KR20230017801A - 전자기적으로 제어되는 분할된 거울, 그 내부에 사용되는 전자기 액츄에이터 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

여기에 개시된 전자기 액츄에이터(10)는, 제 1 단부에서 베이스(12)로 덮여있고 제 2 단부에서 상부(13)로 덮여있고 적어도 실질적으로 원통형인 원주벽(11; 11a, 11b, 11c)과 함께, 연질-강자성 요크(10)를 포함하고, 원주벽(11)은 상기 베이스 단부로부터 상기 상부까지의 방향(14')으로 축(14)을 정의한다. 중간 요크 섹션(10b)은, 적어도 하나의 탄성 요소(18, 19)로 유연하게 구속되는 축방향으로 이동 가능한 코어 요소(17)를 수용하는 내부 공간을 떠나는 영구 자석 고정(20)을 보유한다. 베이스 요크 섹션(10a) 및/또는 상부 요크 섹션(10c) 중 어느 하나는 전자기 코일(16)을 수용한다.

Description

전자기적으로 제어되는 분할된 거울, 그 내부에 사용되는 전자기 액츄에이터 및 그 제조 방법

본 개시는 전자기적으로 제어되는 분할된 거울(segmented mirror)에 관한 것이다.

본 개시는 또한 분할된 거울 내부에 사용하기 위한 전자기 액츄에이터에 관한 것이다.

본 개시는 또한 전자기 액츄에이터를 제조하는 방법에 관한 것이다.

전자기적으로 제어되는 분할된 거울은 각각의 전자기 액츄에이터에 의해 개별적으로 변형될 수 있는 복수의 거울 분절(mirror segments)을 포함한다. 이러한 변형 가능한 거울은, 예를 들어 파면 교란을 보상하기 위해 천문학이나 레이저 통신에 사용된다. 본 출원에 따라, 이러한 변형 가능한 거울은 일반적으로 수백에서 수천 개의 액츄에이터를 갖는다.

WO 2007/008068에는 원형 대칭 액츄에이터 설계가 알려져 있다. 여기에 개시된 액츄에이터는, 적어도 하나의 부착 지점에서 캐리어(carrier)에 부착된 판 스프링, 자기장을 구비하기 위한 수단 및 자속 루프(magnetic flux loop)를 구비하기 위해 자기장을 안내하기 위한 수단을 포함한다. 판 스프링의 가동 부분은 자기장을 구비하기 위한 수단에 대해 상대적으로 움직일 수 있다. 액츄에이터는 판 스프링의 가동 부분에 부착된 구동 코어(drive core)를 더 포함하고, 이는 플럭스 루프(flux loop)에 통합되어 가동 부분에 상대적인 움직임을 전달한다. 구동 코어는 구동 코어 상의 자기력과 판 스프링의 스프링력을 서로 맞물리기(gearing) 위해 상기 상대적인 움직임의 영향 하에서 플럭스 루프의 자기 특성이 변경되도록 위치된다. 이러한 구성은 요소의 적층된 구조로 이루어져 제조가 용이하다는 장점이 있다. 그러나 공지된 장치의 단점은 효율성이 상대적으로 낮다는 것이다.

본 명세서 내에 포함되어 있음.

본 개시의 목적은 공지된 전자기 액츄에이터와 같이 쉽게 조립될 수 있지만 더 높은 효율을 갖는 개선된 전자기 액츄에이터를 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 제1항에 명시된 전자기 액츄에이터로 달성된다.

효율적으로 조립될 수 있는 이 구성은 실질적으로 선형 응답을 제공한다.

일부 실시예에서, 적어도 하나의 탄성 요소는 베이스 요크 섹션(base yoke section) 및 상부 요크 섹션(top yoke section) 중 하나와 중간 요크 섹션(intermediate yoke section) 사이에 마련된 제 1 멤브레인(first membrane)이다.

일부 실시예에서, 중간 요크 섹션은 베이스 요크 섹션 또는 상부 요크 섹션과 일체형(integral)이다.

일부 실시예에서, 액츄에이터는 베이스 요크 섹션, 중간 요크 섹션 및 상부 요크 섹션으로부터 서로 별개의 구성요소로서 조립된다. 그 일부 예에서, 베이스 요크 섹션은 제 1 구성요소 및 제 2 구성요소로부터 조립되고, 제 1 구성요소는 베이스(base)와 상기 베이스 돌출부를 포함하고 제 2 구성요소는 원주벽(circumferential wall)의 제 1 축방향 섹션이다. 그 추가적인 예에서, 상부 요크 섹션은 제 1 구성요소 및 제 2 구성요소로부터 조립되고, 제 1 구성요소는 상부(top) 및 상부 돌출부를 포함하고 제 2 구성요소는 원주벽의 제 3 축방향 섹션이다. 일부 다른 예에서, 상부 및 베이스 모두 이러한 방식으로 구성요소의 조립체로 제공된다.

