KR20210138306A

KR20210138306A - Ultrasonic linear motor

Info

Publication number: KR20210138306A
Application number: KR1020200056480A
Authority: KR
Inventors: 이규린
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2021-11-19

Abstract

According to an embodiment of the present invention, disclosed is an ultrasonic linear motor. The ultrasonic linear motor comprises: a vibrating substance; a moving axis coupled to the vibrating substance and moving along displacement of the vibrating substance; a moving substance inserted and coupled to the moving axis and moving on the moving axis; a magnetic substance attached to the moving substance; and a sensor unit spaced apart from the moving axis and including a plurality of sensors that detect a magnetic field of the magnetic substance. Each of the plurality of sensors are disposed to be differently spaced apart from the magnetic substance.

Description

Ultrasonic linear motor {ULTRASONIC LINEAR MOTOR}

실시예는 이동체의 절대 위치 판별이 가능한 초음파 리니어 모터에 관한 것이다.The embodiment relates to an ultrasonic linear motor capable of determining the absolute position of a moving object.

일반적으로 리니어 모터 시스템에서는 자기장을 이용하여 이동체의 위치를 검출하고 있다.In general, in a linear motor system, the position of a moving object is detected using a magnetic field.

도 1a 내지 도 1b는 자기장 센서를 이용하는 기존 방식의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.1A to 1B are diagrams for explaining the problems of the conventional method using a magnetic field sensor.

도 1a를 참조하면, 일반적인 마그네틱 스케일 바(magnetic scale bar)를 이용하는 엔코더(encoder) 방식인 경우, 10mm 범위의 위치 센싱을 위해서는 20mm의 공간 즉, 마그네틱 스케일 바의 크기의 2배의 공간이 필요하기 때문에 제품에 적용 시 공간적 한계가 있을 수 있다.Referring to FIG. 1A , in the case of an encoder method using a general magnetic scale bar, a space of 20 mm, that is, twice the size of the magnetic scale bar, is required for position sensing in a range of 10 mm. Therefore, there may be spatial limitations when applied to products.

도 1b를 참조하면, 엔코더 방식은 증분형(incremental) 방식이고, 멀티 폴(multi pole)에 의해 반복되는 신호의 특성 상 절대 위치 판별이 불가능하다. 즉, 외부 충격으로 위치가 변경될 경우 두 지점을 구분하지 못하여 초기 위치로 이동 후 최종 위치로 복귀해야 한다.Referring to FIG. 1B , the encoder method is an incremental method, and absolute position determination is impossible due to the characteristics of a signal repeated by multi poles. That is, when the position is changed due to an external impact, the two points cannot be distinguished, so the initial position must be moved and then returned to the final position.

마그네틱 스케일 바의 N/S 폭의 형태를 위치별로 모두 다르게 하는 방식도 있으나 고가이기 때문에, 일반적으로 절대 위치 판별을 위해서는 초기 위치용 센서가 따로 구비되어야 하고, 위치 상실 시 항상 초기 위치로 되돌아 가야 한다.There is also a method in which the shape of the N/S width of the magnetic scale bar is different for each position, but since it is expensive, a sensor for the initial position is generally required to determine the absolute position, and when the position is lost, it must always return to the initial position. .

이러한 기존의 방식을 관성 이동 방식의 초음파 모터에 적용하게 되면, 외부의 힘에 의해 원래의 위치를 잃기 쉬워 초기 위치로 되돌아가는 경우가 빈번히 발생할 수 있다. 예컨대, 동영상 촬영 중 원치 않는 줌 인, 줌 아웃이 발생할 수 있다.When this conventional method is applied to the ultrasonic motor of the inertial movement method, it is easy to lose the original position due to an external force, and a case of returning to the initial position may occur frequently. For example, unwanted zoom-in and zoom-out may occur during video recording.

따라서 관성 이동 방식의 초음파 모터에 적합한 절대 위치 판별 방식이 필요하다.Therefore, there is a need for an absolute position determination method suitable for an inertial movement type ultrasonic motor.

실시예는, 이동체의 절대 위치 판별이 가능한 초음파 리니어 모터를 제공할 수 있다.The embodiment may provide an ultrasonic linear motor capable of determining the absolute position of a moving object.

실시예에 따른 초음파 리니어 모터는 진동체; 상기 진동체에 결합되고 상기 진동체의 변위에 따라 이동하는 이동축; 상기 이동축에 삽입 결합되고 상기 이동축 상에서 이동하는 이동체; 상기 이동체에 부착된 자성체; 및 상기 이동축과 이격되고 상기 자성체의 자기장을 감지하는 다수의 센서를 포함하는 센서부를 포함하고, 상기 다수의 센서는 각각 상기 자성체와 이격 거리가 다르게 배치될 수 있다.An ultrasonic linear motor according to an embodiment includes a vibrating body; a moving shaft coupled to the vibrating body and moving according to the displacement of the vibrating body; a movable body inserted and coupled to the movable shaft and moving on the movable shaft; a magnetic body attached to the movable body; and a sensor unit spaced apart from the moving axis and including a plurality of sensors for sensing a magnetic field of the magnetic material, wherein the plurality of sensors may be disposed at different distances from the magnetic material.

상기 센서부는 상기 이동축과 이격되어 배치되되, 소정 각도로 배치될 수 있다.The sensor unit may be disposed to be spaced apart from the moving shaft and disposed at a predetermined angle.

상기 소정 각도는 상기 이동축을 기준으로 1~3˚일 수 있다.The predetermined angle may be 1 to 3° with respect to the moving axis.

