KR20040068731A - 진동기기의 제진시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어모터가 적용되는 진동 컨베이어를 포함한 진동기기의 제진시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 진동 컨베이어 또는 진동피더 등의 매질 반송용 진동기기에 적용되어 리니어모터의 가감속에 따라 발생되는 트랩의 기계진동을 하부구조에 전달되지 못하도록 안정적으로 차단하기 위한 진동기기의 제진시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 진동기기의 제진시스템은, 진동기기의 하부구조물의 상부 평면상에 설치된 랙과, 상기 랙과 맞물려 치합되고 상부측으로는 모터 및 스테이터로 구분되는 리니어모터의 하부측과 결합되어 전체적으로 트랩과 리니어모터를 랙을 따라 회전하면서 지지하기 위해 한 개 이상의 편심축이 형성된 피니언과, 상기 피니언을 편심축상으로 리니어모터와 결합시키기 위한 고정브래킷으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 따라 진동기기의 상부구조물과 하부구조물 사이에 편심축으로 회전하는 피니언으로 이루어지는 편심바퀴를 설치함으로서 적은 비용으로 진동컨베이어와 같은 진동기기의 제진시스템 설계가 가능한 효과가 있다. 또한, 수동적인 제진이 가능하며, 회전바퀴의 회전중심과 형상 중심간의 편차에 따라 제진효과를 조절할 수 있게 되며, 기성품으로 상용화 되고 있는 랙과 피니언을 이용할 수 있어 적용 호환성도 큰 효과가 있다.

Description

진동기기의 제진시스템{Vibration Dampering System of Conveyor}

본 발명은 리니어모터가 적용되는 진동 컨베이어를 포함한 진동기기의 제진시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 진동 컨베이어 또는 진동피더 등의 매질 반송용 진동기기에 적용되어 리니어모터의 가감속에 따라 발생되는 트랩의 기계진동을 하부구조에 전달되지 못하도록 안정적으로 차단하기 위한 진동기기의 제진시스템에 관한 것이다.

진동 컨베이어 및 진동피더 등의 진동기기는 리니어모터, 로우터리 진동모터나 마그네틱 전자석을 이용하여 광산에서의 광물이나 토사, 자동화 라인의 부품이송 등 어떤 위치에서 다른 위치로 물품을 이송하거나, 세라믹 분말, 연료입자 등의 파우더를 시간당 일정량을 공급해주기 위한 이송장치의 일종이다. 이러한 진동기기는 필요한 부분에만 진동을 야기시키고, 그 외에서의 영역에서는 매질의 이송이나 기계적 진동을 억제하기 위해 제진 되도록 설계하여야 하는데, 이러한 제진을 위하여 대부분 제진 스프링이나 에어스프링을 사용하여 제진하고 있다.

최근 개발되어진 리니어모터를 이용한 진동 컨베이어도 이러한 스프링을 이용한 제진시스템을 적용하고 있으나 이러한 스프링을 이용한 제진으로는 지지구조물의 진동억제가 어렵다. 즉, 스프링의 반력으로 하부방향 진동에 대한 응답성은 크게 높일수 있지만 상부구조물의 현저한 상하 운동이 있기 때문에 기계적으로 취약하고 마모나 결함이 생기는 문제가 있었다.

이와 같이 진동기기는 일반적으로 리니어모터, 로우터리 진동모터나 마그네틱 전자석을 이용하여 광산에서 광물이나 토사를 어떤 위치에서 다른 위치로 이송하거나 세라믹 분말, 연마입자 등의 파우더를 시간당 일정량을 공급해 주기 위한 간접식 이송장치의 일종으로서, 대표적으로 수평가진형 리니어모터식 진동컨베이어가 있다.

상기 수평가진형 리니어모터식 진동컨베이어는 도 1과 같이 가진을 형성하는 리니어모터(10), 물질을 반송하는 트랩(20), 리니어모터(10)의 진동을 하부구조에 전달하지 못하도록 하는 제진시스템(30)으로 구성되며, 리니어모터 자체는 모터부(11)와 베이스부가 되는 스테이터(12)로 구성된다.

