KR100776546B1 - 권상기용 자석의 자력 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 권상기의 자력 상태를 감지하여 부하에 따라 자력의 세기를 적합하게 제어함으로써 권상기가 항상 안전 상태를 유지하도록 하기 위한 권상기용 자력 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 장치는 전기코일에 의하여 자속이 발생되는 전자석 권상기용 자석과, 전기코일에 의해서 자속이 발생하는 가변영구자석과 고정영구자석이 결합된 영구자석 권상기용 자석과, 상기 권상기용 자석의 자속 밀도를 검출하기 위한 자력검출기와, 상기 전기코일에 흐르는 전류의 크기를 검출하기 위한 전류검출기와, 상기 전기코일에 전류를 흘려서 권상기용 자석의 자력을 제어하는 자력제어부와, 권상기용 자석이 화물을 운반할 수 있도록 흡착 및 탈착을 제어하는 조작장치와, 상기 자력검출기와 상기 전류검출기의 신호를 받고, 상기 조작장치의 조작신호에 따라 상기 자력제어부를 제어하는 제어신호를 발생하는 중앙제어부와, 권상기용 자석의 자력상태를 판별하여 안전작업이 가능하도록 상태표시를 하는 표시장치를 포함하여 이루어진다.

권상기, 자력 제어

Description

권상기용 자석의 자력 제어 방법 및 장치{A magnetic force controling apparatus of lift magnet and method thereof}

도 1은 본 발명의 권상기용 자석의 자력 제어 장치의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 권상기용 자석에 설치한 자력 검출기를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 자력 검출기에서 자기 센서 설치 부위를 확대 도시한 단면도이다.

도 4은 본 발명의 권상기용 자석의 자력 제어 장치의 구체적인 실시 예를 블록도이다.

도 5는 본 권상기용 자석의 자력을 제어하는 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.

본 발명은 권상기에서 사용되는 권상기용 자석의 자력을 제어하기 위한 방법과 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 권상기는 각종 산업 분야의 생산 설비 자동화 및 합리화에 필수적인 시스템으로 사용되고 있다.

권상기에는 체인을 이용하여 물건을 묶어서 들어 올리고 이동시키는 것도 있고, 자 석을 이용하여 자력에 부착되는 물건을 자석에 붙여서 이동시키는 것도 있다.

자석식 권상기는 전자석을 이용하는 전자석식 권상기도 있고, 영구자석을 이용하는 영구자석 권상기도 있다.

자석식 권상기에 사용되는 자석은 화물의 무게에 따라 자석의 세기가 조절되어야 하며, 이러한 필요에서 사용되는 것이 권상기용 자석의 자력 제어 장치이다.

권상기용 자석의 제어 방식에는 전압 제어(voltage control)나 전류 제어(current control) 방식이 있으나, 자석의 세기를 정확하게 제어하지 못하여 사고가 발생되는 경우가 있다. 권상기의 자력이 부족할 경우 권상하고자 하는 부하를 들어올리거나 운반 중 추락하거나 추락할 위험이 증가된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 안전율을 높여서 권상기의 자력이 무리하게 크게 하는 경우에는 권상하고자 하는 부하에 대하여 설비비의 과중을 초래하거나, 필요 이상의 전력을 낭비할 수 밖에 없다.

그래서 종래에는 자력이 너무 세거나 너무 약하여 위험하게 되는 이런 부적절한 작업 상태를 작업중인 운전자에게 미리 경고하는 위험 예고 기능이 없어서 위험 발생에 대하여 대처할 수 없었다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 이런 문제점을 보완하기 위해 권상기의 자력 상태를 감지하고 부하에 대하여 가장 적합한 세기의 자석이 되도록 권상기용 자석의 자력을 제어하는 기술을 제공하려는 것이다.

본 발명의 권상기용 자력 제어 장치는 권상기의 자력 상태를 감지하여 부하에 따라 자력의 세기를 적합하게 제어함으로써 권상기가 항상 안전 상태를 유지하도록 하기 위한 것이다.

본 장치는 전기코일에 의하여 자속이 발생되는 전자석 권상기용 자석과, 전기코일에 의해서 자속이 발생하는 가변영구자석과 고정영구자석이 결합된 영구자석 권상기용 자석과, 상기 권상기용 자석의 자속 밀도를 검출하기 위한 자력검출기와, 상기 전기코일에 흐르는 전류의 크기를 검출하기 위한 전류검출기와, 상기 전기코일에 전류를 흘려서 권상기용 자석의 자력을 제어하는 자력제어부와, 권상기용 자석이 화물을 운반할 수 있도록 흡착 및 탈착을 제어하는 조작장치와, 상기 자력검출기와 상기 전류검출기의 신호를 받고, 상기 조작장치의 조작신호에 따라 상기 자력제어부를 제어하는 제어신호를 발생하는 중앙제어부와, 권상기용 자석의 자력상태를 판별하여 안전작업이 가능하도록 상태표시를 하는 표시장치를 포함하여 이루어진다.

