KR100473524B1 - 비선형 기계적 변조기 및 이를 이용한 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비선형 특성을 가진 기계적 변조기 및 이를 이용한 구동장치에 관한 것이다. 본 발명의 기계적 변조기는 제1 및 제2 질량체와, 상기 제1 및 제2 질량체 사이를 연결하는 제1 탄성체와, 상기 제2 질량체와 고정지지단 사이를 연결하는 제2 탄성체를 포함하며, 상기 제1 질량체 또는 제2 질량체 중 하나로 구동 입력을 받고 나머지 하나로 구동을 최종 출력하는 기계적 변조기에 있어서, 상기의 탄성체 중 적어도 하나 이상은 변형량이 커질수록 강성계수가 변하는 비선형 특성을 가지도록 구성된다. 이때, 탄성체의 비선형 특성은 변형이 심할수록 강성계수가 커지는 증가 비선형 특성과, 변형이 심할수록 강성계수가 작아지는 감소 비선형 특성이 있으며, 본 발명의 기계적 변조기는 두 개의 비선형 특성 중 하나 또는 둘 모두를 적용하여 사용한다.

Description

비선형 기계적 변조기 및 이를 이용한 구동장치{Nonlinear mechanical modulator and actuation system thereof}

본 발명은 미소기전집적시스템(MEMS: Micro Electro Mechanical System) 기술에 의하여 만들어진 기계적 변조기와 이를 이용한 구동장치에 관한 것으로, 특히 구동 입력과 구동 출력의 관계가 비선형적으로 나타나도록 하는 비선형 특성을 가진 기계적 변조기 및 이를 이용한 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로, 변조기는 입력을 변조시켜 출력하는 장치로서, 전기전자분야에 이용되고 있는 변조기는 입력과 출력이 음성이나 광, 주파수 등으로서, 이러한 입력을 전기적으로 변조시켜 출력한다.

그러나, 기계적 변조기는 입력과 출력이 물리적인 변위이며 그에 따라 입력되는 변위를 기계적 장치를 이용하여 변조시켜 출력하는 장치이다. 따라서, 기계적 변조기를 구동 변환 장치라고 할 수 있다. 종래의 기계적 변조기는 구동 입력에 선형적으로 비례하는 구동 출력을 내어 구동 크기의 증감을 통해 구동 입력을 원하는 크기로 선형 변조하는 목적으로 사용되고 있다.

1994년 옥스퍼드 대학에서 발행한 문헌인 히로무 나카자와(Hiromu Nakazawa)의 "The reduction principle in Principles of precision Engineering"의 14장에서 알 수 있듯이, 기계적 선형 변조기는 보통 지레의 원리를 이용한 레버 메커니즘(lever mechanism)이나, 서로 이빨의 수가 다른 톱니바퀴를 이용한 기어 메커니즘에 의하여 구현되어 왔다.

한편, 종래에 발표된 H. 토시요시(Toshiyoshi)외 다수의 "Micro Electro Mechanical Digital-to-Analog Converter"와, R. Yeh외 다수의 "Mechanical Digital-to-Analog Converter"의 논문에 기재된 바와 같이, 미소기전집적시스템 기술에 의해 제작된 구동 시스템내에 적용되는 종래의 기계적 선형 변조기는 한 대 이상의 구동기에서 출력하는 구동 입력을 선형적으로 변조시킨 구동 출력을 내기 위하여 기본적으로 도 1과 같이 탄성체를 이용하고 있다.

도 1은 일반적인 기계적 변조기의 구성도이다. 도 1에 도시되어 있듯이, 기계적 변조기는 구동 입력용의 제1 질량체(1), 구동 출력용의 제2 질량체(2), 제1 탄성체(3), 제2 탄성체(4)와, 지지단(5)으로 구성되어 있다.

