KR100754976B1

KR100754976B1 - 회전조절장치

Info

Publication number: KR100754976B1
Application number: KR1020060037009A
Authority: KR
Inventors: 신우석
Original assignee: (주)오토엠아이티
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2007-09-05

Abstract

본 발명에 따르는 회전조절장치는,내측면의 원주방향을 따라 영구자석이 구비되고, 회전축이 결합되어 회전가능하도록 중심에 베어링이 구비되는 구동롤러; 내측면에는 자성체가 구비되어 상기 영구자석과 자기장을 형성하고, 상기 회전축이 결합되어 회전가능하도록 중심에 베어링이 구비되는 종동롤러; 및 상기 영구자석과 자성체의 사이에 구비되어 자기력의 세기를 조절할 수 있도록 하는 간극조절체를 포함하여, 영구자석의 자력과 상대 자성체간의 흡인력을 이용하여 비접촉 상태에서 순수한 자력만으로 일정한 회전부하 및 회전 토오크를 연속적으로 발생시킬 수 있도록 함으로써 청정 환경 내에서의 사용 가능성을 확보하고 생산성을 향상시키며 유지 및 보수 비용의 절감으로 생산원가를 낮출 수 있도록 하는 효과가 있다.

영구자석, 구동롤러, 자성체, 종동롤러, 간극조절체, 흡인력

Description

회전조절장치{Apparatus for controlling rotation}

도1은 본 발명에 따른 회전조절장치를 분해하여 나타낸 분해사시도.

도2a는 본 발명에 따른 회전조절장치에서 영구자석의 배치에 대한 일실시예를 나타낸 사시도.

도2b는 본 발명에 따른 회전조절장치에서 영구자석의 배치에 대한 다른 실시예를 나타낸 사시도.

도3은 본 발명에 따른 회전조절장치에서 영구자석과 자성디스크로 구성되는 자기회로도.

도4는 본 발명에 따른 회전조절장치에서 공극길이와 영구자석의 고유 자속밀도에 따른 흡인력을 나타낸 그래프.

도5a는 구동롤러와 종동롤러에 각각 영구자석을 구비한 회전조절장치의 회전충격발생예시도.

도5b는 구동롤러에 영구자석을 구비하고 종동롤러에 보자력이 강한 재질의 자성 디스크를 구비한 회전조절장치의 회전충격발생예시도.

도5c는 구동롤러에 영구자석을 구비하고 종동롤러에 보자력이 약한 재질의 자성 디스크를 구비한 본 발명에 따른 회전조절장치의 회전충격발생예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 영구자석 20 : 회전축

30 : 베어링 40 : 구동롤러

50 : 자성체(자성 디스크) 60 : 베어링

70 : 종동롤러 80 : 간극 조절체

G : 공극 MF : 자기장

본 발명은 회전조절장치에 관한 것으로, 특히 영구자석의 자력과 상대 자성체간의 흡인력을 이용하여 비접촉 상태에서 순수한 자력만으로 일정한 회전부하 및 회전 토오크를 연속적으로 발생시킬 수 있도록 하는 회전조절장치에 관한 것이다.

일반적으로 물류 컨베이어는 수 내지 수십 킬로그램의 하중을 가지는 수송물을 운송하면서 수송물의 조립, 검사, 포장 등과 같은 작업을 수행하여야 하기 때문에 연속적인 운송과 일시 정지를 반복해야 한다.

이에 따라, 컨베이어를 일시적으로 멈추게 하기 위해 동력을 끊게 되면 동력의 재 연결시에 부하가 많이 걸리고 컨베이어 자체에 무리가 가해져 계속적으로 컨베이어를 운행하는 것보다 더 많은 에너지를 필요로 하는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서 최근에는 컨베이어가 정지해야 할 위 치에서 컨베이어에 부하를 줌으로써 동력의 차단없이도 컨베이어를 일시적으로 정지시킬 수 있도록 압축스프링의 장력을 이용한 측면 마찰 방식, 수지롤러의 내륜과 롤러축을 직접 마찰하는 방식, 축의 외경과 롤러의 내경 사이에 드라이 부쉬(dry bush)를 결합하는 방식, 및 미세하게 다극 착자된 영구자석을 이용하는 방식 등을 사용하고 있다.

