KR20120092572A - 수평-축선 코일 등의 이동용 전자기 리프터 - Google Patents

Abstract

본 전자기 리프터는, 리프트 되어야할 코일의 축선과 수직으로 배열되고, 엑추에이터 기구(5)의 작동 하에서 서로 슬라이드 가능한 두개의 반체(4a, 4b)로 나누어져있으며, 서로를 관통하도록 형성된, 수평 축선 코일 등의 수송을 위해 형성된 극성 연장부(4)를 적어도 두 개를 포함한다. 극성 연장부(4)의 조절 가능성은 리프트 되어야 할 각기 다른 직경의 코일들에 맞추어 보다 잘 적응하는 것을 가능케 하여, 유용 가능한 극성 부분을 최대한 이용하고 작동 공기 갭을 최소로 축소하는 결과를 불러오며, 그에 따라 리프터는 불리한 경우를 고려하여 대형화될 필요가 없어, 더 작고, 가벼우며, 값싼 결과를 가져오게 된다.

Description

수평-축선 코일 등의 이동용 전자기 리프터 {Electromagnetic Lifter for moving Horizontal-Axis Coils and the Like}

본 발명은 수평-축선 코일 이동시 사용되는 리프터, 특히 형태가 형성되어 있고 조절 가능한 극성 연장부가 구비된 전자기 리프터에 관한 것이다. 수평-축선 코일 상의 이동에 대해선 하기 구체적 언급이 있겠지만, 본 리프터는 넓은 범위의 직경을 갖는 대형 원형 및 튜브와 같은 유사 제품을 이동 시키는 분야에서도 적용성을 찾을 수 있다는게 명백하다.

수평-축선 코일 이동에 쓰이는 리프터는 일반적으로 리프터의 길이 방향 축선을 따라 연장되어 있는 N/S 의 두 대칭적 극성을 갖는 자석(전자석 또는 전자 영구 자석)으로 구성되어 있으며, 그에 따라서 측면에 배열되어 있다. 상기 극성은 적절히 이격되어 있고 이동되어야 할 코일의 직경의 최대 크기에 맞게 인볼류트(involute) 형상이다.

기존 리프터들은 극성의 형태 및 배열에 의한 결점을 갖지만, 다른 한편으로는 각각의 리프터가 넓은 범위의 코일 직경을 커버하여 이동을 가능케하도록 하는 것이 필수적이다.

첫 결점은 상기 상기 리프터의 구조가 몇가지 경우에는 꽤 큰 에어 갭과, 극성 연장부와 코일 사이의 접촉 영역이 감소된 상태에서 작동되도록 하는 점에서 발생한다. 이는 이러한 불리한 작동 조건을 고려하기 위해 리프터들을 더 강하고, 무겁고, 연장되게 설계 및 제조하게 만든다.

두번째 결점은 극성들의 배열에 의한 것인데, 이는 리프터의 축선과 같은 평면에 위치한 리프트된 코일의 축선과 직각을 이루는 평면 상에 배열되는 N-S 유선들이 유량이 연결되어 있는 외부 턴(external turns)에 집게형(tongs-like)으로 닫혀 있어 그에 따른 변형을 가져오기 때문이다. 실제로 이러 유형의 기기에 의하여 리프트된 코일들의 강판의 최외부 턴들은 자기장에 의한 변형을 겪으며, 특히 판 두께가 1mm 미만인 강판들이 그렇다. 보다 두꺼운 강판의 경우, 상기 변형은 탄성 변형 범위내에서 유지되지만, 얇은 두께 강판의 경우 소성 변형이 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 결점이 없는 전자기 리프터를 제공하는 것에 있다. 이 목적은 리프트 되어야 할 코일의 축선과 직각으로 배열된 극성 연장부와, 적절한 액추에이터의 작동 하에 서로 슬라이드 가능하며 서로를 관통할 수 있도록 형성된 두개의 반체로 구성된 전자기 리프터에 의해 달성될 수 있다.

