본 논문에서는 대변위 구동이 가능한 구동기의 설계를 위해 기존의 전자기력 구동기에 비해 낮은 스프링 상수를 갖는 굴곡형 스프링을 적용하고, 변위가 발생하는 방향으로만 로렌츠힘이 생기도록 굴곡형 스프링의 일부분만 자기장에 노출시키는 구동기를 제안한다. 굴곡형 스프링의 양쪽 부재가 자기장에 노출된 구조(prototype F)와 굴곡형 스프링의 한쪽 부재만을 자기장에 노출시킨 구조(prototype P)를 설계하고, 제작하여 실험한 결과 prototype P 가 굴곡형 스프링의 양쪽 부재를 자기장에 노출시킨 prototype F의 구동성능에 비해 $16.9{pm}1.2%$의 진폭 증가를 보임을 실험적으로 검증하였다. 제안된 구동기는 제한된 면적 내에서 작은 전류(<50mA)와 작은 자기장(<0.3T)으로 대변위 구동을 가능케 하여 광 스위치 또는 광 단속기 등에 응용이 가능하다.
We discuss the design, fabrication, and testing of a large-displacement electromagnetic actuator with the meander springs partially exposed to a magnetic field. We compared two prototypes: a prototype (F) of the conventional actuator with the meander springs fully exposed to a magnetic field and a prototype (P) of the proposed actuator with the meander springs partially exposed to a magnetic field. For a 5 Hz square input current varying from 10.40 mA, P showed an increase of $16.9{pm}1.2%$ in the amplitude, which was greater than the increase in the case of F. Thus, we experimentally demonstrated the large-displacement actuation performance of the proposed actuator in a small volume and at low currents (below 40 mA). The proposed electromagnetic actuator can be used for low-power and large-displacement manipulation of optical switches and optical choppers.
