KR100971554B1 - 자기공명장비용 브러쉬리스 모터 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 설치 및 사용이 용이하고 낮은 전력에서 구동이 가능하여 자기공명장비의 전력효율을 극대화할 수 있는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터는, 계자권선을 포함하는 회전자와, 상기 회전자의 둘레에 마련되며 전기자권선을 포함하는 고정자와, 상기 회전자의 중심을 관통하는 회전축과, 상기 회전축에 마련되어 상기 계자권선 및 전기자권선의 전류방향 및 회전각을 측정하는 감지센서로 구성된다. 또한, 상기 보어 내에는 주 자기장을 측정하기 위한 자기장 센서와, 상기 주 자기장 센서에서 측정된 주 자기장의 변화량에 따라 보정신호를 출력하는 PID 제어기가 마련된다.
자기공명, 브러쉬리스 모터, 자기장, 회전자, 자기력 유도

Description

자기공명장비용 브러쉬리스 모터 및 그 제어방법{BRUSHLESS MOTOR FOR MAGNETIC RESONANCE EQUIPMENT AND CONTROL METHOD OF THE SAME}
본 발명은 자기공명장비 내에서 사용되는 각종 의료기구 등에 동력을 공급하기 위한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터 및 그 제어방법에 관한 것으로, 구체적으로는 설치 및 사용이 용이하고 낮은 전력에서 구동이 가능하여 자기공명장비의 전력효율을 극대화할 수 있는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터 및 그 제어방법에 관한 것이다.
인체의 내부 구조를 파악하기 위한 단층 촬영의 방법으로는 X-ray를 이용하는 X-ray CT(Computerized Tomography)와 인체 내 원소의 자장 신호를 이용하는 자기공명영상(Magnetic Resonance Image; MRI)이 있다. 이 중에서 자기공명(MR)현상을 이용한 단층 촬영은 X-ray CT에 의한 단층 촬영에 비하여 몇 가지 장점이 있다. 인체에 전혀 무해한 자기장을 이용함으로써 장시간 촬영이나, 많은 횟수의 촬영에도 해롭지가 않고, X-ray 촬영에서 할 수 없는 분자의 구별도 가능하며, X, Y, Z축 상의 임의의 방향으로(또는 임의의 3차원 방향으로) 임의의 위치에서 2차원 또는 3차원 단층 영상을 얻을 수 있다. 이러한 장점으로 자기공명영상은 최근 의료 영상 장비로 없어서는 안 되는 중요한 장비로 활용되어 가고 있다.
자기공명영상을 촬영하기 위한 장비를 개략적으로 살펴보면, 크게 주자석과 코일들 그리고 스캔프로세서로 구성되어 있다. 주자석은 강한 자기장을 형성하기 위한 것으로, 자기장 세기가 통상 0.5 Tesla (1 Tesla는 1만 gauss의 자기장)에서 2.0 Tesla 사이인 영구자석이나 전자석 혹은 초전도체를 이용하는 초전도 자석으로 되어 있다. 코일류로는 X, Y, Z 방향의 경사 자기장을 만드는 경사 자계 코일(gradient coil)이 있고, 인체의 원자 핵스핀에 에너지를 주어 자기공명신호를 만드는 송신용 고주파(RF) 코일과 인체로부터 나오는 자기공명신호를 수신하는 수신용 고주파(RF) 코일이 있다. 수신용 고주파 코일은 환자의 환부가 머리(head), 척추(spine), 몸통(복부; abdomen), 사지(extremities; 수족) 중 어느 것이냐에 따라 크고 작은 코일들로 세분화된다. 스캔프로세서는 수신된 자기공명신호를 복조하고 크게 증폭시키는 스펙트로메타와 각 코일의 동작을 제어하는 컨트롤러, 그리고 수신된 신호를 A/D변환하여 X, Y 평면상의 데이터로 바꾸기 위한 푸리에 변환(Fourier transform)을 하는 프로세서로 구성된다.
