KR20210023337A - 서보모터와 토크센서를 이용한 호이스트 장치 - Google Patents

서보모터와 토크센서를 이용한 호이스트 장치 Download PDF

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KR20210023337A
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Abstract

본 발명은 서보모터와 토크센서를 이용한 친환경 고효율 호이스트 장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는, 후크에 장착된 물체를 상부로 권상하도록 메인 프레임의 상부에 와이어 로프를 권선시켜 형성된 와이어드럼의 일측으로 제1 서보모터를 형성하고, 타측으로 컨트롤러를 상기 제1 서보모터와 중간축으로 연결하되, 상기 중간축은 상기 와이어드럼의 내부 중앙에 지지되도록 형성하고, 상기 메인 프레임의 하부 및 컨트롤러에 결합된 제2 서보모터를 통하여 물체를 횡행 이동시키는 호이스트 장치이고, 상기 컨트롤러는 전원공급부; 상기 전원공급부와 상기 제1 및 제2 서보모터 사이에 설치되어 상기 후크의 높이가 미리 설정된 상한 및 하한 값을 초과하는 경우 상기 제1 및 제2 서보모터에 공급되는 전원을 차단하여 상기 후크의 이동을 정지시키는 캠 스위치부; 상기 와이어 드럼의 하부에 결합된 로드셀에 의하여 감지된 상기 후크의 인양물의 무게에 관한 데이터를 전송받아 기준값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제1 서보모터 및 제2 서보모터의 제어신호를 차단할 수 있는 로드셀 컨트롤러; 및 상기 제1 및 제2 서보모터의 기동을 제어하되, 상기 로드셀에 의하여 감지된 무게에 관한 데이터를 전송받아 상기 무게에 대응되도록 기설정된 토크속도로 상기 제1 및 제2 서보모터의 토크속도를 제어하는 모터 전용컨트롤러;를 포함하는 친환경 고효율 호이스트 장치를 개시한다.

Description

서보모터와 토크센서를 이용한 호이스트 장치{HOIST APPARATUS USING SERVO-MOTER AND TORQUE SENSOR}
본 발명은 서보모터와 토크센서를 이용한 호이스트 장치에 관한 것으로 보다 구체적으로는 서보모터와 토크센서를 이용하고, 감속기를 사용하지 않음에 따라 감속기 내부에 들어가는 오일 자체가 필요하지 않은 친환경 고효율 호이스트 장치에 관한 것이다.
최근 산업이 고도화로 발전함에 따라 찰강, 조선, 항만, 건설 등의 중공업 분야 및 제조산업 현장에서 무거운 제품이나 재료 등을 이송하는 작업을 위하여 동력에 의한 호이스트 또는 크레인을 주로 사용하는데 그 중 비교적 중중량 및 경중량의 제품의 이송작업에는 호이스트를 주로 사용하고 중량물 취급 설비중 가장 많이 사용되고 있는 호이스트는 작업장 내에 있어 중량물을 매달아 이것을 모노레일 등에 의해 소정의 장소 및 그 위치까지 운반하기 위해 사용되는 설비로서 일반적인 호이스트를 칭할 때는 전기 호이스트를 뜻하며 이러한 호이스트는 전 세계 공용으로 사용하고 있고 대중화 된 기술이지만 작동 시 모터 소음, 감속기 소음, 단일 속도에 의한 기계부품의 충격과 전원의 잦은 켜고 끄는 작동에 따른 금전적인 에너지 낭비로 인한 소비, 브레이크 패드 및 라이닝을 손상시키는 문제점이 있고 이에 따른 정기적인 점검도 필요하고 감속기 내부의 유성 치차 기어를 원활하게 작동하도록 윤활유를 공급하여야 하기 때문에 환경을 오염시킬 수 있다는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 실시예는 서보모터를 사용하여 호이스트의 동작을 무단 변속으로 제어할 수 있게 함으로써, 감속기를 사용하여 모터의 회전동력을 제어하는 종래의 호이스트 장치에 비하여 원자재 및 에너지 소모를 절감시킬 수 있고, 나아가 제조비용을 감소시킬 수 있는 친환경 고효율 호이스트 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 서보모터에 대한 전용 컨트롤러를 사용함으로써, 가속과 감속을 자유로이 조절가능하게 하여 브레이크의 소손이 없고, 브레이크의 온/오프 동작시 발생되는 소음을 줄일 수 있는 친환경 고효율 호이스트 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 전자식 캠 스위치를 사용하여 사용자로부터 상승 및 하강의 명령이 있을 경우 빛을 감지하여 카운트하게 함으로써, 작업자의 안전성을 증대시킬 수 있는 친환경 고효율 호이스트 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 고효율 호이스트 장치는, 후크에 장착된 물체를 상부로 권상하도록 메인 프레임의 상부에 와이어 로프를 권선시켜 형성된 와이어드럼의 일측으로 제1 서보모터를 형성하고, 타측으로 컨트롤러를 상기 제1 서보모터와 중간축으로 연결하되, 상기 중간축은 상기 와이어드럼의 내부 중앙에 지지되도록 형성하고, 상기 메인 프레임의 하부 및 컨트롤러에 결합된 제2 서보모터를 통하여 물체를 횡행 이동시키는 호이스트 장치이고, 상기 컨트롤러는 전원공급부; 상기 전원공급부와 상기 제1 및 제2 서보모터 사이에 설치되어 상기 후크의 높이가 미리 설정된 상한 및 하한 값을 