KR101765015B1 - 자기장 생성 장치 - Google Patents

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KR101765015B1
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magnetic
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장건희
남재광
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한양대학교 산학협력단
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    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 생성 장치는 내부 공간을 갖는 입체 구조를 형성하는 구조 형성부, 상기 구조 형성부의 소정 위치로부터 연장 형성되며, 상기 내부 공간에 정의되는 타겟 영역을 향하도록 배치되고, 자기장을 생성하는 자기장 생성부, 및 상기 자기장 생성부에 전원을 공급하는 전원부를 포함할 수 있다.

Description

자기장 생성 장치{APPARATUS FOR GENERATING MAGNETIC FIELD}
본 발명은 자기장 생성 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐자기회로를 이용한 자기장 생성 장치에 관한 것이다.
전자기 구동 시스템은 전류가 흐르는 코일이 생성하는 자기장을 이용하여 자기 마이크로로봇이나 자기 카테터를 제어하기 위한 자기장 생성 장치이다. 마이크로로봇과 카테터는 주로 인체내부에 삽입되어 질병을 진단하거나 약물을 전달하는 등 사람이 직접 수행하기 힘든 의료 행위를 효과적으로 수행할 수 있는 수단으로 개발되고 있다. 이를 구동하기 위해서는 교류 자기장이 사용되기도 하며 특히 혈관 내에서 막힌 혈관을 뚫어주기 위해서는 높은 자기밀도 및 주파수의 회전 자기장(rotating magnetic field)를 이용한 드릴링 모션(drilling motion)이 사용된다.
그러나 기존의 전자기 구동 시스템은 개(開)자기회로를 이용하여 상대적으로 낮은 밀도의 자기장을 생성하며 특히 인덕턴스 효과로 인하여 주파수가 높아짐에 따라 교류 자기장의 크기가 급격하게 감소하는 현상이 발생하였다. 즉 기존의 전자기 구동 시스템은 개자기회로를 이용하기 때문에 자기장이 외부로 누설되며 주파수에 따른 자기장 약화효과를 극복하지 못하여 고밀도의 고주파 자기장을 생성할 수 없기 때문에 마이크로로봇의 구동속도 및 임무수행 능력에 제약을 받게 된다.
이러한 제약을 극복하기 위해 피드백 제어를 이용하여 주파수에 따른 자기장의 감소효과를 고려하여 제어할 수는 있지만, 출력이 낮아지는 근본적인 문제를 해결할 수는 없었다. 또 다른 해결방안으로 전자기 구동 시스템의 크기를 축소시키거나 전류를 증가시켜서 자기장의 세기를 증가시킬 수도 있지만 내부 공간이 좁아지고 증가된 전류로 인하여 효율성이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은 타겟 영역에 생성하는 자기장의 크기를 효과적으로 증가시킬 수 있는 자기장 생성 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은 공진 주파수를 변화시키면서 자기장을 생성할 수 있는 자기장 생성 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 생성 장치는 내부 공간을 갖는 입체 구조를 형성하는 구조 형성부, 상기 구조 형성부의 소정 위치로부터 연장 형성되며, 상기 내부 공간에 정의되는 타겟 영역을 향하도록 배치되고, 자기장을 생성하는 자기장 생성부, 및 상기 자기장 생성부에 전원을 공급하는 전원부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 자기장 생성부는 제 1 자기장 생성부 및 제 2 자기장 생성부를 포함하고, 상기 전원부는 제 1 전원부 및 제 2 전원부를 포함하고, 상기 제 1 자기장 생성부는 상기 구조 형성부의 소정 위치로부터 연장 형성되는 제 1 자기 코어, 상기 제 1 자기 코어에 권취되는 제 1 코일, 및 일단이 상기 제 1 코일의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제 1 전원부와 연결되는 제 1 가변 커패시터를 포함하고, 상기 제 2 자기장 생성부는 상기 구조 형성부의 소정 위치로부터 연장 형성되는 제 2 자기 코어, 상기 제 2 자기 코어에 권취되는 제 2 코일, 및 일단이 상기 제 2 코일의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제 2 전원부와 연결되는 제 2 가변 커패시터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 코일, 제 1 가변 커패시터 및 상기 제 1 전원부는 제 1 폐회로를 형성하고, 상기 제 1 가변 커패시터의 커패시턴스에 따라 상기 제 1 폐회로의 공진 주파수가 가변될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 2 코일, 제 2 가변 커패시터 및 상기 제 2 전원부는 제 2 폐회로를 형성하고, 상기 제 2 가변 커패시터의 커패시턴스에 따라 상기 제 2 폐회로의 공진 주파수가 가변될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 