KR100454656B1 - 영구자석여자 횡자속 선형전동기 이용 수평 및 수직이송장치 - Google Patents

영구자석여자 횡자속 선형전동기 이용 수평 및 수직이송장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영구자석 여자 횡자속 선형전동기를 이용하여 수평 및 수직 이송을 가능하게 함으로써 구조가 간단하면서도 마찰로 인한 분진 등이 발생하지 않는 수평 및 수직 이송장치를 제공하기 위한 것이다. 이를 위해 본 발명의 수평 및 수직 이송장치는, 수평방향과 수직방향으로 이송 가능한 이송장치에 있어서, 영구자석 여자 횡자속 방식의 수평축 선형전동기의 추력에 의하여 수평방향의 이송을 수행하는 수평 이송수단과; 상기 수평 이동수단 위에 설치되고 영구자석 여자방식의 횡자속 방식의 수직축 선형전동기의 추력에 의하여 이송대상을 수직방향으로 이송하는 수직 이송수단을 포함하여 구성한다.

Description

영구자석여자 횡자속 선형전동기 이용 수평 및 수직 이송장치 {Horizontal And Vertical Transportation System By Using Transverse Flux Linear Motor With Permanent Magnet Excitation}
본 발명은 영구자석여자 횡자속 선형전동기를 이용하여 수평(X축) 및 수직(Y축)으로 직선형 운동을 제공하는 영구자석여자 횡자속 선형전동기 이용 수평 및 수직 이송장치에 관한 것이다.
일반적으로 직선 운동을 얻기 위하여 회전기에서 회전운동을 발생시켜, 회전운동을 볼 스크루와 같은 직선운동 변환기를 사용하여 직선동력을 얻는다. 회전형 전동기와 볼 스크루 등의 동력전달장치를 사용하여 동력을 얻을 경우 시스템이 복잡하고 마찰로 인한 분진이 발생하기 때문에 고청정 이송 시스템을 얻을 수 없는 문제가 있다. 특히 수직(Y축)으로 이송하기 위하여 부하의 중력과 반대되는 카운터-파트(counter-part)와 로프(rope) 및 회전기로 구성하여 복잡하게 수직 이송장치를 구현하고 있기 때문에 시스템의 동력전달장치가 복잡하다는 문제가 있다.
또, 2축(X-Y축)에 직선형 운동을 제공하기 위한 기존의 선형전동기는 전동기 단위 무게당 추력이 적어 2축 이송장치를 구현하기 불가능한 경우가 많으며, 만약 구현하여도 이송장치의 선형전동기의 부피가 커져야 한다는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 영구자석 여자 횡자속 선형전동기를 이용하여 수평 및 수직 이송을 가능하게 함으로써 구조가 간단하면서도 마찰로 인한 분진 등이 발생하지 않는 영구자석여자 횡자속 선형전동기 이용 수평 및 수직 이송장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수평 및 수직 이송장치는, 수평방향과 수직방향으로 이송 가능한 이송장치에 있어서, 영구자석 여자 횡자속 방식의 수평축 선형전동기의 추력에 의하여 수평방향의 이송을 수행하는 수평 이송수단과; 상기 수평 이동수단 위에 설치되고 영구자석 여자방식의 횡자속 방식의 수직축 선형전동기의 추력에 의하여 이송대상을 수직방향으로 이송하는 수직 이송수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 수평이송수단은, 영구자석 여자 횡자속 방식의 수평축 선형전동기와; 상기 수평축 선형전동기의 고정자 부분이 고정되는 받침대와; 상기 수평축 선형전동기의 이동자 부분이 고정되고 이 이동자 부분과 함께 수평방향으로 움직이는 수평 이동자 고정대와; 상기 받침대의 양측부와 상기 수평 이동자 고정대의 양측부에서 서로 마주 보는 방향으로 형성되어 상기 수평 이동자 고정대와 상기 수평축 선형전동기의 이동자 부분이 수평방향으로 원활하게 이송되도록 하는 선형 베어링을 포함하여 구성된다.
