KR20110010450U

KR20110010450U - 기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인

Info

Publication number: KR20110010450U
Application number: KR2020100004568U
Authority: KR
Inventors: 이태연
Original assignee: 현대엘리베이터주식회사
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-11-07

Abstract

본 고안은 기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인에 관한 것으로, 영구자석 동기전동기를 이용한 기어리스 구동장치를 경량형 스태커 크레인의 주행용 구동장치에 적용하여 고정밀 제어의 동기기 벡터제어 기법을 적용한 전용의 인버터를 접목하여 고효율, 저소음, 고속화 및 고성능화를 구현할 수 있도록 한 기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인을 제공함에 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 고안에 따른 기어리스 동기전동기를 적용한 스태커 크레인은, 자동창고 시스템에서 하물의 입.출고를 행하는 스태커 크레인이 랙 구조물 사이에 설치된 주행레일을 따라 선택적으로 이동 가능하도록 구비되는 스태커 크레인의 주행용 구동장치에 있어서, 상기 스태커 크레인의 주행용 구동장치는 기어리스 방식의 영구자석 동기전동기를 매개로 이루어지되, 상기 기어리스 동기전동기는 내부에 공간부를 갖는 케이싱과, 상기 케이싱 내부에 고정 설치되는 고정자와, 상기 고정자의 내측에 일정 간격을 갖으면서 회전 가능하게 설치되는 회전자와, 상기 회전자에 부착되어 자속을 발생시키는 영구자석과, 상기 회전자의 중앙에 구비되는 회전축과, 제어명령에 따라 전동기를 정지시키는 전자브레이크 및, 전동기의 속도에 따른 신호를 제어기 측으로 전송하는 엔코더를 포함하여 구성되어, 상기 스태커 크레인 몸체 하부의 설치홈에 고정 설치되며, 상기 동기전동기의 회전축에는 구동휠이 직접 장착되어 상기 동기전동기의 회전에너지를 직선에너지로 변환하여 주행레일 위를 주행하도록 구성된다.

Description

기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인{A STACKER CRANE USING BY A GEARLESS SYNCHRONOUS MOTOR}

본 고안은 기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경량형 스태커 크레인에 구비되는 주행용 구동장치를 기어리스 방식의 영구자석 동기전동기를 매개로 구현한 기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인에 관한 것이다.

일반적으로, 물류 자동화 분야에서 자동창고 시스템의 적용이 나날이 증대되고 있는 실정인데, 상기 자동창고 시스템은 각종 하물의 보관을 위한 랙(rack)을 갖는 랙구조물이 구비되고, 상기 하물을 자동창고 내.외부로 선택적으로 입고시키거나 출고시키기 위한 컨베이어가 설치되며, 상기 랙구조물 측에는 랙구조물 사이에 설치된 주행레일을 따라 이동하면서 제어장치의 제어에 의해 상기 컨베이어 측의 하물을 랙구조물에 입고시키거나 상기 랙구조물에 보관된 하물을 컨베이어 측으로 출고시키기 위한 스태커 크레인이 구성된다.

이때, 상기 자동창고 시스템에 하물의 입.출고를 행하는 스태커 크레인은 3차원의 하물 이동이 필요하므로, 주행, 승강, 포크로 이루어진 3종의 구동장치를 필요로 하게 된다.

그 중, 상기 스태커 크레인이 랙 구조물 사이에 설치된 주행레일을 따라 이동하도록 하는 주행용 구동장치는 전동기의 회전력을 직선운동으로 변환하여 이용하게 된다.

이를 위해, 상기 주행용 구동장치의 전동기에는 감속기가 부착하고 상기 감속된 구동축에 휠을 조립하여 적절한 회전속도와 토크를 얻을 수 있도록 이루어진다.

그러나, 상술한 바와 같은 스태커 크레인의 주행용 구동장치를 구성하는 전동기에 감속기를 사용할 시에는 변속기에서의 효율저하 및 소음발생이 불가피한 문제점이 발생함과 아울러, 감속비의 한계로 인해 일정 속도 이상의 고속을 구현하기에 어려움이 존재하는 문제점이 발생하게 되었다.

