In many applications, piezoelectric motor has been used in the areas where excellent controllability, fine position resolution are required or magnetic field noise should be eliminated. However the piezoelectric motor has two major demerits. One is difficulty in maintaining vibration amplitude constantly with temperature rise and wear, and the other is heat generation induced by dielectric and mechanical loss.
In this thesis, piezoelectric motor to overcome these problems is proposed. And proposed piezoelectric motor is operated using momentum exchange between bimorph and rotor. To maximize steady state velocity and static torque of proposed motor, the guideline is established using two bimorph models. Then the guideline is partially proved by comparison between simulation and experiment. There was no heat generation in the few hours of experiments. And second prototype of piezoelectric motor was designed to resolve the difficult problems of measuring preload and structural analysis such as defect of bonding layers.
And we experimentally analyzed effect of voltage, operation frequency, phase shift, and preload on velocity and static torque of the piezoelectric motor. Experimental results show that maximum velocity is 200 rpm and maximum static torque is 1.1 mNm in the case of secondly designed motor. And shape of stator is optimized.
압전 모터는 제어의 용이성과 높은 위치 분해능이 필요하거나 자기장의 간섭이 제거되어야 하는 많은 응용분야에서 이용되어 왔다. 하지만 압전 모터는 두 개의 주요한 단점을 가지고 있다. 하나는 온도의 상승과 마모에 의해 일정한 진폭을 유지하는 것이 어렵다는 것이고 다른 하나는 유전적 기계적 손실에 의한 발열 문제이다. 본 논문에서는, 이와 같은 문제가 극복될 수 있는 모터를 제안 하였다. 제안된 압전 모터는 바이모프와 회전체의 운동량 교환을 이용하여 구동된다. 제안된 모터의 정상상태 속도와 정적 토크를 극대화 하기 위해, 두 개의 바이모프 모델을 이용하여 설계지침이 수립되었다. 설계지침은 실험과 이론의 비교를 통해 부분적으로 증명되었다. 제작된 압전 모터는 몇 시간의 구동 실험에도 발열 문제를 일으키지 않았다. 접착층의 파손과 같은 구조적인 문제와 예비힘의 측정이 어려운 단점을 해결하기 위해 두 번째 압전 모터가 설계 되었다. 전압과 구동 주파수와 위상 변화와 예비힘이 모터의 정적 토크와 정상상태 속도에 미치는 영향이 실험적으로 분석되었다. 두번째 설계된 모터에서 최대 속도는 200rpm이고 최대 정적인 토크는 1.1 mNm 였다. 고정자의 형상이 최적화 되었다.