일부 실시예에서, 적어도 하나의 탄성 요소는 베이스 요크 섹션과 중간 요크 섹션 사이에 마련된 제 1 멤브레인이다. 또한 이들 실시예에서 액츄에이터는 추가적인 탄성 요소로서 중간 요크 섹션과 상부 요크 섹션 사이에 마련된 제 2 멤브레인(second membrane)을 포함한다.

일부 실시예에서, 제 1 멤브레인은 축방향으로 이동 가능한 코어 요소(core element)에 고정되는 중앙 부분과, 한 쌍의 요크 섹션 사이에 기계적으로 결합되는 단부까지 방사상으로 바깥쪽으로 연장되는 제 1 서스펜션 암, 제 2 서스펜션 암 및 제 3 서스펜션 암을 포함한다. 제 2 멤브레인은 유사한 구성을 가질 수 있다. 멤브레인은 다른 구성요소와 쉽게 조립될 수 있다. 그 예에서, 서스펜션 암(suspension arm)의 단부는 적어도 부분적으로 방사상으로 안쪽으로 연장되는 제 1 단부 부분(a first end portion) 및 제 2 단부 부분(a second end portion)으로 분기된다. 따라서 서스펜션 암의 유효 길이가 증가하여 유연성이 향상된다. 단부 부분은 연결 요소로 고정되는 서로 반대되는 접선 방향으로 더 연장될 수 있다. 연결 요소는 예를 들어 후속 요크 섹션 사이에 클램핑되어 고정되거나 거기에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서 서스펜션 암의 단부 주위에 공간이 마련되어 서스펜션 암의 움직임은 연결 요소에 의해서만 제한된다.

본 발명은 공간적으로 분산된 복수 개의 액츄에이터들을 포함하는 액츄에이터 어레이(actuator array)를 추가로 제공한다. 그 실시예에서 액츄에이터는 일체로 형성된 적어도 하나의 부분을 포함한다. 이들 실시예의 예에서 적어도 하나의 부분은 요크의 섹션이고, 상기 전자기 액츄에이터 각각에 대해 상기 요크의 섹션은 연질-강자성(soft-ferromagnetic) 재료의 단일 패턴 블록(single patterned block)으로 형성된다. 그것의 또 다른 예에서, 적어도 하나의 부분은 멤브레인이고, 액츄에이터의 멤브레인은 탄성 비자성 재료의 단일 패턴 플레이트(single patterned plate)로 형성된다. 개별 액츄에이터의 부분을 단일 블록 또는 플레이트로 제공함으로써, 액츄에이터 어레이의 조립은 보다 효율적일 수 있다.

본 발명은 또한 서로에 대해 이동 가능한 복수 개의 거울 분절을 포함하는 거울을 제공하고, 각각의 거울 분절은 액츄에이터 어레이의 각각의 액츄에이터의 작동 로드에 기계적으로 결합된다. 제 1 예로서, 직경이 수 cm 내지 수십 cm, 예를 들어 10 또는 20cm인 거울에 대해 수 mm 정도의 측면 크기를 갖는 수백 개의 액츄에이터를 갖는 액츄에이터 어레이를 갖는 비교적 작은 거울이 제공될 수 있다. 밀집된 액츄에이터를 필요로 하는 이러한 비교적 작은 거울의 경우, 액츄에이터의 멤브레인을 형성하는 탄성 비자성 재료의 단일 패턴 플레이트와, 베이스 요크 섹션, 중간 요크 섹션 및 상부 요크 섹션을 형성하기 위한 연질-강자성 재료의 각각의 단일 패턴 블록과 같은 통합된 액츄에이터 구성요소(integrated actuator components)를 사용하여 액츄에이터 어레이를 조립하는 것이 특히 유리하다.

다른 예에서, 거울은 실질적으로 더 클 수 있고, 예를 들어 50cm이상의 직경 범위를 갖는다. 액츄에이터가 일반적으로 더 큰 측면 치수를 갖는 경우에, 예를 들어 추가적인 지지 프레임을 사용하여, 액츄에이터 어레이의 액츄에이터를 거울에 개별적으로 조립하는 것이 더 유리할 수 있다.

일부 실시예에서, 분할된 거울의 거울 분절은 서로 기계적으로 분리되어, 그들의 상태가 그들의 적절한 액츄에이터에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 적절한 액츄에이터는 예를 들어 거울 분절을 액츄에이터에 의해 정의된 축방향으로 이동시킴으로써 거울 분절을 위치시키도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 거울 분절은 부분적으로 제한될 수 있다. 예를 들어, 거울 분절은 거울 평면의 축을 따라 회전할 수 있고 액츄에이터는 회전 각도를 제어할 수 있다. 또한 각 거울 분절은 복수 개의 액츄에이터에 의해 제어될 수 있으므로 각 거울 분절의 위치 및 방향은 완전히 제어 가능하다. 또 다른 예에서 거울 분절은 그 가장자리에 고정된 유연한 재료의 플레이트이고 거울 분절을 변형하기 위해 액츄에이터가 제공된다.

