KR101585133B1 - 교류전동기의 전자식 제동장치와 이를 장착한 교류 전동장치와 제동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교류전동기의 전자식 제동을 위한 교류전동기의 전자식 제동장치와 이를 장착한 교류 전동장치와 제동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 교류전동기 내에 전자식 브레이크의 제동 기능을 발현시켜서 기계식 브레이크의 제동이 일으키는 라이닝 마모와 기어 파손 등에 의한 현장 사고를 미연에 방지하는 교류전동기의 전자식 제동장치와 이를 장착한 교류 전동장치와 제동방법에 관한 것으로, 교류전기를 직류전기로 정류하는 정류모듈; 교류전동기에 배선된 3상에서 2상의 배선으로 통전하는 상기 직류전기를 스위칭하는 스위치모듈; 및 상기 스위치모듈의 구동을 제어하는 제어모듈;을 포함하는 것이다.

Description

교류전동기의 전자식 제동장치와 이를 장착한 교류 전동장치와 제동방법{ ELECTRONIC BRAKE IN AC-MOTOR AND AC-MOTOR APPARATUS AND BRAKING METHOD}

본 발명은 교류전동기의 전자식 제동을 위한 교류전동기의 전자식 제동장치와 이를 장착한 교류 전동장치와 제동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 교류전동기 내에 전자식 브레이크의 제동 기능을 발현시켜서 기계식 브레이크의 제동이 일으키는 라이닝 마모와 기어 파손 등에 의한 현장 사고를 미연에 방지하는 교류전동기의 전자식 제동장치와 이를 장착한 교류 전동장치와 제동방법에 관한 것이다.

3상 유도 방식 등의 교류전동기는 전압 및 주기가 같고 위상이 120°씩 다른 3종의 교번 전압 기반 3상 교류를 사용하는 전동기로서, 공장 동력, 기타 일반 동력으로 가장 널리 사용되고 있다.

이러한 교류전동기는 큰 출력에 비해 값이 싸고, 유지 보수가 용이한 반면에 속도를 제어하기가 어렵기 때문에 전동기를 일정 위치에 빠르게 정지시키기 위한 제동장치를 필요로 한다.

한편 산업용 크레인은 크게 견인물의 승,하강이동과 수평이동을 수행하는데, 이동을 위한 출력은 교류전동기로부터 얻고 정지는 기계식 브레이크에 의해 이루어진다. 그런데, 기계식 브레이크는 회전체와 라이닝 간의 물리적 접촉에 의해 이루어지므로, 제동횟수의 증가와 가해지는 마찰력에 따라 라이닝은 마모되어 점차 제동력을 상실하게 되고, 이로 인해 제동거리가 길어지거나 제동력 자체를 상실하게 되는 문제가 있었다. 특히, 크레인이 견인물을 승,하강이동할 때 라이닝이 마모되어 제동력을 상실하면 견인물이 정지하지 못하고 그대로 하강하면서 큰 사고로 이어질 수 있었다. 이외에도 기계식 브레이크 기반의 제동은 급제동만이 가능하므로, 견인물을 견인하는 중에 제동지시가 있으면 크레인은 견인물을 급제동시킨다. 그런데, 견인물의 이러한 급제동은 관성에 의한 견인물의 순간 쏠림을 일으키고, 이러한 쏠림과 흔들림은 크레인 자체에 하중 부담을 주는 문제가 있었다. 더욱이 견인물의 쏠림은 단선으로 인한 추락사고를 일으킬 수 있으므로, 기계식 브레이크는 대형사고의 발생 가능성을 잠재하고 있었다.

이러한 문제를 해소하기 위해서 종래에는 인버터를 이용한 정,역회전 제어방식이 제안되었다.

도 1은 종래 기술에 따른 교류전동기의 제어장치를 나타낸 회로도이다.

교류전동기의 일종인 3상 유도 전동기의 종래 제어장치는 전동기(102)의 동력에 의해 일정 속도로 회전하는 레이더 안테나(104)와, 전동기(102)로 입력되는 교류전원의 주파수를 변환하는 인버터부(106)와, 레이더 안테나(104)의 현재 위치를 감지하는 위치 감지부(108)와, 위치 감지부(108)에서 검출된 전기신호를 인가받아 그 신호에 따라 전동기(102)로 인가되는 교류전원의 주파수를 바꾸기 위한 제어신호를 인버터부(106)로 인가하는 제어부(110)와, 이 제어부(110)의 제어신호에 따라 전동기(102)의 회전을 정지시키는 자기 브레이크(112)로 이루어진다.

