KR20120061723A

KR20120061723A - 리프팅 마그네트장치

Info

Publication number: KR20120061723A
Application number: KR1020110057376A
Authority: KR
Inventors: 최규철
Original assignee: 최규철
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2012-06-13

Abstract

본 발명에 따른 리프팅 마그네트장치는, 강자성체로 구성되어 하단에 금속물체가 흡착되는 철심과, 상기 강자성체의 철심에 권선되는 전기코일과, 상기 철심에서 금속물체로 흐르는 자속을 측정하기 위한 자속감지수단을 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 리프팅 마그네트장치는, 상기 전기코일에 입력되는 전류를 측정하기 위한 전류센서와, 상기 자속감지수단과 상기 전류센서의 출력값을 이용하여 안정된 자기력을 얻기 위한 전류값를 계산하고, 계산된 전류값이 미리 설정된 임계값 이내에 있으면 이송을 허락하고, 임계값을 초과하면 이송을 불허하거나 혹은 운전자에게 조건부로 허락하는 안전연산장치를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 철심의 하단에는 금속물체의 외부 형상의 곡면에 따라 회전 가능한 폴슈가 구비된다.
이와 같은 본 발명에 의하면 리프팅 마그네트장치에 의하면, 이송하고자 하는 금속물체의 종류와 크기, 형태, 내지는 흡착상태 등의 조건과 상관없이 금속물체의 흡착에 필요한 최적의 자기력을 형성하여 안전하게 금속물체를 이송할 수 있다는 이점이 있다.

Description

리프팅 마그네트장치{Lifting magnet devices}

본 발명은 자기력으로 금속물체를 흡착하여 이송함에 있어서, 이송 전에 이송에 적합한 흡착력이 발생되는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 이송에 적합한 제어전류를 공급하여 금속물체를 안전하게 이송할 수 있도록 하는 리프팅 마그네트장치에 관한 것이다.

종래기술의 일례로서 마그네트 안전장치에 관한 기술이 안출되었는 바, 이는 도 1에서와 같이 마그네트(10)가 금속물체(5)의 중심을 벗어난 정도, 즉 편심을 측정하기 위한 기울기 검출장치(11)와, 금속물체(5)의 중량을 측정하기 위한 로드셀(12)과, 마그네트(10)와 금속물체(5) 사이의 흡착력을 측정하기 위하여 마그네트(10)에서 발생된 자속을 측정하는 자속감지수단(13) 등을 포함한다.

이와 같은 종래기술은, 비교측정기(14)를 이용하여, 자속감지수단(13)에서 검출된 자속값으로부터 계산된 자기력과, 로드셀(12)과 기울기 검출장치(11)에 의해 계산된 흡착력을 서로 비교하고, 리프트 제한장치(15)를 이용하여 마그네트(10)의 자기력이 금속물체(5)를 이송하기에 충분한지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 금속물체(5)를 선택적으로 이송하게 된다.

따라서, 이러한 종래기술은, 계산된 자기력과 사전에 입력된 금속물체(5)의 중량을 이용하여 안전율을 계산하거나 계산된 자기력과 실제 측정된 금속물체(5)의 중량을 이용하여 안전율을 계산하고, 미리 설정된 안전율에 미달하는 경우 이송을 불허하게 된다.

즉, 종래기술에서는, 마그네트(10)와 금속물체(5)를 통하여 흐르는 자속을 측정하고, 측정된 자속을 이용하여 자기력을 계산하고, 자기력이 금속물체(5)를 이송하기에 적절한지를 판단함에 따라 금속물체(5)의 이송을 허락하거나 불허하고 있다.

이와 같이 자속값을 이용하여 마그네트(10)의 자기력을 계산하는 경우, 자속감지수단이 위치한 부분의 철심 단면적(s)을 통과하는 자속(φ)을 검출하여 자기력(f=k φ/s [N])을 계산하고, 그 자기력(f)이 마그네트(10)와 금속물체(5) 사이에 작용하는 실제의 흡착력으로 간주한다.

