KR20140140177A - 다방향 자기장 생성 전자기 코일 - Google Patents

다방향 자기장 생성 전자기 코일 Download PDF

Info

Publication number
KR20140140177A
KR20140140177A KR20130060419A KR20130060419A KR20140140177A KR 20140140177 A KR20140140177 A KR 20140140177A KR 20130060419 A KR20130060419 A KR 20130060419A KR 20130060419 A KR20130060419 A KR 20130060419A KR 20140140177 A KR20140140177 A KR 20140140177A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coil
magnetic field
lower coil
pair
coils
Prior art date
Application number
KR20130060419A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101472212B1 (ko
Inventor
장건희
전승문
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020130060419A priority Critical patent/KR101472212B1/ko
Publication of KR20140140177A publication Critical patent/KR20140140177A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101472212B1 publication Critical patent/KR101472212B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/04—Arrangements of electric connections to coils, e.g. leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823—Wires
    • H01F27/2828—Construction of conductive connections, of leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F2005/006—Coils with conical spiral form

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 다방향 생성 전자기 코일은, 가상의 원통 내에서 일측에 배치되며, 형상 대응되되 이격 배치되는 한 쌍의 반원 코일과, 한 쌍의 반원 코일에 대해 수직 방향으로 배치되어 한 쌍의 반원 코일을 연결하되 상호 나란한 방향을 갖는 한 쌍의 직선 코일을 구비하여 폐루프(closed loop)를 형성하는 제1 하위 코일; 및 가상의 원통의 중심을 기준으로 제1 하위 코일에 대해 길이 방향으로 대칭되도록 가상의 원통에서 타측에 배치되는 제2 하위 코일;을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 인가되는 전류의 방향 및 크기를 조절함으로써 다방향의 자기장, 예를 들면, 축방향 균일 자기장, 축방향 경사 자기장 및 횡방향 경사 자기장을 선택적으로 생성할 수 있고, 또한 가상의 원통 상에 대칭 구조를 갖는 코일들을 기하학적으로 단순화하여 배치함으로써 전자기 코일의 슬림화는 물론 비용을 절감할 수 있다.