이와 같이 이루어진 3상 유도 전동기의 위치 제어방법을 다음에서 설명한다.

레이더 안테나(104)는 전동기(102)로 인가되는 입력 교류전원의 주파수에 따라 회전속도가 가변된다. 즉, 전동기의 회전속도는 입력 교류전원의 주파수에 비례한다. 제어부(110)에서 전기신호가 인버터부(106)로 인가되면 인버터부(106)에서 전동기(102)로 공급되는 입력 교류전원의 주파수를 가변시켜 전동기의 회전속도를 제어한다. 즉, 인버터부(106)로 일정한 교류전원이 인가되면 제어부(110)의 제어신호에 따라 인버터부(106)에서 변화되어 전동기(102)로 출력되므로 전동기(102)의 회전속도가 제어되고, 최종적으로 레이더 안테나(104)의 회전속도가 제어된다.

이때, 전동기(102)의 회전속도가 일정 속도 이하이고, 레이더 안테나(104)의 정지 위치 신호를 위치 감지부(108)에서 제어부(110)로 인가되면, 제어부(110)는 자기 브레이크(112)로 제어신호를 출력하여 전동기(102)를 정지시켜서 레이더 안테나(104)의 위치를 제어한다.

그러나, 종래 기술에 따른 3상 유도전동기의 제어장치는 인버터부가 고가이기 때문에 제작 비용이 증가하고, 상기 인버터부가 안정적으로 구동하기 위해서는 서지전압 발생을 방지하기 위한 장치들의 추가 설비가 불가피하므로, 전동기(102) 전체 시스템의 부피 또한 커지는 문제점이 있었다. 더욱이 자기 브레이크(112)도 전자식으로 동작한다는 차이만이 있을 뿐이고, 자기 브레이크(112)의 라이닝이 전동기(102)의 회전체에 직접 접촉해서 마찰시키는 방식의 기계식 동작은 동일하므로, 기계식 브레이크의 제동장치가 갖는 라이닝 마모 등의 종래 문제는 해결하지 못한 한계가 있었다.

도 2는 종래 기술에 따른 3상 유도전동기의 다른 실시 예를 나타낸 회로도이다.

3상 유도전동기의 종래 제어장치는 인버터부를 제거한 장치로서, 전동기(130)로 입력되는 교류전원의 위상을 반전시키기 위한 위상 반전부(132)와, 전동기(130)의 정지위치 및 회전방향을 감지하기 위한 위치 감지부(134)와, 상기 위치 감지부(134)에서 출력되는 전기신호를 인가받는 제어부(136)와, 전동기(130)를 정지시키는 자기 브레이크(138)로 이루어진다.

여기서 3상 유도전동기는 위치 감지부(134)에서 전동기의 회전 및 정지위치를 감지하여 제어부(136)로 인가하면, 이 제어부(136)에서 위상 반전부(132)로 제어신호를 인가하여 회전체가 일정방향으로 회전하다가 정지하고자 하는 위치 부근에서 전동기(130)로 인가되는 교류전원의 위상을 반전하여 출력한다.

그리고, 전동기(130)로 입력되는 교류전원의 회전방향을 변화시키면서 안테나(140)의 회전 모멘트를 연속적으로 감속시키다가 위치 감지부(134)에서 인가되는 정지위치에서 제어부(136)의 제어신호에 따라 자기 브레이크(138)를 급제동시켜 안테나(140)를 정지시킨다.

그러나, 위와 같은 종래 기술에 따른 3상 교류전동기의 위치 제어장치는 전동기의 회전방향을 이용하여 회전체를 정지시킬 때 자기 브레이크의 급제동에 따라 기어의 백래쉬가 발생하여 회전체의 정확한 위치 제어가 불가능하고, 백래쉬에 의한 충격으로 기어가 파손되는 문제점이 있었다. 더욱이 본 종래기술 또한 자기 브레이크(138)가 라이닝의 물리적 접촉으로 3상 교류전동기의 제동을 수행하므로, 브레이크 라이닝 등의 마모와 훼손에 의한 각종 문제 발생은 여전히 해결하지 못하고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 발명된 것으로서, 구동 중인 교류전동기의 회전체를 물리적으로 접촉해 제동함으로써 발생하게 되는 브레이크 라이닝의 마모와 훼손을 방지하고, 라이닝과 브레이크 장치의 보수와 관리 횟수를 최소화할 수 있는 교류전동기의 전자식 제동장치와 이를 장착한 교류 전동장치와 제동방법의 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