상기 센서부는 기판과 상기 기판의 일면에 소정 간격 이격되어 배치된 다수의 센서를 포함하고, 상기 다수의 센서들 간의 배치 간격은 서로 다르게 설계될 수 있다.The sensor unit may include a substrate and a plurality of sensors disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance on one surface of the substrate, and spacing between the plurality of sensors may be designed to be different from each other.

상기 센서부는 상기 이동축과 이격되어 나란히 배치되되, 다단 구조로 형성될 수 있다.The sensor unit is spaced apart from the moving shaft and arranged side by side, and may be formed in a multi-stage structure.

상기 센서부는 다단 구조의 기판과 상기 기판의 서로 다른 단에 배치된 다수의 센서를 포함하고, 상기 다수의 센서들 간의 배치 간격은 서로 다르게 설계될 수 있다.The sensor unit may include a substrate having a multi-stage structure and a plurality of sensors disposed at different ends of the substrate, and spacing between the plurality of sensors may be designed to be different from each other.

상기 자성체는 상기 이동축에 수직한 가상의 라인을 기준으로 틸팅되어 배치될 수 있다.The magnetic material may be tilted based on an imaginary line perpendicular to the movement axis.

상기 자성체는 적어도 일부의 영역이 상기 이동체의 일측면에 삽입 부착될 수 있다.At least a portion of the magnetic body may be inserted and attached to one side of the movable body.

상기 다수의 센서들 간의 최대 높이 차이는 0.3mm로 설계될 수 있다.The maximum height difference between the plurality of sensors may be designed to be 0.3 mm.

상기 다수의 센서는 제1 센서, 제2 센서, 제3 센서를 포함하고, 상기 제1 센서와 상기 자성체 간의 이격 거리는 제1 이격 거리이고, 상기 제2 센서와 상기 자성체 간의 이격 거리는 제2 이격 거리이고, 상기 제3 센서와 상기 자성체 간의 이격 거리는 제3 이격 거리이고, 상기 제1 이격 거리, 상기 제 2 이격 거리, 상기 제3 이격 거리 간의 비율은 1 : (1.15~1.45) : (1.3~1.9)의 비율 범위 내에서 설계될 수 있다.The plurality of sensors includes a first sensor, a second sensor, and a third sensor, a separation distance between the first sensor and the magnetic body is a first separation distance, and a separation distance between the second sensor and the magnetic body is a second separation distance and the separation distance between the third sensor and the magnetic material is a third separation distance, and the ratio between the first separation distance, the second separation distance, and the third separation distance is 1: (1.15 to 1.45): (1.3 to 1.9) ) can be designed within the ratio range.

상기 제1 센서와 상기 제2 센서 간의 배치 간격은 제1 배치 간격이고, 상기 제2 센서와 상기 제3 센서 간의 배치 간격은 제2 배치 간격이고, 상기 제1 배치 간격, 상기 제2 배치 간격 간의 비율은 1 : (1~1.25)의 비율 범위 내에서 설계될 수 있다.An arrangement interval between the first sensor and the second sensor is a first arrangement interval, a arrangement interval between the second sensor and the third sensor is a second arrangement interval, and between the first arrangement interval and the second arrangement interval The ratio can be designed within the ratio range of 1: (1~1.25).

상기 다수의 센서는 3축 자기장을 측정할 수 있는 3D 홀 센서(3-dimension hall sensor)일 수 있다.The plurality of sensors may be a 3-dimension hall sensor capable of measuring a 3-axis magnetic field.

실시예에 따르면, 이동체에 자성체를 부착하고, 자성체의 자기장을 감지하는 다수의 센서가 배열된 센서부를 이동체가 이동하는 이동축과 이격되어 배치하되, 각 센서와 이동축 간의 이격 거리가 다르게 배치되도록 함으로써, 초기 위치로의 초기화 없이 절대 위치 판별이 가능할 수 있다.According to the embodiment, a magnetic body is attached to a moving body, and a sensor unit in which a plurality of sensors for sensing the magnetic field of the magnetic body are arranged to be spaced apart from a moving axis on which the moving body moves, but the separation distance between each sensor and the moving axis is arranged differently By doing so, absolute position determination may be possible without initialization to the initial position.

실시예에 따르면, 이동체의 자성체를 부착하고 자성체의 자기장을 감지하는 다수의 센서가 배열된 센서부를 구비하기 때문에 기존 엔코더 방식 대비 공간 절약이 가능할 수 있다.According to the embodiment, since a sensor unit in which a plurality of sensors for attaching a magnetic body of a moving body and sensing a magnetic field of the magnetic body is arranged, space saving may be possible compared to the existing encoder method.

