KR102801621B1

KR102801621B1 - 마그네틱 리프트 장치

Info

Publication number: KR102801621B1
Application number: KR1020200160928A
Authority: KR
Inventors: 박상훈; 백명기; 곽창섭; 이희준; 여창호; 정진교
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2025-04-29
Anticipated expiration: 2040-11-26
Also published as: KR20220073134A

Abstract

본 발명은 마그네틱 리프트 장치에 관한 것으로서, 대상물에 자기력을 제공하는 하나 이상의 영구자석; 둘 이상의 작용면을 구비하며, 상기 영구자석의 일 극과 접촉되는 제1 폴피스; 둘 이상의 작용면을 구비하며, 상기 영구자석의 타 극과 접촉되는 제2 폴피스; 상기 제1 폴피스의 일 작용면과 상기 제2 폴피스의 일 작용면 사이에 배치되어 제1 배치 상태와 제2 배치 상태 사이를 회전하며, 상기 회전을 통해 자기 흐름을 변경하는 전동 회전자를 포함한다.

Description

마그네틱 리프트 장치{MAGNETIC LIFT DEVICE}

본 발명은 마그네틱 리프트 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동 회전자를 이용하여 대상물에 작용하는 자기력을 제어할 수 있는 마그네틱 리프트 장치에 관한 것이다.

일반적으로 마그네틱 리프트 장치는 자석의 자력을 매개로 하여 철판 또는 철재로된 피흡착물을 이송시키거나 적재하기 위해 사용되는 장치로서, 다양한 산업 현장에서 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 마그네틱 리프트 장치를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 마그네틱 리프트 장치(10)는 제1 폴피스(pole piece, 11), 제2 폴피스(12), 회전 영구자석(13), 고정 영구자석(14), 제1 코일(15) 및 제2 코일(16)을 포함한다.

제1 및 제2 폴피스(11, 12)는 철과 같은 강자성체 재질로 이루어지며, 작용면(11a, 12a)을 구비한다. 회전영구자석(13)은 S극이 제1 폴피스(11)와 근접하여 자기적으로 연결됨과 동시에, N극이 제2 폴피스(12)에 근접하여 자기적으로 연결되는 제1 배치상태와, N극이 제1 폴피스(11)에 근접하여 자기적으로 연결됨과 동시에, S극이 제2 폴피스(12)에 근접하여 자기적으로 연결되는 제2 배치상태 간에 전환되도록 회전 가능하게 배치된다.

고정 영구자석(14)은 N극이 제1 폴피스(11)의 일 단면에 접촉되고, S극이 제2 폴피스(12)의 일 단면에 접촉되도록 배치된다. 제1 코일(15)은 제1 폴피스(11)에 감기도록 형성되고, 제2 코일(16)은 제2 폴피스(12)에 감기도록 형성된다.

이와 같은 구성을 갖는 마그네틱 리프트 장치(10)의 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 제1 및 제2 코일(15, 16)에 전류를 전혀 인가하지 않으면, 회전 영구자석(13)은 고정 영구자석(14)에 의한 제1 폴피스(11) 및 제2 폴피스(12)의 자화에 의해 자동적으로 제1 배치 상태로 이동된다. 이러한 경우, 도면의 점선과 같이, 내부 순환 자기 흐름이 형성된다. 이에 따라, 제1 및 제2 폴피스(11, 12)의 작용면들(11a, 12a) 방향으로는 자기 흐름이 형성되지 않아, 대상물이 작용면들(11a, 12a)에 부착될 수 없다.

제1 및 제2 폴피스(11, 12)의 작용면들(11a, 12a) 방향으로 자기흐름을 형성하려면 제1 및 제2 코일(15, 16)에 전류를 인가한다. 즉, 제1 폴피스(11)의 작용면(11a) 방향으로 N극이 형성되고, 그 반대편으로 S극이 형성되도록 제1 폴피스(11)에 감긴 제1 코일(15)에 전류를 인가한다. 그리고, 제2 폴피스(12)의 작용면(12a) 방향으로 S극이 형성되고, 그 반대편으로 N극이 형성되도록 제2 폴피스(12)에 감긴 제2 코일(16)에 전류를 인가한다.