가변 커패시터 및 제 2 가변 커패시터의 커패시턴스는 서로 동일하거나 다른 값을 갖도록 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 자기 코어 및 제 2 자기 코어는 원통 형태의 자성체로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 가변 커패시터 및 제 2 가변 커패시터 각각은 병렬 연결되는 복수의 커패시터로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 자기장 생성부는 복수개이고, 상기 자기장 생성부는 상기 구조 형성부의 소정 위치로부터 연장 형성되는 복수의 자기 코어, 상기 복수의 자기 코어 각각에 권취되는 복수의 코일, 및 일단이 상기 복수의 코일의 타단과 각각 연결되고, 타단이 상기 전원부와 각각 연결되는 복수의 가변 커패시터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전원부는 상기 복수의 코일 각각에 독립적으로 전원을 공급하도록 복수 개로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 코일, 상기 복수의 가변 커패시터 및 상기 전원부 중 서로 연결되는 코일, 가변 커패시터 및 전원부는 폐회로를 형성하고, 상기 가변 커패시터의 커패시턴스 값에 따라 상기 폐회로의 공진 주파수가 가변될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 입체 구조는 직육면체 또는 정육면체이고, 상기 복수의 자기 코어는 상기 직육면체 또는 정육면체의 꼭지점으로부터 연장되어 상기 타겟 영역을 향하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 입체 구조는 구(sphere)이고, 상기 구조 형성부는 내부에 정의되는 면이 서로 직교하고 중심점이 일치하도록 결합되는 2개의 원형 자기 코어 고리를 포함하고, 상기 복수의 자기 코어는 상기 2개의 원형 자기 코어 고리의 소정 위치로부터 상기 타겟 영역을 향하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 생성 장치에 따르면 타겟 영역에 생성하는 자기장의 크기를 효과적으로 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 생성 장치에 따르면 공진 주파수를 변화시키면서 자기장을 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기장 생성 장치를 보여준다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기장 생성 장치의 제 1 자기장 생성부를 구체적으로 보여준다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기장 생성 장치의 제 2 자기장 생성부를 구체적으로 보여준다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기장 생성 장치를 보여준다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기장 생성 장치의 복수의 자기장 생성부 중 어느 하나를 구체적으로 보여준다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 자기장 생성 장치를 보여준다.
도 7은 일반적인 자기장 생성 장치에 의해 생성되는 자기장을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기장 생성 장치에 의해 생성되는 자기장을 보여주는 도면이다.
도 9는 가변 커패시터가 없는 자기장 생성 장치에 인가되는 전압의 주파수의 변화에 따른 자기장의 변화를 보여주는 도면이다.
도 10은 가변 커패시터가 있는 자기장 생성 장치에 인가되는 전압의 주파수의 변화에 따른 자기장의 변화를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기장 생성 장치를 보여준다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기장 생성 장치의 제 1 자기장 생성부를 구체적으로 보여준다. 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기장 생성 장치의 제 2 자기장 생성부를 구체적으로 보여준다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기장 생성 장치(100)는 구조 형성부(110), 자기장 생성부(120), 및 전원부(130)를 포함할 수 있다.
구조 형성부(110)는 내부 공간(S)을 갖는 다양한 입체 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 입체 구조는 정육면체, 직육면체, 구, 원기둥 등 다양한 형태의 입체 도형을 포함할 수 있다. 따라서, 도 1에서는 구조 형성부(110)가 정육면체 또는 직육면체의 입체 구조를 형성하는 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 내부 공간(S)의 소정 영역에는 타겟 영역(T)이 정의될 수 있다. 예를 들어, 타겟 영역(T)은 자기장이 생성되는 영역을 의미할 수 있다. 구조 형성부(110)는 투자율이 높은 자성체로 구성되어 자기장의 세기를 증폭시켜주는 기능을 수행할 수 있다.