도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 따른 초음파 리니어 모터를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 리니어 모터를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 자성체와 센서부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 리니어 모터를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 자성체와 센서부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 각 센서에서 감지하는 값을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 각 센서의 해상도 보정 원리를 보여주는 도면이다.
도 8은 실시예에 따른 초음파 리니어 모터의 장착 상태를 설명하기 위한 도면이다.1A to 1B are diagrams illustrating an ultrasonic linear motor according to the prior art.
2 is a view showing an ultrasonic linear motor according to a first embodiment of the present invention.
3A to 3C are diagrams for explaining the structure of the magnetic body and the sensor unit shown in FIG. 2 .
4 is a view showing an ultrasonic linear motor according to a second embodiment of the present invention.
5A to 5C are diagrams for explaining the structure of the magnetic body and the sensor unit shown in FIG. 4 .
6 is a diagram illustrating a value detected by each sensor according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a resolution correction principle of each sensor according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a mounting state of the ultrasonic linear motor according to the embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical spirit of the present invention is not limited to some embodiments described, but may be implemented in various different forms, and within the scope of the technical spirit of the present invention, one or more of the components may be selected among the embodiments. It can be combined and substituted for use.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention may be generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, unless specifically defined and described explicitly. It may be interpreted as a meaning, and generally used terms such as terms defined in advance may be interpreted in consideration of the contextual meaning of the related art.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.In addition, the terms used in the embodiments of the present invention are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In this specification, the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when it is described as “at least one (or more than one) of A and (and) B, C”, it is combined with A, B, and C It may include one or more of all possible combinations.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.In addition, in describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.These terms are only used to distinguish the component from other components, and are not limited to the essence, order, or order of the component by the term.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.And, when it is described that a component is 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to the other component, but also with the component It may also include a case of 'connected', 'coupled' or 'connected' due to another element between the other elements.

또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In addition, when it is described as being formed or disposed on “above (above) or under (below)” of each component, the top (above) or bottom (below) is one as well as when two components are in direct contact with each other. Also includes a case in which another component as described above is formed or disposed between two components. In addition, when expressed as “upper (upper) or lower (lower)”, the meaning of not only an upward direction but also a downward direction based on one component may be included.

실시예에서는, 이동체에 자성체를 부착하고, 자성체의 자기장을 감지하는 다수의 센서가 배열된 센서부를 이동체가 이동하는 이동축과 이격되어 배치하되, 각 센서와 이동축 간의 이격 거리가 다르게 배치된, 새로운 구조의 초음파 리니어 모터를 제안한다.In the embodiment, a magnetic body is attached to a moving body, and a sensor unit in which a plurality of sensors for sensing the magnetic field of the magnetic body are arranged to be spaced apart from the moving axis on which the moving body moves, the separation distance between each sensor and the moving axis is arranged differently, We propose an ultrasonic linear motor with a new structure.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 리니어 모터를 나타내는 도면이다.2 is a view showing an ultrasonic linear motor according to a first embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 초음파 리니어 모터는 탄성체와 압전 세라믹으로 구성된 진동체(100), 이동축(200), 이동체(300), 자성체(400), 센서부(500)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the ultrasonic linear motor according to the first embodiment includes a vibrating body 100 , a moving shaft 200 , a moving body 300 , a magnetic body 400 , and a sensor unit 500 composed of an elastic body and a piezoelectric ceramic. may include

진동체(100)는 탄성체와 압전 세라믹으로 구성될 수 있다. 탄성체의 양면에 압전 세라믹이 부착될 수 있다. 탄성체의 양면에 압전 세라믹이 부착되는 경우에 한정되지 않고 탄성체의 일면에 압전 세라믹이 부착될 수 있다.The vibrating body 100 may be composed of an elastic body and a piezoelectric ceramic. Piezoelectric ceramics may be attached to both surfaces of the elastic body. It is not limited to a case in which the piezoelectric ceramic is attached to both surfaces of the elastic body, and the piezoelectric ceramic may be attached to one surface of the elastic body.

탄성체와 압전 세라믹은 전도성 에폭시(conductive epoxy)에 의해 접착 결합될 수 있다.The elastomer and the piezoelectric ceramic may be adhesively bonded using a conductive epoxy.

이동축(200)은 진동체(100)의 중앙에 접착 결합될 수 있다.The moving shaft 200 may be adhesively coupled to the center of the vibrating body 100 .

이동체(300)는 이동축(200)에 마찰 삽입되고 이동축(200)의 선형 운동에 따라 발생하는 마찰력에 의해 이동축(200) 상에서 이동 즉, 전진 또는 후진할 수 있다. 이때, 이동체(300)와 이동축(200)을 연결해주는 기계적 결합체가 존재할 수 있는데, 기계적 결합체는 이동체가 이동축에 물리적인 압력을 유지하도록 할 수 있다.The movable body 300 is frictionally inserted into the movable shaft 200 and may move, ie, move forward or backward, on the movable shaft 200 by frictional force generated according to the linear motion of the movable shaft 200 . At this time, there may be a mechanical coupling body that connects the movable body 300 and the movable shaft 200 , and the mechanical coupling body may allow the movable body to maintain a physical pressure on the movable shaft.

자성체(400)는 이동체(300)의 일측면에 부착될 수 있다. 자성체(400)의 적어도 일부는 이동체(300)의 일측면에 삽입되어 부착될 수 있다. 자성체(400)는 자석일 수 있다.The magnetic body 400 may be attached to one side of the movable body 300 . At least a portion of the magnetic body 400 may be inserted and attached to one side of the movable body 300 . The magnetic material 400 may be a magnet.

센서부(500)는 이동축(200)에 소정 각도로 기울어지게 배치될 수 있다. 센서부(500)는 기판(510)과 다수의 센서(520a, 520b, 520c)를 포함하고, 다수의 센서(520a, 520b, 520c)는 기판(510) 상에 이격되어 배치되고 이동축(200) 상에서 이동하는 이동체(300)에 부착된 자성체(400)의 자기장을 감지할 수 있다. 여기서 센서부(500)에는 3개의 센서가 배치된 경우를 일 예로 설명하고 있지만 반드시 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 2개의 센서 또는 4개 이상의 센서가 배치될 수 있다.The sensor unit 500 may be disposed to be inclined at a predetermined angle to the moving shaft 200 . The sensor unit 500 includes a substrate 510 and a plurality of sensors 520a, 520b, and 520c, and the plurality of sensors 520a, 520b, and 520c are spaced apart from each other on the substrate 510, and the moving shaft 200 ) may detect the magnetic field of the magnetic body 400 attached to the moving body 300 moving on it. Here, a case in which three sensors are disposed in the sensor unit 500 is described as an example, but the present invention is not limited thereto, and two sensors or four or more sensors may be disposed as needed.

