KR20130129413A - 컨베이어 벨트의 폐루프 자기 위치설정 방법 - Google Patents

컨베이어 벨트의 폐루프 자기 위치설정 방법 Download PDF

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존 에프. 란드럼
글랜 알. 맥콜
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라이트람, 엘엘씨
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Abstract

외부에서 생성되는 자기장에 의해 벨트의 위치가 제어될 수 있게 하는 자성을 갖는 컨베이어 벨트를 구비하는 컨베이어 및 이러한 컨베이어 벨트를 제어하는 방법이 개시된다. 센서들은 벨트 속도, 벨트 인장, 벨트 로딩, 벨트의 측면 또는 방사상 위치 또는 벨트 부양 높이와 같은 벨트의 작동 상태를 감지하며, 제어기에 이들 값들을 송신한다. 컨베이어 프레임 내의 전자석은 컨베이어 내에 벨트를 위치시키기 위해 선택된 힘을 인가하도록 벨트의 자성과 상호작용하는 자기장을 발생시킨다. 제어기는 벨트의 작동 상태를 제어하도록 전자석에 의해 발생한 자기장의 강도와 방향을 조절한다.

Description

컨베이어 벨트의 폐루프 자기 위치설정 방법 {CLOSED-LOOP MAGNETIC POSITIONING OF CONVEYOR BELTS}
본 발명은 대체로 파워 구동형 컨베이어에 관한 것이며, 보다 상세하게는 마찰을 감소시키거나 컨베이어 성능을 향상시키기 위해 벨트 위치를 제어하도록 자성을 갖는 컨베이어 벨트가 제어 가능한 전자석에 의해 반발되거나 끌어당겨지는 벨트 컨베이어 및 관련 방법에 관한 것이다.
벨트와 컨베이어 프레임 사이의 마찰을 감소시키기 위해, 자기 반발력에 의해 벨트를 부양시키기 위해, 그리고 자기 인력에 의해 벨트 트랙 밖으로 벨트가 솟아오르는 것을 방지하기 위해 벨트 및 체인 컨베이어 내에 영구 자석이 사용된다. 컨베이어 프레임 내의 영구 자석은, 예컨대 벨트와 컨베이어 프레임 사이의 마찰 접촉을 감소시키도록 지향될 수 있는 벨트 상에 힘을 인가하기 위해 컨베이어 벨트 내의 영구 자석 또는 금속 물질과 상호작용하는 자기장을 형성한다. 자석의 강도와 배치는 특정 적용 분야에 대해 선택된다. 그러나 종종 벨트 로드와 벨트 속도와 같은 컨베이어 작동 상태가 변화할 수 있다. 작동 상태에서의 변화는 이 변화된 작동 상태에 대해 영구 자석의 강도와 배치가 차선이 되기에 충분히 벨트 동역학을 변화시킬 수 있다.
본 발명의 특징을 구현하는 컨베이어는 컨베이어 프레임 내에 지지되는 컨베이어 벨트를 포함한다. 이 컨베이어 벨트는 벨트가 자기장에 의해 끌어당겨지거나 반발되게 하는 자성을 갖는다. 컨베이어 프레임을 따라 놓이는 전자석은 컨베이어 벨트를 끌어당기거나 반발하는 자기장을 발생시키도록 배치된다. 컨베이어 벨트의 작동 상태를 감지하는 센서는 작동 상태를 나타내는 센서 신호를 제공한다. 제어기는 컨베이어 프레임 내에 컨베이어 벨트를 위치시키도록 센서 신호를 수신하고 상기 신호에 응답하여 상기 전자석에 의해 발생하는 전기장을 제어한다.
본 발명의 다른 양상에서, 컨베이어 벨트를 제어하는 방법은, (a) 운반 경로를 따라 자성을 갖는 컨베이어 벨트를 전진시키는 단계, (b) 상기 컨베이어 벨트의 작동 상태를 감지하는 단계, (c) 상기 운반 경로를 따라 상기 컨베이어 벨트를 자기장을 받게 하는 단계, 및 (d) 상기 운반 경로를 따라 측면으로 또는 수직으로 상기 컨베이어 벨트를 위치시키도록 상기 감지된 작동 상태의 함수로 상기 자기장의 강도를 조절하는 단계를 포함한다.