다른 실시예에서, 거울 분절은 유연한 재료의 단일 플레이트의 상호 일체형 부분이고, 분할된 거울의 형상은 각각의 액츄에이터에 의해 거울 분절 각각에 가해지는 힘에 의해 결정되고, 거울 분절이 플레이트의 강성으로 인해 기계적으로 결합되는 정도에 더 의존한다. 서로 인접한 거울 분절들 사이에 얇은 경계 영역을 제공함으로써, 그들의 기계적 결합을 줄일 수 있다.

본 개시내용은 청구항 제15항에 청구된 바와 같이 개선된 액츄에이터를 조립하기 위한 방법을 추가로 제공한다.

본 명세서 내에 포함되어 있음.

본 발명의 이러한 측면 및 다른 측면은 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다. 여기서;
도 1a 및 도 1b는 개선된 전자기적으로 제어되는 분할된 거울의 실시예의 평면도를 개략적으로 도시한다;
도 2는 내부에 사용하기에 적합한 개선된 전자기 액츄에이터의 실시예의 축 방향 단면을 도시한다;
도 3은 동일한 축 방향 단면에 따른 상기 실시예의 분해도를 도시한다;
도 4는 작동 상태에 있는 개선된 전자기 액츄에이터의 실시예의 축 방향 단면을 개략적으로 도시한다;
도 5 및 도 5a는 개선된 전자기적으로 제어되는 분할된 거울의 실시예의 보다 상세한 측면을 도시한다. 여기에서, 도 5는 단면이고 도 5a는 도 5의 VA-VA에 따른 단면이다;
도 6은 개선된 액츄에이터 조립체의 실시예의 제 1 부분을 도시한다;
도 7은 개선된 액츄에이터 조립체의 실시예의 제 2 부분을 도시한다;
도 8은 제 1 부분 및 제 2 부분의 조립을 도시한다;
도 9a, 도 9b 및 도 9c는 중간 요크 섹션에서 영구 자석의 다양한 구성을 도시한다;
도 9d는 개선된 액츄에이터 조립체에서 자기 극성 변화의 예를 도시한다.

도 1a 및 도 1b는 개선된 전자기적으로 제어되는 분할된 거울(30)의 실시예의 평면도를 개략적으로 도시한다. 여기서, 도 1b는 도 1a의 B-B에 따른 단면을 도시한다. 거울(30)은 복수 개의 거울 분절들(31a, 31b,..., 31n)을 포함한다. 각각의 거울 분절은 적절한 전자기 액츄에이터(1a, 1b, ..., 1n)에 의해 제어되고, 관련된 작동 로드(actuation rod)에 의해 기계적으로 결합된다. 예를 들어 거울 분절(31a)은 작동 로드(22a)에 의해 전자기 액츄에이터(1a)에 기계적으로 결합된다. 설명을 위해, 도 1a의 거울은 16개의 거울 분절을 갖는다. 실제로, 분절의 개수는 예를 들어 수백 또는 수천 개 정도로 훨씬 더 많을 수 있다. 도 1b에 추가로 도시된 바와 같이, 액츄에이터(1a, 1b, ...)는 액츄에이터 제어기(40)로부터 각각의 제어 신호를 수신한다.

도 2 및 도 3은 도 1의 거울(30)에 사용되는 전자기 액츄에이터(1)의 실시예를 개략적으로 도시한다. 여기서 도 2는 조립된 상태의 전자기 액츄에이터(1)의 단면을 도시하고, 도 3은 동일한 단면에 따른 액츄에이터(1)의 분해도를 도시한다. 액츄에이터(1)는, 제 1 단부에서 베이스(12)로 덮이고 제 2 단부에서 상부(13)로 덮이는 적어도 실질적으로 원통형 원주벽(11)을 갖는 연질-강자성 재료의 요크(10)를 포함한다. 연질-강자성 재료의 예로는 철, 니켈, 코발트 및/또는 철과 니켈의 합금 등이 있다. 원주벽(11)은 베이스(12)로부터 상부(13)까지의 방향(14)으로 축(14)을 정의한다. 그 방향(14')에서, 요크(10)는 이어서 베이스 요크 섹션(10a), 중간 요크 섹션(10b) 및 상부 요크 섹션(10c)을 갖는다. 요크 섹션(10a, 10b 및 10c)은 원통형 벽(11)의 각각의 섹션(11a, 11b, 11c)을 갖는다. 도시된 실시예에서, 베이스 요크 섹션(10a), 중간 요크 섹션(10b) 및 상부 요크 섹션(10c)은 요크(10)를 형성하기 위해 조립되는 서로 구별되는 구성요소이다. 이어서, 베이스 요크 섹션(10a)은 돌출부가 있는 베이스(12)를 형성하는 제 1 하위 구성요소(10a1) 및 제 2 원통형 하위 구성요소(10a2)로부터 조립된다. 다른 예에서 2개 이상의 구성요소 또는 하위 구성요소는 일체형 구성요소로 대체된다. 예를 들어, 베이스 요크 섹션은 일체형 구성요소로 구비될 수 있다. 다른 예로서, 중간 요크 섹션(10b)과 상부 요크 섹션(10c)은 일체형 구성요소로서 구비될 수 있다.