리니어모터(10)는 리니어모터의 베이스부인 스테이터(12)에 대하여 모터부(11) 또는 모터부(11)에 대하여 스테이터(12)를 속도 프로파일 기준으로 가속 및 감속시간을 다르게 하여 주기적으로 가진함으로써 가진되는 모터부(11) 또는 스테이터(12)의 상부에 취부되어져 있는 트랩(20) 내 매질을 이송시키게 된다.

리니어모터(10)를 이용한 진동컨베이어 시스템 구조는 이와 같이 크게 4부분으로 나눌수 있다. 최하부인 하부프레임에 해당하는 하부구조물(40), 상부 가진시스템의 진동을 저감하기 위한 제진시스템(30), 진동 가진을 위한 리니어모터(10), 상부 가진시스템의 모터부 상부에 설치되어지는 매질반송 트랩(20)과 이를 지지하는 상부 구조물로 구성되어 있다.

제진시스템(30)은 도 2와 같이 메인프레임인 하부구조물(40)과 리니어모터(10) 사이에 설치되어진 4군데의 오목지그(31)와 오목지그(31) 가운데 위치하는 바퀴(32) 및 바퀴를 지지하는 대차(33) 등으로 구성된다.

도 3의 (a)는 오목지그형 제진시스템(30)의 세부를 보여주고 있으며, 도 3의 (b)는 오목지그의 곡률관계를 오목지그 효과를 최대로 하기 위해 곡률값을 실험적으로 구하는 경우를 나타내었다. 여기서, D는 오목지그(31)의 곡률 높이이고, L은 오목지그 곡률의 최대거리, θd는 바퀴(32)의 직경이며, R은 오목지그(31)의 원주외경이다.

도 4는 리니어모터(10) 시스템을 도식적으로 나타낸 것이다.

리니어모터식 진동컨베이어 시스템은 이와 같은 리니어모터(10)의 스테이터(12)에 대한 모터의 가감속 시간을 다르게 조정함으로써 모터의 상부에 취부 될 진동 컨베이어 시스템 슈트 위의 매질이 이동할 수 있도록 하는데 있다. 이와 같은 시스템의 가장 큰 문제점은 리니어 모터의 추력이 커지면 커질수록, 가감속의 차이가 커지면 커질수록 리니어모터의 스테이터(베이스부)가 취부된 하부(13)의 진동이 커져 문제로 된다.

경우에 따라서는 시스템 전체가 진동에 의하여 이동해 가는 현상도 발생하게 되며, 진동에 따라 다른 장소에 설치되어진 기계에 영향을 미치는 요인이 될 수도있다.

이를 보상하는 방법은 리니어모터(10)의 가감속에 따라 발생하는 기계적 진동을 하부구조에 전달되지 못하도록 차단하는 방법과, 매질의 원할한 수송을 위하여 진동요소인 리니어모터의 추력을 극대화할 수 있도록 대추력 리니어모터를 적용하는 방법 등이다.

이를 위하여 스테이터부(베이스부)와 하부구조물(40) 사이에 제진스프링 설치하여 스프링 탄성을 이용하거나, 리니어모터식 진동컨베이어의 경우에는 도 2와 같이 오목반구형지그와 구형바퀴를 이용한 진동저감장치를 따로 구성하였다.

도 3에서 보면 상부지그에 고정되는 일정한 곡률을 갖는 곡선지그인 반구형 오목지그(31)와 곡선지그인 오목지그(31) 아래에서 운동하는 일정 직경의 바퀴(32)가 접촉하도록 구성하였다.