이와 같은 구성의 자기공명영상장비는 수술실과 별도로 마련된 영상진단실 등에 설치되는 것이 일반적이었으나, 최근에는 수술과 진단을 병행할 수 있도록 수술실의 내부에 설치되고 있는 추세이다. 특히, 자기공명영상장비의 내부에 현미경, 내시경, 관절경, 생체검사기구를 포함한 각종 의료 기구를 구비할 경우, 촬영된 영상을 보면서 수술이 가능하므로 안정성과 정확성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이러한 자기공명영상장비의 내부에 구비되는 각종 의료 기구는 다양한 형태 의 동력발생장치에 의해 구동되는데, 이때 사용되는 동력발생장치는 자기공명영상장비의 마그네틱 특성에 영향을 미치거나 마그네틱 특성으로부터 어떠한 영향도 받지 아니하는 것이어야 한다. 이에 종래에는 압전(Piezo)방식의 비자성체 초음파 모터나 솔레노이드 방식의 공기압 모터 등이 사용되어 왔다. 하지만 상술한 동력발생장치 중 초음파 모터는 단가가 높아 설치 및 관리에 많은 비용이 소요된다. 또한, 공기압 모터는 그를 작동시키기 위하여 압축공기를 만드는 컴프레서 및 압축공기를 공기압 모터로 공급하기 위한 이송관이 반드시 필요하므로 부피가 크고 설치 및 관리가 용이하지 못하다. 특히, 초음파 모터나 컴프레서를 가동하기 위해서는 전력 사용량이 커지므로 전력효율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 자기공명장비 내의 주 자기장을 이용하므로 낮은 외부 전력만으로 동력을 발생시킬 수 있고, 브러쉬리스 모터의 사용으로 기계적인 마찰에 의한 불꽃으로 인해 자기공명영상에 노이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 회전자에 자기력 유도 방식을 적용하여 전력효율을 극대화할 수 있는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 자기공명장비의 내부에 마련되어 별도의 전동수단을 거치지 아니하고 발생된 동력을 각종 의료기구로 직접 공급하여 효율을 향상시킬 수 있는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 구조가 간단하고 사용이 편리하여 설치 및 유지보수에 많은 비용이 소요되지 아니하여 경제적인 자기공명장비용 브러쉬리스 모터 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터는 계자권선을 포함하는 회전자와, 상기 회전자의 둘레에 마련되며 전기자권선을 포함하는 고정자와, 상기 회전자의 중심을 관통하는 회전축과, 상기 회전축에 마련되어 상기 계자권선 및 전기자권선의 전류방향 및 회전각을 측정하는 감지센서로 구성된다.
또한, 상기 보어 내에는 주 자기장을 측정하기 위한 자기장 센서와, 상기 주 자기장 센서에서 측정된 주 자기장의 변화량에 따라 보정신호를 출력하는 PID 제어기가 마련된다. 상기 PID 제어기는 상술한 바와 같이 주 자기장의 변화량에 따라 보정신호를 출력하여 모터로 인가되는 전류의 세기를 조절하여 회전속도를 제어한다. 따라서 본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터는 주 자기장의 변화에 관계없이 항상 일정한 동력(회전력)을 발생할 수 있다.
본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터는 보어 내의 주 자기장을 이용하여 동력을 발생시키므로 소비되는 외부 전력이 미미하며, 이에 따라 자기공명장비의 전력효율을 극대화할 수 있다. 게다가 브러쉬리스 모터의 사용으로 기계적인 마찰에 의한 불꽃으로 인해 자기공명영상에 노이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 회전자에 자기력 유도 방식을 적용하여 전력효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터는 보어의 내부에 마련되므로 별도의 전동수단을 거치지 아니하고 발생된 동력을 각종 의료기구로 직접 공급하므로 손실을 최소화하여 동력의 손실 없이 전달할 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라 사용이 편리하여 설치 및 유지보수에 많은 비용이 소요되지 아니하여 매우 경제적이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1과 도2는 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터를 적용할 수 있는 자기공명장비를 개략적으로 도시한 정단면도와 측단면도이다.
