KR101219600B1 - 굽힘 변형 가능한 코일 회전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정의 길이를 갖는 플렉서블 노드와, 상기 플렉서블 노드의 일단을 회전 가능하게 고정하는 지지부재와, 상기 플렉시블 노드의 타단에 연결되어 상기 플렉시블 노드를 축방향 회전시키는 모터와, 상기 플렉시블 노드의 길이방향에 수직한 방향으로 서로 대칭되게 상기 플렉시블 노드에 결합된 복수 개의 서브 노드와, 상기 서브 노드의 끝단에 설치된 제1롤러, 및 상기 서브 노드 간격에 따라 이격된 복수 개의 제1롤러에 감겨진 코일을 포함하는 굽힘 변형이 가능한 코일 회전장치를 개시한다.

Description

굽힘 변형 가능한 코일 회전장치{A COIL ROTATING APPARATUS FOR BENDING DEFORMATION}

본 발명은 굽힘 변형 가능한 코일 회전장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 굽혀지는 회전 코일을 이용하여 직선뿐만 아니라 곡선의 중심 궤적을 갖는 전자석에 대해서도 자장 특성을 측정할 수 있는 굽힘 변형 가능한 코일 회전장치에 관한 것이다.

입자 가속기는 전자나 양성자와 같은 하전입자를 강력한 전기장이나 자기장 속에서 가속시켜 큰 운동에너지를 발생시키는 장치로서, 원자핵이나 소립자에 관한 물질의 심층 구조를 탐구하는 물리실험 및 암 치료를 위한 의료 장비 등에 사용되고 있다.

이러한 입자 가속기는 빔을 조절하기 위한 복수 개의 이극전자석 또는 사극전자석이 배치된다. 입자 가속기의 효율을 증가시키기 위해서는 이러한 이극전자석과 사극전자석의 자장 측정 및 이들의 고차성분을 정확히 분석하는 것이 중요하다.

종래 자장 측정 방법에 대하여 한국 공개특허 제2010-0071451호에서는 직선 봉 형태의 솔레노이드에 코일을 감아 이를 회전시킴으로써 기전력을 구하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 직선 봉에 코일을 감아 기전력을 측정하는 방법은 곡선의 중심궤적을 갖는 굽힘 전자석으로는 자기 특성을 측정하는 것이 불가능하여 일반적으로 여러 지점의 자기장을 측정하여 적분 성분을 산출하고 고차성분에 대해서는 분석이 어려운 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 굽혀지는 회전 코일을 이용하여 직선뿐만 아니라 곡선의 중심 궤적을 갖는 전자석에 대해서도 자장 특성을 측정할 수 있는 굽힘 변형 가능한 코일 회전장치를 제공한다.

본 발명의 일 특징에 따른 코일 회전장치는, 소정의 길이를 갖는 플렉서블 노드; 상기 플렉서블 노드의 일단을 회전 가능하게 고정하는 지지부재; 상기 플렉시블 노드의 타단에 연결되어 상기 플렉시블 노드를 축방향 회전시키는 모터; 상기 플렉시블 노드의 길이방향에 수직한 방향으로 서로 대칭되게 상기 플렉시블 노드에 결합된 복수 개의 서브 노드; 상기 서브 노드의 끝단에 설치된 제1롤러; 및 상기 서브 노드 간격에 따라 이격된 복수 개의 제1롤러에 감겨진 복수 개의 코일을 포함한다.

본 발명에 따르면, 굽혀지는 회전 코일을 이용하여 직선뿐만 아니라 곡선의 중심 궤적을 갖는 전자석에 대해서도 자장 특성을 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코일 회전장치의 개념도이고,
도 2는 도 1의 A부분을 화살표 방향에서 본 확대도이고,
도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 코일 회전장치에 의해 회전 코일이 회전하면서 회전 코일의 면적이 변화하는 상태를 보여주는 개념도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 본 출원에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.