이렇게 하면 스테이터(12)에 대하여 모터부(11)가 작동하면 모터의 작동방향과 반대 방향으로 반력이 작용하며, 이 반력에 의하여 모터(11) 및 스테이터(12)를 포함한 상부 구조를 전체의 높이운동이 야기되지만 오목지그(31)와 바퀴(32)로 구성된 제진시스템(30)은 시스템 안정을 위하여 바퀴는 오목지그(31)의 최저점으로 다시 복귀하게 된다. 즉, 구조물에 전달될 에너지를 높이방향으로 흡수하였다가 중력에 의하여 원위치 복귀하는 방법으로 상부구조물의 진동이 하부구조물로 전달되는 것을 억제하게 된다.

이들 방법을 진동 컨베이어에 적용하는 경우, 상부구조와 하부구조 사이에 코일스프링 또는 판스프링을 사용하거나 도 2와 같이 반구형 오목지그(31)와 구형바퀴(32)를 이용한 진동저감장치를 적용하는 경우가 될 수 있다. 이 구조는 상부지그에 고정되는 일정한 곡률을 갖는 반구형 오목지그와 곡선지그 에서 운동하는 일정 직경의 바퀴(32)가 접촉하도록 구성하였으므로, 도 3의 경우는 스프링을 이용하는 방식에 비해 보다 보다 안정적인 제진력성능을 나타낸다. 그러나 이러한 제진시스템은 상하운동을 야기하여 트랩의 높낮이가 변화되는 치명적인 단점이 있었다.

이와 같이 진동기기에 진동저감목적으로 적용되었던 종래의 제진시스템은 스프링방식과 오목지그 방식 등으로 구분되어 적용되었으나 스프링을 이용한 제진으로는 지지구조물의 진동억제가 어려웠고, 오목지그를 이용한 경우는 트랩의 높낮이 변화를 가져와 안정적인 제진성능을 나타내지 못했다.

또한, 오목지그를 가공하는데 있어서 고비용이 소요될 뿐만아니라 트랩의 상하 운동을 발생시켜 높낮이 변화를 가져오고 이는 진동 컨베이어에서 매질의 이송상태를 안정적으로 유도하지 못하고 불안정하게 이송시키는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 리니어모터식 진동컨베이어에서 리니어모터의 가감속에 따라 발생하는 기계진동을 하부구조에 전달되지 못하도록 효과적으로 차단하는 제진시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 적은 비용으로 리니어모터식 진동컨베이어의 제진시스템 설계를 가능하게 하면서도 수동적인 제진이 가능하게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 회전바퀴의 회전중심과 형상 중심간의 편차에 따라 제진효과를 조절할 수 있게 하면서도 상용화 되고 있는 랙과 피니언을 별도 가공없이 이용할 수 있게 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 진동기기의 제진시스템은,

최하부로서 바닥에 지지되는 메인프레임에 해당하는 하부구조물과, 상부측 반송 트랩을 가진하는 리니어모터와, 상기 리니어모터에 의해 가진되어 물질을 반송하는 트랩과, 트랩과 구조물 사이에서 진동을 저감하기 위한 제진시스템을 구비하는 리니어모터 진동컨베이어에 있어서,

상기 제진시스템은,

상기 하부구조물의 상부 평면상에 설치된 랙과,

상기 랙과 맞물려 치합되고 상부측으로는 모터 및 스테이터로 구분되는 리니어모터의 하부측과 결합되어 전체적으로 트랩과 리니어모터를 랙을 따라 회전하면서 지지하기 위해 한 개 이상의 편심축이 형성된 피니언과,

상기 피니언을 편심축상으로 리니어모터와 결합시키기 위한 고정브래킷으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이렇게 리니어모터식 진동컨베이어의 상부구조물과 하부구조물 사이에 편심축으로 회전하는 편심바퀴를 설치하면 적은 비용으로 진동컨베이어의 제진시스템 설계가 가능하며 또한 수동적인 제진이 가능하며, 회전바퀴의 회전중심과 형상 중심간의 편차에 따라 제진효과를 조절할 수 있게 되며, 기성품으로 상용화 되고 있는 랙과 피니언을 이용할 수 있어 적용 호환성도 크다.

