KR100568121B1 - 영구자석 전자석 복합 마그네트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속물체를 흡착하여 이송하거나 고정하기 위한 장치로서, 강자성체의 철심과; 상기 철심의 주위에 감겨지는 코일과; 내부에 상기 철심을 실장하는 하우징과; 상기 철심과 상기 하우징의 측벽 사이에 위치하는 영구자석과; 상기 철심과 상기 하우징의 저면 사이에는 위치하는 비자성체의 격리판과; 상기 코일에 연결되는 리드케이블을 포함하는 복합 마그네트를 제공한다.

본 발명에 따르면 금속물체를 흡착할 때의 충격으로 인해 영구자석이 파손되는 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상자형태로의 제작이 용이하고, 자로의 길이를 대폭적으로 짧게 할 수 있어 동일한 영구자석으로 보다 큰 흡착력을 발생시킬 수 있게 된다.

복합 마그네트, 영구자석, 전자석, 코일

Description

영구자석 전자석 복합 마그네트{Electro-permanent magnet}

도 1은 종래 복합 마그네트의 구성도

도 2는 종래 복합 마그네트에서의 자속 흐름도

도 3은 종래 복합 마그네트의 흡착원리를 나타내는 자속 흐름도

도 4는 종래 복합 마그네트에서 탈착원리를 나타내는 자속 흐름도

도 5는 다른 종류의 복합 마그네트에서 흡착시 자속 흐름도

도 6은 다른 종류의 복합 마그네트에서 탈착시 자속 흐름도

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 복합 마그네트의 단면 구성도

도 8은 도 7의 평면도

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 복합 마그네트의 자속흐름도

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 복합 마그네트의 흡착원리를 나타내는 자속 흐름도

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 복합 마그네트에서 탈착원리를 나타내는 자속 흐름도

도 12 및 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 복합 마그네트를 다수 결합한 구성도

*도면의 주요부분에 대한 간단한 설명*

10, 20, 100 : 복합 마그네트 11, 110 : 철심

12, 120 : 하우징 13, 130 : 코일

14, 140 : 격리판 15, 150 : 영구자석

16, 160 : 리드케이블 30, 200 : 금속물체

본 발명은 영구자석과 전자석이 함께 사용되는 복합 마그네트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속물체를 흡착하여 고정하거나 이송하기 위한 마그네틱 베드나 리프팅 마그네트에 관한 것이다.

자동화 생산라인 등 산업현장에서 금속물체를 이송하거나 고정하기 위해서 자석을 이용하는 경우가 많은데, 이때 영구자석만을 사용하게 되면 탈착에 어려움이 있고, 전자석만을 이용하게 되면 소정의 흡착력을 얻기 위해 전력을 많이 소모하여야 할 뿐만 아니라, 전력공급 장치 또는 전력계통에 문제가 발생하는 경우에 흡착된 물체가 자유낙하 하거나 이탈하여 안전사고를 초래할 염려가 있기 때문에 안전관리의 차원에서 양자의 단점을 상호 보완할 수 있는 복합 마그네트가 많이 사용되고 있다.

복합 마그네트는 강자성체로 만들어진 철심과 영구자석을 결합하여 영구자석 의 자기장에 의해 금속물체를 흡착하고, 전자석에 의한 자기장에 의해 금속물체를 탈착하는 원리로 동작한다.

도 1은 종래 복합 마그네트의 구성을 예시한 단면도로서, 철심(11)과, 철심 주위에 감기는 코일(13)과, 상기 철심(11)과 코일(13)을 실장하는 하우징(12)과, 상기 철심(11)과 상기 하우징(12)의 저면에 위치하는 영구 자석(15)과, 상기 코일(13)과 전원을 연결하는 리드케이블(16)을 포함하고 있다. 하우징(12)은 통형으로서 다각형 또는 원형의 저면을 가지며, 철심(11)은 코일(13)에 인가되는 전원에 의해 발생한 자속이 지나는 통로가 된다.

철심(11)은 대칭성을 고려하여 통상 원기둥 형상을 가지는데, 도 1에서는 상부와 하부의 직경을 달리하여 상부에만 코일을 감았으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

철심(13) 하부의 측면과 하우징(12) 내벽 사이에 위치하는 것은 비자성체 재질의 격리판(14)으로서, 자속의 통로를 제공하면서 누설 자속을 줄이는 역할을 한다.

