일반적으로 건설현장에서 콘크리트 몰탈을 사용하여 건축물을 시공하는 과정에 대하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 콘크리트 몰탈의 타설에 따라 충분한 강도를 유지하도록 콘크리트 몰탈의 타설부위에 여러 가닥의 철근을 적절히 배치하여 가느다란 철사로 묶어 준 다음 그 외곽으로 거푸집을 감싸 설치하게 된다.
이와 같이 거푸집의 설치작업이 완료되면 적정비율의 시멘트와 모래 그리고 자갈이 물과 함께 혼합되어 골고루 믹싱된 콘크리트 몰탈을 레미콘 차량에 의해 운 반하여 거푸집 사이로 투입하는 콘트리트 몰탈의 타설작업을 실시하게 된다.
상기한 바와 같이 거푸집 사이로 콘트리트 몰탈을 타설하고 난 다음 일정 기간 양생과정을 거친 후 거푸집을 제거하면 건축물의 골격이 완성된다.
그러나 상기한 콘크리트 몰탈의 타설 작업 시 레미콘 차량으로 운반된 콘크리트 몰탈을 거푸집 사이에 투입하기 전에는 콘크리트 몰탈에 미세한 기포가 무수히 존재하고 있어 이러한 기포를 제거하지 않고 그대로 양생할 경우에는 콘크리트 층에 기포 층이 잔류하게 되므로 콘크리트의 강도가 현저히 떨어져 붕괴사고의 위험을 내포하게 된다.
따라서 콘크리트 몰탈의 타설 작업 시 반드시 기포를 제거하여야 되는데, 이 때 사용되는 장비가 바이브레이터(vibrator)이다.
상기 바이브레이터는 콘크리트 몰탈의 타설 작업 시 몰탈에 빠른 진동이 가해지도록 하여 몰탈에 존재하는 기포가 제거되도록 하는 역할을 한다.
도 1은 종래 바이브레이터의 일 실시예를 나타낸 일부 종단면도로서, 진동봉(1)을 구성하는 하우징이 제1,2,3하우징(5a)(5b)(5c)으로 분할 형성되어 이들이 상호 나사 결합되어 있고 제1하우징(5a)의 일단에는 편심축(14)의 일단을 지지하는 베어링(15a)이 설치된 헤드 캡(8)이 나사 결합되어 있으며 제1하우징의 내부에는 BLDC모터(16)의 구동에 따라 회전하면서 진동을 유발하는 편심축(14)이 베어링(15b)에 의해 지지되게 설치되어 있다.
그리고 제1하우징(5a)에 나사 결합되는 제2하우징(5b)의 내부에는 고정자(16a) 및 회전자(16b)로 이루어진 BLDC모터(16)가 설치되어 회전자(16b)가 베어링 으로 지지된 축(16c)에 고정되어 있는데, 상기 축(16c)은 편심축(14)과 분할 형성되어 연결수단에 의해 상호 연결되도록 구성되어 있다.
또한, 상기 제3하우징(5c)의 일 측에 탭(21)이 나사 결합되어 있고 상기 탭(21)에는 케이블(19)이 내장된 호스(22)가 연결되어 있고 상기 호스의 타단에는 220V의 전원을 48V로 변환하는 콘트롤러(23) 및 제2하우징(5b)의 내부에 설치된 BLDC모터(16)의 동작을 제어하는 스위치(24)가 설치되어 있는데, 상기 콘트롤러(23)에는 콘센트(도시는 생략함)에 삽입되는 플러그(25)가 연결되어 있다.
따라서 콘크리트 몰탈의 타설 작업을 위해 콘트롤러(23)와 연결된 플러그(25)를 콘센트에 꽂으면 콘트롤러(23)에 전원이 인가된다.