그러나, 상기와 같은 방식 중에서 압축스프링의 장력을 이용한 측면 마찰 방식은 생산 공정에서 스프링 장력값의 편차가 발생할 경우 동일 압축력의 유지 및 관리가 불가함으로써 마찰력에서 편차를 보이게 되며, 일정한 제공력 구현이 불가하여 기능 장애가 발생하게 되는 문제점이 있다. 또한, 강제 마찰로 인해 소모성 부품이 발생함으로써 부품의 교체가 필요해지며 잦은 교체로 인해 생산량이 감소하게 되고 유지 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다. 아울러, 마찰시 발생하는 소음과 분진으로 인해 청정지역내에서 사용이 불가한 문제점이 있다.

또한, 수지롤러의 내륜과 롤러축을 직접 마찰하는 방식은, 부하 하중이 지속될 경우 내륜에 편마모가 발생하여 롤러의 회전시 동심이 불량해지는 문제점이 있으며, 축의 외경과 롤러의 내경 사이에 드라이 부쉬(dry bush)를 결합하는 방식은 드라이 부쉬의 파손으로 제동효과 상실은 물론 회전 불량 발생으로 지속 사용이 불가하며 마찰열로 인한 부쉬의 피막이 쉽게 손상되어 윤활 효과가 불량해지는 문제점이 있다.

아울러, 미세하게 다극 착자된 영구자석을 이용하는 방식은 제작 비용이 과다하여 제품가격이 상승되는 문제점이 있으며, 극과 극의 경계를 넘어서는 순간 마 다 회전충격이 발생하기 때문에 저진동 및 정숙 운전에 사용이 불가한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은, 영구자석의 자력과 상대 자성체간의 흡인력을 이용하여 비접촉 상태에서 순수한 자력만으로 일정한 회전부하 및 회전 토오크를 연속적으로 발생시킬 수 있도록 함으로써 청정 환경내에서의 사용 가능성을 확보하고 생산성을 향상시키며 유지 및 보수 비용의 절감으로 생산원가를 낮출 수 있도록 하는 회전조절장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 회전조절장치는, 내측면의 원주방향을 따라 영구자석이 구비되고, 회전축이 결합되어 회전가능하도록 중심에 베어링이 구비되는 구동롤러; 내측면에는 자성체가 구비되어 상기 영구자석과 자기장을 형성하고, 상기 회전축이 결합되어 회전가능하도록 중심에 베어링이 구비되는 종동롤러; 및 상기 영구자석과 자성체의 사이에 구비되어 자기력의 세기를 조절할 수 있도록 하는 간극조절체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 영구자석은, 극수가 짝수개로 이루어지는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 영구자석은, 한 몸체내에 다극으로 착자되는 것이 효과적이다.

또한, 상기 영구자석은, 단극 착자된 다수개의 소형자석으로 이루어져 상기 구동롤러의 내측면의 원주방향을 따라 일정간격을 두고 방사형으로 구비되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 자성체는, 원판 디스크로 이루어지는 것이 효과적이다.

또한, 상기 간극조절체는, 링 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 종동롤러의 외측면에는 스프로킷 휠, 풀리, 또는 기어가 일체로 구비되는 것이 효과적이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전조절장치를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1 내지 도2b는 본 발명에 따른 회전조절장치를 나타내기 위한 도면들로서, 도1은 본 발명에 따른 회전조절장치를 분해하여 나타낸 분해사시도이고, 도2a는 본 발명에 따른 회전조절장치에서 영구자석의 배치에 대한 일실시예를 나타낸 사시도이며, 도2b는 본 발명에 따른 회전조절장치에서 영구자석의 배치에 대한 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.

본 발명에 따른 회전조절장치는, 도1에 나타낸 바와 같이 구동롤러(40), 종동롤러(70), 및 간극조절체(80)를 포함한다.

