기존 압전 모터가 고속 운동과 고분해능 위치 제어를 동시에 달성하기 어려운 한계를 극복하기 위해, 준정적 및 공진 모드의 이중 작동을 통해 정밀 구동 분야의 속도와 정밀도 요구를 만족하는 크로스 스케일 종단 모드 압전 모터를 설계하였다. 이 모터는 종진동 변환기(압전 세라믹 d₃₃ 효과 기반)와 샌드위치형 전단 변환기(압전 세라믹 d₁₅ 효과 기반)를 복합한 고정자 구조를 채택하여 동일 주파수의 직교 진동을 합성하여 구동 발의 타원 운동 궤적을 생성한다. 유한 요소 해석을 통해 주요 파라미터를 최적화하였다. 준정적 모드에서는 1단 힌지 강성을 16.66 N/µm로 설계하여 변위 출력 효율을 향상시켰으며, 공진 모드에서는 구조 파라미터를 조정하여 종진동(7,829.6 Hz)과 굽힘 진동(7,860.7 Hz) 모드 주파수를 중첩시켰다. 실험 결과 준정적 구동(주파수 800 Hz, 예압 0.38 N)에서 모터의 최소 변위 분해능은 39 nm, 최대 속도는 0.95 mm/s에 달했고, 공진 구동(주파수 6,780 Hz, 위상차 30°)에서는 최대 무부하 속도 125.33 mm/s, 최대 부하시 0.45 N을 기록하였다. 이 모터는 속도(125.33 mm/s)와 분해능(39 nm) 면에서 기존 단일 모드 모터보다 현저히 우수하여 고속과 고정밀도의 상충 문제를 해결하였으며, 크로스 스케일 정밀 위치 구동에 효과적인 기술 솔루션을 제공한다.

압전 모터; 종단 모드; 크로스 스케일 구동; 압전 세라믹; 준정적