KR102011201B1 - 자기정렬 롤러가 결합된 베이스 프레임 및 이를 구비하는 케이블 보빈 윈치 - Google Patents

Abstract

광산의 지하 갱도 등에 전력을 공급하기 위해 사용되는 케이블 보빈 윈치와 이러한 케이블 보빈 윈치에 구비되고 자기정렬 롤러가 결합된 베이스 프레임이 개시된다. 베이스 프레임은, 케이블 보빈 윈치용 베이스 프레임으로서, 베이스 프레임 몸체, 및 베이스 프레임 몸체 상에 결합하는 자기정렬 롤러를 포함하고, 자기정렬 롤러는 원통 형태의 회전 몸체, 및 베이스 프레임 몸체 상에 회전 몸체의 구동축이 평행하거나 경사지도록 회전 몸체를 눕힌 상태에서 회전 몸체의 구동축의 일단과 타단에 각각 결합하는 한 쌍의 베어링 지지부를 포함하고, 회전 몸체는 일단의 측면 단면적이 타단의 측면 단면적보다 크고 구동축을 기준으로 일단과 타단 사이에 경사진 회전면을 구비한다.

Description

자기정렬 롤러가 결합된 베이스 프레임 및 이를 구비하는 케이블 보빈 윈치{BASE FRAME WITH SELF ALIGNMENT ROLLER AND CABLE BOBBIN WINCH HAVING THE SAME}

본 발명의 실시예들은 케이블 보빈 윈치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 광산의 지하 갱도 등에 전력을 공급하기 위해 사용되는 케이블 보빈 윈치와 이러한 케이블 보빈 윈치에 구비되고 자기정렬 롤러가 결합된 베이스 프레임에 관한 것이다.

광산 채굴 현장(탄광) 등의 지하 갱도에 위치하는 기계나 전기설비를 위한 전력 케이블은 지상의 특정 지점에서부터 수직 갱도를 통해 설치된다. 이때, 전력 케이블은 통상 수직 갱도의 깊이 변화, 기계나 전기설비의 이동 배치 등에 따라 그 길이를 조정할 수 있도록 설치된다. 이를 위해, 기존의 수직 갱도 케이블 윈치에 전력 케이블이 권취된 보빈을 올려놓고 케이블 보빈 윈치를 제어하여 전력 케이블을 늘어뜨림으로써 지하 갱도까지 전력 케이블을 공급하게 된다.

한편, 수직 갱도 케이블 윈치는 일정 이상의 내구성이나 동작 안정성을 구비하지 않는다면 전력 케이블의 무게, 전력 케이블에 의한 수십 킬로뉴턴(kN) 이상의 인장력, 수백 미터 이상의 상대적으로 긴 라인 길이, 발파 작업의 진동 등의 환경 영향에 따라 내구성, 신뢰성, 수명 등에 악영향을 받을 수 있다.

이와 같이, 광산의 지하 갱도 등에 위치하는 기계나 전기설비 등에 전력을 안정적으로 그리고 중단없이 공급하기 위하여 케이블 권취 드럼(보빈)을 탑재한 대형 케이블 보빈 윈치에 대해 내구성과 작동 안전성을 확보하고 유지할 수 있는 더 좋은 방안이 여전히 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 요구에 부응하기 위해 도출된 것으로 그 목적은 광산의 수직갱(vertical shaft)이나 사갱(inclined shaft) 등과 같이 지하 수십 내지 수천 미터 아래에 위치하는 기계기구나 전기설비 등에 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 케이블 보빈 윈치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상술한 케이블 보빈 윈치에 사용되는 자기정렬 롤러가 결합된 베이스 프레임을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광산의 갱도의 깊이에 따라 보빈에 감긴 케이블의 길이가 달라지거나 그에 따라 보빈의 폭이 달라지는 경우에도 보빈의 폭에 따라 길이를 가변하거나 구조를 변경할 수 있는 자기정렬 롤러가 결합된 베이스 프레임 및 이를 이용하는 케이블 보빈 윈치를 제공하는데 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 자기정렬 롤러가 결합된 베이스 프레임은, 베이스 프레임 몸체, 및 상기 베이스 프레임 몸체 상에 결합하는 자기정렬 롤러를 포함하고, 상기 자기정렬 롤러는 원통 형태의 회전 몸체; 및 상기 회전 몸체를 상기 베이스 프레임 몸체의 상부면 상에 눕힌 상태에서 상기 회전 몸체의 회전축 또는 구동축의 일단과 타단에 각각 결합하는 한 쌍의 베어링 지지부를 포함하고, 상기 회전 몸체는 상기 일단의 측면의 단면적이 상기 타단의 측면의 단면적보다 크고, 상기 구동축 또는 회전축을 기준으로 상기 일단과 상기 타단 사이에 경사진 회전면 또는 외표면을 구비한다.