상기 수평축 선형전동기의 이동자는, 다리부분이 전·후방향으로 극간격 τp만큼 비틀어지게 형성한 ∩형상의 다수의 철심과, 상기 철심과 같은 형상인 다수의 영구자석이 교번적으로 서로 밀착결합되며, ∩형상의 다수의 철심과 다수의 영구자석의 결합구조의 동일방향 다리끼리 각각 권선으로 감싸는 형태로 구성되고; 상기 수평축 선형전동기의 고정부는 ∩형상의 다수의 철심과 다수의 영구자석의 결합구조의 양측 다리의 하측에 서로 일정 간격을 유지하여 설치되는 다수의 철심으로 구성되며; 상기 이웃하는 영구자석끼리는 서로 다른 자극을 갖는다. 여기서, 상기 수평축 선형전동기를 구동하는 수평 구동회로를 포함하여 구성되고, 상기 수평구동회로는 상기 이동자의 상기 일정 간격에 대응하는 이동단위에 따라서 상기 권선에 공급되는 전류 방향을 바꾸는 것이 바람직하다.
상기 수평축 선형전동기는 하나의 고정자에 대응하여 2개의 이동자가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 두 개의 수평축 선형전동기를 구동하는 수평 구동회로를 포함하여 구성되고, 상기 수평구동회로는 상기 각 수평축 선형전동기의 이동자의 상기 일정 간격에 대응하는 이동 극간격 τp에 따라서 상기 각 수평축 선형전동기의 권선에 공급되는 전류 방향을 바꾸며, 상기 각 수평축 선형전동기의 권선에 공급되는 전류는 상기 일정 간격에 대응하는 이동 극간격 τp의 1/2에 대응하는 위상차를 갖는 것이 바람직하다.
상기 수직이송수단은, 영구자석여자 횡자속 방식의 수직축 선형전동기와; 상기 수직축 선형전동기의 고정자 부분이 고정되는 것으로 상기 수평 이동자 고정대에 수직하게 설치된 수직 이송지지대와; 상기 수직축 선형전동기의 이동자 부분이 고정되고 이 이동자 부분과 함께 상기 이송대상을 수직방향으로 움직이는 수직 이동자 고정대를 포함하여 구성된다.
상기 수직축 선형전동기의 고정자는, U형상의 철심이 2배의 극간격 2τp만큼 간격을 두고서 설치되고 상기 다수의 U형상 철심의 각각 동일방향 돌출부끼리 각각 권선으로 감싸는 형태로 구성되고; 상기 수직축 선형전동기의 이동자는, 상기 극간격
τp만큼 비틀어진 다수의 철심과 상기 철심과 같은 형상인 다수의 영구자석이교번적으로 서로 밀착결합된 형태로 구성되고, 이 밀착결합된 구조가 상기 U형상 철심들의 돌출부 사이에 위치하며; 상기 이웃하는 영구자석끼리는 서로 다른 자극을 갖는다. 여기서, 상기 수직축 선형전동기를 구동하는 수직 구동회로를 포함하여 구성되고, 상기 수직구동회로는 상기 이동자의 상기 극간격 τp만큼 이동단위에 따라서 상기 권선에 공급되는 전류 방향을 바꾸는 것이 바람직하다.
상기 수직이송수단은, 두 개의 영구자석여자 횡자속 방식의 수직축 선형전동기와; 상기 두 개의 수직축 선형전동기의 고정자 부분이 각각 고정되는 것으로 상기 수평 이동자 고정대에서 서로 일정 거리를 두고서 수직하게 설치된 두 개의 수직 이송지지대와; 상기 두 개의 수직축 선형전동기의 이동자 부분이 고정되고 이 이동자 부분과 함께 상기 이송대상을 수직방향으로 움직이는 수직 이동자 고정대를 포함하여 구성되어도 된다.