Description

다방향 자기장 생성 전자기 코일{Electromagnetic coil to generate multi-direction magnetic field}
다방향 자기장 생성 전자기 코일이 개시된다. 보다 상세하게는, 기하학적으로 단순한 구조를 가짐으로 슬림화를 구현할 수 있으면서도 비용을 절감할 수 있고, 아울러 다방향의 자기장을 선택적으로 생성할 수 있는 다방향 자기장 생성 전자기 코일이 개시된다.
전자기 코일은 자기장을 제어하기 어려운 영구자석과는 달리 코일에 입력되는 전류를 조절하여 내부에 생성되는 자기장을 편리하게 제어할 수 있으므로 모터, 발전기, 전자기 액추에이터 등 다양한 장치에서 널리 사용되고 있다.
특히, 전자기 액추에이터와 같이 자기장을 사용하여 기기의 다양한 역학적 움직임을 생성하는 경우, 여러 가지 형태의 자기장 생성이 요구되므로 일반적으로 다수의 전자기 코일의 조합을 갖는다.
한편, 전자기 코일이 사용되는 장치의 소형화 또는 고효율화를 위해서는 구조적, 전자기적으로 효과적인 전자기 코일의 개발이 요구된다. 기존에는 다양한 형태의 자기장을 생성하기 위해 서로 다른 코일을 이용하고 있다.
예를 들면, 헬름홀츠 코일(Helmholtz coil) 또는 유니폼 새들 코일(Uniform saddle coil)은 내부에 축방향 균일 자기장을 생성할 수 있고, 맥스웰 코일(Maxwell coil) 또는 그래디언트 새들 코일(Gradient saddle coil)은 내부에 축방향 경사 자기장을 생성할 수 있고, 고레이 코일(Golay coil)은 내부에 횡방향 경사 자기장을 생성할 수 있다.
다시 말해, 종래의 전자기 코일은 하나의 코일로 한 종류의 자기장만 생성할 수 있는 것이다. 따라서 여러 종류의 자기장을 필요로 하는 장치에서는 필요한 자기장의 종류만큼 전자기 코일의 수가 늘어나야 한다. 이 경우 장치는 더 복잡해지고 크기도 더 커지게 되는 문제가 발생될 수 있다.
아울러, 자기장의 세기는 전자기 코일의 반경에 반비례하고 전류의 세기에는 비례하고, 전자기 코일의 소모 전력은 전자기 코일의 반경에 비례하는 것을 고려할 때, 상기 문제점은 장치의 자기장 생성 효율도 급격히 떨어뜨릴 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 원통(실린더) 상에 장착이 가능한 구조의 전자기 코일을 다수 개발함으로써 각종 장치에 적용하기에 구조적으로 효과적인 방법을 개발한 사례도 있으나 이 경우 역시 필요한 자기장의 종류만큼 전자기 코일의 수를 늘려야 하는 한계가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 인가되는 전류의 방향 및 크기를 조절함으로써 다방향의 자기장, 예를 들면, 축방향 균일 자기장, 축방향 경사 자기장 및 횡방향 경사 자기장을 선택적으로 생성할 수 있는 다방향 자기장 생성 전자기 코일을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 가상의 원통 상에 대칭 구조를 갖는 코일들을 기하학적으로 단순화하여 배치함으로써 전자기 코일의 슬림화는 물론 비용을 절감할 수 있는 다방향 자기장 생성 전자기 코일을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 다방향 생성 전자기 코일은, 가상의 원통 내에서 일측에 배치되며, 형상 대응되되 이격 배치되는 한 쌍의 반원 코일과, 상기 한 쌍의 반원 코일에 대해 수직 방향으로 배치되어 상기 한 쌍의 반원 코일을 연결하되 상호 나란한 방향을 갖는 한 쌍의 직선 코일을 구비하여 폐루프(closed loop)를 형성하는 제1 하위 코일; 및 상기 가상의 원통의 중심을 기준으로 상기 제1 하위 코일에 대해 길이 방향으로 대칭되도록 상기 가상의 원통에서 타측에 배치되는 제2 하위 코일;을 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 인가되는 전류의 방향 및 크기를 조절함으로써 다방향의 자기장, 예를 들면, 축방향 균일 자기장, 축방향 경사 자기장 및 횡방향 경사 자기장을 선택적으로 생성할 수 있고, 또한 가상의 원통 상에 대칭 구조를 갖는 코일들을 기하학적으로 단순화하여 배치함으로써 전자기 코일의 슬림화는 물론 비용을 