전자기 로렌츠력을 이용한 다중안정성 마이크로 액츄에이터의 비선형 구조 및 전기-열 해석

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 작동 평면상의 네 위치에서 사중안정점을 가지는 신개념 전자기형 마이크로 액츄에이터의 구조체와 전자기 로렌츠력을 이용하는 구동 방식을 제시하고, 이의 타당성을 비산형 구조해석 및 전기-열해석을 통하여 검증하였다. 사중안정성 액츄에이터의 구현을 위해서 관련 분야에서 널리 연구되고 있는 쌍안정성 액츄에이터의 개념을 확장 응용하였다. 비선형 유한요소해석을 이용하여 사중안정성 미소 구조체의 정적 해석과 과도동적 해석을 수행함으로써 액츄에이터 구조체의 다중안정성 유무를 파악하고 이 결과를 분석하여 구조체 설계에 반영하였다. 사중안정성 미소 구조체를 도체화하여 자기장 내에서 구조체에 전류를 통할 때에 발생하는 로렌츠력으로 평면상의 네 안정점으로 구조체를 구동 할 수 있도록 고안하고, 그 때 필요한 구동전류의 크기 및 전자기 구동에 의한 주율열에 의한 온도분포를 계산하여 전반적인 타당성을 검토하였다. 본 논문은 지금까지의 관심 대상인 쌍안정성의 이용이 아니라 더욱 확장된 다중안정성을 가진 미소 액츄에이터의 구조체와 전자기 구동방법을 제안하여 향후에 다중안정성을 필요로 하는 마이크로 시스템에 활용될 수 있도록 하는데 그 의미가 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper a multistable electromagnetic micro actuator which provides four stable equilibrium positions within its operation range has been discussed in terms of its design and nonlinear simulation. The quadstable actuation motion has been possible by the use of both X- and Y-directional bistable structures which adopt curved snapping beams. Two pairs of the curved beams are attached to an inner frame in both X- and Y-directions to achieve independent bistable behavior in each direction. For the actuation of the actuator at the micron scale, an electromagnetic Lorentz force actuation method is assumed to be used to achieve the ㎛-stroke quadstability in a plane parallel to a substrate. The feasibility of design concept of the quadstable motion through the electro-magnetic actuation method has been thoroughly discussed and showed by nonlinear static and dynamic analyses, and electro-thermal coupled-field analysis of the multistable micro actuator.