도 1과 도 2에 도시된 자기공명장비(100)는 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)를 적용할 수 있는 타입의 장비로 환자 또는 대상물의 자기공명이미지(Magnetic Resonance Image; MRI)를 생성하기 위한 장비이다. 이때, 상술한 자기공명장비(100)는 원통형 초전도 자석에 기초한 것이며, 당업자라면 일반적인 초전도 자석의 구성에서 사용된 유사한 구성요소의 기능 및 설명은 상술한 자기공명장비(100)에도 적용될 수 있음을 알 것이다.
도면을 참조하면, 자기장을 발생하기 위한 자석 어셈블리(110)는 일반적으로 원통형 또는 환상의 형상이며, 자석 웜 보어(magnet warm bore, 112, 이하 보어라 함), 수동 자석 쐐기(passive magnet shim, 114), 자석 용기(116), 저온 유지 장치 셀(cryostat shall, 118), 서스펜션 부재(122) 및 단부 캡 밀봉부(124)를 포함한 다.
이 중 자석 용기(116)는 주지된 바와 같이 동일한 전류를 동일한 방향으로 전달할 수 있는 다수개가 방사형으로 정렬되고, 길이방향으로 이격된 초전도 주 코일(미도시)을 포함하는 초전도 자석(미도시)이 수용된다. 이때, 초전도 주 코일은 촬영될 대상물이 위치되는 보어(112) 내에 중심을 둔 구면 촬영 볼륨(spherical imaging volume) 내에 높은 균일성의 자계를 생성한다. 즉, 초전도 주 코일은 보어(112) 내에서 0.5~2.0 Tesla 세기의 주 자기장(B0)을 생성한다.
한편, RF 코일 어셈블리(130)와 경사 자계 코일 어셈블리(gradient coil, 140)는 자석 어셈블리(110)와 동일한 형상, 즉 원통형 또는 환상의 형상으로 형성된다. 이때, 상기 자석 어셈블리(110), RF 코일 어셈블리(130) 및 경사 자계 코일 어셈블리(140)는 동축으로 정렬되며, 상기 경사 자계 코일 어셈블리(140)는 RF 코일 어셈블리(130)의 주위를 감싸고, 자석 어셈블리(110)는 경자 자계 코일 어셈블리(140)를 감싸도록 배치된다.
도 3과 도4는 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 제1실시예를 도시하는 부분단면사시도와 평단면도로, 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)의 제1실시예를 살펴보면 다음과 같다.
상기 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)의 제1실시예는 일반적인 브러쉬리스 모터(Brushless Motor; BLDC)와 동일한 구성으로, 계자권선(210)을 포함하는 회전자(220)와, 상기 회전자(220)의 둘레에 마련되며 전기자권선(230)을 포함하는 고정자(240)와, 상기 회전자(220)의 중심을 관통하는 회전축(250)과, 상기 회전 축(250)에 마련되어 상기 계자권선(210) 및 전기자권선(230)의 전류방향 및 회전각을 측정하는 감지센서(260)로 구성된다.
상기 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)를 구성하는 각 구성요소에 대해 좀 더 상세히 살펴보면, 상기 회전자(220)는 소정의 높이를 갖는 원주형상으로 형성되고, 그 내부에 복수의 계자권선(210)이 회전자(220)의 둘레를 따라 방사형으로 배치된다. 또한, 상기 고정자(240)는 상기 회전자(220)의 둘레에 마련되는 원통형상으로 형성되고, 그 내부에 복수의 전기자권선(230)이 고정자(240)의 둘레를 따라 방사형으로 배치된다. 이때, 상기 계자권선(210)과 전기자권선(230)은 사용자의 필요 및 제작자의 의도에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 여러 층으로 적층되게 설치될 수 있다.
