KR20150116598A - 마그네틱 브레이크 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 마그네틱 브레이크 장치에 관한 것으로, 비자성금속을 포함하는 튜브(1)와 튜브(1)내에 설치되는 회전판(2)으로 구성되고, 회전판(2)은 외주면의 자석식입홈(21)에 자석(4)이 식입된 것을 특징으로 하며, 나아가, 철로 된 튜브(1) 내주면에 비자성금속체식입홈(11)을 가지고, 상기 비자성금속체식입홈(11)에 비자성금속체(4)를 식입하여서 되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 브레이크 장치를 제공하여, 회전판이 무단속으로 회전하게 되므로 회전이 유연하며, 마모에 의한 간극의 변화 및 각 부품의 형상 변화가 없고, 균일한 장력 유지로, 롤에 고무로 되는 타이어 제조용의 반제품을 감을 경우 또는 감겨진 고무 반제품을 풀어 사용할 때 재료의 변형을 최소화함으로써 타이어의 유니포미티(UNIFORMITY) 등의 품질을 향상시킬 수 있게 하는 것임.

Description

마그네틱 브레이크 장치{Magnetic brake system}

본 발명은, 자석의 자기력에 의한 와전류 현상에 의해 발생되는 토오크를 이용하여 회전축에 대해 감속 및 정지 제어를 할 수 있도록 한 자기 브레이크 장치에 관한 것으로, 특히, 타이어 등을 제조하기 위한 연속물 반제품을 저장하는 랙(Rack) 또는 얼레(Bobbine) 등에 재료를 감거나(Winding) 성형을 위해 감겨진 반제품을 풀어낼(Unwinding) 때에 일정한 장력을 부여하기 위해 장착되는 브레이크(Brake)에 적합한 마그네틱 브레이크 장치를 제공하기 위한 것이다.

종래에는 이러한 브레이크 장치로 공기압 디스크 브레이크 장치(AIR DISK BRAKE)가 흔히 사용되어 왔던 바, 이는 장력이 불균일하고, 마모에 의해 수명이 짧으며, 압축공기 공급을 위한 공기 호스(AIR HOSE)를 필요로 하여 브레이크 장치를 포함하는 랙이나 얼레의 이동에 제한을 받는 등의 문제점이 있었다.

타이어는 고무, 카본 블랙, 유황 및 기타 고무용 약품을 혼합한 배합고무를 압출하여 고무판을 형성시키고, 또 상기 배합고무를 코드(CORD), 비드 와이어(BEAD WIRE) 등에 토핑(TOPPING)하는 압연 공정을 거치는 등의 작업으로 여러 가지 반제품을 제조하고, 이와 같이 하여 제조된 상기 반제품들을 조합하는 성형공정을 거쳐 그린케이스(GREEN CASE)라고 하는 생타이어가 제조되고, 생타이어는 금형에 넣고 가열 가황하여 타이어 형상으로 성형시키는 가황공정을 거쳐 타이어가 제조된다. 위와 같은 타이어 제조 공정에서, 생타이어를 제조하기 위해서는 연속되게 압출되는 고무판이나 고무를 토핑하여 압연시켜서 되는 압연물을 보관해야 하는 바, 이러한 보관을 위해 롤(ROLL)이나 얼레(BOBBIN)를 사용하게 된다.

위와 같은 연속된 반제품은 와인더(WINDER)에 의해서 라이너(Liner: 반제품이 약하므로 반제품과 함께 감는 덧대기 판체)와 함께 감겨지는데 이때 롤이나 보빈에 걸리는 장력이 크면 반제품이 압착으로 인해 변형되어 치수가 변하게 되며, 반대로 장력이 부족하게 되면 재료가 감긴 사이에 공간이 생기게 되는 등 일정한 감김이 불가하게 된다. 따라서 이러한 재료를 와인딩할 때에는 와인더의 장력이 균일하고 지속적으로 유지되어야만 한다. 또한 롤이나 엘레에 감겨져 보관된 각각의 압출 및 압연물을 성형공정에서 조합할 때, 보관되어 있는 압출 및 압연물은 미가황 상태이기 때문에 점성은 크지만 탄성이 적어 와인딩 시 장력이 컸던 반제품은 풀릴 때 라이너와의 점착력이 커서 반제품이 늘어나게 되며 반대로 장력이 적어 느슨하게 감긴 반제품은 풀릴 때 필요 이상으로 풀려 성형 시 정확한 조합이 어렵게 되어 완성된 타이어에서 유니포미티(UNIFORMITY)를 해하여 타이어의 품질이 저하되는 문제가 있으므로 연속된 반제품을 롤이나 엘레에 와인딩하거나 성형을 위해 풀 때에는 적당한 장력을 유지시키는 장치가 필요하다.

