KR101640544B1 - 능동형 와전류 댐퍼 및 제어 방법, 및 이를 포함하는 로드셀 모듈 및 중량 선별기 - Google Patents
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Abstract
능동형 와전류 댐퍼 및 제어 방법, 및 이를 포함하는 로드셀 모듈 및 중량 선별기가 개시된다. 능동형 와전류 댐퍼는 작동자에 연결되어 작동자의 운동에 따라 운동하는 가동 전도체, 댐핑부로서, 가동 전도체 및 댐핑부 간의 상대 운동시 발생하는 전자기력에 의하여 발생하는 와전류를 감쇠력으로써 사용하여 가동 전도체의 운동을 감쇠시키는, 댐핑부, 및 작동자에 중량을 인가하는 대상물의 물리적 특징 및 작동자의 운동의 특징에 기초하여 댐핑부의 감쇠력을 능동적으로 제어하는 댐핑 제어부를 포함한다. 댐핑 제어부는, 가동 전도체의 운동의 고유 진동수를 산출하는 고유 진동수 산출부, 측정 대상물의 물리적 특징에 따라 가동 전도체의 운동의 목표 진동수를 결정하는 목표 진동수 결정부, 산출된 고유 진동수 및 결정된 목표 진동수를 참조하여 댐핑부의 감쇠력과 관련된 댐핑 계수를 모델링하는 댐핑 계수 모델링부, 및 모델링된 댐핑 계수 및 목표 진동수를 참조하여 댐핑부의 동작과 관련된 제어 파라미터를 결정하는 제어 파라미터 결정부를 포함한다. 본 발명에 의하여, 측정물의 중량 및 요구되는 측정 속도에 따라 와전류 댐퍼의 감쇠력을 능동적으로 가변할 수 있고, 로드셀 사용 수명이 획기적으로 증가시킬 수 있다.
Description
본 발명은 능동형 와전류 댐퍼에 관한 것으로서, 특히 측정 대상물의 적재 시에 발생되는 요동을 감쇠시키기 위한 감쇠력을 측정 대상물의 중량에 따라 적응적으로 변동시킬 수 있는 능동형 와전류 댐퍼 및 이를 포함하는 로드셀 모듈 및 중량 선별기에 관한 것이다.
중량 선별기는 생산 중 검사 제품의 중량을 고속 전수 검사하여 정량여부를 판별하여 불량품을 선별하는 기기로서 식품, 육가공, 농수산물, 제약, 석유화학 등 자동화 생산 분야에 널리 활용되고 있는 기기이다. 즉, 중량 선별기는 중량 미달 제품을 선별하여 소비자의 손해를 미연에 방지하며, 중량 초과 제품을 선별하여 생산자의 경제적 손실을 줄여 생산성을 증대하기 위하여 사용된다. 동작 시에, 중량 선별기의 목표 측정 정도를 만족하는 범위 내에서 기기의 측정 속도가 고속일수록 처리량이 증가하여 생산성의 증대를 기대할 수 있다. 중량 선별기는 자동화 생산 장비이기 때문에 기기의 유지관리에 영향을 주는 내구성/관리용이성 등이 성능에 큰 영향을 미친다.
대한민국 실용신안 등록 번호 제 20-0209586 호는 과실의 중량과 내부 품질을 동시에 선별할 수 있는 과실 선별기를 개시한다. 이 고안은 과실을 컨베이어로 이송하는 과정에 순간적으로 과실에 빛을 투과하여 비파괴 광센서로서 맛을 계측하고, 연속하여 로드셀 위를 본 고안인 링크본체가 지나가면서 과실의 중량도 계측하여 맛과 중량을 동시에 계측할 수 있다.
그런데, 종래의 중량 선별기에 적용된 일반적인 로드셀은 외력을 받으면 물리적 변형(예를 들어, 1mm 내외)을 일으키고 그 물리적 변형량에 비례한 전기적 신호를 발생시키는 중량 측정 센서를 포함한다. 그런데 이러한 변형이 원상대로 복구되기 위해서는 일정한 시간이 필요하다. 즉, 외력이 제거되어도 즉시 정상 상태로 복귀하지 못하고 기계적 진동을 발생시켜 다음 측정을 하기 위해서는 진동이 사라질 때까지 대기해야 한다. 또한 외력의 크기에 비례한 물리적 변형을 일으키는 힌지 구조에 주기적 외력인 진동이 장기간 가해지면 피로 파괴(Fatigue Failure)가 일어나 로드셀이 파손된다. 즉, 로드셀 사용 수명은 로드셀의 동작 시간(힌지 구조의 누적 진동량)에 반비례하여 짧아지게 된다.
그런데, 중량 선별기에서는 컨베이어 사이를 측정물이 통과할 때 진동이 발생하며, 이러한 진동으로 인해 측정 정밀도가 떨어지는 것은 물론 처리 속도가 감소된다. 그러므로 기계적 진동을 감소시키기 위한 댐퍼가 필요한데, 이러한 댐퍼에는 고체 마찰식과 유체 마찰식이 있으나 오늘날에는 거의 후자를 채용하고 있다. 그러나, 유체의 물리적 성질이 외부 온도에 따라 변함에 따라서 감쇠력도 역시 변동하며, 더 나아가 유체가 유출될 수 있는 위험성이 상존한다.
그러므로, 최근에는 도체 표면상에 발생되는 와전류를 이용한 와전류 댐퍼 기술이 널리 사용된다. 이러한 와전류 댐퍼는 장치는 통상의 댐퍼에서 이용되는 마찰재를 이용할 필요가 없는 비접촉 제동 방식의 댐퍼로서, 마찰재를 이용하는 브레이크 장치에서 발생될 수 있는 접촉 소음 또는 마찰재의 마모로 인한 제동력 저하 등의 문제점을 해소할 수 있는 장점이 있다.
대한민국 특허 등록 번호 제 10-1251056 호는 자동차의 고속 주행 중 제동시 드럼의 내측에 설치된 전자석이 자화되면서 발생하는 와전류를 이용하여 차륜을 제동시키고, 자동차의 저속 주행 중 제동시에는 드럼의 내측에 설치된 전자석을 자화시킴과 동시에 드럼의 중심부에 설치된 내부 드럼에 배치된 영구 자석과 전자석 사이에서 자기장이 작용되도록 함으로써 영구 자석과 전자석 사이에 발생되는 자기 저항을 이용하여 차륜을 제동시키는 드럼 브레이크 장치를 개시한다. 구성을 특징으로 하는 드럼 브레이크 장치에 관한 것이다. 이러한 브레이크를 사용할 경우 종래의 와전류 브레이크 장치에서 발생되었던 저속 주행 구간에서의 제동력 저하의 문제점을 해소할 수 있다.