한편, 상기 감지센서(260)는 회전축(250)의 상단에 마련되어 상기 계자권선(210) 및 전기자권선(230)의 전류방향 및 회전각을 측정하는 수단이다. 이러한 감지센서(260)로는 기전력 센서 또는 포토센서를 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터에 의한 유기전압발생과정을 도시하는 그래프로, 도 3 내지 도 5를 참조하여 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 구동과정을 살펴보도록 한다.
본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)를 구동하기 위하여 고정자(240)의 전기자권선(230)에 전원을 인가함에 있어 230a, 230b, 230c, 230d의 순서대로 입력할 경우, 고정자(240)의 자속과 회전자(220)의 자속 및 유기전압이 변하게 되고, 회전자(220)의 계자권선(210)에 전압이 유기되어 자속을 발생하게 된 다. 결론적으로 상기 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)는 전기자권선(230)에서 유기된 자기력과 자기공명장비의 보어에서 발생하는 주 자기장(B0)에 의해 동력(회전력)을 발생시킨다.
여기서 상기 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 자기공명장비의 주 자기장(B0) 방향에 대해 직각을 이루도록 배치되는 것이 바람직하며, 상기 계자권선(210)과 전기자권선(230)은 일직선상에 길게 배치되는 것이 바람직하다.
도 6과 도 7은 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 제2실시예를 도시하는 부분단면사시도와 평단면도로, 도 6과 도 7을 참조하여 본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(300)의 제2실시예를 살펴보면 다음과 같다.
상기 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(300)의 제2실시예는 제1실시예와 마찬가지로 일반적인 브러쉬리스 모터와 동일한 구성으로, 계자권선(310)을 포함하는 회전자(320)와, 상기 회전자(320)의 둘레에 마련되며 전기자권선(330)을 포함하는 고정자(340)와, 상기 회전자(320)의 중심을 관통하는 회전축(350)과, 상기 회전축(350)에 마련되어 상기 계자권선(310) 및 전기자권선(330)의 전류방향 및 회전각을 측정하는 감지센서(360)로 구성된다.
여기서 본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(300)의 제2실시예는 회전자(320)에 자기력을 유도하기 위한 계자권선(310)과 전기자권선(330)의 배치만 상이할 뿐 제1실시예의 구성과 동일하므로, 동일한 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상술한 계자권선(310)과 전기자권선(330)은 상기 회전자(320)와 고정자(340)의 둘레를 따라 방사형으로 배치된다. 이때, 상기 계자권선(310)과 전기자권선(330)은 수평방향으로 배치되되 서로 평행하게 배치된다. 이와 같이 평행하게 배치함으로써 회전자(320)의 계자권선(310)에 유기되어 발생하는 자속밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 자속밀도가 증가할 경우 상기 회전자(320)의 회전속도도 증가하여 더 많은 동력(회전력)을 얻을 수 있다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 제3실시예를 도시하는 사시도, 부분단면사시도 및 평면도이고, 도 11은 상기 제3실시예의 계자권선에 1차코일 및 2차코일이 감긴 상태를 도시하는 도면이다. 도 8 내지 도 11을 참조하여 본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(500)의 제3실시예를 살펴보면 다음과 같다.
