KR20200028581A - 생체 적합성 동물 및 인체 치료용 자성 나노 물질 발열 기반의 교류 자기장 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동물체에 내입된 자성 물질을 교류 자기장에 의해 발열시키기 위한 교류 자기장 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 코일에 인가되는 전력을 낮추면서 코일의 크기를 대형화할 수 있고, 서로 다른 주파수를 선택적으로 인가하면서 인가 시간을 임의로 제어할 수 있게 할 목적으로, 전도성 금속판을 환형 원통 형태로 권취하여 형성된 내부의 자성물질 내입 공간에 대하여 교류 자기장 환경을 조성함으로써 자성 물질을 발열시키는 코일(100); 상기 코일(100)에 서로 다른 공진 주파수를 선택적으로 인가하기 위해 상기 코일(100)과 병렬로 연결되고 서로 다른 용량을 가진 복수의 공진 콘덴서(210); 각각의 상기 공진 콘덴서(210)와 상기 코일(100)의 접속을 선택적으로 연결 또는 해제하는 스위치(300); 를 포함하는 자성 물질 발열용 교류 자기장 발생 장치가 제공된다.

Description

생체 적합성 동물 및 인체 치료용 자성 나노 물질 발열 기반의 교류 자기장 발생 장치{AC MAGNETIC FIELD GENERATOR USING MAGNETIC NANOSTRUCTURED MATERIALS FOR HYPERTHERMIA TREATMENT OF ANIMALS AND HUMANS IN A BIOLOGICAL AND PHYSIOLOGICAL SAFE RANGE}

본 발명은 온열치료를 위한 교류 자기장 발생장치에 관한 것으로, 교류 자기장 환경하에서 생물학적 조직 내에 투입된 자성 나노 물질을 43℃ 이상의 온도로 국부적으로 발열시켜 악성종양과 같은 고형암 또는 대부분의 전이암에 부작용 없는 온열치료를 가능하게 하는 동물 및 인체 치료용 자성 나노 물질 발열용 교류 자기장 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 악성종양은 외과적 적출, 화학요법, 방사선요법 또는 이러한 요법들을 조합하는 공지의 방법으로 치료되고 있는데, 이러한 치료법들은 전이(轉移)가 상당히 진행된 단계에서 악성종양이 인체의 치명적인 부위에 근접하여 있거나 악성종양이 일정치 않은 위치로 확산되어 성장하는 경우, 악성종양의 외과적 적출은 불가능하거나 치료를 위한 최소한의 기회를 제공하는 것에 불과하다는 등의 이유로 치료의 한계를 가진다.

따라서 외과적 치료는 일반적으로 방사선요법 및 화학요법과 병행되고 있으며, 방사선 요법은 영상-처리 방법에 의한 악성종양의 위치측정만큼이나 정확하며, 수술과는 다르게 장기의 구조나 기능을 보존할 수 있다는 장점이 있으나, 항암제의 사용 및 인체에 치명적인 방사선 물질의 사용으로 정상 세포에까지 영향을 미쳐 인체 기능에 제한을 초래하고 그에 따른 면역력을 떨어뜨리는 심각한 부작용이 발생하는 단점이 있다. 이와 반대로 화학요법은 몸 전체에 작용하는데, 이 경우 화학요법의 특성상 골수에 끼치는 독성이나 결핍과 같은 부작용 발생은 일반적으로 필연적이다.

다른 양상으로서 온열요법(hyperthermia)은 43℃ 이상의 열을 악성종양 조직에 국부적으로 가하게 되면 열에 약한 암세포의 느린 혈액 순환으로 인한 영양결핍의 특성상 조직 증식의 국부적인 억제를 유발시키는 효과와 함께 일정 범위에서 외과수술, 방사선 요법 및 화학요법과의 병행으로 생존성을 향상시킬 수 있다는 치료의 성과를 얻어왔다.

온열치료법은 일반적으로 Mild hyperthermia(Combinational hyperthermia)와 열소작법(Thermal ablation)으로 나눌 수 있다. 치료하고자 하는 암 세포의 형태 및 암의 발생 위치(기관 및 조직 등)에 따라 적용하는 온열치료 방법 및 사멸 방식 (Necrosis, Apoptosis)을 다르게 적용하여야 한다. 이때, 정상 조직 세포에 54℃ 이상의 온도를 가해주면 회저(懷疽,necrosis), 응고(凝固, coagulation) 또는 탄화(carbonization)의 형태 등으로 세포의 급격한 파괴가 일어나게 된다.