상기 구동롤러(40)는 내측면의 원주방향을 따라 영구자석(10)이 구비되고, 회전축(20)이 결합되어 회전가능하도록 중심에 베어링(30)이 구비된다.

상기 영구자석(10)은 극수가 짝수개로 이루어지는 것이 바람직하고, 도2a에 나타낸 바와 같이 한 몸체내에 다극으로 착자되어 이루어질 수도 있고, 도2b에 나 타낸 바와 같이 단극 착자된 다수개의 소형자석이 상기 구동롤러(40)의 내측면의 원주방향을 따라 일정간격을 두고 방사형으로 구비되어 이루어질 수도 있다.

아울러, 상기 종동롤러(70)는 내측면에 자성체(50)가 구비되어 상기 영구자석(10)과 자기장(MF)을 형성하고 외측면에는 스프로킷 휠 또는 풀리, 기어(미도시) 등이 일체로 구비되며 상기 회전축(20)이 결합되어 회전가능하도록 중심에 베어링(60)이 구비된다.

이때, 상기 자성체(50)는 원판 디스크로 이루어지는 것이 바람직하고, 자력의 흡수와 방출이 용이한 재질로 제작된다.

한편, 상기 간극조절체(80)는 상기 영구자석(10)과 자성체(50)의 사이에 구비되어 자기력의 세기를 조절할 수 있도록 하는 것으로서, 링 형상으로 이루어진다.

이때, 상기 간극조절체(80)의 높이, 즉 영구자석(10)과 자성체(50) 사이의 공극(G) 길이가 커지게 되면 도2b에 나타낸 바와 같은 소형자석의 극과 극을 넘어갈 때 발생하는 진동 또는 충격이 커지게 된다. 따라서, 영구자석(10)과 자성체(50) 사이의 공극(G)은 최대한 좁게 설계되어야 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 회전조절장치의 원리는, 영구자석이 지닌 에너지의 영역(자기장)과 동일한 위치에서 마주하는 상대 자성체에서도 자기장이 생성될 수 있도록 유도하는 것이며, 이때 자력의 세기와 자성체와의 간극에 따라 흡인력(attaction force)의 강도를 조절할 수 있다.

이러한 기능을 수행하기 위해서, 상기 영구자석의 극수는 항상 짝수개의 극 을 유지해야 하고, 상기 영구자석과 마주하는 자성체와의 간극이 벌어질수록 자력의 세기와 비례되는 회전충격이 발생하기 때문에 간극의 조절 시에는 이격 거리를 최소화하고 필요한 회전부하(마찰력)을 기준해서 자력의 세기를 사전에 선정하는 것이 중요하다. 또한, 영구자석의 자력을 전이하여 사용하는 본 발명의 회전조절장치에서는 자력 매개용 상대 자성체의 재질 선정이 매우 중요하다. 본 발명에서는 자력의 전이시 탈자와 착자, 및 교번이 유리하고 자력 형성 원자의 배열과 이동이 자유로운 재질의 자성체를 선정하였다.

한편, 도3은 본 발명에 따른 회전조절장치에서 영구자석과 자성디스크로 구성되는 자기회로도이다. 도3에 나타낸 바와 같이 영구자석(10)과 자성 디스크(50)로 구성되는 자기회로에 있어서, 영구자석(10)에서 발생되는 자기장(MF)이 자성 디스크(50)를 당기는 흡인력(attaction force)을 발생하게 된다. 이와 같은 흡인력은 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.

여기서, F는 흡인력, B_g는 영구자석과 자성 디스크 사이의 공극에서의 자속밀도, μ₀는 공기에서의 투자율, A는 영구자석과 자성디스크가 대면하는 면적이다.

여기서, B_r은 영구자석의 고유 자속밀도, μ_r은 공기에 대한 자성 디스크의 상대 투자율, A_m은 영구자석의 단면적, A_g는 공극의 단면적, L_g는 공극길이, L_m은 자석의 길이이다. 위의 식으로부터 A_g=A_m일 때 흡인력은, 다음식으로부터 구할 수 있다.