도 1은 리니어모터식 진동 컨베이어의 구성을 보인 개략도

도 2는 리니어모터식 진동 컨베이어에 구성되는 종래의 제진시스템

도 3은 종래의 제진시스템의 구성 요부를 보인 것으로

(a)는 오목지그형 제진시스템의 세부,

(b)는 오목지그의 곡률관계의 세부를 보인 도면

도 4는 리니어모터 시스템을 도식적으로 보인 도면

도 5는 리니어모터식 진동컨베이어에서 리니어모터의 가감속에 따라 발생하는 기계진동의 1사이클 구동프로파일

6은 본 발명에 따른 리니어모터식 진동컨베이어에 적용된 제진시스템의 구성 개략도

도 7은 본 발명에 따른 제진시스템의 요부를 세부로 나타낸 도면

도 8은 본 발명에 따른 편심바퀴인 피니언의 회전반경과 복원력 발생관계를 설명하기 위한 도면

도 9은 본 발명에 따른 편심바퀴 설계를 위한 피니언의 편심축 가공예를 보인 도면

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:리니어모터 11:모터부

12:스테이터 20:트랩

30:제진시스템 40:하부구조물

50:랙 51:편심축

52:피니언 53:브래킷

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참고로 설명하면 다음과 같다.

도 5는 리니어모터식 진동컨베이어에서 리니어모터의 가감속에 따라 발생하는 기계진동의 구동프로파일을 참고적으로 설명하기 위한 사이클 참고도 이다. 도 6은 본 발명에 따른 리니어모터식 진동컨베이어에 적용된 제진시스템의 구성 개략도이다. 도 7은 본 발명에 따른 제진시스템의 요부를 세부로 나타낸 것이다. 도 8은 본 발명에 따른 편심바퀴인 피니언의 회전반경과 복원력 발생관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 9은 본 발명에 따른 편심바퀴 설계를 위한 피니언의 편심축 가공예를 보인 것이다.

본 발명은 리니어모터가 적용된 진동 컨베이어와 같은 진동기기에서 모터의 구동부 가감속에 의하여 발생하는 진동이 하부 구조물로 전달되지 못하도록 하기 위하여 도 6과 같이 구성하였다.

즉, 최하부로서 바닥에 지지되는 메인프레임에 해당하는 하부구조물(40)과, 상부측 반송 트랩(20)을 가진하는 리니어모터(10)와, 리니어모터(10)에 의해 가진되어 물질을 반송하는 트랩(20)과, 트랩(20)과 하부구조물(40) 사이에서 진동을 저감하기 위한 제진시스템(30)을 구비하도록 구성하였다.

본 발명에 따른 제진시스템(30)은, 하부구조물(40)의 상부 평면상에 설치된 랙(50)과, 랙(50)과 맞물려 치합되고 상부측으로는 가진부가 되는 모터(11) 및 스테이터(12)로 구분되는 리니어모터(10)의 하부측과 결합되어 전체적으로 트랩(20)과 리니어모터(10)를 랙(50)을 따라 회전하면서 지지하기 위해 한 개 이상의 편심축(51)이 형성된 피니언(52)과, 피니언(52)을 편심축(51) 상으로 리니어모터(10)와 결합시키기 위한 고정브래킷(53)으로 이루어진다.

여기서, 리니어모터(10)를 구성하는 모터(11)와 스테이터(12)의 위치는 바뀔수 있다. 또한, 상기 스테이터(12)의 무게는 가진부가 되는 모터(11)부의 무게보다 무겁게 구성한다. 또한, 상기 편심축(51)은 하나의 피니언(52)에 여러 가지로 사용할 수 있도록 다수개로 뚫어 놓는다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용효과는 다음과 같다.

본 발명의 구성을 해석하기 위해 리니어모터식 진동컨베이어에서 리니어모터의 가감속에 따라 발생하는 기계진동을 도 5의 리니어모터의 구동프로파일을 참고로 설명하면 다음과 같다.

진동컨베이어에 적용된 리니어모터의 효율비(Duty Ratio)는 감속시간에 대한 가속시간의 비로 정의된다.