아래의 상세한 설명, 부가의 청구범위와 첨부 도면에 본 발명의 상기한 특징뿐만 아니라 장점을 더 설명할 것이다.
도 1은 내부 벨트 에지에 자석을 갖는 반경 컨베이어 벨트 및 전자석을 갖는 내부 레일을 포함하는 본 발명의 특징들을 구현하는 컨베이어의 턴 세그먼트의 일부분의 평면도이다.
도 2는 도 1의 컨베이어의 사시도이다.
도 3은 턴의 외부에서 벨트의 외부 에지 내의 자석을 반발하는 전자석을 갖는 컨베이어의 사시도이다.
도 4A 내지 도 4D는 턴의 외부에서 벨트 내의 자기 물질을 끌어당기는 전자석을 갖는 컨베이어의 등축도, 평면도, 횡단면도 및 확대도이며, 도 4E는 벨트의 에지 모듈의 저면도이다.
도 5는 턴의 외부의 반경 컨베이어 벨트의 바닥측에서 벨트를 아래로 유지하도록 벨트 상에서 홀드 다운을 반발하는 전자석을 갖는 컨베이어의 사시도이다.
도 6A 내지 도 6C는 벨트 운송로 위와 아래에서 전자석을 반발하는 것을 포함하는, 본 발명의 특징을 구현하는 부양식 컨베이어의 등축도, 횡단면도 및 확대도이며, 도 6D는 벨트의 에지 모듈의 저면도이다.
도 7은 도 1 내지 도 6의 컨베이어와 함께 이용 가능한 제어 시스템의 블록도이다.
도 1 및 도 2에 본 발명의 특징을 구현하는 컨베이어의 하나의 양상의 일부분이 도시된다. 컨베이어(10)는 턴(turn; 15) 내에서 벨트 이동 방향(14)으로 전진하는 컨베이어 벨트(12)를 포함한다. 도 1에 도시된 예시적인 벨트(12)는 턴을 잘 돌 수 있게 측면이 구부러질 수 있는 모듈식 플라스틱 컨베이어 벨트이다. 이러한 벨트 구조물의 일례는 미국 루이지애나 하라한의 인트라록스 엘.엘.시가 제조하여 판매하는 INTRALOX® 시리즈 2200 라디우스 플러시 그리드(Series 2200 Radius Flush Grid) 벨트이다. 무한 벨트는 힌지 로드(20)에 의해 힌지 조인트에 함께 결합되는 벨트 모듈(18)의 일련의 열(16)을 포함한다. 턴(15)의 내부에 각각의 벨트 열(20)의 측면 에지(24)에 영구 자석(22)이 매립 또는 장착된다. 일부 예에서, 자석들은 각각의 열 내에 있을 필요가 없고, 매 두 번째 열에, 매 세 번째 열에 또는 필요한 대로 매립될 수 있다. 벨트는 컨베이어 프레임(26)에서 지지되는 운송로 팬(carryway pan; 23) 또는 웨어스트립(wearstrip) 위에서 운반 경로의 운송로 부분을 따라 함께 움직인다. 컨베이어 프레임은 턴의 내부를 따라 내부 레일(28)을 포함한다. 내부 레일(28) 상에는 전자석(30)이 장착된다. 이 전자석은 활성화되면 내부 레일(28)로부터 이격하여 방사상으로 또는 측면방향으로 컨베이어 벨트를 위치시키도록 벨트(12)의 내부 에지(24)에서 자석(22)을 반발하는 자기장(32)을 형성한다. (턴 내의 반경 벨트의 경우에, "측면으로"는 "방사상으로"와 동의어임.) 이러한 방법으로, 전자석을 포함하는 내부 레일(28)과 벨트의 측면 에지(24) 사이의 마찰이 턴에서 제거된다.
