KR100471505B1 - 안정장치가 제공된 전자영구자석을 가진 리프터 - Google Patents

안정장치가 제공된 전자영구자석을 가진 리프터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리프팅될 로드(18)와 접촉하기에 적합한 적어도 하나의 강자성 코 어(6b, 6b')의 측면상의 수평축을 따르는 방향을 가지는 극성을 가지고 배치된 적어도 한 쌍의 영구자석(6a, 6a')으로 구성되는 적어도 하나의 자석(6, 6') 상부의 수직축을 따르는 방향을 가지는 극성을 가지고 배치된 적어도 하나의 가역자석(5, 5')과 상기 강자성 코어의 하부(6c, 6c')에 인접하여 배치되는 적어도 하나의 자기 감지기(11), 가역자석(5, 5')을 통과하는 자력 선속만을 측정하기 위해 영구자석(6a, 6a') 상부에 배치되는 적어도 하나의 추가의 자기 감지기(12) 및 자기 감지기(11, 12)에 의해 전달되는 신호를 처리하고 가역자석(5, 5')의 자화 곡선(14)상에서 리프트의 동작점을 얻기 위한 안정장치(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리프트에 관한 것이다.

Description

안정장치가 제공된 전자영구자석을 가진 리프터{LIFTER WITH ELECTROPERMANENT MAGNETS PROVIDED WITH A SAFETY DEVICE}
본 발명은 자석 리프터(lifter) 특히, 동작점을 제어하기 위한 안정장치가 제공된 전자영구자석을 가진 리프터에 관한 것이다.
공지된 바와 같이, 리프터는 사용된 자석의 종류에 따라 세 가지 즉, 영구자석, 전자영구자석 및 전자석으로 분류된다. 각각의 리프터는 종류에 따라 장점과 단점을 가진다.
영구자석을 가진 리프터는 무시할 수 있을 정도로만 전력을 소비하고 외부 공급원에 관계없이 신뢰성있고 일정하게 발생되는 자기력을 가진다는 장점을 가진다. 한편, 필요에 따라 자기력을 증가시키는 것은 불가능하고, 자석이 무거운 로드(load)를 리프팅하려면 과도할 정도로 부피가 커져야 한다. 게다가, 로드 탈착시 자기력을 로드 무게보다 작은 값으로 감소시키기 위해 상당한 기계적인 동력을 필요로 한다. 선택적으로, 자석은 로드로부터 멀리 이동되어 자기 인력을 감소시키도록 이동 가능하게 제조되어야한다.
반면에, 전자석을 가진 리프터의 경우에는 자기장을 발생시키는 권선에서의 전류 흐름을 간단히 조정함으로써 자기력을 용이하게 변화시킬 수 있다. 하지만, 비록 매우 짧은 동안의 전력 공급의 중단에도 즉각적으로 자기력을 상실하여 로드를 탈착하게 된다. 그러므로, 연속적인 공급을 보장하는 안정장치가 필수적이다.
전자영구자석을 가진 리프터는 실질적으로 이상에서 언급한 두 리프터 형태의 장점을 조합하여 가진다. 이는 가역적인 영구자석 즉, 극성이 전기 임펄스에 의해 쉽게 가역되는 자석을 사용하기 때문이다. 따라서 가역적인 자석은 함께 결합된 통상적인 영구자석의 자력 선속 또한 조절할 수 있는 조정 가능한 자력 선속을 발생시킨다. 따라서, 리프터가 비활성되어야할 때 두 자석을 단락시키거나 또는 리프터를 활성화시키기 위해 이들을 평행하게 배치시키는 것이 가능하다. 연속적으로 공급되지 않은 전기 임펄스가 가역자석을 가역시키는데 필요하기 때문에, 전자석에 영향을 주는 안정성 문제가 해결된다. 동시에, 영구자석이 사용된다 할지라도, 어느 정도의 한계내에서 자기력을 변화시키는 것이 가능하고, 로드 탈착이 최소의 동력 소비를 통해 그리고 자석을 이동시키기 위한 복잡한 구조물을 필요로하지 않고 쉽게 실행될 수 있다.
하지만, 전자영구자석은 두 종류의 자석에 대하여 가역자석의 특정 자화 곡선 때문에 동작 불안정성이라는 단점을 가진다. 실제로 가역자석은 일반적으로 이력 현상을 가지는 알루미늄-니켈-코발트(알니코) 합금으로 구성되며, 감소된 보자력에 상응하는 높은 자기 유도의 특징을 가진다. 이러한 특징은 영구자석내의 자력 선속이 전자영구자석을 형성하도록 한다.
