KR100206492B1 - 영구자석을 이용한 권상기 및 그 제작방법 - Google Patents

Abstract

본발명은 자화력이 큰 영구자석과 폴을 조합하여 자기회로를 구성함으로써, 강력한 흡착력을 갖는 권상기 및 그 제작 방법에 관한 것으로 그 기술적인 구성은, 권상기 케이스의 내측으로 4개의 폴을 위치시키고, 상기 폴의 주연 일정방향으로 보자력이 700-1500 Oe이며, 전류 자속 밀도는 10-12 KG인 알니코자석으로 연결토록 하며, 상기 폴 하부에는 희토류계의 고유 보자력이 8-15KOe, 잔류자속밀도가 8-11KG인 Sm₂Co_17a자석을 위치시켜 그 주위에 솔레노이드 코일을 권선하여 전류의 부하 방향 조절에 의해 물건을 흡, 탈착하는 것이다.

이에 따라서, 권상기의 자체 중앙에 비해 권상능력이 가일층 증가되며, 보수정비가 필요없이 장시간 사용이 가능토록되며, 물건의 흡, 탈착 작업이 용이하게 이루어질 수 있는 것이다.

Description

영구자석을 이용한 권상기 및 그 제작방법

제1도는 본발명에 따른 영구자석을 이용한 권상기의 평단면도.

제2도는 본발명인 권상기의 측단면 구조도.

제3도는 본발명인 폴의 요부 분해사시도.

제4도는 본발명의 권상기 내부 구조를 도시한 도면.

제5도는 밀동된 상태의 본발명 권상기를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 알니코자석 2 : 폴(pole)

3 : 권상기 케이스 4 : Sm₂Co₁₇자석

5 : 솔레노이드 코일 6 : 대형볼트

본발명은 자화력이 큰 영구자석과 투자율이 큰 연자성재의 폴 슈우(pole shoe) 및 요오크(yoke)와 조합하여 자기 회로를 구성함으로써, 영구자석에서 발생하는 자속(magnetic flux)을 적절하게 집결시켜 강력한 흡착력을 갖는 권상기(magnetic lifeter) 및 그 제작방법에 관한 것으로 보다 상세하게로는, 잔류자화밀도(remanent magnetization)가 비교적 큰 자석과, 보자력(coercivity) 및 잔류자화 밀도가 동시에 큰자석을 사용하여 자기회로를 구성함으로써 권상기 자체중량에 비해 권상능력이 높은 영구자석을 이용한 권상기 및 그 제작 방법에 관한 것이다.

일반적으로 권상기는 제철제강 관련 현장 및 철제품 제조현장에서 오래전부터 사용되어 오는 운반용 장비이다.

종래에는 전자석(electromagnet)으로 제조되어 현재까지도 그 주류를 이루고 있으나, 전자석은 다음과 같은 단점이 있다. (1) 권상기 자체의 중량이 과도하게 무거워 권상기자체를 들어올리는 크레인(crane)의 용량이 동시에 커야하며, (2) 전기에너지를 사용하므로 작업시 통전이 끊어지면 엄청난 재앙을 불러 일으키고, (3) 위와같은 사고를 방지하기 위해서는 항상 정비가 뒤따라야 한다. (4) 정비보수 및 전기 에너지를 항상 공급해야 하므로 운영비가 많이 든다.

한편, 위와같은 많은 단점을 없애고 효율적인 작업향상을 위해 영구자석(permanent magnet)을 사용하여 작업도중에도 전원공급이 불필요하고, 자체중량은 가볍지만 권상능력이 뛰어나며, 보수정비가 필요없이 장기간 동안 사용이 가능하게 됨은 물론, 돌발사고의 위험을 거의 줄일수 있는 권상기가 제안된 바 있다. 즉, 영구자석식 권상기는 미국특허 4,507,635호 및 제4,847,582호에 있어서는, 두가지 종류의 영구자석을 사용하여 그 영구자석과 들어올리는 물건과 맞닿을 pole을 적절히 배치함으로써 강력한 흡착 능력을 보이는 권상기를 제작할 수 있다.

그러나, 위의 발명들은 기본적으로 종래의 영구자석인 페라이트(ferrite) 자석과 Alnico 자석을 조합하여 자기회로를 구성하였으므로 흡착력에 비해 아직도 권상능력은 완전히 향상되지 못한 문제점이 있었던 것이다.

