KR20160110161A - 자석 롤러 - Google Patents

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KR20160110161A
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발터 바우어
마르쿠스 비젠당어
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제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하
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Abstract

강자성 표면상에서 회전하기 위한 자석 롤러(100)가 제공된다. 자석 롤러(100)는 내부 공간(112)을 가지는 롤러 바퀴(110), 자석 어레이 설비(120), 및 적어도 하나의 제1 구동 메커니즘(130)을 포함한다. 또한, 자석 어레이 설비(120)는 롤러 바퀴(110)의 내부 공간(112) 내에서 선회 가능하게 배치되도록 적응된다. 자석 어레이 설비(120)는 강한 접착력 측부(122)와 약한 접착력 측부(124)를 포함한다. 또한, 제1 구동 메커니즘(130)은 자석 어레이 설비(120)를 선회 가능하게 구동하도록 구성된다. 제1 구동 메커니즘(130)은 강자성 표면상에서 앞으로 롤러 바퀴(110)를 움직이는 것을 가능하게 하도록, 강한 접착력 측부(122)를 다가오는 강자성 표면을 향해 유도하고, 약한 접착력 측부(124)를 이전의 강자성 표면을 향해 유도하도록 자석 어레이 설비(120)를 선회 가능하게 구동한다.

Description

자석 롤러{MAGNETIC ROLLER}
본 발명은 일반적으로 예를 들어 접근하기 어려운 보일러 또는 터빈들의 내부 공간들의 검사를 위하여, 검사 디바이스들 또는 로봇들이 설치될 수 있는 강자성 표면을 위한 자석 롤러들에 관한 것이다.
강자성 표면상에서 검사 디바이스 또는 임의의 다른 디바이스를 움직이도록, 종종 자석 바퀴들이 접착을 위해 사용된다. 그러나, 이러한 자석 바퀴들은 대체로 자석 접착력이 강할 때 자석 접착력을 관리하는 면에서, 또한 주어진 방향으로 자석 접착력을 안내하거나 또는 검사 위치로부터 자석 바퀴를 갖는 디바이스를 치우는 면에서 다루기 힘들 수 있다.
일반적으로, 비자성 램프(non-magnetic ramp)가 자석 접착력을 관리하는 것에 관한 문제를 감소시키도록 사용될 수 있는 설비가 있을 수 있지만, 이러한 것은 접근하기 어려운 검사 위치의 경우에 비효율적으로 보인다. 또한, 검사 디바이스를 리프팅하도록 사용될 수 있는 자석 바퀴들을 갖는 검사 디바이스에 통합된 레버 또는 핸들 설비를 가질 수 있지만, 이러한 것은 자석 접착력이 여전히 작업중임에 따라서 비효율적인 것으로 보인다. 또한, 전형적으로 짧은 힘 또는 제한된 필드를 가지는 강자성 슈들을 구비한 자석 바퀴들이 또한 이용 가능하며, 이는 대체로 바람직하지 않다. 이러한 이용 가능한 해결 수단은 검사 위치들에서 벽 천이(wall transition) 또는 장애물 네비게이션(obstacle navigation)처럼 난제들을 관리하는데 비효율적인 것으로 보인다.
따라서, 상기된 문제를 피하고 효과적인 해결 수단을 제공할 필요가 존재한다.
본 발명은 일부 추가적인 이점과 함께, 상기된 결점들을 극복하지만 그 모든 이점을 포함하도록 의도된 본 발명의 하나 이상의 양태들의 기본적인 이해를 제공하도록 다음의 간략화된 요약에서 제공될 자석 롤러를 개시한다. 이러한 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니다. 이는 본 발명의 핵심 또는 중요한 요소들을 증명하지도 않고 본 발명의 범위를 정하지도 않도록 의도된다. 오히려, 본 요약의 유일한 목적은 본 발명의 일부 개념, 이후에 제공되는 상세한 설명에 대한 도입부로서 간략화된 형태로 그 양태 및 이점을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 강자성 표면상에서 주어진 방향으로 용이하게 순항하도록 자석 접착력을 용이하게 조작할 수 있는 자석 롤러를 만드는 것이다. 본 발명의 목적은 이러한 자석 롤러를 통합하는 검사 디바이스를 만드는 것이다.