상기 수직축 선형전동기의 고정자는, U형상의 철심이 2배의 극간격 2τp만큼 일정 간격을 두고서 설치되고 상기 다수의 U형상 철심의 각각 동일방향 돌출부끼리 각각 권선으로 감싸는 형태로 구성되고; 상기 수직축 선형전동기의 이동자는, 상기 극간격 τp만큼 비틀어진 다수의 철심과 상기 철심과 같은 형상인 다수의 영구자석이 교번적으로 서로 밀착결합된 형태로 구성되고, 이 밀착결합된 구조가 상기 U형상 철심들의 돌출부 사이에 위치하며; 상기 이웃하는 영구자석끼리는 서로 다른 자극을 갖는다. 이 경우, 상기 두 개의 수직축 선형전동기를 구동하는 수직 구동회로를 포함하여 구성되고, 상기 수직구동회로는 상기 각 수직축 선형전동기의 이동자의 상기 극간격 τp만큼 일정 간격에 대응하는 이동단위에 따라서 상기 각 수평축 선형전동기의 권선에 공급되는 전류 방향을 바꾸며, 상기 각 수직축 선형전동기의 권선에 공급되는 전류는 극간격 τp의 1/2에 대응하는 위상차를 갖는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 2축(수평축 및 수직축) 동력을 발생시키기 위하여 고출력 영구자석여자 횡자속 선형전동기를 이용한다. 수평(X축)방향의 이송을 위하여 길이가 짧은 1차측에 영구자석과 권선이 설치되고, 길이가 긴 2차측에 철심이 설치되므로 재료비가 적게 요구되며 설치 작업이 간단하게 된다. 그리고 수직(Y축)방향의 이송을 위하여 이동자에 영구자석과 철심을 설치하므로 로프와 카운터-파트(counter-part)를 가진 기존의 수직 이송 시스템에 비해 로프 없이 고출력 수직 이송장치를 구현할 수 있다. 기존의 선형 추진 시스템에 비해 고출력이기 때문에 사용 철심과 권선의 양을 절약하므로 자재비가 적게 요구되고, 기타 동력 전달장치가 없이 직접 수평·수직방향의 직선운동을 발생하기 때문에 청정 이송장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 영구자석여자 횡자속 선형전동기 이용 수평(X축) 및 수직(Y축) 이송장치의 기본도면,
도 2는 도 1의 영구자석 여자 횡자속 수평(X)축 선형전동기 1상 도면,
도 3은 도 1의 영구자석 여자 횡자속 수평(X)축 선형전동기 힘발생 원리도,
도 4는 도 1의 영구자석 여자 횡자속 수직(Y)축 선형전동기 1상 도면,
도 5는 도 1의 영구자석 여자 횡자속 수직(Y)축 선형전동기 힘발생 원리도,
도 6은 도 1의 영구자석 여자 횡자속 수직(Y)축 선형전동기 2상 도면,
도 7은 영구자석 여자 횡자속 수평(X)축 2상 선형전동기 전원 공급회로도,
도 8은 영구자석 여자 횡자속 수직(Y)축 2상 선형전동기 전원 공급회로도,
도 9는 영구자석 여자 횡자속 수평(X)축 2상 선형전동기의 각 상 이동자 위치-전류 특성도,
도 10은 영구자석 여자 횡자속 수평(X)축 2상 선형전동기의 각 상 이동자 위치-발생힘 특성도,
도 11은 영구자석 여자 횡자속 수직(Y)축 2상 선형전동기의 각 상 이동자 위치-전류 특성도,
도 12는 영구자석 여자 횡자속 수직(Y)축 2상 선형전동기의 각 상 이동자 위치-발생 힘 특성이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 영구자석여자 횡자속 수평(X)축 선형전동기
2 : 영구자석여자 횡자속 수직(X)축 선형전동기
3 : 선형 베어링 4 : 수직 이송지지대
5 : 수평 지지대 6 : 수직 이동자 고정대
7 : 수평 이동자 고정대 8 : 받침대
9 : 수평 이동자 철심 10 : 수평 이동자 영구자석
11 : 수평 이동자 권선 12 : 수평 고정자 철심
13 : 수직 이동자 철심 14 : 수직 이동자 영구자석
15 : 수직 고정자 철심 16 : 수직 고정자 권선
17 : 전력변환소자
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영구자석여자 횡자속 선형전동기 이용 수평 및 수직 이송장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기를 이용한 수평(X축) 및 수직(Y축) 이송장치의 기본도면이다.
동 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 수직 및 수평 이송장치는 수평이송수단과 수직이송수단으로 구성된다.