하지만, 자화 곡선은 '굴곡점(knee)'를 가지고, 이 점을 지나면 가역자석이 선형적이지만 제 1 영역에 비해 훨씬 더 경사져서 동작하게 된다. 이는 작은 보자력 변화에 상응하는 큰 자기 유도 변화에 관계한다. 실제로, 이는 전자영구자석을 가진 리프터가 리프팅된 재료의 역학적 성질에 의해 상당한 영향을 받는다 것을 의미한다. 이러한 장치에 의해 리프팅된 평판의 오실레이션은 에어 갭의 변화와 이에 따른 자기 회로의 총 자기 저항의 변화에 관련되고, 이는 상기 '굴곡점' 이하에서 리프터의 자기량의 동작점을 변동시킨다는 점이 공지되어 있다. 이러한 역학적 성질은 리프팅된 재료의 미세한 변동에도 영향을 받고, 따라서 약간의 구부러짐 또는 거의 검출할 수 없을 정도의 굽힘만으로도 기자력에 상당한 변화를 초래하여 리프팅 시스템이 매우 불안정해진다.
공지된 리프터에서 어떠한 형태의 자석에 대해서 동일하게 자기력을 측정하기 위한 시스템이 제공된다. 이러한 측정 시스템은 리프팅될 로드의 무게와 발생된 자기력을 비교함으로써 안정 동작 요인을 계산하는 역할만을 한다. 이는 측정 코일을 로드와 접촉하는 극에 인접하여 배치시킴으로써 실행되고, 로드와 연계된 총 자력 선속을 매우 정확하게 측정할 수 있게 된다. 이러한 측정은 동작점에 대한 어떠한 지시도 나타내지 않기 때문에, 임의의 경우에 가역자석의 불안정에 의한 위험성을 나타낼 수 없다.
도 1은 비-동작 상태에서의 본 발명에 따른 리프터의 좌측부를 도시하는 개략 정면도이다.
도 2는 도 1의 리프터의 대칭되는 구조를 가진 하단부를 도시하는 부분 수평 단면도이다.
도 3은 가역자석과 영구자석의 자화 곡선을 도시하는 도표이다.
도 4는 도 1의 리프터가 로드를 운반하고 있는 상태를 도시한다.
본 발명의 목적은 실제 동작 조건에 따라 임의의 경우에 리프팅 장치의 불안정성을 제어할 수 있는 안정장치를 가진 전자영구자석을 구비하는 리프터를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 가역자석의 기여도와 이에 따른 동작점만을 측정할 수 있는 감지기가 제공된 리프터에 의해 실현된다.
따라서, 본 발명에 따른 리프터의 주된 장점은 총 안전성 요인뿐만 아니라 불안정성 조건의 접근법을 지시함으로써 최고의 동작 안정성을 보증하는 것이다.
본 발명에 따른 리프터의 또다른 장점은 가역자석 자력 선속을 측정하는 감지기에 의해 제공된 데이터와 총 자력 선속을 측정하는 감지기에 의해 제공된 데이터를 적절하게 조합함으로써, 활성 극과 로드 사이의 에어 갭에 의해 야기된 자기 분산으로 인한 총 자력 선속에 관한 데이터의 판독 에러를 보상하는 것이 가능하고, 상기 에러는 에어 갭 크기에 비례한다.
본 발명의 리프터의 추가의 장점은 이하의 첨부된 도면을 참조로한 상세한 설명을 통해 알 수 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 공지된 방식으로 전자영구자석을 가지는 리프터는 외부 지지 구조물, 다수의 자석 및 조정/제어 유니트를 포함한다.
지지 구조물은 상부 블록(1), 예를 들면, 크레인과 같은 리프팅 수단을 고정시키기 위한 조인트(2), 네 개의 측면(3) 및 밀폐 하부판(4)으로 구성된다. 분명하게, 이러한 구조물은 자기 회로의 자기 저항을 최소화하기 위하여 높은 자기 전도율을 가진 재료로 구성된다.