그런데, 중량 선별기에서 중량을 측정하는 측정 대상물의 종류는 매우 다양하며, 이들의 중량 또한 다양하다. 예를 들어, 중량이 큰 측정 대상물의 경우 중량이 적은 측정 대상물보다 큰 진동을 발생시킬 것이며, 따라서 더 큰 감쇠력이 필요하다. 그러나, 종래 기술에 의한 와전류 댐퍼는 자신의 감쇠력을 조절할 수 없으므로 다양한 중량에 차등적으로 대응할 수 없고, 따라서 최적의 측정 결과 및 동작 속도를 구현할 수 없는 단점이 있다.
또한, 종래 기술에 의한 중량 선별기의 센서는 컨베이어 벨트를 회전시키는 기구부인 롤러, 플레이트, 및 모터 등이 모두 중량 측정 센서인 로드셀에 이미 장착되어 있다. 이 경우 센서는 선별하려는 중량물의 무게를 측정하기 위하여 선별 중량 이외의 중량을 항시적으로 측정하고 있어야 하기 때문에 중량 측정 센서의 넓은 계측 범위를 필요로 한다. 그런데, 센서의 계측 범위가 커진다는 것은 센서의 정밀도가 떨어지는 것을 의미하고, 그 결과 응답 속도가 느려지게 된다. 또한 중량측정센서에 가해지는 무게로 인해 기계적 진동이 증가하게 되므로 측정시간의 지연을 야기 시킨다.
그러므로, 와전류 댐퍼의 감쇠력을 조절할 수 있는 것은 물론, 로드셀에 가해지는 불필요한 하중을 배제할 수 있는 기술이 절실히 요구된다.
본 발명의 목적은 측정물의 중량 및 요구되는 측정 속도에 따라 감쇠력을 능동적으로 가변할 수 있는 와전류 댐퍼를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 힌지부에 가해지는 하중을 효과적으로 감쇠시킴으로써 수명이 연장되는 로드셀을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 선별 중량물 이외에 로드셀에 가해지는 중량을 경량화하여 계측 범위를 줄임으로써 정밀도를 향상시킬 수 있는 중량 선별기를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 측면은, 작동자에 연결되어 작동자의 운동에 따라 운동하는 가동 전도체; 댐핑부로서, 가동 전도체 및 댐핑부 간의 상대 운동시 발생하는 전자기력에 의하여 발생하는 와전류를 감쇠력으로써 사용하여 가동 전도체의 운동을 감쇠시키는, 댐핑부; 및 작동자에 중량을 인가하는 대상물의 물리적 특징 및 작동자의 운동의 특징에 기초하여 댐핑부의 감쇠력을 능동적으로 제어하는 댐핑 제어부를 포함하는, 능동형 와전류 댐퍼에 관한 것이다. 본 발명에 의한 능동형 와전류 댐퍼에 포함되는 댐핑 제어부는, 가동 전도체의 운동의 고유 진동수를 산출하는 고유 진동수 산출부; 측정 대상물의 물리적 특징에 따라 가동 전도체의 운동의 목표 진동수를 결정하는 목표 진동수 결정부; 산출된 고유 진동수 및 결정된 목표 진동수를 참조하여 댐핑부의 감쇠력과 관련된 댐핑 계수를 모델링하는 댐핑 계수 모델링부; 및 모델링된 댐핑 계수 및 목표 진동수를 참조하여 댐핑부의 동작과 관련된 제어 파라미터를 결정하는 제어 파라미터 결정부를 포함한다. 특히, 댐핑부는 철심 코어에 감겨진 코일을 포함하며 서로 대향하도록 배치되는 한 쌍의 전자석을 포함하고, 가동 전도체는 전자석 사이에 비접촉식으로 삽입되며, 댐핑 제어부는 전자석 및 가동 전도체 간의 상대적인 운동에 의해 발생된 기전력에 기인한 와전류를 사용하여 가동 전도체의 속도에 비례하는 반발력을 발생시키도록 제어 파라미터를 결정한다. 더 나아가, 제어 파라미터는, 전자석 및 가동 전도체의 형상, 전자석 간의 이격 거리, 전자석 및 가동 전도체 간의 공극, 전자석에 감겨진 코일에 인가되는 전류 중 적어도 하나를 포함한다. 바람직하게는, 능동형 와전류 댐퍼는 코일에 인가되는 전류를 정전류로 유지시키는 정전류 레귤레이터를 더 포함한다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 측면은, 작동자의 운동에 따른 가동 전도체의 운동시 발생하는 전자기력에 의하여 발생하는 와전류를 감쇠력으로써 사용하여 가동 전도체의 운동을 감쇠시키는 능동형 와전류 댐퍼의 제어 방법에 관한 것이다. 능동형 와전류 댐퍼의 제어 방법은, 센서를 통해 가동 전도체의 운동을 감지하고 가동 전도체의 운동의 고유 진동수를 산출하는 단계; 측정 대상물의 물리적 특징에 따라 가동 전도체의 운동의 목표 진동수를 결정하는 단계; 산출된 고유 진동수 및 결정된 목표 진동수를 참조하여 능동형 와전류 댐퍼의 감쇠력과 관련된 댐핑 계수를 모델링하는 단계; 모델링된 댐핑 계수 및 목표 진동수를 참조하여 능동형 와전류 댐퍼의 동작과 관련된 제어 파라미터를 결정하는 단계; 및 결정된 제어 파라미터에 따라 능동형 와전류 댐퍼를 제어하는 단계를 포함한다. 특히, 제어 파라미터를 결정하는 단계는, 전자석 및 가동 전도체 간의 상대적인 운동에 의해 발생된 기전력에 기인한 와전류를 사용하여 가동 전도체의 속도에 비례하는 반발력을 발생시키도록 제어 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다. 