일실시예에서, 상기 자기정렬 롤러는 상기 베이스 프레임 몸체에 지지되는 케이블 권취용 보빈의 양측 지지플레이트의 회전면과 접동하도록 상기 베이스 프레임 몸체 상에 서로 이격 설치되는 적어도 두 쌍의 자기정렬 롤러 또는 제1 내지 제4 자기정렬 롤러들을 구비할 수 있다. 상기 양측 지지플레이트 중 제1 지지플레이트에 대응하여 배치되는 제1 및 제2 자기정렬 롤러들의 상기 회전 몸체들 각각의 상기 일단들은 상기 양측 지지플레이트 중 제2 지지플레이트에 대응하여 배치되는 제3 및 제4 자기정렬 롤러들의 상기 회전 몸체들 각각의 상기 일단들과 서로 인접하게 마주하도록 각각 배치된다. 여기서, 상기 일단들 각각은 대응하는 타단보다 큰 단면적을 구비한다.

일실시예에서, 상기 베이스 프레임은, 상기 양측 지지플레이트의 외측면들 중 어느 한쪽 외측면과 접동하도록 상기 제1 및 제2 자기정렬 롤러들 또는 상기 제3 및 제4 자기정렬 롤러들 각각에 인접하게 설치되는 한 쌍의 수직 가이드 롤러들을 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 베이스 프레임은, 상기 제1 내지 제4 자기정렬 롤러들 중 어느 하나를 일체로 지지하거나 또는 상기 제1 내지 제4 자기정렬 롤러들 중 어느 하나와 상기 한 쌍의 수직 가이드 롤러들 중 어느 하나를 일체로 지지하는 하부지지 플레이트를 더 포함할 수 있다. 하부지지 플레이트는 베이스 프레임 몸체 상에 고정될 수 있다.

일실시예에서, 상기 하부지지 플레이트는 상기 보빈의 폭에 따라 상기 베이스 프레임 몸체 상의 일정 간격 단위로 이동하여 체결수단을 통해 설치될 수 있다. 상기 체결수단은 상기 베이스 프레임 몸체 상의 체결공에 삽입되는 볼트와 상기 볼트와 결합하는 너트를 포함할 수 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 케이블 윈치는, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 실시예의 베이스 프레임; 및 상기 베이스 프레임 상에 케이블 권취용 보빈을 설치하기 위한 구동부를 포함하고, 상기 베이스 프레임에 결합된 자기정렬 롤러의 회전면은 상기 보빈 내측에서 외측으로 단면적이 작아지는 반경 경사(radius slope) 표면을 구비한다. 반경 경사 표면을 가진 자기정렬 롤러의 답면은 부분 원추 모양을 구비할 수 있다.

일실시예에서, 상기 반경 경사 표면은 상기 일단에서 상기 타단 사이가 자기정렬 롤러의 회전축을 기준으로 직선 경사면 또는 곡선 경사면이고, 상기 곡선 경사면은 상기 일단에서 상기 타단으로 진행하면서 단면적이 작아지는 범위의 반경들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 곡선 경사면을 포함한 자기정렬 롤러의 회전축을 포함하는 횡단면은 상기 일단에서 상기 타단으로 진행하면서 단면적이 작아지는 원추모양을 구비할 수 있다.

일실시예에서, 상기 구동부는, 상기 베이스 프레임 상에 지지되며 상기 보빈의 회전축 일단에 결합가능하게 설치되는 기어 커플링; 상기 기어 커플링에 결합하여 상기 보빈의 회전축에 구동력을 제공하는 감속기; 및 상기 감속기에 결합하고 상기 감속기에 구동력을 제공하는 모터를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 케이블 윈치는, 상기 베이스 프레임 상에 지지되고 상기 기어 커플링과 마주하며 상기 보빈의 회전축의 타단을 지지가능하게 설치되는 로터리 센터 지지부; 상기 감속기와 상기 모터 사이에 결합하는 브레이크; 및 상기 베이스 프레임에 결합하는 제어 패널을 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 제어 패널은 상기 모터의 구동력보다 큰 보빈측 하중이 모터에 걸릴 때 발전기로 동작하는 모터의 동력을 전기에너지로 변환하거나 활용하는 회생제동모듈을 구비할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 광산의 수직갱(vertical shaft)이나 사갱(inclined shaft) 등과 같이 지하 수십 내지 수천 미터 아래에 위치하는 기계기구나 전기설비 등에 안정적으로 전력을 공급할 수 있는, 케이블 보빈 윈치를 제공할 수 있다.

또한, 경사 표면을 포함한 자기정렬 롤러 몸체를 회전축을 포함하는 횡단면으로 절단하여 볼 때, 구동축 방향에서 횡단면의 일단에서 타단으로 진행하면서 반지름이나 직경이 작아지는 원추 모양 또는 부분 원추 모양의 단면을 구비하도록 구성함으로써, 보빈의 회전 중에 외부의 충격이나 기구의 변형으로 인하여 보빈이 회전 궤도를 벗어나는 이탈 현상을 방지할 수 있다.