본 발명의 한 양태에서, 강자성 표면상에서 회전하기 위한 자석 롤러가 제공된다. 자석 롤러는 롤러 바퀴, 자석 어레이 설비(magnetic array arrangement) 및 적어도 하나의 제1 구동 메커니즘을 포함한다. 롤러 바퀴는 내부 공간을 포함한다. 또한 자석 어레이 설비는 롤러 바퀴의 내부 공간 내에서 선회 가능하게(swivelably) 배치되는데 적합하다. 자석 어레이 설비는 강한 접착력 측부와 약한 접착력 측부를 포함한다. 또한, 제1 구동 메커니즘은 자석 어레이 설비를 선회 가능하게 구동하도록 구성된다. 제1 구동 메커니즘은, 다가오는 강자성 표면을 향하여 강한 접착력 측부를 유도하고 강자성 표면상에서 앞으로 롤러 바퀴가 움직이는 것을 가능하게 하기 위해 이전의 강자성 표면을 향해 약한 접착력 측부를 유도하도록, 자석 어레이 설비를 선회 가능하게 구동한다.
한 실시예에서, 자석 롤러는 롤러 바퀴를 구동하도록 구성된 적어도 하나의 제2 구동 메커니즘을 추가로 포함한다.
한 실시예에서, 자석 어레이 설비는 할바흐 어레이 설비(Halbach array arrangement)에 배열된 영구 자석들을 포함할 수 있다.
본 발명의 한 양태에서, 검사 로봇이 제공된다. 검사 로봇은 강자성 표면에 의해 경계가 정해질 수 있는 보일러 벽 또는 임의의 내부 구조의 독립적인 검사에 능력이 있다. 검사 로봇은 강자성 표면상에서 검사 로봇을 움직일 수 있기 위하여 검사 로봇에 통합된 적어도 하나의 자석 롤러를 포함한다.
본 발명을 특징화하는 다양한 신규성의 특징들과 함께, 본 발명의 다른 양태들과 함께 이러한 것들은 본 발명에서의 특이성에 의해 주목된다. 본 발명, 그 작동 이점, 및 그 사용의 보다 양호한 이해를 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들이 도시된 첨부 도면 및 기술적 요지에 대한 참조가 만들어진다.
본 발명의 이점 및 특징들은 다음의 상세한 설명과 첨부 도면과 협력하여 취해진 청구항들을 참조하여 보다 잘 이해될 것이며, 도면에서, 동일한 요소들은 동일한 도면부호로 식별된다:
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따라서 자석 어레이 설비와, 이에 통합된 자석 롤러의 개략적인 스케치를 각각 도시하며;
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따라서 자석 롤러의 예의 사시도 및 단면도를 각각 도시하며;
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라서 강자성 표면상에서 자석 롤러의 작동을 도시하며;
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라서 강자성 벽 설비 상에서 자석 롤러의 작동을 도시하며;
도 5는 도 2a 및 도 2b의 자석 롤러를 통합하는 검사 로봇을 도시하며;
도 6a 내지 도 6d는 강자석 벽 설비 상에서 자석 롤러를 통합하는 검사 로봇의 작동을 도시한다.
동일한 도면 부호들은 도면 중 몇몇 도면의 설명 도처의 동일한 부분들을 인용하다.
본 발명의 완전한 이해를 위하여, 상기된 도면과 관련하여, 첨부된 청구항들을 포함하는 다음의 상세한 설명을 참조한다. 다음의 설명에서, 설명의 목적을 위하여, 많은 특정 상세들이 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 본 발명이 이러한 특정 상세없이 실시될 수 있다는 것은 당업자에게는 자명할 것이다. 다른 예들에서, 구조 및 디바이스들은 본 발명을 모호하게 하는 것을 피하기 위하여 단지 블록도의 형태로 도시된다. "한 실시예", "실시예", "다른 실시예", "다양한 실시예들"에 대한 본 명세서에서의 참조는 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 본 명세서의 다양한 곳에서 구문 "한 실시예에서"의 출현은 반드시 모두 동일한 실시예를 인용하지도, 또는 다른 실시예들을 상호 제외하는 별도의 또는 대안적인 실시예를 인용하는 것이 아니다. 또한, 일부 실시예들에 의해 보여지고 다른 실시예들에 의해서는 보이지 않을 수 있는 다양한 특징들이 설명된다. 유사하게, 일부 실시예들에 대해서는 요구일 수 있지만 다른 실시예들에 대해서는 요구가 아닐 수 있는 다양한 요구들이 설명된다.