여기서, 종래의 기계적 변조기의 동작을 설명하면, 변조기에 구동 입력(변위)이 가해질 경우, 제1 질량체(1)가 가해진 구동 입력(변위) 만큼 이동하게 되고, 이 이동은 제1 탄성체(3)의 변형을 유발한다. 따라서, 변형된 제1 탄성체(3)에서 탄성력이 생성되고, 생성된 탄성력은 제2 질량체(2)에 작용하여 제2 질량체(2)의 이동을 유발한다. 그러나 고정지지단(5)과 제2 질량체(2) 사이에는 제2 탄성체(4)가 존재하여 제2 질량체(2)의 이동을 감소시키는 역할을 하므로, 제2 질량체(2)는 제1 탄성체(3)와 제2 탄성체(4)의 탄성력이 서로 균형을 이루는 위치에서 정지하게 된다. 즉, 제1 질량체(1)의 구동 입력이 가해졌을 때, 제2 질량체(2)의 구동 출력은 두 탄성체(3,4)의 강성비와 구동 입력의 곱에 의해 결정되게 된다.

한편, 종래의 선형 기계적 변조기는 도 1의 기계적 변조기에 있어서, 제1 탄성체(3)와 제2 탄성체(4)가 모두 선형적 변형 특성을 가진 것을 특징으로 하는 기계적 변조기를 말한다. 상기에서 선형적 변형 특성은 탄성체가 자체 변형의 크기에 따라 강성계수의 변화를 일으키지 않는 특성을 의미한다. 즉, 선형적 변형 특성의 탄성체는 그 변형이 작든 또는 크든지 간에 일정한 강성계수를 가지는 탄성체이다.

도 2는 미소기전집적시스템 기술로 제작된 선형 기계적 변조기의 실시예이다. 도 1의 제1 및 제2 탄성체(3,4)가 선형 특성을 가지게 하기 위하여, ㄷ자형 보를 제1 및 제2 선형 탄성체(31,41)로 사용하였음이 특징이다. 또, 구동 입력의 공급을 위하여 구동기(6)가 부착되었다.

상기에 따르면 선형 기계적 변조기에서는 구동 입력이 가해지더라도 제1 탄성체(3)와 제2 탄성체(4)의 강성이 항상 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 즉, 두 탄성체(3,4)의 강성비가 구동 입력의 변화에 대해 일정한 값을 유지하므로, 두 탄성체(3,4)의 강성비와 구동 입력의 곱으로 나타나는 구동 출력은 도 3과 같이 구동 입력과 선형적인 관계를 나타내게 된다.

여기서, 도 1과 도 2에서 설명한 선형 기계적 변조기의 구동 입력과 구동 출력과의 관계를 수학식으로 나타내면 수학식 1과 같다. 이 수학식 1은 제1 질량체(1)가 이동하였을 때 제1 및 제2 탄성체(3, 4 혹은 31, 41)가 제2 질량체(2)에 미치는 힘이 평형을 이룬다는 관계식에 의해 쉽게 유도된다.

Xout: 구동출력용 질량체의 이동거리(이하, '구동 출력'이라 함),

Xin: 구동입력용 질량체의 이동거리(이하, '구동 입력'이라 함),

k1: 제1 탄성체(3)의 강성계수, k2: 제2 탄성체(4)의 강성계수.

수학식 1을 보면, 구동 출력용 질량체의 구동 출력(Xout)은 제1 및 제2 탄성체(3, 4)의 강성 계수의 비와, 구동 입력용 질량체의 구동 입력(Xin)의 곱으로 나타남을 알 수 있다. 그리고, 제1 및 제2 선형 탄성체(3, 4 혹은 31, 41)의 강성 계수가 변형에 관계없이 일정하므로 구동 입력용 질량체의 구동 입력(Xin)에 대한 구동 출력용 질량체의 구동 출력(Xout)은 도 3과 같이 선형적인 변조 곡선으로 나타난다.

도 3은 종래의 기계적 변조기의 구동 입, 출력에 대한 구동 특성을 나타내는 그래프로서, 가로축은 구동입력에 따른 질량체의 구동 입력(Xin)이고, 세로축은 구동출력에 따른 질량체의 구동 출력(Xout)이다.