상기 수평이송수단은 영구자석여자 횡자속 수평축 선형전동기(1)와, 이 수평축 선형전동기(1)의 고정자 부분이 고정되고 본 수평 및 수직 이송장치의 전체를 지탱하는 역할을 하는 받침대(8)와, 상기 수평축 선형전동기(1)의 이동자 부분이 고정되고 이 이동자 부분과 함께 수평방향으로 움직이는 수평 이동자 고정대(7)와, 상기 받침대(8)의 양측부와 상기 수평 이동자 고정대(7)의 양측부에서 서로 마주 보는 방향으로 형성되어 상기 수평 이동자 고정대(7)와 상기 횡자속 선형전동기(1)의 이동자 부분이 수평방향으로 원활하게 미끄러져 이송되도록 하는 선형 베어링(3)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 받침대(8)의 양측부에서 각각 상기 수평 이동자 고정대(7)쪽으로 수직하게 연장되고 그 상부에 레일이 형성되고, 상기 수평 이동자 고정대(7)의 양측부에서 상기 받침대(8)쪽으로 수직하게 연장되고 그 하부에 상기 받침대(8)의 레일에 끼워지는 레일 안착부가 형성되어, 이들 레일과 레일 안착부가 상기 선형 베어링(3)을 구성하게 된다. 그리고, 상기 영구자석여자 횡자속 수평축 선형전동기(1)에서는 이동자가 적어도 2개 설치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 수직이송수단은 2개의 영구자석여자 횡자속 수직축 선형전동기(2)와, 이들 수직축 선형전동기(2)의 고정자 부분이 고정되는 것으로 상기 수평 이동자 고정대(7)에서 서로 일정 거리를 두고서 수직하게 설치된 두 개의 수직 이송지지대(4A,4B)와, 상기 2개의 수직축 선형전동기(2)의 이동자 부분이 고정되고 이 이동자 부분과 함께 수직방향으로 움직이는 수직 이동자 고정대(6)와, 상기 수직 이송지지대(4A,4B)의 상부에 설치되어 수직이송수단을 수평방향으로 지지하는 수평지지대(5)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 수직 이동자 고정대(6)에는 수직이송수단 및 수평이동수단에 의하여 이송되는 대상물을 홀딩하거나 탑재하는 구성이 장착되며, 이 홀딩구성에 의하여 홀딩되거나 또는 탑재 구성에 탑재된 이송대상이 수평이동수단에 의하여 수평방향으로 이송되고 수직이동수단에 의하여 수직방향으로 이송된다.
본 실시예에서는 X축(수평) 이송수단에서 수평방향 힘 Fx를 발생시키기 위해서 수평축 선형 전동기 이동자 부분은 2대로 구성되어 있고, 고정자 부분은 1대로 구성되어 이송 길이가 긴 경우 고정자 부분의 재료를 절약할 수 있다. X축(수평) 선형 전동기 이동자는 고정자에 대해 같은 위치가 아니고 τp/2 만큼 이동하여 설치하여 추력 리플을 감소시켰다.
상기 Y축(수직) 이송수단에서 수직방향 힘 Fy를 발생시키기 위해서 서로 마주보게 2대의 횡자속 선형전동기로 구성되어 수직 운동할 때 평형을 유지하도록 하였다.
본 수평 및 수직 이송장치의 특징은 수평(X축)방향에서 이송하기 위하여 길이가 짧은 1차측(이동자)에 영구자석과 권선이 설치되고, 길이가 긴 2차측(고정자)에 철심이 설치되므로 설치 작업이 간단하다.
또한 수직(Y축)방향에서 이송하기 위하여 이동자에 영구자석과 철심을 설치하므로 로프(rope)와 카운터-파트(counter-part)를 가진 기존의 수직 이송장치에 비해 로프 없이 고출력 수직 이송장치을 구현할 수 있다.
여기서, 본 실시예에서는 수직축 선형전동기를 2개 설치한 예에 대하여 설명하지만 필요에 따라서 본 실시예에 도시한 2개의 수직축 선형전동기 쌍을 복수개 병렬로 장착하고 각 수직축 선형전동기의 이동자 부분을 모두 수직 이동자 고정대에 고정시켜서 수직방향 추력을 향상시켜도 된다.
또한, 본 실시예에서는 수평축 선형전동기로서 고정자 부분을 하나로 구성하고 이동자 부분을 2개로 구성한 예에 대하여 설명하지만, 도 1에 도시한 수평축 선형전동기 구성을 서로 평행하게 복수개 병렬로 구성하고, 각각의 수평축 선형전동기의 고정자 부분은 모두 받침대(8)에 고정하고 이동자 부분은 모두 수평 이동자 고정대(7)에 고정시켜서 수평방향 추력을 향상시켜도 된다.
도 2는 영구자석 여자 횡자속 수평(X)축 선형전동기 1상 도면이다. 이동자는 다리부분이 전·후방향으로 τp만큼 비틀어지게 한 ∩형상의 철심(9)과 상기 철심(9)과 같은 형상인 영구자석(10)이 교번적으로 서로 밀착결합되어 있고, ∩형상의 다수의 철심(9)과 다수의 영구자석(10)의 결합구조의 양측 다리를 각각 권선(11)으로 감싸는 형태로 구성되어 있고, 고정부는 직사각형의 철심(12)으로 구성되어 있다. 이동자 철심(9) 사이에 영구자석(10)을 삽입하고, 영구자석자극(=>,<=)을 도 2의 순서대로 번갈아 가면서 배치하면 이동자 철심(9)에 N, S의 자극이 번갈아 생긴다.