이러한 계산방법은 금속물체(5)의 표면 크기가 마그네트(10)의 흡착면보다 크고, 금속물체(5)의 표면이 균일한 경우에는 계산된 자기력과 실제의 흡착력이 어느 정도 일치될 수 있다.

그러나, 금속물체(5)의 표면 크기가 마그네트(10)의 흡착면보다 작거나 혹은 금속물체(5)의 형상이 불균형하거나 혹은 표면에 굴곡이 있는 경우에는 마그네트(10)와 금속물체(5) 사이에 작용하는 단면적이, 자속감지수단(13)이 위치한 마그네트(10)의 단면적과 일치하지 않기 때문에, 실제 흡착력보다 계산된 자기력이 훨씬 크게 나타난다.

그러므로, 종래기술에서와 같이 계산된 자기력만으로 금속물체(5)의 이송 여부를 판단하는 경우, 금속물체(5)의 크기, 형상, 표면의 굴곡 상태 등 다양한 흡착조건에 따른 실제의 흡착력은 계산된 자기력보다 훨씬 작게 나타나기 때문에, 이러한 실제 흡착력과 계산된 자기력과의 오차로 인하여 금속물체(5)의 추락하게 되는 안전사고의 위험이 유발된다는 문제점이 있다.

본 발명은, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속물체의 크기 내지는 형상과 상관없이 금속물체를 안전하게 이송하기 위하여, 이송전에 이송에 적합한 흡착력이 발생되는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 이송에 적합한 제어전류를 공급하는 리프팅 마그네트장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 리프팅 마그네트장치는, 강자성체로 구성되어 하단에 금속물체가 흡착되는 철심과, 상기 강자성체의 철심에 권선되는 전기코일과, 상기 철심에서 금속물체로 흐르는 자속을 측정하기 위한 자속감지수단을 포함하여 이루어진다.

상기 자속감지수단은 서치코일(Search Coil)형 자속센서 내지는, 홀효과(Hall Effect)형 자속센서 내지는, 자기저항(Magnet Resistive)형 자속센서로 이루어진다.

본 발명에 따른 리프팅 마그네트장치는, 상기 전기코일에 입력되는 전류를 측정하기 위한 전류센서와, 상기 자속감지수단과 상기 전류센서의 출력값을 이용하여 안정된 자기력을 얻기 위한 전류값를 계산하고, 계산된 전류값이 미리 설정된 임계값 이내에 있으면 이송을 허락하고, 임계값을 초과하면 이송을 불허하거나 혹은 운전자에게 조건부로 허락하는 안전연산장치를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 철심의 하단에는 금속물체의 외부 형상의 곡면에 따라 회전 가능한 폴슈가 구비된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 리프팅 마그네트장치에 의하면, 이송하고자 하는 금속물체의 종류와 크기, 형태, 내지는 흡착상태 등의 조건과 상관없이 금속물체의 흡착에 필요한 최적의 자기력을 형성하여 안전하게 금속물체를 이송할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 마그네트 안전장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 리프팅 마그네트장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 리프팅 마그네트장치의 자기회로를 나타낸 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리프팅 마그네트장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리프팅 마그네트장치의 구성을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 도 2부터 도 5까지 참조로 하여 설명하며, 도면표기의 편의상 화살표시가 첨부된 일점쇄선의 폐곡선으로 자속을 표기하였는 바, 화살표시는 자속의 방향과는 상관없으며, 자속을 나타내는 선이라는 것을 용이하게 인식할 수 있도록 하기 위한 것임을 밝혀둔다.

도 2에 나타난 것과 같이 본 발명에 따른 리프팅 마그네트장치(20)는, 강자성체의 철심(22)과, 상기 철심(22)에 권선되어 자기장을 발생하기 위한 전기코일(24)과, 금속물체(5)를 통하여 흐르는 유효자속(φ)을 측정하기 위해 유효자속(φ)이 흐르는 통로에 설치된 자속감지수단(26)을 포함한다.