본 리프터의 근본적인 이점은 리프트 되어야 할 각기 다른 직경의 코일들에 맞추어 보다 잘 적응하는 것을 가능케 하여, 유용 가능한 극성 부분을 최대한 이용하고 작동 공기 갭을 최소로 축소하는 결과를 불러오는 극성 연장부의 조절 가능성에 있다. 그에 따라서, 리프터는 불리한 경우를 고려하여 대형화될 필요가 없으며, 더 작고, 가벼우며, 값싼 결과를 가져오게 된다.(특히 전자 영구 자석을 가진 리프터들의 경우).

두번째 중요한 이점은, 극성 연장부의 직각 배열에 의해서, N-S 유선들이 코일 축선과 평행하는 평면에 배열되어 있고, 따라서 유선이 연결되어 있는 외부 턴(external turn)에 집게형으로 닫혀있지 않고, 그러므로 그에 따른 변형을 일으킬 위험을 최소화할 수 있다.

본 발명에 따른 리프터의 추가적 이점 및 특성은 하기 일 구체예의 상세한 설명, 및 부가 도면을 참조하여 당업자가 명확히 이해할 수 있다:

도 1은 전자석 버젼의 본 발명에 따른 리프터를 개략적으로 나타낸 부분 정면 단면도이다;
도 2는 도 1의 리프터의 개략적인 부분 측단면도이다;
도 3은 본 발명에 따른 리프터의 전자 영구 자석 버젼의 개략적인 부분 정면단면도이다;
도 4는 도3의 리프트의 개략적인 부분 측단면도이다;
도 5는 도 1의 리프터의 극성 연장부가 최대 연장된 상태일 때의 저면도이다;
도 6은 극성 연장부가 부분적으로 연장된 상태를 나타내는 앞선 도면과 유사한 도면이다;
도 7은 극성 연장부가 완전 철회된(retracted) 상태를 보여주는 앞선 도면과 유사한 도면이다;
도 8은 리프터의 작동을 개략적으로 나타내는 도 1과 유사한 도면이다; 및
도 9는 리프터의 작동을 개략적으로 나타내는 도 2와 유사한 도면이다.

도 1 내지 2에 있어서, 본 발명에 따른 전자기 리프터(1)는 일반적으로 N-S 자기 쌍극자를 규정하기 위한 U 형태의 자기 요크(2)를 포함하고 있다. 두 솔레노이드(3)는 하중을 리프트하기 위해 요구되는 기자력을 발생시키기 위해 요크(2)의 코어 주위로 감겨 있으며, 상기 솔레노이드(3)는 가장 효율적인 성능과, 특히 줄 효과(Joule effect)로 인해 발생하는 열을 소실 시키기 위하여, 바람직하게는 양극화된 알루미늄이다. 수평 축선 코일의 수송을 위해 형성된 두 극성 연장부(4)는 요크(2)의 끝부분에 배열되어 있다.

본 명세서에 명시되는 전자석(1)은 바람직하게는 양극성이지만, 필수 요소가 적절히 공급된 다른 갯수의 극을 갖는 자석은 같은 원리로 제조될 수 있기 때문에, 상기 선택은 의무적인 것은 아니다.

본 리프터의 제 1 양태는 각각의 극성 연장부(4)가 서로 슬라이드 가능한 두 개의 반체 4a와 4b로 분할되고 서로를 관통할 수 있도록 형성되어 있다는 점에 있으며, 이는 추후 더 설명될 것이다. 각각의 두 반체 4a와 4b는 활성면, 예를 들어 하중과 접촉하는 표면이 있으며, 이는 리프트 되어야할 코일의 최대 반경과 동일한 값을 갖는 연속 반경에 의해서 작업된다.

슬라이딩 움직임은 동력 구동 기구(5)에 의해서 획득되며, 바람직하게는 두 극성 연장부(4)의 사이에 위치하여, 도브테일 가이드(6)를 따라 슬라이드하는 후자가 코일의 직경에 따라 이들 형태의 외형을 바꿀 수있는 것을 가능케한다. 예를 들어, 기구(5)는 수압 형 또는 모터-리듀서(reducer) 및 엑추에이터일 수 있으며, 코일의 직경을 미리 설정하고, 선택된 코일을 리프트하기 위한 극성 연장부(4)를 조정하는 인코더 또는 이와 유사한 장치에 의하여 제어될 수 있다.

