KR20010010081A - 영전자식 권상기의 안전장치 - Google Patents

영전자식 권상기의 안전장치 Download PDF

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KR20010010081A
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magnetic flux
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양충진
최승덕
박언병
정철영
김성현
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이구택
포항종합제철 주식회사
신현준
재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

본 발명은 영전자식 권상기의 안전장치에 관한 것으로서, 케이스 요크(1)와 영구자석(2),(3), 폴(4), 폴의 연결체(5) 및 코일(7)을 구비하여 이루어진 권상기(11)에 있어서, 정류구동수단(12)을 내장한 전원제어수단(13)을 상기 권상기(11)에다 연결하고, 상기 권상기(11)에 있는 폴(4)의 하부 또는 폴의 연결체(5)에다 자속감지계(14)를 삽입 설치하며, 상기 자속감지계(14)에 주제어수단(15)을 연결하고, 상기 주제어수단(15)에다 원격제어수단(16)을 연결함과 더불어 상기 전원제어수단(13)을 연결한 구성으로 권상하고자 하는 물건의 표면과 권상기 폴 사이의 공극에서 발생하는 자력의 변화를 감지하여 설정값 보다 작은 값의 자력이 감지될 때는 제어수단에 의해 권상기로의 전원공급이 자동적으로 차단되어 안전사고를 사전에 예방할 수 있어 영전자식 권상기(magnetic lifter)가 중공업 분야의 물류 및 운송에 효과적으로 사용될 수 있는 계기를 마련할 수 있다.

Description

영전자식 권상기의 안전장치{A safty device for permanent magnetic lifter}
본 발명은 영전자식 권상기의 안전장치에 관한 것으로서, 특히 통상적인 기계식 또는 전자석식(electromagnet type)크레인용 권상기(lifter)를 대체하는 영전자식 권상기(electro-permanent magnetic lifter)에 사용하는 권상기 안전장치에 관한 것이다.
일반적으로 권상기는 제철제강 관련현장 및 철강제품, 소재현장의 물류, 운송 등에 필수적으로 사용되고 있는 것으로서 종래에는 전자석으로 제조되어 현재까지 그 주류를 이루고 있으나, 다음과 같은 많은 결점이 있다.
즉, (1) 권상기 자체의 중량이 과도하게 무거워 권상기 자체를 들어올리는 크레인(crane)의 용량이 동시에 커야하기 때문에 효율이 니쁘며, (2) 전기에너지를 지속적으로 사용하므로 작업시 통전이 끊어지면 대형안전사고 등 산업재해를 일으키고, (3) 사고방지를 위해 정기적으로 보수정비를 해야 하므로 그에 따른 인적손해 및 경비가 많이 소요되는 문제점이 있었다.
상기한 결점들을 보완하기 위해 영구자석식 권상기(electro-permanent magnetic lifter)를 개발한 것으로서 대한민국 특허공개 제97-42213호 및 대한민국 특허공개 제98-48886호가 개시되어 있는바, 이들은 (1) 작업도중 전원공급이 불필요하고, (2) 자체중량은 가볍지만 권상능력이 10배 이상 뛰어나고, (3) 정비보수가 필요 없는 조업환경이 좋고 장시간 사용이 가능한 장점들이 있는 것이다.