이러한 장력을 부여하기 위해 종래에는 공기압 브레이크 장치(AIR DISK BRAKE)를 사용하고 있는 바, 이는 호스(Hose)를 통해 압축 공기가 유입되면 피스톤이 동작하여 마찰판체의 라이닝(Lining)이 회전판과 접촉하고 이의 마찰에 의해 브레이킹 되는 구조로, 장력은 공기 압력에 의해 조정된다. 그러나 이러한 공기압 브레이크 장치는 공기압에 의해 작동되므로 호스로 연결되어야만 동작하기 때문에 이동에 대한 제약이 있고, 공기 압력이 불균일할 경우 장력 또한 불균일해지며, 압축공기의 기밀성 유지를 위해 다수의 오링(O-RING)을 사용하고 있는 바, 오링의 손상 시 소정의 장력을 유지할 수 없다. 또한, 브레이킹(BRAKING)은 마찰판체의 라이닝이 회전판(HUB DISK)과 접촉되는 마찰력에 의하므로 마모에 의한 장력 변화를 초래하게 되어 마찰판체의 라이닝을 주기적으로 교체해 주어야 할 뿐아니라, 장치 내의 복잡한 구조 및 많은 부품으로 인하여 잦은 고장 발생과 수명이 짧은 등의 문제점이 있다.

이와 같은 단점을 해결하기 위해 자석을 회전판에 설치하고 회전판의 외측에 다시 자석을 가지는 튜브를 설치하되 회전판과 튜브의 자석의 극이 서로 반대되는 또는 동일한 극이 되게 설치하여서 되는 브레이크 장치를 마련하였던 바, 이와 같은 브레이크 장치는 장력에 의한 브레이크 효과는 있으나, 이는 내외부 간의 자석이 근접 시에는 장력이 증가하고 멀어지면 감소하는 효과에 의해 회전 시 단속적으로 장력 증감하기 때문에 균일한 장력을 얻을 수 없는 단점이 있음을 알았다.

그리고, 특허 제10-0914168호(출원번호;10-2009-0048059)“마그네틱 브레이크 장치”는, 회전축에 휠을 설치하고, 상기 휠의 외측면에 자석을 설치하며, 좁은 관경부와 넓은 관경부를 가지도록 단차진 형태의 원통형 슬라이드 하우징의 좁은 관경부 내측면에 에디 커렌트 발생부를 설치하며, 좁은 관경부 외측면에 히트싱크를 이용한 방열수단을 설치하고, 상기 슬라이드 하우징을 슬라이드시켜 상기 에디 커렌트 발생부와 상기 자석 간의 근접 면적에 따른 제동토오크를 제어하기 위한 슬라이드 작동수단을 설치하며, 상기 슬라이드 하우징 단부 내측면에 접촉식 패드를 설치하여 자석설치휠과의 접촉식 브레이크 작동이 가능하도록 구성함으로써, 비접촉식 마그네트 브레이크 기능과 접촉식 브레이크 기능을 함께 사용할 수 있고, 면적 제어에 의한 제동토오크를 정밀하게 제어하며, 방열수단에 의한 냉각으로 열화방지 및 수명연장이 가능하게 되는 브레이크 장치를 제공한다.

그리고, 특허 제10-1033844호 (출원번호;10-2007-0069997) “마그네틱 브레이크 장치”는, 비철금속으로 이루어져 회전축에 고정된 회전원판과; 상기 회전원판을 가운데에 두고 상하에서 대향하게 원호상으로 자석이 배열설치되고, 상기 회전축에 대해 상하 이동이 가능하게 설치되는 제1,제2자석디스크와; 상기 회전축을 제동시키기 위하여 제1,제2자석 디스크의 간격을 근접시키는 방향으로 이동시키거나 이격되는 방향으로 이동시키는 브레이크 작동 수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

그런데, 위 선행 기술의 마그네틱 브레이크 장치들은 자석 플레이트와 비철금속 플레이트 사이의 이격거리에 따라 토크(TORQUE)를 제어하게 되어 있는바, 구조가 매우 복잡하며 제어가 어렵고, 이들 선행 기술 모두 이격 거리 제어를 위한 별도의 동력이 필요하므로 이동에 제약이 있고 마찰에 의하므로 공기압 브레이크 장치(AIR DISK BRAKE)의 단점을 그대로 계승하고 있는 문제점이 있다.