상기 리프터의 제 2 양태는, 앞서 언급했듯이, 리프트되어야 할 코일의 수평 축선에 비하여 극성 연장부의 배열이 직각 방향인 것이며, 이는 하기에서 좀 더 설명될 것이다.

상기 상기 리프터의 전자 영구 자석 버젼은 도 3 내지 4에 나타나 있으며, 여기서 바뀌지 않은 도면 부호는 두 버젼 사이에 공통적인 요소를 나타내며, 즉 극성 연장부(4)의 새로운 부분과 이와 연관되는 조정 멤버(5,6)들이다.

실제로, 리프터 1`의 유일한 차이점은 각각 알니코(alnico)와 스트론튬 페라이트(strontium ferrite) 또는 알니코와 희귀 토류(바람직하게는 네오디뮴(neodymium))에 의해 형성된 종래의 자성 바이콤파짓(bicomposite) (7,8)을 수용하는 요크(2`)가 조금 다른 형태인 것이다. 구리 또는 양극화된 알루미늄 등으로 만들어진 두 솔레노이드(3`)는 소위 가역 자기 블록(7)을 형성하는 두 알니코 덩어리들을 전자 영구 자석(1`)을 활동 상태와 정지 상태 사이에서 변환하도록 배향된다.

극성 연장부(4)의 조정은 도 5 내지 7를 참조하여 더욱 자세히 설명될 것이며, 리프터(1)에 대한 설명은 리프터(1`)에도 동등히 적용된다.

리프터의 길이 방향 축선에서 시작되는 극성 연장부(4)의 중심 부위의 표면은 두 개의 반체 4a와 4b가 동일한 치차를 갖는 빗모양이고 일정한 피치를 갖는다는 면에서 불연속적이다. 제 1 반체 4a는 하나의 피치만큼의 치차 오프셋을 갖고 제 1 반체 4a를 완벽히 관통할 수 있는 제 2 반체 4b와 실질적으로 대칭이며 대응한 형태를 갖는다.

S 극성의 두 반체와 동기화되는 N 극성의 두 반체 4a와 4b의 슬라이딩 움직임은 이동되어야할 코일들의 각기 다른 직경에 대한 적응을 가능케 한다. 도 5의 최대 연장 상태는 최대 직경에 해당하며, 도 1, 3, 및 7의 완전 철회 상태는 최소 직경에 해당하고, 도 6의 중간 상태는 당연히 중간 직경에 해당한다.

각 극성 연장부(4)의 두 반체 4a와 4b의 총 슬라이딩 이동(sliding run)은 대형 자석의 경우 150 내지 250 mm(각 반체 당 75 내지 125 mm)이다.

따라서 본 리프터의 작동은 상당히 간단하고 효율적이며 상기 설명 및 도 8 내지 9로부터 쉽게 이해될 수 있다.

리프트 되어야 할 하중 L의 직경에 따라 두 반체 4a와 4b의 위치가 조정된 후, 극성 연장부(4)는 수평 축선 코일과 접촉하게 되며, 솔레노이드 3/3`의 활성과 함께, 도 9에 도시된 바와 같이 유선이 하중 L과 연결된다.

이 새로운 배열은 리프터의 활동 표면과 코일의 커플링을 확실시 하며, 최대 및 최소 활동 표면의 차이가 15 내지 20%(최대 유용 극성 부분 100%, 최소 80 내지 85%) 정도로 상당히 낮다. 이는 리프터 작동 범위의 극단에서 자석의 힘이 대략 같은 백분율(15 내지 20%)로 변화한다는 것을 뜻하며, 상기 백분율 변화는 유용 극성 부분의 차이가 70 내지 80%(최대 100%, 최소 20 내지 30%)인 기존 리프터의 백분율 변화률보다 대단히 낮다.

그에 따라서, 본 발명에 따른 리프터는 한 편으로는 보다 높은 성능과 다른 한편으로는 현저히 낮은 무게와 그에 따라 낮은 가격을 갖도록 설계될 수 있다. 이 주장을 뒷받침하기 위해서, 하기 수량들의 숫자들은 선행 기술의 리프터들과 비교를 수행하기 위해 표기되었다.