절감할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 제1 하위 코일의 형상에 대응되는 형상을 가지며, 상기 가상의 원통의 축을 중심으로 180도 회전된 위치에서 대칭되게 배치되는 제1 상위 코일; 및 상기 가상의 원통의 중심을 기준으로 상기 제1 상위 코일에 대해 길이 방향으로 대칭되도록 상기 가상의 원통에서 타측에 배치되는 제2 상위 코일을 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 제1 하위 코일의 상기 한 쌍의 반원 코일은 이격 배치되되 상기 한 쌍의 반원 코일의 양단부를 가상으로 연결 시 원형을 이룰 수 있다.
일측에 따르면, 상기 제1 하위 코일, 상기 제2 하위 코일, 상기 제1 상위 코일 및 상기 제2 상위 코일에 인가되는 전류의 방향을 선택적으로 조절함으로써 생성되는 자기장의 종류를 조절할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 가상의 원통의 축 방향을 기준으로, 상기 제1 하위 코일, 상기 제2 하위 코일, 상기 제1 상위 코일 및 상기 제2 하위 코일에 순차적으로 시계 방향, 시계 방향, 시계 방향 및 시계 방향으로 동일한 크기의 인류를 인가함으로써 축방향 균일 자기장을 생성할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 가상의 원통의 축 방향을 기준으로, 상기 제1 하위 코일, 상기 제2 하위 코일, 상기 제1 상위 코일 및 상기 제2 하위 코일에 순차적으로 시계 방향, 시계 방향, 반시계 방향 및 반시계 방향으로 동일한 크기의 인류를 인가함으로써 축방향 경사 자기장을 생성할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 가상의 원통의 축 방향을 기준으로, 상기 제1 하위 코일, 상기 제2 하위 코일, 상기 제1 상위 코일 및 상기 제2 하위 코일에 순차적으로 시계 방향, 반시계 방향, 반시계 방향 및 시계 방향으로 동일한 크기의 인류를 인가함으로써 횡방향 경사 자기장을 생성할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 제1 하위 코일의 내측에 위치되는 반원 코일과, 상기 제2 하위 코일의 내측에 위치되는 반원 코일의 거리는 상기 가상의 원통의 반지름의 0.6 내지 0.9배이고, 상기 제1 하위 코일의 외측에 위치되는 반원 코일과, 상기 제2 하위 코일의 외측에 위치되는 반원 코일의 거리는 상기 가상의 원통의 반지름의 2.0 내지 4.0배일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 다방향 자기장 생성 전자기 코일은, 가상의 공간의 일측에 배치되며, 형상 대응되되 이격 배치되며 부채꼴 형상을 갖는 한 쌍의 부채꼴 코일과, 상기 한 쌍의 부채꼴 코일에 대해 수직 방향으로 배치되어 상기 한 쌍의 부채꼴 코일을 연결하되 상호 나란한 방향을 갖는 한 쌍의 직선 코일을 구비하여 폐루프를 형성하는 제1 하위 코일; 상기 가상의 공간의 중심을 기준으로 상기 제1 하위 코일에 대해 길이 방향으로 대칭되도록 상기 가상의 공간에서 타측에 배치되는 제2 하위 코일; 상기 제1 하위 코일의 형상에 대응되는 형상을 가지며, 상기 가상의 공간의 축을 중심으로 180도 회전된 위치에서 대칭되게 배치되는 제1 상위 코일; 및 상기 가상의 공간의 중심을 기준으로 상기 제1 상위 코일에 대해 길이 방향으로 대칭되도록 상기 가상의 공간에서 타측에 배치되는 제2 상위 코일;을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 부채꼴 코일은 반원 형상을 가지며, 상기 제1 하위 코일, 상기 제2 하위 코일, 상기 제1 상위 코일 및 상기 제2 상위 코일에 인가되는 전류의 방향을 선택적으로 조절함으로써 생성되는 자기장의 종류를 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 인가되는 전류의 방향 및 크기를 조절함으로써 다방향의 자기장, 예를 들면, 축방향 균일 자기장, 축방향 경사 자기장 및 횡방향 경사 자기장을 선택적으로 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 가상의 원통 상에 대칭 구조를 갖는 코일들을 기하학적으로 단순화하여 배치함으로써 전자기 코일의 슬림화는 물론 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다방향 자기장 생성 전자기 코일의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에서 제1 하위 코일 및 제2 하위 코일을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에서 제1 상위 코일 및 제2 상위 코일을 도시한 사시도이다.