도 2 및 도 3의 분해도에 도시된 바와 같이, 베이스 요크 섹션(10a)은 그것의 돌출부(10a1) 및 원주벽의 축 섹션(10a2) 사이의 공간에 전원 공급 라인(161)을 갖는 전자기 코일(16)을 수용한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 전자기 코일은 상부 요크 섹션의 원주벽의 원통형 섹션(10c2(11c)) 및 돌출부(10c1) 사이의 공간에 수용될 수 있다. 전자기 코일(16)은 전자기 액츄에이터(1)가 제어기(40)에 의해 구동될 수 있는 전원 공급 라인(161)을 갖는다.

중간 요크 섹션(10b)은 중간 요크 섹션에서 원통형 벽(11b)의 내부 표면 내에 고정된 원통형 영구 자석(20)을 보유한다. 원통형 영구자석(20)은 방사상으로 바깥쪽을 향하고 그에 따라 내벽을 마주보는 제 1 자극(first magnetic pole) 및 영구 자석(20)에 의해 둘러싸인 내부 공간 내에 수용된 축 방향으로 이동 가능한 코어 요소(17)를 마주보는 제 2 자극(second magnetic pole)을 포함한다. 단일의 원통형 영구 자석(20) 대신에, 원통형 벽(11b)의 내부 표면의 내벽에 걸쳐 분산된 복수 개의 개별 영구 자석이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서 영구 자석은 네오디움(NdFeB), 사마륨코발트(SmCo) 또는 알니코(AINiCo)를 포함하는 군으로부터 선택된 물질을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 코어 요소(17)는 한 쌍의 멤브레인(18, 19) 사이에서 클램핑된다. 멤브레인은 영구 자석(20)에 의해 코어 요소(17)에 가해지는 음의 강성(negative stiffness) 특성을 갖는 인력을 보상하는 탄성 요소로서 작용한다. 멤브레인은 예컨대 스테인리스강, 알루미늄, 티타늄 또는 그것의 합금, 예를 들어 바나듐, 예를 들어 합금 Ti-6Al-V(TiAlV) 및/또는 몰리브덴과 같이 탄성이 있고 비자성인 물질이지만, 플라스틱도 이러한 목적으로 고려될 수 있다.

코어 요소(17)에 고정된 작동 로드(22)는, 액츄에이터(1)의 상부(13)에 있는 개구(21)를 통해 축 방향으로 공간을 두고 연장된다. 일부 다른 실시예에서, 작동 로드를 위한 개구부가 액츄에이터의 베이스에 구비된다.

도 4는, 도 1a 및 도 1b의 거울(30)의 반사 표면 부분(31as)과 함께, 예를 들어 분절(31a)을 제어하기 위해 작동 상태에 있는 액츄에이터의 동일한 단면을 도시한다. 여기서 제어 전압(Vc)은, 예를 들어 도 1b에 도시된 바와 같은 제어기(40)에 의해 전자기 코일(16)에 공급된다. 이와 함께, 베이스(12)로부터 원통형 벽(11)을 통해, 상부(13)를 통해, 그리고 축 방향으로 이동 가능한 코어 요소(17)를 통해 연장되는 경로(Fc)를 따라 자속이 유도된다. 도 4에 추가적으로 도시된 바와 같이, 영구 자석(20)은 상부(13)를 통해 연장되는 제 1 경로(FPt) 및 베이스(12)를 통해 연장되는 제 2 경로(FPb)를 따라 자속을 구비한다. 코어 요소(17)의 윗 부분(상부(13)를 마주봄)에서 영구 자석(20)으로부터 유래하는 자속 밀도(Dp)의 극성은, 코어 요소(17)의 아래 부분(베이스(12)를 마주봄)에서 영구 자석(20)으로부터 유래하는 자속 밀도(-Dp)의 극성과 반대이다. 전자기 코일(16)의 자속(Dc)은 두 개의 코어 요소 부분에서 동일한 극성을 갖는 자속 밀도(Dc)를 갖는다. 코어 요소에 가해지는 자기력(Fm)은 총 자속 밀도의 제곱의 적분에 비례한다. 그 결과, 코어 요소(17)의 제 1 축 부분에서, 예를 들어 상반부에서 (Dc+Dp)2 정도의 자기력이 유도되고, 코어 요소의 제 2 축 부분에서, 이 경우 하반부에서, (Dc-Dp)2 정도의 자기력이 유도된다. 이들 항의 합은 Dc에서 선형적이다. 이에 따라, 예를 들어 거울 분절(31a)를 작동시키는 전자기 액츄에이터(1)의 작동은 잘 제어될 수 있다.