이에 본 발명은, 고압 공기 등과 같이 외부로부터 유입되는 별도의 동력이 불필요하게 하여 브레이크 장치의 이동에 대한 제약을 없애고, 항상 일정한 장력을 유지하며, 브레이크의 구조를 단순화하여 반영구적으로 사용할 수 있게 하며, 에너지를 절감하고, 유지보수 비용을 절감시키며, 생산성을 향상시키게 하는 브레이크 장치를 제공하고자 한다.

위와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 유도전류에 의한 자기장은 자속의 변화를 방해하는 방향이 된다는 렌츠의 법칙을 이용하여, 구리 등의 비자성금속을 포함하는 튜브(TUBE)의 내부에, 회전축에 설치되고 영구자석이 설치된 회전판(MOVE PLATE)를 설치하여 회전 시 발생하는 장력에 의해 브레이킹(BRAKING)되게 함으로써 균일한 장력을 유지함과 동시에 비접촉이어서 마모되는 부분이 없어 수명이 반영구적이며, 외부 동력이 불필요하여 동력연결을 위한 호오스 또는 전선이 필요 없으므로 이동의 제약성을 해소하며 무단속에 의한 부드러운 장력을 갖는 마그네틱 브레이크 장치를 제공한다.

즉, 본 발명은, 구리 등의 비자성금속을 포함하는 튜브(TUBE)와, 상기 튜브 내의 회전축에 설치되는 회전판으로 구성되고, 상기 회전판은, 회전판의 외주연에 서로 이격되게 설치되는 2개 이상의 자석식입홈을 가지며, 상기 자석식입홈에 식입된 자석을 가지는 마그네틱 브레이크 장치를 제공하여, 회전판이 회전할 때 발생하는 전자기 유도 현상으로 일정한 장력을 반영구적으로 유지하게 하며, 자석식입홈에 설치되는 자석의 수효를 조절하여 회전판의 회전력을 방해하는 장력의 크기를 조절할 수 있게 하는 마그네틱 브레이크(MAGNETIC BRAKE)장치를 제공한다.

위와 같이 구성된 본 발명은 외부로부터 유입되는 공기압 등과 같은 별도의 동력을 사용하지 않음으로써 설치 장소를 이동함에 있어서 제약을 받지 아니하며, 별도의 동력이 없어도 장력이 일정하게 유지되므로, 에어 디스크 브레이크(AIR DISK BRAKE)를 사용하여 회전력을 제어하던 과거에 이동 시 동력이 끊어져 반제품이 풀리는 현상을 방지하기 위해 별도로 장착하던 고정장치가 필요 없게 되며, 브레이크의 구조가 단순하게 되며, 주기적으로 교체하여야 하는 라이닝과 같은 부품이 필요 없게 되며, 비접촉으로 전자기 유도 현상을 이용하여 장력이 발생하는 구조이므로 마찰에 의한 마모가 전혀 없어 반영구적으로 사용할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 회전판의 둘레에 식입되는 자석의 수, 자력, 또는 회전판의 외측에 설치되는 비자성 금속 튜브의 두께와 소재, 이 비자성금속의 연속 또는 불연속 등에 따라 회전판의 회전력을 방해하는 장력의 크기가 변화하므로 위 요소들의 적절한 조합으로 필요한 장력을 얻을 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예의 요부를 발췌 도시한 것으로
(가)는 정면도이고
(나)는 단면도임
도2는 도1에 도시된 실시예의 분해 사시도
도3은 본 발명의 제2 실시예의 요부를 발췌 도시한 것으로
(가)는 정면도이고
(나)는 단면도임
도4는 도3에 도시된 실시예의 분해 사시도임
도5는 도3에 도시된 실시예를 구체적으로 실시하기 위한 설계도로서 회전판이나 튜브를 회전축과 직교되는 원주 방향으로 자른 단면도임
도6은 상기 비자성금속을 포함하는 튜브(1)가, 철(Fe)로 되고, 철로 된 튜브(1) 내면에 상기 회전판(2)의 자석식입홈(21)에 대응하는 비자성금속체식입홈(11)을 가지고, 상기 비자성금속체식입홈(11)에 식입된 비자성금속체(4)를 가지는 도 3 및 도4의 마그네틱 브레이크 장치에 있어서, 회전판(2)에 설치되는 자석(3)의 수량과 장력의 크기 관계를 도시한 것임.
도7은 상기 비자성금속을 포함하는 튜브(1)가, 철(Fe)로 되고, 철로 된 튜브(1) 내면에 상기 회전판(2)의 자석식입홈(21)에 대응하는 비자성금속체식입홈(11)을 가지고, 상기 비자성금속체식입홈(11)에 식입된 비자성금속체(4)를 가지는 도 3 및 도4의 마그네틱 브레이크에 있어서, 튜브의 직경 변화에 따른 장력의 크기 변화도임.