교류전기를 직류전기로 정류하는 정류모듈;

교류전동기에 배선된 3상에서 2상의 배선으로 통전하는 상기 직류전기를 스위칭하는 스위치모듈; 및

상기 스위치모듈의 구동을 제어하는 제어모듈;

을 포함하는 교류전동기의 전자식 제동장치이다.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

전자식 제동장치는 교류전동기의 제동신호를 확인하면 상기 교류전동기에 구성된 정회전스위치와 역회전스위치를 단전하는 단계;

상기 전자식 제동장치는 교류전동기에 배선된 3상에서 2상의 배선으로 직류전기를 통전시켜 제동하는 단계; 및

상기 전자식 제동장치는 설정된 출력시간 경과 후에 지류전기의 통전을 단선하고, 교류전동기의 기계식 브레이크를 구동시키는 단계;

를 포함하는 교류전동기의 전자식 제동방법이다.

상기의 본 발명은, 교류전동기의 제동이 마찰력을 이용한 물리적 제동이 아닌 전지,전자적 제동에 의해 이루어지므로, 라이닝 마모 등에 의해 제동력이 감소하는 문제를 해소할 수 있고, 제동력 감소로 일어날 수 있는 각종 사고 발생을 미연에 방지하는 효과가 있다.

또한, 라이닝과 기어 등의 관리와 보수 및 교체 등으로 인한 비용 부담을 최소화해서, 교류전동기의 활용 효율을 높일 수 있는 효과 또한 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 교류전동기의 제어장치를 나타낸 회로도이고,
도 2는 종래 기술에 따른 3상 유도전동기의 다른 실시 예를 나타낸 회로도이고,
도 3은 본 발명에 따른 제동장치의 제1실시 구성 모습을 도시한 블록도이고,
도 4는 도 3에 도시한 제동장치가 교류전동기에 설치된 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 제동장치에 의한 회전자의 동작모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 제동방법의 제1실시 순서를 도시한 플로차트이고,
도 7은 본 발명에 따른 제동장치의 제2실시 구성 모습을 도시한 블록도이고,
도 8은 도 7에 도시한 제동장치가 교류전동기에 설치된 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 9는 본 발명에 따른 제동방법의 제2실시 순서를 도시한 플로차트이다.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용이 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 제동장치의 제1실시 구성 모습을 도시한 블록도이고, 도 4는 도 3에 도시한 제동장치가 교류전동기에 설치된 모습을 개략적으로 도시한 도면인 바, 이를 참고해 설명한다.

본 발명에 따른 교류 전동장치의 제동장치(100)는 상기 교류 전동장치에 구성되는 교류전동기(200)와 연동하도록 설치되어서, 구동 중인 교류전동기(200)를 제동한다. 이를 위한 본 실시 예의 제동장치(100)는 인가된 3상 교류전기를 직류로 정류하는 정류모듈(110)과, 정류된 교류전기의 통전을 ON/OFF하는 스위치모듈(SM)과, 스위치모듈(SM)의 동작을 제어와 더불어서 아래에 추가 기재하는 모듈(130, 140, 150, 160)의 동작을 제어하는 제어모듈(120)을 포함한다. 또한, 교류전동기(200)의 정회전과 역회전 동작을 위한 통전을 감시하고 상기 동작을 스위칭하는 통전모듈(130)과, 전자식 브레이크에 가해지는 전압을 조절하는 전압처리모듈(140)과, 전자식 브레이크의 동작시간을 조절하는 타임처리모듈(150)과, 전자식 브레이크의 동작을 위한 제동장치(100)의 출력전압을 확인하는 출력전압 확인모듈(160)을 더 포함한다. 이하에서는 각 모듈(110, 120, 130, 140, 150, 160, SM)을 함께 설명한다.

정류모듈(110)은 3상 교류전기를 직류전기로 정류한다. 이를 위해서 정류모듈(110)은 교류전동기(200)에 통전하는 교류전기의 3상(R, S, T)에서 임의의 2상과 통전하면서 정류를 수행한다. 본 실시 예에서 정류모듈(110)과 통전하는 2상은 'R'과 'T'이나 이에 한정하는 것은 아니다.