따라서, 본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출되어진 것으로, 본 고안은 영구자석 동기전동기를 이용한 기어리스 구동장치를 경량형 스태커 크레인의 주행용 구동장치에 적용하여 고정밀 제어의 동기기 벡터제어 기법을 적용한 전용의 인버터를 접목하여 고효율, 저소음, 고속화 및 고성능화를 구현할 수 있도록 한 기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인은, 자동창고 시스템에서 하물의 입.출고를 행하는 스태커 크레인이 랙 구조물 사이에 설치된 주행레일을 따라 선택적으로 이동 가능하도록 구비되는 스태커 크레인의 주행용 구동장치에 있어서, 상기 스태커 크레인의 주행용 구동장치는 기어리스 방식의 영구자석 동기전동기를 매개로 이루어지되, 상기 기어리스 동기전동기는 내부에 공간부를 갖는 케이싱과, 상기 케이싱 내부에 고정 설치되는 고정자와, 상기 고정자의 내측에 일정 간격을 갖으면서 회전 가능하게 설치되는 회전자와, 상기 회전자에 부착되어 자속을 발생시키는 영구자석과, 상기 회전자의 중앙에 구비되는 회전축과, 제어명령에 따라 전동기를 정지시키는 전자브레이크 및, 전동기의 속도에 따른 신호를 제어기 측으로 전송하는 엔코더를 포함하여 구성되어, 상기 스태커 크레인 몸체 하부의 설치홈에 고정 설치되며, 상기 동기전동기의 회전축에는 구동휠이 직접 장착되어 상기 동기전동기의 회전에너지를 직선에너지로 변환하여 주행레일 위를 주행하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 스태커 크레인의 주행용 구동장치는, 상기 기어리스 동기전동기의 회전축에 직접 장착되어 주행을 위한 구동력을 인가받는 한 개의 구동휠 및 상기 구동휠의 주행에 따라 연동하는 한 개의 아이들휠을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기에서 설명한 바와 같이 이루어진 본 고안에 따르면, 스태커 크레인의 주행용 구동장치를 기어리스 방식의 영구자석 동기전동기로 구현하므로서, 기존의 고가의 수입품인 싸이크로이드 구동휠을 대체할 수 있게 되어 원가절감 및 납기단축을 달성할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 스태커 크레인의 주행용 구동장치에서 감속기를 제거하여 친환경적인 제품을 구현할 수 있는 효과가 있게 되며, 스태커 크레인의 주행속도를 300m/min 정도의 고속화로 구현할 수가 있음은 물론 저소음 및 고성능화 등을 구현할 수 있는 효과도 있게 되는 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인의 개략적인 구성을 나타내는 도면,
도 2는 도 1의 일부분 확대도,
도 3a 및 도 3b는 본 고안에 따른 기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인에 적용되는 주행용 구동장치의 구성을 나타내는 정면도 및 일측면도,
도 4는 본 고안에 따른 기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인에서의 영구자석 동기전동기를 통한 벡터제어 방법을 나타내는 블록구성도이다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 고안에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 고안에 따른 기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인은, 자동창고 시스템에서 하물의 입.출고 작업을 담당하는 스태커 크레인(10)의 주행용 구동장치(40)를 기어리스 방식의 영구자석 동기전동기(42)를 이용하여 구성하여 고효율, 저소음, 고속화 및 고성능화를 구현할 수 있도록 이루어진다.

즉, 자동창고 시스템의 랙 구조물 사이에 설치된 주행레일(10)을 따라 스태커 크레인(20)이 선택적으로 이동 할 수 있도록 상기 스태커 크레인(20)의 몸체 하부에 구비되는 휠을 구동시키기 위한 주행용 구동장치(40)가 기어리스 방식의 영구자석 동기전동기(42)를 매개로 구성된다.

이때, 상기 동기전동기(42)는 상기 스태커 크레인(20) 몸체 하부의 설치홈(30)에 고정 설치되게 되는데, 상기 영구자석 동기전동기(42)는 그 내부에 소정 공간부를 갖는 케이싱(50)이 구비되고, 상기 케이싱(50) 내부에는 전동기(42)를 고정 지지하며 철심과 코일이 감겨져 있어 회전자장을 발생시키는 고정자(52)가 설치되고, 상기 고정자(52)의 내측으로는 일정 간격 이격된 상태로 설치되되 영구자석(56)이 부착되어 상기 고정자(52)의 회전자장과의 전자력에 의해 회전력을 발생시키는 회전자(54)가 설치되며, 상기 회전자(54)의 중심에는 상기 회전자(54)의 회전에 따라 연동되는 회전축(60)이 회전체를 지지하는 베어링(58a,58b)에 결합된 상태로 구성된다.

