KR20020093745A

KR20020093745A - 전자기력의 제어에 의한 공중부양장치

Info

Publication number: KR20020093745A
Application number: KR1020020073246A
Authority: KR
Inventors: 이지형
Original assignee: 이지형
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2002-12-16

Abstract

본 발명은 전자기력의 제어에 의한 공중부양장치에 관한 것으로, 홀센서(12a)(12b)를 사용하여 전자석(10)과 같은 방향과 위치에서 대상 물체(30)를 감지할 수 있으면서 감도를 조절할 수 있도록 하여 공중부양되는 대상 물체(30)가 외부 환경에 의해 오동작될 수 있는 요인을 구조적으로 없애 안정적인 공중부양이 가능할 수 있도록 한다. 이를 위해 비자성체로 영구자석(32a)(32b)이 내장된 대상 물체(30)가 중력에 반하여 소정 위치에서 물리적인 접촉 없이 정지된 상태로 유지될 수 있도록 손잡이지지대(18)를 매개로 대상 물체(30) 위쪽에 위치하는 전자석(10)과, 상기 전자석(10) 하측에 설치되어 공중부양되는 대상 물체(30)의 위치를 감지하면서 설정된 기준신호를 발생하는 홀센서(12a)(12b)와, 상기 손잡이지지대(18)를 매개로 대상물체 아래쪽에 위치하는 받침대(20)에 내장되어 공중부양되는 대상 물체(30)에 대한 변화 위치를 전달받아 피드백 제어를 통해 상기 전자석(10)의 힘을 제어하는 콘트롤러(22)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

전자기력의 제어에 의한 공중부양장치 {Apparatus For Levitation Controlled With A Electromagnetism Force}

본 발명은 전자석에 의해 발생된 인력 또는 반력을 통해 목적하는 물체를 비접촉방식으로 소정 위치에 공중 부양시켜 정지하는 공중부양장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 홀센서를 사용하여 전자석과 같은 방향과 위치에서 대상 물체를 감지할 수 있으면서 감도를 조절할 수 있도록 하여 공중부양되는 대상 물체가 외부환경에 의해 오동작될 수 있는 요인을 구조적으로 없애 안정적인 공중부양이 가능한 전자기력의 제어에 의한 공중부양장치에 관한 것이다.

통상 자기에 의한 공중부양장치는 공중부양될 목적물인 자화 가능한 물체와 전자석 및 거리감시센서로 구성되는데, 물체는 전자석과 감지센서 사이에 배치되어 전자석에 의해 발생되는 자기적 인력 및 반력에 의해 공중부양된다.

특히 감지센서는 물체로부터 센서까지의 거리를 감지하여 거리신호를 각각 발생시키며, 발생된 신호는 제어유닛으로 전달되고 해당 거리신호에 대응하여 전자석을 통해 흐르는 교류전류의 위상과 주파수가 제어되어 물체가 전자석 사이의 소정 위치에 공중부양되도록 한다.

도 5에 도시한 종래의 공중부양장치를 보면, 감지센서인 발광소자(112a)와 수광소자(112b)를 통하여 대상 물체(130)의 위치를 감지하고 전자석(110)을 제어하여 대상 물체(130)가 공중부양되도록 하고 있으나, 감지센서인 수광소자(112b)가 외부의 빛에 의하여 오동작을 일으키는 것은 물론 감지센서(112a)(112b)의 위치에 따르는 외관상의 디자인에 제약이 있었다.

즉, 종래의 공중부양장치에서는 광센서인 수광소자(112b)와 발광소자(112a)의 위치 결정에 의하여 대상 물체(130)의 공중부양위치가 결정되므로, 초기 제작 시에 결정된 대상 물체(130)의 무게와 차이가 있는 대상 물체(130)를 공중부양할 때 전자석(110)의 힘과 대상 물체(130)의 무게가 맞지 않아 이탈되는 문제가 발생될 수 있으며, 또한 전자석(110)과 대상 물체(130)에 대해 수직방향으로 배치되는 이들 감지센서(112a)(112b)의 위치로 인하여 제품 외관상으로도 제약이 있을 뿐만 아니라 수광소자(112b)의 외부 빛에 의한 오동작이 발생되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상술한 종래의 공중부양장치가 갖는 제품 외관상의 제약은 물론 주위환경의 영향에 의해 오동작되기 쉬운 제반 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 홀소자를 사용하여 전자석과 같은 방향과 위치에서 대상 물체를 감지할 수 있도록 하여 감지센서의 위치에 따른 제품 외관상의 조건을 자유롭게 할 수 있으면서 외부 환경에 의한 오동작을 구조적으로 막아 안정적인 공중부양이 가능할 수 있는 전자기력의 제어에 의한 공중부양장치를 제공함에 목적이 있다.