자력검출기는, 자속 통로 중에 설치되고, 자속 절연체로 둘러 쌓인 기둥 형태의 미소 자속 통로와, 상기 미소 자속 통로의 중간에 삽입되고, 자속의 밀도에 따라 변화되는 전기 신호를 발생하는 자기센서를 포함하여 이루어지고, 자기센서는 홀 소자 또는 자기저항소자를 사용한다.

도 1 내지 도5를 참조하여 본 발명을 설명한다.

본 발명의 권상기용 자석의 자력 제어 장치는 전기코일(13)에 의하여 자속이 발생되는 전자석 권상기용 자석(12-1)과 전기코일(13)에 의해서 자속이 발생하는 가변 영구자석과 고정영구자석이 결합된 영구자석 권상기용 자석(12-2)과, 상기 권상기용 자석의 세기를 검출하기 위한 자력검출기(14)와, 상기 전기코일에 흐르는 전류의 크기를 검출하기 위한 전류검출기(15)와, 상기 전기코일에 전류를 흘려서 권상기용 자석의 자력을 제어하는 자력제어부(20)와, 권상기용 자석이 화물을 운반할 수 있도록 흡착 및 탈착을 제어하는 조작장치(30)와, 상기 자력검출기와 상기 전류검출기의 신호를 받고, 상기 조작장치의 조작신호에 따라 상기 자력제어부를 제어하는 제어신호를 발생하는 중앙제어부(50)와, 안전 작업이 가능하도록 권상기용 자석의 자력상태를 판별하여 표시하는 표시장치(40)를 포함하여 이루어진다.

자력검출기(14)는, 도2 및 도3에 자세하게 도시한 바와 같이, 전자석(또는 영구자석이라도 좋다)의 자속 통로 중에 자속 절연체(17)로 원주가 둘러 쌓인 기둥 형태의 미소 자속 통로(16)와, 미소 자속 통로(16)가 단절된 중간에 삽입되어 자속의 밀도에 따라 변화되는 전기 신호를 발생하는 자기센서(18)를 포함한다. 자기센서(18)는 홀 소자 또는 자기저항소자를 사용한다.

본 발명의 실시 예인 장치를 좀더 구체적으로 도시한 것이 도4이다.

전자석 권상기용 자석(12-1)은 일반적으로 강자성체 재질인 철심(11)에 전기코일(13)을 감은 것으로 전기코일에 전류를 흘려 강자성체인 철심이 자화되어 자성의 성질을 갖게 하는 것이다. 전기코일 전류를 강하게 하면 전자석의 세기도 강해지는데 이것은 전자석의 세기와 전기코일의 전류와 관계는 철심의 자화곡선으로 알려져 있다. 자화곡선은 철심의 형상과 물질에 따라 달라진다.

영구자석 권상기용 자석(12-2)은 가변영구자석에 전기코일(13)을 감은 것으로 전기 코일에 전류를 흘려 가변영구자적이 자화되어 자성의 성질을 갖게 하고, 고정영구자석과 강자성체 재질인 철심(11)이 결합되어 있다. 가변영구자석의 자화가 강자성체의 철심을 자화시켜 흡착과 탈착시 일정한 자기회로가 형성되도록 한 구조로 알려져 있다. 가변영구자석의 재료로는 알니코 자석(ALNICO Magnet) 등을 사용한다. 주조 ALNICO Magnet은 Al, Ni, Co, Fe의 합금으로 높은 자속 밀도와 온도에 대한 안정성 (낮은 온도계수) 때문에 널리 사용되는 자성 소재입니다. 고정영구자석의 재료로는 Ferrite 자석, 희토류 자석 등을 사용한다. 일반적으로 이 자석에 대하여 자속밀도와 자계의 세기에 대한 관계를 자화곡선과 감자이력곡선, 에너지적 곡선 등으로 알려져 있다.

전류검출기(15)는 전기코일(13)에 흐르는 전류의 크기를 검출하기 위한 것으로서 직류 전류계 사용한다.

자력제어부(20)는 중앙제어부(50)의 제어신호에 의하여 전기코일에 흐르는 전류를 제어하여 철심이 자화되는 자석의 세기를 제어한다.