도 3은 턴의 외부에서 자기 반발력에 의해 턴의 내부에서 반경 컨베이어 벨트(36)의 측면 에지(34)가 내부 레일(38)과 접촉하는 것이 방지되는 컨베이어의 다른 양상을 도시한다. 컨베이어 벨트(36)는 벨트의 받침대의 바닥면(42) 아래로 연장하는 종속 요소(40)를 구비한다. 상기 종속 요소 내에 하나 이상의 자석(43)이 매립된다. 컨베이어 팬(48)의 외부측(46)에 전자석(44)이 장착된다. 이 전자석은 내부 레일(38)로부터 내부 에지(34)를 이격시켜 종속 요소를 외부로 반발하고 벨트를 측면으로, 또는 방사상으로 위치시키도록 벨트 자석(43)과 상호작용하는 자기장(50)을 생성시킨다. 내부 및 외부 레일(38, 39)은 벨트 에지가 운송로 밖으로 솟아오르는 것을 방지하도록 벨트의 내부 및 외부 에지(34, 35)와 중첩하는 수평 립(lip)을 구비한다.
도 4A 내지 도 4D는 내부 레일(56)로부터 이격하여 측면으로 또는 방사상으로 벨트의 내부 에지(54)를 끌어당기도록 자기 인력을 사용하는 컨베이어 벨트(52)를 도시한다. 이 벨트는 웨어스트립(23') 상에 컨베이어 프레임(26) 내에서 지지된다. 이 벨트는 외부 에지(55)에 자석(58)을 포함하거나, 외부 레일(57)에 전자석(60)에 의해 끌려오는 자화 또는 비자화 요소 물질을 포함한다. 따라서, 인력을 위한 자성은 자화되거나 비자화되는 강자성 물질에 의해 제공될 수 있다. 자기 인력은 내부 레일과의 마찰 접촉을 벗어난 위치에 있는 턴에서 외측으로 측면으로, 또는 방사상으로 벨트를 끌어당긴다. 외부 레일(57)의 길이를 따라 이격된 위치에 장착된 변위 센서(59)는 외부 레일에 대한 외부 에지(55)의 근접도를 검출하는데 사용된다. 도 4E는 벨트(52)의 모듈식-플라스틱-컨베이어-벨트 구현에 이용 가능한 외부-에지 벨트 모듈(53)의 일례이다. 모듈의 외부 측면 에지(55)에 영구 자석(52)이 매립된다. 실제 거리를 측정할 수 있는 변위 센서 대신에 오로지 하나의 특정 거리를 검출하도록 설정될 수 있는 근접 센서가 대안으로 사용될 수 있다.
도 5는 자기 억제 시스템(magnetic hold down system)을 갖는 반경 컨베이어 벨트(62)를 도시한다. 이 벨트는 한 쌍의 운송로 지지면(70, 71) 사이의 갭(68)에서 벨트의 바닥측(66)으로부터 아래로 연장하는 종속 요소(64)를 구비한다. 갭 내의 종속 요소에 매립되는 자석(72)은 벨트의 바닥면에 대하여 각을 이루어 배향된다. 갭에서 제1 지지면의 외부측에 장착된 전자석(74)은 턴의 외부에서 상승하려는 반경 벨트의 성향에 반작용하는 하향 힘 성분(Fd)으로 벨트 자석(72)을 반발하는 자기장(76)을 형성한다. 따라서, 자기 상호작용은 벨트의 수직 및 측면, 또는 방사상 위치를 결정한다.