초과하는 경우 상기 제1 및 제2 서보모터에 공급되는 전원을 차단하여 상기 후크의 이동을 정지시키는 캠 스위치부; 상기 와이어 드럼의 하부에 결합된 로드셀에 의하여 감지된 상기 후크의 인양물의 무게에 관한 데이터를 전송받아 기준값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제1 서보모터 및 제2 서보모터의 제어신호를 차단할 수 있는 로드셀 컨트롤러; 상기 제1 및 제2 서보모터의 기동을 제어하되, 상기 로드셀에 의하여 감지된 무게에 관한 데이터를 전송받아 상기 무게에 대응되도록 기설정된 토크속도로 상기 제1 및 제2 서보모터의 토크속도를 측정하는 토크센서; 및 토크속도를 제어하는 모터 전용컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 컨트롤러는 고속 스위칭 소자를 포함하는 회생컨버터부에 연결되고, 상기 회생컨버터부는 상기 후크가하강시에 상기 고속 스위칭 소자를 통하여 방출되는 열을 상기 제1 서보모터의 회생제동전압으로 사용하게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 모터 전용컨트롤러는 상기 후크의 인양물의 무게에 대한 상기 제1 및 제2 서보모터의 토크속도를 저장하는 데이터 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 모터 전용 컨트롤러는 상기 제1 및 제2 서보모터의 각각의 일측에 설치된 브레이크의 동작을 제어하되, 상기 후크의 이동을 정지시킬 때, 상기 제1 및 제2 서보모터를 정지시킨 다음 상기 브레이크의 동작을 멈추게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 컨트롤러는 대기전력 절감부를 더 포함하되, 상기 대기전력 절감부는, 정류된 직류전압을 상대적으로 낮은 직류전압으로 변환하는 스위칭 전원회로; 상기 스위칭 전원회로로부터 전류를 공급받아 전기 에너지를 충전하는 제1 전기이중층 커패시터; 상기 제1 전기이중층 커패시터의 충전전압으로 작동하여 제1 제어신호를 발생하는 제1 제어신호 발생회로; 상기 스위칭 전원회로로부터 전류를 공급받아 전기 에너지를 충전하는 제2 전기이중층 커패시터; 상기 제2 전기이중층 커패시터의 충전전압으로 작동하여 제 2 제어신호를 발생하는 제2 제어신호 발생회로; 상기 스위칭 전원회로에 바이어스 전류를 공급하는 논리회로; 및 상기 전자기기가 최초로교류전원에 연결될 때 상기 논리회로에 스타트 전류를 공급하는 스타트 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 제어신호 발생회로는 상기 제1 전기이중층 커패시터의 충전전류를 검출하는 제1 전류검출회로; 상기 제1 전류검출회로의 출력을 미분하는 제1 미분회로; 상기 제1 전기이중층 커패시터의 충전전압을 검출하는 제1 전압검출회로; 및 상기 제1 미분회로와 상기 제1 전압검출회로의 출력에 의해 제1 제어신호를 발생하는 제1 플립플롭회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전기이중층 커패시터와 상기 제1 제어신호 발생회로는 상기 기기접지에 연결되고, 상기 제2 전기이중층 커패시터와 상기 제2 제어신호 발생회로와 논리회로와 스타트 회로는 상기 전원접지에 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 제2 제어신호 발생회로는 상기 제2 전기이중층 커패시터의 충전전류를 검출하는 제2 전류검출회로; 상기 제2 전류검출회로의 출력을 미분하는 제2 미분회로; 상기 제2 전기이중층 커패시터의 충전전압을 검출하는 제2 전압검출회로; 및 상기 제2 미분회로와 상기 제1 전압검출회로의 출력에 의해 제2 제어신호를 발생하는 제2 플립플롭회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고효율 호이스트 장치는 서보모터를 사용하여 호이스트의 동작을 무단 변속으로 제어할 수 있게 함으로써, 감속기를 사용하여 모터의 회전동력을 제어하는 종래의 호이스트 장치에 비하여 원자재 및 에너지 소모를 절감시킬 수 있고, 나아가 제조비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 서보모터에 대한 전용 컨트롤러를 사용함으로써, 가속과 감속을 자유로이 조절가능하게 하여 브레이크의 소손이 없고, 브레이크의 온/오프 동작시 발생되는 소음을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전자식 캠 스위치를 사용하여 사용자로부터 상승 및 하강의 명령이 있을 경우 빛을 감지하여 카운트하게 함으로써, 작업자의 안전성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고효율 호이스트 장치를 나타내는 상면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고효율 호이스트 장치를 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고효율 호이스트 장치를 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고효율 호이스트 장치의 컨트롤러를 나타내는 블럭도이다.