스위치모듈(SM)은 정류된 직류전기를 제어모듈(120)의 제어에 따라 스위칭한다. 따라서 스위치모듈(SM)이 'ON'하면 직류전기가 출력되고, 'OFF'하면 단전된다. 본 실시 예에서 스위치모듈(SM)이 통전 방향을 기준으로 전압처리모듈(140) 이전에 배치된 것으로 했으나, 스위치모듈(SM)을 전압처리모듈(140) 이후에 배치할 수도 있다.

통전모듈(130)은 교류전동기(200)의 정회전스위치(221)와 역회전스위치(222)를 갖춘 회전스위치(220)의 통전 상태를 확인해서 정회전스위치(221)와 역회전스위치(222)로의 통전을 스위칭한다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 통전모듈(130)의 통전확인모듈(131)은 정회전스위치(221)와 역회전스위치(222)로의 통전 상태를 확인해서, 제어모듈(120) 또는 설정된 프로세스에 따라 통전처리모듈(132)이 정회전스위치(221)와 역회전스위치(222)로의 통전 여부를 처리한다. 여기서 통전처리모듈(132)은 앞서 언급한 바와 같이, 제어모듈(120)의 제어에 따라 통전 여부를 처리할 수도 있고, 통전처리모듈(132)에서 자체적으로 통전 여부를 처리할 수도 있다.

전압처리모듈(140)은 전자식 브레이크 실행을 위해서 제동장치(100)로부터 출력되는 출력전기의 전압을 조정한다. 교류전동기(200)가 장착된 크레인의 운전자는 견인물의 종류와 작업 상황 및 특성 등에 따라 급제동과 슬라이딩제동을 선택적으로 수행할 수 있다. 급제동은 고압의 출력전기를 교류전동기(200)의 모터(M)에 인가해서 강한 제동력을 일으키도록 하고, 슬라이딩제동은 상대적으로 중,저압의 출력전기를 교류전동기(200)의 모터(M)에 인가해서 상대적으로 약한 제동력을 일으키도록 한다. 전압 조정은 가변저항 등과 같은 다양한 기술이 적용될 수 있으며, 해당 기술은 공지,공용의 기술이므로 구체적인 회로 구성과 원리 등에 대한 설명은 생략한다.

타임처리모듈(150)은 전자식 브레이크의 동작시간을 조정한다. 운전자는 타임처리모듈(150)이 구성할 수 있는 타이머(미도시)를 활용해서 전자식 브레이크의 동작시간을 설정하고, 제어모듈(120)은 해당 시간이 경과하면 스위치모듈(SM)을 조작해서 단전시킨다. 참고로, 상기 타이머는 제어모듈(120)에 구성될 수도 있고, 타임처리모듈(150)은 운전자의 조작을 인식해서 해당 신호를 제어모듈(120)로 전송하는 기능만을 갖출 수도 있다.

출력전압 확인모듈(160)은 제동장치(100)의 최종 출력전기를 확인해서 지정된 출력인지 여부를 확인한다. 제어모듈(120)은 출력전압 확인모듈(160)이 확인한 최종 출력전기에서 지정된 출력이 아닌 것으로 확인되면 스위치모듈(SM)을 조작해서 단전시킬 수 있다.

미설명 도면부호 '210'은 '배선용 차단기'로, MCCB, MCB 등 다양한 부품이 적용될 수 있다. 본 실시 예에서 배선용 차단기(210)가 교류전동기(200)와 분리된 것으로 했으나, 교류전동기(200)와 일체를 이룰 수도 있다.

미설명 도면부호 'THR'은 '서머스테이트'로, 모터 등의 접점과열 시 전원을 차단한다. 본 실시 예에서 서머스테이트(THR)가 교류전동기(200)와 일체인 것으로 했으나, 교류전동기(200)와 분리될 수도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 제동장치에 의한 회전자의 동작모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 제동방법의 제1실시 순서를 도시한 플로차트인 바, 이를 참고해 설명한다.

S10; 전원 인가 단계

운전자는 크레인을 동작시키기 위해서 크레인의 교류전동기(200)에 전원을 인가한다. 이때, 인가 전원은 제동장치(100)와 교류전동기(200)에 각각 배전하므로, 교류전동기(200)에 전원이 인가하면 제동장치(100)로도 전원이 인가된다.