도 5는 예시적인 멤브레인(18)을 개략적으로 도시한다. 예시적인 멤브레인(18)에는 축방향으로 이동 가능한 코어 요소(17)(점선 윤곽선으로 개략적으로 표시됨)에 고정되는 중앙 부분(180)과, 한 쌍의 요크 섹션 사이에 기계적으로 결합하는 단부(184, 185, 186)까지 방사상으로 바깥쪽으로 연장하는 제 1 서스펜션 암, 제 2 서스펜션 암 및 제3 서스펜션 암(181, 182, 183)이 구비된다. 도 5에 추가로 도시된 바와 같이, 단부(184, 185, 186)는, 각각 적어도 부분적으로 방사상으로 안쪽으로 연장되는 제 1 단부 부분 및 제 2 단부 부분(1841, 1842; 1851, 1852; 1861, 1862)으로 분기된다. 단부 부분(1841, 1842; 1851, 1852; 1861, 1862)은, 요크의 벽(11)에예를 들어 클램핑되고/클램핑되거나 접착제로 접착되어 고정되는 적절한 장착 요소(1843, 1844; 1853, 1854; 1863, 1864)에 고정되는 서로 반대되는 접선 방향으로 추가로 연장된다. 도 5a는 도 5의 VA-VA에 따른 단면을 도시한다. 보다 상세하게 도시된 바와 같이, 원통형 벽(11)은 방사상으로 연장되는 서스펜션 암(예를 들어, 181) 및 그들의 대응하는 단부 부분(1841, 1842)과 함께 단부(예를 들어, 184)를 위한 공간(11S)을 정의하고, 그들의 움직임은 장착 요소(예를 들어, 1843, 1844)에 대한 부착으로 인해 제한된다.

도 1a 및 도 1b의 예에서, 액츄에이터(1a, 1b, ..., 1n)는 공간적으로 분산된 액츄에이터들의 액츄에이터 어레이(100)를 형성한다. 도시된 예에서 상기 복수 개의 액츄에이터들의 액츄에이터들은, 예를 들어 가상 평면(101)의 표면 법선에 대응하는 서로 평행한 방향으로 그들의 축(14a, 14b, 14c)으로 배열된다. 이 경우 가상면(101)은 거울(30)의 중립 상태(neutral state)를 나타낸다. 일부 실시예에서, 거울(30)은 중립 상태에서 만곡된 형상을 갖고 각 액츄에이터의 축은 그것이 제어하는 거울 분절의 법선 표면에 평행하다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 전자기적으로 제어되는 분할된 거울(30)의 실시예에서, 액츄에이터(1a, 1b, ..., 1n)는 서로 별개의 유닛이다. 이 경우 액츄에이터(1a, 1b, ..., 1n)는, 예를 들어 추가적인 캐리어 프레임(carrier frame)을 사용하여 거울(30)과 국부적으로 조립된다.

대안적인 실시예에서, 액츄에이터는 일체로 형성된 적어도 하나의 부분을 포함한다. 도 6의 예에서, 도 2 및 도 3에서 10b로 표시되는 중간 요크 섹션은, 연질 강자성 재료의 단일 블록(50)으로 형성된다. 블록(50)은 액츄에이터(1a, 1b, ..., 1n) 각각에 대한 내부 공간을 형성함으로써 패터닝(patterned)된다. 개별 액츄에이터(예를 들어, 1m)는, 그 내부 공간의 내벽에 고정된 적절한 영구 자석 고정(20m, proper permanent magnet fixed)과 각각의 가동 코어 요소(17m)를 구비한다. 도 6에 도시된 실시예에서, 짙은 회색 부분(51)은 장착 요소(예를들어, 1843, 1844; 1853, 1854; 1863, 1864(도 5, 도 5a 참조))를 부착하기 위한 위치를 나타낸다. 밝은 회색 부분(52)은 서스펜션 암(181, 182, 183)의 단부(184, 185, 186) 및 그 단부 부분(1841, 1842 등)이 이러한 연결 요소에 결합되도록 이동을 허용하는 공간(11S, (도 5, 5a 참조))이 형성된 영역을 나타낸다. 또한 요크의 다른 섹션, 즉 베이스 섹션 및 상부 섹션은 연질 강자성 재료의 단일 패턴 블록으로서 제공될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(1a, 1b)의 멤브레인(18a, 18b, ...)은, 이 경우 탄성 비자성 재료의 단일 패턴 플레이트(60)로서 일체로 형성된다. 이에 따라 액츄에이터의 멤브레인(18a)의 장착 요소는 다른 액츄에이터의 멤브레인과 공유된다.