따라서, 온열치료법의 이상적인 온도는 43 ~ 51℃의 범위로 제한되고 있다. 특히, 현시점에서 다양한 온열치료법 중에 특정한 암(Glioblastoma, Prostate cancer)의 경우에는 열소작법이 가장 효과적인 온열치료법으로써 사용되고 있으며, 열소작법을 이용한 온열치료법은 ~51℃ 의 발열 온도를 5분 이내의 짧은 시간 안에 급격하게 가해주어 타겟으로 하는 암을 완전히 사멸시키는 방법이라고 할 수 있다.

또한, 종래 기술에 따른 온열요법 시스템은 신체의 목표 부위인 암 조직만을 선택적으로 정밀하게 집중시키지 못할 뿐만 아니라, 균일하게 가열시키는 것이 거의 불가능하다는 단점이 있다. 온열요법의 궁극적인 암 사멸 방식을 구현해 내기 위해서는 안전한 범위의 주파수 및 교류 자기장 발생을 통해 동물/인체에 무해한 상태로 열을 발생시켜줄 수 있는 장비 개발이 필요로 하고 있으며, 동물 또는 인체에 주입되는 나노 입자의 생체적합성 및 물리적 특성을 고려하여 발생하는 자기장을 집중시키는 기술도 필연적으로 필요하다.

또한, 종양 내의 어떤 생리적인 상태 [예를 들어, 산소결핍, 저 수소이온 지수(pH)]하에서, 종양이 있는 세포는 온열요법에 의해서 발생한 열을 통하여 암세포를 죽이거나 손상을 줄 수 있다. 하지만, 온열요법 자체만으로는 제한된 경우에만 치료가 가능하고, 효능 면에서도 타겟으로 하는 악성종양 세포를 발열시키는 데에 효과적이지 못하기 때문에, 자성 나노 물질 등을 이용한 치료제에 의해 지시되는 암세포 부위에 가열을 제한하는 온열치료 연구가 활발히 진행 중이다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 선행기술문헌의 일 예로서, 대한민국 공개특허 제2011-0014981호(특허문헌 1)에서는 자성 나노 입자를 이용하는 열 치료법을 위해, 생체 조직 내의 자성 또는 자성화 가능 물질을 가열하기 위한 교번 자계 인가 장치가 제안된 바 있다.

이에 따르면 교류 자기장을 자성 물질에 인가시킬 경우, 교류 자기장 하에서 비접촉 방식으로 유도되는 자기장에 의해 자성 물질 내부 물성인 스핀을 회전(Nιel Relaxation)시키거나 자성 물질 자체가 회전(Brownian Relaxation)하는 즉, Bio-mechanical force에 따른 결과를 수반하고, 이러한 회전 현상들에 의해 자성물질 주변 환경과 반응하여 발생되는 AC hysteresis loss와 Spin relaxation이 곧 열로 변환되어 발열 현상이 일어난다.

자성 물질의 발열 현상을 이용하면, 자성 물질이 암 조직에 투입된 경우 43℃ 이상의 열이 발생하여 암 조직 내의 느린 혈액 순환으로 인해 산소 결핍 상태가 가속화될 뿐 아니라 암세포의 세포막이 파괴(Necrosis)되고 단백질 변성(Apoptosis) 또는 신진대사 장애 등과 같은 손상을 통하여 암조직이 자연사 또는 괴사되는 효과를 수반한다.

그러나 동물 및 인체의 국부적인 부분을 교류 자기장 환경에 놓이도록 하기 위해서는 예컨대 자기공명영상(MRI) 장비와 같이 대형 장비가 요구되고, 그만큼 자기장 형성을 위한 코일이 대형화되어야 하는데, 코일 반경이 커지면 코일에서 발생되는 주파수와 자기장의 세기가 제한적으로 발생하여 코일 내 자기장 세기의 deviation이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 동일한 자기장 세기를 출력하기 위해 큰 전력의 인가가 요구되므로 장치의 비대화 및 유지 비용이 고가라는 문제점도 수반한다.