S20; 동작환경 확인단계

제어모듈(120)은 전원 인가와 함께 교류 전동장치의 동작환경을 확인한다. 여기서 상기 동작환경은 입력되는 교류전기의 전압이 일정한지 여부, 제동장치(100)의 통전상태와 동작상태 중 적어도 하나 이상의 상태가 정상적인지 여부, 통전모듈(130)과 회전스위치(220) 등에 구성되는 입출력 릴레이들의 접점이 열려있는지 여부 등일 수 있다.

동작환경 확인 결과, 적어도 하나 이상의 상태가 지정된 상태가 아닌 경우(비정상)에는 동작을 중단하고 알람 단계(S60)를 진행한다. 참고로, 알람단계(S60)는 제어모듈(120)이 정해진 알람 방식에 따라 운전자에게 경고하는 단계이며, 알람 방식은 경고등, 경고음 등 다양할 수 있다.

동작환경 확인 결과, 모든 상태가 정상상태인 경우(정상)에는 설정된 후속 단계를 진행한다.

참고로, 동작환경 확인을 위해서 확인대상에는 해당 센서를 보강할 수 있고, 제어모듈(120)은 상기 센서로부터 감지신호를 받아 상기 동작환경을 확인할 수 있다.

S30; 입력신호 확인단계

제동장치(100)와 교류전동기(200)를 구비한 교류 전동장치의 동작 환경이 정상으로 확인되고, 운전자는 작업을 위해 크레인을 조작한다. 통상적으로, 운전자는 상기 크레인을 운전하기 위해서 크레인 전용의 운전반 또는 리모컨 등(이하 '운전반')을 활용할 수 있다.

운전자가 조작해 입력하는 입력신호는 교류전동기(200)의 '정회전'과 '역회전'과 '이동 중인 크레인 정지(회전정지)' 중 하나일 수 있고, 상기 운전반의 운전신호는 회전스위치(220)의 정회전스위치(221)와 역회전스위치(222)에 전달된다.

예를 들어 설명하면, 운전자가 교류전동기(200)의 정회전(정회전 ON)을 위해서 운전반을 조작하면, 상기 운전반은 운전신호를 정회전스위치(221)로 전송한다. 반면, 운전자가 교류전동기(200)의 역회전(역회전 ON)을 위해서 운전반을 조작하면, 상기 운전반은 운전신호를 역회전스위치(222)로 전송한다.

한편, 운전자가 교류전동기(200)의 정회전과 역회전의 정지(정회전 and 역회전 OFF)를 위해 운전반을 조작하면, 상기 운전반은 회전스위치(220)로의 운전신호 전송을 중지한다. 운전신호 전송이 중지되면, 제동장치(100)가 후속 동작을 진행하는데, 이에 대한 내용은 아래에서 상세히 설명한다.

계속해서, 운전자가 착오 또는 실수 등에 의해 교류전동기(200)의 정회전과 역회전을 동시 조작(정회전 and 역회전 ON)하면, 교류전동기(200)의 동작을 중단하고 알람 단계(S60)를 진행한다. 주지된 바와 같이 동일한 모터(M) 등과 같은 전기기구에 서로 상충하는 전류가 공급되면 전기적 쇼트 발생에 의해 전기기구가 훼손될 수 있다.

참고로, 통전모듈(130)의 통전확인모듈(131)은 회전스위치(220)로의 통전상태를 확인해서 정회전스위치(221) 또는 역회전스위치(222)로의 통전 시도가 확인되면, 통전처리모듈(132)은 제어모듈(120)의 제어에 따라 해당하는 정회전스위치(221) 또는 역회전스위치(222)로의 통전 스위치를 닫는다. 또한, 정회전스위치(221)와 역회전스위치(222)로의 통전이 확인되지 않으면, 통전처리모듈(132)은 제어모듈(120)의 제어에 따라 회전스위치(220)로의 통전 스위치를 연다. 또한, 정회전스위치(221)와 역회전스위치(222) 모두로의 통전이 확인되면, 통전처리모듈(132)은 제어모듈(120)의 제어에 따라 회전스위치(220)로의 통전 스위치를 열고, 제어모듈(120)은 알람 단계(S60)의 동작을 속행한다.