도 4a는 종래의 헬름홀츠 코일이 생성하는 축방향 균일 자기장을 나타낸 그래프이고, 도 4b는 본 실시예의 전자기 코일이 생성하는 축방향 균일 자기장을 나타낸 그래프이다.
도 5a는 종래의 맥스웰 코일이 생성하는 축방향 경사 자기장을 나타낸 그래프이고, 도 5b는 본 실시예의 전자기 코일이 생성하는 축방향 경사 자기장을 나타낸 그래프이다.
도 6a는 종래의 고레이 코일이 생성하는 횡방향 경사 자기장을 나타낸 그래프이고, 도 6b는 본 실시예의 전자기 코일이 생성하는 횡방향 경사 자기장을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다방향 자기장 생성 전자기 코일의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1에서 제1 하위 코일 및 제2 하위 코일을 도시한 사시도이며, 도 3은 도 1에서 제1 상위 코일 및 제2 상위 코일을 도시한 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전자기 코일(100), 즉 다방향으로 자기장을 생성하는 전자기 코일(110)은, 가상의 원통(110)에서 중심(O)을 기준으로 x축 방향으로 대칭되게 배치되는 제1 하위 코일(120) 및 제2 하위 코일(130)과, 이들에 대해서 x축을 축(S)으로 하여 180도 회전되는 위치에 배치되는 제1 상위 코일(140) 및 제2 상위 코일(150)을 포함할 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 가상의 원통(110) 상에 전자기 코일(100)을 기하학적으로 단순화하여 배치함으로써 전자기 코일(100)의 슬림화는 물론 비용을 절감할 수 있고 아울러 인가되는 전류의 방향 및 크기를 조절함으로써 다방향의 자기장, 예를 들면, 축방향 균일 자기장, 축방향 경사 자기장 및 횡방향 경사 자기장을 생성할 수 있다.
각 구성에 대해 설명하면, 먼저 본 실시예의 전자기 코일(100)은 가상의 원통(110) 내에 상하 및 좌우 대칭되는 구조로 배치될 수 있다. 여기서, 가상의 원통(110)의 반지름(r)에 기초하여 하위 코일(120) 및 상위 코일(130)의 거리가 설정될 수 있으며, 이에 따라 원하는 자기장 생성을 신뢰성 있게 수행할 수 있다.
한편, 본 실시예의 제1 하위 코일(120)은, 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 가상의 원통(110)의 중심(O)을 기준으로 일측에 배치되며, 상호 이격 배치되며 가상으로 연장 시 원형을 갖는 한 쌍의 반원 코일(121a, 121b)과, 한 쌍의 반원 코일(121a, 121b)의 수직 방향으로 배치되어 한 쌍의 반원 코일(121a, 121b)을 연결하는 한 쌍의 직선 코일(123)을 포함한다. 이를 통해, 제1 하위 코일(120)은 폐루프(closed loop)를 형성할 수 있다.
여기서, 반원 코일(121a, 121b)의 직경은 가상의 원통(110)에 대응되는 크기를 가지며, 한 쌍의 직선 코일(123)이 x축 방향으로 상호 나란하게 배치되어 한 쌍의 반원 코일(121a, 121b)의 양단부를 연결할 수 있다.
한편, 본 실시예의 제2 하위 코일(130)은, 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 제1 하위 코일(120)과 실질적으로 동일한 형상을 갖되 가상의 원통(110)의 중심(O)을 기준으로 x축 방향으로 대칭되게 이격 배치된다. 따라서, 도 2에 도시된 것처럼, 제1 하위 코일(120) 및 제2 하위 코일(130)의 바깥쪽 반원 코일(121a, 131a)은 상부에 위치하고, 제1 하위 코일(120) 및 제2 하위 코일(130)의 안쪽 반원 코일(121b, 131b)은 상대적으로 하부에 위치한다.