자기장 생성부(120)는 구조 형성부(110)의 소정 위치(예를 들어, 꼭지점)로부터 연장 형성되며, 내부 공간(S)에 정의되는 타겟 영역(T)을 향하도록 배치될 수 있다. 상술한 구조 형성부(110) 및 자기장 생성부(120)의 구조를 통해 자기장 생성부(120)는 자기장의 외부 누설을 줄여 고밀도의 자기장을 타겟 영역(T)에 생성할 수 있다. 자기장 생성부(120)는 제 1 자기장 생성부(121) 및 제 2 자기장 생성부(122)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제 1 자기장 생성부(121)는 구조 형성부(110)의 소정 위치로부터 연장 형성되는 제 1 자기 코어(121a), 제 1 자기 코어(121a)에 권취되고, 일단이 제 1 전원부(131)와 연결되는 제 1 코일(121b), 일단이 제 1 코일(121b)의 타단과 연결되고, 타단이 제 1 전원부(131)와 연결되는 제 1 가변 커패시터(121c)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 자기 코어(121a)는 원통 형태의 자성체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 가변 커패시터(121c)는 병렬 연결되는 복수의 커패시터로 구성될 수 있다.
제 1 코일(121b), 제 1 가변 커패시터(121c), 및 제 1 전원부(131)는 제 1 폐회로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 코일(121b)은 저항(R) 및 인덕터(L) 성분을 포함할 수 있고, 따라서 저항(R), 인덕터(L), 제 1 가변 커패시터(121c)로 구성되는 제 1 폐회로의 공진 주파수는 제 1 가변 커패시터(121c)의 커패시턴스에 따라 가변될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제 2 자기장 생성부(122)는 구조 형성부(110)의 소정 위치로부터 연장 형성되는 제 2 자기 코어(122a), 제 2 자기 코어(122a)에 권취되고, 일단이 제 2 전원부(132)와 연결되는 제 2 코일(122b), 일단이 제 2 코일(122b)의 타단과 연결되고, 타단이 제 2 전원부(132)와 연결되는 제 2 가변 커패시터(122c)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 자기 코어(122a)는 원통 형태의 자성체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 가변 커패시터(122c)는 병렬 연결되는 복수의 커패시터로 구성될 수 있다.
제 2 코일(122b), 제 2 가변 커패시터(122c), 및 제 2 전원부(132)는 제 2 폐회로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 2 코일(122b)은 저항(R) 및 인덕터(L) 성분을 포함할 수 있고, 따라서 저항(R), 인덕터(L), 제 2 가변 커패시터(122c)로 구성되는 제 2 폐회로의 공진 주파수는 제 2 가변 커패시터(122c)의 커패시턴스에 따라 가변될 수 있다.
즉, 상술한 제 1 폐회로 및 제 2 폐회로에는 인덕턴스 외에 가변 커패시터(즉, 제 1 가변 커패시터(121c) 및 제 2 가변 커패시터(122c))로 인한 커패시턴스가 추가되어 있어 특정한 주파수에서 자기장이 최대화되는 공진을 일으킬 수 있다. 이 때 공진점은 제 1 가변 커패시터(121c) 및 제 2 가변 커패시터(122c)의 커패시턴스의 제어를 통해 조절할 수 있기 때문에 커패시턴스의 변화 범위가 충분하다면 어떤 주파수에서든 공진을 발생시키는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 제 1 가변 커패시터(121c) 및 제 2 가변 커패시터(122c)의 커패시턴스는 서로 동일하거나 다른 값을 갖도록 설정될 수 있다.
따라서, 원하는 주파수에서 공진이 발생하도록 제 1 가변 커패시터(121c) 및/또는 제 2 가변 커패시터(122c)의 커패시턴스를 조절하여, 특정 주파수(예를 들어, 입력 전압의 주파수)에서 자기장을 생성할 수 있다.
이 때, 제 1 코일(121b) 및 제 2 코일(122b)에 흐르는 전류는 다음의 수학식1과 같다.