도 3은 수평축 힘 발생 원리도로, 도면 3a에서 영구자석여자 횡자속 수평(X)축 선형전동기의 이동자 권선(11)에 전류 Ix1a를 흘리면 자속 Φ가 이동자 철심(9), 이동자 영구자석(10)과 고정자 철심(12)을 통해 발생한다.
도 3b는 도 3a의 고정자 철심(12)을 중간에서 잘라 상·하로 펼친 형태로 힘 발생을 이해하기 쉽도록 나타낸 도면이다. 이동자 철심(9)이 두 개의 영구자석 방향(=>,<=) 사이에 있을 때 N극, 두 개의 영구자석 방향(=>,<=) 사이에 있을 때 S극을 가지고, 양측의 공극에서 같은 방향으로 힘을 발생시키기 위해서 이동자 철심(9)과 영구자석(10)을 τp만큼 비틀어지게(Skew) 배치되어 있다.
도 3b에 도시한 바와 같이 이동자 권선(11)에 전류 Ix1a를 흘리면 고정자 철심(12)의 상측에 N극, 하측에 S극의 자속이 발생할 때 고정자 철심(12)의 자극과 이동자(9,10)의 자극 상호 작용에 의하여 자극의 방향이 같으면 반발력, 자극의 방향이 다르면 흡인력이 발생하여 도면에서와 같이 힘 Fx1, Fx2, Fx3, Fx4가 생겨 우측 방향의 합성된 힘 Fx가 발생한다.
도 3c는 도 3b에서 이동자(9,10,11)가 τp만큼 이동하였을 때 위치를 나타내고 있는데, 이때 전류 Ix1a의 방향을 변경하여 Ix2a를 흘리면 고정자 철심(12)의 상측에 S극, 하측에 N극의 자속이 발생하여 마찬가지로 고정자 철심(12)의 자극과 이동자(9,10)의 자극 상호 작용에 의하여 힘 Fx5, Fx6, Fx7, Fx8의 합성 힘 Fx가 생겨 우측으로 일정한 방향의 힘이 발생한다.
도 4는 영구자석여자 횡자속 수직(Y)축 선형전동기 1상 도면으로, 이동자 철심(13), 이동자 영구자석(14), 고정자 철심(15) 및 고정자 권선(16)으로 구성되어 있다. 도 4와 같이 고정자는 U형상 철심(15)을 이동방향(Y방향)으로 2τp간격으로 설치하고, U형상 철심(15)의 각 돌출부를 감도록 고정자 권선(16)을 삽입하고, U형상 철심(15) 사이에 이동자(13,14)를 설치한다. 2개의 공극을 가진 이동자(13,14)가 한 방향으로 이동하기 위해 이동자 철심(13)과 영구자석(14)을 τp만큼 비틀어지게(Skew) 설치하였다.
수직(Y축)방향으로 이송하기 위하여 이동자에 철심(13)과 영구자석(14)을 설치하므로 이동자의 무게를 최소한 줄여 이동자 단위 무게당 추력(N/kg)을 최대화시켰다. 따라서, 본 수직(Y축) 이송수단은 로프(rope)와 카운터-파트(counter-part)를 가진 기존의 수직 이송 시스템에 비해 로프 없이 고출력 수직 이송시스템을 구현할 수 있다. 기타 동력 전달장치가 없이 직접 수직방향의 직선운동을 발생하기 때문에 청정 이송시스템을 구현할 수 있다.
도 5는 수직(Y축) 이송수단의 힘발생 원리도로, 도 5a에서 고정자 권선(16)에 전류 Iy1a를 흘리면 고정자 철심(15)의 좌측에 N극, 우측에 S극의 자속이 발생하고, 이 고정자의 자극과 이동자(13,14)의 자극 상호작용에 의하여 자극의 방향이 같으면 반발력, 자극의 방향이 다르면 흡인력이 발생하여 도면에서와 같이 힘 Fy1, Fy2, Fy3, Fy4가 생겨 상측 방향의 합성된 힘 Fy가 발생한다.
