KR102600172B1 - 자기장 집게 어레이 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자기장 핀셋 어레이에 관한 것으로서, 다수의 영구자석이 관심영역을 중심으로 대향 배치되되 회전축을 중심으로 영구자석을 회전하는 구조; 및 영구자석의 자기장을 관심영역로 전달해 주는 마그네틱 코어; 및 영구자석이 마그네틱 코어와 일직선상에 위치하면 자기장 폐루프를 형성하여 누설 자기장을 최소화하도록 해 주는 원형 코어부를 포함한다.
Description
이하, 실시예들은 본 발명의 자기장 핀셋 어레이에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전축을 중심으로 영구자석을 회전시켜 마그네틱 코어와 원형 코어가 자기적으로 연결되게 하여 관심영역에 원하는 형태의 자기장 및 자기력을 형성시키는 자기장 핀셋 어레이에 관한 것이다.
다양한 분야에서 자기장과 그에 따라 발생하는 물리적 현상을 이용하여 다양한 실험을 진행하고 있다. 특히 의료 및 생명과학 분야에서 자기장을 이용해 인체나 세포에 직접적인 자기장 자극을 준다거나 자기장에 반응하는 자성체를 포함한 기구나 질병진단 및 치료를 위한 시약 또는 약물을 담지 한 자성체를 원하는 위치로 이동시키는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 일 예로, 관심영역을 중심으로 다수의 솔레노이드 형태로 구성된 코일을 배치하여 중심부에 위치한 자성체를 임의의 움직임을 구현할 수 있다. 코일의 배치 형태나 크기 등은 필요에 따라서 여러 변형이 가능하다.
(특허문헌 1) KR 10-1765015 B1
(특허문헌 1) KR 10-1765015 B1
본 발명의 목적은 회전하는 영구자석을 이용해 관심영역에 원하는 형태의 자기장 및 자기력을 형성시키는 자기장 핀셋 어레이를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기장 핀셋 어레이는 관심영역을 중심으로 대향 배치되는 마그네틱 코어; 및 마그네틱 코어와 일직선상에 위치하고 사용자의 입력에 따라 회전축을 중심으로 회전 가능한 영구자석; 및 영구자석의 외곽에 위치하며 관심영역과 동심을 이루는 원형 코어를 포함한다.
본 발명에 따른 자기장 핀셋 어레이는 관심영역 내에 자성체의 정렬 및 특정 방향으로 자기력을 발생시킬 수 있고 마그네틱 코어 끝단에 발생되는 자기장의 세기 및 방향 제어가 가능할 뿐만 아니라 코일이 없거나 적은 전류 인가만으로 높은 세기의 자기장을 형성시킬 수 있기 때문에 발열에 대한 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 자기장 핀셋 어레이의 모식도이다.
도 2는 자기장 핀셋 어레이의 관심영역에 일정한 세기의 자기장을 형성시키기 위한 자석 배치와 자기력선을 나타낸 모식도이다.
도 3은 자기장 핀셋 어레이의 관심영역에 자기력을 형성시키기 위한 자석 배치와 자기력선을 나타낸 모식도이다.
도 4는 토션 스프링과 전자석을 이용한 자기장 핀셋 어레이용 영구자석 회전 구조를 나타낸 모식도이다.
도 5는 토션 스프링 부착형 회전 구조를 활용한 자기장 핀셋 어레이를 나타낸 모식도이다.
도 6는 인장 스프링과 전자석을 이용한 자기장 핀셋 어레이용 영구자석 회전 구조를 나타낸 모식도이다.
도 7는 인장 스프링 부착형 회전 구조를 활용한 자기장 핀셋 어레이를 나타낸 모식도이다.
도 8는 영구 자석의 회전 각도에 따른 관심영역내 자기장 세기 조절 방법을 나타낸 모식도이다.
도 9는 인장 스프링 부착형 회전 구조에서 전자석에 인가되는 전류의 세기에 따라 영구자석의 정렬각도를 나타낸 모식도이다.
도 2는 자기장 핀셋 어레이의 관심영역에 일정한 세기의 자기장을 형성시키기 위한 자석 배치와 자기력선을 나타낸 모식도이다.