센서부(500)는 이동축(200)을 기준으로 소정 각도 틸팅되어 배치되고, 센서부(500)의 다수의 센서는 각각 이동축(200)과의 이격 거리다 다르게 배치될 수 있다.The sensor unit 500 is disposed to be tilted at a predetermined angle with respect to the moving axis 200 , and a plurality of sensors of the sensor unit 500 may be arranged differently from the moving axis 200 .

도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 자성체와 센서부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.3A to 3C are diagrams for explaining the structure of the magnetic body and the sensor unit shown in FIG. 2 .

도 3a를 참조하면, 제1 실시예에 따른 센서부(500)는 기판(510)과 기판(510)의 일면에 배치되는 다수의 센서 즉, 제1 센서(520a), 제2 센서(520b), 제3 센서(520c)를 포함할 수 있다. 여기서 다수의 센서(520a, 520b, 520c)는 예컨대, 3축 자기장을 측정할 수 있는 3D 홀 센서(3-dimension hall sensor)일 수 있다.Referring to FIG. 3A , the sensor unit 500 according to the first embodiment includes a substrate 510 and a plurality of sensors disposed on one surface of the substrate 510 , that is, a first sensor 520a and a second sensor 520b. , a third sensor 520c may be included. Here, the plurality of sensors 520a, 520b, and 520c may be, for example, 3-dimension hall sensors capable of measuring a 3-axis magnetic field.

다수의 센서(520a, 520b, 520c)는 이동축(200)과 소정 거리 이격되어 배치되되, 자성체(400)가 부착된 이동체(300)가 이동하는 이동 경로를 따라 배치될 수 있다.The plurality of sensors 520a, 520b, and 520c may be disposed to be spaced apart from the moving shaft 200 by a predetermined distance, and may be disposed along a moving path of the moving body 300 to which the magnetic material 400 is attached.

센서부(500)는 이동축(200)과 수평한 수평 라인(HL)을 기준으로 소정 각도(θ) 틸팅된 틸팅 라인(TL) 상에 배치될 수 있는데, 여기서 수평 라인(HL)과 틸팅 라인(TL) 간 소정 각도(θ)는 예컨대, 1~3˚일 수 있지만 반드시 이에 한정되지 않는다. 이때, 수평 라인(HL)과 틸팅 라인(TL) 간 소정 각도(θ)가 3˚ 초과할 경우 자성체와 너무 가까워지거나 멀어지기 때문에 센싱에 문제가 생길 수 있고, 1˚ 미만일 경우 센서 위치별 유니크한 값을 획득하기 어려워 절대 좌표를 판별할 수 없게 된다.The sensor unit 500 may be disposed on a tilting line TL tilted by a predetermined angle θ based on a horizontal line HL horizontal to the moving axis 200 , where the horizontal line HL and the tilting line The predetermined angle θ between (TL) may be, for example, 1 to 3°, but is not necessarily limited thereto. At this time, if the predetermined angle θ between the horizontal line HL and the tilting line TL exceeds 3˚, it may cause a problem in sensing because it is too close or far away from the magnetic material. Since it is difficult to obtain a value, absolute coordinates cannot be determined.

자성체(400)는 센서부(500)의 상면과 수직한 가상의 라인 상에 배치될 수 있다. 센서부(500)가 틸팅된만큼 자성체(400)도 이동축과 소정 각도 틸팅되어 부착될 수 있다.The magnetic material 400 may be disposed on a virtual line perpendicular to the upper surface of the sensor unit 500 . As much as the sensor unit 500 is tilted, the magnetic material 400 may also be attached by tilting the moving axis at a predetermined angle.

예컨대, 자성체(400)는 각 센서의 상면에 수직한 직선에 소정 각도 α만큼 틸팅될 수 있다.For example, the magnetic material 400 may be tilted by a predetermined angle α in a straight line perpendicular to the upper surface of each sensor.

도 3b를 참조하면, 제1 센서(520a), 제2 센서(520b), 제3 센서(520c)는 각각 마주하여 위치하는 자성체(400)와 이격 거리가 서로 다를 수 있다. 여기서, 이격 거리는 자성체가 이동하면서 각 센서와 최단 거리가 되는 위치에서의 거리일 수 있다. 제1 센서(520a)와 자성체(400)의 이격 거리를 제1 이격 거리(d11), 제2 센서(520b)와 자성체(400)의 이격 거리를 제2 이격 거리(d12), 제3 센서(520c)와 자성체(400)의 이격 거리를 제3 이격 거리(d13)라고 정의하면, 소정 각도(θ)에 따라 제1 이격 거리 : 제2 이격 거리 : 제3 이격 거리는 대략 1: (1.15~2.45) : (1.3~1.9)의 비율 범위 내에서 설계될 수 있다. 예컨대, 1: 1.3 : 1.6의 비율에 따라 제1 센서(520a)와 자성체(400)의 제1 이격 거리(d11)는 0.5mm이고, 제2 센서(520b)와 자성체(400)의 제2 이격 거리(d12)는 0.65mm이고, 제3 센서(520c)와 자성체(400)의 제3 이격 거리(d13)는 0.8mm로 설계될 수 있다.Referring to FIG. 3B , the first sensor 520a , the second sensor 520b , and the third sensor 520c may have different separation distances from the magnetic material 400 positioned to face each other. Here, the separation distance may be a distance at a position at which the magnetic material moves and becomes the shortest distance from each sensor. The separation distance between the first sensor 520a and the magnetic material 400 is the first separation distance d11, the separation distance between the second sensor 520b and the magnetic material 400 is the second separation distance d12, and the third sensor ( If the separation distance between 520c) and the magnetic material 400 is defined as the third separation distance d13, the first separation distance: the second separation distance: the third separation distance is approximately 1: (1.15 to 2.45) according to a predetermined angle θ. ): It can be designed within the ratio range of (1.3~1.9). For example, according to a ratio of 1:1.3:1.6, the first separation distance d11 between the first sensor 520a and the magnetic material 400 is 0.5 mm, and the second separation between the second sensor 520b and the magnetic material 400 is The distance d12 may be 0.65 mm, and the third separation distance d13 between the third sensor 520c and the magnetic material 400 may be designed to be 0.8 mm.