상기 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(500)의 제3실시예 또한 제1 및 제2실시예와 마찬가지로 일반적인 브러쉬리스 모터와 동일한 구성이되, 그 구조가 서로 상이하다. 즉, 소정의 높이를 갖는 원통형상으로 형성되고 내부에 계자권선(510)이 마련되는 회전자(520)와, 상기 회전자(520)의 내측 및 외측 둘레에 각각 마련되는 내부 고정자(530) 및 외부 고정자(540)와, 상기 회전자(520), 내부 및 외부 고정자(530,540)를 길이방향으로 감싸도록 마련되는 전기자권선(550)과, 상기 회전자(520)와 전동기어(560)를 통해 회전 가능하게 결합되는 회전축(570)과, 상기 회전축(570)에 마련되어 상기 계자권선(510) 및 전기자권선(550)의 전류방향 및 회전각을 측정하는 감지센서(580)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 단위 계자권 선(510)의 둘레에는 1차코일(512)이 감기고, 상술한 다수의 단위 계자권선(510)의 둘레에는 2차코일(514)이 감긴다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(500)의 회전자(520)는 원통형상으로 형성되고, 상기 내부 및 외부 고정자(530,540)의 사이에 회전 가능하게 결합되므로 그를 관통하는 회전축을 설치할 수 없다. 따라서 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 회전자(520)의 둘레에 기어(522)를 형성하고, 상기 기어(522)와 대응되는 외부 고정자(540)의 외주면에 개구부(542)를 형성한 후, 상기 개구부(542)를 통해 노출된 기어(522)와 맞물리는 전동기어(560)에 회전축(570)을 설치하여 동력(회전력)을 전달한다.
여기서 본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(500)의 계자권선(510)과 전기자권선(550)은 상기 회전자(520)와 내부 및 외부 고정자(530,540)의 둘레를 따라 방사형으로 배치된다. 또한, 도 9 및 도 11에 도시된 바와 같이 상기 단위 계자권선(510)의 둘레에는 1차코일(512)이 감기고, 다수의 단위 계자권선(510)의 둘레를 2차코일(514)이 감긴다. 따라서 상기 전기자권선(550)에 전원이 인가되어 회전자(520)의 계자권선(510)에 전압이 유기될 경우 발생하는 자속밀도는 제1 및 제2실시예에 비하여 증가됨을 알 수 있으며, 이에 따라 상기 회전자(520)의 회전속도도 상대적으로 증가하여 더 많은 동력(회전력)을 얻을 수 있다.
도 12는 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터가 보어에 설치된 상태를 도시하는 도면으로, 자기공명장비의 보어에는 상술한 제1 내지 제3실시예의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200,3000,500)의 각 실시예가 모두 적용될 수 있되, 그 이해가 용이하도록 제1실시예를 기준으로 설명하도록 한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 보어(112)의 내부에 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)는 마련된다. 상술한 보어(112) 내부에는 자석 어셈블리(110)의 내부에 마련된 초전도 자석에 의해 발생되는 주 자기장(B0)과, X축, Y축, Z축 경사 자계 코일 어셈블리(도 1 및 도 2의 140)에서 발생되는 경사 자기장이 존재한다. 또한, 인체의 원자 핵스핀에 에너지를 주어 자기공명신호를 만드는 송신용 RF 코일 어셈블리와 인체로부터 나오는 자기공명신호를 수신하는 수신용 RF 코일 어셈블리를 포함하는 RF 코일 어셈블리(130)에서 발생되는 RF 자기장이 존재한다.
본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)는 상술한 여러 자기장 중 보어(112) 내의 주 자기장(B0)을 이용하여 동력을 발생시킨다. 즉, 상기 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)의 전기자권선(230)을 통해 전원이 인가되면, 고정자(240)의 자속과 회전자(220)의 자속 및 유기전압이 변하게 되고, 회전자(220)의 계자권선(210)에 전압이 유기되어 자속을 발생하게 된다. 결론적으로 상기 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)는 전기자권선(230)에서 유기된 자기력과 자기공명장비의 보어에서 발생하는 주 자기장(B0)에 의해 동력(회전력)을 발생시킨다. 이때, 발생된 동력은 직접 또는 간접적인 방식으로 자기공명장비(100) 내의 각종 의료기구로 공급되어 그들을 작동시킨다.