본 발명은, 첨부된 도면 도1 및 도2에 도시된 바와 같이,

구리 등의 비자성금속을 포함하는 튜브(1, TUBE)와, 상기 튜브 내의 회전축(5; 도4에 도시된 축과 같음)에 설치되는 회전판(2)으로 구성되고,

상기 회전판(2)은, 회전판(2)의 외주연에 서로 이격되게 설치되는 2개 이상의 자석식입홈(21)을 가지며, 상기 자석식입홈(21)에 식입된 자석(3)을 가지는,

마그네틱 브레이크 장치를 제공하여,

회전판(2)이 회전할 때 발생하는 전자기 유도 현상으로 일정한 장력을 반영구적으로 유지하게 하며, 자석식입홈(21)에 설치되는 자석(3)의 수효를 조절하여 회전판(2)의 회전력을 방해하는 장력의 크기를 조절할 수 있게 한다.

튜브(1)에 포함되어야 하는 비자성금속체는 구리, 청동, 황동, 백동 및 알루미늄 중에서 선택되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 자석(3)은 막대자석인 것이 바람직하다. 회전판(2)에 설치된 모든 자석(3)은 외측의 튜브(1)를 향하여 동일한 극(N 또는 S)이 표출되는 것이 바람직하다.

상기 비자성금속을 포함하는 튜브(1,TUBE)는 튜브(1) 자체가 비자성 금속으로 형성시켜서 되는 것일 수 있으나, 본 발명은 이에서 나아가, 첨부된 도면 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 상기 비자성금속을 포함하는 튜브(1)가, 철(Fe)로 되고, 철로 된 튜브(1) 내면에 서로 이격되게 설치되는 2개 이상의 비자성금속체식입홈(11)을 가지며, 상기 비자성금속체식입홈(11)에 식입된 비자성금속체(4)를 가지는 마그네틱 브레이크 장치를 제공하여, 회전판(2)의 회전을 방해하는 장력을 강화하며, 또한, 비자성금속체식입홈(11)에 식입된 비자성금속체(4)의 수효를 조절하여 회전판(2)의 회전력을 방해하는 장력의 크기를 조절할 수 있게 하는 마그네틱 브레이크 장치를 제공한다.

비자성금속체식입홈(11)에 식입되는 비자성금속체(4)들이나, 회전판(2)의 자석식입홈(21)에 설치되는 자석은 2열 이상의 다수 열로 설치될 수 있다.

본 발명의 마그네틱 브레이크 장치에 있어서, 회전판(2)의 회전력을 제어하는 장력은 식입되는 자석(3)의 수, 당해 자석(3)의 자력, 튜브(1)에 포함되는 비자성금속체(4)가 구리, 청동, 황동, 백동 및 알루미늄 중에서 선택되는 금속의 종류, 당해 금속의 두께, 이 비자성금속체(4)의 설치 상태, 즉 하나의 비자성금속체로 된 것인지 아니면 2개 이상의 다수 비자성금속체가 간격을 두고 떼어져 설치된 것인지의 여부 등에 따라 변화하므로, 위와 같은 자석(3)의 수, 자력, 비자성금속체(4)의 두께, 비자성금속체(4)의 수효의 선택적 조합으로, 또, 회전판(2)의 외주면과 튜브(1) 내면 사이의 이격거리 조절로, 필요한 장력을 얻을 수 있다.

그러나 비자성금속체소재로 되는 튜브(1)의 내경과 자석을 가지는 회전판(2) 사이의 간극의 크기에 따라 장력이 변화한다 하더라도, 본 발명의 마그네틱 브레이크 장치에 간격 조정 장치를 설치하기에는 간격 조정 장치의 구성이 비교적 복잡하며, 계속되는 회전 및 충격에 의해 변화될 염려가 있으므로, 일정한 장력을 유지하기 위해서는, 튜브(1)와 회전판(2) 사이의 간격은 이들 튜브(1)와 회전판(2)이 접촉되지 않는 한 최대한 근접시켜 고정시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우 일정한 장력을 유지시키는 일이 용이할 수 있다.