비록 다음의 설명이 예시의 목적을 위하여 많은 내용을 포함할지라도, 당업자는 이러한 상세에 대한 많은 변화 및/또는 대안들이 본 발명의 범위 내에 있는 것을 예측할 것이다. 유사하게, 비록 본 발명의 특징들이 서로에 관하여 또는 서로에 관련하여 설명되었을지라도, 당업자는 이러한 많은 특징들이 다른 특징들에 관계없이 제공될 수 있다는 것을 예측할 것이다. 따라서, 본 발명의 이러한 설명은 제한을 부과함이 없이 본 발명에 대한 일반론에 대한 어떠한 손실없이 설명된다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 상대적인 용어들은 어떠한 순서, 평가 또는 중요도를 나타내지 않으며, 오히려 다른 것으로부터 하나의 요소를 구별하도록 사용된다. 또한 용어들 "하나의" 및 "다수의" 는 양의 제한을 나타내는 것이 아니고, 오히려 인용된 물품 중 적어도 하나의 존재를 나타낸다.
도 1a, 도 1b, 도 2a 및 도 2b를 참조하여, 자석 롤러(100)의 예의 도식적인 예시는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라서 설명된다. 자석 롤러(100)는 강자성 표면('F') 상에서 회전할 수 있다. 자석 롤러(100)는 롤러 바퀴(110), 자석 어레이 설비(120), 및 적어도 하나의 제1 구동 메커니즘(130)을 포함한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 롤러 바퀴(110)는 이와 함께 구성된 내부 공간(112)을 포함할 수 있다. 롤러 바퀴(110)는 자기 차폐 효과를 가지지 않는 물질, 예를 들어, 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 상기 물질은 롤러 바퀴(110)가 또한 바퀴에 제공되는 표면상에서 충분한 파지를 가질 수 있도록 선택될 수 있다. 또한, 바퀴(110)는 이러한 표면상에서 개선된 파지를 유발하는 코팅을 포함할 수 있거나, 또는 횡방향 리브들과 같은 요소들을 가질 수 있다.
또한, 자석 어레이 설비(120)는 롤러 바퀴(110)의 내부 공간(112) 내에 선회 가능하게 배치되는데 적합할 수 있다. 자석 어레이 설비(120)는 요구에 따라서 내부 공간(112)에서 자유롭게 선회 가능 또는 회전 가능할 수 있으며, 강자성 표면('F') 또는 벽 상에서 자석 롤러(100)의 움직임에 의존할 수 있다. 하나의 바람직한 실시예에서, 자석 어레이 설비(120)는 어레이의 일측부에서 자기장을 증가시키는 한편 다른 측부에서 거의 제로로 자기장을 소거하는 자석 어레이 설비(120)를 구성하고, 이에 의해 자석 어레이 설비(120)의 강한 접착력 측부(122)와 약한 접착력 측부(124)를 구성하도록 도 1b에 도시된 바와 같은 할바흐 어레이 설비에 배열된 다양한 영구 자석(126)들을 포함한다.
자석 어레이 설비(120)가 내부 공간(112)에서 자유롭게 선회 가능하거나 또는 회전 가능하게 하도록, 제1 구동 메커니즘(130)은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 자석 어레이 설비(120)에 구성된다. 제1 구동 메커니즘(130)은 롤러 바퀴(110)가 강자성 표면상에서 앞으로 움직일 수 있도록 다가오는 강자성 표면('F')을 향하여 강한 접착력 측부(122)를, 이전의 강자성 표면('F')을 향해 약한 접착력 측부(124)를 유도하도록 자석 어레이 설비(120)를 선회 가능하게 구동하는데 적합하다. 약한 접착력 측부(124)는 거의 0이도록 매우 약한 접착을 포함하여, 거의 0인 접착력을 가능하게 한다.