조작장치(30)는 권상기를 사용하여 화물(부하)을 운반하거나 쌓는 등의 작업을 하기 위하여 운전자가 조작할 수 있는 스위치들을 한 곳에 모은 장치로서, 도5에서 보인 예에서와 같이, 탈착 버턴과 다수 단계의 흡착 버턴들, 또 기준 신호를 주기 위한 레프런스 버턴을 가지고 있다. 권상기의 작업은 흡착작업과 탈착작업으로 이루어진다. 자성체의 부하를 권상기용 자석에 붙이는 작업을 하는 흡착작업과 권상기용 자석에서 자성체인 부하를 떨어지게 하는 탈착작업으로 나누어진다. 조작장치의 여러 버턴은 작업 조건에 따라 사용할 수 있도록 하였다. 레프런스 버턴은 흡착 하고자 하는 부하가 일정하지 않을때 사용하며 자력의 세기를 가변 조절할 수 있도록 하였다. 흡착 버턴이 여러 개 있는 것은 부하의 종류에 따라 미리 설정된 자력을 세기에 맞게 선택 사용하기 위한 것으로 부하가 일정한 경우에 유리하다. 이 조작장치의 전기 지령 신호는 중앙제어부(50)에 입력되어 자력제어부를 제어하는 주요 신호로 된다.

표시장치(40)는 자력상태를 나타내기 위한 램프 등을 가지고 있는데, 예를 들면 운전 가능한 자력 상태, 즉 안정상태인지, 저자력 상태인지 또는 고자력 상태인지를 표시할 수 있고, 작업할 수 없는 자력상태, 즉 한계치 이하의 자력 상태인지 또는 너무 큰 자력 상태인지를 표시할 수 있다.

중앙제어부(50)는 조작 장치에서 운전자가 작업을 위하여 내리는 지령을 전기 신호를 받아서 필요한 제어신호를 발생하고 안전한 작업을 할 수 있는지를 표시하는 기능을 한다. 운전자의 흡착 지령 신호가 입력되면 자력검출기(14)의 신호를 해독하여 현재의 자석의 세기를 판단하고, 현재의 자석의 세기를 조정할 필요가 있으면 자력 제어부에 제어신호를 발생하여 전원(22)의 전력을 정류하여 전기코일(13)에 전류를 흘리게 하고 전류검출기 신호를 해독하여 전류가 지시한 대로 흐르는지를 확인하고 또한 자력검출기 신호를 해독하여 자속이 지시하는 대로 발생되는지를 확인한다. 그래서 모든 요소가 제대로 작동이 되면 표시장치에 안전표시가 되도록 한다.

중앙제어부의 이러한 동작은 중앙제어부가 가진 컴퓨터에 의하여 수행되는데, 이 컴퓨터가 수행하는 과정을 흐름도(도5)를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같 다.

중앙제어부가 동작을 개시하면 ,

(1) 조작 장치(30)의 조작 신호를 받아들인다(110단계). 조작 장치의 조작 신호는 기준신호(Reference), 흡착, 탈착 신호이다. 흡착신호는 다수의 흡착버턴 중에서 어느 하나의 버턴이 눌려 지면 입력되는 신호로서 권상기의 자석에 부하를 붙도록 하는 조작 신호이고, 탈착 신호를 권상기의 자석에 흡착된 부하를 분리시키도록 하는 신호이다. 현장 작업 조건에 따라 일정한 부재를 운반하는 경우가 발생하거나 불규칙적인 부재 운반하는 경우가 발생할 수 있다. 일정한 부재 운반 시에는 미리 설정된 다수의 흡착 버턴 중에서 부재에 맞는 하나의 버턴을 눌러 부재를 흡착하여 운반하도록 하는 것이 작업 능률 향상이 된다. 또한 불규칙적인 부재를 운반하는 경우에는 부재에 맞는 흡착 동작을 하기 위해서는 미리 설정되어 있는 경우보다는 현장의 작업자에 의해 부재에 맞도록 설정하는 것이 작업 능률에 적합하다. 따라서, 부재에 따라 임의적인 조절이 가능하도록 Reference(기준) 신호를 사용하여 부재를 흡착하여 운반한다.