또한, 제1 센서(520a), 제2 센서(520b), 제3 센서(520c)는 배치 간격이 서로 다를 수 있다. 제1 센서(520a)와 제2 센서(520b) 간의 배치 간격을 제1 배치 간격(a), 제2 센서(520b)와 제3 센서(520c) 간의 배치 간격을 제2 배치 간격(b)로 정의하면, 제1 배치 간격 : 제2 배치 간격은 대략 1: 1~1.25의 비율 범위 내에서 설계될 수 있다. 예컨대, 제1 센서(520a)와 제2 센서(520b) 간의 배치 간격은 3.95mm이고, 제2 센서(520b)와 제3 센서(520c) 간의 배치 간격은 3.25mm일 수 있다.Also, the first sensor 520a, the second sensor 520b, and the third sensor 520c may have different arrangement intervals. The arrangement interval between the first sensor 520a and the second sensor 520b is defined as the first arrangement interval (a), and the arrangement interval between the second sensor 520b and the third sensor 520c is defined as the second arrangement interval (b). By definition, the first arrangement interval: the second arrangement interval may be designed within a ratio range of approximately 1: 1 to 1.25. For example, the spacing between the first sensor 520a and the second sensor 520b may be 3.95 mm, and the spacing between the second sensor 520b and the third sensor 520c may be 3.25 mm.

이때, 배치 간격은 이동축과 수평한 수평 라인(HL)을 기준으로 설계될 수 있다.In this case, the arrangement interval may be designed based on the horizontal line HL horizontal to the moving axis.

또한, 제1 센서(520a), 제2 센서(520b), 제3 센서(520c)들 간의 최대 높이 차는 0.3mm 일 수 있다. 여기서는 제1 센서(520a)와 제3 센서(520c) 간의 높이 차가 0.3mm이다.Also, the maximum height difference between the first sensor 520a, the second sensor 520b, and the third sensor 520c may be 0.3 mm. Here, the height difference between the first sensor 520a and the third sensor 520c is 0.3 mm.

도 3c를 참조하면, 실시예에 따른 자성체(400)는 이동체(300)에 고정되어 이동 방향과 N/S 방향이 일치하도록 배치되되, 센서의 기울어진 각도만큼 기울어져 고정 배치될 수 있다. 즉, 자성체(400)는 이동축(200)에 수직한 가상의 라인을 기준으로 틸팅되어 배치될 수 있다.Referring to FIG. 3C , the magnetic body 400 according to the embodiment is fixed to the movable body 300 and arranged so that the moving direction and the N/S direction coincide with each other, and the magnetic body 400 may be fixedly disposed at an inclination angle of the sensor. That is, the magnetic material 400 may be tilted based on an imaginary line perpendicular to the movement axis 200 to be disposed.

이때, 자성체(400)는 강도 1300~1500Br을 기준으로 1~3mm³의 크기를 가질 수 있다.In this case, the magnetic material 400 may have a size ^{of 1 to 3 mm 3} based on the strength of 1300 to 1500 Br.

여기서는 센서와 자성체 간의 거리, 센서의 배치 간격에 대한 수치는 일 예일 뿐 반드시 이에 한정되지 않고 자성체의 크기, 자력 크기 등에 따라 달라질 수 있다.Here, the numerical values for the distance between the sensor and the magnetic body and the arrangement interval of the sensor are merely examples, and are not necessarily limited thereto, and may vary depending on the size of the magnetic body, the magnitude of magnetic force, and the like.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 리니어 모터를 나타내는 도면이다.4 is a view showing an ultrasonic linear motor according to a second embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 초음파 리니어 모터는 탄성체와 압전 세라믹으로 구성된 진동체(100-1), 이동축(200-1), 이동체(300-1), 자성체(400-1), 센서부(500-1)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the ultrasonic linear motor according to the second embodiment includes a vibrating body 100-1, a moving shaft 200-1, a moving body 300-1, and a magnetic body 400-1 composed of an elastic body and a piezoelectric ceramic. ), and a sensor unit 500-1.

진동체(100-1)는 탄성체와 압전 세라믹으로 구성될 수 있다. 탄성체의 양면에 압전 세라믹이 부착될 수 있다. 탄성체의 양면에 압전 세라믹이 부착되는 경우에 한정되지 않고 탄성체의 일면에 압전 세라믹이 부착될 수 있다.The vibrating body 100 - 1 may be composed of an elastic body and a piezoelectric ceramic. Piezoelectric ceramics may be attached to both surfaces of the elastic body. It is not limited to a case in which the piezoelectric ceramic is attached to both surfaces of the elastic body, and the piezoelectric ceramic may be attached to one surface of the elastic body.

