KR101031853B1 - 다양한 자세 제어가 가능한 자기부상 이송시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자기부상 이송시스템에 관한 것으로서, 전체 시스템의 구조가 간단하면서도 다양한 방향으로 이동부의 자세 제어가 가능하고, 이동부의 직선 주행 뿐만 아니라 곡선 주행에서 보다 정교하고 안정적인 자세 및 위치 제어가 가능해지는 자기부상 이송시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 상단부에 고정 설치되어 하기 이동부의 가이드 역할을 하는 고정부와; 본체프레임에 부상전자석과 선형유도전동기가 탑재되고 상기 고정부와의 사이에서 발생하는 부상전자석의 부상력과 선형유도전동기의 추진력에 의해 고정부를 따라 이동하는 이동부와; 상기 이동부의 하측에 장착되는 차체;를 포함하여 구성되되, 상기 선형유도전동기에 의한 이동부의 전후방향 제어와 함께, 상기 이동부의 본체프레임에서 전후 위치에 각각 상기 부상전자석이 장착되어 전후 양측의 상기 부상전자석에 의한 이동부의 상하방향 및 피치 제어가 수행되고, 상기 이동부가 상기 차체와 회전 가능한 구조로 결합되는 동시에 상기 본체프레임에 이동부의 좌우방향 및 요우 제어를 수행하기 위한 요우 제어 수단이 탑재된 자기부상 이송시스템이 개시된다.
오버 행잉 타입, 자기부상, 이송시스템, 고정부, 이동부, 차체, 부상전자석, 선형유도전동기, 가이드 전자석, 회전축, 축-베어링 구조, 피치 제어, 요우 제어

Description

다양한 자세 제어가 가능한 자기부상 이송시스템{Magnetically levitated transportation system}
본 발명은 자기부상 이송시스템에 관한 것으로서, 전체 시스템의 구조가 간단하면서도 다양한 방향으로 이동부의 자세 제어가 가능하고, 이동부의 직선 주행 뿐만 아니라 곡선 주행에서 보다 정교하고 안정적인 자세 및 위치 제어가 가능해지는 자기부상 이송시스템에 관한 것이다.
다양한 생산공정에서 고정밀도의 운동에서는 접촉에 의한 마찰이 큰 문제가 되기 마련이다. 이러한 마찰문제를 해결하기 위해서는 자기부상 시스템(Magnetic Levitation system, MAGLEV)을 이용할 수 있다.
일 예로, 자기부상을 이용한 이송시스템에서는 차체를 자기력으로 부상(浮上)시켜 운행하므로 마찰에 따른 에너지 손실을 최소화할 수 있으며, 기계적인 접촉이나 마찰 없이 무소음, 저진동, 초청정 이송시스템을 구현할 수 있다.
또한 자기부상 시스템에서는 마찰이 존재하지 않아 정밀도를 높일 수가 있으 며, 마찰을 줄이기 위한 윤활제를 사용하지 않아 친환경적인 특성을 가지고 있다.
일반적으로 자기부상 이송시스템에는 부상력 및 안내력, 추진력이 요구되는데, 부상전자석으로부터 부상력 및 안내력을 제공받고, 선형유도전동기(Linear Induction Motor, LIM)로부터 추진력을 제공받는다.
즉, 전자석의 권선에 흐르는 전류를 제어하여 부상전자석과 고정부간에 그 수직방향(부상력과 같은 방향)의 흡인력으로 일정 공극이 유지되도록 하는 부상력을 얻음과 동시에 부상전자석과 고정부간의 수평방향의 안내력을 발생시켜 이동부가 궤도를 이탈하지 않도록 한다.
한편, 자기부상 이송시스템 중에서 오버 행잉 타입(Over Hanging Type, OHT) 구조는 상측에 레일 역할의 고정부를 원하는 이동구간을 따라 설치하고, 상기 고정부 하측으로 설치된 이동부가 고정부에서 부상전자석의 부상력에 의해 지지되는 동시에 선형유도전동기의 추진력에 의해 고정부를 따라 이동하는 구조로 되어 있다.