이러한 상태에서 1사람의 작업자가 콘트롤러(23)를 파지하고 다른 1사람은 진동봉(1)을 파지한 다음 진동봉(1)을 몰탈에 집어넣은 다음 콘트롤러(23)를 파지하고 있던 다른 작업자가 스위치(24)를 조작하여 전원을 인가하면 케이블(19)(19a)을 통해 BLDC모터(16)에 전원이 공급되므로 축(16c)에 고정된 회전자(16b)가 고속으로 회전하게 된다.
이와 같이 회전자(16b)가 고속으로 회전하면 상기 회전자(16b)의 회전에 따른 동력이 축(16c)을 통해 베어링(15a)(15b)으로 지지된 편심축(14)에 전달되어 편심축(14)을 고속으로 회전시키게 되므로 진동이 발생되고, 이에 따라 콘크리트 몰탈의 타설 작업 시 몰탈에 포함된 기포가 제거된다.
그러나 이러한 종래의 바이브레이터는 다음과 같은 여러 가지 문제점이 있었다.
첫째, 콘트롤러에 60Hz인 220V의 상용전원을 공급한 다음 240Hz인 48V로 변환하여 진봉동에 내장된 BLDC모터를 구동하게 되므로 몰탈의 타설에 따른 습기가 많은 건설 현장에서 감전의 위험이 내포되어 있음은 물론 불규칙한 전원의 공급에 따라 BLDC모터를 원활하게 제어 및 작동시키는데 한계가 있다.
둘째, 진동봉의 구동을 제어하는 콘트롤러가 크며 호스의 끝단에 연결되어 있어 콘크리트 몰탈의 타설 시 반드시 1사람은 콘트롤러를, 다른 1사람은 진동봉을 파지한 상태로 작업하여야만 되므로 건설 현장에서 신속한 이동이 불가능하였음은 물론 바이브레이터의 사용에 따른 인건비가 2배로 소요된다.
셋째, 진동봉의 일단에 전원케이블이 내장된 호스가 고정식으로 연결되어 있고 호스의 다른 일단은 콘트롤러와 고정식으로 연결되어 있어 호스에 내장된 전원케이블이 단선될 경우에는 호스의 신속한 교체가 불가능하여 반드시 전문 서비스센터에서 수리를 의뢰하여야만 되었다.
넷째, 호스의 길이(대략 8m 정도)가 필요 이상으로 길어 작업간에 호스를 2사람이 들고 이동하더라도 그 무게가 무거워 쉽게 피로를 느끼게 되었음은 물론 BLDC모터의 구동 시에 노이즈(noise)가 발생되므로 BLDC모터가 오 동작하게 된다.
다섯째, 콘트롤러에 설치된 스위치를 조작하는 과정에서 콘트롤러에서 많은 열이 발생하므로 작업자가 스위치를 조작하는데 많은 불편함이 있었다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 전원 케이블이 내장된 호스를 분할 형성하여 필요에 따라 호스의 길이를 임의의 길이가 되도록 컨넥터에 의해 전원을 연결함과 동시에 호스를 소켓으로 진동봉 및 SMPS와 연결된 전원선과 연결하여 사용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 대용량 방열판이 구비됨과 동시에 기밀이 유지되도록 완전히 밀봉된 SMPS를 적용하여 220V의 교류전원을 48V 직류전원으로 변환한 다음 진동봉에 내장된 BLDC모터에 전원을 안정적으로 공급할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 콘트롤러를 별도의 리모콘으로 조작할 수 있도록 SMPS의 회로를 구성하여 1사람의 작업자가 바이브레이터를 조작할 수 있도록 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 몸체의 내부에 BLDC모터 및 진동자를 회전 가능하게 내장하여 전원의 인가에 의해 BLDC모터가 구동함에 따라 진동자가 회전하면서 진동을 발생시키는 진동봉이 구비된 바이브레이터에 있어서, 양단으로 노출된 전원선에 컨넥터가 각각 연결됨과 동시에 컨넥터의 외측으로는 소켓이 각각 고정된 호스와, 상기 호스의 일단으로 노출된 컨넥터에 연결되는 컨넥터를 구비함과 동시에 컨넥터의 외측으로는 소켓이 구비된 전원선이 연결되며 외주면에는 방열판이 구비되고 내부는 기밀이 유지되게 밀봉되어 220V AC 전원을 DC 48V 로 변환하는 SMPS와, 상기 진동봉에 내장된 BLDC모터의 전원을 온, 오프하는 리모콘으로 구성하여 호스의 일단에 연결된 컨넥터는 BLDC모터의 전원선과 연결하고, 호스의 다른 일단에 연결된 컨넥터는 SMPS의 전원선에 연결된 컨넥터와 전기 적으로 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 콘크리트 타설용 바이브레이터가 제공된다.