여기서 선형 기계적 변조기의 구동 오차에 대해 생각해 보도록 한다. 선형 기계적 변조기에는 구동기에 의해 구동 입력(Xin1)이 공급되게 되는데, 가공기술의 한계 등에 의하여 구동 입력(Xin1)에는 구동 입력 오차(±δXin1)가 필연적으로 포함되게 된다. 즉, 실제적으로 기계적 선형 변조기에 가해지는 구동 입력은 가하려던 구동 입력에 구동 입력 오차가 더해진 형태(Xin1±δXin1)를 가지게 된다.

이러한 오차를 포함한 구동 입력(Xin1±δXin1)이 선형 기계적 변조기에 가해질 경우, 구동 출력 역시 기대되던 구동 출력(Xout1)에 구동 출력 오차(δXout1)가 더해진 값(Xout1±δXout1)으로 나타나게 된다.

도 3을 보면, 구동 입력 오차(δXin1)와 구동 출력 오차(δXout1)의 비는 상수값인 변조곡선의 기울기(Xout1/Xin1)와 같다는 사실을 알 수 있으며, 이를 수학식으로 나타내면 다음의 수학식 2와 같다.

수학식 2를 간단한 변형을 통하여 다음과 같이 수학식 3으로 변형될 수 있다.

수학식 3의 좌변(δXout1 / Xout1)이 의미하는 것은 구동 출력의 상대오차이며, 우변(δXin1 / Xin1)이 의미하는 것은 구동 입력의 상대오차이다. 즉, 수학식 3이 의미하는 바는 구동 출력과 구동 입력 각각의 상대오차가 서로 같다는 것이다.

따라서, 종래의 선형 기계적 변조기는 구동 입력에 포함된 입력 오차를 선형적으로 변조하여 출력오차를 감소시킬 수 있으나, 구동 입력의 상대오차를 그대로 구동 출력에 전달함으로써 구동 출력의 상대오차를 감소시킬 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해, 구동 입력과 구동 출력과의 관계가 비선형적으로 나타나도록 하여, 구동 출력의 상대오차가 구동 입력의 상대오차보다 작게 나타나도록 하는 특성을 가진 비선형 기계적 변조기를 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 비선형 기계적 변조기는,

구동 입력을 받는 제1 질량체와 구동 입력을 최종 출력하는 제2 질량체를 포함하는 다수의 질량체와, 상기 제1 및 제2 질량체에 각각 연결되고 탄성력을 가진 제1 및 제2 탄성체를 포함한 다수의 탄성체로 이루어진 기계적 변조기에 있어서,

상기 다수의 탄성체 중 적어도 하나 이상이 변형량이 커질수록 강성계수가 변하는 비선형 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 본 발명의 구동 입력용 질량체와 구동 출력용 질량체 사이에 존재하는 탄성체 중 하나 또는 다수가 변형이 일어날수록 강성계수가 작아지는 감소 비선형 특성을 가지고, 구동 출력용 질량체와 지지단 사이에 존재하는 탄성체 중 하나 또는 다수가 변형이 일어날수록 강성계수가 커지는 증가 비선형 특성을 가진다.

상기와 같은 본 발명의 특징에 따른 비선형 기계적 변조기는 구동기와 단일 공정으로 제작되어 구동기와 함께 구동장치에 적용될 수 있다. 이때, 구동장치는 비선형 기계적 변조기가 동일한 크기의 탄성체의 치수 오차와 구동기의 입력 오차를 보상하여 상기 동일 크기의 오차에 무관하게끔 구동출력을 일정하게 유지하는 비선형 특성을 갖도록 탄성체의 치수와 구동 입력의 크기를 설계할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 따른 비선형 특성을 가진 기계적 변조기를 설명한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비선형 특성을 가진 기계적 변조기의 구성도이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 비선형 특성을 가진 기계적 변조기는 제1 질량체(10), 제2 질량체(20), 선형 특성을 가진 제1 탄성체(30), 증가 비선형 특성을 가진 제2 탄성체(40), 지지단(50) 및 구동기(60)로 이루어진다.

