1993년, Daifuku에서는 세계 최초로 비접촉 전원 공급*을 활용한 모노레일 시스템을 개발하였으며, 깨끗한 환경을 만드는 차세대 운송 시스템으로 주목 받았습니다. 시스템은 움직이는 물체에 접촉점 없이 전력을 공급합니다. 첫 번째 시스템이 1993년 간토오토워크(Kanto Auto Works, Ltd.)의 이와테 공장(Iwate Plant)에 납품되었습니다(사진). 그 이후로, Daifuku의 비접촉 전원 공급 운반 시스템은 자동차 산업에서 반도체, 식품 및 제약을 비롯한 기타 산업까지 확장되었습니다.

  • *비접촉 전원 공급 시스템은 고성능 유도 전원 공급 기술의 약자인 HID로 명명.
사진: 램런 HID형 모노레일 시스템

사진: 램런 HID형 모노레일 시스템

간략한 개발 이력

1990년 존 보이스(John Boys) 교수가 이끄는 뉴질랜드 오클랜드 대학의 연구진들이 HID의 기본 기술을 개발하였습니다. Daifuku는 해당 대학과 공동으로 연구 및 개발을 진행하였으며, 성공리에 HID 기술을 실용화 단계로 도입할 수 있었습니다. Daifuku가 가진 HID 기술로 카트 라인과 수집기를 이용하는 기존의 접촉식 전원 공급 기술이 지닌 문제점, 즉 수집기 마모, 마모 파편, 라인 분리로 생성되는 스파크 등을 해결했습니다. 오클랜드 대학과 기술라이센스 계약을 체결하고, 자재 관리 시장 부문에서 HID 기술의 활용 및 판매에 있어 독점권을 획득하였습니다. 현재, HID 기술은 수많은 국가에 특허 등록된 상태입니다.

HID 시스템의 구성 및 구성 요소 역할

HID 시스템은 다음과 같이 4개의 구성 요소로 이루어져 있습니다.

HID 전원 공급 패널

전원 공급 패널은 상업용 전원 공급을 비접촉 전원 공급에 맞는 주파수로 전환해 주며, 유도케이블에 전력을 공급합니다.

유도케이블

유도케이블은 움직이는 물체의 레일을 따라 설치하는 특수 전력선입니다. 움직이는 물체에 전력을 효율적으로 전송하기 위해 케이블 주위로 자기장이 형성됩니다.

픽업 코일

픽업 코일은 유도케이블 반대쪽으로 움직이는 물체면에 설치되며, 유도케이블 주위 자기장으로부터 전력을 제공받습니다.

전원 수신 장치

전원 수신 장치는 픽업 코일이 수신하고 고품질의 전력을 인버터와 서보 드라이버로 전달하는 전력을 안정화시킵니다.

Configuration of HID System

그림: HID 시스템 구성

HID 시스템 특징 및 특허권

특징

HID 시스템의 특징은 유도케이블과 픽업 코일이 비접촉식이라는 점과 유도케이블이 절연체로 덮여 있다는 점입니다. 다음과 같은 이점이 있습니다.

(1) 높은 신뢰도와 내구성

비접촉식 전원 공급에 대한 수집기는 안전한 접촉을 위해 철저한 3D 메커니즘을 요구합니다. HID는 단순한 구조로 이루어져 있으며, 비접촉 구성은 연장된 시간에도 안정적인 전원을 공급해 줍니다.

(2) 유지보수가 필요 없음

기존의 수집기는 주변 환경에 따라 시간이 지날 수록 마모될 수도 있습니다. HID가 비접촉식이기 때문에 수집기와 카트 라인이 마모될 일은 결코 없으며, 따라서 유지보수에 드는 비용을 상당히 줄일 수 있습니다.

(3) 깨끗한 환경에 적합

시스템은 접촉식 수집기가 종종 생산하는 먼지를 발생시키지 않습니다. 따라서, 크린룸과 같이 먼지를 허용하지 않는 환경에 필수적입니다.

(4) 오일미스트 또는 수증기가 발생하는 환경에 적합

접촉식 전원 공급은 먼지, 오일미스트 또는 수증기가 발생하는 장소에서 항상 사용하지 못할 수 있습니다. HID 시스템은 그러한 환경에서도 문제없이 사용 가능합니다.

(5) 안전한 전원 공급 시스템

전원 공급 케이블 전체가 절연 처리되어 있으며, 노출 부분이 없어 감전의 위험이 없습니다. 전자력 커플링이 움직이는 물체에 전력을 공급하며, 전기 불꽃이 발생하지 않아 매우 안전한 전원 공급 시스템을 만듭니다.

특허권

비접촉 전원 공급에 관한 아이디어는 약 100년 전 미국 특허에서 발견할 수 있었습니다. 이러한 기술은 전자기 유도 법칙 등을 포함, 선구자들이 다져 놓은 지식을 바탕으로 합니다. 반면, 고주파수 범위에서 사용 가능한 요소를 발명하는 시뮬레이션 기술 개발과 선진 서킷 기술은 비접촉 전원 공급 시스템을 실용화 단계로 끌어올리는데 필수적이었습니다.

오클랜드 대학과의 협업 이후, Daifuku는 주요 국가에 수많은 특허권을 신청했습니다. 주요 특허권은 다음과 같습니다.

(1) 픽업 코일 형성 및 유도케이블 주변부 구성과 관련된 특허

움직이는 물체는 3방향으로 움직인다는 가정 하에 시뮬레이션을 수행하여, 유도케이블 지지 및 픽업 코일의 최적화된 형성에 대해 결정을 내립니다. 결과적으로, 현재의 E형 코어가 도입되었습니다(그림). 이 특허는 전원 수신 효율성 및 시설 비용 간 적합한 균형점을 제공하는 구성과 관련 있으며, 움직이는 물체가 가장 적합합니다.

(2) 전원 수신 장치와 관련된 특허

전원 수신 장치는 다수의 움직이는 물체가 바뀌거나 전력이 모터 구동 시작 시점에서 변경되는 경우, 또는 변성이 일어나는 경우, 인버터와 시퀀서와 같은 제어 장치에 전원을 안정적으로 공급해야 합니다. 이러한 특허는 몇 킬로와트의 전력을 효과적이고 손쉽게 제어할 수 있는 방법과 관련있습니다.

결론

HID 시스템은 자동차, 반도체, 플랫 패널 디스플레이 산업 뿐만 아니라 광학 섬유, 식품, 식품 용기 산업 등에서 널리 사용되고 있습니다. 다시 말해, 사용자들이 그들의 시설에 원하는 것은 모두 제공 가능합니다. 특히, 이는 유지보수 작업이 불필요하거나 최소한의 정비만을 의미하며, 시설 배치 변경에 소요되는 시간이 짧고, 오류와 고장이 일어나지 않으며, 문제 발생 이후 복구가 매우 신속합니다. 더불어, 글로벌 환경에 대한 영향 완화 및 노동자를 위한 편안한 환경 제공이 아주 중요한 관심사항입니다. HID 시스템이 이러한 요구 사항을 충족시켜 주는 중요 지원 기술로써 수많은 산업에 널리 사용될 것이라 믿습니다.

< DAIFUKU 뉴스 No.161 (2001.08) >