[논문]최적화 기법을 사용한 초소형 카메라 조리개 셔터장치의 성능향상

박순옥; 유정훈

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This study is concerned with the design of a camera iris-shutter device for producing force. The camera iris-shutter with yoke should have a smaller size and a bigger magnetic force than the previous model. Since the induced magnetic force operates shutter movement, the magnetic force maximization f...

This study is concerned with the design of a camera iris-shutter device for producing force. The camera iris-shutter with yoke should have a smaller size and a bigger magnetic force than the previous model. Since the induced magnetic force operates shutter movement, the magnetic force maximization for a given input current is an important issue. To achieve the goal, new system is designed by the topology optimization method. The design is refined through the design of experiments to find the detail camera iris shutter design satisfying design constraints.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 사이즈의 감소는 요크나 영구자석의 크기가 작아지게 되어 기존 설계보다 자기력이 떨어지는 경우가 발생하고 또한 영구자석의 이동 경로 확보가 어려운 상황이 발생한다. 본 연구에서는 공간적인 제약조건 내에서 자기력을 최대화하기 위한 자기 회로를 설계하였다. Fig.
본 연구에서는 카메라의 셔터 조리개 장치를 제한된 공간에서 기존 시스템보다 큰 자기력을 발생시키는 시스템을 설계하였다. 기존 설계의 요크 형상에서 공간 확보를 위해 요크를 분할하고 자기력의 세기에 큰 역할을 하는 요크 부분을 위상 최적 설계를 통해 형상을 결정하였다.
요크의 형태에 따라 형성되는 자기장이 달라지므로 요크 형태를 위상 최적화를 이용하여 설계하였다. 설계 목적은 셔터 날개가 빠른 시간 내에 열리고 닫힐 수 있도록 자기력을 최대화하는 것으로 설정하였다. 즉, Fig.

제안 방법

시스템을 설계하였다. 기존 설계의 요크 형상에서 공간 확보를 위해 요크를 분할하고 자기력의 세기에 큰 역할을 하는 요크 부분을 위상 최적 설계를 통해 형상을 결정하였다. Maxwell 을 통해 위상 최적 형상에 대한 검증을 수행하였고, 보다 실질적이고 현실적인 설계를 위해 실험계획법을 이용한 변수최적기법(parameter optimization method)을 이용하여 3차원 카메라 셔터 조리 개장치를 설계하였다.
이루어져야 한다. 본 연구에서 제안한 모델은 Fig. 2(b)와 같이 기존의 요크부가 두께 방향의 공간을 많이 차지하는 점을 감안하여 요크를 분리하여 설계하고 자기력의 최대화를 위해 각각의 분리된 요크에 코일을 감아서 전류의 양이 기존 모델보다 증가하여 자기력의 세기를 높일 수 있는 설계를 제안하였다[3].
결정된다. 요크의 형태에 따라 형성되는 자기장이 달라지므로 요크 형태를 위상 최적화를 이용하여 설계하였다. 설계 목적은 셔터 날개가 빠른 시간 내에 열리고 닫힐 수 있도록 자기력을 최대화하는 것으로 설정하였다.
3 과 같이 정의할 수 있다. 위상 최적 설계를 위한 설계 영역을 요크 부분의 반으로 결정하고 최적화를 수행하였다. 그 결과 Fig.

데이터처리

위상 최적설계 결과를 검증하기 위해 상용패키지 Maxwell version 12.0 을 이용하여 결과를 확인하였다. Fig.