제1 질량체(10)에 구동 입력을 가하면, 그에 따라 제1 질량체(10)가 이동하게 된다.

이때, 제1 탄성체(30)는 제1 질량체(10)와 제2 질량체(20)의 상하(또는 좌우)에 연결된 ㄷ자형 미소보로 이루어진 탄성체로, 제1 질량체(10)에 의해 탄성력을 발생시켜, 구동 입력에 의한 탄성력이 제2 질량체(20)에 가해지도록 한다.

이에, 제2 질량체(20)는 제1 탄성체(30)로부터 구동 입력에 의한 탄성력을 받아 이동하며, 이 이동이 구동 출력이 된다. 이때, 제2 탄성체(40)는 제2 질량체(20)의 좌우(또는 상하)에 직선형으로 연결된 지지보(이하 '양단지지보'라 한다)로 이루어진 탄성체로, 제2 질량체(20)의 이동을 감소시키는 역할을 한다.

이상과 같은 본 발명의 비선형 기계적 변조기의 구동 입력과 구동 출력의 관계는 구동 입력과 구동 출력을 이동 거리로 환산하여 나타낸 수학식 1과 동일하다.

그러나, 본원 발명의 기계적 변조기의 제2 탄성체(40)는 종래와 달리 변형이 커질수록 강성계수(k2)가 커지는 증가 비선형 특성을 가진다.

양단지지보로 이루어진 제2 탄성체(40)가 증가 비선형 특성을 가지는 것을 도 5a, 도5 b와 도 6a, 도 6b를 참조로 설명한다.

도 5a와 도 5b는 선형 변형특성을 가진 탄성체인 ㄷ자형 미소보의 변형을 보인 도면이다. 도 5a에 도시되어 있듯이, ㄷ자형 미소보는 w 의 폭을 가지는 2개의 보가 질량체(m)와 지지단(5)의 양측에 나란히 형성되고, 양측에 나란히 형성된 각 보가 연결체(c)에 의해 연결되어 ㄷ자 형태를 가지는 탄성체이다. 이러한 ㄷ자형 미소보의 질량체(m)가 힘을 받아 F방향으로 진행하면 도 5b와 같이 양측의 보가 변형된다. 이러한 변형에 의해 지지단(5)은 고정된 상태에서, 질량체(m)와 연결체(c)는 F 방향으로 진행하게 된다.

한편, 도 6a와 도 6b는 비선형 변형특성을 가진 탄성체인 양단지지보의 변형을 보인 도면이다. 도 6a에 도시되어 있듯이, 양단지지보는 w의 폭을 가지는 보가 양측에 고정된 2개의 지지단(50)과 질량체(m)을 연결하는 직선 형태를 가진다. 이러한 양단지지보의 질량체(m)가 힘을 받아 F방향으로 진행하면 도 6b와 같이 양측의 보가 변형된다. 이러한 변형에 의해 지지단(5)은 고정되고, 질량체(m)가 F 방향으로 진행하게 된다.

도 6b와 같이 변형되는 본 발명의 제2 탄성체(40)는 양단지지보의 폭과 비슷한 크기 이상의 변형이 일어나게 되면 보의 굽힘(bending)에 의한 강성 이외에도 보의 인장(extension)에 의한 강성이 더해지기 때문에 변형이 커질수록 도 7과 같이 강성계수가 커지는 현상이 일어난다. 그러나, 도 5b와 같은 변형을 하는 ㄷ자형 미소보의 경우에는 보의 폭과 비슷한 크기 이상의 변형이 일어날 때 연결체(c) 부분이 안쪽으로 이동하면서 인장 응력을 해소시켜 강성계수가 커지지 않게 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제1 실시예에 적용되는 양단지지보로 이루어진 탄성체는 ㄷ자형 미소보로 이루어진 탄성체가 가지는 선형적인 힘-변형 곡선의 변형 범위 내에서도 비선형적인 힘-변형 곡선을 가지게 된다.

이러한 결과에 의하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 입력과 구동 출력의 관계가 도 8과 같이 구동 입력이 커질수록 구동 출력의 증가율이 점점 감소하는 비선형적인 변조 특성을 나타내게 된다.