[수학식 1]
Figure 112016095158582-pat00001
여기서,
Figure 112016095158582-pat00002
는 인가전압의 크기,
Figure 112016095158582-pat00003
는 인가전압의 주파수,
Figure 112016095158582-pat00004
,
Figure 112016095158582-pat00005
는 코일의 저항 및 인덕턴스,
Figure 112016095158582-pat00006
는 가변 커패시터의 커패시턴스이다. 최대 전압은 폐회로의 공진 주파수
Figure 112016095158582-pat00007
(
Figure 112016095158582-pat00008
)에서 얻어지며, 공진 주파수는 가변 커패시터에 의하여 조절될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 전원부(130)는 자기장 생성부(120)에 전원을 공급할 수 있다. 전원부(130)는 제 1 자기장 생성부(121)에 전원을 공급하는 제 1 전원부(131) 및 제 2 자기장 생성부(122)에 전원을 공급하는 제 2 전원부(132)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 제 1 전원부(131) 및 제 2 전원부(132)로 구분하여 설명하였지만, 전원부(130)가 제 1 자기장 생성부(121) 및 제 2 자기장 생성부(122)에 독립적으로 전원을 공급하도록 구성할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기장 생성 장치를 보여준다. 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기장 생성 장치의 복수의 자기장 생성부 중 어느 하나를 구체적으로 보여준다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기장 생성 장치(1000)는 정육면체 또는 직육면체의 입체 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기장 생성 장치(1000)는 구조 형성부(1100), 자기장 생성부(1210~1280), 및 전원부(1300)를 포함할 수 있다.
구조 형성부(1100)는 내부 공간(S)을 갖는 정육면체 또는 직육면체 구조를 형성할 수 있다. 내부 공간(S)의 소정 영역에는 타겟 영역(T)이 정의될 수 있다. 예를 들어, 타겟 영역(T)은 자기장이 생성되는 영역을 의미할 수 있다. 구조 형성부(1100)는 투자율이 높은 자성체로 구성되어 자기장의 세기를 증폭시켜주는 기능을 수행할 수 있다.
자기장 생성부(1210~1280)는 구조 형성부(1100)의 소정 위치(예를 들어, 8개의 꼭지점)로부터 연장 형성되며, 내부 공간(S)에 정의되는 타겟 영역(T)을 향하도록 배치될 수 있다. 상술한 구조 형성부(1100) 및 자기장 생성부(1210~1280)의 구조를 통해 자기장 생성부(1210~1280)는 자기장의 외부 누설을 줄여 고밀도의 자기장을 타겟 영역(T)에 생성할 수 있다. 자기장 생성부(1210~1280)는 복수 개로 구성될 수 있으며, 도 4에서는 8개로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5를 참조하면, 자기장 생성부(1210)가 도시된다. 자기장 생성부(1210)는 구조 형성부(1100)의 소정 위치(예를 들어, 8개의 꼭지점 중 어느 하나)로부터 연장 형성되는 자기 코어(1211), 자기 코어(1211)에 권취되고, 일단이 제 1 전원부(1310)와 연결되는 코일(1212), 일단이 코일(1212)의 타단과 연결되고, 타단이 제 1 전원부(1310)와 연결되는 가변 커패시터(1213)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 자기 코어(1211)는 원통 형태의 자성체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 가변 커패시터(1213)는 병렬 연결되는 복수의 커패시터로 구성될 수 있다.
코일(1212), 가변 커패시터(1213), 및 제 1 전원부(1310)는 폐회로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 코일(1212)은 저항(R) 및 인덕터(L) 성분을 포함할 수 있고, 따라서 저항(R), 인덕터(L), 가변 커패시터(1213)로 구성되는 폐회로의 공진 주파수는 가변 커패시터(1213)의 커패시턴스에 따라 가변될 수 있다.
한편, 도 5와 관련된 설명은 다른 자기장 생성부(1220~1280)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 자기장 생성부(1220~1280) 각각도 자기 코어, 코일 및 가변 커패시터를 포함할 수 있고, 각각의 자기장 생성부(1220~1280)는 대응되는 전원부(1320~1330)로부터 전원을 공급받을 수 있으며, 각각의 코일, 가변 커패시터 및 전원부는 폐회로를 형성할 수 있다.
즉, 복수의 자기장 생성부(1210~1280) 각각이 형성하는 폐회로에는 인덕턴스 외에 가변 커패시터로 인한 커패시턴스가 추가되어 있어 특정한 주파수에서 자기장이 최대화되는 공진을 일으킬 수 있다. 이 때 공진점은 각각의 가변 커패시터의 커패시턴스의 제어를 통해 조절할 수 있기 때문에 커패시턴스의 변화 범위가 충분하다면 어떤 주파수에서든 공진을 발생시키는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 각 가변 커패시터의 커패시턴스는 서로 동일하거나 다른 값을 갖도록 설정될 수 있다.