도 5는 도 4의 대기전력절감부를 나타내는 블럭도이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고효율 호이스트 장치를 나타내는 상면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고효율 호이스트 장치를 나타내는 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고효율 호이스트 장치를 나타내는 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고효율 호이스트 장치의 컨트롤러를 나타내는 블럭도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고효율 호이스트 장치는 후크(400)에 장착된 물체를 상부로 권상하도록 메인 프레임(500)의 상부에 와이어 로프를 권선시켜 형성된 와이어드럼(300)의 일측으로 제1 서보모터(211)를 형성하고, 타측으로 컨트롤러(100)를 상기 제1 서보모터(211)와 중간축(214)으로 연결하되, 상기 중간축(214)은 상기 와이어드럼(300)의 내부 중앙에 지지되도록 형성하고, 상기 메인 프레임(500)의 하부 및 컨트롤러(100)에 결합된 제2 서보모터(212)를 통하여 물체를 횡행 이동시키는 장치이다.
상기 메인 프레임(500)은 와이어 드럼, 제1 서보모터(211) 및 제2 서보모터(212), 컨트롤러(100)가 메인 프레임(500)의 상하부에 수평고정되어 설치될 수 있다. 상기 와이어 드럼(300) 및 상기 제1 서보모터(211)는 상기 중간축(214)의 회전에 의하여 구동되어 상기 후크(400)를 상하 또는 횡행 주행시키게 된다. 또한, 상기 와이어 드럼(300)은 와이어 권선수만큼 홈을 파서 일정간격으로 와이어를 감아 올리는 장치이다. 한편, 상기 와이어 드럼(300)의 하부에는 로드셀(220)이 결합되어, 상기 후크(400)의 인양물의 무게에 관한 데이터를 감지한다.
상기 제1 서보모터(211)는 상기 후크(400)에 장착된 물체를 권상하도록 구동된다. 이때, 상기 제1 서보모터(211)는 고효율 서보모터(PM MOTOR)를 사용할 수 있다. 여기서, 서보모터는 모터의 정격부하 내에서 주파수에 비례하여 정확한(Slip 없는) 회전을 하는 모터를 의미하는 것으로서, 본 발명에서는 16P쌍극의 형태를 가지고, 영구자석의 자상을 이용하여 저속에서도 속도 토크를 정토크로 유지할 수 있게 있고, 이를 통하여 Pulse(위치) 제어를 용이하게 할 수 있다. 이러한 서보모터는 자계에 영구자석을 사용하는 표면자석형 SPMSM, 매입자석형 IPMSM과 자석을 사용하지 않는 싱크로너스 릴럭턴스 모터 SynRM, 스위치드 릴럭턴스 모터 SRM 등이 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 제1 서보모터(211)의 종류에 대하여 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명에서는 상기 제1 서보모터(211)를 통하여 토크 제어를 용이하게 할 수 있고, 또한 이러한 제어를 위하여 후술하는 모터 전용 콘트롤러(130)를 사용하므로 무단 변속(1HZ~60HZ)이 가능하게 된다.
한편, 상기 중간축(214)의 일측에는 상기 제1 서보모터(211)의 토크속도를 제어할 수 있는 제1 리미트 스위치(213)가 설치되어 있다.
도시되어 있지는 않지만, 물체를 권상하도록 상기 와이어 드럼(300)의 일측과 상기 제1 서보모터(211) 사이에 는 제1 브레이크가 설치되어 있다. 이때, 상기 제1 브레이크는 전자식 브레이크를 사용하여 갭조절 및 구조가 단순하여 초기 셋팅이 쉽고, 모터 전용 컨트롤러를 사용하여 모터 감속후 브레이크가 동작하므로 패드의 소손을 줄일 수 있다.
상기 제2 서보모터(212)는 상기 메인 프레임(500)의 하부이고, 또한 상기 컨트롤러(100)에 결합되어 상기 후크(400)에 장착된 물체를 횡행 이동시키게 된다. 이때, 상기 제2 서보모터(212)는 상기 제1 서보모터(211)와 동일하게 고효율 서보모터(PM MOTOR)를 사용할 수 있다. 여기서, 상기 제2 서보모터(212)는 16P쌍극의 형태를 가지고, 영구자석의 자상을 이용하여 저속에서도 속도 토크를 정토크로 유지할 수 있게 있고, 이를 통하여 Pulse(위치) 제어를 용이하게 할 수 있다. 이러한 제2 서보모터는 자계에 영구자석을 사용하는 표면자석형 SPMSM, 매입자석형 IPMSM과 자석을 사용하지 않는 싱크로너스 릴럭턴스 모터 SynRM, 스위치드 릴럭턴스 모터 SRM 등이 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 제2 서보모터(212)의 종류에 대하여 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명에서는 상기 제2 서보모터(212)를 통하여 토크 제어를 용이하게 할 수 있고, 또한 이러한 제어를 위하여 후술하는 모터 전용 콘트롤러를 사용하므로 무단 변속(1HZ~60HZ)이 가능하게 된다.
한편, 상기 메인 프레임(500)의 하부에는 상기 제2 서보모터(212)의 토크속도를 제어할 수 있는 제2 리미트스위치(510)가 설치되어 있다.