본발명은 상기한 바와같은 종래의 여러 문제점들을 개선시키기 위하여 안출된 것으로서 그목적은, 잔류자화 밀도가 비교적 큰 알니코(Alnico)자석과 보자력 및 잔류자화밀도가 큰 Sm₂Co₁₇자석을 이용하여 자기회로를 구성함으로써, 권상기의 자체중량에 비하여 권상능력이 가일층 증가되며, 보수정비가 필요없게 되어 장기간 사용이 가능토록 함은 물론, 물건의 흡착 및 탈착작업이 손쉽고 용이하게 이루어질 수 있는 영구자석을 이용한 권상기를 제공하는데 있다.

또한, 본발명의 다른 목적은, 상기와 같은 영구자석을 이용한 권상기의 제작 및 설치가 용이하게 이루어지며, 이의 사용이 손쉽게 이루어질 수 있는 영구자석을 이용한 원상기 제작 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서 본발명은, 권상기 케이스의 내부전후 및 좌우측에 폴이 각각 입설되며, 상기 폴의 일측일정방향으로 자화된 알니코자석이 연설되며, 상기 폴의 하부에는 Sm₂Co₁₇자석이 위치되는 한편, 상기 Sm₂Co₁₇자석의 주변에는 솔레노이드 코일이 권선되어 대형볼트로서 폴의 중앙에 형성된 스크류홀과 일체로 결합 교정토록 구성된 영구자석을 이용한 권상기를 마련함 있다.

또한, 권상기케이스의 내측으로 4개의 폴을 위치시키고, 상기 폴의 주연 일정방향으로 자화된 알니코 좌석으로 연결토록 하며, 상기 폴의 하부에는 Sm₂Co₁₇자석을 위치시켜 그 주위에 솔레노이드 코일을 권선하여 전류의 부하방향조절에 의해 물건을 흡, 탈착토록 하는 구성으로 이루어진 영구자석을 이용한 권상기 제작방법을 마련함에 의한다.

이하, 첨부된 도면을 기초하여 본발명을 설명한다.

제1도및 제2도는 본발명에 따른 영구자석을 이용한 권상기의 평단면 및 측단면 구조도이고, 제3도는 본발명의 요부 분해사시도로서, 권상기 케이스(3)의 내부 전후 및 좌우측에 폴(2)이 각각 입설되며, 상기 폴(2)의 일측 일정방향으로 자화된 알니코자석(1)이 연설되며, 상기 폴(2)의 하부에는 Sm₂Co₁₇자석(4) 주연에는 솔레노이드 코일(5) 이 권선되어 대형볼트(6)로서 폴(2)의 중앙에 형성된 스크류홀(7)과 일체로 결합하여 고정토록하는 구성으로 이루어진다.

이하, 본발명을 상세하게 설명한다.

제1도에 보여지듯이, 권상기의 정면 내부는 3가지 구조물로 구성되며, 바깥쪽 왼쪽으로 빗금쳐진 정4각형의 케이스(3)가 권상기의 모든것을 둘러싼 외부 구조물이며, 이 케이스(3)는 한쪽의 알니코 자석(1)(N 극과 S 극으로 표시된 흰 부분)에서 흘러 나온 자속이 또 다른 알니코 자석(1)으로 흘러 들어가는 통로 역활을 하며, 한쪽 방향으로 자화된 알니코 자석(1)은 한 폴(2)을 중심으로 같은 자극을 형성하게 된다.

따라서 만약 자성을 띈 어떤 물건이 본발명과 같은 권상기 폴에 흡착되기 위해서는 본 제1도에서와 같이 한 폴(2)에서 나온 자속이 물건을 통해 이웃해 있는 또다른 폴을 통하여 들어가게 된다. 즉 권상기 정면의 중심축을 기준으로 하여 자속은 시계방향 또는 반시계방향으로 회전고리를 형성하면서 전체적인 자기회로를 형성하게 되어 흡착력이 발생하게 된다. 제1도에 나타난 알니코 자석(1)의 N과 S는 자화된 방향을 나타내며, 반드시 한 폴(2)를 중심으로 알니코 자석(1)은 도면과 같이 같은 자극을 형성하면서 연결이 되어야 폴(2)을 통해 나오는 자속의 흐름이 발생하게 된다.