제1 및 제2 코일(15, 16)에 인가되는 전류가 충분히 크다면, 회전 영구자석(13)과 대면하는 제1 폴피스(11)의 면은 S극을 띄게 되고, 회전 영구자석(13)과 대면하는 제2 폴피스(12)의 면은 N극을 띄게 된다. 이에 따라, 회전 영구자석(13)은 제2 배치 상태로 전환되고, 제1 및 제2 폴피스(11, 12)의 작용면들 (11a, 12a)이 각각 N극과 S극을 띄게 되어 대상물을 부착할 수 있게 된다. 이때, 자기 흐름은 대상물을 통과하도록 형성된다. 일단, 자기 흐름이 형성되면 코일(15)에 인가되는 전류를 제거하여도 자기 흐름이 유지됨에 따라, 부착 상태가 그대로 유지된다. 이후, 부착된 대상물을 해제하기 위해서는 제1 및 제2 코일(15, 16)에 소정의 전류를 인가하면 된다.

그런데, 종래의 마그네틱 리프트 장치(10)는 회전 영구자석(13)의 동작과 방향에 의해 대상물을 들어올리거나 떨어뜨릴 수 있기 때문에 회전 영구자석(13)의 안정적인 동작이 요구되지만 회전 영구자석(13)의 오 작동을 제어할만한 장치가 마련되어 있지 않은 문제가 있다. 예를 들어, 마그네틱 리프트 장치(10)로 들어 올리고자 하는 대상물의 두께가 얇은 경우, 해당 대상물에서 자기 포화 현상이 발생하여 코일 동작 시 회전 영구자석이 원하는 방향으로 동작하지 않게 됨에 따라 해당 대상물을 들어올리지 못하는 문제가 발생한다. 따라서, 마그네틱 리프트 장치의 오 동작을 방지하기 위한 방안이 필요하다.

삭제

KR

10-2020-0013031

A

KR

10-2020-0010552

A

JP

2006-325298

A

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 제1 배치 상태와 제2 배치 상태 사이를 회전하는 전동 회전자를 이용하여 영구자석 및 폴피스를 통해 생성되는 자기력을 제어할 수 있는 마그네틱 리프트 장치를 제공함에 있다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 대상물에 자기력을 제공하는 하나 이상의 영구자석; 둘 이상의 작용면을 구비하며, 상기 영구자석의 일 극과 접촉되는 제1 폴피스; 둘 이상의 작용면을 구비하며, 상기 영구자석의 타 극과 접촉되는 제2 폴피스; 상기 제1 폴피스의 일 작용면과 상기 제2 폴피스의 일 작용면 사이에 배치되어 제1 배치 상태와 제2 배치 상태 사이를 회전하며, 상기 회전을 통해 자기 흐름을 변경하는 전동 회전자를 포함하는 마그네틱 리프트 장치를 제공한다.

좀 더 바람직하게는, 상기 제1 및 제2 폴피스는 영구자석을 기준으로 서로 대칭되는 형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제1 및 제2 폴피스는 서로 일정 거리만큼 이격되도록 배치되고, 영구자석을 기준으로 서로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

좀 더 바람직하게는, 상기 전동 회전자는 회전자 코어, 코일, 제1 자성체 돌기, 제2 자성체 돌기, 제1 비자성체 돌기 및 제2 비자성체 돌기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제1 자성체 돌기는 회전자 코어의 일 면 가장자리 영역 중 제1 비자성체 돌기와 마주보는 방향에 배치되고, 상기 제2 자성체 돌기는 회전자 코어의 타 면 가장자리 영역 중 제1 자성체 돌기와 대각선 반대 방향에 배치되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제1 비자성체 돌기는 회전자 코어의 일 면 가장자리 영역 중 상기 제1 자성체 돌기와 마주보는 방향에 배치되고, 상기 제2 비자성체 돌기는 회전자 코어의 타 면 가장자리 영역 중 제1 비자성체 돌기와 대각선 반대 방향에 배치되는 것을 특징으로 한다.

좀 더 바람직하게는, 상기 전동 회전자는, 미리 결정된 제1 파형의 전류가 코일에 인가된 경우, 제2 배치 상태에서 제1 배치 상태로 회전하고, 상기 제1 파형과 반대 위상을 갖는 제2 파형의 전류가 코일에 인가된 경우, 상기 제1 배치 상태에서 상기 제2 배치 상태로 회전하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제1 배치 상태는 제1 및 제2 자성체 돌기가 제1 및 제2 폴피스의 제1 작용면에 근접하여 대향하도록 배치된 상태이고, 상기 제2 배치 상태는 제1 및 제2 비자성체 돌기가 제1 및 제2 폴피스의 제1 작용면에 근접하여 대향하도록 배치된 상태이다.