더 나아가, 제어하는 단계는 정전류 레귤레이터를 사용하여 코일에 인가되는 전류를 정전류로 유지시키는 단계를 더 포함한다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 측면은, 측정 대상물로 인하여 인가된 중량을 측정하는 로드셀 모듈에 관한 것이다. 본 발명에 의한 로드셀 모듈은 측정 대상물의 질량에 의하여 인가되는 중량을 수납하는 중량 수납부; 측정 대상물이 중량 수납부에 적재될 때 및 측정 대상물이 중량 수납부로부터 하역될 때 발생되는 요동을, 요동에 의하여 발생되는 전자기력에 기인한 와전류를 감쇠력으로써 사용하여 감쇠시키는 능동형 와전류 댐퍼; 및 중량 수납부에 연결되어 측정 대상물의 중량을 측정하는 로드셀을 포함하고, 능동형 와전류 댐퍼는, 측정 대상물의 물리적 특징 및 요동의 특징에 기초하여 능동형 와전류 댐퍼의 감쇠력을 능동적으로 제어하는 댐핑 제어부를 포함한다. 특히, 댐핑 제어부는, 요동의 고유 진동수를 산출하는 고유 진동수 산출부; 측정 대상물의 물리적 특징에 따라 요동의 목표 진동수를 결정하는 목표 진동수 결정부; 산출된 고유 진동수 및 결정된 목표 진동수를 참조하여 능동형 와전류 댐퍼의 감쇠력과 관련된 댐핑 계수를 모델링하는 댐핑 계수 모델링부; 및 모델링된 댐핑 계수 및 목표 진동수를 참조하여 능동형 와전류 댐퍼의 동작과 관련된 제어 파라미터를 결정하는 제어 파라미터 결정부를 포함한다. 바람직하게는, 능동형 와전류 댐퍼는 철심 코어에 감겨진 코일을 포함하며 서로 대향하도록 배치되는 한 쌍의 전자석; 및 중량 수납부와 연결되며 전자석 사이에 비접촉식으로 삽입되는 가동 전도체를 포함하고, 댐핑 제어부는 전자석 및 가동 전도체 간의 상대적인 운동에 의해 발생된 기전력에 기인한 와전류를 사용하여 가동 전도체의 속도에 비례하는 반발력을 발생시키도록 제어 파라미터를 결정한다. 더 나아가, 제어 파라미터는, 전자석 및 가동 전도체의 형상, 전자석 간의 이격 거리, 전자석 및 가동 전도체 간의 공극, 전자석에 감겨진 코일에 인가되는 전류 중 적어도 하나를 포함하고, 댐핑 제어부는, 코일에 인가되는 전류를 정전류로 유지시키는 정전류 레귤레이터를 더 포함한다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 측면은, 모터에 따라 구동되는 컨베이어 벨트를 따라 이송되는 측정 대상물의 중량을 측정하여 측정 대상물을 선별하는 중량 선별기에 관한 것이다. 본 발명에 의한 중량 선별기는 중량 측정 이전 및 이후에 측정 대상물을 각각 이송하는 진입부 및 진출부; 진입부로부터 측정 대상물을 수납하고, 수납된 측정 대상물의 중량을 측정하며, 중량이 측정된 측정 대상물을 진출부로 이송하는 중량 측정부; 및 측정 대상물의 측정된 중량에 따라 측정 대상물을 선별하는 대상물 선별부를 포함한다. 특히, 중량 측정부는, 측정 대상물의 중량을 측정하는 로드셀 모듈; 및 컨베이어 벨트를 구동하는 모터를 포함하며, 로드셀 모듈은 컨베이어 벨트 및 모터 사이에 배치되어, 컨베이어 벨트 상에 수납된 측정 대상물의 중량만을 측정한다. 바람직하게는, 로드셀 모듈은, 측정 대상물의 질량에 의하여 인가되는 중량을 수납하는 중량 수납부; 측정 대상물이 중량 수납부에 적재될 때 및 측정 대상물이 중량 수납부로부터 하역될 때 발생되는 요동을, 요동에 의하여 발생되는 전자기력에 기인한 와전류를 감쇠력으로써 사용하여 중량 수납부의 운동을 감쇠시키는 능동형 와전류 댐퍼; 및 중량 수납부에 연결되어 측정 대상물의 중량을 측정하는 로드셀을 포함하고, 능동형 와전류 댐퍼는, 측정 대상물의 물리적 특징 및 요동의 특징에 기초하여 능동형 와전류 댐퍼의 감쇠력을 능동적으로 제어하는 댐핑 제어부를 포함한다. 더 나아가, 댐핑 제어부는, 요동의 고유 진동수를 산출하는 고유 진동수 산출부; 측정 대상물의 물리적 특징에 따라 요동의 목표 진동수를 결정하는 목표 진동수 결정부; 산출된 고유 진동수 및 결정된 목표 진동수를 참조하여 능동형 와전류 댐퍼의 감쇠력과 관련된 댐핑 계수를 모델링하는 댐핑 계수 모델링부; 및 모델링된 댐핑 계수 및 목표 진동수를 참조하여 능동형 와전류 댐퍼의 동작과 관련된 제어 파라미터를 결정하는 제어 파라미터 결정부를 포함한다. 특히, 능동형 와전류 댐퍼는 철심 코어에 감겨진 코일을 포함하며 서로 대향하도록 배치되는 한 쌍의 전자석; 및 중량 수납부와 연결되며 전자석 사이에 비접촉식으로 삽입되는 가동 전도체를 포함하고, 댐핑 제어부는 전자석 및 가동 전도체 간의 상대적인 운동에 의해 발생된 기전력에 기인한 와전류를 사용하여 가동 전도체의 속도에 비례하는 반발력을 발생시키도록 제어 파라미터를 결정한다.
본 발명에 의하여, 측정물의 중량 및 요구되는 측정 속도에 따라 와전류 댐퍼의 감쇠력을 능동적으로 가변할 수 있기 때문에, 측정 대상물의 중량 및 측정 속도에 적합한 최적의 감쇠력을 자기 에너지로 생성하여 로드셀에 유발된 진동을 신속히 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하여, 로드셀의 힌지부에 가해지는 하중을 효과적으로 감쇠시킬 수 있기 때문에 피로파괴의 원인인 힌지구조에 누적 진동량이 줄어 로드셀 사용 수명이 획기적으로 증가시킬 수 있다.