공극길이(L_g)와 영구자석의 고유 자속밀도(B_r)에 따른 흡인력은 도4에 나타낸 바와 같은 경향을 갖는다. 즉, 동일한 고유 자속밀도(B_r)에서는 공극길이(L_g)가 작을 수록 큰 흡인력을 가지며, 동일한 공극길이(L_g)에서는 고유 자속밀도(B_r)값이 클수록 큰 흡인력을 갖게 된다.

도4는 본 발명에 따른 회전조절장치에서 공극길이와 영구자석의 고유 자속밀도에 따른 흡인력을 나타낸 그래프이다.

한편, 회전조절장치의 상대위치에 따른 회전충격발생 예시는 도5a 내지 도5c에 나타내었다.

도5a는 구동롤러(40)와 종동롤러(70)에 각각 영구자석(10)을 구비한 회전조절장치의 상대위치에 따른 회전충격발생예시도이고, 도5b는 구동롤러(40)에 영구자석(10)을 구비하고 종동롤러(70)에 보자력이 강한 재질의 자성 디스크(50)를 구비한 회전조절장치의 상대위치에 따른 회전충격발생예시도이다. 도5b의 경우에도 회 전충격은 도5a의 경우보다는 작게 나타나지만 발생하게 되는 것을 알 수 있다. 이것은 영구자석(10)과 상대 자성체(50)의 상대적 위치 이동시 기존 보자력을 빨리 잃어버리고 새로운 착자가 빨리 이루어져야 하는데 보자력이 크다 보니 극 경계를 넘어서는 순간 충격이 발생하게 되며 부드러운 흡인력이 발생하지 않게 되는 것이다.

한편, 도5c에 나타낸 바와 같이 구동롤러(40)에 영구자석(10)을 구비하고 종동롤러(70)에 보자력이 약한 재질의 자성 디스크(50)를 구비하는 경우에는 회전충격이 발생하지 않게 된다. 이것은 영구자석(10)과 상대 자성체(50)의 상대적 위치 이동이 교번될 경우, 기존 보자력을 빨리 잃어버리고 새로운 자화가 쉽게 이루어지므로 자화 상태가 계속 유지되는 효과가 만들어지게 된다. 따라서, 연속적으로 극의 경계를 넘더라도 충격이 발생하지 않고 흡인력이 지속되는 결과가 발생하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 회전조절장치에 의하면, 영구자석의 자력과 상대 자성체간의 흡인력을 이용하여 비접촉 상태에서 순수한 자력만으로 일 정한 회전부하 및 회전 토오크를 연속적으로 발생시킬 수 있도록 함으로써 청정 환경 내에서의 사용 가능성을 확보하고 생산성을 향상시키며 유지 및 보수 비용의 절감으로 생산원가를 낮출 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

내측면의 원주방향을 따라 영구자석이 구비되고, 회전축이 결합되어 회전가능하도록 중심에 베어링이 구비되는 구동롤러;

내측면에는 자성체가 구비되어 상기 영구자석과 자기장을 형성하고, 상기 회전축이 결합되어 회전가능하도록 중심에 베어링이 구비되는 종동롤러; 및

상기 영구자석과 자성체의 사이에 구비되어 자기력의 세기를 조절할 수 있도록 하는 간극조절체를 포함하는

회전조절장치.
제1항에 있어서,

상기 영구자석은

극수가 짝수개로 이루어지는

회전조절장치.
제1항에 있어서,

상기 영구자석은

한 몸체내에 다극으로 착자되는

회전조절장치.
제1항에 있어서,

상기 영구자석은

단극 착자된 다수개의 소형자석으로 이루어져 상기 구동롤러의 내측면의 원주방향을 따라 일정간격을 두고 방사형으로 구비되는

회전조절장치.
제1항에 있어서,

상기 자성체는

원판 디스크로 이루어지는

회전조절장치.
제1항에 있어서,

상기 간극조절체는

링 형상으로 이루어지는

회전조절장치.
제1항에 있어서,

상기 종동롤러의 외측면에는

스프로킷 휠, 풀리, 또는 기어가 일체로 구비되는

회전조절장치.