열 효율적인 마이크로모터 document_id A220623066566

제어되는 미세한 자리 지정을 행할 수 있는 거의 최소화된 모터에 대한 요구가 있는 여러 애플리케이션이 존재한다. 예를 들어, 제품 생산에서 매우 작은, 경량의, 전력 소비량이 적으며 저가의 모터가 전형적으로 필요로 된다. 모터는 주로 밀리미터의 정도의 범위이며 마이크로미터의 정확성을 갖는다. 여러 마이크로모터는 전자 기계적인 활성 물질의 움직임에 기초한다. 기하학적인 볼륨(geometrical volume) 또는 형태 변화는 여러 종류의 전기 신호를 적용함으로써 성취된다. 가장 공통적인 물질은 압전 물질(piezoelectric materials)이다. 기하학적인 구성을 고려하는 전자 기계식 모터의 여러 설비가 존재하며 원리를 구현한다. 전자 기계식 모터의 한 그룹은 이동될 바디 및/또는 액추에이터(actuators)의 공진 특성을 사용한다. 다른 모터는 여러 종류의 준정적 구동 원리(quasi static driving principles)를 사용하는데, 이는 액추에이터들 중 적어도 일부가 구동 사이클의 적어도 일부 동안 이동될 바디와 정적 기계적인 접촉을 하고 있다. 일반적으로, 공진 모터는 전력 효율성이 더 있는 경향이 있는 반면, 준정적 모터는 더 높은 자리 지정 정확도를 갖는다. 여러 애플리케이션에서 유용하다고 증명된 하나의 특정한 기하학적인 구성은 이동될 바디의 상호 작용 표면에 필수적으로 수직으로 배열된 적어도 두 개의 액추에이팅 부분을 포함한다. 액추에이팅 부분은 이동될 바디의 상호 작용 표면에 수직인, 적어도 두 개의 이차 평면에서 이동 가능하도록 배열된다. 액추에이팅 부분은 대안적인 방법으로 움직여 워킹(walking) 또는 스텝핑(stepping) 움직임을 생성한다. 이러한 모터의 하나의 전형적인 예는 공개된 US 특허 출원 2005/0179343호에서 나타내지거나 이를 참조한다. 다른 예는 예컨대, 독일 특허 DE 44 08 618호 또는 US 특허 6,066,911호에서 보여질 수 있다. 독일 특허 DE 44 08 618호는 액추에이팅 부분의 압전 물질의 사이드 상에서 소산되는(evaporated) 전극에 의해 액추에이팅 부분을 여기시킨다. 압전 물질에 걸쳐 전압을 인가할 때, 압전 물질의 두께가 변한다. 그 결과로서, 압전 물질의 볼륨이 필수적으로 일정하기 때문에, 압전 물질은 또한 액추에이팅 부분의 길이를 변경시킨다. 액추에이팅 부분의 두 개의 상이한 부분을 액추에이팅하며, 바이몰프 구조(bimorph structure)를 생성할 수 있음으로써, 필요로 되는 움직임이 성취될 수 있다. 유용한 치수 변화가 d31 여기(d31 excitation)로서 나타내지는 인가된 전압에 수직으로 생성된다. 통상적으로, 이러한 여기는 낮은 전압 효율성으로서 고려되는데, 대충 50% 정도 더 작은 치수 변화가 인가된 전기장의 방향과 비교되는 방향으로 성취된다. d31 여기는 또한 예컨대, Sensors an Actuators 75 (1999) pp. 118-130 M. Bexell 등에 의한 "Characteristics of a piezoeletric miniature motor"에서 사용되어왔다. 액추에이터 요소는 로터(rotor)를 회전시키는 동안 원형 구성에서 실리콘 웨이퍼 상에 장착된다. 액추에이터 요소는 실리콘 웨이퍼에 제공된 컨덕터에 접촉된다. 구성이 성공적으로 동작되지만, 장착 정확도에 따르는 이러한 구성은 부피가 큰 제품에 매우 적합하지 않다. US 특허 6,066,911호에서, d33 여기가 대신 사용된다. 인가된 장(field)에 평행한 치수 변화는 상호 작용 표면에 평행하게 압전 물질의 전극을 위치시킴으로써 사용된다. 섹션에 걸쳐 액추에이팅 부분의 여러 파트를 커버하는 전극을 제공함으로써, 필요로 되는 2차원 움직임이 획득된다. 게다가, 압전 볼륨 내에 전극을 제공함으로써, 더 낮은 여기 전압이 임의의 치수 변화를 성취하기 위해 사용될 수 있다. 유사한 기본적인 움직임 개념이 또한 US 특허 출원 2005/0179343호에서 사용된다. 액추에이팅 부분 내에 전극을 제공할 때, 전극 모서리에 관하여 고려한다. 전극이 액추에이팅 부분의 사이드 표면 밖의 모든 방향으로 신장하도록 허용된다면, 물리적인 세기 문제가 전형적으로 발생한다. 액추에이팅 부분은 피에조세라믹(piezoceramic) 및 전극 사이의 인터페이스에서 균열이 가는 경향이 있다. 게다가, 액추에이터 부분은 전극의 부식 및 전기적인 문제를 피하기 위해서, 어떤 전기적인 절연층 및 화학적인 보호층이 제공되는 것이 전형적이다. 이러한 문제점들은 표면에 가장 가까운 전극-프리 볼륨을 액추에이팅 부분에 제공함으로써 전형적으로 해결되는데, 즉 액추에이팅 부분의 표면에 다소 이격되어 전극 단부를 놓는다.