상기 자속감지수단(26)은 상기 철심(22)에 연결되어 자속을 측정하게 되며, 서치코일(Search Coil)형 자속센서 내지는, 홀효과(Hall Effect)형 자속센서 내지는, 자기저항(Magnet Resistive)형 자속센서 등으로 이루어질 수 있다.

상기 서치코일형 자속센서는 자속의 변화에 의해 코일에 전압이 인가되는 양을 측정하여 이를 자속변화로 환산하는 원리에 의한 것이다.

상기 홀효과형 자속센서는 자기장 속의 도체에서 자기장의 직각방향으로 전류가 흐르면, 자기장과 전류 모두에 직각방향으로 전기장이 나타나는 현상을 이용한 것으로서, 전류가 같은 방향이라도 전하를 운반하는 입자의 전하 부호에 따라 발생하는 전기장의 방향이 달라지며, 입자의 농도에 따라서도 전기장의 세기가 달라지는 특성상, 고체 속에서 전류를 운반하는 자유전자의 농도나 움직이기 쉬운 정도를 측정하는 것이다.

상기 자기저항형 자속센서는 자기저항소자(MR소자)를 이용한 것으로서, 자계의 변화에 의하여 저항값이 달라지는 자기저항소자의 특성상 자계의 변화나 자성체의 유무를 전압의 변화로 파악하는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 직류전력공급장치(미도시)에 의해 전기코일(24)로 전원이 공급됨으로써, 철심(22)과 금속물체(5)를 통하여 유효자속(φ)이 흐르게 된다.

이때, 전기코일(24)의 외부에는 금속물체(5)의 흡착력에 기여하지 못하는 제1 누설자속(φly) 및 제2누설자속( φlp)도 발생될 수 있다.

여기서, 상기 전기코일(24)에서 발생된 기자력(F)은 전기코일(24)로 입력되는 전류(I)와 전기코일(24)의 권수(N)의 곱(F=N*I)이며, 전기코일(24)에서 발생된 총 자속(φt)은 유효자속(φ)과 제1누설자속(φly) 및 제2누설자속(φlp)의 합(φt=φ+φly+φlp)이 된다.

즉, 전기코일(24)로 입력되는 전류(I)에 의해 기자력(F)이 발생하고, 발생한 기자력(F)에 의해 총 자속(φt)(도 3 참조)이 발생된다.

여기서, 본 발명에 따른 리프팅 마그네트장치의 자기회로는 도 3에 나타난 것과 같이, 제1누설자속(φly)이 흐르는 통로의 자기저항 R1과, 유효자속(φ)이 흐르는 통로인 철심(22)의 자기저항 R2, 철심(22)의 선단과 금속물체(5) 사이에 존재하는 공극(G)의 자기저항 R3와, 금속물체(5)의 자기저항 R4과, 제2누설자속(φlp)이 흐르는 통로의 자기저항 R5로 나타낼 수 있다.

이러한 다수의 자기저항(R1 내지 R5)은 R=L/S [AT/wb]의 관계식으로 나타낼 수 있으며, 이때, L은 자속이 흐르는 통로의 길이를, S는 자속이 흐르는 통로의 단면적을, 는 투자율을 나타내며, 철심(22)과 전기코일(24)의 크기 등에 의해 결정될 수 있다.

따라서, 자기저항 R1, R2, R5의 값은 철심(22)과 전기코일(24)의 크기가 결정됨에 따라 R=L/S [AT/wb]의 관계식에 의해 결정되는 값이라 할 수 있다.

반면에, 자기저항 R3의 값은 철심(22)의 선단이 금속물체(5)와 접촉되는 크기와 접촉되는 형태에 따라 변할 수 있다.

