KR102311753B1 - 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기 - Google Patents

힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기 Download PDF

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배재현
박창두
차봉진
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Abstract

본 발명은 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기는 수동식 채낚기용 조획기의 권취 드럼을 회전 손잡이를 이용한 회전력을 이용하여 회전되는 회전축을 갖는 채낚기용 조획부, 그리고, 상기 조획부에 추가 구비되어 상기 회전축에 보조 회전력을 제공하는 힘보조 시스템을 포함하며, 상기 힘보조 시스템은 상기 회전축의 일단에 연결되어 회전력을 제공해 주는 모터부, 그리고, 상기 회전 손잡이의 회전에 의해 발생하는 기전력 값을 상기 모터부로부터 전달 받아 기지정된 보조력 제공 모드에 따라 상기 회전축에 보조 회전력을 인가하도록 모터부를 구동하도록 하는 제어부를 포함한다.

Description

힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기{Semi-automatic jigging machine with power assist system}
본 발명은 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 어류가 낚시에 걸렸을 때 낚시 줄에서 느끼는 진동인 어신을 쉽게 사람이 확인할 수 있어 어획량이 높은 수동 조획기의 장점과 모터를 이용하여 손쉽게 낚시줄을 감아 올릴 수 있는 자동 조획기의 장점을 합친 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기에 관한 것이다.
최근 연근해 오징어 등의 채낚기 어업에서 집어량과 어획량이 떨어질수록 선행기술문헌의 특허문헌1 및 특허문헌2에서 확인 가능한 자동 조획기에 의한 어획량은 감소하고 있어 작업자의 숙련도에 따른 어신 감지를 통해 어획이 가능한 도 1의 수동 조획기의 의존도가 높아지고 있다. 도 1은 종래 기술인 수동 조획기의 개념도이다.
일반적인 수동 조획기는 한 손으로 회전축에 부착된 손잡이를 감으며 챔질 동작을 하고, 다른 한 손은 원줄에서 어신 또는 부하 변화를 감지하면서 올라오는 낚시를 한쪽으로 사려 줄과 얽히지 않도록 하는 작업을 하기 때문에 자동 조획기에 비해 어획량이 높지만 오징어 등의 어류가 낚시 바늘에 걸린 경우 무게가 상당히 나가는 낚시줄을 작업자가 오로지 수동으로 감아 올려야 하므로 자동 조획기에 비해 작업자의 피로도가 상당한 문제점이 있다.
따라서, 수동 조획기의 사용에 따른 어신 또는 부하 감지 및 자유로운 챔질 동작을 보장하여 어획량이 감소하지 않으면서도, 어류가 낚시 바늘에 걸린 경우 무게가 상당히 나가는 낚시줄을 작업자가 손쉽게 감아 올릴 수 있는 수동 조획기와 자동 조획기의 장점을 살린 새로운 반자동 조획기의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1184889호 대한민국 등록특허 제10-1370603호
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기의 문제점을 해결하여 수동 조획기의 사용에 따른 어신 또는 부하 감지 및 자유로운 챔질 동작을 보장하여 어획량이 감소하지 않으면서도, 어류가 낚시 바늘에 걸린 경우 무게가 상당히 나가는 낚시줄을 작업자가 손쉽게 감아 올릴 수 있는 수동 조획기와 자동 조획기의 장점을 살린 새로운 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기을 제공하는 것이다.
상기의 과제 해결을 위한 본 발명에 따른 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기는 수동식 채낚기용 조획기의 권취 드럼을 회전 손잡이를 이용한 회전력을 이용하여 회전되는 회전축을 갖는 채낚기용 조획부, 그리고, 상기 조획부에 추가 구비되어 상기 회전축에 보조 회전력을 제공하는 힘보조 시스템을 포함하며, 상기 힘보조 시스템은상기 회전축의 일단에 연결되어 회전력을 제공해 주는 모터부, 그리고, 상기 회전 손잡이의 회전에 의해 발생하는 기전력 값을 상기 모터부로부터 전달 받아 기지정된 보조력 제공 모드에 따라 상기 회전축에 보조 회전력을 인가하도록 모터부를 구동하도록 하는 제어부를 포함한다.
상기 모터부는 BLDC 모터로 구성되며, 각종 검출용 리졸버를 더 포함할 수 있다.
상기 BLDC 모터는 고정자 전압을 입력받아 고정자 전류 및 회전자 속도를 출력하며, BLDC 모터에 인가되는 전류를 측정하여 BLDC 모터 발생 토크를 계산할 수 있으며, 정속 운전을 위해서는 토크에 따른 전류 값이 변하게 되므로 이를 이용하여 센서 리스 속도 제어가 가능하다.