상기한 크레인(crane)용 권상기는 특성상 안정성이 우선이며, 조업도중 안전사고가 없어야 하는 중대한 요구조건이 따르게 된다. 그러므로 영전자식 권상기의 흡착력을 가능한 한 최대로 하여 설정된 흡착력보다 낮은 범위에서 작업을 해야맘 안전하게 조업할 수 있다. 이러한 영전자식 권상기의 흡착 및 탈착 원리는 권상기 내부에 보자력(coercivity) 및 자화력(remanent magnetization)이 큰 영구자석을 조합하여 자기회로(magnetic circuit)을 구성하고 그 영구자석에서 발생하는 자속(
magnetic flux)을 효율적으로 집속시켜 흡착력을 최대로 하는 것이며, 이때 자속을 어떻게 집속(intensify)하여 흡착하고자 하는 물건과 맞닿는 폴슈(pole shoe)에 자속을 연결시키느냐 하는 것이 핵심기술이다. 따라서 설정된 자속(magnetic flux)의 누설(magnetic leakage)이 있게 되면 물류, 운송 작업시 안전사고의 위험성이 있게 된다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 발명한 것으로서 상기한 영전자식 권상기의 안전을 도모하여 사전에 물류의 추락위험을 방지할 수 있는 안전장치를 설계하여 권상기에 부착함으로써 영전자식 권상기의 사용영역을 확대하고 효율적으로 물류를 운송할 수 있는 영전자식 권상기의 안전장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 권상(life)하고자 하는 물건이 평평한 표면을 가질 때의 권상기 내
부의 자기회로도로서,
도 1a는 탈착시 및 도 1b는 흡착시 자기회로 구성도이다.
도 2는 권상하고자 하는 물건의 표면이 곡율반경을 가질 때의 권상기 내부의
자기회로도로서,
도 2a는 탈착시 및 도 2b는 흡착시 자기회로 구성도이다.
도 3은 권상기 폴(pole shoe)면과 권상하고자 하는 물건의 표면이 맞닿는 지
점에 자속감지계(magnetic flux gage)를 삽입하여 자속의 크기를 감지
하는 방법을 설명하기 위한 도면으로서,
도 3a는 권상하고자 하는 물건이 평평한 면을 가지면서 권상기 폴(pole
shoe)면과 맞닿는 면이 공극을 가지는 경우이고,
도 3b는 권상하고자 하는 물건의 표면이 특정 형상을 가지면서 권상기
폴(pole shoe)면과 공극을 가지는 경우이다.
도 4는 본 발명 영전자식 권상기의 안전장치를 개략적으로 나타낸 블록구성
도,
도 5는 본 발명에 따른 전원제어수단의 상세회로도,
도 6은 도 5에 도시한 정류구동수단의 상세회로도이다.
〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 〉
1 : 케이스 요크 2, 3 : 영구자석
4, 4' : 폴(pole) 5 : 폴의 연결체
6 : 코일 11 : 권상기
12 : 정류구동수단 13 : 전원제어수단
14 : 자속감지계 15 : 주제어수단
16 : 원격제어수단 21,22 : 정류기 드라이브 유닛
23,24 : 보조제어기 25 : 타이머/전압조정기
26 : 차단표시등 27 : 부저
G : 물건
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 영전자식 권상기의 안전장치는 케이스 요크(1)와 영구자석(2),(3), 폴(4), 폴의 연결체(5) 및 코일(6)을 구비하여 이루어진 권상기(11)에 있어서, 정류구동수단(12)을 내장한 전원제어수단(13)을 상기 권상기(11)에다 연결하고, 상기 권상기(11)에 있는 폴(4)의 하부 또는 폴의 연결체(5)에다 자속감지계(14)를 삽입 설치하며, 상기 자속감지계(14)에 주제어수단(15)을 연결하고, 상기 주제어수단(15)에다 원격제어수단(16)을 연결함과 더불어 상기 전원제어수단(13)을 연결하여 구성됨을 특징으로한다.
상기 전원제어수단(13)은 정류구동수단(12)과 릴레이스위치(SRL),(SRD)로 구성되어 상기 릴레이스위치(SRL)의 온(ON)으로 권상기(11)의 전자석에 전원이 공급되어 권상기(11)의 권상동작이 실행되고, 릴레이스위치(SRD)의 온(ON)으로 권상기(11)의 전자석에 전원이 상기 권상시와는 역으로 공급되어 권상기(11)의 탈착동작이 실행된다.
또한 정류구동수단(12)이 보조제어기(23),(24)를 각각 내장한 정류기 드라이브유닛(21),(22)과 릴레이스위치(S1),(SB),(SRC),(SLP),(SL),(SD),(SF), 차단표시등(26
) 및 부저(27)로 구성되어 자속감지계(14)가 감지한 자력이 설정값 이하 일때 릴레이스위치(SRC)의 오프로 정류기 드라이브 유닛(21),(22)에 있는 보조제어기(23),(24
)로 공급되는 전원을 차단하여 권상기(11)의 권상 및 탈착동작이 실행되지 않도록 한다.
