A new in-pipe locomotive mechanism is developed using piezoelectric bimorphs. Two bimorphs are linked serially and produce an ellipsoidal motion at the end of bimorph. The device moves by the friction force between the rubber attached at the bimorph end and the inner surface of the pipe. The developed mechanism is very simple and need relatively small power compared to a conventional multi-layer piezoelectric motor.
In this study, in order to develop the composition ceramics for lead-free ultrasonic motor, $[(K_{0.5}Na_{0.5})_{0.95}Li_{0.05}(Nb_{0.96}Sb_{0.04})]O_3$ ceramics were fabricated using $Ag_2O$ as sintering aid and a conventional mixed oxide process and their piezoelectric and dielectric characteristics were investigated according to the $SrTiO_3$ substitution. $SrTiO_3$ substitution enhanced density, dielectric constant$(\varepsilon_r)$ and electromechanical coupling factor$(k_p)$. However, mechanical quality factor was deteriorated. At the 0.5mol% $SrTiO_3$ substitution, density, electromechanical coupling factor$(k_p)$, dielectric constant$(\varepsilon_r)$ and piezoelectric constant$(d_{33})$ of specimen showed the optimum value of 4.437g/$cm^3$, 0.457, 1294, 265pC/N, respectively.
In this study, in order to develop the composition ceramics of lead-free ultrasonic motor, (Na,Li)$NbO_3-BaTiO_3$ ceramics were fabricated using a conventional mixed oxide process and their piezoelectric and dielectric characteristics were investigated according to the $BaTiO_3$, substitution. $BaTiO_3$ substitution enhanced density, dielectric constants$({\varepsilon}_r)$ and electromechanical coupling factor$(k_p)$. However, mechanical quality factor was deteriorated. At the $BaTiO_3$ substitution of 4mol%, density, electromechanical coupling factor$(k_p)$, dielectric constants$({\varepsilon}_r)$ and piezoelectric constant$(d_{33})$ of specimen showed the optimum value of $4.493g/cm^3$, 0.236, 175, 70pC/N, respectively.
본 논문에서는 고정민 위치제어가 가능한 선형초음과 모터를 설계 및 제작하였다. 제안된 선형 초음파 모터의 발파장 진동자에 진계(Usinwt, Ucoswt)를 인가했을때 진동법의 불출부에서 발생하는 타원궤직은 이동자를 구동시킨다. 제작된 선형 초음파 모터의 면위궤적은 시뮬레이션 결과와 일치했으며, 압차력이 50 N일 때 이동자에서 발생하는 최대 힘은 9 N, 최대속도는 0.9 ㎧이고 20 N일 때 최대 힘은 2.4 N, 최대 속도는 0.38 ㎧의 특성을 나타냈다.
An ultrasonic motor of high torque with a new configuration for application in automobiles is proposed. The newly designed stator is a two sided vibrator consisting of a toothed metal disk with a piezoelectric ceramic ring bonded on both faces of the disk which generates a flexural traveling wave along the circumference of disk. In this configuration, the displacement on the surface of stator may not be confined. It also produces a large vibrating force and amplitude because the vibrator is sandwiched by two piezoelectric plates. It is possible to increase the torque by improving the vibration characteristics. To compute the vibration mode of the motor of diameter 48 mm, the finite element method was used. A 6th mode was chosen as the operation mode with a resonance frequency of about 64.4 kHz. According to this design and measured its performance, a prototype was fabricated. The performance measurement of the prototype motor showed that its stall torque was about 1.8 Nm and efficiency was 37% at 60% of the maximum torque.
This paper deals with a flat type ultrasonic motor, which uses a longitudinal-bending multi mode vibrator of rectangular form. This ultrasonic motor was designed by combination of the first longitudinal and eighth bending mode, and the motor consisted of a straight aluminum alloy bar bonded with piezoelectric ceramic elements as a driving element. The geometrical dimensions of the rectangular aluminum vibrator were determined by Euler-Bernoulli theory In the experimental device, piezoelectric ceramics ( a piece of ceramic for the L-mode, $24\;{\times}\;8\;{\times}\;1[mm]$, and four pieces for the B-mode, $12.5\;{\times}\;8\;{\times}\;1[mm]$) were attached to one side of a aluminum plate($100\;{\times}\;8\;{\times}\;1[mm]$), and the stator was supported with a plastic case. As results, no-load rpm was 50[rev./m] when applied voltage was 150[Vrms] at the resonance frequency, and as the voltage was increased, the rpm was increased.
대한전기학회 2008년도 Techno-Fair 및 합동춘계학술대회 논문집 전기물성,응용부문
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pp.179-180
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2008
In this paper, the variable tendency piezoelectric constant and resonance characteristics piezoelectric ceramics due to the electric field is studied. The practical application of piezoelectric ceramics is not only applied in field of small signal. For example, in case of an ultrasonic motor, $120{\sim}130Vrms$ of driving voltage is needed and that of an piezoelectric pump, $200{\sim}220Vrms$ of voltage is required. Therefore, to examine the characteristics of piezoelectric ceramics in large signal contributes to reducing the susceptibility to the multifarious application and securing the ease of the production of control circuit. These contributions may be connected to the expansion of industrial application. We fabricated disk-type piezoelectric ceramic samples by using conventional method and measured the resonance characteristics of these samples under from low to high voltage driving conditions. According to increasing the value of the input voltage, we measured the resonance frequency of the piezoelectric ceramic, and inquired into the cause of these phenomena.
In this paper, a disk-type ultrasonic motor using a combination of radial and bending vibration modes is newly designed and fabricated. The characteristics of the test motor are also measured. By means of traveling elastic wave induced at the surface of circumference of the elastic disk, a steel bar in contact with the surface of circumference of the elastic disk bonded onto the piezoelectric ceramic disks is driven in both directions by changing the sine and cosine voltage inputs. The stator of the motor is composed of two sheets of piezoelectric ceramic disks to bond onto both surfaces of an elastic disk, respectively. As a result, the diameter of the elastic body is increased and the resonant frequency is decreased. The resonant frequency of the stator is about 92 kHz, which is composed with piezoelectric ceramic disks of 28 mm in diameter and 2 mm in thickness, and an elastic body of 32 mm in diameter and 2 mm in thickness. A driving voltage of 20 VPP Produces 200 rpm with a torque of 1Nm and an efficiency of about 10%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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