즉, 예를 들면, 도 7과 같이 직경이 12mm인 동파이프를 이용하여 내경이 320mm, 전체 길이가 201mm인 원통형 코일을 제조하고, 도 8과 공진 회로를 적용하여 코일 내에 자기장을 형성할 수 있게 하면, 원통형 코일은 10 회전(turn) 정도이고, 인덕턴스(L)는 30uH, 유도성 리액턴스(XL)은 19Ω이다.

주파수가 100kHz일 때 코일 내에서의 최대 교류 자기장을 출력하기 위해서 워크 코일(Work coil)에 교류 전류를 인가한 결과 인가되어야 하는 교류 전류는 1100A(Ic)로 측정되었다.

여기서 공급되는 전압 Vc는 교류전류(Ic)와 유도성 리액턴스(Xl)의 크기에 비례하여 증가하므로 도 7 및 도 8의 코일 및 콘덴서(C)에 공급되는 전압은 '1100A(Ic) Х 19Ω(XL)'인 20,900V(Vc)이다.

이와 같이 20,900V의 고전압이 걸리게 하려면 HF Matching Transformer와 출력 케이블의 절연은 현재 기술적인 한계에 봉착해 있으며, 공진 콘덴서(C)의 내압이 커야 하는데, 기존 소형 콘덴서의 내압은 최대 1000V이므로 위와 같이 20,900V의 전압을 견디기 위해서는 콘덴서(C) 수십 개 이상을 직렬로 연결해야 한다.

따라서, 종래의 자기장 발생 장치는 장치 및 부품이 비대해지고 설비 비용이 고가이며 유지비용도 증가할 수밖에 없을 뿐 아니라, 높은 전압으로 인해 고주파 노이즈가 많이 발생하며, 자칫 전극이나 코일의 과열로 인해 쉽게 코일이 변형되거나 단선 또는 화재가 발생할 수 있는 위험성을 내포하는 것이다.

대한민국 공개특허 제2011-0014981호 (2011.02.14 공개)

상기의 선행기술이 내포한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 코일에 인가되는 전력을 낮추면서 부품을 소형화하는 동시에 필요에 따라 판형 코일의 크기를 안정적으로 대형화할 수 있고, 판형 코일의 내구성을 증대시키는 동시에 서로 다른 주파수를 선택적으로 인가하면서 인가 시간을 임의로 제어할 수 있게 하는 생체 적합성 동물 및 인체 치료용 자성 나노 물질 발열 기반의 교류 자기장 발생 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자성 물질 발열용 자기장 발생 장치는, 전도성 금속판을 환형 원통 형태로 권취하여 형성된 그 내부의 자성물질 내입 공간에 대하여 교류 자기장 환경을 조성함으로써 자성 물질을 발열시키는 코일; 상기 코일에 서로 다른 공진 주파수를 선택적으로 인가하기 위해 상기 코일과 병렬로 연결되고 서로 다른 용량을 가진 복수의 공진 콘덴서; 각각의 상기 공진 콘덴서와 상기 코일의 접속을 선택적으로 연결 또는 해제하는 복수의 스위치; 를 포함하는 것이 특징이다.

본 발명의 자성 물질 발열용 교류 자기장 발생 장치에 따르면, 코일의 형태가 전도성 금속판을 환형 원통 형태로 권취하여 판형 코일을 이룬 것으로, 이에 따라 코일에 인가되는 전압을 대폭 낮출 수 있게 되어 공진 콘덴서의 회로 구성을 용이하게 하고, 저전압으로 인해 안전하고 장치(부품)를 소형화할 수 있으며, 나아가 필요에 따라 자기장 형성을 위한 판형 코일을 대형화하더라도 구조적으로 안전성을 확보할 수 있다.

또한, 판형 코일의 폭이 넓으므로 자장 분포가 균일하고 위치별 편차가 적으며 노이즈 발생도 작은 이점이 있다.

또한, 공진 회로 설계시 다양한 주파수를 갖는 콘덴서를 구비하고 스위치를 통해 다양한 주파수를 선택할 수 있게 하고, 동시에 주파수 인가 시간을 제어함으로써 온도 제어가 용이하고 자기장 발생 장치에 고전력이 걸리는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 10 ~ 500kHZ 범위에서 선택할 수 있는 다양한 주파수 모드를 인가할 수 있으므로 암 조직 형태나 위치에 따라 적의 대처하면서 암조직을 효과적으로 제거할 수 있다.