(2) 읽어 들인 조작 장치의 조작 신호를 자력 지령으로 전환한다(120단계). 조작 신호는 아날로그 신호이거나 신호 on, 신호 off이다. 이 신호를 기준치에 대한 백분율로 인식을 하여 그에 해당하는 자력 지령으로 전환하도록 설정을 하였다. 예를 들어, 흡착 신호의 2단 신호가 기준치의 40%인 경우, 흡착 신호 2단 on시에 자력 지령은 기준 자력치의 40%로 인식을 한다. 이 때의 자력 지령은 자력으로 생각을 하면 된다. 실제로는 계산된 자력이다. 여기서, 기준 자력은 권상기의 정격 능력을 100%로 생각하여 이 때의 자력을 기준 자력으로 한다.

(3) 자력 제어 및 자력 보상 동작이 이루어진다(130단계). 여기서 자력 감지란 권상기와 부하 사이의 자력 상태를 자력 감지 장치에 의해 감지하는 하드웨어 장치를 말한다. 자력 제어(gauss control)란 자력 감지 장치에서 감지된 자력에 의해 권상기를 제어하고자 하는 자력 지령에 맞게 제어하는 폐루프(closed loop) 구성의 하드웨어 제어와 소프트웨어 제어를 포함한다. 자력 보상(gauss compensation)이란 권상기에 제어하고자 하는 자력 지령에 맞지 않는 경우 운전자가 동작을 할 수 없도록 하는 안전 장치의 개념과 불안전 상태를 안전 상태로 자동 전환하게 하는 하드웨어 제어 및 소프트웨어 제어를 포함한다.

(4) 자력 감지 소자에서 감지된 감지 자력과 조작 신호에서 전환된 자력 지령의 차를 계산하여(140단계), 그 차이를 설정 자력으로 한다(150). 예를 들어, 조작 신호에 의해 전환된 자력 지령이 기준치의 40%이고 권상기의 자력이 기준치에 대하여 얼마인지를 감지한 감지 자력이 5%인 경우엔 실제 권상기에 인가할 자력은 자력 지령치와 감지 자력의 차이므로 설정 자력은 정방향으로 35%를 인가하여야 한다. 즉 설정 자력은 자력 지령에 대한 감지 자력의 차이며 이 값이 정이면 정방향, 역이면 역방향으로 자력을 인가하여야 한다.

(5) 설정 자력이 임의의 자력 범위(LIMIT_GAUSS) 안에 들어오는 지를 체크하여(160단계), 만약 자력 범위 내에 들어오면 안전 상태 동작(5a)을 하게 하고(190단계), 그렇지 않으면 불안전 상태 동작(5b)을 하게 한다(170단계). 예를 들어, 임의의 자력 범위(LIMIT_GAUSS)가 기준치에 1%이면, 설정 자력이 1% 범위 안에 들어 오면 안 전 상태 동작을 하게 되고, 설정 자력이 1% 범위를 벗어나면 불안전 상태 동작을 하게 된다. 자력 지령이 40%, 감지 자력이 5%인 경우, 설정 자력은 정방향으로 35%이므로 불안전 상태 동작을 한다. 여기서, 자력 범위(LIMIT_GAUSS)는 magnet pot의 자력 상태가 안전 상태인지 불안전 상태인지를 임의적으로 설정이 가능하다.

(5a) 불안전 상태 동작은 운전자의 오동작에서도 운전을 하지 못하게 하고 안전 상태로 자동 전환 할 수 있도록 자력 제어 및 자력 보상 동작이 이루어진다(170단계).

(5a-1) 표시 장치에 설정 자력보다 낮은 저자력 상태와 높은 고자력 상태를 표시한다(180계). 설정 자력이 정방향이면 감지 자력이 자력 지령보다 낮으므로 저자력 상태로, 역방향이면 감지 자력이 자력 지령보다 높으므로 고자력 상태로 표시한다. 즉, 자력 지령이 40%인데 권상기의 감지 자력이 5%이므로 권상기에 인가할 자력은 35%이고 권상기의 자력 상태는 저자력 상태임을 표시한다.

(5a-2) 설정 자력을 전류 지령으로 전환한다(220단계). 권상기의 전기코일에 인가되는 전류량에 의해 권상기의 자력 상태가 결정되어진다. 이것은 일반적으로 강자성체의 자화곡선에서 이론적으로 결정되어진다. 설정 자력에 해당하는 전류 지령으로 전환하게 되어 있고, 이것은 자화곡선에 의해 결정되어 진다. 예를 들어, 권상기에 인가할 자력이 35%이고 이에 해당하는 전류 지령이 35A이라고 하자.