더 나아가, 본 발명에 의하여, 컨베이어 벨트 기구부와 측정 대상물 사이에 로드셀을 위치시킴으로 선별 중량물 이외에 로드셀에 가해지는 중량을 경량화하여 정밀도, 오차율, 응답 속도를 개선할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 측면에 의한 능동형 와전류 댐퍼를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 능동형 와전류 댐퍼에서 댐핑부의 구성의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 3 은 도 2 에 도시된 댐핑부에서 발생되는 와전류의 방향 및 크기를 예시하는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 제 2 측면에 의한 능동형 와전류 댐퍼 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5 는 본 발명의 제 3 측면에 의한 로드셀 모듈을 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 6 은 본 발명의 제 4 측면에 의한 중량 선별기를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 7a 내지 도 7c 는 본 발명에 의한 중량 선별기에 포함되는 진입부, 진출부, 및 중량 측정부의 구성의 실시예들을 나타내는 도면이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 능동형 와전류 댐퍼에서 댐핑부의 구성의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 3 은 도 2 에 도시된 댐핑부에서 발생되는 와전류의 방향 및 크기를 예시하는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 제 2 측면에 의한 능동형 와전류 댐퍼 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5 는 본 발명의 제 3 측면에 의한 로드셀 모듈을 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 6 은 본 발명의 제 4 측면에 의한 중량 선별기를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 7a 내지 도 7c 는 본 발명에 의한 중량 선별기에 포함되는 진입부, 진출부, 및 중량 측정부의 구성의 실시예들을 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
도 1 은 본 발명의 제 1 측면에 의한 능동형 와전류 댐퍼를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
본 발명에 의한 능동형 와전류 댐퍼(100)는 가동 전도체(110), 댐핑부(120), 및 댐핑 제어부(150)를 포함한다. 또한, 댐핑 제어부(150)는 고유 진동수 산출부(160), 목표 진동수 결정부(170), 댐핑 계수 모델링부(180), 및 제어 파라미터 결정부(190)를 포함한다.
가동 전도체(110)는 움직이는 작동자에 연결되고, 작동자의 운동에 따라 기계적으로 운동한다. 작동자는 가동 전도체(110)의 운동을 야기하는 모든 종류의 장치일 수 있다. 예를 들어, 능동형 와전류 댐퍼(100)가 로드셀에 적용될 경우 작동자는 로드셀에 부하를 인가하는 측정 대상물을 수납하는 수납부에 연결될 수 있다. 측정 대상물이 수납부에 수납될 경우 갑작스런 중량 인가에 의하여 수납부에는 요동일 발생되고, 발생된 요동은 가동 전도체(110)로 전달된다.
가동 전도체(110)의 운동은 댐핑부(120)에 의하여 감쇠된다. 이 때, 댐핑부(120)는 가동 전도체(110) 및 댐핑부(120) 간의 상대 운동시 발생하는 전자기력에 의하여 발생하는 와전류를 감쇠력으로써 사용하여 가동 전도체(110)의 운동을 감쇠시킨다. 또한, 댐핑부(120)의 감쇠력은 댐핑 제어부(150)에 의하여 제어된다. 댐핑 제어부(150)는 수납부에 수납되는 측정 대상물의 물리적 특징 및 작동자의 운동의 특징에 기초하여 댐핑부(120)의 댐핑부의 감쇠력을 능동적으로 제어한다.
좀 더 구체적으로는, 댐핑부(120)에 포함된 고유 진동수 산출부(160)는 측정 대상물의 물리적 특징에 따라 가동 전도체(110)의 현재 운동의 고유 진동수를 산출한다. 고유 진동수는 측정 대상물의 물리적 성질에 따라 달라지며, 흔히 고체는 형태, 치수, 장력, 탄성, 밀도 등에 의하여, 액체는 고체로 둘러싸인 형태, 치수, 탄성, 밀도 등에 의하여 일정한 진동수를 가진다. 특히, 고유 진동수 산출부(160)는 측정 대상물의 중량이 가동 전도체(110)에 인가됨에 따라 가동 전도체(110)가 요동하는 진동수를 의미할 수도 있다. 가동 전도체(110)의 요동은 로드셀의 측정 정밀도를 감소시키는 것은 물론, 로드셀의 수명도 단축시킨다는 것은 전술된 바와 같다.
가동 전도체(110)의 진행 중인 운동의 고유 진동수가 결정되면, 목표 진동수 결정부(170)는 측정 대상물의 물리적 특징에 따라 바람직한 목표 진동수를 결정한다. 목표 진동수가 적을수록 가동 전도체(110)의 요동이 적어질 것으로 기대할 수 있다. 이것은 반드시 참인 것은 아니다. 그 이유는 목표 진동수가 적어지면 요동을 줄이기 위하여 댐핑부(120)의 감쇠력이 커져야 하며, 따라서 원하는 목표 진동수에 도달하는 속도가 느려져서 시스템 전체의 동작 속도가 저해되기 때문이다. 일반적으로, 목표 진동수에 도달하는 속도가 빨라질수록 목표 진동수 근처에서 안정화되는 시간이 더 커지며, 목표 진동수에 도달하는 속도가 느려질수록 목표 진동수 근처에서 안정화되는 시간이 적어진다. 그러므로, 목표 진동수 결정부(170)는 측정 대상물의 물리적 특징을 고려하여 바람직한 안정화 시간 고려하여 목표 진동수를 결정한다. 이 때 목표 진동수 결정부(170)는 측정 대상물의 중량 및 댐핑부(120)의 감쇠력 범위, 그리고 중량 측정부(미도시)의 측정 범위 와 신뢰 구간 등을 고려할 수 있다.
목표 진동수가 결정되면, 댐핑 계수 모델링부(180)는 산출된 고유 진동수 및 결정된 목표 진동수를 참조하여 댐핑부의 감쇠력과 관련된 댐핑 계수를 모델링한다. 댐핑 계수가 커질수록 댐핑부(120)의 감쇠력은 커지고, 댐핑 계수가 작아질수록 댐핑부(120)의 감쇠력은 작아진다.