게다가 스위칭시 탄성력에 의해 전극 접속력이 증가하므로 접속 안정성을 향상시킬 수 있게 되어 쇼트나 스파크 등 전기적 충격을 방지할 수 있는 등 전기적 안전성을 대폭 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 자기장 발생 장치의 공진 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 자기장 발생 장치의 코일 구조를 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 자기장 발생 장치의 코일 구조를 보인 평면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 자기장 발생 장치의 전극 스위치 구조를 보인 단면도로서, 도 4는 전극 간 접속이 해제된 상태를 나타내고, 도 5는 전극이 상호 접속된 상태를 나타내며, 도 6은 전극이 탄성력에 의해서 밀착 접속된 상태를 나타낸다.
도 7은 종래 자기장 발생 장치용 코일의 일 예를 보인 정면 및 측면도이다.
도 8은 종래 자기장 발생 장치용 공진 회로도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 이하에서는 본 발명의 바람직한 양태를 예시하고, 이에 기하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명을 예시된 양태에만 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위는 예시된 형태의 통상적인 변경이나 균등물 내지 대체물까지 포함한다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'된다는 것은 '직접적으로 연결'되거나 어떠한 요소를 두고 '간접적으로 연결'된 경우를 포함하며, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아닌, 다른 구성요소가 추가될 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 자기장 발생 장치의 공진 회로(200)를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 자기장 발생 장치의 판형 코일 구조를 보인 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 발생 장치의 판형 코일 구조를 보인 평면도이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 자기장 발생 장치의 전극 스위치 구조를 보인 단면도로서, 도 4는 전극 간 접속이 해제된 상태를 나타내고, 도 5는 전극이 상호 접속된 상태를 나타내며, 도 6은 전극이 스프링의 탄성력에 의해서 밀착 접속된 상태를 나타낸다.

도 1을 참조하는 바와 같이, 본 발명에 따른 자성 물질을 발열시키기 위한 교류 자기장 발생 장치는, 판형 코일(100), 복수의 공진 콘덴서(210) 및 스위치(300)를 포함하고, 상기 판형 코일(100) 및 스위치(300)를 구성하는 전극을 냉각시키기 위한 냉각 시스템(미도시)을 더 포함할 수 있다.

상기 판형 코일(100)은 전도성 금속판(예를 들면 동판)을 환형 원통 형태로 권취함으로써 그 내부에 형성된 자성물질 내입 공간(S)에 대하여 교류 자기장 환경을 조성하여 자성 물질을 발열시키기 위한 것이다.

더 구체적으로 도 2 및 도 3을 참조하는 바와 같이 상기 판형 코일(100)은, 복수의 원통부(110)를 포함하고, 복수의 원통부(110) 각각은 제1이격공간(111)을 사이에 두고 소정 거리 이격 배치된 것으로, 원통부(110) 개수는 제한되지는 않으나 도시한 바와 같이 3개가 구비되거나 혹은 2개 내지 6개 범위로 배치될 수도 있다.

각 원통부(110)를 전기적으로 연결하기 위해 원통부(110) 중 어느 한 부분에서 사선 형태로 경사지게 배치된 연결부(113)가 이웃한 원통부(110)를 상호 연결하며, 이때 각각의 연결부(113)는 평행하게 배치되고, 각 연결부 사이에도 제1이격공간(111)이 형성된다.

한편, 최 외측에 위치한 양쪽 한 쌍의 원통부(110)는 상기 제1이격공간(111)에서 외측 방향으로 연장된 제2이격공간(114)에 의해 단절됨으로써 복수의 원통부(110)는 전체가 하나의 라인을 형성한다.

이와 같이 하나의 라인 형태로 배치된 각 원통부(110)의 양쪽 단부에는 접속단자(112)가 설치될 수 있다.

도 7 및 도 8의 예를 들어 앞에서 설명한 바와 같이 직경이 10mm ~ 13mm인 동파이프를 원통형으로 감아서 전체 길이가 약 200mm인 코일을 제조하면 코일의 회전수는 약 10~13회 정도이고, 이때의 인덕턴스(L) 값은 30~35uh가 측정된다.