도 2는 코일(13)에 전력을 공급하지 않는 경우에 영구자석(15)에 의한 자속의 흐름을 도시한 것으로서, φ1은 철심(11)의 내부를 흐르는 자속이고, φ2는 영구자석 근방의 누설자속을 나타낸다.

도 3은 금속물체를 하우징(12)의 개구부에 근접시켰을 때, 철심(11)과 금속물체(30)를 지나는 자속의 흐름을 도시한 것으로서, φ3은 도 2의 φ1보다 강화된 자속이 철심(11)의 내부를 흐르고, 영구자석(15) 부근의 누설자속은 감소하는 것을 도시한 것인데, 강화된 자속 φ3 때문에 흡착력이 커지게 된다.

이와 같이 금속물체(30)가 결합됨으로써 형성되는 자속 φ3가 금속물체(30)가 결합되지 않은 경우의 자속 φ1보다 커지는 것은, 자석과 흡착물체와의 공극감소로 인한 자기저항의 감소에 기인되는 것이다.

도 4는 영구자석(15)에 의해 흡착된 금속물체(30)를 탈착하는 원리를 설명하기 위한 것으로서, 코일(13)에 전원을 인가하여 영구자석의 자속 φ3과 반대방향의 자속을 생성시켜 흡착력을 감소 또는 상쇄시키게 되면, 철심(11)에는 측면의 격리판(14)을 지나는 누설자속 φ4 만이 존재하는 모습을 도시하고 있다.

한편 금속물체(30)를 탈착할 때만 전원이 연결되어야 하는 것은 아니므로, 흡착할 때에도 극성을 바꾸어 전원을 연결하게 되면 보다 강력한 흡착력을 얻을 수 있음은 물론이다.

그런데 이와 같은 종래 방식의 복합 마그네트는 영구자석(15)이 하우징(12)의 저면에 배치되기 때문에, 금속물체(30)를 흡착할 때의 충격력에 의해 영구자석(15)이 파손되어 그 본래의 기능을 상실하는 경우가 종종 발생하고 있으며, 자속이 흐르는 통로인 자로(磁路)도 하우징(12)의 바닥에서부터 개구부에 결합되는 금속물체(30)까지 이르는 길이를 가지게 되므로, 자기손실이 증가하여 영구자석(15)이 가지고 있는 고유한 흡착력을 발휘하기 어려운 문제가 있다.

또한 종래 방식에서는 하우징(12)의 저면에 원판형의 영구자석(15)을 부착하여야 하는데, 영구자석의 크기가 상당히 클 수밖에 없어. 자체의 강력한 자력으로 인해 이를 조립하는 데 큰 어려움이 따르고, 영구자석을 대단위 크기로 제작하는 것도 어려운 문제가 있다.

도 5 및 도 6은 종래 복합 마그네트(20)의 다른 예를 도시한 것으로서, 강자성체의 철심(23) 사이에 제1 영구자석(21)과 제2 영구자석(22)을 배치한다. 이때 제1 영구자석(21)은 제2 영구자석(22)보다 상대적으로 보자력이 큰 것을 사용하며, 제2 영구자석(22)의 주위에는 코일(24)을 감는다.

철심(23)의 저면에는 비자성체의 격리판(25)을 사이에 두고 고정판(26)과 결합하는데, 고정판(26)은 마그네트를 전체적으로 지지 또는 고정하기 위한 것이다. 미설명 부호 27은 코일(24)과 전원을 연결하는 리드케이블이다.

이와 같은 구성에서, 도 5와 같이 제1,2 영구자석(21,22)의 극성을 동일하게 유지하면, 두 개 영구자석(21,22)의 자속 φ5, φ6에 의해 철심(23)이 자화되어 금속물체(30)를 흡착할 수 있게 된다.

반대로 도 6과 같이 코일(24)에 인가되는 전원의 극성을 바꾸면, 제2 영구자석(22)의 극성이 제1 영구자석(21)의 극성과 반대방향으로 되어, 제1 영구자석(21)에서 발생된 자속 φ7이 제2 영구자석(22)을 통하여 흐르게 되어, 금속물체(30)를 탈착할 수 있게 된다.