도 6A 내지 도 6C에 부양식 컨베이어(78)가 도시된다. 컨베이어는 반경 벨트(80)를 포함하며 그 측면 에지(82, 83)가 자석(84)을 포함한다. 측면 레일(88, 89) 내에 혹은 근처에 배치되는 전자석(86, 86', 86")은 밑에 놓이는 지지 프레임(90) 위로 수직으로 벨트를 부양시키고 내부 및 외부 측면 레일(88, 89) 모두로부터 측면으로 멀어지게 벨트의 중심을 맞추고, 벨트가 상승하여 측면 레일의 상부 립(92, 93)과 접촉하는 것을 방지하는 자기장을 생성시키도록 제어된다. 벨트를 측면으로 또는 방사상으로 그리고 수직으로 위치시키기 위해 전자석의 상대 자기장 강도들이 조정된다. 각각의 측면 레일(88, 89)에 있는 3개 세트의 전자석(86, 86', 86") 모두가 사용되어야만 하는 것은 아니다. 예컨대, 벨트를 지지 프레임(90) 위로 상방으로 반발시키도록 하부 전자석(86)을 사용함으로써, 또는 벨트를 상방으로 끌어당기도록 상부 전자석(86")을 사용함으로써 부양식 컨베이어가 구현될 수 있다. 측면 전자석(86')은 거의 또는 전혀 마찰 접촉하지 않고 대향 측면 레일의 수직면들 사이에서 벨트의 측면 또는 방사상 위치의 중심을 유지하는데 필요하면 사용될 수 있다. 컨베이어의 측면 폭을 가로질러 더 크거나 더 균일한 부양을 위해, 벨트(80) 내의 추가의 영구 자석(84')과 상호작용하도록 전자석 지지 구조물(85) 내에 추가의 전자석(87)이 배치될 수 있다. 벨트 아래 놓이는 전자석 지지 구조물(85)에 장착되는 변위 또는 근접 센서(59)는 컨베이어 운송로 내의 벨트의 부양 높이를 검출한다. 따라서, 대안으로 직선 주행 벨트일 수도 있는 부유식 벨트는 낮은 마찰로 작동될 수 있다. 도 6D는 벨트(80)의 모듈식-플라스틱-컨베이어-벨트 구현에 사용 가능한 외부-에지 벨트 모듈(91)의 일례를 도시한다. 영구 자석(84, 84')은 외부 측면 에지(55) 내에 그리고 모듈의 바닥측 구조물(94) 내에 매립된다.
벨트의 최적 또는 원하는 작동을 위해 전자석을 조정하기 위한 폐루프 제어 시스템의 단순화된 형태가 도 7의 블록도에 도시된다. 프로그램가능 논리 제어기(PLC), 워크 스테이션, 또는 다른 프로그램가능 컴퓨터 장치와 같은 제어기(98)는 벨트 내에 매립된 센서(102)로부터(도 2 참조), 또는 도 4 또는 도 6의 변위 센서 또는 벨트 구동 모터(116) 내에서의, 컨베이어 프레임 내에서의 또는 벨트의 구동 부품(모터, 모터 제어기, 기어박스 또는 샤프트) 중 하나 위에서의 모터 전류를 측정하는 전류 센서와 같은 센서(102')로부터 입력 신호(100)를 수신한다. 센서 또는 센서들은 벨트 속도, 벨트 인장, 벨트 로딩 또는 벨트의 부양 높이와 같은 하나 이상의 작동 상태들을 감지한다. 벨트 속도에 대한 센서는 예컨대 드라이브 또는 아이들 샤프트에 장착된 회전 속도계로서, 또는 통과하는 벨트 자석들을 계수하는 컨베이어 프레임에 장착된 벨트 주기 카운터로서 구현될 수 있다. 