본 발명은 종래의 바이브레이터에 비하여 다음과 같은 여러 가지 장점을 갖는다.
첫째, SMPS에 의해 220V의 교류전압을 48V의 직류전압으로 변환하여 BLDC모터의 콘트롤러를 구동하게 되므로 몰탈의 타설에 따른 습기가 많은 건설 현장에서 감전 위험을 사전에 해소하게 됨은 물론 직류전원의 공급에 따라 BLDC모터의 제어 및 동작이 원활해지게 된다.
둘째, 진동봉의 구동을 제어하는 콘트롤러가 콤팩트(compact)하고 필요에 따라 호스의 길이를 임의의 길이로 조절할 수 있어 1사람의 작업자가 바이브레이터의 조작이 가능해지게 되므로 바이브레이터의 조작에 따른 인건비를 절반으로 줄일 수 있게 된다.
셋째, 진동봉 및 SMPS에 호스를 착탈식으로 연결하도록 되어 있어 호스 내의 전원선이 단선되더라도 현장에서 호스를 신속하게 교체할 수 있게 된다.
넷째, 호스의 길이를 몰탈 시공 현장의 조건에 따라 조절할 수 있어 작업간에 호스를 1사람이 들고 이동하더라도 그 무게가 가벼워 쉽게 피로를 느끼지 않게됨은 물론 BLDC모터의 구동 시에 노이즈(noise)가 발생되지 않는다.
다섯째, 리모콘에 의해 원격 제어가 가능하므로 작업자가 BLDC모터를 조작하는데 편리하다.
이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 도 2 내지 도 4를 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 구성을 일부 절결하여 나타낸 종단면도이고 도 4는 본 발명에 적용되는 SMPS의 회로도로서, 본 발명은 출원인에 의해 선 출원되어 2007년 10월 15일 등록 결정된 특허 제2007-12697호의 개량 발명이다.
본 발명은 진동봉(40)을 구성하는 몸체(41)의 내부에 BLDC모터(42) 및 진동자(43)가 회전 가능하게 내장되어 있고 상기 진동봉(40)의 일단에 결합되어 BLDC모터(42)에 전원을 인가하는 호스(44)로부터 양단으로 노출된 전원선(45)에는 컨넥터(46a)(46b)가 각각 연결되어 있으며 상기 컨넥터의 외측으로는 소켓(47a)(47b)이 각각 고정되어 있어 상기 전원선(45)의 일단에 고정된 컨넥터(46a)를 BLDC모터(42)의 콘트롤러(48)에 고정된 컨넥터(49)에 연결한 다음 소켓(47a)을 진동봉(40)의 몸체(41)에 나사 결합하게 된다.
상기 호스(44)의 양단에는 소켓(47a)(47b)이 고정됨과 동시에 고무호스가 끼워지는 연결부재(50a)(50b)가 각각 고정되어 있어 상기 연결부재(50a)(50b)에 소켓(47a)(47b)을 각각 결합한 다음 별도의 고정부재(51)로 이들을 일체화하도록 되어 있다.