이동축(200-1)은 진동체(100-1)의 중앙에 접착 결합될 수 있다.The moving shaft 200 - 1 may be adhesively coupled to the center of the vibrating body 100 - 1 .

이동체(300-1)는 이동축(200-1)에 마찰 삽입되고 이동축(200-1)의 선형 운동에 따라 발생하는 마찰력에 의해 이동축(200-1) 상에서 이동 즉, 전진 또는 후진할 수 있다.The movable body 300-1 is frictionally inserted into the movable shaft 200-1 and moved on the movable shaft 200-1 by frictional force generated according to the linear motion of the movable shaft 200-1, that is, to move forward or backward. can

자성체(400-1)는 이동체(300-1)의 일측면에 부착될 수 있다. 자성체(400-1)의 적어도 일부는 이동체(300-1)의 일측면에 삽입되어 부착될 수 있다. 자성체(400-1)는 자석일 수 있다.The magnetic body 400 - 1 may be attached to one side of the movable body 300 - 1 . At least a portion of the magnetic body 400 - 1 may be inserted and attached to one side of the movable body 300 - 1 . The magnetic material 400 - 1 may be a magnet.

센서부(500-1)는 이동축(200-1)에 이격되어 나란히 배치될 수 있다. 센서부(500-1)는 기판(510-1)과 다수의 센서(520a-1, 520b-1, 520c-1)를 포함하고, 기판(510-1)은 다단 구조로 형성되고, 다수의 센서(520a-1, 520b-1, 520c-1)는 기판(510-1)의 서로 다른 단에 배치되고 이동축(200) 상에서 이동하는 이동체(300)에 부착된 자성체(400)의 자기장을 감지할 수 있다. 여기서 센서부(500)에는 3개의 센서가 배치된 경우를 일 예로 설명하고 있지만 반드시 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 2개의 센서 또는 4개 이상의 센서가 배치될 수 있다.The sensor unit 500 - 1 may be spaced apart from the moving shaft 200 - 1 and arranged side by side. The sensor unit 500-1 includes a substrate 510-1 and a plurality of sensors 520a-1, 520b-1, and 520c-1, and the substrate 510-1 is formed in a multi-stage structure and includes a plurality of sensors. The sensors 520a-1, 520b-1, and 520c-1 are disposed at different ends of the substrate 510-1 and detect the magnetic field of the magnetic body 400 attached to the movable body 300 moving on the moving shaft 200. can detect Here, a case in which three sensors are disposed in the sensor unit 500 is described as an example, but the present invention is not limited thereto, and two sensors or four or more sensors may be disposed as needed.

센서부(500-1)는 이동축(200-1)을 기준으로 소정 거리 이격되어 배치되고, 센서부(500-1)의 다수의 센서는 각각 이동축(200-1)과의 이격 거리다 다르게 배치될 수 있다.The sensor unit 500-1 is disposed to be spaced apart by a predetermined distance based on the moving shaft 200-1, and a plurality of sensors of the sensor unit 500-1 have different distances from the moving axis 200-1, respectively. can be placed.

도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 자성체와 센서부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.5A to 5C are diagrams for explaining the structure of the magnetic body and the sensor unit shown in FIG. 4 .

도 5a를 참조하면, 제2 실시예에 따른 센서부(500-1)는 기판(510-1)과 기판(510-1)의 각 단에 배치되는 다수의 센서 즉, 제1 센서(520a-1), 제2 센서(520b-1), 제3 센서(520c-1)를 포함할 수 있다. 여기서 다수의 센서(520a-1, 520b-1, 520c-1)는 예컨대, 3축 자기장을 측정할 수 있는 3D 홀 센서(3-dimension hall sensor)일 수 있다.Referring to FIG. 5A , the sensor unit 500-1 according to the second embodiment includes a substrate 510-1 and a plurality of sensors disposed at respective ends of the substrate 510-1, that is, a first sensor 520a- 1), a second sensor 520b-1, and a third sensor 520c-1 may be included. Here, the plurality of sensors 520a-1, 520b-1, and 520c-1 may be, for example, 3D Hall sensors capable of measuring a 3-axis magnetic field.

다수의 센서(520a-1, 520b-1, 520c-1)는 이동축(200-1)과 소정 거리 이격되어 배치되되, 자성체(400-1)가 부착된 이동체(300-1)가 이동하는 이동 경로를 따라 배치될 수 있다.The plurality of sensors 520a-1, 520b-1, and 520c-1 are disposed to be spaced apart from the moving shaft 200-1 by a predetermined distance, and the moving body 300-1 to which the magnetic body 400-1 is attached moves. It may be disposed along a movement path.

제1 센서(520a-1)는 이동축(200)과 수평한 수평 라인(HL) 상에 배치되고, 제2 센서(520b-1)는 수평 라인(HL)과 제1 간격 이격된 제1 틸팅 라인(TL1) 상에 배치되고, 제3 센서(520c-1)는 수평 라인(HL)과 제2 간격 이격된 제2 틸팅 라인(TL2) 상에 배치될 수 있다. 여기서, 제2 간격은 제1 간격보다 크게 형성될 수 있다.The first sensor 520a-1 is disposed on a horizontal line HL horizontal to the moving axis 200, and the second sensor 520b-1 is a first tilting spaced apart from the horizontal line HL by a first interval. The third sensor 520c - 1 may be disposed on the line TL1 , and the third sensor 520c - 1 may be disposed on the second tilting line TL2 spaced apart from the horizontal line HL by a second interval. Here, the second gap may be formed to be larger than the first gap.