댐핑 계수가 모델링되면 제어 파라미터 결정부(190)는 모델링된 댐핑 계수 및 목표 진동수를 참조하여 댐핑부(120)에서 원하는 댐핑 계수를 구현하기 위하여 조절되어야 하는 제어 파라미터를 결정한다. 본 명세서에서, 댐핑부(120)는 가동 전도체(110)의 운동을 감쇠시킬 수 있는 다양한 구조가 가능하지만, 특히 와전류 댐퍼로서 구현되는 것이 바람직하다. 따라서, 댐핑 계수 모델링부(180)는 와전류 댐퍼의 감쇠력을 결정하는 댐핑 계수를 모델링할 수 있다. 와전류 댐퍼의 구성에 대해서는 도 2 를 이용하여 상세히 후술하기 때문에 명세서의 간략화를 위하여 반복적인 설명이 생략된다.
제어 파라미터가 결정되면, 댐핑부(120)의 댐핑 계수가 댐핑 계수 모델링부(180)에서 모델링된 댐핑 계수로 조절된다.
이와 같이, 도 1 에 도시된 능동형 와전류 댐퍼(100)는 댐핑부(120)의 댐핑 계수를 측정 대상물의 물리적 특징에 따라서 능동적으로 조절할 수 있다.
도 2 는 도 1 에 도시된 능동형 와전류 댐퍼에서 댐핑부의 구성의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 2 에 도시된 댐핑부(200)는 제 1 및 제 2 전자석(210, 290) 및 두 전자석 사이에 삽입된 가동 전도체(250)를 포함한다. 각각의 전자석(210, 290)은 철심 코어(216, 296)를 포함한다. 제 1 철심 코어(216)에는 코일(212, 214)이 권선되고, 제 2 철심 코어(296)에는 코일(292, 294)이 권선된다. 제 1 및 제 2 전자석(210, 290)은 코일에 전류를 인가함으로써 서로 반대의 극성으로 자화된다.
일반적으로, 와전류 댐퍼는 가동 전도체(250)가 제 1 및 제 2 전자석(210, 290)과 같은 전자석에 대향하도록 배치되고, 제 1 및 제 2 전자석(210, 290) 및 가동 전도체(250) 중 하나는 반대 방향의 수직 방향으로 다른 하나에 대해서 이동가능하게 배치된다. 도체에 유도된 와전류가 자속의 변화를 방해하는 방향으로 발생하기 때문에, 와전류에 의해 저항력이 가동 전도체(250)에 인가되고, 가동 전도체(250)의 변위 속도가 증가함에 따라 더 큰 저항력이 가해진다.
도 2 에 도시된 바와 같은 댐핑부(200)는 미끄럼 부재를 포함하지 않고 비접촉식으로 구동되므로 장시간 사용할 때에도 특성이 변화되지 않는 이점이 있다. 또한, 자기 댐퍼는 자석과 전도체의 상대적 운동 발생 시 움직이는 전도체가 자기장 내에 있게 하여 기전력을 발생시키고, 유도전류를 다시 발생시켜 전도체의 속도에 비례하는 반발력을 발생 시킨다. 이는 자석과 전도체가 진동감쇠기와 같은 역할을 하게 된다. 외력에 의해 생성된 기계적 진동을 신속히 감쇠 시켜 즉시 정상상태로 복귀시키고 다음 측정까지의 시간이 짧아 분당 처리량을 증가시킬 수 있으며, 자기 방식이 아닌 로드셀에 비하여 약 1.5 배의 처리 속도를 달성할 수 있다.
도 2 에서, 자기장 내에서 움직이는 전도체에 유도되는 전류 밀도 J는 표면 전하를 무시하면 다음 수학식 1과 같다.
수학식 1에서, 
와 
는 각각, 전도체가 움직이는 속도와 자기 플럭스 밀도이며, 
는 전류 밀도 J를 유도하는 기전력이다.
수학식 1로부터 유도 전류는 속도와 자기장의 수직 성분 값에 비례함을 알 수 있다. 수직 방향의 자기장에 대해 전도체가 수평 방향으로 움직이기 때문에 와전류가 발생하게 된다. 와전류와 자기장에 의한 전자기력의 방향은 전도체의 운동방향과 반대이며, 다음 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
도 2 에 도시된 댐핑부(200)에서 감쇠력을 결정하는 제어 파라미터에는 전자석(210, 290) 및 가동 전도체(250)의 형상, 전자석 간의 이격 거리(D), 전자석 및 가동 전도체 간의 공극(d), 전자석에 감겨진 코일에 인가되는 전류, 가동 전도체의 두께(t) 등이 포함될 수 있다. 그러나, 도 2 에 도시된 댐핑부(200)는 일 예일 뿐이며, 다양한 다른 구조도 역시 적용될 수 있으며 이 경우 제어 파라미터는 채택된 구성에 따라서 변동될 수 있다. 그러므로, 도 2 에 도시된 구조는 본 발명을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 예를 들어, 가동 전도체(250) 및 제 1 및 제 2 전자석(210, 290)이 원형 형상을 가진다면, 가동 전도체(250)의 내경 및 외경 및 제 1 및 제 2 전자석(210, 290)의 내경 및 외경도 제어 파라미터로서 사용될 수 있다.
도 3 은 도 2 에 도시된 댐핑부에서 발생되는 와전류의 방향 및 크기를 예시하는 도면이다.
도 3의 (a) 는 발생되는 와전류 댐퍼의 방향 및 크기를 나타내는 와전류 댐퍼 벡터를 나타낸다. 또한, 도 3 의 (b)는 해당 자속 밀도의 분포를 색상별로 나타낸 도면이다.
일반적으로, 와전류가 발생하게 되면, 와전류의 순환에 의해 작용하고 있는 자기장과 극성이 반대인 자기장이 발생하게 되고, 이로 인해 반발력이 발생한다. 그러나, 전도체의 전기 저항에 의해 유도 전류는 열로 사라지게 되며, 반발력도 사라진다. 동적 시스템의 경우는 움직이는 전도체가 자기장내에 있게 되면 기전력(electromotive force; emf)이 발생하고, 유도전류를 다시 발생시켜 전도체의 속도에 비례하는 반발력을 발생시킨다. 이 전류는 소산되기 때문에 시스템의 에너지는 없어지게 된다. 따라서, 자석과 전도체는 점성 감쇠기(viscous damper)와 같은 역할을 하게 된다. 이러한 와전류 감쇠 시스템은 반영구적이며, 비접촉식(non-contacting) 자기 댐퍼이다.