여기서, 제1 하위 코일(120)과 제2 하위 코일(130)이 안쪽 반원 코일(121b, 131b) 사이의 거리(D1)는 가상의 원통(110)의 반지름(r)의 0.6 내지 0.9배 사이, 예를 들면 대략 0.7272배이고, 제1 하위 코일(120)과 제2 하위 코일(130)의 바깥쪽 반원 코일(121a, 131a) 사이의 거리(D2)는 가상의 원통(110)의 반지름(r)의 2.0 내지 4.0배 사이, 예를 들면 대략 3.2046배일 수 있다.
이처럼, 가상의 원통(110)의 반지름(r)에 대한 제1 하위 코일(120) 및 제2 하위 코일(130)의 이격 거리(D1, D2)가 설정됨으로써 본 실시예의 전자기 코일(100)을 통한 자기장 생성을 신뢰성 있게 수행할 수 있으면서도 전자기 코일(100)의 구조를 슬림화함으로써 비용 절감까지 구현할 수 있다.
아울러, 제1 하위 코일(120) 및 제2 하위 코일(130)에 입력되는 전류의 방향은 각각 인가되는 전압을 통해서 조절될 수 있는데, 이를 통해 생성되는 자기장의 종류를 조절할 수 있다.
한편, 본 실시예의 제1 상위 코일(140) 및 제2 상위 코일(150)은, 도 1 및 도 3에 도시된 것처럼, 전술한 제1 하위 코일(120) 및 제2 하위 코일(130)과 실질적으로 동일하되 제1 하위 코일(120) 및 제2 하위 코일(130)에 대해서 대칭되는 위치에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로는, 제1 상위 코일(140) 및 제2 상위 코일(150)은 제1 하위 코일(120) 및 제2 하위 코일(130)에 대해 x축(S)을 중심으로 180도 회전한 위치에 배치될 수 있다.
제1 상위 코일(140)을 대표하여 부연하면, 제1 상위 코일(140)은 한 쌍의 반원 코일(141a, 141b)과 한 쌍의 반원 코일(141a, 141b)을 잇는 직선 코일(143)을 구비하는데, 여기서 제1 상위 코일(140)의 직선 코일(143)과 제1 하위 코일(120)의 직선 코일(123)은 상호 중첩되는 구조를 가질 수 있다.
여기서, 제1 상위 코일(140) 및 제2 상위 코일(150)에 입력되는 전류의 방향은 각각 인가되는 전압을 통해서 조절 가능하며, 이를 통해 생성되는 자기장의 종류를 조절할 수 있다.
이하에서는, 전술한 구성을 갖는 전자기 코일(100)의 각 코일(120, 130, 140, 150)에 인가되는 전류의 방향에 따라 생성되는 자기장에 대해 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 제1 하위 코일(120), 제2 하위 코일(130), 제1 상위 코일(140) 및 제2 상위 코일(150)에 각각 시계 방향(A1), 시계 방향(A2), 시계 방향(A3) 및 시계 방향(A4)으로 동일한 크기의 전류가 인가되는 경우 전자기 코일(100)의 내부의 중심점 영역에 축방향 균일 자기장이 생성될 수 있다. 생성된 축방향 균일 자기장은 다음의 식과 같다.
Figure pat00001
......식 1
여기서,
Figure pat00002
는 축방향 균일 자기장의 세기 벡터이고, T는 벡터 전치 연산자이며, i는 전류의 세기, r은 가상의 원통(110)의 반경을 가리킨다.
한편, 제1 하위 코일(120), 제2 하위 코일(130), 제1 상위 코일(140) 및 제2 상위 코일(150)에 각각 시계 방향(A1), 시계 방향(A2), 반시계 방향(A3의 반대 방향) 및 반시계 방향(A4의 반대 방향)으로 동일한 크기의 전류가 인가되는 경우 전자기 코일(100)의 내부의 중심점 영역에 축방향 경사 자기장이 생성될 수 있다. 생성된 축방향 경사 자기장은 다음의 식과 같다.
Figure pat00003
......식 2
여기서,
Figure pat00004
는 축방향 경사 자기장의 세기 벡터이고, x는 x축 변위, y는 y축 변위, z는 z축 변위를 가리킨다.
한편, 제1 하위 코일(120), 제2 하위 코일(130), 제1 상위 코일(140) 및 제2 상위 코일(150)에 각각 시계 방향(A1), 반시계 방향(A2의 반대 방향), 반시계 방향(A3의 반대 방향) 및 시계 방향(A4)으로 동일한 크기의 전류가 인가되는 경우 전자기 코일(100)의 내부의 중심점 영역에 횡방향 경사 자기장이 생성될 수 있다. 생성된 횡방향 경사 자기장은 다음의 식과 같다.