또한, 상술한 케이블 윈치에 구비되고 자기정렬 롤러가 결합된 베이스 프레임을 사용함으로써, 발파 작업 등에 의한 진동 등의 주변 환경에 상관없이 케이블 윈치의 동작의 안정시킬 수 있고, 그에 의해 케이블 윈치의 내구성을 높이고 신뢰성 및 수명을 향상시킬 수 있으며, 아울러 광산의 지하 시설 등에 필요한 전력을 중단 없이 공급할 수 있는 새로운 대용량 케이블 윈치 설치 환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 보빈 윈치에 대한 정면도이다.
도 2는 도 1의 케이블 보빈 윈치의 일부 구성을 생략한 평면도이다.
도 3은 도 1의 케이블 보빈 윈치의 일부 구성을 생략한 좌측면도이다.
도 4는 도 1의 케이블 보빈 윈치의 일부 구성에 대한 좌측면도이다.
도 5는 도 1의 케이블 보빈 윈치의 기어 커플링의 주요 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 기어 커플링에 채용할 수 있는 외부 기어의 톱니 구조를 설명하기 위한 부분 사시도이다.
도 7은 도 1의 케이블 보빈 윈치에 채용할 수 있는 로터리 센터를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 1의 케이블 보빈 윈치에 채용할 수 있는 자동정렬 롤러가 결합된 베이스 프레임에 대한 좌측면도이다.
도 9는 도 8의 베이스 프레임에 결합될 수 있는 자동정렬 롤러 어셈블리에 대한 평면도이다.
도 10은 도 9의 자동정렬 롤러 어셈블리에 채용할 수 있는 롤러 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 1의 케이블 보빈 윈치의 작동 원리를 설명하기 위한 정면도이다.
도 12는 도 1의 케이블 보빈 윈치의 또 다른 작동 원리를 설명하기 위한 정면도이다.
도 13은 도 1의 케이블 보빈 윈치를 포함하는 광산 지하 갱도 전력 공급 시스템을 설명하기 위한 측면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 아니하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함한다", "가진다" 등과 관련된 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 포함한다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 의미와 일치하는 의미로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에 첨부되는 도면에서는 일부 구성요소를 투영하여 각 구성요소와 구성요소들 간의 결합관계를 좀더 명확하게 설명하도록 도시하고 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 케이블 보빈 윈치에 대한 정면도이다. 도 2는 도 1의 케이블 보빈 윈치의 일부 구성을 생략한 평면도이다. 도 3은 도 1의 케이블 보빈 윈치의 일부 구성을 도시의 편의상 생략한 좌측면도이다. 도 4는 도 1의 케이블 보빈 윈치의 일부 구성에 대한 좌측면도이다. 도 5는 도 1의 케이블 보빈 윈치의 기어 커플링의 주요 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 도 5의 기어 커플링에 채용할 수 있는 외부 기어의 톱니 구조를 설명하기 위한 부분 사시도이다. 그리고, 도 7은 도 1의 케이블 보빈 윈치에 채용할 수 있는 로터리 센터를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 케이블 보빈 윈치(cable bobbin winch, 100)는 베이스 프레임(base frame, 110), 감속기(reducer, 120), 모터(motor, 130), 브레이크(brake, 140), 기어 커플링(gear coupling, 150), 보빈 연결부(bobbin connector, 160), 로터리 센터 지지부(rotary center supporter, 170), 자기정렬 롤러(self-alignment roller, 180), 수직 가이드 롤러(vertical guide roller, 190) 및 제어패널(control panel, 200)을 포함한다. 이하에서 케이블 보빈 윈치를 간략히 케이블 윈치라고도 지칭하기로 한다.

본 실시예의 케이블 윈치(100)는 광산 등에 전력 케이블이 권취된 보빈(bobbin)을 장착하여 설치되고 광산의 지하 갱도와 같이 지하 수십 내지 수백 미터에 위치하는 작업장에 필요한 전력을 공급하기 위하여 미리 설정된 시간에 작업장으로 케이블의 길이를 연장하여 전력을 투입하고, 운전원의 조작이나 제어패널(200)의 설정에 따라 간헐적으로 케이블을 풀어주기도 하고 되감기를 수행하면서 케이블를 관리 운영하는 설비이다.

케이블 윈치(100)의 기본적인 작동은, 케이블 윈치나 그 주변 설비에 부착된 모터(130)의 구동버튼을 작동할 때, 브레이크(140)가 해제되고 모터(130)가 감속기(120)를 구동시켜 보빈을 정·역으로 동작시킬 수 있다.

모터(130) 또는 보빈의 속도 제어는 제어패널(200)의 인버터(inverter) 제어방식으로 수행될 수 있으며, 전원 차단시 안전장치는 모터(130)의 전단 및/또는 후단에 설치된 브레이크(140)를 포함하여 구성되며, 제어패널(200)은 소프트웨어 모듈 형태의 회생제동장치(이하, 회생제동모듈)을 구비할 수 있다.

보빈(도 11의 300 참조)은, 케이블 윈치(100)의 작동에 따라 케이블을 감거나 풀어주는 역할을 한다. 보빈의 내부 직경은 케이블의 최소 허용 곡률반경을 유지하도록 설정되며, 미리 설정된 폭에 전체 케이블을 감을 수 있도록 드럼 외경을 구비할 수 있다. 이러한 보빈은 원통형의 드럼과 드럼의 평평한 양단에 드럼보다 큰 직경으로 결합하는 한 쌍의 지지플레이트들을 구비할 수 있다.