자성체(400-1)는 센서부(500-1)의 상면과 수직한 가상의 라인 상에 배치될 수 있다.The magnetic material 400 - 1 may be disposed on a virtual line perpendicular to the upper surface of the sensor unit 500 - 1 .

도 5b를 참조하면, 제1 센서(520a-1), 제2 센서(520b-1), 제3 센서(520c-1)는 각각 마주하여 위치하는 자성체(400-1)와 이격 거리가 서로 다를 수 있다. 예컨대, 제1 센서(520a-1)와 자성체(400-1)의 이격 거리 d21 는 0.5mm이고, 제2 센서(520b-1)와 자성체(400-1)의 이격 거리 d22는 0.65mm이고, 제3 센서(520c-1)와 자성체(400-1)의 이격 거리 d23는 0.8mm일 수 있다.Referring to FIG. 5B , the first sensor 520a-1, the second sensor 520b-1, and the third sensor 520c-1 have different separation distances from the magnetic material 400-1 positioned to face each other. can For example, the separation distance d21 between the first sensor 520a-1 and the magnetic material 400-1 is 0.5 mm, the separation distance d22 between the second sensor 520b-1 and the magnetic material 400-1 is 0.65 mm, The separation distance d23 between the third sensor 520c - 1 and the magnetic material 400 - 1 may be 0.8 mm.

또한, 제1 센서(520a-1), 제2 센서(520b-1), 제3 센서(520c-1)는 배치 간격이 서로 다를 수 있다. 예컨대, 제1 센서(520a-1)와 제2 센서(520b-1) 간의 배치 간격은 3.95mm이고, 제2 센서(520b-1)와 제3 센서(520c-1) 간의 배치 거리는 3.25mm일 수 있다.Also, the arrangement intervals of the first sensor 520a-1, the second sensor 520b-1, and the third sensor 520c-1 may be different from each other. For example, the arrangement distance between the first sensor 520a-1 and the second sensor 520b-1 is 3.95 mm, and the arrangement distance between the second sensor 520b-1 and the third sensor 520c-1 is 3.25 mm. can

또한, 제1 센서(520a-1), 제2 센서(520b-1), 제3 센서(520c-1)들 간의 최대 높이 차는 0.3mm일 수 있다. 여기서는 제1 센서(520a-1)와 제3 센서(520c-1) 간의 높이 차가 0.3mm이다.Also, the maximum height difference between the first sensor 520a-1, the second sensor 520b-1, and the third sensor 520c-1 may be 0.3 mm. Here, the height difference between the first sensor 520a-1 and the third sensor 520c-1 is 0.3 mm.

도 5c를 참조하면, 실시예에 따른 자성체(400-1)는 이동체(200-1)에 고정되어 이동 방향과 N/S 방향이 일치하도록 배치되되, 센서의 상면과 수평하게 고정 배치될 수 있다.Referring to FIG. 5C , the magnetic body 400-1 according to the embodiment is fixed to the movable body 200-1 and arranged so that the moving direction and the N/S direction coincide with each other, but may be fixedly arranged horizontally with the upper surface of the sensor. .

이때, 자성체(400-1)는 강도 1300~1500Br을 기준으로 1~3mm³의 크기를 가질 수 있다.In this case, the magnetic material 400-1 may have a size ^{of 1 to 3 mm 3} based on an intensity of 1300 to 1500 Br.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 각 센서에서 감지하는 값을 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating a value detected by each sensor according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 센서부에 배치된 3개의 센서들은 3축(x, y, z) 자기장을 측정할 수 있는 3D 자기 홀 센서를 사용하되, 직선 상에서의 절대 위치 판별을 위해 2개의 값 즉, x, z축의 값을 사용할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the three sensors disposed in the sensor unit according to an embodiment of the present invention use a 3D magnetic Hall sensor capable of measuring a three-axis (x, y, z) magnetic field, but an absolute position on a straight line Two values, that is, the values of the x and z axes, can be used for discrimination.

이때, 3개의 센서들 각각에서 측정된 값이 고유(unique) 값을 갖게 하기 위해 각 센서와 자성체 간의 거리를 모두 다르게 설계해야 한다.In this case, in order for the values measured by each of the three sensors to have a unique value, the distances between each sensor and the magnetic body must be designed differently.

(a)에서 측정된 값 (x1, z1), (b)에서 측정된 값 (x2, z2), (c)에서 측정된 값 (x3, z3)와 같이 각 센서가 감지하는 범위 내에서 중복되는 값이 없어 좌표가 절대적임을 알 수 있다.The values measured in (a) (x1, z1), (x2, z2) in (b), and (x3, z3) in (c) overlap within the range detected by each sensor. The absence of a value indicates that the coordinates are absolute.

이렇게 각 센서에서 측정되는 값을 이용하면 이동체의 절대 위치 판별이 가능할 수 있다.By using the values measured by each sensor in this way, it may be possible to determine the absolute position of the moving object.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 각 센서의 해상도 보정 원리를 보여주는 도면이다.7 is a diagram illustrating a resolution correction principle of each sensor according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 센서부에 배치된 3개의 센서들은 자성체와의 거리가 다르게 설계되면 각 센서의 해상도가 달라질 수 있다. 즉, 동일 해상도 기준에서 센싱 거리는 센서와 자성체 간의 거리가 멀어짐에 따라 4.2mm, 3.7mm, 2.8mm로 좁아질 수 있다.Referring to FIG. 7 , when the three sensors disposed in the sensor unit according to the embodiment of the present invention are designed to have different distances from the magnetic material, the resolution of each sensor may be different. That is, in the same resolution standard, the sensing distance may be narrowed to 4.2 mm, 3.7 mm, and 2.8 mm as the distance between the sensor and the magnetic material increases.