도 8은, 이들 구성요소(50, 60)가 액츄에이터 조립체를 구성할 때 적층되는 방식을 도시한다. 설명의 목적으로, 아래의 연질 강자성 재료의 블록(50)을 나타내기 위해 패턴 플레이트(60)의 일부만 도시되었다.

위에서 언급한 바와 같이, 요크의 다른 섹션, 즉 베이스 섹션 및 상부 섹션도 단일 패턴 구성요소로 제공될 수 있다. 따라서 액츄에이터 조립체의 조립 공정을 크게 단순화할 수 있다.

일 실시예에서, 예를 들어 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 단일 액츄에이터는 다음과 같이 제조된다. 첫 번째 단계에서 베이스 요크 섹션(10a), 중간 요크 섹션(10b) 및 상부 요크 섹션(10c)이 각각 연질-강자성 재료로 제공된다. 또한, 적어도 실질적으로 비자성 재료의 제 1 멤브레인 및 제 2 멤브레인(18, 19)이 제공된다. 뿐만 아니라, 코어 요소(17), 영구 자석(20) 및 전자기 코일(16)이 제공된다. 전자기 코일(16)은 베이스 요크 섹션(10a) 또는 상부 요크 섹션(10c)에 장착된다. 제 1 멤브레인(18)을 갖는 베이스 요크 섹션(10a)은 중간 요크 섹션(10b)에 대해 장착된다. 따라서 제 1 멤브레인(18)은 베이스 요크 섹션과 중간 요크 섹션(10b) 사이에 수용된다. 선행 단계에서, 제 1 멤브레인(18)은 먼저 베이스 요크 섹션 및 중간 요크 섹션 중 하나에 접착될 수 있다.

영구자석(20)은 중간 요크 섹션(10b)의 내벽에 장착되어, 제 1 자극이 내벽을 마주보고 제 2 자극이 내측을 마주보도록 한다. 코어 요소(17)는 중간 요크 섹션(10b)의 나머지 내부 공간에 삽입된다. 상부 요크 섹션(10c)은, 중간 요크 섹션(10b)에 대한 제 2 멤브레인(19)을 갖는다. 따라서, 제 2 멤브레인(19)은 상부 요크 섹션과 중간 요크 섹션 사이에 수용된다. 선행 단계에서, 제 2 멤브레인(19)은 먼저 상부 요크 섹션 및 중간 요크 섹션 중 하나에 접착될 수 있다. 이 예에서, 액츄에이터는 베이스로부터 상부 방향으로 조립된다. 대안적으로, 액츄에이터는 상부로부터 베이스 방향으로 조립될 수 있다.

언급한 바와 같이, 액츄에이터 어레이 내의 액츄에이터 부분은 예를 들어 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 일체로 제공될 수 있다. 이 경우, 액츄에이터 어레이의 제조는 다음과 같이 이루어질 수 있다. 액츄에이터 어레이 내의 각 액츄에이터에 대한 각각의 전자기 코일(16)은, 베이스 요크 섹션을 형성하는 연질-강자성 재료 블록(베이스 블록) 또는 상부 요크 섹션을 형성하는 연질-강자성 재료 블록(상부 블록)에 장착된다. 제 1 멤브레인을 형성하는 탄성 재료의 패턴 플레이트(제 1 패턴 플레이트)는 베이스 블록 또는 중간 요크 섹션을 형성하는 연질-강자성 재료 블록(중간 블록)에 부착된다. 그런 다음 베이스 블록, 제 1 패턴 플레이트 및 중간 블록이 조립된다. 각각의 영구 자석은 중간 블록 내의 각 액츄에이터에 대한 적절한 개구에 장착된다. 또한, 각 액츄에이터에 대한 적절한 코어 요소는 나머지 내부 공간에 삽입된다. 그런 다음, 이렇게 얻은 하위 조립체는, 상부 블록과 제 2 멤브레인을 형성하는 제 2 패턴 플레이트와 추가로 조립된다. 대안적으로, 조립은 하향식 순서로 이루어질 수 있다.

일부 실시예에서, 도 9a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 중간 요크 섹션(10b) 내에 수용된 적어도 하나의 영구 자석 고정(20)은, 중간 요크 섹션(10b)의 원통형 벽(11b)의 내부 표면을 향해 방사상으로 외측을 마주보는 제 1 자극(예를 들어, 북극 N)을 갖는 단일 원통형 자석이다.

다른 실시예에서, 도 9b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 방사상으로 바깥쪽을 마주보는 제 1 자극(N)을 갖는 원통형 자석은, 각각이 바깥쪽을 마주보는 제 1 자극(N)으로 배열되는 일련의 자석 구성요소(20a, b, c, d)에 의해 형성된다. 예로서, 자석 구성요소(들)이 중간 요크 섹션 내부에 끊김 없는 링(uninterrupted ring)을 형성할 필요가 없다는 것이 도 9c에 도시되어 있다. 자석(20) 또는 자석 구성요소(20a, ...,20d)의 제 1 자극이 반드시 북극(N)일 필요는 없다는 것이 이해될 것이다. 그러나, 중간 요크 섹션(10b) 내의 복수개의 자석 구성요소는, 예를 들어 도 9b에 도시된 바와 같은 북극(N) 또는 도 9c에 도시된 바와 같은 남극(S)처럼, 서로가 외부를 마주보는 동일한 극을 가져야 한다.