상기 제어부는 현재 힘보조 시스템의 구동과 관련된 정보를 표시하는 표시부 및 여러 보조력 제공 모드를 수동으로 입력 가능한 입력부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부의 게이팅 신호에 따라 PWM 제어 방식을 통해 상기 모터부에 특정 펄스폭과 주파수의 구동 전압을 인가하는 인버터를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 입력부를 통해 입력되는 보조력 제공 모드에 따라 상기 인버터에 게이팅 신호를 선택적으로 인가하여 보조력 제공 모드를 4단계로 나누어 구현하며, 보조력 제공 모드 1단계는 상전류 대비 20%의 보조 회전력에 해당되는 전류를 전류 최대치로 사용하고, 보조력 제공 모드 2단계는 상전류 대비 50%의 보조 회전력에 해당되는 전류를 전류 최대치로 사용하며,보조력 제공 모드 3단계는 상전류 대비 75%의 보조 회전력에 해당되는 전류를 전류 최대치로 사용하며, 보조력 제공 모드 4단계는 상전류 최대치인 100%를 조조 회전력에 해당되는 전류를 사용하할 수 있다.
상기 모터부 출력의 동적 제어에 관한 수식은 아래와 같을 수 있다.
Figure 112020135132382-pat00001
Figure 112020135132382-pat00002
이상과 같이 본 발명에 따른 본 발명에 따른 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기에 의하면, 작업자의 어신 또는 부하 감지 및 자유로운 챔질 동작이 보장되므로 어획량이 감소하지 않으면서도, 채낚기 어업에서 어류가 낚시 바늘에 걸린 경우 무게가 상당히 나가는 낚시줄을 힘 보조 시스템을 이용하여 작업자가 많은 힘을 들이지 않고도 손쉽게 감아 올릴 수 있는 유리한 효과가 있다.
도 1은 종래 기술인 수종 조획기의 개념도,
도 2 및 3은 각각 본 발명에 본 발명에 따른 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기의 전방 사시도 및 후방 사시도,
도 4 및 5는 각각 본 발명에 본 발명에 따른 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기의 전면도 및 배면도,
도 6은 본 발명에 본 발명에 따른 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기의 힘 보조 시스템의 요부 구성 블록도, 그리고,
도 7은 본 발명에 따른 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기의 작업자의 손에 의한 회전력과 힘 보조 시스템에 의한 힘보조력의 관계 설명도이다.
본 발명의 실시예들에 관한 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 기술하는 실시예는 본 발명의 이상적인 사시도, 정면도, 배면도, 블록도, 설명도 및 측정 그래프를 참고하여 설명될 것이다.
현재 사용 중인 채낚기용 수동 조획기의 경우 전통적인 원형 6축 얼레를 기반으로 한 원형 롤러를 회전축의 손잡이를 잡고 반복해서 풀거나 감으면서 챔 동작을 하고, 양승 과정에서 채낚시를 한쪽으로 모아 낚시줄과 얽히지 않도록 하는 단순작업을 반복하여 어획하고 있다.
본 발명에 따른 힘 보조 시스템을 적용하고자 하는 기본 개념은 도 7과 같다. 도 7은 본 발명에 따른 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기의 작업자의 손에 의한 회전력과 힘 보조 시스템에 의한 힘 보조력(보조 회전력)의 관계 설명도이다.
즉 힘 보조 시스템은 사람이 손으로 수동 조획기를 회전하는 힘에 비례하여 보조력을 발생시키는 시스템으로, 낚시에 사용되는 일반적인 전동릴과 달리 회전하는데 필요한 동력 중 일부를 보조하는 시스템이다. 수동 조획기의 성능을 높이기 위해서는 이와 같이 수동 조획기 채비를 그대로 사용한 힘 보조 시스템 도입이 필요함에 따라 본 발명이 도출된 것이다.
이하에서, 첨부된 도면 도 2 내지 도 6을 참고하여 본 발명에 따른 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2 및 3은 각각 본 발명에 본 발명에 따른 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기의 전방 사시도 및 후방 사시도, 도 4 및 5는 각각 본 발명에 본 발명에 따른 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기의 전면도 및 배면도, 도 6은 본 발명에 본 발명에 따른 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기의 힘 보조 시스템의 요부 구성 블록도이다.
본 발명에 따른 힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기는 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이 기존 수동 조획기에 해당하는 오징어 등을 낚는데 사용하는 채낚기용 조획부(100) 및 조획부(100)에 추가 구비된 힘보조 시스템(200)을 포함한다.
조획부(100)는 권취 드럼(110), 안내 드럼(130) 및 가이드 바(150)를 포함한다.
권취 드럼(100)은 세로 소정 간격을 두고 마주하는 한쌍의 권취 휠(112)과 권취 휠(112)의 중앙을 수직 방향으로 관통하여 권취 휠(112)을 회전 손잡이(118)의 회전에 의해 회전시키는 회전축(114)과 소정 간격으로 양 귄취 휠(112)에 수직 방향으로 양단이 결합되어 낚시줄이 감기는 낚시줄 감김 프레임(116)을 포함한다.
안내 드럼(130)은 가이드 바(150)의 가이드 홈(151)을 경유하여 권취 드럼(100)으로부터 감기거나 풀리는 낚시줄을 물속으로 안내하는 역할을 수행한다.
가이드 바(150)는 필요에 따라 생략 가능한 구성이다.