본 발명은 흡착하고자 하는 물건(G)과 권상기 폴(4)의 표면이 맞닿는 경계부위에서 발생하는 자속(magnetic flux)의 누설(leakage)을 미리 감지하여 설계시 미리 설정된 자속값의 이하로 떨어지게 되는 경우에는 권상기의 전기적 작동이 중지되어 애초부터 안전사고 원인제공을 하지 않는 예방조치를 취하게 한 것이다.
즉, 본 발명은 흡착하고자 하는 물건(G)의 표면과 권상기 폴(4) 표면 사이에서 발생하는 자속값을 센서인 자속감지계(magnetic flux gage;14)로 감지하여 감지한 신호를 전기적신호로 변환하여 주제어수단(15)으로 전달함으로써 주제어수단(15
)에서 자속감지계(14)의 자속값과 설계시 미리 설정된 값의 차를 계산하여 그 차가 설정값 보다 높으면(자속감지계(14)가 감지한 자속값이 설정치 보다 낮으면)주제어수단(15)의 제어에 의해 권상기(11)를 자동적으로 중지하게 하는 기술을 근간으로 한다.
따라서 본 발명은 (1) 물류 즉, 운송하고자 하는 물건(G)의 표면과 권상기 폴(4)의 표면 사이에 생기는 공극(air gap)에 적절한 소형의 자속감지계(14)를 설치하는 기술과,(2) 공극(airgap)에서 발생한 누설자속(flux leakage)을 감지하여 권상기(11)의 동작을 제어하고, 그 상태를 전기적 신호에 의해 크레인 운전자가 있는 운전실의 판넬에 표시되게 하는 전기적 회로기술을 중요 내용으로 한다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 작용을 상세하게 설명한다.
도 1은 권상(life)하고자 하는 물건이 평평한 표면을 가질 때의 권상기 내부의 자기회로도로서, 도 1a 및 도 1b는 각각 영전자식 권상기가 물건을 탈착 및 흡착하였을 경우를 나타낸 것이다. 도 1에 도시한 권상기는 들어 올리려고 하는 물건(G)이 얇은 강판재(sheet), 후판재(slab), 빌렛(billet) 또는 블룸(bloom)등과 같이 평평한 표면을 가지는 경우를 나타낸 것으로서 영전자식 권상기는 기본적으로 내부구조가 두 가지의 역할을 하는 영구자석(2),(3)과 자로(magnetic flux path) 역할을 하는 케이스 요크(yoke; 1), 자속(magnetic flux)을 접속시키는 폴(pole; 4) 및 자극(magnetic pole)을 전기에너지로 변환시키는 코일(coil; 6)로 구성되어 있다. 여기서 두 가지 영구자석(2),(3)중 자극이 전기에너지에 의해 변화하는 가변영구자석(2)은 알니코(Alnico)자석을 사용하며, 적절한 코일의 턴(turn)수, 입력전류 및 입력전압에 의해 물건의 흡착및 탈착시 필요한 전기에너지를 공급하여 알니코 자석인 가변 영구자석(2)의 고유보자력(intrinsic coercivity)에 상당하는 에너지를 공급하여 자극을 반전시키는 역할을 한다. 한편 또 다른 영구자석(3)은 고정된 자극을 가지고 조립되어 있으며, 본 영구자석(3)은 자화력(magnetic moment)과 보자력(coercivity)가 클수록 효과적인 역할을 한다. 주로 Nd2Fe14B 또는 Sm2Co17및 SmCo5등의 희토류 자석이나, Sr-페라이트(ferrite)등의 영구자석을 사용하고 있다.