이와 같은 오버 행잉 타입의 자기부상 이송시스템은 초청정 환경이 요구되는 반도체나 디스플레이 등의 전자제품 제조라인과 같이 각종 공장 자동화 라인에서 부품 혹은 반제품, 제품을 이동시키는 시스템으로 활용되고 있다.
상기 오버 행잉 타입의 자기부상 이송시스템의 활용 예로, 이동부에 차체를 고정하고 상기 차체에 이재로봇이나 클램프 장치 등을 장착하여, 이재로봇이나 클램프 장치가 부품 혹은 반제품, 제품 등의 물건을 픽업한 뒤 이동부 및 차체와 일체로 이동하면서 원하는 장소에 이동시키는 시스템이 구축될 수 있다.
이때, 이재로봇이나 클램프 장치 등이 대형인 경우 복수의 이송시스템을 하 나의 차체로 연결하여 이송차량을 구성한 뒤 상기 차체에 이재로봇이나 클램프 장치를 장착하는 것이 가능하다.
즉, 이동방향(레일방향)의 기준으로 전후로 배치되는 두 이송시스템의 예를 들면, 전후 양측의 이동부 하측에 하나의 차체를 부착하여 연결한 뒤 상기 차체에 이재로봇이나 클램프 장치를 장착하는 것이다. 이 경우 차체를 매개로 이재로봇 또는 클램프 장치를 지지한 상태에서 양측의 두 이동부가 동시에 고정부 및 레일을 따라 이동하게 된다.
그러나, 복수의 이송시스템을 이용하여 전후 이동부에 하나의 차체를 연결한 뒤 이재로봇이나 클램프를 장착하는 경우에는 직선 주행만이 가능하다. 즉, 이동방향을 기준으로 전후로 배치되는 두 이동부 상호 간에, 그리고 이동부와 차체 간에 위치 및 자세가 모두 고정되어 있는 상태이기 때문에, 두 이동부가 곡선의 고정부를 유연하게 이동할 수 없으며, 특히 곡선구간의 턴하는 시점에서 차체에 의해 일체로 연결된 전후 두 이동부의 이동궤적이 모두 레일궤적과 일치할 수 없어 어느 한쪽이 레일궤적을 벗어나는 형태(측방으로 간섭되는 형태)가 되기 때문에 곡선주행이 불가하다.
이에 따라 곡선주행에 있어서 이동부의 측면부위와 고정부 간 충돌을 방지하기 위한 개선이 필요하다. 특히, 하나의 차체에 단독 또는 복수의 이동부를 연결함에 있어서 이동부가 레일 등의 고정부를 따라 원활히 직선 및 곡선주행할 수 있도록 각 이동부의 자세를 좀더 다양한 방향으로 정밀 제어할 수 있는 개선이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 발명한 것으로서, 전체 시스템의 구조가 간단하면서도 다양한 방향으로 이동부의 자세 제어가 가능한 자기부상 이송시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 이동부의 전후 진행방향 위치 제어는 물론 상하방향 및 피치(Pitch) 제어, 좌우방향 및 요우(Yaw) 제어 등 다양한 자세 제어가 가능한 자기부상 이송시스템을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
이동부의 직선 및 곡선 주행에서 보다 정교하고 안정적인 자세 및 위치 제어가 가능해지는 장점이 있게 된다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 상단부에 고정 설치되어 하기 이동부의 가이드 역할을 하는 고정부와; 본체프레임에 부상전자석과 선형유도전동기가 탑재되고 상기 고정부와의 사이에서 발생하는 부상전자석의 부상력과 선형유도전동기의 추진력에 의해 고정부를 따라 이동하는 이동부와; 상기 이동부의 하측에 장착되는 차체;를 포함하여 구성되되, 상기 선형유도전동기에 의한 이동부의 전후방향 제어와 함께, 상기 이동부의 본체프레임에서 전후 위치에 각각 상기 부상전자석이 장착되어 전후 양측의 상기 부상전자석에 의한 이동부의 상하방향 및 피치 제어가 수행되고, 상기 이동부가 상기 차체와 회전 가능한 구조로 결합되는 동시에 상기 본체프레임에 이동부의 좌우방향 및 요우 제어를 수행하기 위한 요우 제어 수단이 탑재된 것을 특징으로 하는 자기부상 이송시스템을 제공한다.