코일에 걸리는 전압은 인덕턴스(L) 값이 클수록 높게 걸리며 자성물질 발열을 위해 최대 교류 자기장을 만들기 위해서는 코일에 10000볼트(V) 이상의 전압을 공급해야만 한다. 하지만 콘덴서(C)의 값은 주파수, 인덕턴스(L) 값, 출력(가우스)에 제약을 받기 때문에 콘덴서(C)가 10000볼트 이상을 견디게 하려면 부피가 대단히 커지고 제조비용이 고가일 수밖에 없다.

< 실시예 >

앞서 설명한 도 7 및 도 8의 종래 원통형 코일과 대비하기 위해,

[그림 1]

위 [그림 1]과 같이 두께 3mm인 동판을 이용하여 내경이 320mm, 전체 길이가 200mm인 판형 코일을 제조하고, 도 1과 같이 본 발명의 공진 회로를 적용하여 판형 코일 내에 자기장을 형성할 수 있게 하였다. 이때 판형 코일은 3 회전(turn)이고, 인덕턴스(L)는 2.7uH, 유도성 리액턴스(XL)은 1.7Ω이다.

주파수가 100kHz일 때 판형 코일 내의 최대 교류 자기장을 출력하기 위해서는 앞서 종래 원통형 코일에서 측정한 바와 같이 워크 코일(Work coil)에 1100A(Ic)의 교류전류를 인가해야 한다.

여기서 공급되는 전압 Vc는 교류전류(Ic)와 유도성 리액턴스(Xl)의 크기에 비례하여 증가하므로 본 발명의 실시예에 따른 코일 및 콘덴서(C)에 공급되는 전압은 '1100A(Ic) × 1.7Ω(XL)'인 1,870V(Vc)로서, 2,000V 이하의 전압이 요구되며, 이는 종래 요구되는 전압(약 20,000V)에 비해 1/10 수준으로 낮출 수 있음이 확인되었다.

본 발명의 실시예와 같이 판형 코일을 적용한 경우, 코일 및 콘덴서에 걸리는 전압을 대폭 낮출 수 있게 되어 공진 콘덴서의 회로 구성을 용이하게 할 수 있고, 다양한 주파수 대역의 콘덴서를 병렬로 적용하는 것도 가능하다.

또한, 저전압으로 안전성이 향상되고, 소형 콘덴서 1개만 적용할 수 있으므로 부품 및 장비의 소형화가 가능하다.

물론, 예시된 도면에서는 판형 코일(100)이 3회전(turn) 한 것으로 예로 들었으나, 본 발명은 필요에 따라 2회전 내지 4회전, 혹은 그 이상 회전시키는 것을 포함한다.

한편, 교류 자기장 형성시 판형 코일(100)이 과열되는 것을 방지하기 위해 상기 판형 코일(100)의 외면에는 냉각 배관(120)이 더 설치될 수 있다.

냉각 배관(120)은 하나의 라인으로 이루어지고, 일측 단부에 냉각수 입수구(121)가 형성되고 타측 단부에는 냉각수 출수구(122)가 형성되며, 이때 상기 냉각 배관(120)은 상기 원통부(110) 및 연결부(113)의 각 외면 중심부에 접한 상태로 배치하여 판형 코일(100)을 과열을 방지할 수 있다.

냉각 배관(120)의 입수구(121) 및 출수구(122)는 냉각수 순환 장치(미도시)를 비롯하여 냉각수의 온도를 낮추기 위한 열교환기 등과 연결되는데, 이러한 장치는 일반적인 공조 시스템이 적용될 수 있으므로 이에 관한 설명은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있어 상세한 설명은 생략한다.

한편, 도 1과 같이 공진 콘덴서(210)는, 서로 다른 용량을 가진 복수의 콘덴서(C1, C2, C3...)가 각각 상기 판형 코일(100)과 병렬로 연결되고, 각각의 콘덴서 값에 따라 원하는 주파수를 만들 수 있다.

도면에서 공진 콘덴서(210)는 50kHz(C1), 80kHz(C2) 및 100kHz(C3) 3개가 병렬로 연결된 것을 예시하였으나, 공진 콘덴서(210)의 개수는 소망하는 주파수에 따라 3개 이상이 설치될 수 있으며, 예를 들면 10kHz 내지 500kHz 범위 내에서 다양하게 설계할 수 있다.