각각의 전자영구자석은 하나가 다른 하나의 위쪽에 배치되는 가역자석(5)과 영구자석(6)에 의해 형성된다. 가역자석(5)의 극성은 알니코로 구성된 코어(5a)의 수평면상에 배치되고, 이러한 코어 주위에 극성 전환을 제어하기 위한 가환 코일(5b)이 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 리프터가 동작되지 않는 동안 N극이 상부면에 위치하고 S극이 하부면에 위치한다.
영구자석(6)은 강철 코어(6b)의 측면을 따라 배치된 다수의 페라이트 블록(6a)을 포함한다. 이러한 코어(6b)는 알니코 코어(5a)를 통과하고 너트(8)에 의해 적합한 시트(9) 내부에 속박(constrain)되는 다수의 막대(7)를 통해 블록(1)에 고정된다. 따라서, 영구자석(6) 또한 블록(1) 하부에 고정된다. 코어(6b)는 극단부(6c)에서 아래로 연장하여 하부판(4)으로부터 돌출하고, 리프팅될 로드와 접촉할 수 있도록 한다.
페라이트 블록(6a)의 극성 배치는 도 2에 명확하게 도시되고, 모든 면에서 N극은 코어(6b)를 향하고 S극은 외부를 향한다.
이상의 설명은 도 1에 도시된 리프터의 좌측면 즉, 반쪽 단면중에서 보이는 부분상에 배치된 자석(5, 6)에 관한 것이다. 화살표로 표시된 자기 회로의 완결(closing)을 위해, 다른 전자영구자석이 리프터의 우측에 반전된 극성을 가지고 적절하게 배치된다. 다시 말해, 상부면상에 S극을 가지고 하부면상에 N극을 가지는 제 2의 가역자석(5')이 배치된다. 제 2 영구자석(6') 또한 자신의 S극은 코어(6b')를 향하고 N극은 외부를 향하는 다수의 페라이트 블록(6a')을 포함한다(도 2를 참조).
이러한 자석 배치는 실질적으로 도 1에 도시된 화살표 방향의 자력 선속 라인의 세 개의 다발을 가지는 자기장을 포함한다. 이러한 자력 선속의 중간 다발은 두 개의 가역자석(5, 5'), 두 개의 코어(6b, 6b'), 두 개의 코어 사이에 위치하는 페라이트 블록(6a, 6a') 뿐만 아니라 외부 지지 구조물의 일부를 지난다. 자력 선속 라인의 측면쪽 두 다발은 가역자석(5, 5')중 하나, 코어(6b, 6b')중 하나 및 이들 코어와 측면(3) 사이에 위치하는 페라이트 블록(6a, 6a')를 통과한다. 이러한 자력 선속 라인은 함께 연계되어 리프터 내부로 흐르고, 극부분(6c, 6c')에 인접하여 위치하는 강자성 로드는 리프터에 의해 끌어당겨지지 않을 것이다.
조정/제어 회로는 가환 코일(5b)로 구성된 적어도 하나의 제어 회로(10), 페라이트 블록(6a)의 상부와 하부에 위치하는 제 1 자기 감지기(11) 및 제 2 자기 감지기(12)뿐만 아니라 상기 감지기(11, 12)로부터 나온 신호를 처리하기 위한 적어도 하나의 안정장치(13)를 포함한다. 하부 자기 감지기(11)는 로드와 연계되는 자력 선속을 측정하기 위해 예를 들면, 코어(6b)의 기저부를 감싸는 루프를 가진 코일로 구성된다. 예를 들면, 코어(6b)의 상부를 감싸는 루프를 가진 추가의 코일로 구성된 상부 자기 감지기(12)는 이하에서 설명될 바와 같이 가역자석(5)의 기여도만을 측정할 수 있다는 점에서 본 발명에 따른 리프터가 진보적인 특성을 가진다.
비록 한 쌍의 감지기(11, 12)만으로도 전자영구자석의 하나의 극 쌍의 동작을 제어하기에 충분하지만, 더 정밀한 측정을 위하여 각각의 전자영구자석은 바람직하게는 자신의 감지기 쌍을 가진다. 따라서, 하부 코일과 상부 코일(도시 안됨) 또한 자석의 코어(6b') 주위에 위치하고, 이들 둘 모두 안정장치(13)에 결합되어 두 쌍의 코일의 측정치를 평균함으로써 측정 오차를 감소시킨다.
