압전세라믹 응용기술
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압전세라믹 응용기술. 2004. 2. 이 동 준. 순서. 압전세라믹의 이해 압전세라믹의 제조 압전세라믹 응용분야 초음파모터의 이해 초음파모터의 구동 초음파모터의 종류와 응용 카드리더기용 초음파모터 결론. 1. 압전세라믹의 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. + ion. - ion. y. x. 1. 압전세라믹의 이해.

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압전세라믹 응용기술

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Presentation Transcript


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압전세라믹 응용기술

2004. 2.

이 동 준


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순서

  • 압전세라믹의 이해

  • 압전세라믹의 제조

  • 압전세라믹 응용분야

  • 초음파모터의 이해

  • 초음파모터의 구동

  • 초음파모터의 종류와 응용

  • 카드리더기용 초음파모터

  • 결론


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1. 압전세라믹의 이해

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

  • 대부분의 압전세라믹은 페로브스카이트 구조를 가지는 PZT계 세라믹을 의미한다.


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+ ion

- ion

y

x

1. 압전세라믹의 이해

비대칭구조

대칭구조


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1. 압전세라믹의 이해

분극처리(poling)


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+

-

Pressure, P

Tension, T

-

+

분극방향(Poling direction)

1. 압전세라믹의 이해


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Start material

Poling

Weighing Materials

Electroding

Mixing

Surface Grinding

Drying

Sintering

Press

Calcination

Grinding

Mesh

Drying

Binder

2. 압전세라믹의 제조

분말제조방식

(Bulk Type)


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3. 압전세라믹 응용분야

  • 전기E기계E

  • 기계E전기E

  • 전기E기계E전기E


1 e e

1) 전기E -기계E

  • 초음파 세척기

  • 초음파 가습기

  • 초음파 융착기

  • 압전 부져

  • 압전 스피커

  • 초음파 모터

  • 압전 Fan

  • 압전 Pump

  • 압전 Printer(ink jet 방식)

  • 부품 공급기(parts feeder)


2 e e

2) 기계E -전기E

  • 가스 점화소자

  • 마이크로폰

  • 가속도계

  • 유량계

  • AE 센서


3 e e e

3) 전기E -기계E -전기E

  • 필터(SAW filter등)

  • 공진자(resonator)

  • sonar(어군탐지)

  • 의료용 초음파진단 probe

  • 압전 트랜스포머


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4. 초음파모터의 이해

  • 초음파모터란 압전세라믹의 20kHz이상 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. 초음파모터의 구동

  • 탄성체 표면의 진행파에 의한 타원입자운동


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Rotor

Elastic material

Elliptical motion

Piezoelectric ceramic

5. 초음파모터의 구동

  • 탄성체 두께방향의 진동인 굴곡모드와 길이방향의 진동인 종진동모드를 이용한 정제 파에의한 타원입자운동


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6. 초음파모터의 종류와 응용

  • 초음파모터의 종류

Linear Type


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Rotor

Standing wave

Nodal line

Vibrator (stator)

6. 초음파모터의 종류와 응용

  • 초음파모터의 종류

Plate Type (standing wave)


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6. 초음파모터의 종류와 응용

  • 초음파모터의 종류

Ring Type (traveling wave)


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6. 초음파모터의 종류와 응용

  • 초음파모터의 종류

Linear Type (traveling wave)


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6. 초음파모터의 종류와 응용

  • 초음파모터의 종류

Disk Type (traveling wave)


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6. 초음파모터의 종류와 응용

  • 초음파모터의 종류

Wedge Type


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6. 초음파모터의 종류와 응용

  • 초음파모터의 종류

π Type Rod Type


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7. 카드리더기용 초음파모터

  • 카드리더기용 초음파모터의 구조

압전세라믹

고정진동자

탄성체

마찰재

회전자


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cosωt

cos(ωt + 90 )

t0

t1

t2

t3

t4

t5

t6

t7

t8

7. 카드리더기용 초음파모터

  • 구동원리

Point


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T0

T 1

T 2

T 3

T 4

T 5

T 6

T 7

T8

7. 카드리더기용 초음파모터

  • 구동원리


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회전자

탄성체

고정진동자

압전세라믹

7. 카드리더기용 초음파모터

  • 구동원리


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3.모델링해석

Model Definition

Mesh Generation

Description of the Problem to be Solved

Running a Job

Restart

Using the Results and Post Processing

7. 카드리더기용 초음파모터

모델링 해석 순서


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3.모델링해석

7. 카드리더기용 초음파모터

해석 모델


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3.모델링해석

7. 카드리더기용 초음파모터

변위해석


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탄성체 표면 정밀가공

분극 처리된 압전세라믹

압전세라믹과 탄성체 부착

마찰재 부착

전기 입력선 부착

7. 카드리더기용 초음파모터

  • 초음파모터 고정자 제작


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7. 카드리더기용 초음파모터

  • 초음파모터 고정자 제작


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7. 카드리더기용 초음파모터

  • 초음파모터 고정자 제작


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Laser vibrometer

Stator

, U

Oscilloscope

I, V

Power Amp.

Function Generator

CVVF

7. 카드리더기용 초음파모터

  • 초음파모터 고정자 진동측정


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7. 카드리더기용 초음파모터

KETI-2

NIKON

고정진동자의 진동속도 비교


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7. 카드리더기용 초음파모터

  • 카드리더기 제작

회전자

고정진동자


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7. 카드리더기용 초음파모터

  • 카드진행속도 측정


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7. 카드리더기용 초음파모터

  • 카드진행속도 결과


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7. 카드리더기용 초음파모터

  • 구동 드라이버

Feedback 제어기와 Open loop 제어기


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8. 결론 (전자기모터와 비교)

  • 장점

    1. 저속도에서 토크와 효율이 높음

    2. 직접 구동이 가능

    3. 자기유지력이 강함

    4. 응답특성이 우수

    5. 간단한 구조와 다양한 형태의 구조설계가 가능

    6. 전기자기 유도의 영향이 없음

    7. 무소음

  • 단점

    1. 고주파 전원이 필요

    2. 마찰 접촉면의 마모


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