또한, 보빈은 드럼에 감기는 케이블의 중량과 인장력을 견딜 수 있는 구조로 설계 제작되며, 보빈의 폭은 케이블의 전체 길이에 따라서 달라질 수 있다. 일례로, 본 실시예의 케이블 윈치(100)에 채용할 수 있는 보빈의 크기는, 외경 2,250㎜, 내경 1,350㎜, 드럼 또는 몸체의 내경 155.2㎜, 최대 폭 4,500㎜, 최소 폭 1,500㎜를 구비할 수 있다(보빈의 적용 폭은 250㎜ 단위폭 간격으로 설치될 수 있다). 케이블을 포함한 보빈의 적용 무게는 최대 10톤(ton)일 수 있으며, 작동 속도는 인버터 제어에 따라 최소 1m/min.(7㎐), 최대 8.5m/min.(60㎐)의 범위를 가질 수 있다.

본 실시예의 각 구성요소를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

베이스 프레임(110)은 막대형, 판형 등의 다양한 프레임들이 결합된 플레이트 형태를 구비할 수 있다. 플레이트 형태에는 다수의 개구부들이 구비될 수 있다. 베이스 프레임(110)은 감속기(120), 모터(130), 브레이크(140), 기어 커플링(150), 보빈 연결부(160), 로터리 센터 지지부(170), 자기정렬 롤러(180), 수직 가이드 롤러(190) 및 제어패널(200)을 일체로 지지하는 사이즈와 내구성을 구비할 수 있다.

또한, 베이스 프레임(110)은 적어도 일부 구성요소들의 사이에서 이들을 지지하는 서브프레임(112, 114)을 구비할 수 있다. 서브프레임(112, 114)은 베이스 프레임(110)의 상부면 상에 감속기(120), 모터(130), 브레이크(140), 기어 커플링(150), 보빈 연결부(160) 및 로터리 센터 지지부(170)를 일정 높이로 지지하기 위한 적어도 한 그룹 이상의 프레임 유닛들을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 서브프레임(112)은 베이스 프레임 몸체의 상부면 일측부 상에 감속기(120), 모터(130), 브레이크(140), 기어 커플링(150) 및 보빈 연결부(160)를 일정 높이로 지지하고, 제2 서브프레임(114)은 베이스 프레임 몸체의 상부면 타측부 상에 로터리 센터 지지부(170)를 일정 높이로 지지하도록 설치될 수 있다.

감속기(120)는 기어박스를 구비하는 기어박스형 감속기일 수 있으며, 헬리컬 기어(helical gear), 샤프트 베어링(shaft, bearing) 및 하우징(housing)을 구비할 수 있다. 감속기(120)는 고출력 및 외부 충격에 견디도록 제작되어 설치될 수 있고, 감속기(120)의 샤프트는 출력 토크(torque)와 기계적 강도에 충분히 견디도록 설계 제작될 수 있다.

또한, 감속기(120)는, 베이스 프레임(110) 상에 고정되어 모터(130)의 구동력을 미리 설정된 비율로 변환하여 기어 커플링(150)을 통해 보빈(300)에 전달한다. 감속기는 유욕식(oil bath type)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 감속기(120)는 체인 또는 벨트에 의해 모터(130)와 연결될 수 있다. 이 경우, 감속기(120)의 원동축과 피동축은 동일 평면상에 놓이거나 일직선상에 그 중심이 맞추어 고정될 수 있고, 또한 서로 직접 결합하거나 유성기어를 통해 결합할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

모터(130)는 모터 축에 연결된 감속기(120)를 회전시킨다. 모터(130)는 열 방출을 위해 강제 냉각 시스템을 갖출 수 있다. 모터(130)에 구비되는 베어링은 고하중용 베어링을 사용할 수 있으며, 보호등급으로는 IP54급의 방진구조를 구비할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. IP54 구조는 모터(130)에서 외부 이물질 투입에 대한 완벽한 방폭 구조를 지칭할 수 있다.

또한, 모터(130)는 상용주파수 예컨대 60㎐의 3상 4선 방식의 저전압 교류 전원(예컨대, 380V)을 사용하는 수십 ㎾ 용량의 모델일 수 있다. 또한, 모터(130)는 기중차단기(air circuit breaker, ACB)를 구비할 수 있다.

브레이크(140)는, 압상 제동기(thrustor brake)로 설치될 수 있다. 그 경우, 기계 장치가 멈추거나 전원이 차단되면, 브레이크(140)의 트러스트(thrust)가 정지되어 구동이 멈추고 브레이크 스프링(brake spring)에 의해 브레이크 드럼(brake drum)을 고정하도록 구성될 수 있다. 그리고, 기계 장치를 다시 구동할 때, 먼저 트러스트가 구동을 시작하고 푸시 로드(push rod)를 밀어내어 브레이크 암(brake arm)이 밖으로 열린 후 브레이크 슈어(brake shoe)가 브레이크 드럼에서 떨어지도록 동작할 수 있다.

기어 커플링(150)은, 모터(130)에서 보빈으로 전달되는 동력(power)에 비하여 소형 경량이며 소음 및 진동이 없고, 긴 수명을 유지할 수 있도록 전달 동력의 손실을 최소한으로 줄일 수 있도록 설계된다.

또한, 기어 커플링(150)에 있어서, 기어 커플링(150)의 내부 기어(internal gear)와 맞물리는 외부 기어(external gear, 154)는 도 5에 도시한 바와 같이 왕관(crown) 형태로 가공되고, 그에 의해 축심 오차의 발생시 해당 오차를 자체 조절 및 흡수할 수 있다. 이러한 기어 구조를 구비한 기어 커플링(150)에 의하면, 정상적인 동력 전달 하에서도 내부 윤활로 기어의 내마모성을 증가시킬 수 있다.