여기서 본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)의 각 구성요소(210~240)는 자기공명장비(100)의 마그네틱 특성에 영향을 미치거나 마그네틱 특성으로부터 어떠한 영향도 받지 않도록 유리, 비스무트, 안티몬과 같은 반자성 체(diamagnetic substance), 알루미늄, 주석, 백금, 이리듐과 같은 상자성체(paramagnetic substance) 또는 합성수지와 같은 비자성체로 제작되는 것이 바람직하다. 물론, 반자성체, 상자성체 또는 비자성체로 제작할 경우 주 자기장(B0)에 반발하는 방향으로 자화되기는 하나, 그 세기가 매우 미미하여 인력이나 척력이 발생하지 아니하므로 자기공명장비의 마그네틱 특성에 영향을 미치거나 영향을 받지 않는다.
도 13은 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터 및 제어부를 개략적으로 도시한 구성도로 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)를 제어하기 위한 제어수단(600)은, 보어(도 12의 112) 내의 주 자기장(B0) 및 경사 자기장을 측정하기 위한 자기장 센서(610)와, 상기 자기장 센서(610)에서 측정된 주 자기장 및 경사 자기장의 변화량에 따라 보정신호를 출력하는 PID 제어기(620)와, 상기 PID 제어기(620)에서 출력된 보정신호에 따라 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)의 회전속도를 제어하는 제어부(630)로 이루어진다.
도 14와 도 15는 본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 제어과정을 도시하는 순서도이다. 도 14와 도 15를 참조하여 본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 제어방법을 설명함에 있어 그 이해가 용이하도록 제1실시예를 기준으로 설명하도록 한다.
본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)는 자기공명장비의 경사 자기장이 약해 주 자기장에 미치는 영향이 작은 경우, 그리고 경사 자기장이 강해 주 자기장에 미치는 영향이 큰 경우 서로 다른 방법으로 제어된다.
우선, 경사 자기장이 미치는 영향이 작은 경우 도 14에 도시된 바와 같이 주 자기장(B0)만을 고려하여 모터(200)의 회전속도를 제어한다. 즉, 자기장 센서(610)를 이용하여 실시간으로 주 자기장(B0)을 측정하고, 측정된 주 자기장(B0)의 변화량이 기 설정범위를 벗어날 경우, PID 제어기(620)에서 보정신호를 출력하여 제어부(630)를 통해 모터(200)로 인가되는 전류를 조절함으로써 모터(200)의 회전속도를 제어한다.
반면, 경사 자기장이 미치는 영향이 큰 경우 도 15에 도시된 바와 같이 주 자기장(B0)과 경사 자기장을 모두 고려하여 모터(200)의 회전속도를 제어한다. 즉, 상술한 방법으로 모터(200)의 회전속도를 1차적으로 제어한 상태에서 경사 자기장이 발생하면, 자기장 센서(610)를 이용하여 실시간으로 경사 자기장을 측정하고, 측정된 경사 자기장의 변화량이 기 설정범위를 벗어날 경우, PID 제어기(620)에서 보정신호를 출력하여 제어부(630)를 통해 모터(200)로 인가되는 전류를 조절함으로써 모터(200)의 회전속도를 2차적으로 제어한다.
따라서 본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터(200)는 주 자기장(B0) 및 경사 자기장의 변화에 관계없이 항상 일정한 동력(회전력)이 발생하여 동력의 안정화를 꾀할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 구성 및 그를 이용한 동력발생방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 본 발명을 보다 용이하게 이해하도록 하기 위해 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능 하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1과 도2는 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터를 적용할 수 있는 자기공명장비를 개략적으로 도시한 정단면도와 측단면도.
도 3과 도4는 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 제1실시예를 도시하는 부분단면사시도와 평단면도.
도 5는 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터에 의한 유기전압발생과정을 도시하는 그래프.
도 6과 도 7은 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 제2실시예를 도시하는 부분단면사시도와 평단면도.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 제3실시예를 도시하는 사시도, 부분단면사시도 및 평면도.
도 11은 상기 제3실시예의 계자권선에 1차코일 및 2차코일이 감긴 상태를 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터가 보어에 설치된 상태를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 자기공명장비용 브러쉬리스 모터 및 제어부를 개략적으로 도시한 구성도.