좀 더 바람직하게는, 상기 전동 회전자가 제1 배치 상태에 위치하는 경우, 제1 폴피스의 제1 작용면과 제2 폴피스의 제1 작용면 사이는 제1 및 제2 자성체 돌기들을 통해 자기적으로 연결되어, 내부 순환 자기 흐름이 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 전동 회전자가 제2 배치 상태에 위치하는 경우, 제1 폴피스의 제1 작용면과 제2 폴피스의 제1 작용면 사이는 제1 및 제2 비자성체 돌기들에 의해 자기 흐름이 차단되고, 대상물의 위치에 대응하는 제1 폴피스의 제2 작용면과 제2 폴피스(120)의 제2 작용면 방향으로 자기 흐름이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예들에 따른 마그네틱 리프트 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 코일로 인가되는 전류의 파형에 대응하여 제1 배치 상태와 제2 배치 상태 사이를 회전하는 전동 회전자를 이용하여 영구자석 및 폴피스를 통해 생성되는 자기 흐름을 자동으로 제어할 수 있고, 그에 따라 대상물을 안정적으로 탈/부착시킬 수 있는 장점이 있다.

다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 마그네틱 리프트 장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 마그네틱 리프트 장치를 나타내는 도면;
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그네틱 리프트 장치를 나타내는 도면;
도 2b는 도 2a에 도시된 전동 회전자의 세부 구성을 나타내는 도면;
도 2c 및 도 2d는 도 2a의 마그네틱 리프트 장치의 동작 원리를 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 3a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마그네틱 리프트 장치를 나타내는 도면;
도 3b 및 도 3c는 도 3a의 마그네틱 리프트 장치의 동작 원리를 설명하기 위해 참조되는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 제1 배치 상태와 제2 배치 상태 사이를 회전하는 전동 회전자를 이용하여 영구자석 및 폴피스를 통해 생성되는 자기력을 제어할 수 있는 마그네틱 리프트 장치를 제안한다.

이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그네틱 리프트 장치를 나타내는 도면이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 전동 회전자의 세부 구성을 나타내는 도면이고, 도 2c 및 도 2d는 도 2a의 마그네틱 리프트 장치의 동작 원리를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.

도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그네틱 리프트 장치(100)는 제1 폴피스(110), 제2 폴피스(120), 영구자석(130) 및 전동 회전자(140)를 포함한다.

제1 폴피스(110)는 철(Fe)과 같은 강자성체 재질로 이루어지며, 둘 이상의 작용면들(111, 113)을 구비한다. 제1 폴피스(110)는 영구자석(130)의 일 극(가령, N극)에 접촉되도록 형성되며, 상기 영구자석(130)의 자기력에 의해 자화되는 성질을 갖는다.

제2 폴피스(120)는 철(Fe)과 같은 강자성체 재질로 이루어지며, 둘 이상의 작용면들(121, 123)을 구비한다. 제2 폴피스(120)는 영구자석(130)의 타 극(가령, S극)에 접촉되도록 형성되며, 상기 영구자석(130)의 자기력에 의해 자화되는 성질을 갖는다.

제1 및 제2 폴피스(110, 120)는 영구자석(130)에 의해 생성된 자기력이 특정 방향으로 흐를 수 있도록 안내하는 자로(磁路) 역할을 수행한다. 이를 위해, 제1 및 제2 폴피스(110, 120)는 서로 일정 거리만큼 이격되도록 배치되고, 영구자석(130)을 기준으로 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 폴피스(110, 120)는 영구자석(130)을 기준으로 서로 대칭되는 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 폴피스(110, 120)는 F자 모양으로 형성될 수 있으며, 반드시 이에 제한되지는 않는다.

영구자석(130)은 대상물(50)을 들어 올리기 위한 자기력(또는 자력, magnetic force)을 제공한다. 영구자석(130)은 제1 폴피스(110)와 제2 폴피스(120) 사이에 고정되도록 배치된다. 일 예로, 영구자석(130)은 자신의 N극이 제1 폴피스(110)의 일 면에 접촉되도록 배치되고, S극이 제2 폴피스(120)의 일 면에 접촉되도록 배치된다.