또한, 기어 커플링(150)은 도 6의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 외부 기어(154)가 내부 기어(152)의 축방향으로 둥글게 맞물려 슬리브와 허브 사이에 약간의 경사가 생겨도 내부 기어(152)와의 접촉 부분의 간섭을 제거할 수 있게 된다. 따라서, 편심, 편각, 축 이동의 변위가 생겨도 부드럽게 동력을 전달할 수 있다.

기어 커플링(150)이나 기타 베어링 부속기계의 그리스(grease) 보충은 매 6개월 또는 1,500시간 가동 후 보충하고, 매 24개월 혹은 60,000시간 사용 후 분해하여 변질된 부분을 완전 제거 후 보충하는 것이 바람직하다. 그리스의 사용 온도는 -10℃ 내지 40℃의 범위이고 사용 RPM(revolutions per minute)과 주위 여건에 따라서 알맞게 선택하는 것이 바람직하다. 그리고 오일(oil)의 교체 시기는 최소 12개월, 그 이후에는 24개월마다 한번씩 교환하는 것이 바람직하며, 운전 중 오일이 새어 나올 경우, 필히 그 원인을 점검하여 그에 맞는 주유량을 결정하는 것이 바람직하다.

보빈 연결부(160)는 보빈의 지지플레이트의 외측면 상에서 일정 길이만큼 연장하는 연결부 몸체를 구비하고, 연결부 몸체의 양단부에 형성된 개구부들(161)과 이 개구부들(161)을 통해 보빈 연결부(160)와 보빈을 견고하게 결합하는 로터리 핀(162)을 구비한다(도 4 참조). 보빈 연결부(160)에서 소정 길이의 막대 또는 판 형태의 연결부 몸체의 중심부는 기어 커플링(150)에 결합될 수 있다.

로터리 핀(162)은 보빈을 회전시키기 위하여 모터(130) 및 감속기(120)를 포함한 구동부에서 발생하는 동력을 보빈에 전달하는 장치로서, 보빈의 측면 즉, 지지플레이트에 형성되어 있는 구멍에 삽입되어 케이블 윈치(100)의 구동부의 회전 운동력을 보빈에 전달한다. 본 실시예에서 로터리 핀(162)의 핀 타입은 서로 다른 길이를 가진 2종류일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

로터리 센터 지지부(170)는 도 7에 도시한 바와 같이 자기정렬 롤러(180)의 정위치에 보빈을 안착시키고, 보빈의 정확한 센터 구성을 위하여 조작자가 핸들(172)을 돌려서 보빈의 센터를 잡도록 설치될 수 있다.

로터리 센터 지지부(170)의 중심부 센터에는 센터 회전체(173)가 구비될 수 있다. 센터 회전체(173)는 도 7의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 핸들(172)의 조작에 따라 보빈 측으로 돌출되는 부분의 길이가 일정 범위 내에서 가변될 수 있다. 돌출되는 부분은 연장부(174) 또는 슬리브(sleeve)로 지칭될 수 있다.

센터 회전체(173)는 모스테이퍼(Morse taper)의 #6 표준규격으로 가공되어 설치될 수 있으며, 보빈의 회전에 따라 보빈의 센터부를 지지하면서 보빈과 함께 회전하는 구조를 구비할 수 있다.

또한, 로터리 센터 지지부(170)는 보빈의 길이 또는 폭에 따라서 베이스 프레임(110) 상에서 소정 간격으로 이동시켜 원하는 위치 상부에 볼트와 너트 등의 체결 수단을 이용하여 고정되도록 구성될 수 있다. 여기서, 베이스 프레임은 메인 프레임(main frame)으로 지칭될 수 있다.

다시 도 1 내지 도 4를 참조하면, 자기정렬 롤러(180)는 베이스 프레임(110) 상에 설치된다. 자기정렬 롤러(180)는 베이스 프레임 상에 지지되는 케이블 권취용 보빈의 양측 지지플레이트의 회전면과의 접동을 위해 베이스 프레임(110) 상에 설치되는 제1 내지 제4 자기정렬 롤러들(180a, 180b, 180c 및 180d)(도 2 참조)을 구비할 수 있다. 제1 내지 제4 자기정렬 롤러들(180a, 180b, 180c 및 180d)은 두 쌍의 자기정렬 롤러들로 지칭될 수 있다.

또한, 제1 내지 제4 자기정렬 롤러들(180a, 180b, 180c 및 180d)에 있어서, 양측 지지플레이트 중 제1 지지플레이트에 대응하여 배치되는 제1 및 제2 자기정렬 롤러들(180a, 180b)과 상기 양측 지지플레이트 중 제2 지지플레이트에 대응하여 배치되는 제3 및 제4 자기정렬 롤러들(180c, 180d)은 서로 대응하는 두 롤러들(180a와 180d 또는 180b와 180c)의 일단들이 서로 마주하도록 설치되고, 각 롤러의 회전면 또는 외표면은 각 롤러의 회전 몸체의 회전축을 중심으로 일단에서 타단으로 경사진다.