도 1에서 물건(G)을 들지 않은 경우(이하, "탈착"이라고 표기함)는 도 1a의 경우로 되며, 이 때 도면 중에 화살표로 표시된 바와 같이 자기회로(magnetic flux path)가 권상기 내부에서 국부적으로 형성되어 흡착하려고 하는 물건(G)과는 전혀 관계 없이 권상기의 요크(yoke)구실을 하는 케이스(case) 즉 케이스요크(1)를 따라 흐른다. 일단 전기에너지에 의해 가변극(reversible magnetic pole)역할을 하는 영구자석(2)의 극이 바뀌면 자기회로는 도 1b와 같이 형성되어 자속이 일측 폴(4)를 통해 자로가 집속되어 들어올리려고 하는 물건(G)을 통해 흐르면서 타측 폴(4')을 통해 다시 들어간다. 이렇게 되어 물건(G)이 권상기에 흡착된다.
마찬가지로 권상하려고 하는 물건(G)이 평평한 표면을 갖지 않고 어떤 모양을 형성하고 있다고 할 때 도 2와 같이 폴(4)에 또 다른 연결체(adopter; 5)를 사용하게 된다. 도 1에 도시한 경우와 같이 자기회로는 동일하게 탈, 흡착시 내부에서만 연결되거나, 또는 물건(G)을 통해 연결되어 권상(lifting)이 가능하게 된다. 이때 사용하는 폴(4)의 연결체(5)는 폴(4)과 물건(G)의 표면 사이에 발생하는 공극(air gap)을 극소화하여 자속의 누설(leakage)을 최소화하려는 목적을 갖고 있다.
본 발명은 상기한 공극(air gap)에서 발생하는 누설자속(flux leakage)을 감지하여 크레인 운전자의 조절판까지 신호를 공급할 수 있게 하는 전기회로를 구성하는 것이 기술의 요지이다. 따라서 도 3과 같이 센서인 자속감지계(magnetic flux gage; 14)를 권상기폴(4) 내부의 적절한 위치(x)에 삽입하여 그 위치 "X"에 대응하는 물건(G) 측 "Y"지점간의 자속변화(flux change)를 감지하여 전기신호선(L1),(L2
)을 통해 운전자 조절판까지 도달하게 한다. 그러므로 들어올리려고 하는 물건(G)이 움직이거나, 예상하지 못한 이물질이 끼웠거나, 또는 본래의 용도와 다른 특정모양의 물건(G)을 권상해야 할 필요가 있을 때는 특히 자속의 변화율 센서인 자속감지계(14)을 통해 정확히 그 범위를 감지함으로서 운전자는 안전사고를 사전에 예방할 수 있게 된다.
도 3에 나타낸 경우는 물건(G)이 곡율을 가진 철강제품이다. 도 3b의 경우와 같이 설치된 권상기 폴(4)의 곡율반경이 들어올리려고 하는 물건(G)의 곡율반경과 일치하지 않을 경우 "X"와 "Y"사이에는 많은 자속누설(flux leakage)가 발생하게 되므로 공극(air gap)에서의 자속변화(leakage change)의 감지는 매우 중요하다.
도 4는 본 발명 영전자식 권상기의 안전장치를 총괄적으로 나타낸 블록구성도(Block Diagram)이다. 영전자식 권상기의 주제어수단(15)에 입력전원(Vcc)과 연결된 전원제어수단(13)을 연결 및 차단 하도록 되어 있고, 상기 주제어수단(15)에는 운전자가 용이하게 조절을 할 수 있도록 원격제어수단(door cabinet; 16)이 연장 연결되어 있다. 권상기(11)에 연결되는 회로가 전원제어수단(13)의 정류구동수단(12)로부터 나와 전원(Vcc)의 공급 및 차단이 이루어지며, 권상기 폴(4)에 삽입되어 있는 자속감지계(flux gage; 14)의 신호가 주제어수단(15)으로 인가되어 주제어수단(15)이 전원제어수단(13)에 있는 스위치로 연결되어 자속감지계(14)에서 감지한 자장값(flux value)에 따라 릴레이스위치(SRD),(SRL)가 작동되어 전원의 연결 및 차단이 이루어지게 된다.