상기 스위치(300)는 각각의 공진 콘덴서(210)와 판형 코일(100)의 접속을 선택적으로 연결 또는 해제하기 위해 마련된 것으로, 스위칭 방식은 후술하는 바와 같이 솔레노이드(Solenoid) 구조가 적용될 수 있다.

도 1 및 도 4를 참조하는 바와 같이, 상기 스위치(300)는 공진 콘덴서(210) 및 판형 코일(100)과 각각 연결된 2개의 고정 전극(332)을 비롯하여 솔레노이드(320)와 연결된 가동 전극(331)을 포함한다.

이때 한 쌍의 고정 전극(332)은 상호 이격된 상태에서 위치가 고정되어 있고, 가동 전극(331)은 솔레노이드(320)와 연결되어 있어서 솔레노이드(320)의 작동에 의해서 위치가 가변될 수 있다.

솔레노이드(320)는 솔레노이드 본체(321) 및 상기 솔레노이드 본체(321)에 대하여 직선 왕복 이동 가능한 솔레노이드 핀(322)을 포함하여 구성되고, 상기 가동 전극(331)은 전극 로드(330)를 매개체로 상기 솔레노이드 핀(322)과 연결된다.

전극 로드(330)는 일측 단부가 가동 전극(331)과 연결되고, 타측 단부가 솔레노이드 핀(322)과 연결되며, 동시에 한 쌍의 고정 전극(332) 사이의 이격 공간을 관통하도록 배치된다.

이때 전극 로드(330)와 상기 솔레노이드 핀(322)은 힌지(334)를 매개로 연결됨으로써 전극 로드(330)가 솔레노이드 핀(322)에 대하여 스윙 가능하게 연결될 수 있는데, 이에 대한 작용효과는 후술하여 구체화될 것이다.

일반적으로 솔레노이드(Solenoid)는 도선을 나선형으로 촘촘하고 균일하게 원통형으로 길게 감아 만들어서 전류를 흘리면 원통의 외부에서는 자기장이 거의 0이고 내부에는 비교적 균일한 크기의 자기장이 형성되며, 이에 따라 근처의 철제 물체를 끌어당기게 되는바, 이러한 원리를 응용하여 솔레노이드 본체(321)에 도선을 나선형으로 배치한 상태에서 금속재의 솔레노이드 핀(322)이 솔레노이드 본체(321) 내에서 왕복 이동 가능하게 마련된다. 물론 솔레노이드의 작동 방식은 공지된 것으로 다양한 기술분야에 실용화된 것이므로 이에 관한 구체적인 설명은 생략한다.

도 4 및 도 5를 대비하여 참조하는 바와 같이 솔레노이드(320) 작동에 의해서 솔레노이드 핀(322)이 상승하면, 솔레노이드 핀(322)과 연결된 가동 전극(331)이 동반 상승하여 한 쌍의 고정 전극(332)과 접촉하게 되고, 이때 한 쌍의 고정 전극(332)이 가동 전극(331)을 매개로 전기적으로 접속되며, 그에 따라 판형 코일(100)에 전력이 공급되어 자성물질 내입공간(S)에 교류 자기장이 형성된다.

가동 전극(331)과 고정 전극(322)에는 고주파 전류가 흐르기 때문에 고열이 발생하므로 가동 전극(331)과 고정 전극(322) 내부에는 각각 냉각수가 흐르는 냉각수로(333)를 형성하여 전극이 과열되는 것을 방지하게 할 수 있다.

한편, 가동 전극(331)과 고정 전극(332)의 접촉력이 약하면 기계적 진동이나 충격 등에 의해서 순간적으로 접속이 해제된 후 다시 접속하거나 혹은 미끄러짐에 의한 마찰 등에 의해서 쇼트 혹은 스파크 현상이 발생할 수 있기 때문에 전극 간 접촉력을 크게 하는 동시에 탄성적인 유동성을 가지도록 하는 것이 바람직하다.

이를 위해 도 4와 같이 솔레노이드 본체(321)는 자기장 발생장치 구조물의 지지대(310)에 대하여 위치가 가변 가능하게 마련되는 동시에 스프링(324)에 의해서 고정 전극(331)의 반대 방향으로 탄성력이 작용할 수 있게 구성할 수 있다.