도 3은 자기장 핀셋 어레이의 관심영역에 자기력을 형성시키기 위한 자석 배치와 자기력선을 나타낸 모식도이다.
도 4는 토션 스프링과 전자석을 이용한 자기장 핀셋 어레이용 영구자석 회전 구조를 나타낸 모식도이다.
도 5는 토션 스프링 부착형 회전 구조를 활용한 자기장 핀셋 어레이를 나타낸 모식도이다.
도 6는 인장 스프링과 전자석을 이용한 자기장 핀셋 어레이용 영구자석 회전 구조를 나타낸 모식도이다.
도 7는 인장 스프링 부착형 회전 구조를 활용한 자기장 핀셋 어레이를 나타낸 모식도이다.
도 8는 영구 자석의 회전 각도에 따른 관심영역내 자기장 세기 조절 방법을 나타낸 모식도이다.
도 9는 인장 스프링 부착형 회전 구조에서 전자석에 인가되는 전류의 세기에 따라 영구자석의 정렬각도를 나타낸 모식도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.
본 발명의 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한 본 발명의 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
도 1의 자기장 핀셋 어레이(100)는 다수의 영구자석(101)이 관심영역(105)을 중심으로 대향 배치되되 회전축(102)을 중심으로 영구자석을 회전하는 구조; 영구자석(101)의 자기장을 관심영역(105)로 전달해 주는 마그네틱 코어(103); 및 영구자석(101)이 마그네틱 코어(103)와 일직선상에 위치하면 자기장 폐루프를 형성하여 누설 자기장을 최소화하도록 해 주는 원형 코어(104); 로 구성되어 관심영역(105)에 자기장을 발생시킨다.
도 2는 자기장 핀셋 어레이의 관심영역에 일정한 세기의 자기장을 형성시키기 위한 자석 배치와 자기력선을 나타낸 모식도이다. 자기력선은 일반적으로 N극에서 나와 S극으로 들어가는 형태로 생성되게 된다. 또한 자기력선은 투자율이 높은 물질을 따라 흐르는 특성이 있다. 도 2와 같이 제1 영구자석(109)을 제 1 마그네틱 코어(111)부는 S극으로 밀착되게 배치하고 원형 코어(104) 부분은 N극으로 밀착되게 배치한 상태에서 제 1 대칭 영구자석(110)을 제 1 대칭 마그네틱 코어(112)는 N극으로 밀착되게 배치하고 원형 코어(104)는 S극으로 밀착되게 배치하게 되면 제 1 영구자석(109)의 N극부터 시작되는 원형 코어 내 자기력선(108)을 따라 제 1 대칭 영구자석(110)의 S극과 연결된다. 제 1 대칭 영구자석(110)의 N극과 제 1 대칭 마그네틱 코어(112)가 밀착되어 마그네틱 코어 내 자기력선(107)이 생긴다. 관심영역(105)을 중심으로 대향 배치되는 제 1 마그네틱 코어(111)와 제 1 대칭 마그네틱 코어(112) 사이의 관심영역(105)에는 공극이 있고 일정한 세기의 자기력선(106)이 생성된다.
도 3은 자기장 핀셋 어레이의 관심영역에 자기력을 형성시키기 위한 자석 배치와 자기력선을 나타낸 모식도이다. 도 3과 같이 제 1 영구자석(113)을 제 1 마그네틱 코어(115)부는 S극으로 밀착되게 배치하고 원형 코어(104) 부분은 N극으로 밀착되게 배치한 상태에서 제 1 영구자석과 이웃한 제 2 영구자석(114)을 제 2 마그네틱 코어(116)는 N극으로 밀착되게 배치하고 원형 코어(104)는 S극으로 밀착되게 배치하게 되면 제 1 영구자석(113)의 N극부터 시작되는 원형 코어 내 자기력선(108)을 따라 제 2 영구자석(114)의 S극과 연결된다. 제 2 영구자석(114)의 N극과 제 2 마그네틱 코어(116)가 밀착되어 마그네틱 코어 내 자기력선(107)이 생긴다. 관심영역(105)을 중심으로 이웃하게 배치되는 제 1 마그네틱 코어(115)와 제 2 마그네틱 코어(116) 사이의 관심영역(105)에는 공극이 있고 두 마그네틱 코어 사이로 자기력(117)이 생성된다.