또한 본 발명에 의한 공중부양장치는 전자석과 대상 물체에 내장된 영구자석간의 거리를 감지센서의 감도 조절로서 조절할 수 있도록 함으로서 대상 물체가 부양중인 상태로 전원이 차단되더라도 대상 물체가 전자석에 붙도록 함으로서 정전이나 이와 유사한 돌발 상황에서 발생될 수 있는 공중부양 물체의 자유낙하에 의한 제품 파손의 위험을 막을 수 있는 데에도 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공중부양장치의 결합상태 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 공중부양장치의 분리상태 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 공중부양장치의 작동상태 구조도.

도 4는 본 발명의 공중부양장치에 대해 위치 제어하는 회로도.

도 5는 종래 기술에 의한 공중부양장치의 개략적인 구조도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

10 : 전자석 l2a,12b : 홀센서

14 : 전자석하우징 16 : 전자석덮개

18 : 손잡이지지대 20 : 받침대

22 : 콘트롤러 24 : 받침대하우징

26 : 받침대덮개 28 : 작동표시램프

30 : 물체 32a,32b : 영구자석

34 : 회전구동수단

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자기력의 제어에의한 공중부양장치는, 비자성체로 영구자석이 내장된 대상 물체가 중력에 반하여 소정 위치에서 물리적인 접촉 없이 정지된 상태로 유지될 수 있도록 손잡이지지대를 매개로 상기 대상 물체 위쪽에 위치하는 전자석과, 상기 전자석 하측에 설치되어 공중부양되는 대상 물체의 위치를 감지하면서 설정된 기준신호를 발생하는 홀센서와, 상기 손잡이지지대를 매개로 대상 물체 아래쪽에 위치하는 받침대에 내장되어 공중부양되는 대상 물체에 대한 변화 위치를 전달받아 피드백 제어를 통해 상기 전자석의 힘을 제어하는 콘트롤러를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

특히 홀센서는 공중부양 제어에서 대상 물체의 위치를 감지하여 콘트롤러의 위치신호기로 전달하는 위치감지기와 설정된 기준신호에 대해 상기 콘트롤러의 비교신호기를 통하여 비교신호를 발생하는 비교감지기로 구분되어 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 홀센서는 대상 물체의 무게가 변화되더라도 해당 무게 변화에 대응하여 대상 물체와 전자석간의 거리 조정을 통해 인력의 세기를 제어할 수 있도록 콘트롤러와 신호 연결되게 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 받침대는 하측에 영구자석이 내장된 대상 물체가 공중부양된 상태에서 임의의 속도로 회전 및 정지될 수 있도록 회전구동수단이 상측에 설치 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 공중부양장치의 구성 및 작동원리를 바람직한 실시예의 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 공중부양장치의 결합상태 및 분리상태를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 공중부양장치의 작동상태를 도시한 것이며, 아울러 도 4는 본 발명의 공중부양장치에 대해 위치 제어하는 홀센서와 콘트롤러의 회로배치를 도시한 것이다.

도면에서 보는 바와 같이, 본 발명의 전지기력의 제어에 의한 공중부양장치는 공중부양되는 대상 물체(30)에 대한 변화 위치를 홀센서(12a)(12b)가 감지하여 이를 콘트롤러(22)가 피드백 제어함으로서, 대상 물체(30)에 내장된 영구자석(32a)(32b)과 상기 홀센서(12a)(12b)에 연결된 전자석(10) 간에 발생하는 인력 또는 반력을 통해 목적하는 물체(30)가 비접촉방식으로 상기 전자석(10)과 받침대(20) 사이의 소정위치에 공중 부양되어 정지될 수 있도록 구성된다.

즉, 비자성체로 영구자석(32a)(32b)이 내장된 대상 물체(30)가 중력에 반하여 위쪽의 전자석(10)과 아래쪽의 받침대(20) 사이의 소정 위치에서 물리적인 접촉 없이 정지된 상태로 유지될 수 있도록 이들 전자석(10)과 받침대(20)는 곡면 절곡된 손잡이지지대(18)를 매개로 일체 구조화되며, 상기 전자석(10)의 하측에는 공중부양되는 대상 물체(30)의 위치를 감지하면서 설정된 기준신호를 발생하게 되는 홀센서(12a)(12b)가 설치되어 상기 받침대(20)의 구성된 콘트롤러(22)와 신호 연결된다.