이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 굽힘 변형이 가능한 코일 회전장치는, 소정의 길이를 갖는 플렉서블 노드(100)와, 상기 플렉서블 노드(100)의 일단을 회전 가능하도록 고정하는 지지부재(110)와, 상기 플렉서블 노드(100)의 타단에 연결되어 상기 플렉서블 노드(100)를 축방향 회전시키는 모터(120)와, 상기 플렉서블 노드(100)의 길이방향과 수직한 방향으로 서로 대칭되게 상기 플렉서블 노드(100)에 연결된 복수 개의 서브 노드(200)와, 상기 서브 노드(200)의 끝단에 설치되는 제1롤러(310), 및 상기 복수 개의 제1롤러(310)에 감겨진 복수 개의 코일(C)을 포함한다.

플렉서블 노드(Flexible node, 100)는 길이방향으로 소정의 곡률을 가질 수 있을 정도의 유연성을 갖는 막대 부재이면 제한 없이 적용 가능하다. 바람직하게는 플렉서블 노드(100)가 휘어지는 방향의 두께가 휘어지는 방향과 수직한 방향의 두께보다 얇게 형성되는 것이 충분한 유연성을 확보하면서도 비틀림 강성을 유지하는 면에서 유리하다.

지지부재(110)는 플렉서블 노드(100)의 일단과 연결되어 플렉서블 노드(100)를 지지하면서도 플렉서블 노드(100)의 회전시 회전 가능하도록 구성된다. 구체적으로는 베어링과 같이 플렉서블 노드(100)의 회전축을 지지하면서 매끄럽게 회전시킬 수 있는 구성이면 제한 없이 선택 가능하다.

모터(120)는 모터의 축이 상기 플렉서블 노드(100)의 타단과 연결되어 플렉서블 노드(100)를 축방향으로 등속도 회전시키는 역할을 수행하며, 회전속도는 적절하게 선택될 수 있다. 이때, 지지부재(110)와 모터(120)의 위치 차이에 의해 플렉서블 노드(100)의 곡률이 결정될 수 있다. 만약, 지지부재(110)와 모터(120)가 서로 마주보고 평행한 위치에 배치된 경우에는 플렉서블 노드(100)는 휘어지지 않으며, 서로 평행하지 않은 위치에 배치된 경우에는 위치 차에 따라 플렉서블 노드(100)가 휘어져 소정의 곡률을 갖는다. 이때, 플렉서블 노드(100)의 곡률은 모터(120)에 의해 축방향 회전이 가능할 정도의 곡률을 갖는다.

서브 노드(200)는 플렉서블 노드(100)의 길이방향에 수직한 방향으로 서로 대칭되게 형성되며, 플렉서블 노드(100)의 길이방향을 따라 복수 개가 형성된다. 이러한 서브 노드(200)는 플렉서블 노드(100)의 축방향 회전시 같이 회전할 수 있도록 플렉서블 노드(100)와 견고히 연결되며 회전시 휘어지지 않도록 소정의 두께로 제작된다. 서브 노드(200)의 끝단에는 서로 맞물려 회전하는 한 쌍의 롤러(300)가 각각 장착된다.

코일(C)은 한 쌍의 롤러(300) 사이에 연속적으로 끼워져 폐루프를 형성한다. 구체적으로는 서브 노드(200)에 따라 이격된 복수 개의 제1롤러(310)에 감겨져 폐루프를 형성하며, 코일(C)이 회전시 제1롤러(310)에서 이탈되지 않도록 제2롤러(320)가 제1롤러 상단에 고정된다. 도 2를 참조할 때, 제1롤러(310)과 제2롤러(320)의 사이에는 홈이 형성되어 감겨진 코일이 자유롭게 움직일 수 있도록 구성되고 코일은 충분한 신호를 얻을 수 있을 정도로 소정의 횟수로 감겨져 형성된다.

따라서, 플렉서블한 노드(100)가 모터(120)에 의해 축방향으로 등속도 회전하면, 이와 연결되어 있는 서브 노드(200), 롤러(300), 및 코일(C)도 동일한 축방향으로 회전하게 된다.