전동 회전자(140)는 제1 폴피스(110)의 제2 작용면(113)과 제2 폴피스(120)의 제2 작용면(123) 사이에 배치되며, 마그네틱 리프트 장치(100)의 동작 상태에 따라 제1 배치 상태와 제2 배치 상태 사이를 번갈아 가며 회전하는 동작을 수행한다. 여기서, 제1 배치 상태는 제1 대각선 방향으로 배치된 상태를 의미하고, 제2 배치 상태는 제1 대각선 방향과 반대인 제2 대각선 방향으로 배치된 상태를 의미한다.

전동 회전자(140)는 회전자 코어(141), 코일(142), 제1 자성체 돌기(143), 제2 자성체 돌기(144), 제1 비자성체 돌기(145), 제2 비자성체 돌기(146) 및 회전축(147)을 포함한다.

회전자 코어(141)는, 전동 회전자(140)의 몸체(body)로서, 철(Fe)과 같은 강자성체 재질로 형성될 수 있다. 상기 회전자 코어(141)는 직육면체 형상으로 형성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.

코일(142)은 회전자 코어(141)의 중앙 부분을 감싸도록 형성된다. 상기 코일(142)에 전류가 인가되면, 상기 인가된 전류의 위상에 따른 자기력이 회전자 코어(141)에 유도된다.

제1 자성체 돌기(143)는 회전자 코어(141)의 일 면 가장자리 영역 중 제1 비자성체 돌기(145)와 마주보는 방향에 배치될 수 있다. 제2 자성체 돌기(144)는 회전자 코어(141)의 타 면 가장자리 영역 중 제1 자성체 돌기(143)와 대각선 반대 방향에 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 자성체 돌기(143)는 회전자 코어(141)의 좌측 상면 가장자리 영역에 배치될 수 있고, 제2 자성체 돌기(144)는 회전자 코어(141)의 우측 하면 가장자리 영역에 배치될 수 있다.

제1 및 제2 자성체 돌기(143, 144)는 철(Fe)과 같은 강자성체 재질로 형성될 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 제1 및 제2 자성체 돌기(143, 144)는 강자성체 재질에 일정 비율의 비자성체 재질이 혼합되어 형성될 수 있다.

제1 및 제2 자성체 돌기(143, 144)는 서로 동일한 크기 및/또는 모양을 갖도록 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 자성체 돌기(143, 144)는 직육면체 형상으로 형성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.

제1 비자성체 돌기(145)는 회전자 코어(141)의 일 면 가장자리 영역 중 제1 자성체 돌기(143)와 마주보는 방향에 배치될 수 있다. 제2 비자성체 돌기(146)는 회전자 코어(141)의 타 면 가장자리 영역 중 제1 비자성체 돌기(145)와 대각선 반대 방향에 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 비자성체 돌기(145)는 회전자 코어(141)의 우측 상면 가장자리 영역에 배치될 수 있고, 제2 비자성체 돌기(146)는 회전자 코어(141)의 좌측 하면 가장자리 영역에 배치될 수 있다.

제1 및 제2 비자성체 돌기(145, 146)는 플라스틱, 스테인리스 등과 같은 비자성체 재질로 형성될 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 제1 및 제2 비자성체 돌기(143, 144)는 비강자성체 재질에 일정 비율의 강자성체 재질이 혼합되어 형성될 수 있다.

제1 및 제2 비자성체 돌기(145, 146)는 서로 동일한 크기 및/또는 모양을 갖도록 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 자성체 돌기(145, 146)는 직육면체 형상으로 형성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.

회전축(147)은 회전자 코어(141)의 중심에 배치되며, 상기 회전자 코어(141)를 회전시키기 위한 중심축이다. 한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 전동 회전자(140)는 제1 및 제2 자성체 돌기(143, 144)와 제1 및 제2 비자성체 돌기(145, 146)에 각각 형성되는 제1 내지 제4 보호 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 보호 부재는 전동 회전자(140)의 회전으로 인해 야기되는 충돌로부터 자성체 및 비자성체 돌기들(143, 144, 145, 146)을 보호하는 기능을 수행한다.