이와 같은 구성의 복합 마그네트는 도 1의 방식에 비하여 구성이 복잡하여 제작에 어려움이 있을 뿐만 아니라, 제어기가 복잡하고, 가격이 고가이기 때문에 실제 산업현장에 적용하는 데는 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 영구자석이 파손될 우려가 없으면서도 보다 강한 흡착력을 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라 보다 용이하게 조립할 수 있는 복합 마그네트를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 강자성체의 철심과; 상기 철심의 주위에 감겨지는 코일과; 내부에 상기 철심을 실장하는 하우징과; 상기 철심과 상기 하우징의 측벽 사이에 위치하는 영구자석과; 상기 철심과 상기 하우징의 저면 사이에 위치하는 비자성체의 격리판과; 상기 코일에 연결되는 리드케이블을 포함하는 복합 마그네트를 제공한다.

상기 철심은 원 또는 다각형의 단면을 가지는 하부기둥의 상면에, 상기 하부기둥보다 직경이 작으면서 단면이 원 또는 다각형인 상부기둥이 결합된 형상을 가지며, 상기 코일은 상기 상부기둥 주위에 감기며, 상기 하우징은 원 또는 다각형의 저면을 가지는 상자 형상이며, 상기 영구자석은 상기 하부기둥의 측벽에 인접하는 상기 하우징의 내측벽에 결합될 수 있다.

상기 하우징은 사각형의 저면과 4개의 측벽을 가지며, 상기 각 측벽마다 상기 영구자석이 하나 이상씩 결합될 수 있다.

또한 본 발명은 상기 복합 마그네트를 2개 이상 수평으로 결합하여 형성되는 복합 마그네트를 제공한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참고로 설명하기로 한다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 마그네트(100)의 구성을 도시한 단면도 및 평면도로서, 강자성체로 만들어진 철심(110), 철심(110)의 주위에 감기는 코일(130), 그리고 영구자석(150)이 상자형의 하우징(120)에 실장되어 있다.

상기 하우징(120)은 사각형의 저면과 4개의 측벽으로 구성되며, 하우징(120)의 내측벽과 철심(110) 사이에는 영구자석(150)이 위치하는데, 4개의 측벽마다 1개의 영구자석(150)이 각 부착되어 있다.

이러한 하우징(120)의 형상은 예시에 불과한 것이므로, 저면이 원형 또는 다른 다각형일 수도 있으며 측벽의 형상이나 개수도 그에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.

한편 하우징(120)의 각 측벽에는 영구자석(150)이 1개씩 부착될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니므로 다수의 영구자석을 조합하여 부착할 수도 있다.

철심(110)은 주위에 코일(130)이 감길 수 있는 기둥형상을 가지는데, 본 발명에서는 하부기둥 위에 그보다 직경이 작은 상부기둥을 결합한 형상을 가지며, 도면에서는 원기둥을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니므로 다각형의 단면을 가지는 기둥이어도 무방하다.

또한 본 발명에서는 코일(130)을 철심(110)의 상부기둥 주위에 감았으며, 직경이 큰 하부기둥의 측면에는 영구자석(150)을 인접하여 설치하였다.

철심(110)과 하우징(120)의 저면 사이에 위치하는 비자성체의 격리판(140)은 영구자석(150)에서 발생되는 자속이 통과하거나, 자속을 차단하는 역할을 한다.

미설명부호 160은 코일(130)에 전력을 공급하거나 차단할 수 있도록, 코일(130)의 시작단과 끝단을 하우징(120)의 외부로 연장한 리드케이블이다.

본 발명과 같이 영구자석(150)을 철심(110)의 측면과 하우징(120) 내측벽 사이에 수평적으로 배치하게 되면, 금속물체를 흡착할 때의 충격에 의해 영구자석(150)이 파손되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 9는 코일(130)에 전력이 공급되지 않은 상태에서 자속의 흐름을 도시한 것으로서, 종래 기술인 도 2와 비교해 보면, 자속 φ1'의 자로(磁路)가 현저하게 짧아졌음을 알 수 있다.