그리고, 상기 케이싱(50)의 일측에는 부하측의 베어링(58a)을 지지하며 그 상면이 상기 스태커 크레인(20)의 설치홈(30) 하면에 고정 설치됨에 따라 상기 동기전동기(42)가 스태커 크레인(20)의 주행용 구동장치(40) 설치지점에 고정되도록 하는 앞커버(66)가 설치됨과 아울러, 상기 케이싱(50)의 타측에는 반부하측 베어링(58b)을 지지하는 뒤커버(68)가 설치된다.

또, 상기 영구자석 동기전동기(42)의 앞커버(66)와 인접한 위치의 회전축(60)에는 정지명령에 따라 전동기(42)를 고정시키거나 비상시에 전동기(42)를 정지시키기 위한 전자브레이크(62)가 브레이크 지지대(64)를 매개로 고정 설치되며, 상기 뒤커버(68) 측에는 엔코더(70)가 구비되어 전동기(42)의 회전 속도를 감지한 후 필요한 신호를 외부의 제어수단 측으로 전송하도록 구성된다.

여기에서, 상기 영구자석 동기전동기(42)를 구성하는 고정자(52)와 회전자(54), 영구자석(56) 및 전자브레이크(62) 등을 비롯한 각 구성요소는 공지의 영구자석 동기전동기와 동일하다.

그리고, 상기 영구자석 동기전동기(42)의 회전축(60)에는 구동휠(44)이 직접 장착되는데, 상기 구동휠(44)은 상기 동기전동기(42)의 회전력을 인가받아 상기 주행레일(10) 위를 우레탄 휠의 구름마찰로 주행하도록 이루어진 회전에너지를 직선에너지로 변환하는 구성요소이다.

이때, 상기 스태커 크레인(20)의 주행용 구동장치(40)를 이루는 한 쌍의 휠은 상기 기어리스 동기전동기(42)의 회전축(60)에 직접 장착되어 주행을 위한 구동력을 인가받는 한 개의 구동휠(44) 및 상기 구동휠(44)의 주행에 따라 연동하는 한 개의 아이들휠(46)로 이루어지게 된다.

이어, 상기한 바와 같이 구성된 본 고안의 동작에 대해 도를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 고안에 따른 기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인은, 상기 영구자석 동기전동기(42)가 전용의 동기기 벡터제어 인버터에 의해 제어됨에 따라, 상기 스태커 크레인(20)의 주행용 구동장치(40)로서 동작하게 되며, 이를 통해 상기 영구자석 동기전동기(42)의 회전축(60)에 직접 결합된 구동휠(44)을 연동시켜 상기 스태커 크레인(20)의 주행용 구동장치(40)를 구성하는 한 개의 구동휠(44) 및 한 개의 아이들휠(46)이 주행레일(10) 위를 주행하도록 하게 된다.

여기에서, 상기 영구자석 동기전동기(42)의 벡터제어 방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 위치제어기(72)와 속도제어기(74)와 전류제어기(76)와 PWM(78)과 벡터제어기(80)와 엔코더(70) 및 표면부착형 또는 매입형의 영구자석 동기전동기(PMSM 또는 IPM)(42)를 포함하여 이루어진다.

상기 위치제어기(72)는 위치지령과 위치의 오차에 따른 속도지령을 발생시켜 전동기(42)의 위치제어를 수행하게 되고, 상기 속도제어기(74)는 속도지령과 속도의 오차에 따른 전류지령을 발생시켜 전동기(42)의 속도제어를 수행하게 되며, 상기 전류제어기(76)는 전류지령과 전류의 오차에 따른 전압지령을 발생시켜 전동기(42)의 전류제어를 수행하게 된다.

또, 상기 PWM(78)은 상기 전류제어기(76)로부터의 전압지령을 펄스폭 변조한 후 인버터를 통해 상기 영구자석 동기전동기(42) 측으로 펄스 형태의 전압을 인가하게 된다.