그리고 상기 호스(44)의 다른 일단에는 도 2에 나타낸 바와 같이 220V AC 전원을 DC 48V 로 변환하는 SMPS(52)가 연결되어 있는데, 상기 SMPS(52)에는 전원선(53)이 연결되어 있고 상기 전원선의 끝단에는 컨넥터(54)를 구비하는 소켓(55)이 고정되어 있다.
따라서 상기 전원선(53)의 일단에 고정된 컨넥터(54)를 호스(44)의 다른 일단에 연결된 컨넥터(46b)에 연결함과 동시에 전원선(53)에 연결된 소켓(55)을 호스(44)의 소켓(47b)에 나사 결합하게 된다.
상기 SMPS(52)는 도 4에 나타낸 바와 같이 외주면에 방열판(56)이 구비되어 있고 내부는 기밀이 유지되게 밀봉되어 있는데, 그 내부에는 상용전원(AC) 라인을 통해 입력되는 각종 잡음 중 가청 주파수 대역 이상의 고주파 노이즈를 제거하여 주는 EMI(Electro Magnetic Interference) 필터(57)와; 상기 EMI 필터를 통해 잡음이 제거된 후 입력되는 상용전원(AC)을 정해진 직류전압으로 정류 및 평활시켜 주는 제 1 정류 및 평활회로부(58)와; 상기 제 1 정류 및 평활회로부에서 출력되는 직류전압을 스위칭 제어 정류기(SCR)의 스위칭 타이밍에 대응하는 주파수를 갖는 교류전압으로 변환시켜 주는 트랜스(59)와; 상기 트랜스에서 출력되는 교류전압을 정해진 직류전압으로 정류 및 평활시켜 부하에 공급시켜 주는 제 2 정류 및 평활회로부(60)와; 상기 제 2 정류 및 평활회로부에서 출력되는 직류전압의 크기를 검출하여 전압 안정화회로부로 전달하는 피드백 회로부(61)와; 상기 피드백 회로부를 통해 검출되는 제 2 정류 및 평활회로부의 출력전압에 부응하여 스위칭 제어 정류소자(SCR)를 펄스폭(PWM : Pulse Width Modulation) 제어하는 전압 안정화 회로부(62)와; 상기 전압 안정화 회로부에서 출력되는 제어신호에 부응하는 주파수를 갖고 스위칭 작동되며 상기 제 1 정류 및 평활회로부에서 출력되어 트랜스의 1차 측으로 인가되는 직류전압을 교류전압으로 변환시켜 트랜스의 2차측으로 유도시켜 주 는 실리콘 제어 정류소자(63);로 구성되어 플러그(64)를 콘센트(도시는 생략함)에 꽂으므로써, SMPS(52)에 전원이 인가된다.
또한, 상기 BLDC모터(42)를 제어하는 콘트롤러(48)는 별도의 리모콘(65)에 의해 원격 조작되는데, 상기 콘트롤러(48)는 종래의 마찬가지로 진동봉(40)의 몸체(41) 내부에 기밀이 유지되게 설치하여도 되지만, SMPS(52)의 내부에 설치할 수도 있음은 이해 가능한 것이다.
본 발명의 일 실시예에서는 일정 길이(대략 3 ∼ 4m 정도)를 갖는 호스(44)를 사용하여 상기 호스의 일단에 SMPS(52)의 전원선(53)을 연결하도록 설명하였으나, 다른 실시예로 나타낸 도 3과 같이 호스(44)와 전원선(53)사이에 호스(44)의 구성과 동일한 구성을 갖는 보조 호스(66)를 필요에 따라 1개 이상 더 연결하여 사용할 수 있도록 되어 있다.