S40; 릴레이 동작단계

전술한 바와 같이, 정회전스위치(221) 또는 역회전스위치(222)로의 운전신호가 전달되면, 해당하는 정회전스위치(221) 또는 역회전스위치(222)의 릴레이(미도시)가 동작하고, 이로 인해서 해당하는 정회전스위치(221) 또는 역회전스위치(222)가 닫히면서 모터(M)의 회전운동 발생을 위한 통전이 이루어진다.

참고로, 정회전스위치(221) 또는 역회전스위치(222)가 닫히면서 모터(M)에 3상 교류전기가 통전하면, 도 5의 (a)도면에서 보인 바와 같이 6개의 폴(M1)에 둘러싸인 회전자(M2)는 폴(M1)의 순차적인 자화를 따라 회전을 시작한다. 3상 교류전동기의 동작 원리는 이미 공지된 기술이므로, 교류전동기의 모터(M)에 대한 세부 구성 및 설명은 생략한다.

S50; 릴레이 정지단계

운전자가 교류전동기(200)의 정회전과 역회전의 정지(정회전 and 역회전 OFF)를 위해 운전반을 조작해서 해당 운전신호가 전달되면, 정회전스위치(221) 또는 역회전스위치(222)의 해당 릴레이는 정지하고, 정회전스위치(221)와 역회전스위치(222)는 모두 열려서 모터(M)의 통전이 중단된다.

S51; 단자 전압확인 단계

제어모듈(120)은 모터(M)와 회전스위치(220) 간의 전압 또는 회전스위치(220)의 릴레이 접점 상태 등을 확인해서 전압 또는 닫힘이 확인되면(유), 교류전동기(200)의 동작을 중단하고 알람 단계(S60)를 진행한다. 반면, 전압 또는 닫힘을 확인해서 정상으로 확인되면(무), 후속 절차를 속행한다.

S52; 직류전압 출력단계

제어모듈(120)은 스위치모듈(SM)을 닫아서 정류모듈(110)이 정류한 직류전기를 모터(M)로 통전한다. 본 실시 예에서 상기 직류전기가 통전하는 상은 모터(M)에 배선된 'R'과 'S'이고, 해당 상으로 통전한 직류전기는 'R'과 'S' 측 폴(M1)에 인가되어 자기장을 일으킨다. 참고로, 자기장 내에 위치한 도체는 자기장 방향의 변화를 억제하려는 방향으로 힘을 받아 동작하므로, 폴(M1)에서 일정한 자기장을 일으키는 환경에서 회전자(M2)는 동작을 정지하고, 이를 통해서 모터(M)에는 전자식 브레이크의 기능이 발현한다.

본 실시 예에서 직류전기의 통전이 'R'과 'S' 상에 이루어지는 것으로 했으나, 상기 상에 한정하는 것은 아니며, 3상 중 2상에 직류전기를 통전하면 상기 전자식 브레이크 기능이 발현한다.

한편, 제동장치(100)가 모터(M)에 공급하는 출력전기인 직류전기의 전압은 전압처리모듈(140)에서 조정 가능하다. 전술한 바와 같이, 운전자는 출력전기의 전압을 조정할 수 있는데, 본 실시 예에서 전압의 범위는 0 ~ 100V이다. 따라서 운전자는 급제동이 요구되는 작업인 경우에는 고전압으로 출력전기를 조정하고, 슬라이딩제동이 요구되는 작업인 경우에는 중소전압으로 출력전기를 조정한다. 출력전기의 전압 범위는 예시한 범위에 한정하지 않으며, 이하의 권리범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.

또한, 제동장치(100)가 모터(M)에 공급하는 출력전기의 출력 시간은 타임처리모듈(150)에서 조정 가능하다. 운전자는 출력전기의 출력 시간을 조정할 수 있는데, 본 실시 예에서 출력 시간의 범위는 0 ~ 10s이다. 따라서 운전자는 전자식 브레이크 동작시간을 작업 환경에 맞춰서 다양하게 조정할 수 있다. 출력전기의 출력 시간은 예시한 범위에 한정하지 않으며, 이하의 권리범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 제동장치의 제2실시 구성 모습을 도시한 블록도이고, 도 8은 도 7에 도시한 제동장치가 교류전동기에 설치된 모습을 개략적으로 도시한 도면인 바, 이를 참고해 설명한다.

본 실시 예의 제동장치(100')는 기계식 브레이크(230)의 동작을 제어하는 브레이크 처리모듈(170)과, 제동장치(100')가 실행시키는 전자식 브레이크의 동작 순위를 조정하는 우선처리 선택스위치(180)를 더 포함한다.