이때, 상기 위치제어기(72) 및 속도제어기(74)는 상기 전동기(42)에 구비되어 AB 신호를 매개로 위치 및 속도를 측정하는 엔코더(70)로부터 위치 또는 속도에 대한 신호를 인가받아 속도지령 및 전류지령을 발생시키게 되며, 상기 전류제어기(76)는 전동기(42)의 UVW 신호 및 AB 신호를 매개로 자극위치를 검출하는 벡터제어기(80) 및 전동기(42)로부터의 전류값을 통해 전압지령을 발생시키게 된다.

상술한 바와 같은 영구자석 동기기의 벡터제어는 일반적인 영구자석 동기전동기의 벡터제어의 과정과 유사하다.

다시 말하면, 본 고안에 따른 기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인은, 스태커 크레인(20)의 주행용 구동장치(40)를 구성하는 영구자석 동기전동기(42)가 전용의 동기기 벡터제어 인버터에 의해 제어되면서 동작하게 되면, 상기 영구자석 동기전동기(42)의 회전축(60)에 직접 결합된 구동휠(44)은 상기 동기전동기(42)의 회전에너지를 직선에너지로 변환하여 상기 주행레일(10) 위를 아이들휠(46)과 함께 주행하면서 스태커 크레인(20)을 일정 위치로 이동시키게 되는 것이다.

이를 통해, 상기 스태커 크레인(20)의 주행용 구동장치(40)는 구동부의 단순화를 이룸과 동시에 저속도 영역에서도 속도제어 성능이 우수하고 고 토크 구현이 가능하며, 또한 동기전동기(42)에 직접 연결된 회전자 축에 취부된 엔코더(70)를 이용하여 정밀한 위치제어를 수행하므로써, 기존 감속기 방식의 최대속도를 훨씬 초과하는 300m/min 고속까지 정토크 상태의 운전이 가능해지게 되는 것이다.

한편, 본 고안에서 기재된 내용과 다른 변형된 실시 예들이 돌출 된다고 하더라도 본 고안의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 고안에 첨부된 청구범위 내에 속하게 됨은 물론이다.

10: 주행레일, 20: 스태커 크레인,
30: 설치홈, 40: 주행용 구동장치,
42: 영구자석 동기전동기, 44: 구동휠,
46: 아이들휠, 50: 케이싱,
52: 고정자, 54: 회전자,
56: 영구자석, 60: 회전축,
62: 전자브레이크, 64: 브레이크 지지대,
66: 앞커버, 68: 뒤커버,
70: 엔코더.

Claims

자동창고 시스템에서 하물의 입.출고를 행하는 스태커 크레인이 랙 구조물 사이에 설치된 주행레일을 따라 선택적으로 이동 가능하도록 구비되는 스태커 크레인의 주행용 구동장치에 있어서,
상기 스태커 크레인의 주행용 구동장치는 기어리스 방식의 영구자석 동기전동기를 매개로 이루어지되,
상기 기어리스 동기전동기는 내부에 공간부를 갖는 케이싱과, 상기 케이싱 내부에 고정 설치되는 고정자와, 상기 고정자의 내측에 일정 간격을 갖으면서 회전 가능하게 설치되는 회전자와, 상기 회전자에 부착되어 자속을 발생시키는 영구자석과, 상기 회전자의 중앙에 구비되는 회전축과, 제어명령에 따라 전동기를 정지시키는 전자브레이크 및, 전동기의 속도에 따른 신호를 제어기 측으로 전송하는 엔코더를 포함하여 구성되어, 상기 스태커 크레인 몸체 하부의 설치홈에 고정 설치되며,
상기 동기전동기의 회전축에는 구동휠이 직접 장착되어 상기 동기전동기의 회전에너지를 직선에너지로 변환하여 주행레일 위를 주행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인.
제 1항에 있어서,
상기 스태커 크레인의 주행용 구동장치는, 상기 기어리스 동기전동기의 회전축에 직접 장착되어 주행을 위한 구동력을 인가받는 한 개의 구동휠 및 상기 구동휠의 주행에 따라 연동하는 한 개의 아이들휠을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기어리스 동기전동기를 적용한 경량형 스태커 크레인.