이처럼 센서와 자성체 간의 거리가 멀어질수록 센싱 거리는 좁아져 센싱 해상도가 낮아질 수 있다. 이러한 해상도 차이를 보정하기 위해 센서 간 거리를 다르게 설계해야 한다.As such, as the distance between the sensor and the magnetic material increases, the sensing distance becomes narrower, and thus the sensing resolution may be lowered. To compensate for this difference in resolution, different distances between sensors must be designed.

도 8은 실시예에 따른 초음파 리니어 모터의 장착 상태를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining a mounting state of the ultrasonic linear motor according to the embodiment.

도 8을 참조하면, 실시예에 따른 초음파 리니어 모터는 예컨대, DSLR 카메라의 줌을 조절하기 위해 사용될 수 있는데, 하우징(10)에 형성된 지지 부재(10a, 10b)에 이동축을 삽입하되, 이동축을 고정 부재(11a, 11b)를 이용하여 고정시킬 수 있다.Referring to FIG. 8 , the ultrasonic linear motor according to the embodiment may be used to adjust the zoom of a DSLR camera, for example, by inserting a moving shaft into the support members 10a and 10b formed in the housing 10 , but fixing the moving axis. It can be fixed using the members 11a and 11b.

이러한 고정 부재(11a, 11b)로는 예컨대, 고무링이나 레진(resin)이 사용될 수 있다. As the fixing members 11a and 11b, for example, a rubber ring or resin may be used.

이때, 센서부(500)는 이동축(200)에 소정 각도로 기울어지게 배치되어 센서부(500)를 구성하는 각 센서들은 자성체(400)와의 거리가 서로 다르게 형성될 수 있다.At this time, the sensor unit 500 is inclined at a predetermined angle to the moving shaft 200 , so that the sensors constituting the sensor unit 500 may have different distances from the magnetic material 400 .

센서부(500)는 이동축(200)과 이격되어 자성체(400)와 소정 거리를 유지하도록 하우징(10)에 고정되되, 하우징(10)에 형성된 별도의 고정 부재에 의해 고정될 수 있다.The sensor unit 500 is spaced apart from the moving shaft 200 and fixed to the housing 10 to maintain a predetermined distance from the magnetic body 400 , and may be fixed by a separate fixing member formed in the housing 10 .

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that it can be done.

100: 진동체
200: 이동축
300: 이동체
400: 자성체
500: 센서부100: vibrating body
200: moving axis
300: mobile
400: magnetic material
500: sensor unit

Claims

vibrating body;
a moving shaft coupled to the vibrating body and moving according to the displacement of the vibrating body;
a movable body inserted and coupled to the movable shaft and moving on the movable shaft;
a magnetic body attached to the movable body; and
It is spaced apart from the moving axis and includes a sensor unit including a plurality of sensors for sensing the magnetic field of the magnetic body,
Each of the plurality of sensors is arranged with a different separation distance from the magnetic body, an ultrasonic linear motor.

According to claim 1,
The sensor unit,
Doedoe spaced apart from the moving shaft, arranged at a predetermined angle, an ultrasonic linear motor.

3. The method of claim 2,
The predetermined angle is 1-3˚ with respect to the moving axis, the ultrasonic linear motor.

According to claim 1,
The sensor unit,
It includes a substrate and a plurality of sensors disposed on one surface of the substrate spaced apart from each other by a predetermined distance,
The spacing between the plurality of sensors is designed to be different from each other, an ultrasonic linear motor.

According to claim 1,
The sensor unit,
Doedoe spaced apart from the moving shaft and arranged side by side, formed in a multi-stage structure, an ultrasonic linear motor.

6. The method of claim 5,
The sensor unit,
It includes a substrate having a multi-stage structure and a plurality of sensors disposed on different stages of the substrate,
The spacing between the plurality of sensors is designed to be different from each other, an ultrasonic linear motor.

According to claim 1,
The magnetic body is
An ultrasonic linear motor which is tilted and arranged based on a virtual line perpendicular to the moving axis.

According to claim 1,
The magnetic body is
At least a part of the region is inserted and attached to one side of the movable body, the ultrasonic linear motor.

According to claim 1,
The maximum height difference between the plurality of sensors is designed to be 0.3mm, an ultrasonic linear motor.

According to claim 1,
The plurality of sensors include a first sensor, a second sensor, and a third sensor,
The separation distance between the first sensor and the magnetic body is a first separation distance,
The separation distance between the second sensor and the magnetic body is a second separation distance,
The separation distance between the third sensor and the magnetic body is a third separation distance,
The ratio between the first separation distance, the second separation distance, and the third separation distance is 1: (1.15 to 1.45): designed within a ratio range of (1.3 to 1.9), an ultrasonic linear motor.

11. The method of claim 10,
An arrangement interval between the first sensor and the second sensor is a first arrangement interval,
An arrangement interval between the second sensor and the third sensor is a second arrangement interval,
The ratio between the first arrangement interval and the second arrangement interval is 1: designed within a ratio range of (1 to 1.25), an ultrasonic linear motor.

According to claim 1,
The plurality of sensors,
Ultrasonic linear motor, a 3-dimension hall sensor that can measure a 3-axis magnetic field.