예를 들면, 도시한 바와 같이 솔레노이드 본체(321)가 지지대(310)를 관통하게 하여 슬라이드 이동 가능하게 하고, 지지대(310)에서 고정 전극(331)의 반대 방향으로 고정핀(311)을 돌출시키며, 솔레노이드 본체(321) 상단에는 플랜지(323)를 설치하는 한편, 지지대(310)와 플랜지(323) 사이에 스프링(324)을 개재시킨다. 이때 스프링(324)은 코일 스프링을 선택하여 고정핀(311) 주변에 배치하면 스프링(324)의 이탈을 방지할 수 있다.

이 경우, 솔레노이드 본체(321)는 지지대(310)에 대하여 위치가 가변 가능하게 마련되는 동시에 스프링(324)에 의해서 고정 전극(331)의 반대 방향으로 탄성력이 작용할 수 있다.

여기서 솔레노이드 핀(322)은 솔레노이드 본체(321)에 대하여 이동할 수 있는 작동 거리, 즉 솔레노이드 핀 고유의 이동 거리(D1)를 가지고 있고, 동시에 고정 전극(332)과 가동 전극(331) 사이의 최대 전극간 거리(D2)가 존재하며, 또한 지지대(310)에 대한 솔레노이드 본체(321)의 탄성 가변 거리(D3)도 존재한다.

이들 거리(D1, D2, D3)의 상관관계는, 솔레노이드 본체(321)에 대한 솔레이노드 핀(322)의 최대 이동 거리(D1)가 고정 전극(332)과 가동 전극(331) 사이의 최대 전극간 거리(D2)보다 크게 하고, 동시에 지지대(310)에 대한 솔레노이드 본체(321)의 탄성 가변 거리(D3)는 상기 이동 거리(D1)와 상기 전극간 거리(D2)의 차수(差數)보다 크게 설계한다.

솔레노이드 핀(322)의 최대 이동 거리(D1)를 전극 간 거리(D2)보다 크게 하면, 도 4의 상태에서 도 5의 상태로 변동한 바와 같이 가동 전극(331)이 이동하여 고정 전극(332)들과 접속되어 정지하더라도 솔레노이드 핀(322)의 이동 거리(D1)는 더 남아 있어서 상승하려는 힘을 가지게 되고, 그러한 잉여 힘은 도 6과 같이 솔레노이드 본체(321)를 전극이 있는 방향으로 하강시키게 된다.

이때 솔레노이드 본체(321)의 탄성 가변 거리(D3)가 상기 이동 거리(D1)와 상기 전극간 거리(D2)의 차수(差數)보다 크기 때문에 스프링(324)은 완전히 압축되지 않고 탄성력을 가지되, 최초 이완 상태보다 더 강한 탄성력을 갖게 되며, 이에 따라 솔레노이드(320)와 가동 전극(331)이 일체화 된 상태에서 스프링(324)의 강력한 반발력(P)이 작용하므로 가동 전극(331)과 고정 전극(332)의 접촉력을 증가시킬 수 있는 동시에 스프링(324) 탄성력에 의한 유동성을 가지게 된다(도 6 참조).

한편, 한 쌍의 고정 전극(332)은 수평 상태를 이루고 있으나, 부품의 가공 상태 혹은 설치 구조에 따라 미세한 위상차가 발생할 수 있으며, 이 경우 양쪽 고정 전극(332)에 대한 가동 전극(331)의 접촉력이 차이가 발생할 수 있다.

따라서 전술한 바와 같이 전극 로드(330)가 힌지(334)를 통해 스윙 가능하게 하면 가동 전극(331)이 기울어질 수 있기 때문에 양쪽 고정 전극(332)의 위상차에 대응하여 기울어진 상태에서 접촉되므로 양쪽 고정 전극(332)의 접촉력을 균등하게 할 수 있다.