Figure pat00005
......식 3
여기서,
Figure pat00006
는 횡방향 경사 자기장의 벡터이다.
이처럼, 제1 하위 코일(120), 제2 하위 코일(130), 제1 상위 코일(140) 및 제2 상위 코일(150)에 인가되는 전류의 크기를 동일하게 하되 방향을 조절함으로써 원하는 자기장을 생성할 수 있다.
한편, 이하에서는, 도면을 참조하여, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 코일과 종래의 전자기 코일이 생성하는 자기장을 비교하기로 한다.
도 4a는 종래의 헬름홀츠 코일이 생성하는 축방향 균일 자기장을 나타낸 그래프이고, 도 4b는 본 실시예의 전자기 코일이 생성하는 축방향 균일 자기장을 나타낸 그래프이다.
종래의 헬름홀츠 코일은 반경 1m의 원통 위에 배열되는 구조를 갖는데, 이 헬름홀츠 코일에 1A의 전류를 인가하는 경우, 도 4a에 도시된 것처럼, 약 0.7155A/m의 축방향 균일 자기장이 생성되는 데 반해, 본 실시예의 전자기 코일(100)에 동일한 전류의 크기를 인가하는 경우, 도 4b에 도시된 것처럼, 약 0.9785A/m의 축방향 균일 자기장을 생성할 수 있다. 즉, 종래의 헬름홀츠 코일에 비해 본 실시예의 전자기 코일(100)은 약 36.8% 정도 강한 축방향 균일 자기장을 생성할 수 있는 것이다.
한편, 도 5a는 종래의 맥스웰 코일이 생성하는 축방향 경사 자기장을 나타낸 그래프이고, 도 5b는 본 실시예의 전자기 코일이 생성하는 축방향 경사 자기장을 나타낸 그래프이다.
종래의 맥스웰 코일 역시 반경의 1m 원통 위에 배열되는 구조를 갖는데, 이 헬름홀츠 코일에 1A의 전류를 인가하는 경우, 도 5a에 도시된 것처럼, 약 0.6413A/m2의 경사도를 갖는 축방향 경사 자기장이 생성되는 데 반해, 본 실시예의 전자기 코일(100)에 동일한 전류의 크기를 인가하는 경우, 도 5b에 도시된 것처럼, 약 0.9997A/m2의 축방향 경사 자기장을 생성할 수 있다. 즉, 종래의 맥스웰 코일에 비해 본 실시예의 전자기 코일(100)은 약 55.9% 정도 강한 축방향 경사 자기장을 생성할 수 있는 것이다.
한편, 도 6a는 종래의 고레이 코일이 생성하는 횡방향 경사 자기장을 나타낸 그래프이고, 도 6b는 본 실시예의 전자기 코일이 생성하는 횡방향 경사 자기장을 나타낸 그래프이다.
종래의 고레이 코일 역시 반경의 1m 원통 위에 배열되는 구조를 갖는데, 이 헬름홀츠 코일에 1A의 전류를 인가하는 경우, 도 6a에 도시된 것처럼, 약 0.3133A/m2의 경사도를 갖는 횡방향 경사 자기장이 생성되는 데 반해, 본 실시예의 전자기 코일(100)에 동일한 전류의 크기를 인가하는 경우, 도 6b에 도시된 것처럼, 약 0.4528A/m2의 횡방향 경사 자기장을 생성할 수 있다. 즉, 종래의 고레이 코일에 비해 본 실시예의 전자기 코일(100)은 약 44.5% 정도 강한 횡방향 경사 자기장을 생성할 수 있는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가상의 원통(110) 상에 대칭 구조를 갖는 하위 코일(120, 130)들 및 상위 코일(140, 150)들을 기하학적으로 단순화하여 배치함으로써 전자기 코일(100)의 슬림화는 물론 비용을 절감할 수 있고 아울러 인가되는 전류의 방향 및 크기를 조절함으로써 다방향의 자기장, 예를 들면, 축방향 균일 자기장, 축방향 경사 자기장 및 횡방향 경사 자기장을 선택적으로 생성할 수 있는 장점이 있다.
전술한 실시예에서는, 하위 코일 및 상위 코일이 한 쌍의 반원 코일 및 직선 코일들에 의해 폐루프 형상으로 형성된다고 상술하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 반원 코일이 아닌 부채꼴 형상의 코일과 직선 코일로 구성될 수도 있고 또는 다방향의 자기장을 생성할 수 있다면 다른 폐루프 형상으로 마련될 수 있음은 당연하다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 전자기 코일
110 : 가상의 원통
120 : 제1 하위 코일
130 : 제2 하위 코일
140 : 제1 상위 코일
150 : 제2 상위 코일