도 4는 토션 스프링과 전자석을 이용한 자기장 핀셋 어레이용 영구자석 회전 구조를 나타낸 모식도이다. 영구자석을 회전시키기 위해서 수동으로 하는 방법이나 모터 등의 동력장치를 활용하는 방법이 있다. 도 4는 전자석을 이용해 자석의 회전 방향을 제어하는 방법을 나타낸다. 영구자석의 중심부에 회전축(203)이 있고 영구자석의 양 말단부 쪽에 영구자석 핀(202)이 있다. 회전축을 중심으로 영구자석 핀과 연결된 토션 스프링(201)이 설치되게 된다. 토션 스프링(201)은 외력이 작용하지 않을 경우에는 영구자석(101)을 마그네틱 코어(205)와 수직 방향으로 정렬되도록 하는 역할을 한다. 회전축(203)과 일직선상에 마그네틱 코어(205)와 마그네틱 코어 외부에 전자석을 구성하기 위한 코일(204)이 권취되어 있다. 코일(204)에 정방향 전류(206) 또는 역방향 전류(207)이 인가되면 마그네틱 코어(205)가 자화되고 이를 통해 영구자석을 마그네틱 코어(205)와 일직선상에 위치하도록 회전하는 토크를 발생시킬 수 있다. 이렇게 되면 영구자석(101)의 자기력선과 마그네틱 코어(205)와 코일(204)로 이루어진 전자석에 의해 발생되는 자기력선이 합쳐져 높은 밀도의 자기력선을 관심영역에 형성시킬 수 있다.
도 5는 토션 스프링 부착형 회전 구조를 활용한 자기장 핀셋 어레이를 나타낸 모식도이다. 코일에 전류가 인가되면 전자석(204)이 자화가 되고 이를 통해 특정 영구자석의 방향을 회전시킬 수 있다. 또한 코일에 전류가 흐르지 않으면 토션 스프링의 복원력에 의해 영구자석(101)을 마그네틱 코어(205)와 수직 방향으로 정렬된다.
도 6는 인장 스프링과 전자석을 이용한 자기장 핀셋 어레이용 영구자석 회전 구조를 나타낸 모식도이다. 영구자석의 중심부에 회전축(303)이 있고 영구자석의 양 말단부와 외부 베이스에 인장스프링 고정핀(302, 308)이 있다. 인장스프링 고정핀을 통해 영구자석의 끝단과 베이스 판이 연결되어 있다. 인장 스프링(301)은 외력이 작용하지 않을 경우에는 영구자석(101)을 마그네틱 코어(205)와 수직 방향으로 정렬되도록 하는 역할을 한다. 회전축(203)과 일직선상에 마그네틱 코어(205)와 마그네틱 코어 외부에 전자석을 구성하기 위한 코일(204)이 권취되어 있다. 코일(204)에 정방향 전류(206) 또는 역방향 전류(207)이 인가되면 마그네틱 코어(205)가 자화되고 이를 통해 영구자석을 마그네틱 코어(205)와 일직선상에 위치하도록 회전하는 토크를 발생시킬 수 있다. 이렇게 되면 영구자석(101)의 자기력선과 마그네틱 코어(205)와 코일(204)로 이루어진 전자석에 의해 발생되는 자기력선이 합쳐져 높은 밀도의 자기력선을 관심영역에 형성시킬 수 있다.
도 7는 인장 스프링 부착형 회전 구조를 활용한 자기장 핀셋 어레이를 나타낸 모식도이다. 코일에 전류가 인가되면 전자석(204)이 자화가 되고 이를 통해 특정 영구자석의 방향을 회전시킬 수 있다. 또한 코일에 전류가 흐르지 않으면 인장 스프링의 복원력에 의해 영구자석(101)을 마그네틱 코어(205)와 수직 방향으로 정렬된다.