도시되어 있지는 않지만, 상기 제2 서보모터(212)의 일측에는 제2 브레이크가 설치되어 있다. 이러한 제2 브레이크는 상기 제1 브레이크와 동일하게 전자식 브레이크를 사용하여 갭조절 및 구조가 단순하여 초기 셋팅이 쉽고, 모터 전용 컨트롤러를 사용하여 모터 감속후 브레이크가 동작하므로 패드의 소손을 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 종래기술에 따른 호이스트 장치에 부착되던 감속기를 설치하지 않는 대신, 상기 제1 서보모터(211) 및 제2 서보모터(212)를 설치하여 상기 제1 서보모터(211) 및 제2 서보모터(212)의 힘만으로 도르레를 이용하여 토크를 낼 수 있게 하고, 이를 통해 감속기를 제작하는데 걸리는 시간과 자원(steel 등) 각 기어의 열처리 등의 공정을 수행하지 않아도 되고, 더불어 이에 따른 인건비가 절약될 수 있게 된다. 또한, 감속기 무게의 감소로 인해 호이스트 장치의 하중이 줄어들게 되고, 이는 호이스트를 받치고 있는 크레인 거더의 철판 크기를 감소시킬 수 있기 때문에, 철 자재(크레인 제작용 철판)를 감소시켜 제작 업체의 원가 절감과 사용자의 원자재 절감효과가 구현될 수 잇게 된다. 나아가, 감속기가 없으므로 이에 따른 무부하시 동력의 손실을 막을 수 있어서 전기료를 절감할 수 있고, 감속기 내부에 들어가는 오일 자체가 필요치 않으므로 환경오염을 방지할 수 있게 된다.
상기 컨트롤러(100)는 상기 와이어 드럼(300)의 일측에 설치되어 각각의 구성들의 구동을 제어한다. 도 4를 참조하면, 이러한 컨트롤러(100)는 전원공급부(11), 캠 스위치부(20), 로드셀 컨트롤러(50), 모터 전용 컨트롤러(30), 대기전력 절감부(10)를 포함한다.
상기 캠 스위치부(20)는 상기 전원공급부(11)와 상기 제1 서보모터(211) 및 제2 서보모터(212) 사이에 설치되어 상기 후크의 높이가 미리 설정된 상한 및 하한 값을 초과하는 경우 상기 제1 서보모터(211) 및 제2 서보모터(212)에 공급되는 전원을 차단하여 상기 후크(400)의 이동을 정지시킨다. 이러한 캠 스위치부(20)는 빛을 감지하여 카운터하는 방식을 사용하는 전자식 캠 스위치가 사용될 수 있다. 본 발명에서의 전자식 캠 스위치는 상승 하강의 입력이 있을 경우 카운터를 하고, 또한 입력이 없거나 모터 전용 콘트롤러(30)가 오동작시 알람의 기능이 있어 안전 장치의 역할을 수행하므로 작업자의 안전성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 전자식 캠 스위치를 사용하여 상, 하한의 셋팅이 가능하게 할 수 있고, 후크의 높이 표시가 가능하며, 부피가 기존 방식의 1/20정도 작게 설계될 수 있다.
상기 로드셀 컨트롤러(50)는 상기 후크(400)의 인양물의 무게를 감지하는 로드셀(220)의 일측에 설치되어, 상기 로드셀(220)에 의하여 감지된 무게에 관한 데이터를 전송받아 기준값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제1 서보모터(211) 및 제2 서보모터(212)의 제어신호를 차단하게 된다. 본 발명에서는 상기 로드셀(220)과 로드셀 컨트롤러(50)를 설치하여 정격 무게의 50% 미만의 하중이 걸릴 경우 상시브축(스트레인 게이지)의 전자 변화를 감지하게 할 수 있고, 부하에 따라 권상 속도가 2배속으로 운전 가능하게 할 수 있다. 이를 통하여, 생산 시간 및 공정을 감소시킬 수 있고, 이를 통하여 기업의 간접비(인건비, 용역비)를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 매출 증대 및 작업효율을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 모터 전용 컨트롤러(30)는 상기 제1 서보모터(211) 및 제2 서보모터(212)의 기동을 제어하되, 상기 로드셀(220)에 의하여 감지된 무게에 관한 데이터를 전송받아 상기 무게에 대응되도록 기설정된 토크속도로 상기 제1 서보모터(211) 및 제2 서보모터(212)의 토크속도를 제어한다. 이러한 모터 전용 컨트롤러(30)는 가속과 감속을 자유로이 조절하여 0HZ 운전, 즉 제1 서보모터(211) 및 제2 서보모터(212)의 동작이 멈추고 제1 브레이크 및 제2 브레이크를 닫히는 방식으로 제어함으로써, 상기 제1 브레이크 및 제2 브레이크의 소손을 줄일 수 있고, 상기 제1 브레이크 및 제2 브레이크의 온/오프(ON/OFF) 동작시 소음이 적어 소음 공해에 의한 스트레스를 막을 수 있다.
또한, 상기 모터 전용컨트롤러(30)는 제1 서보모터9211) 및 제2 서보모터9212)의 토크속도를 측정하는 토크센서를 포함한다.
또한, 상기 모터 전용컨트롤러(30)는 상기 후크(400)의 인양물의 무게에 대한 상기 제1 서보모터(211) 및 제2 서보모터(212)의 토크속도를 저장하는 데이터 저장부(40)를 더 포함한다.
따라서, 상기 모터 전용 컨트롤러(30)는 상기 제1 서보모터(211) 및 제2 서보모터(212)의 각각의 일측에 설치된 제1 브레이크 및 제2 브레이크의 동작을 제어하되, 상기 후크(400)의 이동을 정지시킬 때, 상기 제1 서보모터(211) 및 제2 서보모터(212)를 정지시킨 다음 상기 제1 브레이크 및 제2 브레이크의 동작을 멈추게 할 수 있다.