이론/모형

기존 설계의 요크 형상에서 공간 확보를 위해 요크를 분할하고 자기력의 세기에 큰 역할을 하는 요크 부분을 위상 최적 설계를 통해 형상을 결정하였다. Maxwell 을 통해 위상 최적 형상에 대한 검증을 수행하였고, 보다 실질적이고 현실적인 설계를 위해 실험계획법을 이용한 변수최적기법(parameter optimization method)을 이용하여 3차원 카메라 셔터 조리 개장치를 설계하였다. 본 연구의 결과로 제시된 카메라 셔터 조리개 장치는 모바일 기기에 유용하게 적용될 것으로 기대된다.
5 를 적용하였다. 목적함수에 대한 민감도 해석을 위해 보조변수법(adjoint variable method)을 이용하였다⑸.
2(b)를 제안하고 요크부는 위상 최적 설계기 법(top이ogy optimization)을 통해 설계 되었匚h 위상 최적 설계 기법은 설계 대상의 구조에 대한 구체적인 정보 없이 개념 설계를 획득할 수 있는 기법으로 구조 물에서 그 효율성이 입증되었고[2], 정자기 시스템(magnetostatic system)에 있어서 자기장의 분포나 자기력(magnetic three)를 극대화하는 문제를 많이 다루고 있다. 자기력을 극대화 한 형상을 기반으로 실제 구동기에 사용될 수 있는 3차원 형상을 실험계획법 (design of experiments)을 이용하여 도출한다.

성능/효과

그 결과 Fig. 6 과 같이 기존 모델에 대한 위상 최적된 모델의 자기력의 상승을 확인하였다. Fig.
기존의 모델과 최적화 된 모델의 자기력을 비교한 결과 Fig. 8 과 같이 기존 모델의 자기력이 약 0.02N 의 힘에서 제안된 모델의 자기력이 약 0.05N 으로 개선되어 약 2 배 이상의 향상된 값을 나타내었다. Fig.

후속연구

본 연구의 결과로 제시된 카메라 셔터 조리개 장치는 모바일 기기에 유용하게 적용될 것으로 기대된다. 또한 2차원 위상 최적 형상을 기반으로 3차원 변수최적을 실시할 경우 자기력이 더욱 향상될 것이다.
본 연구에서는 기존 모델의 크기, 즉 Table 1 에나타난 사이즈보다 작아야 되고 셔터와 조리개의 속도를 고려하여 자기력의 크기를 최대화하는 설계가 이루어져야 한다. 본 연구에서 제안한 모델은 Fig.
Maxwell 을 통해 위상 최적 형상에 대한 검증을 수행하였고, 보다 실질적이고 현실적인 설계를 위해 실험계획법을 이용한 변수최적기법(parameter optimization method)을 이용하여 3차원 카메라 셔터 조리 개장치를 설계하였다. 본 연구의 결과로 제시된 카메라 셔터 조리개 장치는 모바일 기기에 유용하게 적용될 것으로 기대된다. 또한 2차원 위상 최적 형상을 기반으로 3차원 변수최적을 실시할 경우 자기력이 더욱 향상될 것이다.

참고문헌 (6)

Jihun Kim, Woochul Kim, Yoon Young Kim, 2007, "Magnetic circuit topology optimization in a camera shutter device", The Korean Society of mechanical engineers, Vol.7, No. 10, pp5-8
Bendsoe, M. P., Sigmund, O., 1999, "Material interpolation schemes in topology optimization", Archive of applied mechanics, Vol.69, pp.635-654.

상세보기
Jeonghoon Yoo, 2004, "A study of on the topology optimization in magnetic fields", The Korean Society of mechanical engineers, Vol.28, No.4, pp 370-377.

원문보기 상세보기
Seungjin Yang, Jae Seok Choi, Jeonghoon Yoo, 2007, "Optimal Design of an Electromagnetic Coupler to Maximize Force to a Specific Direction ", IEEE Transactions on Magnetics, Vol.44, No.7, pp.1737-1740.
Jae Seok Choi, Jeonghoon Yoo, 2008, "Structural Optimization of Ferromagnetic Materials based on the Magnetic Reluctivity for Magnetic Field Problems", Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol.197, No.9, pp.4201-4206.
S. Park, 2005, "Design of experiments", Minyongsa, pp.406-407.

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