도 5b는 도 5a에서 이동자(13,14)가 τp만큼 이동하였을 때 위치를 나타내고 있는데, 이때 전류 Iy1a의 방향을 변경하여 Iy2a를 흘리면 고정자 철심(15)의 좌측에 S극, 우측에 N극의 자속이 발생하여 마찬가지로 고정자의 자극과 이동자(13,14)의 자극 상호 작용에 의하여 힘 Fy5, Fy6, Fy7, Fy8의 합성 힘 Fy가 생겨 상측으로 일정한 방향의 힘이 발생한다.
도 6은 영구자석여자 횡자속 수직(Y)축 선형전동기 2상 도면으로, 좌·우측의 1상 전동기 2대가 수직 이동자 고정대(6)로 연결되어 있고 좌우의 전동기는 각각 수직 진행방향에 대해 τp/2 이동하여 설치하여 추력 리플을 감소시켰다. 수평 및 수직(X-Y축) 이송장치가 필요한 작업대상을 수직 이동자 고정대(6)위에 놓게 된다.
도 7은 영구자석여자 횡자속 2상 수평(X)축 선형전동기의 전원 공급회로도로, 전원을 공통으로 사용하고 A상 수평 추진 전동기 전원과 B상 수평 추진 전동기 전원은 병렬로 연결되어 있다. Ix1a방향으로 전류를 발생시키기 위해서는 전력변환장치 소자(S1,S4)를 도통시키고, 이의 반대 방향인 Ix2a방향으로 전류를 발생시키기 위해서는 전력변환장치 소자(S2,S3)를 도통시킨다. 또한, Ix1b방향으로 전류를 발생시키기 위해서는 전력변환장치 소자(S5,S8)를 도통시키고, 이의 반대 방향인 Ix2b방향으로 전류를 발생시키기 위해서는 전력변환장치 소자(S6,S7)를 도통시킨다.
도 8은 영구자석여자 횡자속 2상 수직(Y)축 선형전동기 전원 공급회로도로, X축 전원 공급회로도와 원리적으로 동일하다. 전원을 공통으로 사용하고 A상 수직 승강 전동기 전원과 B상 수직 승강 전동기 전원은 병렬로 연결되어 있다. Iy1a방향으로 전류를 발생시키기 위해서는 전력변환장치 소자(S1,S4)를 도통시키고, 이의 반대 방향인 Iy2a방향으로 전류를 발생시키기 위해서는 전력변환장치 소자(S2,S3)를 도통시킨다. 또한, Iy1b방향으로 전류를 발생시키기 위해서는 전력변환장치 소자(S5,S8)를 도통시키고, 이의 반대 방향인 Iy2b방향으로 전류를 발생시키기 위해서는 전력변환장치 소자(S6,S7)를 도통시킨다.
도 9는 영구자석여자 횡자속 수평(X)축 2상 선형전동기에서 각 상에 대하여 시간(t) 혹은 이동자 위치(x)-전류 특성으로, B상의 시간(t) 혹은 이동자 위치(x)-전류 곡선(Ix1b,Ix2b)은 A상의 시간(t) 혹은 이동자 위치(x)-전류 곡선(Ix1a,Ix2a)에 비해 1/2τp만큼 이동되어 각상 전류 주기는 2τp로 변한다. 이동자의 위치에 따라 공급해야 하는 A상에 대한 여자전류 파형은 이동자를 한 방향으로만 추진시키기 위해서 0∼τp구간에서는 양의 여자전류 Ix1a를 인가하고 τp∼2τp구간에서는 음의 여자전류 Ix2a를 인가하고 있다.
도 10은 영구자석여자 횡자속 수평(X)축 2상 선형전동기에서 각 상에 대하여 시간(t) 혹은 이동자 위치(x)-발생힘 특성으로, B상의 시간(t) 혹은 이동자 위치(x)-발생힘(Fxb) 곡선은 A상의 시간(t) 혹은 이동자 위치(x)-발생힘(Fxa)에 비해 1/2τp만큼 이동하여 수평 진행방향에 대해 추력 리플을 감소시겼다. 시간(t) 혹은 이동자 위치(x)에 따른 2상 합성 발생힘(FxT) 특성은 0, (1/2)τp, τp, (3/2)τp, 2τp···에서 최소 값을 가지고, (1/4)τp, (3/4)τp, (5/4)τp, (7/4)τp···에서 최대 값을 가진다.