한편, 상기 컨트롤러(100)는 고속 스위칭 소자를 포함하는 회생컨버터부(22)에 연결될 수 있다. 여기서, 상기 회생컨버터부(22)는 상기 후크(400)가 하강 시에 상기 고속 스위칭 소자를 통하여 방출되는 열을 상기 제1 서보모터(211)의 회생제동전압으로 사용하게 한다. 이러한 고속 스위칭 소자는 IGBT 고속 스위칭 소자일 수 있다. 본 발명에서는 상기 고속 스위칭 소자를 사용하여 상승 시에는 전력을 소비하지만, 하강 시에는 제1 서보모터(211)의 회생 제동 전압을 다시 사용하는 방식으로 전기료 절감 및 저탄소 고효율 호이스트 역할을 수행하게 함으로써, 생산 직접비를 절감하게 하여 국제 경쟁력을 키울 수 있게 한다.
또한, 상기 컨트롤러(100)는 상기 제1 서보모터(211) 및 제2 서보모터(212)의 제어속도를 미세하게 조정할 수 있도록, 펜던트 스위치(21)에 연결되어 있다. 본 발명에서 사용되는 펜던트 스위치(21)는 기존 접점 타입의 ON/OFF 방식을 배제하고, 포텐시오메타(볼륨형 가변저항방식, 리니어타입 가변저항방식)를 사용한다. 따라서, 본 발명에서는 상기 펜던트 스위치(121)를 통하여 저항의 미세한 전류(4mmA~20mmA) 혹은 전압(+-5V)을 이용하여 상기 제1 서보모터(211) 및 제2 서보모터(212)의 속도를 01HZ까지 분해하여 제어할 수 있다. 또한, 본 고효율 호이스트 장치는 이러한 미세 전류를 사용하므로, 기존 AC110V 교류 전류에 비해 작업자의 안전성을 확보할 수 있게 된다.
도 5는 도 4의 대기전력절감부를 나타내는 회로도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고효율 호이스트 장치의 컨트롤러의 대기전력절감부(10)는, 전원 어댑터를 의미하는 것으로서, 스타트 회로(110), 스위칭 전원회로(120), 제 1 전기이중층 캐패시터(130), 제 1 제어신호 발생회로(140), 제 2 전기이중층 캐패시터(150), 제 2 제어신호 발생회로(160), 포
토커플러(170) 및 논리회로(180)를 포함한다. 여기서, 상기 스타트 회로(110), 제 2 전기이중층 커패시터(150), 제 2 제어신호 발생회로(160) 및 논리회로(180)는 전원접지(3)에 연결되어 있고, 상기 제 1 전기이중층 커패시터(130) 및 상기 제 1 제어신호 발생회로(140) 는 기기접지(4)에 연결되어 있다. 또한, 상기 스위칭 전원회로(120) 및 포토커플러(170)는 전원접지(3) 및 기기접지(4) 양쪽에 모두 연결되어 있다. 따라서, 본 대기전력절감부(10)는 높은 전압의 교류전원(1)이 직접 공급되는 전원접지(3)측과 상대적으로 낮은 전위의 전자기기(5)(즉, 컨트롤러를 구성하는 구성요소로서 전원을 공급받아 구동되는 모든 구성)가 연결되는 기기접지(4)측이 스위칭 전원회로(120) 및 포토커플러(170)를 통해 고도의 절연특성을 유지하면서 전기적으로 결합되어 있다.
상기 스타트 회로(110)는 대기전력절감부(10)의 전원코드가 최초로 교류전원(1)에 연결될 때 논리회로(180)에 스타트 전류를 보낸다. 이때, 상기 스타트 회로(110)는 급격한 전원전압 변동으로 인해 트리거(trigger)되어 상기 논리회로(180)에 스타트 전류를 보내게 된다. 상기 스타트 회로(110)로부터 스타트 전류를 받은 상기 논리회로(180)는 스위칭 전원회로(120)에 바이어스 전류를 보낸다. 즉, 상기 스타트 회로(110)는 대기전력절감부(10)의 전원코드가 최초로 교류전원(1)에 연결될 때 스타트 전류를 보내 논리회로(180)를 통해서 스위칭 전원회로(120)에 바이어스 전류를 공급하는 역할을 한다.
또한, 상기 스타트 회로(110)는 제 2 제어신호 발생회로(160)의 제 2 충전재개신호가 하이(H)에서 로우(L)로 전환될 때 동작을 중지한다. 상기 스타트 회로(110)는 한번 동작이 중지되면, 정전으로 인해 교류전원(1)이 차단되었다가 다시 공급되거나 혹은 전원코드를 분리했다 다시 연결하지 않는 한 영구히 작동하지 않는다.
상기 스위칭 전원회로(120)는 정류기(2)를 통해 공급되는 높은 전압의 직류전원을 변환하여 제 1 전기이중층 커패시터(130) 및 제 2 전기이중층 커패시터(150)를 충전시킨다. 상기 스위칭 전원회로(120)는 제 1 출력단자(A) 및 제 2 출력단자(B)를 포함한다. 상기 스위칭 전원회로(120)는 상기 제 1 출력단자(A)를 통해서 제 1 전기이중층 커패시터(130)를 충전하고, 상기 제 2 출력단자(B)를 통해서 제 2 전기이중층 커패시터(150)를 충전시킨다.