이와 같은 구성을 갖는 마그네틱 리프트 장치(100)의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 미리 결정된 제1 파형을 갖는 전류가 코일(142)에 인가되어 회전자 코어(141)의 상부가 N극으로 자화되고 하부가 S극으로 자화된 경우, 전동 회전자(140)는 영구자석(130)을 통해 자화된 제1 및 제2 폴피스(110, 120)에 의해 제1 배치 상태로 이동하게 된다. 여기서, 제1 배치 상태는 제1 자성체 돌기(143)가 제2 폴피스(120)의 제2 작용면(123)에 근접하여 대향하도록 배치되고 제2 자성체 돌기(144)가 제1 폴피스(110)의 제2 작용면(113)에 근접하여 대향하도록 배치된 상태를 의미한다.

전동 회전자(140)가 제1 배치 상태에 위치하는 경우, 제1 폴피스(110)의 제2 작용면(113)과 제2 폴피스(120)의 제2 작용면(123) 사이는 제1 및 제2 자성체 돌기들(143, 144)을 통해 자기적으로 연결된다. 즉, 도 2c에 도시된 바와 같은 내부 순환 자기 흐름(150)이 마그네틱 리프트 장치(100)에 형성된다. 일단, 내부 순환 자기 흐름(150)이 형성되면 코일(142)에 인가되는 전류를 제거하여도 자기 흐름(150)이 계속 유지된다. 이에 따라, 제1 및 제2 폴피스(110, 120)의 제1 작용면들(111, 121) 방향으로는 자기 흐름이 형성되지 않으므로, 대상물(50)이 제1 작용면들(111, 121)에 부착되지 않게 된다.

제1 및 제2 폴피스(110, 120)의 제1 작용면들(111, 121) 방향으로 자기 흐름을 형성하기 위해서는 미리 결정된 제2 파형을 갖는 전류를 코일(142)로 인가한다. 여기서, 상기 제2 파형은 상술한 제1 파형과 반대 위상을 갖는 파형일 수 있다.

미리 결정된 제2 파형을 갖는 전류가 코일(142)에 인가되어 회전자 코어(141)의 상부가 S극으로 자화되고 하부가 N극으로 자화된 경우, 전동 회전자(140)는 영구자석(130)을 통해 자화된 제1 및 제2 폴피스(110, 120)에 의해 제2 배치 상태로 이동하게 된다. 여기서, 제2 배치 상태는 제1 비자성체 돌기(145)가 제2 폴피스(120)의 제2 작용면(123)에 근접하여 대향하도록 배치되고 제2 비자성체 돌기(146)가 제1 폴피스(110)의 제2 작용면(113)에 근접하여 대향하도록 배치된 상태를 의미한다.

전동 회전자(140)가 제2 배치 상태에 위치하는 경우, 제1 폴피스(110)의 제2 작용면(113)과 제2 폴피스(120)의 제2 작용면(123) 사이는 제1 및 제2 비자성체 돌기들(145, 146)에 의해 자기 흐름이 차단되고, 제1 폴피스(110)의 제1 작용면(111)과 제2 폴피스(120)의 제1 작용면(121) 방향으로 자기 흐름을 형성하게 된다. 즉, 도 2d에 도시된 바와 같은 외부 순환 자기 흐름(160)이 대상물(50)을 통과하도록 형성된다. 이에 따라, 제1 폴피스(110)의 제1 작용면(111)이 N극으로 자화되고 제2 폴피스(120)의 제2 작용면(121)이 S극으로 자화되므로, 대상물(50)이 제1 작용면들(111, 121)에 부착하게 된다. 일단, 자기 흐름(160)이 형성되면 코일(142)에 인가되는 전류를 제거하여도 자기 흐름이 유지됨에 따라, 부착 상태가 그대로 유지된다.

이후, 부착된 대상물(50)을 해제하기 위해서는 미리 결정된 제1 파형을 갖는 전류를 코일(142)에 인가하면 된다. 본 실시 예에서, 코일(142)에 인가되는 전류의 파형은, 단일 파형으로서, 구형파, 정현파, 삼각파, 톱니파, 펄스파 중 어느 하나일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.