액츄에이터 어레이의 일부 실시예에서, 각각의 중간 요크 섹션은 반대 극성을 갖는 영구 자석을 갖는 적어도 하나의 다른 중간 요크 섹션에 인접한다. 각각의 중간 요크 섹션에 대한 일부 예에서, 3개의 이웃하는 중간 요크 섹션 중 적어도 2개는 반대 극성을 갖는 영구 자석을 갖는다. 이는 도 9d에 도시되어 있고, 문자 "N"은 적어도 하나의 자기 요소의 북극이 중간 요크 섹션 내에서 외부를 향함을 나타내고, 문자 "S"는 적어도 하나의 자기 요소의 남극이 중간 요크 섹션 내에서 외부를 향함을 나타낸다. 도 9d의 예에서, 중간 요크 섹션(10b1)은 반대 극성을 갖는 영구 자석을 갖는 4개의 중간 요크 섹션(10b2, 10b3, 10b4, 10b5)에 인접한다.

중간 요크 섹션이 반대 극성을 갖는 영구 자석을 갖는 하나 이상의 다른 중간 요크 섹션에 인접하는 이 실시예에서, 요크 내의 순 자속(net magnetic flux)이 실질적으로 상쇄되는 것이 달성된다. 따라서 요크의 포화를 더 쉽게 피할 수 있고, 어떤 경우에는 요크의 벽이 그렇지 않은 경우보다 더 얇아질 수 있다.

Claims (15)

1. 제 1 단부에서 베이스(12)로 덮여있고 제 2 단부에서 상부(13)로 덮여있고 적어도 실질적으로 원통형인 원주벽(11; 11a, 11b, 11c)과 함께, 연질-강자성 요크(10)를 포함하는 전자기 액츄에이터(1)에 있어서,
   상기 원주벽(11)은 상기 베이스 단부로부터 상기 상부까지의 방향(14')으로 축(14)을 정의하고,
   상기 연질-강자성 요크(10)는 상기 축 방향으로 베이스 요크 섹션(10a), 중간 요크 섹션(10b) 및 상부 요크 섹션(10c)을 포함하고, 상기 베이스 요크 섹션(10a)은 상기 베이스(12) 및 상기 원주벽의 제 1 축방향 섹션(11a) 뿐만 아니라 상기 원주벽의 상기 제 1 축방향 섹션에 의해 공간으로 둘러싸인 베이스 돌출부(15)를 형성하고, 상기 중간 요크 섹션(10b)은 상기 원주벽의 제 2 축방향 섹션(11b)을 형성하고, 상기 상부 요크 섹션(10c)은 상기 상부(13) 및 상기 원주벽의 제 3 축방향 섹션(11c) 뿐만 아니라 상기 원주벽의 상기 제 3 축방향 섹션에 의해 공간으로 둘러싸인 상부 돌출부를 형성하고,
   상기 베이스 요크 섹션(10a) 및/또는 상기 상부 요크 섹션(10c)은, 그것들의 돌출부(10a1, 10c1) 및 그것들의 상기 원주벽의 축방향 섹션(10a2, 10a2) 사이의 공간에 전자기 코일(16)을 수용하고,
   상기 중간 요크 섹션(10b)은 적어도 하나의 영구 자석 고정(20)을 보유하고, 상기 영구 자석 고정(20)의 제 1 자극은 상기 원통형 벽(11b)의 내부 표면을 마주보고, 상기 영구 자석 고정(20)의 제 2 자극은 상기 중간 요크 섹션(10b) 내의 내부 공간을 마주보고, 상기 영구 자석은 상기 내부 공간에 수용된 축방향으로 이동 가능한 코어 요소(17)에 음의 강성을 갖는 인력을 가하고, 상기 축방향으로 이동 가능한 코어 요소(17)는 상기 음의 강성의 크기보다 크거나 동일한 값을 갖는 강성을 갖는 적어도 하나의 탄성 요소(18, 19)로 유연하게 구속되고, 상기 베이스 및 상기 상부 중 적어도 하나는 상기 축방향으로 이동 가능한 코어 요소(17)에 고정된 작동 로드(22)를 돌출시키는 축방향으로 연장되는 개구(21)를 정의하는, 전자기 액츄에이터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 탄성 요소는, 상기 중간 요크 섹션(10b)과 상기 베이스 요크 섹션(10a) 및 상기 상부 요크 섹션(10c) 중 하나 사이에 배열되는 제 1 멤브레인인, 액츄에이터.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 중간 요크 섹션(10b)은 상기 베이스 요크 섹션(10a) 또는 상기 상부 요크 섹션(10c)과 일체형인, 액츄에이터.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스 요크 섹션(10a), 상기 중간 요크 섹션(10b) 및 상기 상부 요크 섹션(10c)로부터 서로 별개의 구성요소로서 조립되는, 액츄에이터.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 베이스 요크 섹션(10a)은 제 1 구성요소 및 제 2 구성요소로부터 조립되고, 상기 제 1 구성요소(10a1)는 상기 베이스(12) 및 상기 베이스 돌출부를 포함하고, 상기 제 2 구성요소(10a2)는 상기 원주벽의 상기 제 1 축방향 섹션(11a)인, 액츄에이터.
   