상기 제 1 전기이중층 커패시터(130)는 상기 스위칭 전원회로(120)의 제 1 출력단자(A)의 출력전류로 충전된다. 상기 제 1 전기이중층 커패시터(130)는 제 1 제어신호 발생회로(140)에 전원을 공급하고, 전원 어댑터(100)의 출력단자를 통해 전자기기(5)에 전원을 공급한다.
상기 제 1 제어신호 발생회로(140)는 제 1 전기이중층 커패시터(130)의 충전상태를 측정하여 제 1 제어신호를 발생시킨다. 여기서, 상기 제 1 제어신호는 포토커플러(170)를 통해 논리회로(180)에 전달된다. 상기 제 1 제어신호 발생회로(140)는 제 1 전류검출회로(141), 제 1 미분회로(142), 제 1 전압검출회로(143) 및 제 1 플립 플롭회로(144)를 포함한다.
상기 제 1 전류검출회로(141)는 상기 제 1 전기이중층 커패시터(130)의 충전전류를 검출하여 상기 충전전류가 임계전류보다 낮으면 하이 신호를 출력하여 제 1 미분회로(142)에 보낸다.
상기 제 1 미분회로(142)는 상기 제 1 전류검출회로(141)의 하이 신호를 미분하여 짧은 펄스폭의 제 1 충전중지신호를 발생시켜 제 1 플립플롭회로(144)에 보낸다.
상기 제 1 전압검출회로(143)는 상기 제 1 전기이중층 커패시터(130)의 충전전압을 검출하여 상기 충전전압이 임계전압보다 낮으면 제 1 충전재개신호를 발생시켜 제 1 플립플롭회로(144)에 보낸다.
상기 제 1 플립플롭회로(144)는 상기 제 1 전압검출회로(143)의 출력신호를 받는 세트단자, 상기 제 1 미분회로(142)의 출력신호를 받는 리세트단자 및 제 1 제어신호를 출력하는 출력단자를 포함한다.
상기 제 1 플립플롭회로(144)는 상기 세트단자를 통해 받은 제 1 충전재개신호에 의해 세트(set)되어 상기 출력단자(Q)에 제 1 제어신호로서 하이신호를 출력한다. 즉, 상기 제 1 플립플롭회로(144)는 상기 제 1 전압검출회로(143)로부터 받은 제 1 충전재개신호에 의해 세트(set)되어 하이를 갖는 제 1 제어신호를 출력하고, 상기 제 1 제어신호는 포토커플러(170)를 통해 논리회로(180)에 전달된다. 상기 제 1 플립플롭회로(144)는 상기 리세트단자(R)에 제 1 충전중지신호가 들어올 때까지 상기 출력단자(Q)의 상태를 하이로 유지한다.
상기 제 1 플립플롭회로(144)는 상기 리세트단자(R)를 통해 받은 제 1 충전중지신호에 의해 리세트(reset)되어 상기 출력단자(Q)에 제 1 제어신호로서 로우신호를 출력한다. 즉, 상기 제 1 플립플롭회로(144)는 상기 제 1 미분회로(142)로부터 받은 제 1 충전중지신호에 의해 리세트(reset)되어 로우를 갖는 제 1 제어신호를 출력하고, 상기 제 1 제어신호는 포토커플러(170)를 통해 논리회로(180)에 전달된다. 상기 제 1 플립플롭회로(144)는 상기 세트단자(S)에 제 1 충전재개신호가 들어올 때까지 상기 출력단자(Q)의 상태를 로우로 유지한다.
상기 제 2 전기이중층 캐패시터(150)는 상기 스위칭 전원회로(120)의 제 2 출력단자(B)의 출력전류로 충전된다. 상기 제 2 전기이중층 커패시터(150)는 제 2 제어신호 발생회로(160)에 전원을 공급한다.
상기 제 2 제어신호 발생회로(160)는 제 2 전기이중층 커패시터(150)의 충전상태를 측정하여 제 2 제어신호를 발생시킨다. 여기서, 상기 제 2 제어신호는 논리회로(180)에 전달된다. 상기 제 2 제어신호 발생회로(160)는 제 2 전류검출회로(161), 제 2 미분회로(162), 제 2 전압검출회로(163) 및 제 2 플립플롭회로(164)를 포함한다.
상기 제 2 전류검출회로(161)는 상기 제 2 전기이중층 커패시터(150)의 충전전류를 검출하여 상기 충전전류가 임계전류보다 낮으면 하이 신호를 출력하여 제 2 미분회로(162)에 보낸다.
상기 제 2 미분회로(162)는 상기 제 2 전류검출회로(161)의 하이 신호를 미분하여 짧은 펄스폭의 제 2 충전중지신호를 발생시켜 제 2 플립플롭회로(164)에 보낸다.
상기 제 2 전압검출회로(163)는 상기 제 2 전기이중층 커패시터(150)의 충전전압을 검출하여 상기 충전전압이 임계전압보다 낮으면 제 2 충전재개신호를 발생시켜 제 2 플립플롭회로(164)에 보낸다.
상기 제 2 플립플롭회로(164)는 상기 제 2 전압검출회로(163)의 출력신호를 받는 세트단자(S), 상기 제 2 미분회로(162)의 출력신호를 받는 리세트단자(R) 및 제 2 제어신호를 출력하는 출력단자(Q)를 포함한다.