예를 들어, 철심(22)의 선단과 금속물체(5)의 사이의 공극(G)이 커지는 경우에는 자기저항 R3의 값은 증가하게 되며, 자기저항 R4의 값도 금속물체(5)의 소재, 형상, 금속물체 내부에 존재하는 미세기공의 크기에 따라 변할 수 있다.

따라서, 금속물체(5)의 형상과 크기, 금속물체(5) 내부에 존재하는 미세기공의 크기나, 철심(22)과 금속물체(5)의 접촉되는 형태에 관계없이, 철심(22)의 선단과 금속물체(5)가 접촉된 상태에서의 자기저항을 측정할 수 있다면, 철심(22)의 선단과 금속물체(5) 사이에 작용하는 자기력을 예측하고, 안전하게 이송하기 위한 흡착력을 얻을 수 있게 된다.

그리고, 제1누설자속(φly)과, 제2누설자속(φlp) 및 유효자속(φ)이 흐르는 부분의 자기저항을 개별적으로 계산하고 측정할 수는 없으나, 전기코일(24)에 입력되는 기자력(F)과 총 자속(φt)을 측정하게 되면, 현재 철심(22)의 선단과 금속물체(5)가 접촉되어 있는 상태에서의 자기회로의 전체 자기저항(Rt) 혹은 철심(22)과 금속물체(5)를 관통하는 유효자속(φ)이 흐르는 통로의 자기저항(R2+R3+R4)을 계산할 수 있게 된다.

이에 따라, 자기회로에서 제1누설자속(φly)과 제2누설자속(φlp)이 발생되는 부분의 자기저항(R1, R5)을 포함한 전체의 자기저항(Rt)은 Rt=F/φt [AT/wb]의 관계식으로 나타낼 수 있고, 자기저항(R2, R3, R4)을 포함하는 자기저항은 R=F/φ [AT/wb]의 관계식으로 나타낼 수 있기 때문에 전기코일(24)에 입력되는 기자력(F)과 자기회로에 흐르는 총 자속(φt)을 측정함으로써 현재 접촉되어 있는 상태의 자기저항을 계산할 수 있는 것이다.

한편, 전체 자기저항(Rt)을 구하는 대신 자기저항의 반대개념인 퍼미언스를 이용할 수 있는데, 퍼미언스(P)는 P=φ/F=φ/NI 임에 따라, 전기코일(24)에 임의의 전류를 공급하여 그 때 발생되는 자속을 측정하게 되면, 철심(22)와 금속물체(5)가 접촉되어 있는 현재 조건의 퍼미언스(P)를 측정할 수 있다.

그리고, 자속감지수단(26)이 설치된 위치, 즉 자속이 검출되는 철심(22)의 단면적에서, 철심(22)과 금속물체(5)를 포함한 자기회로 전체의 퍼미언스(P)를 계산하여, 철심(22)과 금속물체(5) 사이에 작용하는 실제의 자기력을 계산할 수 있게 된다.

이와 같이 계산된 퍼미언스(P)를 적용하여, 사전에 입력된 금속물체(5)를 안전하게 이송하기 위한 안전율이 반영된 자기력(f)을 얻기 위한 제어전류는 다음의 수학식으로 계산할 수 있게 된다.

[수학식]

여기서, N은 전기코일의 권수이며, S는 자속감지수단이 설치된 부분의 철심 단면적이며, k는 비례상수이다.

상기의 수학식에 의하면 철심(22)과 금속물체(5) 사이의 자기력(f)을 얻기 위해 자속을 측정하고, 금속물체(5)의 소재 종류, 형상, 표면의 굴곡, 크기, 철심(22)과의 접촉상태에 따른 현재의 조건에서의 퍼미언스(P)를 계산하고, 계산된 퍼미언스(P)를 적용하여 금속물체(5)를 안전하게 이송할 수 있는 흡착력의 확보가 가능한 제어전류 값을 정확히 얻을 수 있게 된다.