강자성 강판의 코일들은 굉장히 넓은 범위의 특성, 크기 및 무게로 생산되며, 강판 두께는 0.2 내지 20 mm이고, 코일의 외부 직경은 900 내지 2600 mm이고 무게는 2 내지 45 톤이다.(코일의 직경의 감소가 무게의 감소를 암시하는 것에 해당하는 것은 아니라는 것을 주의해야한다.)

기존 리프터로 상기 범위의 코일의 안전한 이동을 보증하기 위해서는, EN13155 기준에 따라 전자석은 반드시 최고 예상 하중의 적어도 두배에 달하는 앵커레지 포스(anchorage force)를 가져야 한다는 점을 고려하여 리프터의 극성 연장부를 50% 확대하여 설계 및 제조하는 것이 필요하다.

기존의 지식에 따라 리프터를 설계할 경우, 예를 들어 전자석 버젼인 경우, 220 V의 전력 15kW을 요구하며 대략 8 톤의 무게를 갖는다. 본 발명에 따른 유사 리프터는 12KW의 전력을 요구하며 대략 6.5톤의 무게를 갖는, 즉 전력과 무게 모두 20%가 감소한다. 또한 기존 전자석에 요구되는 크기 변화는 그에 비례적으로 비용만 증가하는 것이 아니라, 코일의 외부 턴(external turn)의 변형에 대한 문제 또한 증가시킨다는 것을 주의해야 한다.

극성들의 새 구조와 배열에 따른 성능 향상은 크기와 무게의 매우 현저한 감소를 가능케 하며, 이는 본 리프터를 자동 보관 시스템에 적용시킬 시 특히 유용하다. 이 사실은 또한 원치않는 경우를 위한 자석의 크기 조절을 강요 받지 않고 각기 다른 직경의 코일을 절대적으로 안전하게 이동 시킬 수 있는 자석을 조립하는 것을 가능케 한다.

상기 설명 및 실례로 보여진 본 발명에 따른 리프터의 일 구체예가 다양한 변경이 가능한, 단지 하나의 예라는 것은 자명하다. 특히, 두 반체 4a와 4b의 정확한 형태는, 예를 들어 치차가 모두 일치하지 않고 일정한 피치를 갖는 것 처럼, 두 파트가 보완적이기만 한다면, 상기 그려진 빗모양의 형태와 다를수 있으며, 또한 가이드(6)가 다른 형태(예를 들어 T-형태 등) 를 가질 수 있고, 관련 엑추에이터 기구(5)는 다른 위치에 배치될 수도 있다.

Claims (5)

1. 수평 축선 코일 등의 수송을 위해 형성된 극성 연장부를 적어도 두 개를 포함하는 전자기 리프터에 있어서, 상기 적어도 두개의 극성 연장부는 전자석(2; 3) 또는 전자 영구 자석(2` 3` 7; 8)과 연결되있고, 리프트 되어야할 코일의 축선과 수직으로 배열되며, 엑추에이터 기구(5)의 작동 하에서 서로 슬라이드 가능한 두개의 반체(4a, 4b)로 나누어져있으며, 서로를 관통하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 리프터.
   
2. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 각각의 반체(4a, 4b)는 도브테일, T 등의 형태인 가이드(6) 상에서 슬라이드 되는 것을 특징으로 하는 전자기 리프터.
   
3. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엑추에이터 기구(5)는 상기 두 극성 연장부(4) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 전자기 리프터.
   
4. 제 1항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엑추에이터 기구(5)는 리프트 되어야할 코일의 직경을 미리 설정할 수 있는 인코더 또는 이와 유사한 장치에 의해 제어되고, 이에 따라 극성 연장부(4)을 조정하는 것을 특징으로 하는 전자기 리프터.
   
5. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 리프터의 길이방향 축선으로부터 시작되는 극성 연장부(4)의 중심 부분의 표면은 동일한 치차와 일정한 피치를 갖는 빗 모양이며, 각 극성 연장부(4)의 제 1 반체(4a)와 제 2 반체(4b)는 실질적으로 서로 대칭이며 대응하고, 하나의 피치만큰의 치차 오프셋을 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 리프터.
   
   

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