조획부(100)의 구성은 상기의 구성과 그 형태가 다를 수는 있으나 그 기능은 동일한 종래 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.
힘보조 시스템(PAS, Power Asssistant System, 200)은 필요에 따라 작업자가 돌리는 회전 손잡이(118)에 의한 상기 회전축(114)의 회전력을 보조해 주는 보조 회전력을 제공하는 것으로 도 6과 같이 모터부(210), 제어부(230) 및 인버터부(250)를 포함한다.
모터부(210)는 상기 회전축(220)의 일단에 연결되어 보조적으로 자동으로 회전력을 제공해 주며 리졸버(resolver, 212)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서 모터부(210)는 200W 무기어 축형 BLDC 모터를 사용하였다.
BLDC(Brushless DC Motor) 모터는 DC모터에서 브러시 즉 정류자 등 기계적인 접촉부를 없애고 이것을 전자적인 정류 기구를 설치한 직류 모터를 말하여 무정류자 모터라고도 한다. 본 발명에 따른 힘보조 시스템(200)을 구현하기 위하여 BLDC 모터를 적용하여 일반적인 모터 제어 방식에서 토크 센서와 엔코더를 생략하고 전류 제어기와 홀 센서에서 발생하는 회전량 신호와 역기전력에 따른 전류를 직접 제어하는 모터 속도 기반의 단순화된 직접 토크 제어 방식을 적용한 것이다.
리졸버(212)는 각도 검출용 모터의 일종으로 코일이 감긴 스테이터와 로터를 갖추고 있다. 싱크로(synchro)의 권선은 3상 코일이나 이것은 2상 코일로 되어 있는 것이 특징이며, sin과 cos으로 표시되는 2가지 전압을 얻게 되어 있는 것이다. 리졸버(212)는 검출한 기계축에 리졸버의 축을 연결하여 소정의 전원에 이것을 접속하면 출력에는 회전 각도의 신호로 변조된 교류의 전기 신호가 나타나는 검출기로 기계의 움직임을 정확히 포착하여 최적한 제어를 하기 위한 위치 센서나 피드백(feedback) 소자로 사용되고 있다.
제어부(230)는 상기 모터부(210)의 구동을 제어하며, 회전 손잡이(118)의 회전에 의해 발생하는 기전력 값을 상기 모터부(210)로부터 전달 받아 기지정된 보조력 제공 모드에 따라 회전축(114)에 보조 회전력을 인가하도록 모터부(210)를 구동하며, 현재 힘보조 시스템(200)의 구동과 관련된 정보를 표시하는 표시부(232) 및 여러 보조력 제공 모드를 수동으로 입력 가능한 입력부(234)를 포함한다.
본 실시예에서 제어부(230)는 입력부(234)를 통해 입력되는 보조력 제공 모드에 따라 인버터(250)에 게이팅 신호(gating signal)를 선택적으로 인가하여 보조력 제공 모드를 4단계로 나누어 구현하였다. 보조력 제공 모드 1단계는 상전류 10A(반자동 조획기의 회전에 필요한 총 요구 힘에 해당하는 임의 전류값임) 대비 20%의 보조 회전력인 2A 전류 최대치로 사용하고, 보조력 제공 모드 2단계는 상전류 대비 50%인 5A, 보조력 제공 모드 3단계는 상전류 대비 75% 7.5A, 보조력 제공 모드 4단계는 상전류 최대치인 10A로 모터부(210)의 능력 100%를 보조력으로 사용하여 사람이 수동으로 반자동 조획기의 조획부(100)의 회전 손잡이(118)를 회전하는 힘에 보조하여 출력을 낼 수 있도록 설계하였다.
그러나 본 실시예와 달리 보조력 제공 모드는 5단계 이상으로 하여 더욱 세분화할 수 있음은 물론이다.
즉 제어부(230)는 작업자가 챔질이 아닌 어류가 걸린 낚시줄을 끌어올리기 위해 수동으로 회전 손잡이(118)를 회전하여 회전축(114)의 회전 속도가 일정 속도 이상이 되면 모터부(210)의 BLDC 모터의 특성 상 드라이브를 통해 토크에 따른 인가 전류값의 변동을 알 수 있으므로 이 신호를 직접 계산하여 이를 바탕으로 기설정된 보조력 제공 모드에 따라 보조력을 제공하기 위한 토크량을 제어하게 된다. 한편, 작업자가 보조력 제공 모드가 제공되고 있는 상태에서 회전축(114)의 회전 속도를 감소시키기 위해 회전 손잡이(118)를 기존 회전 방향과 반대 방향으로 잡아 당기는 경우 마찬가지로 BLDC 모터의 역기전력 발생에 따른 인가 전류값의 변동값을 확인하여 보조력 제공 모드를 해제하여 더 이상 보조력이 회전축(114)에 인가되지 않도록 모터부(210)를 제어한다.
이러한 모터부(210) 출력의 동적 제어에 관한 수식은 아래와 같다.
Figure 112020135132382-pat00003
Figure 112020135132382-pat00004
모터부(210)의 BLDC 모터는 고정자 전압을 입력받아 고정자 전류 및 회전자 속도를 출력하는 시스템이다. 그러므로 BLDC 모터에 인가되는 전류를 도 8과 같이 측정하여 BLDC 모터 발생 토크를 계산할 수 있으며, 정속 운전을 위해서는 토크에 따른 전류 값이 변하게 되므로 이를 이용하여 센서 리스 속도 제어가 가능함을 알 수 있다.
인버터부(250)는 제어부(210)의 게이팅 신호에 따라 PWM 제어 방식을 통해 모터부(210)에 특정 펄스폭과 주파수의 구동 전압을 인가한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 조획부
110 : 권취 드럼 112 : 권취 휠
114 : 회전축 116 : 낚시줄 감김 프레임
130 : 안내 드럼 150 : 가이드 바
118 : 회전 손잡이
200 : 힘보조 시스템
210 : 모터부 212 : 리졸버
230 : 제어부 232 : 표시부
234 : 입력부 250 : 인버터부