한편, 본 실시 예에서는, 코일에 전류를 인가하여 전동 회전자(140)를 자동으로 회전하는 것을 예시하고 있으나 반드시 이에 제한되지는 않는다. 따라서, 별도의 회전 부재를 마련하여 전동 회전자를 수동으로 회전할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그네틱 리프트 장치는 코일로 인가되는 전류의 파형에 대응하여 제1 배치 상태와 제2 배치 상태 사이를 회전하는 전동 회전자를 이용하여 영구자석 및 폴피스를 통해 생성되는 자기 흐름을 자동으로 제어할 수 있고, 그에 따라 대상물을 안정적으로 탈/부착시킬 수 있다.

도 3a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마그네틱 리프트 장치를 나타내는 도면이고, 도 3b 및 도 3c는 도 3a의 마그네틱 리프트 장치의 동작 원리를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마그네틱 리프트 장치(200)는 제1 폴피스(210), 제2 폴피스(220), 제1 영구자석(230), 제2 영구자속(240) 및 전동 회전자(250)를 포함한다.

제1 폴피스(210)는 철(Fe)과 같은 강자성체 재질로 이루어지며, 둘 이상의 작용면들(211, 213)을 구비한다. 제1 폴피스(210)는 제1 및 제2 영구자석(230, 240)의 일 극(가령, N극)에 접촉되도록 형성되며, 상기 제1 및 제2 영구자석(230, 240)의 자기력에 의해 자화되는 성질을 갖는다.

제2 폴피스(220)는 철(Fe)과 같은 강자성체 재질로 이루어지며, 둘 이상의 작용면들(221, 223)을 구비한다. 제2 폴피스(220)는 제1 및 제2 영구자석(230, 240)의 타 극(가령, S극)에 접촉되도록 형성되며, 상기 제1 및 제2 영구자석(230, 240)의 자기력에 의해 자화되는 성질을 갖는다.

제1 및 제2 폴피스(210, 220)는 제1 및 제2 영구자석(230, 240)에 의해 생성된 자기력이 특정 방향으로 흐를 수 있도록 안내하는 자로(磁路) 역할을 수행한다. 이를 위해, 제1 및 제2 폴피스(210, 220)는 서로 일정 거리만큼 이격되도록 배치되고, 제1 및 제2 영구자석(230, 240)을 기준으로 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 폴피스(210, 220)는 제1 및 제2 영구자석(230, 240)을 기준으로 서로 대칭되는 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 폴피스(210, 220)는 E자 모양으로 형성될 수 있으며, 반드시 이에 제한되지는 않는다.

제1 및 제2 영구자석(230, 240)은 대상물(50)을 들어 올리기 위한 자기력(또는 자력, magnetic force)을 제공한다. 제1 영구자석(230)은 제1 폴피스(210)와 제2 폴피스(220)의 상부 사이에 고정되도록 배치된다. 일 예로, 제1 영구자석(230)은 자신의 N극이 제1 폴피스(110)의 상부에 접촉되도록 배치되고, S극이 제2 폴피스(120)의 상부에 접촉되도록 배치된다.

제2 영구자석(240)은 제1 폴피스(210)와 제2 폴피스(220)의 하부 사이에 고정되도록 배치된다. 일 예로, 제2 영구자석(240)은 자신의 N극이 제1 폴피스(110)의 하부에 접촉되도록 배치되고, S극이 제2 폴피스(120)의 하부에 접촉되도록 배치된다.

제2 영구자석(240)은 제1 영구자석(230)과 동일 수직선 상에 위치하며, 상기 제1 영구자석(230)으로부터 일정 거리만큼 이격되어 배치된다. 또한, 제2 영구자석(240)은 제1 영구자석(230)의 자극 배치와 동일한 자극 배치를 갖는다. 이에 따라, 두 개의 영구자석(230, 240)을 통해 좀 더 강력한 자기력을 제공할 수 있다.

전동 회전자(250)는 제1 폴피스(210)의 제2 작용면(213)과 제2 폴피스(220)의 제2 작용면(223) 사이에 배치되며, 마그네틱 리프트 장치(200)의 동작 상태에 따라 제1 배치 상태와 제2 배치 상태 사이를 번갈아 가며 회전하는 동작을 수행한다. 여기서, 제1 배치 상태는 제1 대각선 방향으로 배치된 상태를 의미하고, 제2 배치 상태는 제1 대각선 방향과 반대인 제2 대각선 방향으로 배치된 상태를 의미한다.