벨트 인장에 대한 센서는 벨트 내에 장착된 인장 센서로서 또는 벨트 연장을 감지하는 측면 레일 내의 광센서로서 구현될 수 있다. 벨트 로딩에 대한 센서는 컨베이어 프레임 내에 장착된 중량 센서로서, 벨트 내에 장착된 압전 센서로서, 또는 모터 전류 센서로서 구현될 수 있다. 벨트의 부양 높이는 측면 레일 내에 장착된 광 또는 근접 센서에 의해 감지될 수 있다. 벨트의 측면 또는 방사상 위치는 측면 레일 내의 또는 벨트 상의 근접 센서, 변위 센서 또는 광센서에 의해 감지될 수 있다. 벨트 내 매립형 센서(102)에 의한 측정은 안테나(106)를 거쳐 벨트 내의 트랜스미터(104)에 의해 버퍼링되고 전송된다. 전송된 센서 신호는 원격 안테나(108) 및 수신기(110)를 통해 수신된다. 이 수신기는 센서 신호를 제어기(98)로 송신한다. 컨베이어 프레임 내에 장착된 센서(102)는 도 7에 파선으로 도시된 바와 같이 배선 연결을 통해, 또는 벨트내 매립형 센서(102)의 경우에서와 같이 무선으로 제어기(98)에 상기 신호들을 송신할 수 있다. 제어기에서 구동되는 제어 알고리즘은 자기장 강도 또는 진폭을 조절하기 위해 센서 신호들, 공장 또는 작업자 설정, 컨베이어 벨트의 동역학적 모델, 및 벨트 및 전자석의 자성을 사용하고, 일부의 경우 원하는 또는 적절한 작동 상태를 유지하도록 벨트를 위치시키기 위해 자기장의 극성들을 사용한다. 제어기(98)는 자기장을 적절하게 조절하기 위해 전자석(114)에 전자석 제어 신호(112)를 출력한다. 예컨대, 모터 전류의 증가는 벨트와 내부 컨베이어 레일 사이의 증가된 마찰 접촉에 의해 야기된 벨트 인장의 상승을 나타낼 수 있다. 제어기는 전자석의 반발력을 증가시켜 벨트의 내부 에지를 레일로부터 멀리 밀어내어 접촉과 벨트 인장을 감소시킴으로써 증가된 모터 전류에 응답할 수 있다. 이 제어기는 모터-제어 신호(118)에 의해 벨트의 구동 모터(116)의 속도를 제어하도록 선택적으로 프로그래밍될 수 있다. 제어기와 전자석 및 모터 사이에 연결된 드라이버(도시 안됨)는 전자석과 모터를 구동시키기에 충분한 수준으로 파워를 끌어올린다.
상술한 자석과 전자석의 여러 배치는 운송로를 따라 컨베이어 벨트의 수평 또는 수직 위치를 제어하기 위한 일부의 가능한 배치만을 보여준다. 벨트들은 개별의 영구 자석 또는 비자화된 강자성 요소로 도시되었지만, 벨트의 이들 요소의 자성은 강자성 물질을 폴리머 물질과 혼합하고 자성을 갖는 균질의 열가소성 벨트 모듈을 형성하도록 이들을 함께 사출성형함으로써, 또는 강자성 코어 또는 강자성 요소 둘레로 외부 열가소성 벨트 셸을 오버몰딩함으로써 마찬가지로 구현될 수 있다. 또한, 벨트는 전자석에 의해 발생한 자기장과의 상호작용에 의해 이들에 제어가능한 힘이 작용할 수만 있다면 상술한 모듈식 플라스틱 컨베이어 벨트, 평평한 고무, 또는 플라스틱 컨베이어 벨트, 금속 벨트 또는 체인, 또는 비금속 벨트, 또는 금속 힌지 로드에 의해 연결된 체인일 수 있다.