따라서, 원하는 주파수에서 공진이 발생하도록 각 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하여, 특정 주파수(예를 들어, 입력 전압의 주파수)에서 자기장을 생성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 자기장 생성 장치를 보여준다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 자기장 생성 장치(2000)는 구 형태의 입체 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 자기장 생성 장치(2000)는 구조 형성부(2100), 자기장 생성부(2210~2280), 및 전원부(2300)를 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 자기장 생성 장치(2000)는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기장 생성 장치(1000)와 구조 형성부(2100) 및 자기장 생성부(2210~2280)의 구조 및 배치면에서만 상이하고, 자기장 생성부(2210~2280)의 동작 및 기능은 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 이하에서는 불필요한 설명의 반복을 피하기 위해 차이점을 중심으로 간략하게 설명한다.
구조 형성부(2100)는 내부 공간(S)을 갖는 구 형태의 구조를 형성할 수 있다. 내부 공간(S)의 소정 영역에는 타겟 영역(T)이 정의될 수 있다. 구조 형성부(2100)는 내부에 정의되는 면이 서로 직교하고 중심점이 일치하도록 결합되는 2개의 원형 자기 코어 고리(R1, R2)를 포함할 수 있다.
자기장 생성부(2210~2280)는 구조 형성부(2100)의 소정 위치(예를 들어, 각각의 원형 자기 코어 고리(R1, R2)의 소정 위치)로부터 연장 형성되며, 내부 공간(S)에 정의되는 타겟 영역(T)을 향하도록 배치될 수 있다. 상술한 구조 형성부(2100) 및 자기장 생성부(2210~2280)의 구조를 통해 자기장 생성부(2210~2280)는 자기장의 외부 누설을 줄여 고밀도의 자기장을 타겟 영역(T)에 생성할 수 있다. 자기장 생성부(2210~2280)는 복수 개로 구성될 수 있으며, 도 6에서는 8개로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
자기장 생성부(2210~2280) 각각의 구체적인 구조는 도 5를 참조하여 설명한 바와 동일할 수 있다. 따라서, 원하는 주파수에서 공진이 발생하도록 각 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하여, 특정 주파수(예를 들어, 입력 전압의 주파수)에서 자기장을 생성할 수 있다.
도 7은 일반적인 자기장 생성 장치에 의해 생성되는 자기장을 보여주는 도면이다. 도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기장 생성 장치에 의해 생성되는 자기장을 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제 1 코일(121b)이 1620회 권취된 직경 70mm, 길이 250mm의 제 1 자기 코어(121a) 및 제 2 코일(122b)이 1620회 권취된 직경 70mm, 길이 250mm의 제 2 자기 코어(122a)에 각각 10A의 전류를 인가한 경우, 제 1 자기 코어(121a) 및 제 2 자기 코어(122a)의 끝단에서 125mm 떨어진 위치(즉, 타겟 영역(T))에서의 자기장은 개(開)자기회로(도 7 참조)와 폐(閉)자기회로(즉, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기장 생성 장치(100), 도 8 참조)에서 각각 18mT, 58mT로 계산된다. 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기장 생성 장치(100)의 자기장 생성 능력이 일반적인 자기장 생성 장치를 사용한 경우보다 3배 이상 뛰어남을 의미한다.
도 9는 가변 커패시터가 없는 자기장 생성 장치에 인가되는 전압의 주파수의 변화에 따른 자기장의 변화를 보여주는 도면이다. 도 10은 가변 커패시터가 있는 자기장 생성 장치에 인가되는 전압의 주파수의 변화에 따른 자기장의 변화를 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 인덕턴스 효과에 의하여 인가되는 전압의 주파수가 증가함에 따라 생성되는 전류가 작아지는 것이 확인된다. 반면 도 10을 참조하면, 25.4Hz의 주파수에서 공진을 일으키도록 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절한 것으로 가변 커패시터가 없는 경우에 비하여 전류가 약 2.2배에서 4.3배 커진 것이 확인된다. 이러한 전류 증가효과로 인하여 25.4Hz의 주파수에서 가변 커패시터가 없는 경우 생성할 수 있는 회전자기장의 크기가 5mT인데 반해, 가변 커패시터가 있는 경우 14mT로 증가함을 확인할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 1000, 2000: 자기장 생성 장치
110, 1100, 2100: 구조 형성부
120, 1210~1280, 2210~2280: 자기장 생성부
130, 1300, 2300: 전원부
131, 1310, 2310: 제 1 전원부
132, 1320, 2320: 제 2 전원부
121: 제 1 자기장 생성부
121a: 제 1 자기 코어
121b: 제 1 코일
121c: 제 1 가변 커패시터
122: 제 2 자기장 생성부
122a: 제 2 자기 코어
122b: 제 2 코일
122c: 제 2 가변 커패시터

Claims (12)

  1. 타겟 영역을 향해 배치되는 적어도 두 개 이상의 자기 코어들과, 상기 자기 코어들에 각각 권취되는 코일들을 가지며, 상기 타겟 영영에 자기장을 생성하는 자기장 생성부;
    상기 자기 코어들을 지지하고, 내부에 상기 타겟 영역이 위치하는 공간이 형성된 입체 구조를 갖는 구조 형성부; 및
    상기 코일들 각각에 전원을 공급하는 전원부를 포함하되,
    상기 자기 코어들과 상기 구조 형성부는 자성체로 제공되며,
    상기 자기 코어들에 형성된 자기장, 상기 구조 형성부에 형성된 자기장, 그리고 상기 타켓 영역에 형성된 자기장은 폐자기회로를 형성하는 자기장 생성 장치.