주파수는 모터가 정상적인 왕복운동을 할때, 1사이클(cycle)에 대한 완성시간(sec)의 비로 결정되며, cpm(60(sec)을 곱하여 cycle per minute)으로 표시된다. 즉, 아래의 식으로 표현할 수 있다.

freq = 60/(가속시간+감속시간)cpm------------------(식1-1)

진폭 S는 가속시간과 감속시간 및 속도가 주어지면, 진동컨베이어의 특징인 등속구간의 없는 경우를 가정하여 아래의 식(1-2)으로 결정된다.

S(mm) = 0.5×(가속시간+가속시간)×이송속도(mm/s)---(식1-2)

리니어모터(10)를 이용한 진동컨베이어는 기본적인 진동원이 리니어모터 자체에서 나오게 된다. 그리고 매질의 이송은 리니어 모터의 스테이터(12)를 기준으로 하여 모터(11)의 가감속 거동에 의하여 영향을 받게 된다. 즉, 모터의 급격한 가속시에는 모터 위에 취부된 트랩(20)이 동시에 가속되고 트랩 위의 매질은 미끄러져 이동한다. 감속시에는 감속시간을 늦게 하여 매질과 트랩면의 마찰력이 크게 작용하게 되고 매질은 움직이지 않거나 미량 후진하게 된다. 이러한 동작을 반복함에 따라 매질이 이송된다. 즉, 가감속 시간을 적절히 변경함에 따라 매질의 이송속도를 조정할 수 있게 되는 것이다. 따라서 진동 컨베이어의 성능은 리니어모터(10)의 정적 및 동적 추력의 특성에 따라 결정된다고 볼수 있다. 그리고 리니어모터의 특성을 100% 활용하기 위해서는 모터 및 모터위에 취부되어 움직이게 되는 트랩(20), 트랩의 매질중량이 가벼울수록 제 성능을 발휘하게 된다.

이를 알기 위해 리니어모터식 진동컨베이어를 다음과 같이 샘플링 제작하여 실험하였다.

리니어모터의 정추력이 최고 2,000N의 힘을 가지고 모터의 구동부분의 질량은 60kg, 모터의 베이스 부분은 250kg, 모터의 구동부분에 설치되어질 슈트 또는 트랩의 질량을 40kg까지 가변될수 있도록 실험제작을 하였다. 그리고 가능한 가벼운 상태에서 실험을 수행하고자 하여 이후 실험의 결과는 가변 중량을 제외하고는 움직이도록 하였다.

이렇게 하는 경우 모터의 구동부와 슈트의 무게가 모터의 베이스부 질량에근접하여 모터의 가감속 운동시 베이스부와 모터 구동부는 작용반작용의 원리에 따라 서로 반대로 운동하게 되고 결국 슈트위의 매질은 움직이지 않게 된다. 즉, 하부 베이스가 되는 스테이터(12)는 가능한 움직이지 않고 상부 모터(11) 구동부 만이 가감속운동을 하여야만 트랩(슈트)위의 매질이 운동할 수 있게 된다. 그러나 하부 베이스가 되는 스테이터(12)를 아무리 강하게 만든다고 해도 모터(11)의 구동부 가감속에 의하여 발생하는 진동은 하부 구조물(40)로 전달될 수밖에 없다. 따라서 모터의 가감속에 의하여 발생하는 진동을 하부구조로 전달되지 않도록 할 필요가 있는 것이다.

그 필요성에 따라 종래에는 전술한 바와 같이 반구형 오목지그와 구형바퀴를 이용하여 진동이 하부구조물로 전달되지 못하도록 진동저감장치를 구성하였다.

본 발명에 따라 구성된 진동저감장치인 제진시스템(30)은 하부구조물(40)의 상부 평면상에 설치된 랙(50)을 설치하고, 랙(50)과 맞물려 치합되고 상부측으로는 모터(11) 및 스테이터(12)로 구분되는 리니어모터(10)의 하부측과 결합되어 전체적으로 트랩(20)과 리니어모터(10)를 랙(50)을 따라 회전하면서 지지하기 위해 한 개 이상의 편심축(51)이 형성된 피니언(52)을 구성하였으며, 그 피니언(52)을 편심축(51)상으로 리니어모터(10)측과 고정브래킷(53)으로 결합시켜 구성되었다.