즉, 기존의 공기압 디스크 브레이크 장치는 공기 압력을 조절함으로써 브레이크의 장력을 변경할 수는 있으나, 공기가 없으면 작동이 불가하고 공기 압력이 불균일하거나 누설이 있는 경우 장력이 불균일하게 되며 공기 압력에 의한 라이닝의 마찰력에 의해 브레이킹되기 때문에 필연적으로 라이닝이 마모되므로 장력이 불균일하고, 이러한 브레이크는 오링(O-RING) 등의 사용을 포함하여 그 구조가 복잡하여 내구성이 저하하는 문제점이 있다. 이에 대하여, 본 발명의 마그네틱 브레이크 장치는 비접촉식으로 자석에 의한 자속의 증가를 방해하는 방향의 유도에 의한 것이기 때문에 한번 설정된 장력은 자력이 저하하지 않는 한 반 영구적으로 균일한 장력을 유지하게 된다.

이상과 같은 본 발명의 마그네틱 브레이크 장치에 대하여 위에서는 랙 장치(RACK CAR)를 많이 사용하는 타이어제조공정을 예로 기술하였으나, 이와 유사하게 연속물을 롤(ROLL) 또는 얼레(BOBBIN) 등에 감아서 보관하는 공정을 가지는 제직, 방직, 제지공정 등에 적용 가능하다.

실험에 의하면, 튜브(1)가 비자성금속체로 구성된 도1 및 도2에 도시된 실시예에 있어서 보다는, 내부에 요철을 구성한 철제 튜브(1)의 내주면 홈에 구리 등의 비자성금속체를 설치하는 경우 장력이 현저히 증가한다. 실제로 도1 및 도2에 도시된 실시예에 있어서의 토크(TORQUE)는 0.5kgf·m에 불과하나 도3 및 도4에 도시된 실시예의 경우 토크가 5kgf·m로 약 10배 증가하였다.

도6은 상기 비자성금속을 포함하는 튜브(1)가, 철(Fe)로 되고, 철로 된 튜브(1) 내면에 상기 회전판(2)의 자석식입홈(21)에 대응하는 비자성금속체식입홈(11)을 가지고, 상기 비자성금속체식입홈(11)에 식입된 비자성금속체(4)를 가지는 도 3 및 도4의 마그네틱 브레이크 장치에 있어서, 회전판(2)에 설치되는 자석(3)의 수량과 장력의 관계를 도시한 것이다. 이를 보면 자석(3)의 수량이 증가할수록, 즉, 자력이 커질수록 장력이 증가하는 것을 알 수 있다.

도7은 상기 비자성금속을 포함하는 튜브(1)가, 철(Fe)로 되고, 철로 된 튜브(1) 내면에 상기 회전판(2)의 자석식입홈(21)에 대응하는 비자성금속체식입홈(11)을 가지고, 상기 비자성금속체식입홈(11)에 식입된 비자성금속체(4)를 가지며, 튜브(1)와 회전판(2) 사이의 간격은 각 1 mm인 도 3 및 도4의 마그네틱 브레이크 장치에 있어서, 튜브(1)의 직경 변화에 따른 장력 변화도이다. 이를 보면, 튜브(1)의 내경이 증가할수록 장력이 증가하는 것을 나타내고 있는 바, 이는 내경 증가에 따라 회전판(2)에 설치되는 자석(3)이 증가되기 때문인 것으로 보인다.

1. 튜브
11. 비자성금속체식입홈
2. 회전판
21. 자석식입홈
3. 자석
4. 비자성금속체
5. 회전축

Claims (2)

1. 비자성금속을 포함하는 튜브(1, TUBE)와, 상기 튜브 내의 회전축에 설치되는 회전판(2)으로 구성되고, 상기 회전판(2)은, 회전판(2)의 외주연에 서로 이격되게 설치되는 2개 이상의 자석식입홈(21)을 가지며, 상기 자석식입홈(21)에 식입된 자석(3)을 가지는 것을 특징으로 하는 마그네틱 브레이크 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 튜브(1)는, 철로 형성되고, 철로 된 튜브(1) 내주면에 서로 이격되게 설치되는 2개 이상의 비자성금속체식입홈(11)을 가지며, 상기 비자성금속체식입홈(11)에 비자성금속체(4)를 식입하여서 되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 브레이크 장치.
   

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