이하, 비선형 변조곡선을 가지는 본 발명의 비선형 기계적 변조기에 오차가 포함된 구동이 입력되었을 경우, 이 입력 오차가 구동 출력에 미치는 영향을 수식적으로 설명한다.

비선형 기계적 변조기의 경우에도 선형 기계적 변조기와 마찬가지로, 오차가 포함된 구동 입력(Xin1±δXin1)이 공급되어 오차가 포함된 구동 출력(Xout1±δXout1)을 발생시킨다. 이때 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 출력오차(δXout1)와 구동 입력오차(δXin1)의 비는 변조 곡선의 기울기에 비례하며, 이를 수학식으로 나타내면 다음의 수학식 4와 같다.

여기서, 는 구동 입력이 Xin1인 점에서의 변조 곡선의 기울기이다.

수학식 4를 수학식 5와 같이 변형함으로써 입력 구동에 포함된 상대오차(δXin1 / Xin1)와 출력 구동에 포함된 상대오차(δXout1 / Xout1)와의 관계를 알 수 있다.

그런데, 도 5와 같은 비선형 변조 곡선을 가지는 기계적 변조기에서는 변조 곡선의 순간 변화율()이 평균 변화율 () 보다 항상 작다는 다음과 같은 관계식 1이 성립된다.

(관계식 1)

그리고, 상기 관계식과 수학식 4와 수학식 5를 통해 본 발명의 제1 실시예에 따른 비선형 기계적 변조기는 구동 입력의 상대오차에 비하여 구동 출력의 상대오차가 작다는 다음의 관계식 2를 얻을 수 있다.

(관계식 2)

따라서, 본 발명의 제1 실시예에서는 상기의 수학식 4, 5와 관계식 1, 2를 통해 구동 입력의 상대오차에 비하여 구동 출력의 상대오차가 감소하게 된다.

여기서, 본 발명의 제1 실시예에서는 변형이 커질수록 강성계수가 커지는 탄성체로서, 양단지지보로 구성된 직선 형태의 탄성체를 적용하였지만, 당업자라면 양단지지보로 구성된 직선 형태의 탄성체가 아닌 다른 형태로 변형이 커질수록 강성계수가 커지는 비선형 특성을 가진 탄성체를 본 발명에 적용하여 사용할 수 있으며, 이는 용이하게 구현된다.

이하, 도 9를 참조로 본 발명의 제2 실시예에 따른 비선형 특성을 가진 기계적 변조기를 설명한다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비선형 기계적 변조기의 구성도로서, 도 1을 참조로 개념적으로 표현한 도면이다. 도 6에 도시되어 있듯이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 비선형 기계적 변조기는 제1 질량체(100), 제2 질량체(200), 제3 질량체(300)와 도시하지 않은 하나 이상의 질량체와, 제1 탄성체(400), 제2 탄성체(500), 제3 탄성체(600)와 도시하지 않은 하나 이상의 탄성체와 지지단(700)으로 이루어진다.

본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예에 하나 이상의 질량체와 탄성체가 더 추가되어 구성되었을 경우에 대한 것이다.

제1 질량체(100)는 구동 입력을 받아 구동 입력 방향으로 이동하게 되고, 이 이동은 각 탄성체들의 변형을 유발하게 된다. 따라서, 각 탄성체들은 접합된 질량체에 탄성력을 가하게 되고, 각 질량체들은 이러한 탄성력이 평형을 이루는 위치로 이동하게 된다.

여기서 제1질량체(100)의 이동을 구동입력(Xin)으로 하고 제n 질량체의 이동을 구동 출력으로 사용할 경우 구동 입력과 구동 출력과의 관계는 다음의 수학식 6으로 나타난다.

ki: 제i 탄성체의 강성계수.

n: 구동 출력을 내는 질량체의 번호

m: 전체 질량체/탄성체의 수

한편 제2 실시예는 지지단과 구동 출력용 질량체 사이의 탄성체(제n∼m 탄성체) 중 하나 이상을 증가 비선형 특성을 가지는 탄성체로 구성한 것을 말한다. 즉, 수학식 6에서 알 수 있듯이 도 5와 유사한 비선형 곡선을 가지는 그래프가 나타나게 된다.