도 8는 영구 자석의 회전 각도에 따른 관심영역내 자기장 세기 조절 방법을 나타낸 모식도이다. 도 8(a)와 같이 영구자석(101)과 마그네틱 코어(103)가 수직하게 배치되면 마그네틱 코어를 지나는 자기력은 거의 없다. 도 8(b)와 같이 영구자석(101)과 마그네틱 코어(103)가 일정한 각도를 가지고 비스듬하게 배치되면 마그네틱 코어를 지나는 자기력은 증가한다. 이 때 영구자석과 마그네틱 코어의 각도가 일직선상에 가까울수록 증가한다. 도 8(c)와 같이 영구자석(101)과 마그네틱 코어(103)이 일직선상에 일치하게 되면 가장 많은 자기력선이 마그네틱 코어를 지나가게 되어 자기력이 가장 크다.
도 9는 인장 스프링 부착형 회전 구조(300)에서 전자석에 인가되는 전류의 세기에 따라 영구자석의 정렬각도를 나타낸 모식도이다. 전자석은 인가되는 전류의 세기와 방향에 따라 쉽게 자기장 세기 및 방향을 제어할 수 있는 장점이 있다. 이를 활용하면 전자석에 인가되는 전류의 세기와 방향 제어와 토션 스프링의 복원력을 통해 원하는 각도로 영구자석을 정렬할 수 있고 이를 통해 관심영역에서 발생되는 자기장의 세기를 제어할 수 있다.
100 : 자기장 핀셋 어레이 101 : 영구자석
102 : 회전축 103 : 마그네틱 코어
104 : 원형 코어 105 : 관심영역
106 : 관심영역 내 자기력선 107 : 마그네틱 코어 내 자기력선
108 : 원형 코어 내 자기력선 109 : 제 1 영구자석
110 : 제 1 대칭 영구자석 111 : 제 1 마그네틱 코어
112 : 제 1 대칭 마그네틱 코어 113 : 제 1 영구자석
114 : 제 2 영구자석 115 : 제 1 마그네틱 코어
116 : 제 2 마그네틱 코어 117 : 자기력 방향
200 : 토션 스프링 부착형 영구자석 회전 구조
201 : 토션 스프링 202 : 영구자석 핀
203 : 회전축 204 : 코일
205 : 마그네틱 코어 206 : 정방향 전류
207 : 역방향 전류 300 : 인장 스프링 부착형 영구자석 회전 구조
301 : 인장 스프링 302 : 인장스프링 영구자석 고정핀
308 : 인장스프링 베이스 고정핀
102 : 회전축 103 : 마그네틱 코어
104 : 원형 코어 105 : 관심영역
106 : 관심영역 내 자기력선 107 : 마그네틱 코어 내 자기력선
108 : 원형 코어 내 자기력선 109 : 제 1 영구자석
110 : 제 1 대칭 영구자석 111 : 제 1 마그네틱 코어
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203 : 회전축 204 : 코일
205 : 마그네틱 코어 206 : 정방향 전류
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301 : 인장 스프링 302 : 인장스프링 영구자석 고정핀
308 : 인장스프링 베이스 고정핀
Claims (6)
- 자기장 핀셋 어레이에 있어서,
관심영역을 중심으로 대향 배치되되, 각 회전축을 중심으로 회전 가능한 다수의 영구자석;
상기 영구자석의 자기장을 상기 관심영역으로 전달해 주는 마그네틱 코어; 및
상기 영구자석이 상기 마그네틱 코어와 일직선상에 위치하면 자기장 폐루프를 형성하여 누설 자기장을 최소화하도록 해 주는 원형 코어;
를 포함하는 자기장 핀셋 어레이. - 제 1항에 있어서,
상기 영구 자석은, 4개 이상으로 마련되며 회전 구조로 구성되어 중심부를 원점으로 하여 대향 배치되는,
자기장 핀셋 어레이. - 제 1항에 있어서,
상기 영구자석과 상기 마그네틱 코어의 정렬 각도를 임의로 제어 가능한,
자기장 핀셋 어레이. - 제 1항에 있어서,
상기 영구자석을 회전시키기 위해 상기 마그네틱 코어와 전자석을 이용하는,
자기장 핀셋 어레이. - 제 3항에 있어서,
상기 영구자석의 회전 복원력을 발생시키기 위해 토션 스프링을 이용하는,
자기장 핀셋 어레이. - 제 3항에 있어서,
상기 영구자석의 회전 복원력을 발생시키기 위해 인장 스프링을 이용하는,
자기장 핀셋 어레이.
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2022
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