Claims (10)

  1. 가상의 원통 내에서 일측에 배치되며, 형상 대응되되 이격 배치되는 한 쌍의 반원 코일과, 상기 한 쌍의 반원 코일에 대해 수직 방향으로 배치되어 상기 한 쌍의 반원 코일을 연결하되 상호 나란한 방향을 갖는 한 쌍의 직선 코일(123)을 구비하여 폐루프(closed loop)를 형성하는 제1 하위 코일; 및
    상기 가상의 원통의 중심을 기준으로 상기 제1 하위 코일에 대해 길이 방향으로 대칭되도록 상기 가상의 원통에서 타측에 배치되는 제2 하위 코일;
    을 포함하는 다방향 자기장 생성 전자기 코일.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하위 코일의 형상에 대응되는 형상을 가지며, 상기 가상의 원통의 축을 중심으로 180도 회전된 위치에서 대칭되게 배치되는 제1 상위 코일; 및
    상기 가상의 원통의 중심을 기준으로 상기 제1 상위 코일에 대해 길이 방향으로 대칭되도록 상기 가상의 원통에서 타측에 배치되는 제2 상위 코일을 더 포함하는 다방향 자기장 생성 전자기 코일.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하위 코일의 상기 한 쌍의 반원 코일은 이격 배치되되 상기 한 쌍의 반원 코일의 양단부를 가상으로 연결 시 원형을 이루는 다방향 자기장 생성 전자기 코일.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 하위 코일, 상기 제2 하위 코일, 상기 제1 상위 코일 및 상기 제2 상위 코일에 인가되는 전류의 방향을 선택적으로 조절함으로써 생성되는 자기장의 종류를 조절하는 다방향 자기장 생성 전자기 코일.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가상의 원통의 축 방향을 기준으로, 상기 제1 하위 코일, 상기 제2 하위 코일, 상기 제1 상위 코일 및 상기 제2 상위 코일에 순차적으로 시계 방향, 시계 방향, 시계 방향 및 시계 방향으로 동일한 크기의 인류를 인가함으로써 축방향 균일 자기장을 생성하는 다방향 자기장 생성 전자기 코일.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 가상의 원통의 축 방향을 기준으로, 상기 제1 하위 코일, 상기 제2 하위 코일, 상기 제1 상위 코일 및 상기 제2 상위 코일에 순차적으로 시계 방향, 시계 방향, 반시계 방향 및 반시계 방향으로 동일한 크기의 인류를 인가함으로써 축방향 경사 자기장을 생성하는 다방향 자기장 생성 전자기 코일.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 가상의 원통의 축 방향을 기준으로, 상기 제1 하위 코일, 상기 제2 하위 코일, 상기 제1 상위 코일 및 상기 제2 상위 코일에 순차적으로 시계 방향, 반시계 방향, 반시계 방향 및 시계 방향으로 동일한 크기의 인류를 인가함으로써 횡방향 경사 자기장을 생성하는 다방향 자기장 생성 전자기 코일.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하위 코일의 내측에 위치되는 반원 코일과, 상기 제2 하위 코일의 내측에 위치되는 반원 코일의 거리는 상기 가상의 원통의 반지름의 0.6 내지 0.9배이고,
    상기 제1 하위 코일의 외측에 위치되는 반원 코일과, 상기 제2 하위 코일의 외측에 위치되는 반원 코일의 거리는 상기 가상의 원통의 반지름의 2.0 내지 4.0배인 다방향 자기장 생성 전자기 코일.
  9. 가상의 공간의 일측에 배치되며, 형상 대응되되 이격 배치되며 부채꼴 형상을 갖는 한 쌍의 부채꼴 코일과, 상기 한 쌍의 부채꼴 코일에 대해 수직 방향으로 배치되어 상기 한 쌍의 부채꼴 코일을 연결하되 상호 나란한 방향을 갖는 한 쌍의 직선 코일을 구비하여 폐루프를 형성하는 제1 하위 코일;
    상기 가상의 공간의 중심을 기준으로 상기 제1 하위 코일에 대해 길이 방향으로 대칭되도록 상기 가상의 공간에서 타측에 배치되는 제2 하위 코일;
    상기 제1 하위 코일의 형상에 대응되는 형상을 가지며, 상기 가상의 공간의 축을 중심으로 180도 회전된 위치에서 대칭되게 배치되는 제1 상위 코일; 및
    상기 가상의 공간의 중심을 기준으로 상기 제1 상위 코일에 대해 길이 방향으로 대칭되도록 상기 가상의 공간에서 타측에 배치되는 제2 상위 코일;
    을 포함하는 다방향 자기장 생성 전자기 코일.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 부채꼴 코일은 반원 형상을 가지며,
    상기 제1 하위 코일, 상기 제2 하위 코일, 상기 제1 상위 코일 및 상기 제2 상위 코일에 인가되는 전류의 방향을 선택적으로 조절함으로써 생성되는 자기장의 종류를 조절하는 다방향 자기장 생성 전자기 코일.
KR1020130060419A 2013-05-28 2013-05-28 다방향 자기장 생성 전자기 코일 KR101472212B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130060419A KR101472212B1 (ko) 2013-05-28 2013-05-28 다방향 자기장 생성 전자기 코일