한편, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에서는 증가 비선형 특성을 가진 탄성체를 사용하였을 경우에 대해 설명하였으나, 당업자라면 구동 입력용 질량체와 구동 출력용 질량체 사이의 탄성체 중 하나 이상에 감소 비선형 특성을 가진 탄성체(제1∼n-1 탄성체)를 사용하여 본원 발명의 목적을 용이하게 달성할 수 있다.

이는 상기의 비선형 탄성체를 변형이 심하면 심할수록 강성 계수가 작아지는 감소 비선형 특성의 탄성체로 하면 본 발명의 제1 및 제2 실시예와 같이 구동 입력이 클수록 구동 출력의 증가율이 작아지고, 구동 입력의 상대 오차보다 구동 출력의 상대 오차가 작아짐은 수학식 1, 4, 5, 6과 관계식 1, 2를 통해 쉽게 확인할 수 있다.

또한, 본 발명은 감소 비선형 특성을 가진 탄성체와 증가 비선형 특성을 가진 탄성체를 사용하여 본 발명의 목적을 용이하게 달성할 수 있다. 이는 구동 입력용 질량체와 구동 출력용 질량체 사이의 탄성체(제1∼n-1 탄성체) 중 하나 이상에 감소 비선형 특성을 가진 탄성체를 사용하고, 지지단과 구동 출력용 질량체 사이의 탄성체(제n∼m 탄성체) 중 하나 이상에 증가 비선형 특성을 가진 탄성체를 사용하면 본 발명의 목적이 용이하게 달성됨은 상기 제1 및 제2 실시예를 통해 알 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 비선형 특성을 가진 기계적 변조기는 구동기와 단일 공정을 통해 형성되어 구동기와 함께 구동 시스템에 적용되어 사용되면 이하와 같은 작용을 나타낸다.

본 발명의 기계적 변조기와 구동기가 단일한 공해 형성되면, 제작 공차에 의해 탄성체의 치수와 구동기의 입력오차가 발생할 수 있다. 이러한 제작 공차는 탄성체와 구동기가 단일한 공정을 통해 형성되었으므로, 탄성체의 치수와 구동기의 입력에 나타나는 제작 공차의 크기가 거의 비슷하다.

먼저, 제작시에 과도식각이 일어났을 경우를 살펴보면, 구동기는 식각된 부분의 폭이 구동 거리를 결정하므로 구동기가 내는 구동 입력은 과도식각 크기만큼 커지게 된다. 반면에 기계적 변조기는 보의 두께가 과도식각 크기만큼 작아지게 되므로 변조곡선의 기울기가 감소하여 양의 구동입력에 대한 변조곡선이 전체적으로 아래로 내려가는 현상을 보인다.

즉, 과도식각은 구동기에 구동 입력을 크게 하는 영향을 보이도록 하고, 기계적 변조곡선이 하강하여 크게 된 입력을 감소하는 영향을 보이도록 하여 구동 출력의 변화가 없도록 구동기와 기계적 변조기의 치수를 결정하면, 과도식각에 의한 구동 입력의 변화가 구동 출력에 미치는 영향을 배제할 수 있다.

이와 같은 입력 구동과 변조기의 치수 설계법은 과소식각의 경우에도 똑같이 적용되어 과소식각에 의한 구동 출력의 변화를 줄일 수 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다

본 발명은 비선형 변형 특성을 가진 탄성체를 이용하여 구동 입력의 상대오차에 비해 구동 출력의 상대오차를 감소시킴으로써, 종래의 선형 기계적 변조기가 구동 입력의 상대오차와 동일한 구동출력의 상대오차를 유지하는 단점을 해소하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기계적 변조기의 비선형 특성이 구동기의 출력 변화를 보상하도록 구동기의 입력과 기계적 변조기의 치수를 설계하여 제작공차가 발생할 경우에도 일정한 출력을 발생하는 구동장치를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 기계적 변조기의 구성도이다.