상기한 본 발명의 작용을 도 5 및 도 6을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
주제어수단(15)에 의해 제어되는 전원제어수단(13)에 내장되어 있는 정류구동수단(12)에는 영전자식 권상기(11)에 전원을 공급하는 두개의 정류기 드라이브 유닛(21),(22)이 설치되어 있으며, 한 유닛에 이상이 생겼을 때 대체용으로 두 개를 설치하게 된다. 정류기 드라이브 유닛(21),(22) 각각에는 정류기 드라이브 유닛(21),(22)을 제어하는 보조제어기(23),(24)가 내장되어 있다.영전자식 권상기(
11)에 전원을 공급 및 차단을 제어하는 스위치(SL),(SD),(SF)를 원격제어수단(16)의 스위치 조작에 의한 주제어수단(15)의 해당 릴레이 동작으로 온(ON)/오프(OFF) 제어하고, 주제어수단(15)에 권상릴레이와 탈착릴레이를 설치하여 권상기(11)에 전원을 공급할 때는 도시하지 않은 전원공급스위치에 의해 주제어수단(15 )에 있는 권상릴레이가 작동하여 릴레이스위치(SRL)가 온(ON)되게 되므로 권상기(11)는 권상(lift)동작을 하게 되며, 원격제어수단(16)에 있는 차단스위치의 조작에 의해 주제어수단(15)에 있는 탈착릴레이가 작동하여 릴레이스위치(SRD)의 온(ON)으로 물건이 탈착(drop)되도록 장치를 구성한다.
좀더 상세하게는 권상기(11)의 권상(lift) 및 완전권상(full lift)작동을 위해서 주제어수단(15)에 있는 권상스위치 및 완전권상스위치가 온(ON)되면, 해당 릴레이가 동작하여 권상 릴레이스위치(SL) 및 완전권상 릴레이스위치(SF)가 온(ON)됨과 동시에 권상릴레이가 작동하여 릴레이스위치(SRL)가 온(ON)되어 전원이 정류기 드라이브 유닛(21),(22)에 있는 보조제어기(23),(24)에 공급되고, 이 전원은 릴레이스위치(SRL)를 통해 영전자식 권상기(11)의 전자석으로 인가되므로 권상기(11)의 권상동작이 이루어지게 된다.
이러한 전원의 공급은 주제어수단(15) 및 원격제어수단(16)에 구비되어 있는 타이머(25)에 의해 전원의 공급시간이 제어된다. 한편 권상기(11)의 탈착동작은 원격제어수단(16)에 있는 탈착스위치를 작동시켜 실행하게 된다. 즉,원격제어수단(16
)에 있는 탈착스위치를 온(ON)시키면 주제어수단(15)의 해당 릴레이가 동작하여 탈착 릴레이스위치(SD)가 온(ON)됨과 동시에 탈착릴레이가 작동하여 릴레이스위치(SRD
)의 온(ON)으로 전원이 정류기 드라이브 유닛(21),(22)에 있는 보조제어기(23),(24
)에 공급되고, 릴레이스위치(SRD)를 통해 영전자식 권상기(11)의 전자석에는 상기 권상의 경우와는 역으로 전원이 공급되어 권상기(11)의 내부에 있는 영구자석(2),(3)의 자극을 반전시켜 탈착동작이 이루어지게 된다.
상기한 권상기(11)의 권상 및 탈착동작에 있어서 권상기 폴(4)과 물건(G) 사이에 있는 공극(air gap)의 자력(magnetic flux)을 측정할 수 있도록 설치한 자속감지계(14)에 의해 권상기(11)의 작동시 측정되는 자력값이 설정된 값 이하로 떨어질 경우에는 주제어수단(15)의 차단릴레이가 작동하여 차단 릴레이스위치(SRC)를 오프(OFF)시키게 되므로 정류기 드라이브 유닛(21),(22)의 보조제어기(23),(24)로 전원이 공급되지 못하게 된다. 그에 따라 릴레이스위치(SRL),(SRD)의 온(ON)/오프(OFF)에 관계없이 권상기(11)의 전자석으로 인가되는 전원이 차단되어 권상기(11)는 작동하지 않게 된다.