본 발명의 권상기 폴(2)은 단면적이 정사각형을 이루고 있으며, 따라서 폴(2)를 중심으로 서로 맞닿게 접촉된 알니코 자석(1)의 단면적도 정사각형이다. 이러한 정사각형의 자석과 폴을 조합한 권상기의 단면적 또한 정사각형을 이루고 있다. 본발명 권상기의 흡착능력을 최대로 하기 위한 설계기술로는 자속이 흐르는 요오크 구실을 하는 권상시케이스(3)의 전체 단면적과 알니코 자석(1)으로 부터 전달받은 자속이 결속되어 나오는 폴(2)의 전체 단면적이 거의 동일하게 제작되어야 하는 것이며, 본 발명의 권상기는 폴(2)의 총 단면적이 권상기 전단면적의 4분의 1을 정하고 있다.

제2도에는 본 발명 권상기 내부의 측명도를 도시한 도면으로서, Sm₂Co₁₇희토류 자석(4)이 폴(2) 하부에 위치하고 있음을 알 수 있다. 제2도에서 흰부분으로 보여지는 알니코 자석(1)이 자화방향을 N극과S극으로 표시하고 있으며, 폴(2)하부에 위치한 Sm₂Co₁₇자석(4)에서도 N극과 S극이 표시되어 있다. 알니코 및 Sm₂Co₁₇자석이 현재와 같이 자화됐을때가 물건을 흡착할수 있는 경우이며, 제2도의 경우에는 왼쪽 롤(2)에서 자속이 흘러나와 물건을 통해 자속이 흐르면서 다시 오른쪽의 폴(2)를 통해 흘러 들어간다. 이러한 원리가 물건을 흡착할 수 있는 힘을 발생한다. 만약 Sm₂Co₁₇의 자화방향이 괄호속에 표시된 것과 같이 N극과 S극으로 바뀔때는 알니코자석(1)과 Sm₂Co₁₇자석(4)에서 발생하는 자속이 폴(2)을 통해 외부로 흘러가지 못하고, 다만 제2도 권상기 왼쪽의 알니코 자석(1)에서의 자속이 하부에 있는 Sm₂Co₁₇자석(4)으로 흘러 들어가 왼쪽 케이스(3)의 벽을 따라 올라가면서 다시 알니코 자석(2)으로 흘러 들어가는 폐회로를 구성하게 된다. 마찬가지로 제2도 권상기 오른쪽의 폴(2)을 중심으로 맨 오른쪽 알니코 자석(2)에서 흘러 나온 자속은 오른쪽 케이스(3) 벽을 따러 흘러 내려 Sm₂Co₁₇자석(4)의 하부로 흘러 들어가 다시 오른쪽 알니코 자석(1)으로 연결되는 폐회로를 구성하므로 이 경우에는 물건을 흡착할수가 없고, 물건을 탈착할 경우에 위와같은 폐쇄회로를 구성하여 준다. 제2도에 나타나 있는 Sm₂Co₁₇자석(4) 주위에는 솔레노이드 코일(5)이 감겨져 있는데, 이 코일로 하여금 Sm₂Co₁₇자석(4)의 자극을 반전시키는 역할을 한다. 따라서 이 코일에 흐르는 전류의 입력방향을 바꿔줌으로써 Sm₂Co₁₇자석(4)의 자화반전을 가능케 한다.

이때, Sm₂Co₁₇자석(4)이 갖고 있는 보자력을 충분히 상쇄할 수 있는 전기적에너지를 공급하여야 Sm₂Co₁₇자석(4)의 자화반전이 가능하다. 제2도에서 권상기가 물건을 흡착할 경우 폭에 미치는 기계적인 강도를 유지하기 위해 권상기의 case(3)와 폴(2)을 대형 볼트(6)로 연결했으며, 그 대형 볼트는 Sm₂Co₁₇자석(4)을 관통하고 있다. 이때 사용한 대형볼트의 재질은 SCM 435이다.

제3도는 들어올릴 물건의 표면과 직접 맞닿는 폴(2)와 그 하부에 위치한 Sm₂Co₁₇자석(4)을 관통하여 대형볼트(6)를 연결하는 상세도를 보여준다. 대형볼트(6)는 폴(2)에 가공된 나사구멍(7)과 맞물리게 되어 있으며, Sm₂Co₁₇자석(4) 주위에 솔레노이드 코일(5)이 감겨져 있음을 알 수 있다. 본 발명의 권상기는 단면적이 정사각형인 폴(2)을 하고 있으므로, 그 하부에 위치하는 Sm₂Co₁₇자석(4) 또한 정사각형의 단면적을 하고 있다.