  2. 내부 공간을 갖는 입체 구조를 형성하는 구조 형성부;
    상기 구조 형성부의 소정 위치로부터 연장 형성되며, 상기 내부 공간에 정의되는 타겟 영역을 향하도록 배치되고, 자기장을 생성하는 자기장 생성부; 및
    상기 자기장 생성부에 전원을 공급하는 전원부를 포함하며,
    상기 자기장 생성부는 제 1 자기장 생성부 및 제 2 자기장 생성부를 포함하고,
    상기 전원부는 제 1 전원부 및 제 2 전원부를 포함하고,
    상기 제 1 자기장 생성부는
    상기 구조 형성부의 소정 위치로부터 연장 형성되는 제 1 자기 코어;
    상기 제 1 자기 코어에 권취되는 제 1 코일; 및
    일단이 상기 제 1 코일의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제 1 전원부와 연결되는 제 1 가변 커패시터를 포함하고,
    상기 제 2 자기장 생성부는
    상기 구조 형성부의 소정 위치로부터 연장 형성되는 제 2 자기 코어;
    상기 제 2 자기 코어에 권취되는 제 2 코일; 및
    일단이 상기 제 2 코일의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제 2 전원부와 연결되는 제 2 가변 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 생성 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 코일, 제 1 가변 커패시터 및 상기 제 1 전원부는 제 1 폐회로를 형성하고,
    상기 제 1 가변 커패시터의 커패시턴스에 따라 상기 제 1 폐회로의 공진 주파수가 가변되는 것을 특징으로 하는 자기장 생성 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 코일, 제 2 가변 커패시터 및 상기 제 2 전원부는 제 2 폐회로를 형성하고,
    상기 제 2 가변 커패시터의 커패시턴스에 따라 상기 제 2 폐회로의 공진 주파수가 가변되는 것을 특징으로 하는 자기장 생성 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 가변 커패시터 및 제 2 가변 커패시터의 커패시턴스는 서로 동일하거나 다른 값을 갖도록 설정되는 것을 특징으로 하는 자기장 생성 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 자기 코어 및 제 2 자기 코어는 원통 형태의 자성체로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기장 생성 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가변 커패시터 및 제 2 가변 커패시터 각각은 병렬 연결되는 복수의 커패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 생성 장치.