브레이크 처리모듈(170)은 교류 전동장치에 구성된 기계식 브레이크(230)의 동작을 제어하며, 이를 통해서 제동장치(100')와의 병행이 안정적으로 이루어지게 한다.

우선처리 선택스위치(180)는 제동장치(100')의 전자식 브레이크 실행 중에 운전자가 모터(M)의 직전 회전방향과는 반대방향으로의 회전운동을 조작할 경우에 동작하는 전자식 브레이크와 기계식 브레이크(230)의 실행 순위를 세팅한다. 크레인 등과 같은 장비는 견인물을 견인할 때 급격한 견인 방향의 전환이 요구될 수 있다. 그러나 급격한 견인 방향의 전환을 위해서는 교류전동기(200)의 모터(M) 역시 급격한 회전방향의 전환이 요구된다. 그런데 상기 요구에 따라 급격한 회전방향의 전환을 실행하면 이 과정 중에 기계식 브레이크(230)의 라이닝 마모는 물론 모터(M)의 회전자(M2)의 회전방향과 자기력 방향의 상충으로 모터(M)가 과열하는 문제가 있다.

따라서 전자식 브레이크 실행과 기계식 브레이크(230) 실행의 우선처리 순위를 정해서, 급격한 방향 전환이 요구되는 작업 환경에서는 기계식 브레이크(230) 실행을 우선 모드로, 그 이외의 작업 환경에서는 전자식 브레이크 실행을 우선 모드로 조정할 수 있다.

한편, 본 실시 예에서 교류 전동장치에 보강하는 기계식 브레이크(230)는 제동장치(100')에 의해 회전운동을 정지해서 지지력을 상실한 회전체가 지지력을 유지하도록 한다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 크레인에 구성되는 교류전동기(200)의 회전체는 견인물의 하중을 지지하면서 운전자의 조작에 따라 상기 견인물을 지정된 위치로 이동시킨다. 그런데, 제동장치(100')에 의해 교류전동기(200)의 회전체가 회전운동을 정지해서 지지력을 상실하면, 견인물을 지지해야 하는 상기 회전체가 상기 견인물의 하중을 지탱하지 못해 회전하고, 이를 통해서 상기 견인물이 정지하는 위치를 벗어날 수 있다. 따라서 현재의 정지 위치에서 견인물이 이탈하지 않도록 회전체에 기계식 브레이크(230)의 라이닝을 접촉시켜서, 상기 견인물이 정지 위치를 이탈하지 않게 한다. 또한, 회전체의 급격한 방향전환에서도 전자식 브레이크와 더불어 기계식 브레이크(230)의 제동기능을 부가해서 효율적인 방향전환이 실행될 수 있게 한다.

도 9는 본 발명에 따른 제동방법의 제2실시 순서를 도시한 플로차트인 바, 이를 참고해 설명한다.

S15; 우선처리 선택단계

운전자는 제동장치(100)의 우선처리 선택스위치(180)를 조작하면, 우선처리 선택스위치(180)는 전자식 브레이크 동작과 기계식 브레이크 동작이 중복되는 상황에서 우선 동작하는 순위에 대한 설정신호를 발생시켜서 제어모듈(120)로 전달하며, 제어모듈(120)은 우선처리 선택스위치(180)의 설정신호에 따라 우선 동작 순위를 세팅한다.

이하, 동작환경 확인단계(S20), 입력신호 확인단계(S30), 릴레이 동작단계(S40), 릴레이 정지단계(S50), 단자 전압 확인단계(S51), 직류전압 출력단계(S52), 알람 단계(S60)는 앞서 설명한 바 있으므로, 이하에서는 그 설명을 생략한다.

S521; 반대방향 실행단계

운전자가 운전반을 조작해서 모터(M)의 직전 회전방향과는 반대방향으로의 회전운동을 시도하는지 여부를 확인하고, 상기 시도가 확인되지 않으면 전자식 브레이크 기능을 속행한다.

S522; 전자식 브레이크 실행단계

상기 시도가 확인된 경우, 모터(M)로 직류전기가 통전하면서 제동장치(100)가 전자식 브레이크 기능을 실행하는 중인지 여부를 확인한다. 전자식 브레이크 기능이 실행 중이지 않은 경우에는 교류전동기(200)의 동작을 위한 초기 단계인 동작환경 확인단계(S20)를 반복해 수행한다.