도 4 는 본 발명의 제 2 측면에 의한 능동형 와전류 댐퍼 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
전술된 바와 같이, 와전류 댐퍼는 작동자의 운동에 따른 가동 전도체의 운동시 발생하는 전자기력에 의하여 발생하는 와전류를 감쇠력으로써 사용하여 가동 전도체의 운동을 감쇠시킨다. 이러한 와전류 댐퍼를 제어하기 위하여, 우선 센서를 통해 가동 전도체의 운동을 감지하고 가동 전도체의 운동의 고유 진동수를 산출한다(S410). 고유 진동수를 모델링하기 위하여 아날로그 센서 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 DSP(Digital Signal Processor)가 수신하여 샘플링할 수 있다.
현재 진행 중인 운동의 고유 진동수가 산출되면, 측정 대상물의 물리적 특징에 따라 목표 진동수를 결정한다(S430). 이 경우 사용되는 정보는 측정 대상물의 중량이나 요구되는 처리 속도 등을 포함할 수 있음은 전술된 바와 같다.
고유 진동수 및 목표 진동수가 결정되면, 결정된 고유 진동수 및 목표 진동수를 참조하여 능동형 와전류 댐퍼의 감쇠력과 관련된 댐핑 계수를 모델링한다(S450). 능동형 와전류 댐퍼에 인가되는 측정 대상물의 중량을 F라고 한다면 F = m · g = k · x 의 관계가 성립한다. 여기에서, m은 측정 대상물의 질량, g는 중력 가속도, x는 와전류 댐퍼의 가동 전도체의 변위, 그리고 k는 댐핑 계수를 나타낸다.
그러면, 원하는 댐핑 계수 k는 k = m · g / x의 수학식으로서 구할 수 있다.
이와 같이 댐핑 계수가 결정되면, 모델링된 댐핑 계수 및 목표 진동수를 참조하여 능동형 와전류 댐퍼의 동작과 관련된 제어 파라미터를 결정한다(S470). 제어 파라미터는 전자석 및 가동 전도체의 형상, 전자석 간의 이격 거리, 전자석 및 가동 전도체 간의 공극, 전자석에 감겨진 코일에 인가되는 전류, 가동 전도체의 두께 등을 포함할 수 있음은 전술된 바와 같다.
제어 파라미터가 결정되면, 결정된 제어 파라미터에 따라 능동형 와전류 댐퍼를 제어한다(S490).
이와 같이, 본 발명에서는 능동형 와전류 댐퍼를 측정 대상물의 중량과 같은 물리적 특징 및 원하는 처리 속도를 고려하여 능동형 와전류 댐퍼를 능동적으로 제어한다. 그러므로, 다양한 중량 범위를 가지는 측정 대상물을 측정해야 하는 경우에도, 각 측정 대상물마다 능동적으로 감쇠력이 제어되기 때문에 측정 시간이 단축되고, 측정의 신뢰도가 증가한다.
도 5 는 본 발명의 제 3 측면에 의한 로드셀 모듈을 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 5 에 도시된 로드셀 모듈(500)은 중량 수납부(530), 로드셀(540) 및 능동형 와전류 댐퍼(505)를 포함한다.
중량을 측정할 측정 대상물은 중량 수납부(530)에 수납된다. 예를 들어, 중량 수납부(530)는 컨베이어 벨트 상에 측정 대상물을 놓는 마운트일 수 있다. 측정 대상물이 중량 수납부(530)에 수납되면, 측정 대상물의 중량이 중량 수납부(530)를 통해 로드셀(540)로 전달된다. 즉, 로드셀(540)은 측정 대상물과 중량 수납부(530)의 중량을 합산한 중량을 측정한다.
또한, 측정 대상물의 중량에 의하여 발생되는 요동은 능동형 와전류 댐퍼(505)에 의하여 능동적으로 감쇠된다.
능동형 와전류 댐퍼(505)는 가동 전도체(510), 댐핑부(520), 고유 진동수 산출부(560), 목표 진동수 결정부(570), 댐핑 계수 모델링부(580), 및 제어 파라미터 결정부(590)를 포함한다. 능동형 와전류 댐퍼(505)에 포함되는 가동 전도체(510), 댐핑부(520), 고유 진동수 산출부(560), 목표 진동수 결정부(570), 댐핑 계수 모델링부(580), 및 제어 파라미터 결정부(590) 구성 및 동작은 도 1 에 도시된 가동 전도체(110), 댐핑부(120), 고유 진동수 산출부(160), 목표 진동수 결정부(170), 댐핑 계수 모델링부(180), 제어 파라미터 결정부(190)와 각각 유사하다. 그러므로, 명세서의 간략화를 위하여 반복적인 설명이 생략된다.
또한, 능동형 와전류 댐퍼(505)에 포함되는 댐핑 제어부(550)는, 능동형 와전류 댐퍼(505)를 구성하는 전자석의 코일에 인가되는 전류를 정전류로 유지시키는 정전류 레귤레이터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
정전류 레귤레이터는 입력 조건과 작동 조건 범위에 따른 전압 변화에 관계없이 전류를 일정하기 유지하기 위하여 사용된다. 정전류 레귤레이터는 선형 레귤레이터 및 스위칭 레귤레이터에 비하여 더 간단하고 저렴한 솔루션이면서도 저항에 비해 중요한 성능 및 장점을 제공할 수 있다. 이러한 정전류 레귤레이터는 넓은 전압 범위에 걸쳐 지속적으로 안정된 전류를 전자석의 코일에 공급한다.
정전류 레귤레이터는 스텝 다운(벅), 스텝 업(부스트) 또는 SEPIC 토폴로지 중 하나로 설정될 수 있다.
도 5 에 도시된 바와 같은 로드셀 모듈(500)은 측정 대상물의 요동을 능동형 와전류 댐퍼(505)를 사용하여 효과적이고 능동적으로 감쇠시킬 수 있으므로, 측정 대상물의 중량 및 측정 속도에 적합한 최적의 감쇠력을 자기 에너지로 생성하여 로드셀에 유발된 진동을 신속히 억제할 수 있다. 또한, 로드셀(540)의 힌지부에 가해지는 하중을 효과적으로 감쇠시킬 수 있기 때문에 수명을 획기적으로 개선할 수 있다.
도 6 은 본 발명의 제 4 측면에 의한 중량 선별기를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
본 발명에 의한 중량 선별기(600)는 진입부(610), 중량 측정부(630), 대상물 선별부(650) 및 진출부(670)를 포함한다.