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 탄성 요소는 상기 베이스 요크 섹션(10a) 및 상기 중간 요크 섹션(10b) 사이에 마련되는 제 1 멤브레인(18)이고, 상기 액츄에이터는 상기 중간 요크 섹션(10b) 및 상기 상부 요크 섹션(10c) 사이에 마련되는 제 2 멤브레인(19)을 추가적인 탄성 요소로 포함하는, 액츄에이터.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 1 멤브레인은, 상기 축방향으로 이동 가능한 코어 요소에 고정되는 중앙 부분(180), 한 쌍의 요크 섹션 사이에 기계적으로 결합되는 단부(184, 185, 186)까지 방사상으로 바깥쪽으로 연장되는 제 1 서스펜션 암(181), 제 2 서스펜션 암(182) 및 제 3 서스펜션 암(183)을 포함하는, 액츄에이터.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 단부(184, 185, 186)는 적어도 부분적으로 방사상으로 안쪽으로 연장되는 제 1 단부 부분 및 제 2 단부 부분(1841, 1842; 1851, 1852; 1861, 1862)으로 분기되는, 액츄에이터.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 단부 부분(1841, 1842; 1851, 1852; 1861, 1862)은, 서로 반대되는 접선 방향으로 더 연장되고 연결 요소(1843, 1844; 1853, 1854; 1863, 1864)로 고정되는, 액츄에이터.
   
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 공간적으로 분산된 복수 개의 액츄에이터들을 포함하는 액츄에이터 어레이(100).
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 액츄에이터들은 일체로 형성된 적어도 하나의 부분을 포함하는, 액츄에이터 어레이(100).
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 부분은 상기 요크의 섹션(10b)이고, 상기 전자기 액츄에이터 각각에 대해 상기 요크의 상기 섹션은 강자성 재료의 단일 패턴 블록(50)으로 형성되고/형성되거나, 상기 적어도 하나의 부분은 멤브레인(18)이고 상기 액츄에이터의 상기 멤브레인은 탄성 비자성 재료의 단일 패턴 플레이트(60)로 형성되는, 액츄에이터 어레이(100).
    
13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 하나 이상의 항에 있어서,
    각각의 중간 요크 섹션(10b1)은, 반대 극성을 갖는 영구 자석을 갖는 적어도 하나의 다른 중간 요크 섹션(10b2)에 인접하는, 액츄에이터 어레이(100).
    
14. 서로에 대해 이동 가능한 복수 개의 거울 분절(31a, 31b,...,31n)을 포함하는 거울(30)에 있어서, 각각의 거울 분절은 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 액츄에이터 어레이(100)의 각각의 액츄에이터(1a)의 작동 로드(22a, 22b,..., 22n)에 기계적으로 결합되는, 거울(30).
    
15. 액츄에이터 조립 방법에 있어서,
    각각 연질-강자성 재료인 베이스 요크 섹션(10a), 중간 요크 섹션(10b) 및 상부 요크 섹션(10c);
    적어도 실질적으로 비자성 재료의 제 1 멤브레인(18) 및 제 2 멤브레인(19);
    코어 요소(17);
    영구 자석(20);
    전자기 코일(16); 을 제공하는 단계;
    상기 베이스 요크 섹션(10a) 및 상기 상부 요크 섹션(10c) 중 하나에 전자기 코일(16)을 장착하는 단계;
    상기 베이스 요크 섹션(10a)을 상기 중간 요크 섹션(10b)에 대해 상기 제 1 멤브레인(18)과 함께 장착하는 단계;
    상기 영구 자석(20)을 상기 중간 요크 섹션(10b)의 내벽에 대해 장착하는 단계, 상기 영구 자석(20)의 제 1 자극은 상기 내벽을 마주보고 제 2 자극은 내측을 마주봄;
    상기 코어 요소(17)를 상기 중간 요크 섹션(10b)의 나머지 내부 공간에 삽입하는 단계;
    상기 상부 요크 섹션(10c)을 상기 중간 요크 섹션(10b)에 대해 상기 제 2 멤브레인(19)과 함께 장착하는 단계;
    를 포함하는, 액츄에이터 조립 방법.

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