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압전 초음파 모터의 마모와 동적 특성(Wear and dynamic properties of piezoelectric ultrasonic motor with frictional materials coated stator)

전문가 제언: □ 압전 초음파 모터(piezoelectric ultrasonic motor: PUSM)는 기존의 전자기식 모터와는 달리 철심과 코일이 없는 새로운 형태의 첨단 모터이다. 초음파 모터는 교류전압을 가하면 물리적 진동을 발생하는 압전 세라믹을 구동 원으로 이용하는 모터로, 소음이 없고 전자파의 영향을 받지 않는다. 또한 응답속도가 빠르고 초정밀제어가 가능하며 단순한 구조로 소형, 경량화가 가능하여 반도체장비, 로봇, 광학 등 초정밀 제어가 필요한 분야를 중심으로 차세대 모터로 각광받고 있다. 본 논문에서는 마모성이 뛰어난 마찰재료들을 고정자에 코팅하여 동적 특성을 개선시킨 압전 초음파 모터에 대하여 실험적 연구를 수행하였다.

□ 초음파 모터는 1973년 H. V. Barth에 의해 처음으로 제안된 이후 구소련에서 활발한 연구가 시작되었고, 일본을 중심으로 본격적인 연구 개발이 진행되었다. 1980년에 실용화에 가까운 진동편형 초음파 모터가 출현하였고, 1982년에 접촉면에서 마찰 문제를 해결한 진행파형 원환형 초음파 모터가 개발되면서 그 이후 많은 연구, 개발, 해석이 이우어졌다. 1984년 Matsushita Electric Inc.에서 특허출원한 초음파 모터는 압전 세라믹 진동자가 일으키는 효율적인 공간파를 구동원으로 이용하여 효율을 높인 모터이다. 1987년 Hitachi Ltd.에서는 복합형 압전 초음파 모터를 출원 하였고, 1997년에는 Cannon사에서 출원하여 2000년 미국에서 박층 압전소자와 박층 압전소자를 분극 시키는 방법으로 미국특허를 획득하였다.

□ 국내의 초음파 모터에 대한 연구는 KIST나 충북대학 등에서 보고 된 바 있고, 기업체에서도 시스템 도입을 검토하고 있는 단계이지만 아직 활용은 되지 않고 있는 실정이다. 그러나 국내 벤처 기업으로 피에조테크놀로지사(Piezo-Technology Co.)에서 초음파 모터를 개발하여 대만으로 수출하고 있으며, 이 회사는 지난해 말부터 회전형 초음파 모터 모듈을 일본에 수출하기 시작하였다. 응용 면에서도 초음파를 이용한 직접 구동방식의 전완(forearm) 로봇이 개발되었고, 퍼지 제어기를 이용한 로봇 작동기용 초음파 모터에 관한 연구도 있다. 앞으로 응용분야와 수요 전망을 볼 때 국내에서도 이 분야에 대한 연구가 더욱 활발히 이루어져야 할 것으로 생각된다.

저자: Ko, HP; Kim, S; Kim, JS; Kim, HJ; Yoon, SJ
자료유형: 학술정보