도 3을 참조하면, 잉여 자기 유도 Br과 보자력 장(field) 세기 Hc 사이의 비를 나타내는 자화 곡선은 리프터의 자석 형태에 따라 두 가지 다른 특성을 가진다. 특히, 영구자석(6, 6')의 자화 곡선(15)과는 달리 가역자석(5, 5')의 자화 곡선(14)은 '굴곡점(17)' 사이에 매우 짧은 선형 부분(16)을 가지고 잉여 자기 유도 Br 축은 보자력 장 세기 Hc의 영점과 일치한다. '굴곡점(17)'을 지나서, 자화 곡선(14)은 매우 경사지고 이력 현상을 나타내며, 이에 의해 리프터의 동작점이 이러한 영역에 우연히 들어오면, 잉여 유도 Br이 보자력 장 세기 Hc의 작은 변화에도 빠르게 변화하고 더욱이 자기 이력 현상으로 인해 두 값들 사이에 어떠한 전단사도 없기 때문에, 리프팅력은 불안정하게 된다.
도 4를 참조하면, 강자성 로드(18)를 극 부분(6c, 6c')에 인접시키고 각각의 가환 코일을 통해 가역자석(5, 5')의 극성을 반전시킴으로써 본 발명에 따른 리프터에 의해 끌어 당겨진다. 따라서, 자력 선속 라인은 도 1에 도시된 바와 같이 영구자석(6a, 6a')의 자력 선속 라인과 연계되지 않는다. 대신에, 전자영구자석 덕분에 자기 회로가 극부분(6c)으로부터 나와서 극부분(6c')안으로 들어가도록 강요되기 때문에 모든 자력 선속 라인은 로드(18)를 통과한다. 이 경우에도 또한 세다발의 자력 선속 라인을 포함하는 자기장이 유도되지만, 실질적으로 도 4의 화살표 방향으로의 방향성을 가지고 동심원모양을 이룬다.
특히, 가역자석(5, 5')을 통과하는 자력 선속 라인은 페라이트 블록(6a, 6a')을 통과하지 않고, 이에 의해 여기서 발생된 자기장에 의해 끌어당겨지지 않는다는 점이 주목되어야 한다. 그러므로, 감지기(12)는 가역자석에 의해서만 발생된 자력선속의 세기를 검출하는 반면에, 감지기(11) 페라이트 블록(6a, 6a')에 의해 주어진 기여도만을 검출한다.
본 실시예의 안정장치(13)는 감지기(11, 12)로부터 전송된 신호를 입력받아 증폭하고 디지털 신호로 변환하는 마이크로프로세서에 의해 제어되는 전자 회로를 포함한다. 안정장치(13)는 전자영구자석의 총 기자력과 곡선(14)상의 가역자석(5,5')의 동작점을 개별적으로 얻기 위해 감지기(11, 12)의 신호를 처리한다. 이러한 값들을 상호 비교함으로써, 안정장치(13)는 감지기(11)에 의해 측정된 자력 선속과 실질적으로 로드(18)를 통과하는 자력 선속 사이의 오차를 보상한다. 이러한 오차는 에어 갭 Δ, 즉 로드(18)와 극부분(6c, 6c') 사이의 거리차에 의한 자력 선속의 분산으로 인한 것이다. 도4에서 좌측면의 자력 선속 라인은 에어 갭 Δ을 통해 실제 조건하에서, 즉 분산 효과를 가지는 것(확대되어 도시됨)으로 도시되고, 우측면의 자력 선속 라인은 이상적인 조건하에서 즉, 분산 효과를 가지지 않는 것으로 도시된다.
영구자석 상부에 위치하는 감지기(12)덕분에, 안정장치(13)는 도 3의 곡선(14)상의 가역자석(5, 5')의 동작점을 결정하고 이에 따라, 에어 갭 Δ의 크기, 자기 유도 Br, 로드(18)와 연계된 자기력 및 로드상에서의 유효 자기력을 차례로 계산한다. 따라서 안정장치(13)의 소프트웨어는 에어 갭 Δ으로 인해 분산된 자력 선속으로 인한 에러를 제거하기 위해 감지기(11)의 측정값을 자동적으로 수정할 수 있는 특정 알고리즘을 포함한다.
만일 로드(18)상에서 동작하는 유효 자기력이 리프팅에 불충분하거나 또는 가역자석(5, 5')의 동작점이 선형 부분(16)상에 위치하지 않는다면, 안정장치(13)는 음향 경보 신호 또는 광 경보 신호등으로 위험 조건을 동작자에게 즉시 알려주게 된다.