상기 제 2 플립플롭회로(164)는 상기 세트단자(S)를 통해 받은 제 2 충전재개신호에 의해 세트(set)되어 상기 출력단자(Q)에 제 2 제어신호로서 하이신호를 출력한다. 즉, 상기 제 2 플립플롭회로(164)는 상기 제 2 전압검출회로(163)로부터 받은 제 2 충전재개신호에 의해 세트(set)되어 하이를 갖는 제 2 제어신호를 출력하고, 상기 제 2 제어신호는 논리회로(180)에 전달된다. 상기 제 2 플립플롭회로(164)는 상기 리세트단자(R)에 제 2충전중지신호가 들어올 때까지 상기 출력단자(Q)의 상태를 하이로 유지한다.
상기 제 2 플립플롭회로(164)는 상기 리세트단자(R)를 통해 받은 제 2 충전중지신호에 의해 리세트(reset)되어 상기 출력단자(Q)에 제 2 제어신호로서 로우신호를 출력한다. 즉, 상기 제 2 플립플롭회로(164)는 상기 제 2 미분회로(162)로부터 받은 제 2 충전중지신호에 의해 리세트(reset)되어 로우를 갖는 제 2 제어신호를 출력하고, 상기 제 2 제어신호는 논리회로(180)에 전달된다. 상기 제 2플립플롭회로(164)는 상기 세트단자(S)에 제 2 충전재개신호가 들어올 때까지 상기 출력단자(Q)의 상태를 로우로 유지한다.
상기 포토커플러(170)는 상기 제 1 제어신호 발생회로(140)에서 발생한 제 1 제어신호를 고도의 절연상태를 유지하면서 기기접지(4)측에서 전원접지(3)측으로 전달한다.
상기 논리회로(180)는 상기 스타트 회로(110)에서 공급되는 스타트 전류와, 상기 제 1 제어신호 발생회로(140)에서 발생한 제 1 제어신호와, 상기 제 2 제어신호 발생회로(160)에서 발생한 제 2 제어신호의 논리합(OR)을 구하여 상기 스위칭 전원회로(120)에 바이어스 전류를 공급하거나 차단한다. 즉, 상기 논리회로(180)는 상기 스위칭 전원회로(120)에 바이어스 전류를 공급하거나 차단함으로써, 상기 스위칭 전원회로(120)를 제어하는 역할을 한다.
예를 들어, 상기 논리회로(180)는 스타트 회로(110)로부터 스타트 전류를 받거나 제 1 제어신호가 하이이거나 제 2 제어신호(CC2)가 하이이면, 상기 스위칭 전원회로(120)에 바이어스 전류를 공급한다. 이에 따라, 상기 스위칭 전원회로(120)는 제 1 전기이중층 커패시터(130) 및 제 2 전기이중층 커패시터(150)를 충전시킨다. 즉, 상기 논리회로(180)는 스타트 전류, 제 1 제어신호, 제 2 제어신호 중 적어도 하나만 하이이면, 상기 스위칭 전원회로(120)에 바이어스 전류를 공급한다.
예를 들어, 상기 논리회로(180)는 스타트 회로(110)로부터 스타트 전류를 받지 못하고(L) 제 1 제어신호가 로우이고 제 2 제어신호가 로우이면, 상기 스위칭 전원회로(120)에 공급되는 바이어스 전류를 차단한다. 이에 따라, 상기 스위칭 전원회로(120)는 제 1 전기이중층 커패시터(130) 및 제 2 전기이중층 커패시터(150)의 충전을 중지시킨다. 즉, 상기 논리회로(180)는 스타트 전류, 제 1 제어신호 및 제 2 제어신호가 모두 로우이면, 상기 스위칭 전원회로(120)에 공급되는 바이어스 전류를 차단한다. 이때, 상기 논리회로(180)가 바이어스 전류를 차단하여 상기 스위칭 전원회로(120)의 동작이 중지되면, 교류전원(1)에서 관측되는 대기전력절감부(10)의 전력손실은 제로(zero)가 된다.