상기한 권상기(11)의 동작을 편리하게 수행하기 위해 원격주제어수단(16)에도 상기 차단 릴레이스위치(SRC)를 제어하는 차단릴레이를 구비하도록 하여 차단을 셀렉트 스위치(select switch)로 주제어수단(15) 또는 원격제어수단(16)을 선택하여 권상기(11)로의 전원공급을 차단시킬 수 있고, 상기 차단 릴레이스위치(SRC)와 연동하는 별도의 스위치(SLP)를 구성하여 차단표시등(26)으로 전원차단을 표시하고, 이와는 별도로 권상(lift)시 권상표시등(lift lamp) 및 탈착시 탈착표시등을 설치하여 영전자식 권상기(11)의 동작상태를 편리하게 확인할 수 있도록 한다.
또한 정류기 드라이브 유닛(21),(22)에 이상이 발생할 경우 릴레이스위치(S1
),(SB)가 온(ON)되어 부저(27)가 울림으로써 상황판단을 할 수 있게 되고, 마찬가지로 자속감지계(14)의 작동시 문제가 있을 경우에도 릴레이스위치(S1),(SB)가 온(ON)되어 부저(27)가 울리게 되어 상황판단이 가능하게 된다.
상기한 바와 같이 작용하는 본 발명은 권상하고자 하는 물건의 표면과 권상기 폴 사이의 공극에서 발생하는 자력의 변화를 감지하여 설정값 보다 작은 값의 자력이 감지될 때는 제어수단에 의해 권상기로의 전원공급이 자동적으로 차단되어 안전사고를 사전에 예방할 수 있기 때문에 크레인(crane) 운전자가 안심하고 물류, 운송에 전념할 수 있다. 한편 상기한 바와 같은 안전장치가 마련됨으로써 영전자식 권상기(magnetic lifter)가 중공업 분야의 물류 및 운송에 효과적으로 사용될 수 있는 계기를 마련하게 된다.

Claims (3)

  1. 케이스 요크(1)와 영구자석(2),(3), 폴(4), 폴의 연결체(5) 및 코일(7)을 구비하여 이루어진 권상기(11)에 있어서, 정류기 드라이브(12)를 내장한 전원제어수단(13)을 상기 권상기(11)에다 연결하고, 상기 권상기(11)에 있는 폴(4)의 하부 또는 폴의 연결체(5)에다 자속감지계(14)를 삽입 설치하며, 상기 자속감지계(14)에 주제어수단(15)을 연결하고, 상기 주제어수단(15)에다 원격제어수단(16)을 연결함과 더불어 상기 전원제어수단(13)을 연결하여 구성됨을 특징으로 하는 영전자식 권상기의 안전장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전원제어수단(13)이 정류구동수단(12)과 릴레이스위치(SRL),(SRD)로 구성되어 상기 릴레이스위치(SRL)의 온(ON)으로 권상기(11)의 전자석에 전원이 공급되어 권상기(11)의 권상동작이 실행되고, 릴레이스위치(SRD)의 온(ON)으로 권상기(11)의 전자석에 전원이 상기 권상시와는 역으로 공급되어 권상기(11)의 탈착동작이 실행되는 것을 특징으로 하는 영전자식 권상기의 안전장치.
  3. 제 2항에 있어서, 정류구동수단(12)이 보조제어기(23),(24)를 각각 내장한 정류기 드라이브 유닛(21),(22)과 릴레이스위치(S1),(SB),(SRC),(SLP),(SL),(SD),(SF), 차단표시등(26) 및 부저(27)로 구성되어 자속감지계(14)가 감지한 자력이 설정값 이하 일때 릴레이스위치(SRC)의 오프로 드라이브 유닛(21),(22)에 있는 보조제어기(
    23),(24)로 공급되는 전원을 차단하여 권상기(11)의 권상 및 탈착동작이 실행되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 영전자식 권상기의 안전장치.
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