이상에서 설명되고 예시된 본 발명에 다른 리프터의 실시예는 다양한 변형의 일례일 뿐이다. 특히, 자석을 구성하는 재료는 리프터가 요구하는 조건에 따라 변할 수 있다. 예를 들면, 영구자석은 네오듐 또는 다른 희토류로 구성될 수 있다. 자기 감지기(11, 12)가 코일을 포함하지 않는 다른 형태의 감지기 예를 들면, 홀(Hall) 효과 감지기와 같은 본 발명에 따른 다른 실시예 또한 가능하다.

Claims (10)

  1. 리프팅될 로드(18)와 접촉하기에 적합한 적어도 하나의 강자성 코어(6b, 6b')의 측면상의 수평축을 따르는 방향을 가지는 극성으로 배치된 영구자석(6a)을 구비하는 적어도 하나의 자석(6, 6')위에 배치된 적어도 하나의 가역자석(5, 5'), 상기 강자성 코어의 하부(6c, 6c')에 인접하여 배치된 적어도 하나의 자기 감지기(11), 추가의 자기 감지기(12), 및 상기 자기 감지기(11, 12)에 의해 전달되는 신호를 처리하고 상기 가역자석(5, 5')의 자화 곡선(14)상에서 상기 리프터의 동작점을 얻기 위한 안정장치(13)를 포함하는 리프터에 있어서,
    상기 가역자석(5, 5')의 극성은 수직축을 따라 배치되고, 상기 자석(6, 6')은 적어도 하나의 또다른 영구자석(6a')을 구비하며, 상기 영구 자석들(6a, 6a')은 상기 강자성 코어(6b, 6b')의 측면상의 수평축을 따르는 방향을 가지는 극성으로 배치되며, 상기 추가의 자기 감지기(12)는 상기 가역자석(5, 5')을 통과하는 자력 선속만을 측정하기 위해 상기 영구자석(6a, 6a')위에 배치되는 리프터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가역자석(5, 5')의 한 쌍은 상기 강자성 코어(6b, 6b')의 측면상의 수평축을 따르는 방향을 가지는 극성으로 배치된 상기 다수의 영구자석(6a, 6a')을 구비하는 상기 자석(6, 6') 상부의 수직축을 따라 각각이 상호 반대 방향을 가지는 극성으로 배치되고, 상기 가역자석(5, 5')에 의해 유도된 자력 선속이 함께 연계되는 것을 특징으로 하는 리프터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 자기 감지기(11)는 상기 두 개의 강자성 코어(6b. 6b')의 각각의 하부에 배치되고 상기 추가의 자기 감지기(12)는 상기 각각의 두 가역자석(5, 5')과 상기 두 가역자석과 결합된 상기 영구자석(6a, 6a') 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 리프터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 가역자석(5, 5')중 적어도 하나는 알루미늄, 니켈 및 코발트를 포함하는 금속 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 리프터.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 감지기(11, 12)중 적어도 하나는 상기 강자성 코어(6b, 6b')의 일부를 감싸는 루프를 가지는 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 리프터.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 감지기(11, 12)중 적어도 하나는 홀(Hall) 효과 감지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 리프터.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 가역자석(5, 5')과 상기 영구자석(6a, 6a')은 상기 강자성 코어(6b, 6b')가 자신의 하부로부터 부분적으로 돌출하는 높은 자기 전도율을 가진 구조물(1, 3, 4) 내부에 밀폐되는(housed) 것을 특징으로 하는 리프터.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 안정장치(13)는 상기 자기 감지기(11, 12)에 의해 전달된 신호를 입력으로 수신하여 디지털 형태로 변환하는 마이크로프로세서에 의해 제어되는 전자 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 리프터.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 안정장치(13)는 상기 자기 감지기(11, 12)를 통해 검출된 값의 차이에 따라 상기 리프팅된 로드(18)를 통과하는 자력 선속을 계산하는 것을 특징으로 하는 리프터.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 안정기(13)는 상기 가역자석(5, 5')의 상기 자화 곡선(14)상의 상기 리프터의 상기 동작점이 보자력 장 세기(Hc)의 영점과 일치하는 잉여 자기 유도(Br)의 축과 굴곡점(17) 사이의 선형 부분(16)이 아닐 때 자동적으로 동작하는 경보 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리프터.
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