이와 같이 상술한 설명은 본 발명의 기술 사상을 보인 한정된 실시 예에 따라 설명하였으나, 본 발명은 특정의 실시예나 형상 및 수치에 한정되지 아니하며, 실시 예들의 구성요소 일부를 변경, 혼합하는 등, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 수정 및 변형 실시가 가능하고, 그러한 수정 및 변형 실시는 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100... 판형 코일
110... 원통부 111... 제1이격공간
112... 접속단자 113... 연결부
114... 제2이격공간 120... 냉각 배관
121... 입수구 122... 출수구
200... 공진회로 210... 공진 콘덴서
300... 스위치
310... 지지대 311... 고정핀
320... 솔레노이드 321... 솔레노이드 본체
322... 솔레노이드 핀 323... 플랜지
324... 스프링 330... 전극 로드
331... 가동 전극 332... 고정 전극
333... 냉각 수로 334... 힌지
D1... 솔레노이드 피치 D2... 전극 피치
D3... 텐션 피치 S... 내입 공간

Claims (8)

1. 자성 물질을 발열시키기 위한 교류 자기장 발생 장치로서,
   전도성 금속판을 환형 원통 형태로 권취하여 형성된 내부의 자성물질 내입 공간에 대하여 교류 자기장 환경을 조성함으로써 자성 물질을 발열 가능하게 하는 판형 코일;
   상기 판형 코일에 서로 다른 공진 주파수를 선택적으로 인가하기 위해 상기 코일과 병렬로 연결되고 서로 다른 용량을 가진 복수의 공진 콘덴서;
   각각의 상기 공진 콘덴서와 상기 판형 코일의 접속을 선택적으로 연결 또는 해제하여 주파수 인가 시간을 제어하도록 마련된 복수의 스위치;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 물질 발열용 교류 자기장 발생 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 판형 코일은, 제1이격공간을 사이에 두고 각각 이격 배치된 복수의 원통부와,
   상기 원통부 중 어느 한 부분에서 이웃한 원통부를 상호 연결하는 연결부를 포함하고,
   최 외측에 위치한 한 쌍의 원통부는 상기 제1이격공간에서 연장된 제2이격공간에 의해 단절됨으로써 복수의 원통부 전체가 하나의 라인을 형성하게 된 것을 특징으로 하는 자성 물질 발열용 교류 자기장 발생 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 판형 코일을 냉각시키기 위해 일측 단부에 냉각수 입수구가 형성되고 타측 단부에 냉각수 출수구가 형성된 냉각 배관을 더 포함하되,
   상기 냉각 배관은 상기 원통부 및 연결부의 각 외면 중심부에 접하게 된 것을 특징으로 하는 자성 물질 발열용 교류 자기장 발생 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 스위치는, 상기 공진 콘덴서 및 판형 코일과 각각 연결되고 위치가 고정된 2개의 고정 전극과,
   솔레노이드와 연결되어 위치 가변이 가능한 가동 전극을 포함하되,
   상기 고정 전극 한 쌍은 상호 이격 배치되고 상기 가동 전극의 변위에 따라 한 쌍의 고정 전극이 가동 전극을 매개로 상호 접속되거나 접속이 해제되게 한 것을 특징으로 하는 자성 물질 발열용 교류 자기장 발생 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 솔레노이드는, 솔레노이드 본체 및 상기 솔레노이드 본체에 대하여 직선 왕복 이동 가능한 솔레노이드 핀과,
   일측 단부가 상기 가동 전극과 연결되고 타측 단부가 상기 솔레노이드 핀과 연결되며 한 쌍의 고정 전극 사이의 이격 공간을 관통하는 전극 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 물질 발열용 교류 자기장 발생 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 솔레노이드 본체는 지지대에 대하여 위치가 가변 가능하게 마련되는 동시에 스프링에 의해 상기 고정 전극의 반대 방향으로 탄성력이 작용하게 마련되되,
   솔레노이드 본체에 대한 솔레이노드 핀의 최대 이동 거리(D1)는 고정 전극과 가동 전극 사이의 최대 전극간 거리(D2)보다 크고,
   지지대에 대한 솔레노이드 본체의 탄성 가변 거리(D3)는 상기 이동 거리(D1)와 상기 전극간 거리(D2)의 차수(差數)보다 큰 것을 특징으로 하는 자성 물질 발열용 교류 자기장 발생 장치.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 전극 로드와 상기 솔레노이드 핀은 힌지를 매개로 연결됨으로써 상기 전극 로드가 힌지를 중심으로 스윙 가능하게 된 것을 특징으로 하는 자성 물질 발열용 교류 자기장 발생 장치.
8. 청구항 4에 있어서,
   상기 고정 전극 및 상기 가동 전극 내부에는 냉각수가 흐르는 냉각수로가 형성된 것을 특징으로 하는 자성 물질 발열용 교류 자기장 발생 장치.

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