이와 같이, 본 대기전력절감부(10)는 대기상태에서 교류전원(10)을 완전히 차단함으로써, 외부에서 관측되는 대기전력 손실을 제로로 만들 수 있다. 또한, 본 대기전력절감부(10)는 스위칭 전원회로(120)를 사용하여 전기이중층 커패시터를 충전하고, 그 충전전압을 전자기기(50)의 전원으로 공급한다. 그리고, 전기이중층 커패시터의 충전전압이 임계전압 이하로 내려갈 때, 수초 혹은 수십초의 짧은 시간동안 스위칭 전원회로(120)를 가동하여 전기이중층 커패시터를 충전시킨다. 이에 따라, 본 대기전력절감부(10)의 대기시간을 무한대로 할 수 있다. 더불어, 또한, 본 대기전력절감부(10)는 전기이중층 커패시터의 충전전류를 검출하여 충전중지를 명
령하므로, 충전전압에 영향을 받지 않으며 안정되고 정교한 제어를 할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 친환경 고효율 호이스트 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 대기전력절감부 11: 전원 공급부
20: 캠스위치 21: 팬던트 스위치
22: 회생컨버터부 30: 모터전용 컨트롤러
40: 데이터 저장부 50: 로드셀 컨트롤러
100: 컨트롤러 211: 제1 서보모터
212: 제2 서보모터 220: 로드셀
300: 와이어 드럼 400: 후크
500: 메인 프레임

Claims (8)

  1. 후크에 장착된 물체를 상부로 권상하도록 메인 프레임의 상부에 와이어 로프를 권선시켜 형성된 와이어드럼의 일측으로 제1 서보모터를 형성하고, 타측으로 컨트롤러를 상기 제1 서보모터와 중간축으로 연결하되, 상기 중간축은 상기 와이어드럼의 내부 중앙에 지지되도록 형성하고, 상기 메인 프레임의 하부 및 컨트롤러에 결합된 제2 서보모터를 통하여 물체를 횡행 이동시키는 호이스트 장치이고,
    상기 컨트롤러는
    전원공급부;
    상기 전원공급부와 상기 제1 서보모터 및 제2 서보모터 사이에 설치되어 상기 후크의 높이가 미리 설정된 상한 및 하한 값을 초과하는 경우 상기 제1 서보모터 및 제2 서보모터에 공급되는 전원을 차단하여 상기 후크의 이동을 정지시키는 캠 스위치부;
    상기 와이어 드럼의 하부에 결합된 로드셀에 의하여 감지된 상기 후크의 인양물의 무게에 관한 데이터를 전송받아 기준값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제1 서보모터 및 제2 서보모터의 제어신호를 차단할 수 있는 로드셀 컨트롤러; 및
    상기 제1 서보모터 및 제2 서보모터의 기동을 제어하되, 상기 로드셀에 의하여 감지된 무게에 관한 데이터를 전송받아 상기 무게에 대응되도록 기설정된 토크속도로 상기 제1 서보모터 및 제2 서보모터의 토크속도를 제어하는 모터 전용컨트롤러(30);를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 고효율 호이스트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 고속 스위칭 소자를 포함하는 회생컨버터부에 연결되고,
    상기 회생컨버터부는 상기 후크가 하강시에 상기 고속 스위칭 소자를 통하여 방출되는 열을 상기 제1 서보모터의 회생제동전압으로 사용하게 하는 것을 특징으로 하는 친환경 고효율 호이스트 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모터 전용컨트롤러는 상기 후크의 인양물의 무게에 대한 상기 제1 서보모터 및 제2 서보모터의 토크속도를 저장하는 데이터 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 고효율 호이스트 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모터 전용 컨트롤러는 상기 제1 서보모터 및 제2 서보모터의 각각의 일측에 설치된 제1 브레이크 및 제2 브레이크의 동작을 제어하되, 상기 후크의 이동을 정지시킬 때, 상기 제1 서보모터 및 제2 서보모터를 정지시킨 다음 상기 제1 브레이크 및 제2 브레이크의 동작을 멈추게 하는 것을 특징으로 하는 친환경 고효율 호이스트 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 대기전력 절감부를 더 포함하되,
    상기 대기전력 절감부는,
    정류된 직류전압을 상대적으로 낮은 직류전압으로 변환하는 스위칭 전원회로;
    상기 스위칭 전원회로로부터 전류를 공급받아 전기 에너지를 충전하는 제1 전기이중층 커패시터;
    상기 제1 전기이중층 커패시터의 충전전압으로 작동하여 제1 제어신호를 발생하는 제1 제어신호 발생회
    로;
    상기 스위칭 전원회로로부터 전류를 공급받아 전기 에너지를 충전하는 제2 전기이중층 커패시터;
    상기 제2 전기이중층 커패시터의 충전전압으로 작동하여 제 2 제어신호를 발생하는 제2 제어신호 발생회로;
    상기 스위칭 전원회로에 바이어스 전류를 공급하는 논리회로; 및
    상기 컨트롤러가 최초로 교류전원에 연결될 때 상기 논리회로에 스타트 전류를 공급하는 스타트 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 고효율 호이스트 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 제어신호 발생회로는
    상기 제1 전기이중층 커패시터의 충전전류를 검출하는 제1 전류검출회로;
    상기 제1 전류검출회로의 출력을 미분하는 제1 미분회로;
    상기 제1 전기이중층 커패시터의 충전전압을 검출하는 제1 전압검출회로; 및
    상기 제1 미분회로와 상기 제1 전압검출회로의 출력에 의해 제1 제어신호를 발생하는 제1 플립플롭회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 고효율 호이스트 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전기이중층 커패시터와 상기 제1 제어신호 발생회로는 상기 기기접지에 연결되고, 상기 제2 전기이중층 커패시터, 상기 제2 제어신호 발생회로, 상기 논리회로 및 스타트 회로는 상기 전원접지에 연결된 것을 특징으로 하는 친환경 고효율 호이스트 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2 제어신호 발생회로는
    상기 제2 전기이중층 커패시터의 충전전류를 검출하는 제2 전류검출회로;
    상기 제2 전류검출회로의 출력을 미분하는 제2 미분회로;
    상기 제2 전기이중층 커패시터의 충전전압을 검출하는 제2 전압검출회로; 및
    상기 제2 미분회로와 상기 제2 전압검출회로의 출력에 의해 제2 제어신호를 발생하는 제2 플립플롭회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 고효율 호이스트 장치.
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