전동 회전자(250)는 회전자 코어(251), 코일(252), 제1 자성체 돌기(253), 제2 자성체 돌기(254), 제1 비자성체 돌기(255), 제2 비자성체 돌기(256) 및 회전축(257)을 포함한다. 상기 전동 회전자(250)는 상술한 도 2a의 전동 회전자(140)와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.

이와 같은 구성을 갖는 마그네틱 리프트 장치(200)의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 미리 결정된 제1 파형을 갖는 전류가 코일(252)에 인가되어 회전자 코어(251)의 상부가 N극으로 자화되고 하부가 S극으로 자화된 경우, 전동 회전자(250)는 제1 및 제2 영구자석(230, 240)을 통해 자화된 제1 및 제2 폴피스(210, 220)에 의해 제1 배치 상태로 이동하게 된다. 여기서, 제1 배치 상태는 제1 자성체 돌기(253)가 제2 폴피스(220)의 제2 작용면(223)에 근접하여 대향하도록 배치되고 제2 자성체 돌기(254)가 제1 폴피스(210)의 제2 작용면(213)에 근접하여 대향하도록 배치된 상태를 의미한다.

전동 회전자(250)가 제1 배치 상태에 위치하는 경우, 제1 폴피스(210)의 제2 작용면(213)과 제2 폴피스(220)의 제2 작용면(223) 사이는 제1 및 제2 자성체 돌기들(253, 254)을 통해 자기적으로 연결된다. 즉, 도 3b에 도시된 바와 같은 내부 순환 자기 흐름이 마그네틱 리프트 장치(200)에 형성된다. 일단, 내부 순환 자기 흐름이 형성되면 코일(252)에 인가되는 전류를 제거하여도 자기 흐름이 계속 유지된다. 이에 따라, 제1 및 제2 폴피스(210, 220)의 제1 작용면들(211, 221) 방향으로는 자기 흐름이 형성되지 않으므로, 대상물(50)이 제1 작용면들(211, 221)에 부착되지 않게 된다.

제1 및 제2 폴피스(210, 220)의 제1 작용면들(211, 221) 방향으로 자기 흐름을 형성하기 위해서는 미리 결정된 제2 파형을 갖는 전류를 코일(252)로 인가한다. 여기서, 상기 제2 파형은 상술한 제1 파형과 반대 위상을 갖는 파형일 수 있다.

미리 결정된 제2 파형을 갖는 전류가 코일(252)에 인가되어 회전자 코어(251)의 상부가 S극으로 자화되고 하부가 N극으로 자화된 경우, 전동 회전자(250)는 제1 및 제2 영구자석(230, 240)을 통해 자화된 제1 및 제2 폴피스(210, 220)에 의해 제2 배치 상태로 이동하게 된다. 여기서, 제2 배치 상태는 제1 비자성체 돌기(255)가 제2 폴피스(220)의 제2 작용면(223)에 근접하여 대향하도록 배치되고 제2 비자성체 돌기(256)가 제1 폴피스(210)의 제2 작용면(213)에 근접하여 대향하도록 배치된 상태를 의미한다.

전동 회전자(250)가 제2 배치 상태에 위치하는 경우, 제1 폴피스(210)의 제2 작용면(213)과 제2 폴피스(220)의 제2 작용면(223) 사이는 제1 및 제2 비자성체 돌기들(255, 256)에 의해 자기 흐름이 차단되고, 제1 폴피스(210)의 제1 작용면(211)과 제2 폴피스(220)의 제2 작용면(221) 방향으로 자기 흐름을 형성하게 된다. 즉, 도 3c에 도시된 바와 같은 외부 순환 자기 흐름이 대상물(50)을 통과하도록 형성된다. 이에 따라, 제1 폴피스(210)의 제1 작용면(211)이 N극으로 자화되고 제2 폴피스(220)의 제2 작용면(221)이 S극으로 자화되므로, 대상물(50)이 제1 작용면들(211, 221)에 부착하게 된다. 일단, 자기 흐름이 형성되면 코일(252)에 인가되는 전류를 제거하여도 자기 흐름이 유지됨에 따라, 부착 상태가 그대로 유지된다.