도 11은 영구자석여자 횡자속 수직(Y)축 2상 선형전동기에서 각 상에 대하여 시간(t) 혹은 이동자 위치(y)-전류 특성으로 B상의 시간(t) 혹은 이동자 위치(y)-전류 곡선(Iy1b,Iy2b)은 A상의 이동자 시간(t) 혹은 위치(y)-전류 곡선(Iy1a,Iy2a)에 비해 1/2τp만큼 이동되어 각 상의 주기는 2τp로 변한다. 이동자의 위치에 따라 공급해야하는 1상에 대한 여자전류 Iy1a의 파형으로 이동자를 한 방향으로만 추진시키기 위해서 0∼τp구간에서는 양의 여자전류 Iy1a를 인가하고 τp∼2τp구간에서는 음의 여자전류 Iy2a를 인가하고 있다.
도 12는 영구자석여자 횡자속 수직(Y)축 2상 선형전동기에서 각 상에 대하여 시간(t) 혹은 이동자 위치(y)-발생힘 특성으로, B상의 시간(t) 혹은 이동자 위치(y)-발생힘(Fyb) 곡선은 A상의 시간(t) 혹은 이동자 위치(y)-발생힘(Fya)에 비해 1/2τp만큼 이동하여 수직 진행방향에 대해 추력 리플을 감소시켰다. 시간(t) 혹은 이동자 위치(y)에 따른 2상 합성 발생힘(FyT) 특성은 0, (1/2)τp, τp, (3/2)τp, 2τp···에서 최소값을 가지고, (1/4)τp, (3/4)τp, (5/4)τp, (7/4)τp···에서 최대 값을 가진다.
이상에서 설명한 본 발명은 반도체 및 LCD 제조공정의 이송장비, 기타 선형 추진 시스템에 적용할 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예들에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 영구자석여자 횡자속 선형전동기를 이용하여 2축(X-Y축)에 직선형 운동을 제공하는 이송장치로 수평(X축)방향 이송을 위하여 길이가 짧은 1차측(이동자)에 영구자석과 권선이 설치되고, 길이가 긴 2차측에 철심이 설치되므로 재료비가 적게 요구된다. 또, 수직(Y축)방향 이송을 위하여 이동자에 영구자석과 철심을 설치하므로 이동자의 무게를 최소한 줄여 이동자 단위 무게당 추력(N/kg)을 최대화시켰다. 따라서, Y축(수직) 이송수단은 로프와 카운터-파트를 가진 기존의 수직 이송 시스템에 비해 로프 없이 고출력 수직 이송을 구현할 수 있다. 따라서 본 발명의 영구자석여자 횡자속 선형전동기를 이용한 2축(X-Y축) 이송장치는 기타 동력 전달장치가 없이 직접 수직 및 수평방향의 직선운동을 발생하기 때문에 청정 이송을 구현할 수 있다.

Claims (12)

  1. 수평방향과 수직방향으로 이송 가능한 이송장치에 있어서,
    영구자석 여자 횡자속 방식의 수평축 선형전동기와; 상기 수평축 선형전동기의 고정자 부분이 고정되는 받침대와; 상기 수평축 선형전동기의 이동자 부분이 고정되고 이 이동자 부분과 함께 수평방향으로 움직이는 수평 이동자 고정대와; 상기 받침대의 양측부와 상기 수평 이동자 고정대의 양측부에서 서로 마주 보는 방향으로 형성되어 상기 수평 이동자 고정대와 상기 수평축 선형전동기의 이동자 부분이 수평방향으로 원활하게 이송되도록 하는 선형 베어링을 구비한 수평 이송수단과,
    영구자석여자 횡자속 방식의 수직축 선형전동기와; 상기 수직축 선형전동기의 고정자 부분이 고정되는 것으로 상기 수평 이동자 고정대에 수직하게 설치된 수직 이송지지대와; 상기 수직축 선형전동기의 이동자 부분이 고정되고 이 이동자 부분과 함께 상기 이송대상을 수직방향으로 움직이는 수직 이동자 고정대를 구비한 수직 이송수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수평 및 수직 이송장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수평축 선형전동기의 이동자는, 다리부분이 전·후방향으로 일정 극간격 τp만큼 비틀어지게 형성한 ∩형상의 다수의 철심과, 상기 철심과 같은 형상인 다수의 영구자석이 교번적으로 서로 밀착결합되며, ∩형상의 다수의 철심과 다수의 영구자석의 결합구조의 동일방향 다리끼리 각각 권선으로 감싸는 형태로 구성되고,
    상기 수평축 선형전동기의 고정부는 ∩형상의 다수의 철심과 다수의 영구자석의 결합구조의 양측 다리의 하측에 서로 2배의 극간격 2τp의 간격을 유지하여 설치되는 다수의 철심으로 구성되며,
    상기 이웃하는 영구자석끼리는 서로 다른 자극을 갖는 것을 특징으로 하는 수평 및 수직 이송장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 수평축 선형전동기를 구동하는 수평 구동회로를 포함하여 구성되고,