리니어모터(10)를 구성하는 모터(11)와 스테이터(12)의 위치는 전체 진동 컨베이어의 구성에 따라 바뀔수 있다.

스테이터(12)의 무게는 가진부가 되는 모터(11)부의 무게보다 무겁게 구성할수록 진동에 안정하고 모터의 동적 움직임을 안정화시키는데 유리하다.

리니어모터부측에 결합되는 피니언(52)의 편심축(51)은 하부구조물(40) 상에서 유동되는 트랩(20)의 이동 특성 등으로 감안하여 피니언(52)의 거동 회전반경에 변화를 줄수 있도록 전체 여러개로 뚫는게 유리하다.

피니언(52)은 상부 트랩(20)과 하부구조물(40) 사이에 위치하면서 편심바퀴의 역할을 한다. 이렇게 편심바퀴가 되는 피니언(52)은 편심축(51)과 바닥면이 최소거리일 때 안정한 상태로 된다. 즉 도 8과 같이 편심바퀴가 회전하여 R'가 되면 편심축(51)과 바다면과의 거리가 최소화되는 방향으로 복원력이 발생되고 이러한 작용은 편심바퀴에 중력(F=Mg)이 작용되는 조건에서는 안정화될때까지 반복한다.

이러한 피니언(52)의 동적 움직임에 따라 모터의 가감속에 따라 생기는 진동 그리고 연쇄적으로 상부 트랩(20)으로 진동이 미치는 진동 거동이 있을 때 피니언(52)은 랙(50)을 따라 회전하면서 반복적으로 나타나는 진동을 연속적으로 상쇄시킨다.

이와 같이 본 발명은 리니어모터식 진동 컨베이어와 같은 진동기기의 상부구조물과 하부구조물 사이에 편심축으로 회전하는 피니언으로 이루어지는 편심바퀴를 설치함으로서 적은 비용으로 진동컨베이어와 같은 진동기기의 제진시스템 설계가 가능한 효과가 있다. 또한, 수동적인 제진이 가능하며, 회전바퀴의 회전중심과 형상 중심간의 편차에 따라 제진효과를 조절할 수 있게 되며, 기성품으로 상용화 되고 있는 랙과 피니언을 이용할 수 있어 적용 호환성도 큰 효과가 있다.

Claims (4)

1. 최하부로서 바닥에 지지되는 메인프레임에 해당하는 하부구조물과, 상부측 반송 트랩을 가진하는 리니어모터와, 상기 리니어모터에 의해 가진되어 물질을 반송하는 트랩과, 트랩과 구조물 사이에서 진동을 저감하기 위한 제진시스템을 구비하는 진동기기에 있어서,

   상기 제진시스템은,

   상기 하부구조물의 상부 평면상에 설치된 랙과,

   상기 랙과 맞물려 치합되고 상부측으로는 모터 및 스테이터로 구분되는 리니어모터의 하부측과 결합되어 전체적으로 트랩과 리니어모터를 랙을 따라 회전하면서 지지하기 위해 한 개 이상의 편심축이 형성된 피니언과,

   상기 피니언을 편심축상으로 리니어모터와 결합시키기 위한 고정브래킷으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진동기기의 제진시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스테이터의 무게는 가진부가 되는 모터부의 무게보다 무겁게 구성하는 것을 특징으로 하는 진동기기의 제진시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 편심축은 하나의 피니언에 위치가 다른 여러개의 편심 구멍을 뚫어 형성하는 것을 특징으로 하는 진동기기의 제진시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 리니어모터의 가진에 따라 편심바퀴가 되는 피니언이 회전되어 편심축과 바닥면이 최소거리일 때 진동에서 안정한 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 진동기기의 제진시스템.