중량 선별기(600)에서 측정 대상물은 모터에 따라 구동되는 콘베이어 벨트를 따라 진입부(610)로부터 진출부(670)로 이송된다.
그러면, 중량 측정부(630)는 진입부(610)로부터 측정 대상물을 수납하고, 수납된 측정 대상물의 중량을 측정한다. 중량 측정이 완료된 측정 대상물은 대상물 선별부(650)로 공급된다.
대상물 선별부(650)는 중량 측정부(630)에서 측정된 중량에 따라 측정 대상물을 선별한다. 선별이 완료된 측정 대상물은 진출부(670)를 통해 외부로 이송된다.
전술된 바와 같이, 중량 측정부는 도 4 에 도시된 바와 같은 로드셀 모듈을 사용하여 측정 대상물의 중량을 측정할 수 있다. 또한, 로드셀 모듈은 측정 대상물이 중량 수납부에 적재될 때 및 측정 대상물이 중량 수납부로부터 하역될 때 발생되는 요동을 능동적으로 감쇠시키기 위한 능동형 와전류 댐퍼를 포함한다. 능동형 와전류 댐퍼는 요동에 의하여 발생되는 전자기력에 기인한 와전류를 감쇠력으로 사용하여 측정 대상물의 운동을 감쇠시키는 것이 바람직하다.
로드셀 모듈에 대해서는 도 5 를 이용하여 상세히 설명되었다. 그러므로, 명세서의 간략화를 위하여 반복적인 설명이 생략된다.
본 발명에 의한 중량 선별기(600)에서, 로드셀 모듈은 콘베이어 벨트 및 모터 사이에 배치되어, 모터의 중량을 측정하지 않는다. 이러한 로드셀 모듈의 배치에 대해서는 도 7a 내지 도 7c 를 사용하여 후술된다.
도 7a 내지 도 7c 는 본 발명에 의한 중량 선별기에 포함되는 진입부, 진출부, 및 중량 측정부의 구성의 실시예들을 나타내는 도면이다.
도 7a 는 도 6 의 중량 선별기에 포함되는 진입부 및 진출부의 일 실시예의 구성을 예시한다. 도 7a에서, 진입부 및 진출부는 측정 대상물(705)이 적재되며, 적재된 측정 대상물을 이송하는 콘베이어 벨트(713) 및 콘베이어 벨트를 구동하기 위한 모터(719)를 포함한다. 모터(719)의 회전력은 구동 벨트에 의하여 구동 기어(717)로 전달된다. 구동 기어(717)가 회전함에 따라 피동 기어(715)도 역시 회전하며 측정 대상물(705)을 화살표 방향으로 진행시킨다.
도 7b 는 도 6 의 중량 선별기에서 중량 측정부의 일 실시예의 구성을 예시한다. 도 7b에서, 모터(719)에 의하여 구동 기어(717)가 회전함에 따라 피동 기어(715)도 역시 회전하며 측정 대상물(705)을 화살표 방향으로 진행시키는 것은 도 7a 와 같다. 그런데, 도 7b 에 도시된 중량 측정부는 로드셀 모듈(745) 및 능동형 와전류 댐퍼(750)를 더 포함한다.
로드셀 모듈(745)은 모터(719) 하부에 설치되어 모터 상부의 측정 위치를 측정 대상물(705)이 지날 때의 중량을 측정한다. 이 때, 로드셀 모듈(745)은 측정 대상물(705)의 중량 뿐만 아니라, 콘베이어 벨트(713)의 중량 및 모터(719)의 중량이 모두 포함된 총 중량을 측정한다. 물론, 콘베이어 벨트(713)의 중량 및 모터(719)의 중량은 사전 공지된 값들이기 때문에 측정된 총 중량으로부터 감산하면 측정 대상물(705)만의 중량을 얻을 수 있다. 그러나, 통신 모듈(445)은 상대적으로 측정 대상물(705)보다 큰 모터(719) 및 콘베이어 벨트(713)의 중량이 모두 포함된 큰 값의 총 중량을 측정한 상태에서, 상대적으로 작은 값인 측정 대상물(705)의 중량을 정밀하게 측정해야 한다. 그러므로, 측정 범위 및 측정 정밀도가 모두 양호해야 하기 때문에 구현 비용이 비싸다.
도 7c 는 도 6 의 중량 선별기에서 중량 측정부의 다른 실시예의 구성을 예시한다. 도 7c에서, 모터(779)에 의하여 구동 기어(775)가 회전함에 따라 피동 기어(771, 773, 777)도 역시 회전하며 측정 대상물(705)을 화살표 방향으로 진행시키는 것은 도 7b 와 같다. 그런데, 도 7c 에 포함되는 로드셀 모듈(745) 및 능동형 와전류 댐퍼(750)는 도 7b와는 달리 모터의 모터(779)의 상부에 배치된다.
그러므로, 로드셀 모듈(785)은 측정 대상물(705)이 측정 위치를 지날 때에 모터(779)의 중량이 배제된 콘베이어 벨트(713)의 중량만을 측정한다. 그러므로, 도 7b에 도시된 경우와는 달리 상대적으로 적은 측정 범위를 가지고 측정 대상물(705)의 중량을 정밀하게 측정할 수 있다. 그러므로 상대적으로 저렴한 비용의 로드셀 모듈(785)을 사용할 수 있으며, 고정밀 중량 선별기의 수입을 대체하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 로드셀 모듈(785)에 인가되는 중량 자체가 현저히 줄어들기 때문에 로드셀 모듈(745)의 수명이 일반 로드셀에 대비하여 약 20배가량 연장될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 본 발명에 의한 능동형 와전류 댐퍼는 중량 선별기 뿐만 아니라 자동차, 고속전철 등의 자기 제동 장치에도 적용될 수 있고, 초정밀 이송 기구 진동 저감 장치에도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 분산 컴퓨터 시스템에 의하여 분산 방식으로 실행될 수 있는 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드를 저장할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 그리고, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
따라서, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
본 발명은 와전류 댐퍼가 적용되는 중량 선별기 및 자기 브레이크에 적용될 수 있다.