도 3a를 참조할 때, 플렉서블 노드(100)가 휘어지면 상부 서브 노드(210) 간의 간격은 넓어지게 되고, 하부 서브 노드(220)의 간격은 좁아지게 된다. 따라서, 코일(C)은 롤러(300)에 의해 미끄러져 상부 서브 노드(210)에 감긴 상부 코일(C1) 부분이 하부 코일(C2) 부분에 비해 상대적으로 긴 호를 갖게 된다.

이후, 도 3b와 같이 모터가 180°회전하게 되게 되면, 플렉서블 노드(100) 역시 모터의 회전축 방향으로 180°회전하게 되므로, 최초 플렉서블 노드(100)가 휘어진 곡률은 그대로 유지하게 된다. 그러나 플렉서블 노드(100)의 회전에 의해 상부 서브 노드(210) 간의 간격은 좁아지게 되고 하부 서브 노드(220)의 간격은 넓어지게 된다. 이때, 서브 노드의 변한 간격에 따라 코일(C)은 롤러(300)에서 미끄러져 상부 서브 노드(210)에 감긴 상부 코일(C1) 부분이 하부 코일(C2) 부분에 비해 상대적으로 짧은 호를 갖게 된다.

이러한 구성에 의해, 플렉서블 노드(100)가 일정한 곡률을 유지하면서 계속 회전하게 되면 상부 코일(C1)과 하부 코일(C2)은 길이가 늘어났다 줄어듦을 반복하므로 코일이 롤러(300)에 감겨진 형상이 변화하게 되나, 코일(C)이 감겨진 전체 면적은 항상 일정하게 된다.

따라서, 자장이 인가된 상태에서 코일(C)이 축방향으로 회전하면서 감겨진 형상이 연속적으로 변화하면, 자장에 의해 유도되는 사인(Sin)파형의 유도 전압(기전력)을 얻을 수 있다. 그리고, 구해진 유도 전압을 하기 [수학식 1]에 의해 푸리에 분석을 하면 측정한 자기장에 포함된 고차 자장 성분을 구할 수 있다.

[수학식 1]

여기서, Pn과 qn은 푸리에 분석을 통해 유도 전압을 사인과 코사인으로 나타낼 때 구해지는 상수이다.

상기 [수학식 1]의 n값이 1일 때는 2극 성분을 알 수 있고, 2일 때는 4극 성분, 3일 때는 6극 성분을 각각 구할 수 있다.

이때, 유도 전압을 구하는 방법과 유도 전압을 적분하여 고차 자장 성분을 유도하는 자세한 공식 및 방법은 당업자에게 자명한 사항이므로 더 이상의 설명은 생략한다.

따라서, 본 발명에 따르면 곡선형태의 궤적을 갖는 굽힘 전자석에 대해서도 전자석 중심을 따라서 적분 자기장과 고차성분의 자기장을 측정할 수 있다. 또한, 직선 성분의 전자석에 대해서도 적분 자기장과 고차 성분의 자기장을 측정할 수 있음은 물론이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 노드 200: 판상부재
300: 롤러 C: 코일

Claims (3)

1. 소정의 길이를 갖는 플렉서블 노드;
   상기 플렉서블 노드의 일단을 회전 가능하게 고정하는 지지부재;
   상기 플렉시블 노드의 타단에 연결되어 상기 플렉시블 노드를 축방향 회전시키는 모터;
   상기 플렉시블 노드의 길이방향에 수직한 방향으로 서로 대칭되게 상기 플렉시블 노드에 결합된 복수 개의 서브 노드;
   상기 서브 노드의 끝단에 설치된 제1롤러; 및
   상기 서브 노드 간격에 따라 이격된 복수 개의 제1롤러에 감겨진 코일을 포함하는 굽힘 변형이 가능한 코일 회전장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 플레서블 노드는 소정의 곡률을 갖도록 굽혀져 고정되는 굽힘 변형이 가능한 코일 회전장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1롤러와 맞물려 회전하는 제2롤러를 더 포함하는 굽힘 변형이 가능한 코일 회전장치.

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