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130060419A KR101472212B1 (ko) 2013-05-28 2013-05-28 다방향 자기장 생성 전자기 코일

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140140177A true KR20140140177A (ko) 2014-12-09
KR101472212B1 KR101472212B1 (ko) 2014-12-12

Family

ID=52458104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130060419A KR101472212B1 (ko) 2013-05-28 2013-05-28 다방향 자기장 생성 전자기 코일

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101472212B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170139220A (ko) * 2016-06-08 2017-12-19 한국과학기술원 무선전력 전송장치
WO2018030610A3 (ko) * 2016-08-10 2018-08-02 한양대학교 산학협력단 자기장 제어 시스템

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10146326A (ja) * 1996-11-19 1998-06-02 Sumitomo Special Metals Co Ltd Ｍｒｉ用磁界発生装置
US6377836B1 (en) * 1999-02-17 2002-04-23 Toshiba America Mri, Inc. RF coil array for vertical field MRI
KR101096532B1 (ko) * 2009-06-29 2011-12-20 전남대학교산학협력단 3차원 전자기 구동장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170139220A (ko) * 2016-06-08 2017-12-19 한국과학기술원 무선전력 전송장치
KR101865852B1 (ko) * 2016-06-08 2018-07-16 한국과학기술원 무선전력 전송장치
WO2018030610A3 (ko) * 2016-08-10 2018-08-02 한양대학교 산학협력단 자기장 제어 시스템
US11756716B2 (en) 2016-08-10 2023-09-12 Iucf-Hyu (Industry-University Cooperation Magnetic field control system

Also Published As

Publication number Publication date
KR101472212B1 (ko) 2014-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101798958B1 (ko) 진동을 발생시키기 위한 소형 선형 진동촉각 액추에이터 및 액추에이터 제조방법
US10635178B2 (en) Multi-directional actuating module
WO2010026883A1 (ja) リニアモータおよびリニアモータを備えた携帯機器
US8829462B2 (en) Multipole magnet
JP2011205870A (ja) 振動モータ
CN107466152B (zh) 多极磁铁及其磁场谐波垫补方法
JPWO2010050285A1 (ja) リニアモータおよびリニアモータを備えた携帯機器
KR101851266B1 (ko) 할바흐 배열구조로 배열된 마그넷을 포함하는 수평 사각 진동모터
US10744531B2 (en) Multi-core, multi-dimension electromagnet
JP2011173074A (ja) 振動モータ
US10095310B2 (en) Input apparatus
US11056959B2 (en) Linear actuator
KR101472212B1 (ko) 다방향 자기장 생성 전자기 코일
JP2014217176A (ja) 入力デバイス
US11276518B2 (en) Haptic engine module with array-riddled-of-dual (AROD) magnets
US20190207499A1 (en) Vibration actuator and electronic device
Long et al. Modeling and design of a normal stress electromagnetic actuator with linear characteristics for fast steering mirror
JP2011200752A (ja) 振動モータ
JP2011193703A (ja) リニアモータ対、移動ステージ、及び電子顕微鏡
JP6892161B1 (ja) 電磁石、磁場印加システム
JP2011258389A (ja) 操作入力装置
JP2004112937A (ja) 磁気アクチュエータ及び触覚呈示装置
JP2019193511A (ja) リニア振動モータ及び電子機器
JP7441533B2 (ja) リニア振動アクチュエータ
Liu et al. Modeling and analysis of Halbach magnet array with pyramidal magnet in planar motor

Legal Events

Date Code Title Description
A302 Request for accelerated examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170926

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181105

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190905

Year of fee payment: 6