한 실시예에서, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 자석 롤러(100)는 제1 구동 메커니즘(140)과 별개인, 롤러 바퀴(110)를 구동하도록 구성된 적어도 하나의 제2 구동 메커니즘(140)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 구동 메커니즘(130 및 140)들은 롤러 바퀴(110)의 내부 공간(112) 내에 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 제1 및 제2 구동 메커니즘(130 및 140)들은 롤러 바퀴(110)의 내부 공간(112) 외부에 구성될 수 있다. 또한 실시예에서, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 단지 하나의 구동 메커니즘만이 2개의 구동 메커니즘 대신 롤러 바퀴(110)와 자석 어레이 설비(120)를 작동시키도록 통합될 수 있다.
작동 시에, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 자석 롤러(100)는 강자성 표면('F') 상에서 효과적으로 구를 수 있다. 강자성 표면('F') 상에서 효과적으로 자석 롤러(100)를 상승시키기 위하여, 자석 어레이 설비(120)는 강자성 표면('F') 상에서 주어진 방향으로 용이하게 순항하기 위해 자석 접착력을 조작하도록 회전될 수 있다. 예를 들어, 자석 어레이 설비(120)의 강한 접착력 측부(122)(하방 화살표로 지시된)는 다가오는 강자성 표면('F')을 향해 유도될 수 있으며, 약한 접착력 측부(124)(상향 화살표로 지시된)는 이전의 강자성 표면('F')을 향해 유도될 수 있으며, 이에 의해, 자석 롤러(100)가 다가오는 표면을 파지하고 이전 또는 떠나는 표면을 해제하고, 강자성 표면('F') 상에서 더욱 자유롭게 순항하는 것을 가능하게 한다. 유사하게, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 자석 롤러(100)는 강자성 표면('F')을 구비한 벽들 상에서 효과적으로 구를 수 있다. 이러한 시나리오에서, 자석 어레이 설비(120)의 강한 접착력 측부(122)는 다가오는 벽을 향해 유도된다.
본 발명의 자석 롤러(100)는 의도된 목적을 수행할 수 있는 임의의 적절한 디바이스 또는 설비에 통합될 수 있다. 예를 들어, 도 5 및 도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이, 자석 롤러(100)는 강자성 표면(14)에 의해 경계가 정해진 보일러 벽(12)들 또는 스트림 또는 가스 터빈들의 독립적인 검사를 위한 검사 로봇(10)에 통합될 수 있다. 검사 로봇(10) 디자인에 의존하여, 자석 롤러(100)의 수는 변경될 수 있다. 검사 로봇(10)의 구조 및 배열, 다양한 관련 요소들이 당업자에게 공지되어 있으므로, 본 발명의 이해하기 위한 목적을 위하여, 그 구조의 모든 상세 및 설명이 자세히 설명되는 것이 필요한 것으로 간주되지 않는다. 오히려, 검사 로봇(10)에서, 단지 본 발명의 다양한 실시예들의 설명과 관련있는 그 구성요소들만이 간단히 설명되면 충분한 것으로 간주된다.
도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이, 작동 시에, 2개의 자석 롤러(100)들을 구비한 검사 로봇(10)은 보일러의 강자성 벽 설비(12) 상에서 상승하는데 적합하고, 다른 도면들과 관련하여 설명될 것이다. 도 6a에서, 자석 롤러(100)들 모두에서 자석 어레이 설비(120)의 강한 접착력 측부(122)들은 수평 벽('H')을 향한다. 전방 자석 롤러(100)가 수직 벽('V') 상에서 움직이려고 할 때, 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 자석 어레이 설비(120)의 강한 접착력 측부(122)들은 수직 벽('V')을 대면하도록 제1 구동 메커니즘(130)을 통해 선회 또는 회전되도록 적응되는 한편, 후방 자석 롤러(100)의 약한 접착력 측부(124)들은 수평 벽('H')을 대면한다. 또한, 후방 자석 롤러(100)가 수직 벽('V')을 대면할 때, 자석 어레이 설비(120)의 강한 접착력 측부(122)들은 수직 벽('V')을 대면하도록 제1 구동 메커니즘(130)을 통해 선회된다. 자석 어레이 설비(120)는, 검사 로봇(100)이 벽에서 벽으로 천이할 수 있도록 다가오는 벽을 향하여 강한 접착력 측부(122)들이 대면하는 것을 가능하게 하도록 제1 구동 메커니즘(130)을 통해 자석 롤러(100) 내부에서 능동적으로 선회될 수 있으며, 검사 로봇은 그렇지 않으면 현재 구동중인 벽에 달라붙어 남게 된다.
