In this work, we proposed and investigated the large-displacement electromagnetic actuators using the meander springs partially exposed to magnetic field for optical applications. The present actuator is proposed by partial exposure of meander springs to magnetic field for adopting the meander springs with low spring constant in the limited area of structure under the magnetic field generated by the two layers of ring type permanent magnets. Compared to previous electromagnetic actuators, present method enables low spring constant to obtain large-displacement.
The prototype F with meander springs which are exposed to magnetic force that can generate Lorentz force along the direction of displacement, and the prototype B with meander springs which are exposed to magnetic force that can generate Lorentz force along and against the direction of displacement were designed and fabricated to experimentally verify the difference of performance.
In the experimental study, the prototype was fabricated by the single mask fabrication process using SOI wafer. As experimental results, the prototype F, compare to the prototype B, increased by 18.4 ~ 21.5 % of amplitude in low frequency actuation, and increased by 20.0 ~ 51.9 % of amplitude in resonant frequency actuation, respectively.
In this thesis, we experimentally verified the large-displacement actuation capability of the present electromagnetic actuators for the optical applications such as camera phone shutters, optical choppers and optical attenuators.
본 논문에서는 작은 부피 내에서 대변위 구동이 가능한 구동기의 설계를 위해 탄성이 적은 굴곡형 스프링을 사용하고 스프링의 일부만 자기장에 노출한 전자기력 구동기를 제안하였다. 제안된 구동기는 낮은 스프링 상수를 갖는 굴곡형 스프링을 적용하고 변위가 발생하는 방향으로만 로렌츠힘이 생기도록 굴곡형 스프링의 일부분만 자기장에 노출시킴으로써 대변위 구동을 꾀하였다.
굴곡형 스프링의 한쪽 부재만을 자기장에 노출시킨 제안하는 구조(Prototype F)와 굴곡형 스프링의 양쪽 부재가 자기장에 노출된 구조(Prototype B)를 설계하고 제작하여 구동 변위의 차이를 비교하였다. 실험결과, Prototype F와 B의 설계 특성에 따라 Prototype F가 Prototype B에 비해 저주파수 영역에서 변위가 18.4~21.5%정도 증가하였으며, 공진주파수 영역에서 변위가 20~51.9%정도 증가하는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 굴곡형 스프링의 한 쪽 부재만 자기장에 노출시킴(Prototype F)으로써, 스프링을 따라 흐르는 전류의 방향성으로 인해 유발되는 반대방향의 로렌츠 힘으로 구동 변위를 감소시키는 기존의 굴곡형 스프링(Prototype B)의 성능을 개선하였으며, 제안된 구동기는 작은 입력전류와 작은 크기의 자기장내에서 큰 변위를 유발하는 구동기로서, Optical Chopper나 Camera Phone Shutter에 적용이 가능하다.