    상기 수평구동회로는 상기 이동자의 상기 일정한 극간격 τp에 따라서 상기 권선에 공급되는 전류 방향을 바꾸는 것을 특징으로 하는 수평 및 수직 이송장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 수평축 선형전동기는 하나의 고정자에 대응하여 2개의 이동자가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 수평 및 수직 이송장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 두 개의 수평축 선형전동기를 구동하는 수평 구동회로를 포함하여 구성되고,
    상기 수평구동회로는 상기 각 수평축 선형전동기의 이동자의 상기 일정 극간격 τp에 대응하는 이동단위에 따라서 상기 각 수평축 선형전동기의 권선에 공급되는 전류 방향을 바꾸며,
    상기 각 수평축 선형전동기의 권선에 공급되는 전류는 상기 일정 극간격 τp의 1/2에 대응하는 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 수평 및 수직 이송장치.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 수직축 선형전동기의 고정자는, U형상의 철심이 2배의 극간격 2τp간격을 두고서 설치되고 상기 다수의 U형상 철심의 각각 동일방향 돌출부끼리 각각 권선으로 감싸는 형태로 구성되고,
    상기 수직축 선형전동기의 이동자는, 상기 일정 극간격 τp만큼 비틀어진 다수의 철심과 상기 철심과 같은 형상인 다수의 영구자석이 교번적으로 서로 밀착결합된 형태로 구성되고, 이 밀착결합된 구조가 상기 U형상 철심들의 돌출부 사이에 위치하며,
    상기 이웃하는 영구자석끼리는 서로 다른 자극을 갖는 것을 특징으로 하는 수평 및 수직 이송장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 수직축 선형전동기를 구동하는 수직 구동회로를 포함하여 구성되고,
    상기 수직구동회로는 상기 이동자의 상기 일정 극간격 τp에 대응하는 이동단위에 따라서 상기 권선에 공급되는 전류 방향을 바꾸는 것을 특징으로 하는 수평 및 수직 이송장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 수직이송수단은, 두 개의 영구자석여자 횡자속 방식의 수직축 선형전동기와;
    상기 두 개의 수직축 선형전동기의 고정자 부분이 각각 고정되는 것으로 상기 수평 이동자 고정대에서 서로 일정 거리를 두고서 수직하게 설치된 두 개의 수직 이송지지대와;
    상기 두 개의 수직축 선형전동기의 이동자 부분이 고정되고 이 이동자 부분과 함께 상기 이송대상을 수직방향으로 움직이는 수직 이동자 고정대를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수평 및 수직 이송장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 수직축 선형전동기의 고정자는, U형상의 철심이 2배의 극간격 2τp간격을 두고서 설치되고 상기 다수의 U형상 철심의 각각 동일방향 돌출부끼리 각각 권선으로 감싸는 형태로 구성되고,
    상기 수직축 선형전동기의 이동자는, 상기 일정 극간격 τp만큼 비틀어진 다수의 철심과 상기 철심과 같은 형상인 다수의 영구자석이 교번적으로 서로 밀착결합된 형태로 구성되고, 이 밀착결합된 구조가 상기 U형상 철심들의 돌출부 사이에 위치하며,
    상기 이웃하는 영구자석끼리는 서로 다른 자극을 갖는 것을 특징으로 하는 수평 및 수직 이송장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 두 개의 수직축 선형전동기를 구동하는 수직 구동회로를 포함하여 구성되고,
    상기 수직구동회로는 상기 각 수직축 선형전동기의 이동자의 상기 일정 극간격 τp에 대응하는 이동단위에 따라서 상기 각 수평축 선형전동기의 권선에 공급되는 전류 방향을 바꾸며,
    상기 각 수직축 선형전동기의 권선에 공급되는 전류는 상기 일정 극간격 τp의 1/2에 대응하는 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 수평 및 수직 이송장치.
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