  8. 내부 공간을 갖는 입체 구조를 형성하는 구조 형성부;
    상기 구조 형성부의 소정 위치로부터 연장 형성되며, 상기 내부 공간에 정의되는 타겟 영역을 향하도록 배치되고, 자기장을 생성하는 자기장 생성부; 및
    상기 자기장 생성부에 전원을 공급하는 전원부를 포함하며,
    상기 자기장 생성부는 복수 개이고,
    상기 자기장 생성부는 상기 구조 형성부의 소정 위치로부터 연장 형성되는 복수의 자기 코어;
    상기 복수의 자기 코어 각각에 권취되는 복수의 코일; 및
    일단이 상기 복수의 코일의 타단과 각각 연결되고, 타단이 상기 전원부와 각각 연결되는 복수의 가변 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 생성 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전원부는 상기 복수의 코일 각각에 독립적으로 전원을 공급하도록 복수 개로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기장 생성 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 코일, 상기 복수의 가변 커패시터 및 상기 전원부 중 서로 연결되는 코일, 가변 커패시터 및 전원부는 폐회로를 형성하고,
    상기 가변 커패시터의 커패시턴스 값에 따라 상기 폐회로의 공진 주파수가 가변되는 것을 특징으로 하는 자기장 생성 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 입체 구조는 직육면체 또는 정육면체이고,
    상기 복수의 자기 코어는 상기 직육면체 또는 정육면체의 꼭지점으로부터 연장되어 상기 타겟 영역을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 자기장 생성 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 입체 구조는 구(sphere)이고,
    상기 구조 형성부는 내부에 정의되는 면이 서로 직교하고 중심점이 일치하도록 결합되는 2개의 원형 자기 코어 고리를 포함하고,
    상기 복수의 자기 코어는 상기 2개의 원형 자기 코어 고리의 소정 위치로부터 상기 타겟 영역을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 자기장 생성 장치.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190135330A (ko) * 2018-05-28 2019-12-06 전남대학교산학협력단 기계적 혈전절제술을 위한 가이드-와이어 결합 나선형 마이크로로봇 시스템
WO2020111539A1 (ko) * 2018-11-28 2020-06-04 한양대학교 산학협력단 자기장 구동 시스템
KR20200063942A (ko) * 2018-11-28 2020-06-05 한양대학교 산학협력단 자기장 구동 시스템
CN112439123A (zh) * 2019-08-28 2021-03-05 美国发现集团有限公司 纳米机器人控制系统
KR20210065867A (ko) * 2019-11-27 2021-06-04 광주과학기술원 자기입자 제어장치
WO2023101105A1 (ko) * 2021-11-30 2023-06-08 원광대학교산학협력단 표적 이동 및 가열 제어 다중 모드 전자기 장치
KR20230111716A (ko) * 2022-01-19 2023-07-26 최현철 전자석 어레이 및 이를 구동하기 위한 전원 공급 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007160078A (ja) * 2006-08-11 2007-06-28 Robert R Holcomb 電磁気治療用処置装置及びその使用方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007160078A (ja) * 2006-08-11 2007-06-28 Robert R Holcomb 電磁気治療用処置装置及びその使用方法

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102274982B1 (ko) * 2018-05-28 2021-07-09 전남대학교산학협력단 기계적 혈전절제술을 위한 가이드-와이어 결합 나선형 마이크로로봇 시스템
KR20190135330A (ko) * 2018-05-28 2019-12-06 전남대학교산학협력단 기계적 혈전절제술을 위한 가이드-와이어 결합 나선형 마이크로로봇 시스템
EP3888581A4 (en) * 2018-11-28 2022-08-17 IUCF-HYU (Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University) MAGNETIC FIELD TRAINING SYSTEM
WO2020111539A1 (ko) * 2018-11-28 2020-06-04 한양대학교 산학협력단 자기장 구동 시스템
KR20200063942A (ko) * 2018-11-28 2020-06-05 한양대학교 산학협력단 자기장 구동 시스템
US12014869B2 (en) 2018-11-28 2024-06-18 Iucf-Hyu (Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University) Magnetic field drive system
KR102256332B1 (ko) * 2018-11-28 2021-05-26 한양대학교 산학협력단 자기장 구동 시스템
CN113056237B (zh) * 2018-11-28 2024-05-28 汉阳大学校产学协力团 磁场驱动系统
CN113056237A (zh) * 2018-11-28 2021-06-29 汉阳大学校产学协力团 磁场驱动系统
CN112439123B (zh) * 2019-08-28 2022-08-09 美国发现集团有限公司 纳米机器人控制系统
CN112439123A (zh) * 2019-08-28 2021-03-05 美国发现集团有限公司 纳米机器人控制系统
KR102555804B1 (ko) * 2019-11-27 2023-07-14 광주과학기술원 자기입자 제어장치
KR20210065867A (ko) * 2019-11-27 2021-06-04 광주과학기술원 자기입자 제어장치
WO2023101105A1 (ko) * 2021-11-30 2023-06-08 원광대학교산학협력단 표적 이동 및 가열 제어 다중 모드 전자기 장치
KR20230111716A (ko) * 2022-01-19 2023-07-26 최현철 전자석 어레이 및 이를 구동하기 위한 전원 공급 장치
KR102596027B1 (ko) * 2022-01-19 2023-10-30 최현철 전자석 어레이 및 이를 구동하기 위한 전원 공급 장치

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