(5a-3) 권상기의 전기코일에 흐르는 전류를 전류 감지 소자를 통해 감지한 감지 전류와의 차를 설정 전류로 한다(230단계). 예를 들어, 설정 자력에 의해 전환된 전류 지령이 35A이고 권상기의 전기코일에 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지 소자의 감지 전류가 5A인 경우엔 실제 권상기의 전기코일에 인가할 전류는 전류 지령에 감지 전류의 차이므로 설정 전류는 정방향으로 30A를 인가하여야 한다. 즉 설정 전류는 전류 지령에 대한 감지 전류의 차이며 이 값이 정이면 정방향, 역이면 역방향으로 전류를 인가한다(240단계).

(5a-4) 설정 전류에 맞게 구동 소자를 동작할 수 있도록 구동 소자의 gate 점호각으로 전환하여 구동 소자를 동작시킨다(250단계). 이 구동 소자의 구동에 의해 입력 전원을 권상기의 전기코일에 인가할 전류가 설정 전류에 맞게 동작하도록 하였다. 이것은 구동 소자의 gate 점호각에 의해 권상기의 전기코일에 인가할 전류가 달라진다.

(5a-5) 설정 전류가 임의의 전류 범위(LIMIT_CURRENT) 안에 들어 오는지를 체크하여 전류범위 내이면 130단계로 가서 자력 제어 및 자력 보상 동작을 반복하도록 하고, 그렇지 않으면 FAULT 상태 동작이 이루어진다(270단계). 예를 들어, 임의의 전류 범위(LIMIT_GAUSS)가 100A이면, 설정 전류가 100A 범위 안에 들어 오면 자력 제어 및 자력 보상 동작을 반복하게 되고, 설정 전류 100A 범위를 벗어나면 FAULT 상태 동작을 하게 된다. 전류 지령이 35A, 감지 전류가 5A인 경우, 설정 전류는 정방향으로 30A이므로 자력 제어 및 자력 보상 동작을 반복하게 한다. 여기서, 전류 범위(LIMIT_CURRENT)는 권상기의 전기코일에 인가할 전류가 전기코일에 무리한 전류가 인가되지 않도록 임의적으로 설정이 가능하다.

(5a-5a) FAULT 상태 동작은 설정 전류가 전류 범위를 벗어남을 과전류(over current)로 인식하고(290단계) 표시장치에 FAULT를 표시하고(300단계) 운전자에게 인지시켜 FAULT를 조치할 수 있도록 한다.

(5b) 160 단계에서 안전 상태 동작은 표시 장치에 자력 상태를 안전 상태로 표시하여(200단계) 권상기가 안전함을 나타내어 운전자가 CRANE을 안전한 상태에서 운전할 수 있도록 한다(210단계). CRANE 작업 종료 후 제어 장치는 조작 장치의 조작 신호를 대기하도록 하는 일련의 동작을 반복한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 권상기의 자력 상태를 감지하고 부하에 대하여 가장 적합한 세기의 자석이 되도록 권상기용 자석의 자력을 제어하는 기술을 제공함으로써 종래 기술의 문제점을 해결할 수가 있다.

Claims (5)

1. 권상기용으로 사용하는 자석의 자력를 제어하기 위하여,

   전기코일에 의하여 세기를 제어할 수 있는 권상기용 자석과, 상기 권상기용 자석의 세기를 검출하기 위한 자력검출기와, 상기 전기코일에 흐르는 전류의 크기를 검출하기 위한 전류검출기와, 상기 전기코일에 전류를 흘려서 권상기용 자석의 자력을 발생시키고 제어하는 자력제어부와, 권상기용 자석이 부하를 운반할 수 있도록 흡착 및 탈착을 제어하는 조작장치와, 상기 자력검출기와 상기 전류검출기의 신호를 받아서 상기 조작장치의 조작신호에 따라 상기 자력제어부를 제어하는 제어신호를 발생하는 중앙제어부와, 권상기가 안전작업이 가능하도록 권상기용 자석의 자력상태를 판별하여 상태표시를 하는 표시장치를 포함하여 이루어지는 권상기용 자석의 자력 제어 장치에 있어서,

   상기 자력검출기는, 자속 통로 중에 설치되고, 자속 절연체로 원주가 둘러 쌓인 기둥 형태의 미소 자속 통로와, 상기 미소 자속 통로의 절단된 중간에 삽입되고, 자속의 밀도에 따라 변화되는 전기 신호를 발생하는 자기센서를 포함하여 이루어지는 것이 특징인 권상기용 자석의 자력제어 장치
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 자기센서는 홀 소자를 사용하는 것이 특징인 권상기용 자석의 자력제어 장치
4. 제1항에 있어서,

   상기 자기센서는 자기저항소자를 사용하는 것이 특징인 권상기용 자석의 자력제어 장치
5. 삭제

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