특히 홀센서(12a)(12b)는 공중부양 제어에서 대상 물체(30)의 위치를 감지하여 콘트롤러(22)의 위치신호기(q1)로 전달하는 위치감지기(12a)와 설정된 기준신호에 대해 상기 콘트롤러(22)의 비교신호기(q2)를 통하여 비교신호를 발생하는 비교감지기(12b)로 구분되어 구성되며, 공중부양되는 대상 물체(30)와 동일 수직선상의전자석(10)의 하측에 이들 위치감지기(12a)와 비교감지가(12b)로 구성된 상기 홀센서(12a)(12b)가 설치됨으로서 수평방향의 광센서를 사용한 기존의 제품에 비해 상대적으로 상품의 외관미를 높힐 수 있다.

또한 홀센서(12a)(12b)는 대상 물체(30)의 무게가 변화되더라도 해당 무게 변화에 대응하여 대상 물체(30)와 전자석(10)간의 거리 조정을 통해 인력의 세기를 제어할 수 있도록 콘트롤러(22)와 신호 연결되게 구성되며, 아울러 공중부양되는 대상 물체(30)는 상기 전자석(10)에 대해 인력 및 반력이 발생되는 영구자석(32a)(32b)이 그 내부에 상측과 하측에 구성된다.

그리고 전자석(10)과 공중부양되는 물체(30) 사이의 거리 즉, 공중부양거리를 조정하여 상기 전자석(10)의 철심과 대상 물체(30)에 내장된 양구자석(32a)과의 인력이 공중부양되는 물체(30)의 무게보다 크게 조정함이 바람직하며, 이는 예상치 못한 전원의 차단이나 이와 유사하게 상기 전자석(10)의 인력이 상실되더라도 대상 물체(30)가 자유낙하하지 않고 위쪽의 상기 전자석(10)에 인력으로 붙어있도록 함으로서 공중부양되는 물체(30)가 소정의 위치에서 이탈되아 파손되는 것을 막을 수 있도록 한다.

한편, 홀센서(12a)(12b)가 설치되는 전자석(10)은 손잡이지지대(18) 상단에 결합 고정된 전자석하우징(14) 내부에 설치되면서 상기 전자석하우징(14) 저부는 전자석덮개(16)로 조립 밀폐되며, 상기 손잡이지지대(18) 하단에 결합 고정되는 받침대(20)는 그 내부에 콘트롤러(22)가 설치되어 받침대덮개(26)로 그 저부가 조립 밀폐된다.

아울러 받침대(20) 상측에는 대상 물체(30)를 공중부양시키는 작동상태가 표시확인될 수 있도록 발광소자(LED)인 장식램프(28)가 설치되면서, 그 중앙쪽에는 영구자석(32b)이 내장된 대상 물체(30)가 공중부양된 상태에서 임의의 속도고 회전 및 정지될 수 있도록 회전구동수단(34)이 설치됨이 바람직하며, 장식적인 개념에 더하여 음이온발생수단을 부착시켜 외관적인 가치와 실내의 공기를 신선하고 깨끗하게 하는 정화기능을 부여시킬 수도 있음은 물론이다.

그리고 비자성체인 대상 물체(30)에 내장된 영구자석(32a)(32b)과 홀센서(12a)(12b)가 설치된 전자석(10)의 인력 및 반력을 제어하는 콘트롤러(22)는, 목표 위치로부터 물체(30)의 변위에 응답하여 비접촉방식으로 물체(30)를 중력에 반하여 상기 전자석(10)으로부터 소정의 목표위치에 공중부양 시키기 위해 공중부양되는 물체(30)의 위치를 감지하게 되며, 직류전원회로와 위치감지기(12a) 및 비교감지기(12b)로 구성된 홀센서(12a,12b), 그리고 위치신호기(q1)와 비교신호기(q2), 비교기(q3) 및 적분기(q4)를 포함하여 회로 구성된다.