즉, 보조 호스(66)의 양단에 컨넥터(67a)(67b)가 각각 구비되어 있고 상기 컨넥터의 외측으로는 소켓(68a)(68b)이 각각 구비되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 콘센트와 몰탈 타설 지점의 거리에 따라 진동봉(40) 및 SMPS(52)의 전원선(53)사이에 호스(44) 또는 1개 이상의 보조 호스(66)를 연결하는데, 상기 호스(44) 또는 보조 호스(66)의 연결은 컨넥터를 연결함과 동시에 소켓을 상호 나사 결합함으로써 이루어지게 된다.
이러한 상태에서 본 발명은 SMPS(52)를 리모콘(65)으로 조작 가능하므로 1사람의 작업자가 진동봉(40)을 몰탈에 집어넣고 리모콘(65)을 이용하여 BLDC모터(42) 의 콘트롤러(48)에 상용전원(AC) 라인을 통해 사용전원을 공급하면 EMI(Electro Magnetic Interference) 필터(57)에서 해당 교류전압에 포함되어 입력되는 각종 잡음 중 가청 주파수 대역 이상의 고주파 노이즈를 제거하여 노이즈로 인한 기기의 손상을 방지하게 된다.
또한, 상기 제 1 정류 및 평활회로부(58)에서는 상기 EMI 필터를 통해 잡음이 제거된 후 입력되는 상용전원(AC)을 정해진 직류전압으로 정류 및 평활시켜 트랜스의 1차 측으로 출력시켜 주게 되고, 이를 입력받은 상기 트랜스는 상기 제 1 정류 및 평활회로부에서 출력되는 직류전압을 스위칭 제어 정류기(SCR)의 스위칭 타이밍에 대응하는 주파수를 갖는 교류전압으로 변환시켜 제 2 정류 및 평활회로부(60)로 전달하게 된다.
따라서, 상기 제 2 정류 및 평활회로부(60)에서는 상기 트랜스에서 출력되는 교류전압을 정해진 직류전압(48V)으로 정류 및 평활시켜 부하에 공급시켜 주게 된다.
이 때, 상기 제 2 정류 및 평활회로부(60)에서 출력되는 직류전압의 일부는 피드백 회로부로 전달되어 그 크기가 실시간으로 검출된 다음 전압 안정화회부(62)로 전달되므로 상기 전압 안정화회부(62)에서는 피드백 회로부를 통해 실시간으로 검출되는 제 2 정류 및 평활회로부의 출력전압에 부응하여 스위칭 제어 정류소자(SCR)를 실시간으로 펄스폭(PWM : Pulse Width Modulation) 제어하게 된다.
따라서, 상기 실리콘 제어 정류소자(63)가 상기한 전압 안정화회로부에서 실시간으로 출력되는 가변 제어신호에 부응하는 주파수를 갖고 스위칭 동작을 하게 되므로 상기 트랜스가 상기 제 1 정류 및 평활회로부에서 출력되어 1차 측으로 인가되는 직류전압을 교류전압으로 변환시켜 2차 측으로 유도시켜 주므로 BLDC모터(42)가 보다 안정적으로 구동하여 축에 고정된 진동자(43)를 고속으로 회전시키게 된다.
이와 같이 축이 고속으로 회전하면 축에 고정된 진동자(43) 또한 고속으로 회전하면서 편심에 의해 진동이 발생되므로 콘크리트 몰탈의 타설 작업 시 몰탈에 포함된 기포가 제거된다.
상기한 바와 같이 전원의 공급으로 콘트롤러(48)에 의해 BLDC모터(42)가 구동하여 진동자(43)를 고속으로 회전시키는 과정에서 전압의 변환으로 인해 SMPS(52)에 열이 발생하지만, 상기 SMPS(52)의 외주면에는 용량이 큰 방열판(56)이 구비되어 있어 외부의 열을 신속하게 방열시키게 되므로 SMPS(52)가 고열에 의해 소손되는 현상을 미연에 방지하게 되는 것이다.
본 발명의 기술사상은 상기한 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양하게 변화하여 실시할 수 있음은 이해 가능한 것이다.