Claims (20)

  1. 컨베이어 프레임;
    상기 컨베이어 프레임 내에 지지되며 자성을 갖는 컨베이어 벨트;
    상기 컨베이어 프레임을 따라 놓이며 상기 컨베이어 벨트를 끌어당기거나 반발하는 자기장을 생성시키도록 배치되는 복수의 전자석;
    상기 컨베이어 벨트의 작동 상태를 감지하고 상기 작동 상태를 나타내는 센서 신호를 제공하는 센서; 및
    상기 센서로부터 상기 센서 신호를 수신하고 상기 컨베이어 프레임 내에 상기 컨베이어 벨트를 위치시키도록 상기 센서 신호에 응답하여 상기 전자석에 의해 생성되는 상기 자기장을 제어하는 제어기를 포함하는 컨베이어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨베이어 벨트는 상기 컨베이어 벨트의 자성을 생성시키고 상기 전자석에 의해 발생하는 상기 자기장과 상호작용하도록 배치되는 복수의 자석을 포함하는, 컨베이어.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자석은 상기 컨베이어 벨트의 제1 측면 에지를 따라 놓이며, 상기 전자석은 상기 컨베이어 벨트의 제1 측면 에지에 근접한 상기 컨베이어 프레임을 따라 놓이는, 컨베이어.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 컨베이어 벨트는 상기 컨베이어 벨트 아래로 연장하며 상기 자석을 수용하는 종속 요소를 포함하며, 상기 전자석은 상기 종속 요소에 근접한 상기 컨베이어 프레임을 따라 놓이는, 컨베이어.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컨베이어 벨트는 자화되는, 컨베이어.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컨베이어 벨트는 비자화되는, 컨베이어.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컨베이어 프레임은 턴을 포함하며, 상기 컨베이어 벨트는 상기 턴 내부의 측면 에지에 자석을 포함하고, 상기 전자석은 상기 컨베이어 벨트의 상기 측면 에지 내의 상기 자석을 반발하도록 상기 턴의 내부에 상기 컨베이어 프레임을 따라 놓이는, 컨베이어.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 상기 컨베이어 벨트와 함께 움직이는, 컨베이어.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 상기 컨베이어 프레임 내에 장착되는, 컨베이어.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 상기 컨베이어 프레임 내의 벨트 속도, 벨트 인장, 벨트 로딩, 벨트 측면 위치, 또는 벨트의 부양 높이를 감지하는, 컨베이어.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 벨트를 구동시키는 모터를 포함하며,
    상기 센서는 모터 전류를 감지하는 전류 센서인, 컨베이어.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전자석은 아래로부터 상기 컨베이어 벨트를 반발하도록 상기 컨베이어 프레임을 따라 위치되는, 컨베이어.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전자석은 위로부터 상기 컨베이어 벨트를 끌어당기도록 상기 컨베이어 프레임을 따라 위치되는, 컨베이어.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전자석은 상기 컨베이어 프레임의 측면으로부터 멀리 상기 컨베이어 벨트를 반발하도록 상기 컨베이어 프레임의 일측면을 따라 위치되는, 컨베이어.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 감지된 작동 상태의 함수로 상기 전자석에 의해 발생한 상기 자기장의 강도를 제어하는, 컨베이어.
  16. 운반 경로를 따라 자성을 갖는 컨베이어 벨트를 전진시키는 단계;
    상기 컨베이어 벨트의 작동 상태를 감지하는 단계;
    상기 운반 경로를 따라 상기 컨베이어 벨트가 자기장을 받게 하는 단계; 및
    상기 운반 경로를 따라 측면으로 또는 수직으로 상기 컨베이어 벨트를 위치시키도록 상기 감지된 작동 상태의 함수로 상기 자기장의 강도를 조절하는 단계를 포함하는, 컨베이어 벨트를 제어하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 컨베이어를 따라 상기 컨베이어 벨트가 자기장을 받게 하는 단계는 상기 컨베이어 벨트를 반발하는 단계를 포함하는, 컨베이어 벨트를 제어하는 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 컨베이어를 따라 상기 컨베이어 벨트가 자기장을 받게 하는 단계는 상기 컨베이어 벨트를 끌어당기는 단계를 포함하는, 컨베이어 벨트를 제어하는 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 자기장의 강도를 조절하는 단계는 상기 운반 경로를 따라 놓인 전자석의 전류를 조절하는 단계를 포함하는, 컨베이어 벨트를 제어하는 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 작동 상태는 벨트 속도, 벨트 인장, 벨트 로딩, 벨트 측면 위치, 벨트의 부양 높이 또는 벨트 모터 전류인, 컨베이어 벨트를 제어하는 방법.
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