그러나, 현존하는 Sm₂Co₁₇자석(4)의 최대크기는 5.0cm x 5.0 cm x 2.5cm 이므로 제3도에 보여지듯이 Sm₂Co₁₇자석(4) 블럭을 4개씩 맞보게 연결하여 4층을 만들어 높이 10cm x 10cm x 10cm의 Sm₂Co₁₇자석블럭을 만들어 폴(2)의 단면적과 일치하게 설계하였다.

제4도에서는 조립된 알니코 자석(1), 폴(2) 및 Sm₂Co₁₇자석(4)등을 권상기 케이스(3)로 패키지한 도면으로서, 권상기 케이스(3)의 빈 공간으로 남아 있는 모든 부분은 몰딩재로 완전히 봉입하며, 이때 몰딩재로 사용하는 것은 열경화성 에폭시 수지이다. 권상기 패키지를 몰딩재로 완전 봉입 후 남은 작업은 권상기 내부를 완전 밀봉하면서 자속이 흐르는 권상기 case(3)인 본체와 자기적으로 불연속이 되게끔 비자성체인스텐레스 재질로 제5도에 보여지듯이 권상기 전면을 완전 밀봉하는 것이다. 이때 사용하는 스텐레스 재질로는 완전 비자성체인 SUS 303 또는 SUS 303(오스테나이트계)등급이다.

본발명의 영구자석식 권상기의 흡착력은 설계에 사용된 폴(2)의 전체 단면적과 사용된 영구자석의 잔류자화력(Br)의 제곱에 비례하고, 실제로 현장에서 안전한 작업을 위해서는 권상기의 흡착능력을 계산상으로 얻어지는 수치보다는 2-3배 높게 설계 및 제작을 한다. 이것을 안전올상수(safety factor)라 일컬으며, 안전올상수가 높을수록 작업에 유리하다. 그러나 무한정 안정올상수를 높이 책정할수는 없고, 사용된 영구자석의 자화력, 폴(2)의 재질(투자율이 큰 재료일수록 유리함, 및 권상기 case(3) 재질(투자율이 높을수록 유리함), 그리고 사용할 크레인 용량 등에 따라 좌우된다. 이상 전술한 내용을 수식으로 표현하면;

여기서 F는 실제로 권상기가 나타내야 할 흡착능력이고 B는 사용된 폴(2)의 유도 자화력(영구자석과 자기회로를 구성하여 발생한)이며, S는 본 발명의 권상기에서 사용된 폴(2)의 전체 단면적을 의미한다. K는 안전올 상수이다.

이상과 같이 본발명에 의하면, 권상기의 자체 중량에 비하여 권상능력이 가일층 증가되며, 보수정비가 필요없게 되어 장시간 사용이 가능토록 됨은, 물론의 흡착 및 탈착작업이 손쉽고 용이하게 이루어질수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 권상기 케이스(3)의 내부 전후 및 좌우측에 폴(2)이 각각 입설되며, 상기 폴(2)의 일측 일정방향으로 자화된 알니코 자석(1)이 연결되며, 상기 폴(2)의 하부에는 Sm₂Co₁₇자석(4)이 위치되는 한편, 상기 Sm₂Co₁₇자석(4) 주연에는 솔레노이드 코일(5)이 권선되어 대형볼트(6)로서 폴(2)의 중앙에 형성된 스크류홀(7)과 일체로 결합하여 고정토록 하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 권상기.
2. 권상기 케이스의 내측으로 4개의 폴을 위치시키고, 상기 폴의 주연 일정 방향으로 보자력이 700-1500 Oe이며, 전류자속 밀도는 10 - 12 KG인 알니코자석으로 연결토록 하며, 상기 폴 하부에는 희토류계의 고유 보자력이 8-15 KOe, 잔류자속 밀도가 8 - 11KG 인 Sm₂Co₁₇자석을 위치시켜 그 주위에 솔레노이드 코일을 권선하여 전류의 부하 방향 조절에 의해 물건을 흡, 탈착토록하는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 권상기의 제작방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 Sm₂Co₁₇자석과 폴은 대형볼트로서 결합고정토록 하는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 권상기의 제작방법.