110, 510 : 가동 전도체 120, 520 : 댐핑부
150, 550 : 댐핑 제어부 160, 560 : 고유 진동수 산출부
170, 570 : 목표 진동수 결정부 180, 580 : 댐핑 계수 모델링부
190, 590 : 제어 파라미터 결정부 610 : 진입부
630 : 중량 측정부 650 : 대상물 선별부
670 : 진출부 705 : 측정 대상물
713 : 콘베이어 벨트 715, 771, 773, 777 : 피동 기어
717, 775 : 구동 기어 745, 785 : 로드셀 모듈
750, 780 : 능동형 와전류 댐퍼 719, 779 : 모터
150, 550 : 댐핑 제어부 160, 560 : 고유 진동수 산출부
170, 570 : 목표 진동수 결정부 180, 580 : 댐핑 계수 모델링부
190, 590 : 제어 파라미터 결정부 610 : 진입부
630 : 중량 측정부 650 : 대상물 선별부
670 : 진출부 705 : 측정 대상물
713 : 콘베이어 벨트 715, 771, 773, 777 : 피동 기어
717, 775 : 구동 기어 745, 785 : 로드셀 모듈
750, 780 : 능동형 와전류 댐퍼 719, 779 : 모터
Claims (9)
- 능동형 와전류 댐퍼로서,
작동자에 연결되어 상기 작동자의 운동에 따라 운동하는 가동 전도체;
댐핑부로서, 상기 가동 전도체 및 상기 댐핑부 간의 상대 운동시 발생하는 전자기력에 의하여 발생하는 와전류를 감쇠력으로써 사용하여 상기 가동 전도체의 운동을 감쇠시키며,
상기 가동 전도체의 운동의 고유 진동수를 산출하는 고유 진동수 산출부,
측정 대상물의 물리적 특징에 따라 상기 가동 전도체의 운동의 목표 진동수를 결정하는 목표 진동수 결정부,
산출된 고유 진동수 및 결정된 목표 진동수를 참조하여 상기 댐핑부의 감쇠력과 관련된 댐핑 계수를 모델링하는 댐핑 계수 모델링부, 및
모델링된 댐핑 계수 및 상기 목표 진동수를 참조하여 상기 댐핑부의 동작과 관련된 제어 파라미터를 결정하는 제어 파라미터 결정부를 포함하는 댐핑부; 및
작동자에 중량을 인가하는 대상물의 물리적 특징 및 상기 작동자의 운동의 특징에 기초하여 상기 댐핑부의 감쇠력을 능동적으로 제어하는 댐핑 제어부를 포함하는, 능동형 와전류 댐퍼. - 제1항에 있어서,
상기 댐핑부는 철심 코어에 감겨진 코일을 포함하며 서로 대향하도록 배치되는 한 쌍의 전자석을 포함하고,
상기 가동 전도체는 상기 전자석 사이에 비접촉식으로 삽입되며,
상기 댐핑 제어부는 상기 전자석 및 상기 가동 전도체 간의 상대적인 운동에 의해 발생된 기전력에 기인한 와전류를 사용하여 상기 가동 전도체의 속도에 비례하는 반발력을 발생시키도록 상기 제어 파라미터를 결정하는, 능동형 와전류 댐퍼. - 제2항에 있어서,
상기 제어 파라미터는, 상기 전자석 및 상기 가동 전도체의 형상, 상기 전자석 간의 이격 거리, 상기 전자석 및 상기 가동 전도체 간의 공극, 상기 전자석에 감겨진 코일에 인가되는 전류 중 적어도 하나를 포함하는, 능동형 와전류 댐퍼. - 작동자의 운동에 따른 가동 전도체의 운동시 발생하는 전자기력에 의하여 발생하는 와전류를 감쇠력으로써 사용하여 상기 가동 전도체의 운동을 감쇠시키는 능동형 와전류 댐퍼의 제어 방법으로서,
센서를 통해 상기 가동 전도체의 운동을 감지하고 상기 가동 전도체의 운동의 고유 진동수를 산출하는 단계;
측정 대상물의 물리적 특징에 따라 상기 가동 전도체의 운동의 목표 진동수를 결정하는 단계;
산출된 고유 진동수 및 결정된 목표 진동수를 참조하여 상기 능동형 와전류 댐퍼의 감쇠력과 관련된 댐핑 계수를 모델링하는 단계;
모델링된 댐핑 계수 및 상기 목표 진동수를 참조하여 상기 능동형 와전류 댐퍼의 동작과 관련된 제어 파라미터를 결정하는 단계; 및
결정된 제어 파라미터에 따라 상기 능동형 와전류 댐퍼를 제어하는 단계를 포함하는, 능동형 와전류 댐퍼 제어 방법. - 측정 대상물로 인하여 인가된 중량을 측정하는 로드셀 모듈로서,
상기 측정 대상물의 질량에 의하여 인가되는 중량을 수납하는 중량 수납부;
상기 측정 대상물이 상기 중량 수납부에 적재될 때 및 상기 측정 대상물이 상기 중량 수납부로부터 하역될 때 발생되는 요동을, 상기 요동에 의하여 발생되는 전자기력에 기인한 와전류를 감쇠력으로써 사용하여 감쇠시키는 능동형 와전류 댐퍼; 및
상기 중량 수납부에 연결되어 상기 측정 대상물의 중량을 측정하는 로드셀을 포함하고,
상기 능동형 와전류 댐퍼는, 상기 측정 대상물의 물리적 특징 및 상기 요동의 특징에 기초하여 상기 능동형 와전류 댐퍼의 감쇠력을 능동적으로 제어하는 댐핑 제어부를 포함하고,
상기 댐핑 제어부는,
상기 요동의 고유 진동수를 산출하는 고유 진동수 산출부;
상기 측정 대상물의 물리적 특징에 따라 상기 요동의 목표 진동수를 결정하는 목표 진동수 결정부;
산출된 고유 진동수 및 결정된 목표 진동수를 참조하여 상기 능동형 와전류 댐퍼의 감쇠력과 관련된 댐핑 계수를 모델링하는 댐핑 계수 모델링부; 및
모델링된 댐핑 계수 및 상기 목표 진동수를 참조하여 상기 능동형 와전류 댐퍼의 동작과 관련된 제어 파라미터를 결정하는 제어 파라미터 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로드셀 모듈.
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| KR1020140016883A KR101640544B1 (ko) | 2014-02-13 | 2014-02-13 | 능동형 와전류 댐퍼 및 제어 방법, 및 이를 포함하는 로드셀 모듈 및 중량 선별기 |
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- 2014-02-13 KR KR1020140016883A patent/KR101640544B1/ko active IP Right Grant
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