전술한 각각의 자기정렬 롤러(180)는 보빈(bobbin, 도 11의 300 참조)의 충격하중을 견디도록 설계되며, 보빈이 정해진 괘도를 벗어나지 않도록 롤러의 표면은 반경 경사(radius slope) 형태로 가공된다. 반경 경사의 롤러 표면을 이용하면, 케이블 윈치의 운전 중 보빈이 회전을 하면서 자체적인 자기정렬(self-alignment) 기능을 발휘할 수 있다.

수직 가이드 롤러(190)는 자기정렬 롤러(180) 상의 정위치에 보빈을 안착시킬 때 보빈의 위치를 잡아주도록 기능할 수 있다. 수직 가이드 롤러(190)는 보빈의 회전 운동이 구동부측으로 밀려 들어오지 않도록 원추형 구조로 형성될 수 있다.

전술한 수직 가이드 롤러(190)는 베이스 프레임(110) 상에 지지된다. 수직 가이드 롤러(190)는 자기정렬 롤러(180)에 인접하게 배치된다. 수직 가이드 롤러(190)는 제1 수직 가이드 롤러(190a) 및 제2 수직 가이드 롤러(190b)를 구비할 수 있다(도 2 참조). 제1 및 제2 수직 가이드 롤러들(190a, 190b)는 일부 자기정렬 롤러들(180a, 180b)와 미리 설정된 결합관계 또는 배치관계를 갖고 하부지지 플레이트를 통해 단일 어셈블리 형태로 보빈의 서로 다른 측면들을 각각 지지하도록 설치될 수 있다.

제어 패널(200)은 베이스 프레임(110) 상에 설치된다. 제어패널(200)은 감속기(120), 모터(130) 및 브레이크(140)에 연결되어 이들의 동작을 제어한다. 제어 패널(200)은 로컬 제어 패널(local control panel) 방식이나 펜던트 스위치(pendant switch) 방식으로 케이블 윈치(100)를 운전제어하도록 설치될 수 있다.

또한, 제어 패널(200)은 보빈의 관성에 의한 회전력에 의해 모터에 유기되는 기전력을 저장하는 회생제동모듈을 구비할 수 있다. 회생제동모듈은 모터(130)의 구동력보다 큰 보빈측 하중이 역방향에서 모터(130)에 걸릴 때 발전기로 동작하는 모터의 동력을 전기에너지로 변환하거나 활용하는 수단이나 이러한 수단에 상응하는 기능을 수행하는 구성부를 포함할 수 있다.

도 8은 도 1의 케이블 윈치에 채용할 수 있는 자동정렬 롤러가 결합된 베이스 프레임에 대한 좌측면도이다. 도 9는 도 8의 베이스 프레임에 결합될 수 있는 자동정렬 롤러 어셈블리에 대한 평면도이다. 도 10은 도 9의 자동정렬 롤러 어셈블리에 채용할 수 있는 롤러 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 베이스 프레임(110)은 베이스 프레임 몸체(111)와, 베이스 프레임 몸체(111)의 상부면에 결합되는 한 쌍의 자동정렬 롤러들(180a, 180b)을 구비한다. 한 쌍의 자동정렬 롤러들(180a, 180b)은 서로 일정 간격 이격되어 설치된다. 각 자동정렬 롤러(180a; 180b)는 베이스 프레임 몸체(111) 상에 서브프레임(111a)을 게재하고 일정 높이로 설치될 수 있다.

또한, 각 자기정렬 롤러(180a; 180b)는 원통 형태의 회전 몸체(183)와, 회전 몸체(183)의 구동축이 베이스 프레임 몸체(111)의 상부면과 대략 평행하도록 회전 몸체(183)를 눕힌 상태에서 회전 몸체(183)의 구동축의 일단과 타단에 각각 결합하는 한 쌍의 베어링 지지부(181, 182)를 구비한다. 구동축은 중심축, 구동중심축 또는 회전축으로 지칭될 수 있다. 회전 몸체(183)는 상기 일단의 측면(183a)의 단면적이 상기 타단의 측면(183b)의 단면적보다 크고, 구동축을 기준으로 일단과 타단 사이에 수평 방향으로 연장하는 선(185b)에 대하여 경사진 외표면(185) 또는 회전면(185a)을 구비한다.

한편, 한 쌍의 수직 가이드 롤러들(190a, 190b)은 제1 및 제2 자기정렬 롤러들(180a, 180b) 대신에 제3 및 제4 자기정렬 롤러들에 인접하게 각각 설치될 수 있다. 다른 한편으로, 베이스 프레임(110)은 다른 한 쌍의 수직 가이드 롤러들을 추가로 더 포함할 수 있고, 그 경우 다른 한 쌍의 수직 가이드 롤러들은 제3 및 제4 자기정렬 롤러들에 각각 인접하게 설치될 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 베이스 프레임(110)은 한 쌍의 자기정렬 롤러들(180a, 180b) 외에 추가로 다른 한 쌍의 자기정렬 롤러들(도 2의 180c 및 180d 참조)을 더 구비할 수 있다. 그 경우, 각 쌍의 자기정렬 롤러들은 보빈의 양측 지지플레이트를 각각 지지하도록 설치되게 된다.