이후, 부착된 대상물(50)을 해제하기 위해서는 미리 결정된 제1 파형을 갖는 전류를 코일(252)에 인가하면 된다. 마찬가지로, 코일(252)에 인가되는 전류의 파형은, 단일 파형으로서, 구형파, 정현파, 삼각파, 톱니파, 펄스파 중 어느 하나일 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마그네틱 리프트 장치는 코일로 인가되는 전류의 파형에 대응하여 제1 배치 상태와 제2 배치 상태 사이를 회전하는 전동 회전자를 이용하여 영구자석 및 폴피스를 통해 생성되는 자기 흐름을 자동으로 제어할 수 있고, 그에 따라 대상물을 안정적으로 탈/부착시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 마그네틱 리프트 장치 110: 제1 폴피스
120: 제2 폴피스 130: 영구자석
140: 전동 회전자

Claims

대상물에 자기력을 제공하는 하나 이상의 영구자석;
둘 이상의 작용면을 구비하며, 상기 영구자석의 일 극과 접촉되는 제1 폴피스;
둘 이상의 작용면을 구비하며, 상기 영구자석의 타 극과 접촉되는 제2 폴피스;
상기 제1 폴피스의 일 작용면과 상기 제2 폴피스의 일 작용면 사이에 배치되어 제1 배치 상태와 제2 배치 상태 사이를 회전하며, 상기 회전을 통해 자기 흐름을 변경하는 전동 회전자를 포함하되,
상기 전동 회전자는, 회전자 코어, 코일, 제1 자성체 돌기, 제2 자성체 돌기, 제1 비자성체 돌기 및 제2 비자성체 돌기를 포함하며,
상기 제1 배치 상태는, 상기 제1 및 제2 자성체 돌기가 상기 제1 및 제2 폴피스의 제1 작용면에 근접하여 대향하도록 배치된 상태임을 특징으로 하는 마그네틱 리프트 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 폴피스는 상기 영구자석을 기준으로 서로 대칭되는 형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 리프트 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 폴피스는 서로 일정 거리만큼 이격되도록 배치되고, 상기 영구자석을 기준으로 서로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 리프트 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 자성체 돌기는 상기 회전자 코어의 일 면 가장자리 영역 중 상기 제1 비자성체 돌기와 마주보는 방향에 배치되고,
상기 제2 자성체 돌기는 상기 회전자 코어의 타 면 가장자리 영역 중 상기 제1 자성체 돌기와 대각선 반대 방향에 배치되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 리프트 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 비자성체 돌기는 상기 회전자 코어의 일 면 가장자리 영역 중 상기 제1 자성체 돌기와 마주보는 방향에 배치되고,
상기 제2 비자성체 돌기는 상기 회전자 코어의 타 면 가장자리 영역 중 제1 비자성체 돌기와 대각선 반대 방향에 배치되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 리프트 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 배치 상태는 상기 제1 및 제2 비자성체 돌기가 상기 제1 및 제2 폴피스의 제1 작용면에 근접하여 대향하도록 배치된 상태임을 특징으로 하는 마그네틱 리프트 장치.
제1항에 있어서,
상기 전동 회전자가 상기 제1 배치 상태에 위치하는 경우, 상기 제1 폴피스의 제1 작용면과 상기 제2 폴피스의 제1 작용면 사이는 상기 제1 및 제2 자성체 돌기들을 통해 자기적으로 연결되어, 내부 순환 자기 흐름이 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 리프트 장치.
제1항에 있어서,
상기 전동 회전자가 상기 제2 배치 상태에 위치하는 경우, 상기 제1 폴피스의 제1 작용면과 상기 제2 폴피스의 제1 작용면 사이는 상기 제1 및 제2 비자성체 돌기들에 의해 자기 흐름이 차단되고, 상기 대상물의 위치에 대응하는 상기 제1 폴피스의 제2 작용면과 상기 제2 폴피스의 제2 작용면 방향으로 자기 흐름이 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 리프트 장치.
제1항에 있어서,
상기 전동 회전자는, 미리 결정된 제1 파형의 전류가 상기 코일에 인가된 경우, 상기 제2 배치 상태에서 상기 제1 배치 상태로 회전하고,
상기 제1 파형과 반대 위상을 갖는 제2 파형의 전류가 상기 코일에 인가된 경우, 상기 제1 배치 상태에서 상기 제2 배치 상태로 회전하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 리프트 장치.