             [ HPPA 기구부 ]

 

 

     6) 로봇 구동용 Rotary Ultra-Sonic Motor(RUSM) 연구.

 

 

 

 연구 내용

 로봇 구동용 회전형 초음파 모터 시스템 개발

 

 

 

 장점

  • 파워 소모 없이 정지 토크 발생
  • 전자계 영향을 받지 않고, 발생하지도 않음
  • 작은 크기와 단순한 구조
  • 저속에서 높은 토크
  • 정밀 위치 제어 가능
  • 무소음
  • 응답 속도가 빠름

 

 

                                                               [로봇 구동용 RUSM의 기구부 시제품 ]

 

 

                                                  [로봇 구동용 RUSM의 전체 시스템 ]

 

 

                                                           [로봇 구동용 RUSM의 로봇 암으로의 적용 ]

 

 

3. 압전 기기 해석/설계 기법 연구