step-down piezoelectric transformer
지원기관; KEPCO(EESRI)
연구기간; 2002. 8.1 - 2003. 7.31

I 연구목표

o 압전세라믹 개발
- 전기기계결합계수(Kt) ≥0.5
- 기계적 품질계수(Qm) ≥1800
o 압전변압기 개발
- 용량 ≥10W
- 효율 ≥90%
- 강압비≒ 10
- 크기; 두께 ≤1mm, 면적 ≤3 ㎠
o PTR Model
Multi layer, Step-down

II. 연구내용/Piezo-ceramics

0 원료
- Modified PZT ternary system
- Anisotropic(Kt/Kp) system
0 공정
- 적층 압전세라믹 제조법
0 평가
- 저전계 특성(임피던스분석기, d33 meter)
- 고전계 특성(laser vibrometer)
III. 연구내용/Design
- 등가회로법
- Finite Element Analysis

IV. 연구내용/Measurements

입, 출력조건; 전압, 주파수, 부하, 주위온도
평가 항목; 강압비, 효율, 용량, 온도상승 등

V. 연구내용/Driving

최적 구동조건 도출
구동회로 구성
소형화, 박형화
주파수 추미회로
범용 IC

VI. 기대효과/Application
Adaptor, DC-DC Converter;10W급

























  이동통신 단말기용 충전형 진동장치 개발
산업자원부(A04-76-02)

연구기간: 2000.11. 1 - 2003.10.31

이동통신단말기의 착신 알람(alarm)으로는, 호출음 알람이외에 소음방지를 목적으로 진동알람이 겸용되고 있다. 또, 청각 장애자의 정보전달 수단으로서의 진동알람도 시계에 삽입되어 사용되고 있다. 현재, 실용적으로 사용되고 있는 진동 알람 디바이스의 구동원은 전자식 직류모터가 주류를 이루고 있으며 압전 진동모터를 채용하고 있는 유일한 예는 손목시계의 경우이다. 전자식 진동모터는 초기에는 회전자에 코어를 갖는 모터로 회전자에 언발런스 웨이트(unbalanced weight)를 부착시켜 회전축에 대하여 편심을 갖도록 배치시킨 편심모터가 사용되다가 크기와 소모전력면에서 유리한 코아레스(coreless)형 모터가 개발되어 이용되고 있다. 코어레스형 진동모터는 회전자의 코어를 제거하는 구조를 채택하여 모터의 직경(높이)을 줄였으나, 여전히 직경이 6~7mm 정도이며, 소모전력도 100~240mW 정도이다. 전자식 진동모터는 크기면에서 거의 한계에 달하고 소비전력도 크기 때문에 소형화, 경량화, 저소비전력화가 지속적으로 요구되는 이동통신단말기의 기술요구에 부응하기 어려우며 또한 전자유도 노이즈 방출도 문제점으로 지적되고 있다.
따라서, mobile phone, pager 의 보급의 확대에 따라 알람용 진동장치에 요구되는 성능으로 한정된 전원용량에서 보다 장시간 사용할 수 있도록 소모전력이 적고, 휴대형에 적합할 수 있도록 보다 소형화, 박형화된 제품이 요구되며, 가능하다면 내장된 2차전지의 사용시간을 연장할 수 있는 기능과 전자유도 노이즈 방출이 없는 진동장치가 바람직하다.
본 계획에서는 기존의 전자식 진동모터가 갖는 문제점을 해결하고자 소형, 박형화, 소비전력면에서 유리한 압전 진동 장치를 개발하고자 한다. 개발하고자 하는 압전 진동장치는 휴대시의 진동에 의해 전지를 충전시키는 기능도 부가되도록 하고자 한다. 또한 이 장치는 압전 효과를 이용하기 때문에 전자 노이즈가 발생되지 않는 장점도 있다. 성공리에 개발된다면 기존의 진동모터에 비하여 크기가 작고, 소모전력이 적음은 물론 대기시 충전기능도 부가됨으로서 전지의 사용시간을 연장시키는 장점이 있어서 pager, mobile phone, IMT2000, PDA 등에까지 응용 가능할 것으로 기대된다.
또한 진동에너지를 전기에너지로 변환시키는 automatic generating system은 artificial heart, pacemaker 등의 이용이나 구조물 진당용 센서 전원 등의 소규모 전원으로 응용 가능할 것으로 생각된다.

  충전기능을 갖는 박형 압전 진동모터
학술진흥재단(E2104)

연구기간: 2000.10. 1 ~ 2001. 9.30

pager, mobile phone, IMT2000, PDA와 같은 휴대형 통신기기들은 반도체 및 전자기술의 발전과 함께 경박단소화되고 있는 추세이나 휴대형 통신기기에 사용되는 알람용 진동모터는 높이(직경)이 4mm이상으로 통신기기들의 박형에 큰 걸림돌이 되고 있다. 또한, 진동모터의 소모전력은 63-240mW정도로 꽤 큰편이므로 알람용 진동모터로 요구되는 성능으로는 저 소모전력, 소형화 및 박형화된 제품이 요구된다.
본연구에서는 휴대형 통신기기에 응용가능한 알람용 진동모터를 기존의 전자식 진동모터보다 저 소비전력, 소형, 박형화가 가능하며 휴대시의 진동에 의해 2차전지를 충전시키는 기능이 부가된 압전 진동모터를 개발하고자 하였다.
1차년도에는 진동모터용 및 발전용 압전재 개발과 유한 요소 해석을 이용한 진동모터의 변위 분포를 해석하고자 하였다. 진동모터용 압전재는 PZT-PMWN 압전 세라믹 조성으로 발전용 압전재는 PZT-PMN+additive로 설계하여 Zr/Ti 몰비 및 additive의 량에 따른 압전 및 유전특성에 대해 연구하였다. 그 결과, 진동모터용 압전재는 전기기계결합계수(kp)56[%]이상, 압전변형정수(d33) 260(pC/N)이상, 기계적 품질계수(Qm) 1200이상의 hard계열 압전재를 개발하였고 발전용 압전재는 전기기계결합계수 63[%], 압전변형정수 410(pC/N), 유전율 2000정도의 soft계열 압전재를 개발하였다. 이와 같은 연구 결과로부터 본 연구에서 개발한 진동모터용 및 발전용 압전 조성은 압전 진동모터 및 발전용으로 충분히 응용 가능할 것으로 생각된다. 또한, 유한요소해석 프로그램을 이용하여 본 연구의 개념(압전 역효과 및 압전 정효과를 이용)과 유사한 압전 변압기의 potential 분포를 해석함으로서 변위 분포와 potential 분포의 관계를 도출하였고 이를 기초로 3가지 type의 충전기능을 갖는 박형의 압전 진동모터를 시제작하고 압전 진동모터의 구동회로 및 충전용 회로를 PSPICE와 같은 simulation tool을 이용하여 설계 및 제작하고자 한다. 또한, 제작된 압전 진동모터의 다양한 성능과 환경실험 및 발전량을 측정 및 평가할 계획이다.