도 2는 종래의 선형 기계적 변조기의 구성도이다.

도 3은 종래의 선형 기계적 변조기의 구동 입, 출력에 대한 구동 특성을 나타내는 그래프이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비선형 특성을 가진 기계적 변조기의 구성도이다.

도 5의 a와 b는 종래의 기계적 변조기에 사용된 ㄷ자형 보의 변형을 보인 도면이다.

도 6의 a와 b는 본 발명의 기계적 변조기에 사용된 양단지지보의 변형을 보인 도면이다.

도 7은 본 발명의 기계적 변조기에 사용된 ㄷ자형 보와 양단지지보의 힘, 변형 관계를 비교한 도면이다.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비선형 특성을 가진 기계적 변조기의 구동 입, 출력에 대한 변조 특성을 나타낸 그래프이다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비선형 특성을 가진 기계적 변조기의 구성도이다.

Claims (7)

1. 제1 및 제2 질량체와, 상기 제1 및 제2 질량체 사이를 연결하는 제1 탄성체와, 상기 제2 질량체와 고정지지단 사이를 연결하는 제2 탄성체를 포함하며, 상기 제1 질량체 또는 제2 질량체 중 특정 질량체로 구동 입력을 받고 다른 질량체로 구동을 최종 출력하는 기계적 변조기에 있어서,

   상기 제1 및 제2 탄성체 중 어느 하나의 질량체는 구동 입력의 크기에 따라 강성계수가 변하는 비선형 변형 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 비선형 기계적 변조기.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 탄성체와 상기 제2 질량체 사이 또는, 상기 제2 탄성체와 상기 고정 지지단 사이에 질량체와 탄성체를 더 포함하며, 상기 탄성체 중 특정 탄성체는 구동 입력의 크기에 따라 강성계수가 변하는 비선형 변형 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 비선형 기계적 변조기.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 구동 입력은 상기 질량체 중 어느 하나의 질량체에 입력되고, 다른 질량체를 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 비선형 기계적 변조기.
4. 제1 및 제2 질량체와, 상기 제1 및 제2 질량체 사이를 연결하는 제1 탄성체와, 상기 제2 질량체와 고정지지단 사이를 연결하는 제2 탄성체를 포함하며, 상기 제1 질량체 또는 제2 질량체 중 어느 하나의 질량체로 구동 입력을 받고 다른 질량체로 구동을 최종 출력하는 기계적 변조기; 및

   상기 제1 혹은 제2 질량체에 구동 입력을 가하는 구동기를 포함하며,

   상기 제1 및 제2 탄성체 중 어느 하나의 질량체는 구동 입력의 크기에 따라 강성계수가 변하는 비선형 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 비선형 기계적 변조기를 이용한 구동장치.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 기계적 변조기는,

   상기 제1 탄성체와 상기 제2 질량체 사이 또는, 상기 제2 탄성체와 상기 고정 지지단 사이에 질량체와 탄성체를 더 포함하며, 상기 탄성체 중 어느 하나의 탄성체는 구동 입력의 크기에 따라 강성계수가 변하는 비선형성을 가지는 것을 특징으로 하는 비선형 기계적 변조기를 이용한 구동장치.
6. 제5 항에 있어서,

   상기 구동 입력은 상기 질량체 중 어느 하나의 질량체에 입력되고, 다른 질량체를 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 비선형 기계적 변조기를 이용한 구동장치.
7. 제4 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기계적 변조기를 구성하는 비선형 탄성체는,

   상기 구동기의 입력 변위 내에서, 상기 탄성체의 치수와 상기 구동기의 입력 변위에 동일한 변화가 발생한 경우, 상기 구동기의 출력 변화를 보상하는 방향으로 조절되어 구동장치의 출력이 일정하도록 하는 치수로 된 것을 특징으로 하는 비선형 기계적 변조기를 이용한 구동장치.