S523; 우선처리 확인단계

제어모듈(120)은 우선처리 선택단계(S15)에서 설정된 브레이크 동작 우선순위를 확인한다.

확인결과 전자식 브레이크가 우선(전자식 우선)으로 확인되면, 설정된 전자식 브레이크의 동작시간 경과를 기다린다.

S53; 지정시간 경과단계

우선처리 확인단계(S523)에서 우선 순위가 전자식 브레이크로 확인되면, 설정된 동작시간 동안 모터(M)에 직류전기를 인가해서 전자식 브레이크 기능이 발현되도록 한다.

S54; 직류전압 단전단계

상기 동작시간이 종료하거나 우선처리 확인단계(S523)에서 브레이크 동작 우선순위가 기계식 브레이크가 우선(기계식 우선)으로 확인되면, 그 즉시 모터(M)의 직류전기를 단전한다. 따라서 모터(M)에 가해지는 전자식 브레이크 기능을 중단한다.

한편, 기계식 브레이크를 우선으로 설정한 경우는 급속한 방향전환이 요구되기 때문이므로, 기계식 브레이크(230)의 물리적 부담을 최소화하기 위해서 전압처리모듈(140)에 의해 설정된 전압을 무시하고 최고 전압을 순간 변환해서 지정된 시간동안 전자식 브레이크를 동작시킨 후에 곧바로 기계식 브레이크(230)를 실행시킬 수도 있다. 이때, 기계식 브레이크 제동과 전자식 브레이크 제동이 순간적으로 중복 실행되도록 해서 교류전동기(200)의 제동력이 최대가 되도록 할 수도 있다. 결국, 크레인 등의 동작에 순간 방향전환이 요구되는 경우에는 기계식 브레이크(230)의 물리적 부담을 최소화하면서도 안정된 목적 실행을 이룰 수 있다.

S55; 단자 전압확인단계

제어모듈(120)은 모터(M)와 회전스위치(220) 간의 전압 또는 회전스위치(220)의 릴레이 접점 상태 등을 확인해서 전압 또는 닫힘이 확인되면(유), 교류전동기(200)의 동작을 중단하고 알람 단계(S60)를 진행한다. 반면, 전압 또는 닫힘을 확인해서 정상으로 확인되면(무), 후속 절차를 속행한다.

S56; 브레이크 동작단계

브레이크 처리모듈(170)은 제어모듈(120)의 제어에 따라 기계식 브레이크(230)를 동작시켜서 교류전동기(200)를 제동시킨다. 따라서 모터(M)의 반대방향 회전운동 이전에 회전체를 완전히 정지시킨다.

이후에 모터(M)의 반대방향 회전운동을 위해서 동작환경 확인단계(S20)를 반복할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조해 설명했지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 3상 교류전기 중 2상의 배선과 전기적으로 병렬 연결해 수전한 교류전기를 직류전기로 정류하는 정류모듈; 교류전동기에 배선된 3상에서 2상의 배선과 전기적으로 병렬 연결해 송전하는 상기 직류전기를 스위칭하는 스위치모듈; 상기 스위치모듈의 구동을 제어하는 제어모듈;을 포함하는 교류전동기의 전자식 제동장치에 있어서,
   상기 교류전동기에 구성된 정회전스위치와 역회전스위치로의 통전 시도를 확인하는 통전확인모듈을 더 포함하고;
   상기 제어모듈은 통전확인모듈이 상기 통전 시도를 확인하면, 직류전기가 교류전동기에 통전하도록 스위치모듈을 제어하는 것;
   을 특징으로 하는 교류전동기의 전자식 제동장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 통전확인모듈이 정회전스위치로의 통전 시도와 역회전스위치로의 통전 시도를 동시에 확인하면, 상기 정회전스위치와 역회전스위치를 열도록 스위칭하는 통전처리모듈을 더 포함하는 것;
   을 특징으로 하는 교류전동기의 전자식 제동장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 직류전기의 전압을 조정하는 전압처리모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 전자식 제동장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 직류전기의 출력시간을 설정하는 타임처리모듈을 더 포함하고;
   상기 제어모듈은 출력시간이 경과하면 스위치모듈을 제어해서 단전하는 것을 특징으로 하는 교류전동기의 전자식 제동장치.
6. 삭제

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