또한, 베이스 프레임(110)은 보빈의 양측 지지플레이트의 외측면들 중 어느 한쪽 외측면과의 접동을 위해 제1 및 제2 자기정렬 롤러들(180a, 180b) 각각에 인접하게 설치되는 한 쌍의 수직 가이드 롤러들(190a, 190b)을 더 구비할 수 있다. 한 쌍의 수직 가이드 롤러들(190a, 190b) 중 제1 수직 가이드 롤러(190a)는 제1 자기정렬 롤러(180a)에 인접하게 설치되고, 제2 수직 가이드 롤러(190b)는 제2 자기정렬 롤러(180b)에 인접하게 설치될 수 있다.

또한, 베이스 프레임(110)은, 도 10에 도시한 바와 같이 제1 내지 제4 자기정렬 롤러들 중 어느 하나를 지지하거나 또는 제1 내지 제4 자기정렬 롤러들 중 어느 하나와 한 쌍의 수직 가이드 롤러들 중 어느 하나를 함께 지지하는 하부지지 플레이트(195)를 더 구비할 수 있다. 즉, 하부지지 플레이트(195)는 베이스 프레임 몸체(111) 상에, 좀더 구체적으로는, 서브프레임(111a) 상에 고정되어 하나의 자기정렬 롤러만을 지지하거나 하나의 자기정렬 롤러(180a)와 하나의 수직 가이드 롤러(190a)를 지지할 수 있다.

전술한 하부지지 플레이트(195)에 의해 일체로 지지되는 하나의 자기정렬 롤러(180a)와 하나의 수직 가이드 롤러(190a)의 조합 구조는 케이블 윈치의 작동 중에 보빈을 가이드하여 정위치시키는 자기정렬 롤러 어셈블리로 지칭될 수 있다.

전술한 보빈의 자동 정렬을 위하여, 보빈의 양측 지지플레이트 각각의 회전면과 접동하며 서로 대응하는 두 개의 자기정렬 롤러들(도 2의 180a와 180d의 조합 또는 180b와 180c의 조합)은 이들의 회전 몸체의 일단의 단면들이 서로 마주하도록 설치될 수 있다. 여기에서, 보빈의 양측 지지플레이트들의 회전면 각각이 두 자기정렬 롤러들의 회전 몸체의 경사면들 상에 각각 위치하게 되고, 두 회전 몸체의 가장 큰 단면적을 가진 일단의 단면들은 보빈의 양측 지지플레이트들 사이에서 서로 마주하도록 배치된다.

전술한 배치 구조에 의하면, 케이블 윈치의 작동 시 보빈은 자기정렬 롤러와 접하여 회전하면서 자연스럽게 정위치를 지키며 자기정렬할 수 있다. 더욱이, 자기정렬 롤러와 조합된 형태로 설치되는 수직 가이드 롤러에 의해 보빈의 지지플레이트의 외측면을 지지함으로써, 설정치 이상의 어느 정도 과도한 외력이나 진동이 발생하는 경우에도, 보빈이 자기정렬 롤러의 회전 몸체의 범위를 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

도 11은 도 1의 케이블 윈치의 작동 원리를 설명하기 위한 정면도이다. 도 12는 도 1의 케이블 윈치의 또 다른 작동 원리를 설명하기 위한 정면도이다. 도 13은 도 1의 케이블 윈치를 포함하는 광산 지하 갱도 전력 공급 시스템을 설명하기 위한 측면도이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 케이블 윈치(100)는, 케이블 윈치(100)에 케이블 권취용 보빈(300)이 설치되면, 제어패널(200)의 작동 신호에 따라 구동부 및 보빈(300)을 회전시키고, 그에 의해 보빈(300)에 감긴 케이블이 풀리거나 풀려진 케이블이 보빈(300)에 감기도록 동작할 수 있다. 구동부는 기어커플링(150) 및 보빈 연결부(180)를 포함할 수 있고, 구현에 따라서 감속기(120) 및 모터(130)를 더 포함할 수 있다.

케이블 윈치(100)는 작동 조건으로서 작동 온도 범위가 영하 수십℃ 내지 영상 수십℃, 가속시간이 수 초, 서비스 팩터가 약 1.0 내지 약 1.4를 구비할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 케이블 윈치(100)의 사이즈는 가로폭 8,000㎜, 세로폭 2,500㎜ 및 높이 2,350㎜일 수 있고, 총중량은 약 11,800㎏일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

또한, 본 실시예에 따른 케이블 윈치(100)는, 도 12에 도시한 바와 같이, 보빈(300)의 드럼(310) 양측의 지지플레이트들(320, 330) 사이의 길이에 대응하는 보빈의 폭이 일측 지지플레이트(330)의 이동에 따라 소정 위치에서 현재의 위치 사이에서 가변될 때, 일측 지지플레이트(330)가 위치하는 베이스 프레임(110) 상에 자기정렬 롤러(180d; 도 2의 180c)를 설치할 수 있도록 구성된다. 소정 위치에 일측 지지플레이트(330a)가 위치하는 경우, 이에 대응하여 자기정렬 롤러(180d1)가 이동 설치될 수 있다.

이러한 구성을 위해, 베이스 프레임(110)은 일정 간격마다 자기정렬 롤러(180d)를 지지하는 하부지지 플레이트 또는 서브프레임을 이동 설치하기 위한 구조(이하, 이동 설치 구조)를 구비할 수 있다. 베이스 프레임(110)의 이동 설치 구조는 일정 간격 예컨대 250㎜ 이격 단위로 배열되는 체결공들을 포함할 수 있다.