우선 위치감지기(12a)는 공중부양 제어에서 물체(30)의 위치를 감지하여 위치신호기(q1)로 보내어 제어신호를 발생시키며, 비교감지기(12b)는 비교신호기(q2)를 통하여 비교신호를 발생시키고, 아울러 비교기(q3)는 위치신호와 비교신호를 계산하여 목표 위치로부터 물체(30)의 변위가 영이 되도록 전자석(10)을 통해 흐르는 전류를 피드백 제어하게 되며, 적분기(q4)는 이 신호를 적분하여 안정되게 목표위치에 도달되도록 함으로서, 외부환경에 대응하여 대상 물체(30)가 안정되게 공중부양이 이루어지게 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전자기력의 제어에 의한 공중부양장치는 공중부양되는 대상 물체에 대한 감지수단을 홀센서로 적용함으로서 전자석과 같은 방향과 위치에서 대상 물체를 감지할 수 있으며, 또한 홀센서의 감도를 조절함으로서 용이하게 대상 물체의 무게 변화에 대응하는 공중부양장치가 가능하며, 특히 전자석과 직각 방향에 있어야했던 기존의 장치구조와는 달리 감지수단을 전자석과 같은 방향에 구성시킴으로서 외관상의 디자인이 좀더 자유로워질 수 있는 것은 물론, 외부 환경에 의하여 오동작을 일으킬 수 있는 요인이 구조적으로 제거됨으로서 안정적인 공중부양이 가능할 수 있다.

또한 전자석의 전원공급이 중단된 상태에서 전자석의 철심과 물체에 내장된 영구자석 사이의 인력의 세기가 대상 물체의 무게보다 커지도록 전자석과 공중부양되는 물체 사이의 거리를 홀센서의 감도로 조절함으로서, 대상 물체가 공중부양중인 상태로 전원이 차단되더라도 전자석에 물체가 자동으로 붙도록 하여 정전이나 이와 유사한 경우에 발생할 수 있는 공중부양 물체의 자유낙하를 방지할 수 있어, 파손등의 우려가 있는 물체도 안심하고 공중부양이 가능하고 파손되지 않는 대상물체라도 자유낙하에 의한 충격 등을 고려하여 대상 물체와 받침대 사이의 공간을 좁게 해야 했던 한계를 극복할 수 있다.

아울러 본 발명에 따른 공중부양장치는 구조적으로 안정적이면서 안전하고 미려한 디자인이 가능하게 제품 구성될 수 있어 다양한 장식물의 공중부양이 가능하며, 이는 결과적으로 다양한 상품을 공중부양물체로 접목함으로서 홍보를 위한전시대 등에 이용이 가능하여 장식물로서의 과학적인 호기심을 유발시킬 수 있고, 물리적인 접촉이 없으므로 일반적인 상품의 진열시 상품의 전시효과가 3차원적으로 이루어질 수 있어 소비자들의 상품에 대한 인식과 인지도를 높이는 효과를 기대할 수 있다.

Claims

비자성체로 영구자석(32a)(32b)이 내장된 대상 물체(30)가 중력에 반하여 소정 위치에서 물리적인 접촉 없이 정지된 상태로 유지될 수 있도록 손잡이지지대(18)를 매개로 대상 물체(30) 위쪽에 위치하는 전자석(10)과, 상기 전자석(10) 하측에 설치되어 공중부양되는 대상 물체(30)의 위치를 감지하면서 설정된 기준신호를 발생하는 홀센서(12a)(12b)와, 상기 손잡이지지대(18)를 매개로 대상 물체 아래쪽에 위치하는 받침대(20)에 내장되어 공중부양되는 대상 물체(30)에 대한 변화 위치를 전달받아 피드백 제어를 통해 상기 전자석(10)의 힘을 제어하는 콘트롤러(22)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전자기력의 제어에 의한 공중부양장치.
제 1항에 있어서, 상기 홀센서(12a)(12b)는 공중부양 제어에서 대상 물체(30)의 위치를 감지하여 콘트롤러(22)의 위치신호기(q1)로 전달하는 위치감지기(12a)와 설정된 기준신호에 대해 상기 콘트롤러(22)의 비교신호기(q2)를 통하여 비교신호를 발생하는 비교감지기(12b)로 구분되어 구성된 것을 특징으로 하는 전자기력의 제어에 의한 공중부양장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 홀센서(12a)(12b)는 대상 물체(30)의 무게가 변화되더라도 해당 무게 변화에 대응하여 대상 물체(30)와 전자석(10)간의 거리조정을 통해 인력의 세기를 제어할 수 있도록 콘트롤러(22)와 신호 연결되게 구성된 것을 특징으로 하는 전자기력의 제어에 의한 공중부양장치.
제 1항에 있어서, 상기 받침대(20)는 하측에 영구자석(32b)이 내장된 대상 물체(30)가 공중부양된 상태에서 임의의 속도로 회전 및 정지될 수 있도록 회전구동수단(34)이 상측에 설치 구성된 것을 특징으로 하는 전자기력의 제어에 의한 공중부양장치.