Claims (7)

  1. 수동식 채낚기용 조획기의 권취 드럼을 회전 손잡이를 이용한 회전력을 이용하여 회전되는 회전축을 갖는 채낚기용 조획부, 그리고,
    상기 조획부에 추가 구비되어 상기 회전축에 보조 회전력을 제공하는 힘보조 시스템
    을 포함하며
    상기 힘보조 시스템은
    상기 회전축의 일단에 연결되어 회전력을 제공해 주는 모터부, 그리고,
    상기 회전 손잡이의 회전에 의해 발생하는 기전력 값을 상기 모터부로부터 전달 받아 기지정된 보조력 제공 모드에 따라 상기 회전축에 보조 회전력을 인가하도록 모터부를 구동하도록 하는 제어부
    를 포함하는
    힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기.
  2. 제1항에서,
    상기 모터부는 BLDC 모터로 구성되며,
    각종 검출용 리졸버
    를 더 포함하는
    힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기.
  3. 제2항에서,
    상기 BLDC 모터는
    고정자 전압을 입력받아 고정자 전류 및 회전자 속도를 출력하며, BLDC 모터에 인가되는 전류를 측정하여 BLDC 모터 발생 토크를 계산할 수 있으며, 정속 운전을 위해서는 토크에 따른 전류 값이 변하게 되므로 이를 이용하여 센서 리스 속도 제어가 가능한
    힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기.
  4. 제1항에서,
    상기 제어부는
    현재 힘보조 시스템의 구동과 관련된 정보를 표시하는 표시부 및 여러 보조력 제공 모드를 수동으로 입력 가능한 입력부
    를 더 포함하는
    힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기.
  5. 제4항에서,
    상기 제어부의 게이팅 신호에 따라 PWM 제어 방식을 통해 상기 모터부에 특정 펄스폭과 주파수의 구동 전압을 인가하는 인버터
    를 더 포함하는
    힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기.
  6. 제5항에서,
    상기 제어부는
    상기 입력부를 통해 입력되는 보조력 제공 모드에 따라 상기 인버터에 게이팅 신호를 선택적으로 인가하여 보조력 제공 모드를 4단계로 나누어 구현하며,
    보조력 제공 모드 1단계는 상전류 대비 20%의 보조 회전력에 해당되는 전류를 전류 최대치로 사용하고,
    보조력 제공 모드 2단계는 상전류 대비 50%의 보조 회전력에 해당되는 전류를 전류 최대치로 사용하며,
    보조력 제공 모드 3단계는 상전류 대비 75%의 보조 회전력에 해당되는 전류를 전류 최대치로 사용하며,
    보조력 제공 모드 4단계는 상전류 최대치인 100%를 조조 회전력에 해당되는 전류를 사용하는
    힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기.
  7. 제1항에서,
    상기 모터부 출력의 동적 제어에 관한 수식은 아래와 같은
    Figure 112020135132382-pat00005

    Figure 112020135132382-pat00006

    힘 보조 시스템이 적용된 채낚기용 반자동 조획기.


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