한편, 도 4에 나타난 것과 같이, 본 발명에 따른 리프팅 마그네트장치(20)는, 전기코일(24)에 입력되는 전류를 측정하기 위한 전류센서(28) 및, 자속감지수단(26)과 전류센서(28)의 출력값을 이용하여 안정된 자기력을 얻기 위한 전류값를 계산하고, 계산된 전류값이 미리 설정된 임계값 이내에 있으면 이송을 허락하고, 임계값을 초과하면 이송을 불허하거나 혹은 운전자에게 조건부로 허락하는 안전연산장치(29)를 포함하여 이루어질 수 있다.

이에 따르면 전술한 바와 같이 상기 안전연산장치(29)가 상기 자속감지수단(26)과 전류센서(28)의 출력을 입력으로 하여, 측정된 자속과 전류값을 비교하여, 자속을 자기력으로 환산하거나 필요한 제어전류를 계산할 수 있고, 계산된 결과를 외부로 알려줄 수 있으며, 이송을 허락하거나 불허하도록 제어할 수 있게 된다.

도 5에 나타난 것과 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 리프팅 마그네트장치(30)는, 강자성체의 철심(32)의 주변에 다수의 전기코일(34)(34')을 설치하여 자기장을 발생토록 하고, 철심(32)에 다수개의 자속감지수단(36)(36')을 여러 개를 설치하여 자기회로의 총 자속이나 혹은 특정 부위를 흐르는 자속을 검출하도록 할 수 있다.

여기서, 상기 철심(32)의 하단에는 금속물체(5)의 외부 형상의 곡면에 따라 회전 가능한 폴슈(33)(33')가 구비되며, 금속물체(5)의 중량이나 혹은 충격에 의해 되풀리지 않도록 고정하는 안티 롤 디바이스(Anti roll device)(미도시)를 포함하여 이루어질 수 도 있다.

20: 리프팅 마그네트장치 22: 철심
24: 전기코일 26: 자속감지수단
28: 전류센서 29: 안전연산장치

Claims

강자성체로 구성되어 하단에 금속물체가 흡착되는 철심과,
상기 강자성체의 철심에 권선되는 전기코일과,
상기 철심에서 금속물체로 흐르는 자속을 측정하기 위한 자속감지수단
을 포함하여 이루어지며;

상기 금속물체에 철심의 하단을 안착한 다음, 상기 전기코일에 임의의 초기전류를 공급하고 상기 전기코일에 흐르는 자속을 측정하여, 상기 금속물체를 이송하기 위해 필요한 흡착력을 발생하기 위한 제어전류를 계산하며, 계산된 제어전류를 공급하여 금속물체를 이송하는 것
을 특징으로 하는 리프팅 마그네트장치.
제1항에 있어서,
상기 자속감지수단은 서치코일(Seach Coil)형 자속센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리프팅 마그네트장치.
제1항에 있어서,
상기 자속감지수단은 홀효과(Hall Effect)형 자속센서로 이루어지는 것
을 특징으로 하는 리프팅 마그네트장치.
제1항에 있어서,
상기 자속감지수단은 자기저항(Magnet Resistive)형 자속센서로 이루어지는 것
을 특징으로 하는 리프팅 마그네트장치.
제1항에 있어서,
상기 전기코일에 입력되는 전류를 측정하기 위한 전류센서와,
상기 자속감지수단과 상기 전류센서의 출력값을 이용하여 안정된 자기력을 얻기 위한 전류값를 계산하고, 계산된 전류값이 미리 설정된 임계값 이내에 있으면 이송을 허락하고, 임계값을 초과하면 이송을 불허하거나 혹은 운전자에게 조건부로 허락하는 안전연산장치
를 포함하여 이루어지는 리프팅 마그네트장치.
제1항에 있어서,
상기 철심의 하단에는 금속물체의 외부 형상의 곡면에 따라 회전 가능한 폴슈가 구비되는 것
을 특징으로 하는 리프팅 마그네트장치.