도 14와 도 15는 본 발명에 의한 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 제어과정을 도시하는 순서도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: 자기공명장비 110: 자석 어셈블리
130: RF 코일 어셈블리 140: 경사 자계 코일 어셈블리
200: 자기공명장비용 브러쉬리스 모터
210: 계자권선 220:회전자
230: 전기자권선 240: 고정자
250: 회전축 260: 감지센서
600: 제어수단 610: 자기장 센서
620: PID 제어기 630: 제어부

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 계자권선을 포함하는 회전자;
    상기 회전자의 둘레에 마련되며 전기자권선을 포함하는 고정자; 및
    상기 계자권선과 전기자권선의 전류방향 및 회전각을 측정하는 감지센서를 포함하되, 자기공명장비의 보어에서 발생하는 주 자기장 방향에 대해 직각을 이루도록 배치되고, 상기 계자권선과 전기자권선이 상기 회전자와 고정자의 둘레를 따라 방사형으로 배치되며, 상기 계자권선과 전기자권선이 일직선상에 길게 배치되는 것을 특징으로 하는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터.
  4. 계자권선을 포함하는 회전자;
    상기 회전자의 둘레에 마련되며 전기자권선을 포함하는 고정자; 및
    상기 계자권선과 전기자권선의 전류방향 및 회전각을 측정하는 감지센서를 포함하되, 자기공명장비의 보어에서 발생하는 주 자기장 방향에 대해 직각을 이루도록 배치되고, 상기 계자권선과 전기자권선이 상기 회전자와 고정자의 둘레를 따라 방사형으로 배치되며, 상기 계자권선과 전기자권선이 상기 회전자와 고정자의 둘레를 따라 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터.
  5. 계자권선을 포함하는 회전자;
    상기 회전자의 둘레에 마련되며 전기자권선을 포함하는 고정자; 및
    상기 계자권선과 전기자권선의 전류방향 및 회전각을 측정하는 감지센서를 포함하되, 자기공명장비의 보어에서 발생하는 주 자기장 방향에 대해 직각을 이루도록 배치되고, 상기 계자권선과 전기자권선이 상기 회전자와 고정자의 둘레를 따라 방사형으로 배치되며, 상기 고정자는 회전자의 내측에 마련되는 내부 고정자 및 회전자의 외측에 마련되는 외부 고정자를 포함하고, 상기 전기자권선이 회전자, 내부 및 외부 고정자를 감싸는 것을 특징으로 하는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자의 중심에 회전축이 관통되는 것을 특징으로 하는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 감지센서는 기전력 센서 또는 포토센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보어 내의 주 자기장 및 경사 자기장을 측정하기 위한 자기장 센서와, 상기 자기장 센서에서 측정된 주 자기장 및 경사 자기장의 변화량에 따라 보정신호를 출력하는 PID 제어기와, 상기 PID 제어기에서 출력된 보정신호에 따라 모터로 인가되는 전류의 세기를 조절하여 회전속도를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회전자 및 고정자를 포함하는 모터의 각 부품은 반자성체, 상자성체 또는 비자성체인 것을 특징으로 하는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터.
  10. 자기공명장비를 가동하는 단계;
    보어 내부의 주 자기장을 측정하는 단계;
    측정된 주 자기장의 변화량에 따라 보정신호를 출력하는 단계; 및
    출력된 보정신호를 바탕으로 모터의 회전속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    보어 내부의 경사 자기장을 측정하는 단계;
    측정된 경사 자기장의 변화량에 따라 보정신호를 출력하는 단계; 및
    출력된 보정신호를 바탕으로 모터의 회전속도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    PID 제어기를 이용하여 주 자기장 및 경사 자기장의 변화량에 따른 보정신호 출력하는 것을 특징으로 하는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    모터로 인가되는 전류의 세기를 조절하여 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 모터의 각 부품은 반자성체, 상자성체 또는 비자성체인 것을 특징으로 하는 자기공명장비용 브러쉬리스 모터의 제어방법.
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