전술한 경우, 로터리 센터 지지부(170)도 보빈의 일측 지지플레이트(330)의 위치에 따라 베이스 프레임(110) 상에서 이동 설치될 수 있다. 베이스 프레임(110)은 바닥면 또는 기초공사된 하부면에 앵커볼트(116) 등에 의해 고정될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 케이블 윈치(100)는, 도 13에 도시한 바와 같이, 광산의 수직 갱도 상부에 설치되는 수직갱도 지상구조물(400)을 경유하여 지하 갱도로 케이블(350)을 연장 포설하도록 설치될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 케이블 보빈 윈치용 베이스 프레임으로서,
   베이스 프레임 몸체, 및 상기 베이스 프레임 몸체 상에 결합하는 자기정렬 롤러를 포함하고,
   상기 자기정렬 롤러는, 원통 형태의 회전 몸체; 및 상기 베이스 프레임 몸체 상에 상기 회전 몸체의 구동축이 평행하거나 경사지도록 상기 회전 몸체를 눕힌 상태에서 상기 회전 몸체의 구동축의 일단과 타단에 각각 결합하는 한 쌍의 베어링 지지부를 포함하고,
   상기 회전 몸체는 상기 일단의 측면 단면적이 상기 타단의 측면 단면적보다 크고, 상기 구동축을 기준으로 상기 일단과 상기 타단 사이에 경사진 회전면을 구비하며,
   상기 자기정렬 롤러는 상기 베이스 프레임 몸체에 지지되는 케이블 권취용 보빈의 양측 지지플레이트의 회전면과의 접동을 위하여 상기 베이스 프레임 몸체 상에 설치되는 제1 내지 제4 자기정렬 롤러들을 구비하고,
   상기 양측 지지플레이트 중 제1 지지플레이트에 대응하여 배치되는 제1 및 제2 자기정렬 롤러들의 상기 회전 몸체들 각각의 일단들은 상기 양측 지지플레이트 중 제2 지지플레이트에 대응하여 배치되는 제3 및 제4 자기정렬 롤러들의 상기 회전 몸체들 각각의 일단들과 서로 마주하도록 각각 배치되며,
   상기 베이스 프레임 몸체는 상기 보빈의 크기에 따라 상기 한 쌍의 베어링 지지부를 이동 설치하기 위한 이동 설치 구조를 구비하는, 자기정렬 롤러가 결합된 베이스 프레임.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 보빈의 양측 지지플레이트의 외측면들 중 어느 한쪽 외측면과의 접동을 위해 상기 제1 및 제2 자기정렬 롤러들 또는 상기 제3 및 제4 자기정렬 롤러들 각각에 인접하게 설치되는 한 쌍의 수직 가이드 롤러들을 더 포함하며,
   상기 한 쌍의 수직 가이드 롤러들은 각각 원추형 구조로 형성되어 상기 보빈이 상기 제1 내지 제4 자기정렬 롤러들 상에서 회전할 때 상기 보빈의 위치를 잡아주도록 기능하는, 자기정렬 롤러가 결합된 베이스 프레임.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제1 내지 제4 자기정렬 롤러들 중 어느 하나를 지지하거나 또는 상기 제1 내지 제4 자기정렬 롤러들 중 어느 하나와 상기 한 쌍의 수직 가이드 롤러들 중 어느 하나를 일체로 지지하는 하부지지 플레이트를 더 포함하며,
   상기 하부지지 플레이트는 상기 베이스 프레임 몸체 상에 고정되는, 자기정렬 롤러가 결합된 베이스 프레임.
5. 청구항 1 및 3 내지 4 중 어느 한 항의 자기정렬 롤러가 결합된 베이스 프레임; 및
   상기 베이스 프레임에 케이블 권취용 보빈을 지지하고 회전시키는 구동부를 포함하고,
   상기 베이스 프레임에 결합된 자기정렬 롤러는 회전 몸체의 회전면 또는 외측면에 상기 보빈의 내측에서 외측으로 단면적이 작아지는 반경 경사(radius slope) 표면을 구비하는, 케이블 보빈 윈치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 반경 경사 표면은 상기 회전 몸체의 일단에서 타단 사이를 직선 또는 곡선으로 연장하고, 상기 곡선의 곡률은 상기 일단에서 상기 타단으로 진행하면서 단면적이 점진적으로 작아지는 범위의 값들을 구비하는, 케이블 보빈 윈치.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 구동부는, 상기 베이스 프레임 상에 지지되며 상기 보빈의 회전축 일단에 결합가능하게 설치되는 기어 커플링; 상기 기어 커플링에 결합하여 상기 보빈의 회전축에 구동력을 제공하는 감속기; 및 상기 감속기에 결합하고 상기 감속기에 구동력을 제공하는 모터를 포함하고,
   상기 베이스 프레임 상에 지지되고 상기 기어 커플링과 마주하며 상기 보빈의 회전축의 타단을 지지가능하게 설치되는 로터리 센터;
   상기 감속기와 상기 모터 사이에 결합하는 브레이크; 및
   상기 베이스 프레임에 결합하는 제어 패널을 더 포함하는, 케이블 보빈 윈치.

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