본 발명의 자석 롤러(100)는 상기된 바와 같은 다양한 범위들에서 유익하다. 롤러는 강자성 표면상에서 주어진 방향으로 용이하게 순항하도록 자석 접착력을 용이하게 조작할 수 있다. 또한, 이러한 롤러가 검사 디바이스와 같은 임의의 적절한 디바이스에 통합될 때, 검사 디바이스가 벽에서 벽으로 천이하는 것을 가능하게 하고, 검사 디바이스는 그렇지 않으면 현재 구동중인 벽에 달라붙어 남게 된다.
본 발명의 특정 실시예들의 상기된 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 실시예들은 개시된 정밀한 형태로 본 발명을 망라하거나 또는 제한하도록 의도되지 않고, 명백하게 많은 수정 및 변형이 상기 교시의 관점에서 가능하다. 실시예들은 본 발명의 원리 및 그 실제 적용을 설명하기 위하여 선택되고 설명되었으며, 이에 의해, 당업자가 고려된 특정 용도에 적합한 것으로서 본 발명 및 다양한 실시예들을 다양한 변형으로 가장 잘 이용하는 것을 가능하게 한다. 상황이 편법을 제안하거나 또는 제공함에 따라서, 다양한 생략 및 등가물의 대체가 고려되지만, 이러한 것은 본 발명의 청구항의 사상 또는 범위를 벗어남이 없이 적용 또는 실시를 포함하도록 의도되는 것으로 이해된다.
100 자석 롤러
110 롤러 바퀴
112 내부 공간
120 자석 어레이 설비
122 강한 접착력 측부
124 약한 접착력 측부
126 영구 자석들
130 제1 구동 메커니즘
140 제2 구동 메커니즘
10 검사 로봇
12 보일러 벽들
14 강자성 표면
V 수직 벽
H 수평 벽
F 강자성 표면

Claims (4)

  1. 강자성 표면('F') 상에서 회전하기 위한 자석 롤러(100)로서,
    내부 공간(112)을 가지는 롤러 바퀴(110);
    상기 롤러 바퀴(110)의 내부 공간(112) 내에 선회 가능하게 배치되고, 강한 접착력 측부(122)와 약한 접착력 측부(124)를 가지는 자석 어레이 설비(120); 및
    상기 강한 접착력 측부(122)를 다가오는 강자성 표면을 향해 유도하고,
    상기 약한 접착력 측부(124)를 이전의 강자성 표면을 향해 유도하여, 상기 강자성 표면상에서 앞으로 상기 롤러 바퀴(110)를 움직이는 것을 가능하게 하도록,
    상기 자석 어레이 설비(120)를 선회 가능하게 구동하도록 구성된 적어도 하나의 제1 구동 메커니즘(130)을 포함하는 자석 롤러.
  2. 제1항에 있어서, 상기 롤러 바퀴(110)를 구동하도록 구성된 적어도 하나의 제2 구동 메커니즘(140)을 추가로 포함하는 자석 롤러.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자석 어레이 설비(120)는 할바흐 배열 설비에 배열된 영구 자석들을 포함하는 자석 롤러.
  4. 강자성 표면(14)에 의해 경계가 정해진 보일러 벽(12)들의 독립적인 검사를 위한 검사 로봇(10)으로서,
    상기 검사 로봇(10)이 보일러 벽(12) 상에서 움직이는 것을 가능하게 하기 위하여 제1항에 따른 적어도 하나의 자석 롤러(100)를 포함하는 검사 로봇.
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