이와 같이 자로의 길이가 짧아진다는 것은, 자기저항이 감소한다는 것을 의미하므로, 영구자석에서 보다 많은 자속을 발생할 수 있게 되어 동일한 영구자석으로 보다 큰 흡착력을 얻을 수 있게 된다. 또한 누설자속에 해당하는 φ2'의 자로는 종래 기술의 경우와 대동소이하므로 누설자속에 의한 자기손실에는 큰 차이가 없음을 알 수 있다.

도 10은 본 발명의 복합 마그네트를 이용하여 금속물체를 흡착하는 원리를 설명하기 위한 것으로서, 금속물체(200)를 하우징(120)의 개구부에 근접시키면 영구자석(150)에서 발생된 자속이 금속물체(200)를 통하여 흐르게 됨으로써 흡착력이 발생할 수 있음을 보여준다.

이때에도 금속물체(200)의 접근 때문에 철심(110)을 지나는 자속 φ3'가 금속물체(200)가 존재하지 않을 때의 자속 φ1'에 비해 강화됨은 앞서 설명한 바와 같다. 자로의 길이가 크게 감소하기 때문에 흡착력이 대폭 증가하는 것도 상술한 바와 같다.

도 11은 흡착된 금속물체(200)를 탈착하는 원리를 설명하는 도면으로서, 코일(130)에 의해 발생하는 자속의 극성이 영구자석(150)에 의한 자속과 반대방향이 되도록 리드케이블(160)에 전력을 공급하게 되면, 자속 φ3'가 감소하거나 상쇄되고 철심(110)과 하우징(120)과의 공극을 통해 흐르는 누설자속 φ4'만이 존재하게 되므로 금속물체(200)를 탈착할 수 있게 된다.

도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 복합 마그네트를 수평으로 다수 결합한 경우를 예시한 것으로서, 이를 통해 복합 마그네트의 크기를 임의로 조절할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 한정하여 설명하였으나, 당업자에 의해 다양하게 수정 또는 변형될 수 있으며, 이러한 수정이나 변형도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 하는 한 본 발명의 권리범위에 포함됨은 물론이다.

본 발명의 실시 예에 따른 복합 마그네트를 이용하게 되면, 금속물체를 흡착할 때의 충격으로 인해 영구자석이 파손되는 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상자형태로의 제작이 용이하고, 자로의 길이를 대폭적으로 짧게 할 수 있어 동일한 영구자석으로 보다 큰 흡착력을 발생시킬 수 있게 된다.

또한 하나의 영구자석을 보다 작게 분할하여 측면에 배치함으로써, 조립시에 발생되는 영구자석의 흡착력을 분산할 수 있게 되어 보다 용이하게 조립할 수 있다.

또한 금속물체를 흡착 또는 탈착하는 순간에만 전력이 공급됨으로써 전기에너지 소비를 대폭적으로 줄일 수 있음은 물론, 전력공급장치 또는 전력계통에 이상이 발생하는 경우에도 별도의 장치 없이 금속물체를 흡착할 수 있어 안전사고를 예방할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 강자성체의 철심과;

   상기 철심의 주위에 감겨지는 코일과;

   내부에 상기 철심을 실장하는 하우징과;

   상기 철심과 상기 하우징의 측벽 사이에 위치하는 영구자석과;

   상기 철심과 상기 하우징의 저면 사이에 위치하는 비자성체의 격리판과;

   상기 코일에 연결되는 리드케이블

   을 포함하는 복합 마그네트
2. 제1항에 있어서,

   상기 철심은 원 또는 다각형의 단면을 가지는 하부기둥의 상면에, 상기 하부기둥보다 직경이 작으면서 단면이 원 또는 다각형인 상부기둥이 결합된 형상을 가지며,

   상기 코일은 상기 상부기둥 주위에 감기며,

   상기 하우징은 원 또는 다각형의 저면을 가지는 상자 형상이며,

   상기 영구자석은 상기 하부기둥의 측벽에 인접하는 상기 하우징의 내측벽에 결합되는

   복합 마그네트
3. 제2항에 있어서,

   상기 하우징은 사각형의 저면과 4개의 측벽을 가지며, 상기 각 측벽마다 상기 영구자석이 하나 이상씩 결합되는 복합 마그네트
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 복합 마그네트를 2개 이상 수평으로 결합하여 형성되는 복합 마그네트

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