바람직한 실시예에서, 상기 고정부는, 지상에 설치된 수직기둥 또는 천장구조물에 지지되어 상기 이동부의 이동구간을 따라 길게 고정 설치되는 지지대와; 상기 지지대에 하측으로 조립되며 상기 이동부의 이동구간을 따라 길게 고정 설치되는 고정프레임과; 상기 고정프레임에 하측으로 조립되는 지지축과; 상기 지지축의 하단에 이동부의 이동구간을 따라 길게 조립되는 백아이언 플레이트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 백아이언 플레이트의 하측으로 이동부의 부상전자석과 선형유도전동기가 위치되되, 상기 백아이언 플레이트의 하면에는 상기 선형유도전동기의 대응부위를 따라 길이방향 전 구간에 걸쳐 2차측 도체판이 길게 고정 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 백아이언 플레이트의 상면에는 좌우 양측에 각각 설치되어 서로 평행하게 배치되는 측면수직판이 설치되고, 상기 이동부의 본체프레임에는 요우 제어 수단으로서 고정부의 좌우 양측 상기 각 측면수직판에 대해 일정 공극이 유지되도록 하는 흡인력을 발생시키는 가이드 전자석과, 이동부의 이동 동안에 상기 각 측면수직판과의 가이드 공극을 측정하여 제어기에 전달하는 가이드 갭 센서가 설치되며, 상기 제어기는 각 가이드 갭 센서의 센싱 값을 입력받아 상기 가이드 전자석의 작동을 제어하여 이동부의 본체프레임과 고정부의 측면수직판 간 공극을 제어하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 각 가이드 갭 센서가 상기 가이드 전자석과 전후 위치편차가 발생하지 않도록 가이드 전자석의 직상방에 각각 설치되어, 상기 가이드 전자석과 가이드 갭 센서가 수직선상에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 본체프레임은, 상기 부상전자석과 부상 갭 센서, 선형유도전동기, 그리고 상기 가이드 전자석과 가이드 갭 센서가 장착되는 메인프레임과; 상기 메인프레임이 하측의 차체에 대해 회전 가능한 구조가 되도록 메인프레임과 차체 사이에 구비되는 축-베어링 구조;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 메인프레임은, 하측에 수평판 형태로 설치되고 상면에 상기 부상전자석과 선형유도전동기가 장착되며 상기 축-베어링 구조를 매개로 차체와 결합되는 하부지지대와; 상기 하부지지대의 좌우 양 측면쪽에 각각 고정부의 측면수직판과 대향되게 설치되어 가이드 전자석과 가이드 갭 센서가 설치되는 측면지지대;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 축-베어링 구조는 상기 하부지지대에 회전축을 설치하고 상기 회전축을 차체측의 지지플레이트에 설치된 베어링에 삽입하여 결합함으로써 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 가이드 전자석은 이동부의 회전중심과 이동부의 진행 양쪽방향으로 거리 d만큼의 편차를 가지는 위치에 설치되어, 회전운동에 필요한 토크를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 가이드 전자석은 이동부의 좌측과 우측에 각각 2개씩 총 4개가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 차체가 이동방향을 기준으로 전후로 배치되는 복수개의 이동부에 결합되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 자기부상 이송시스템은 시스템 구조가 간단하면서도 원활한 곡선 주행이 가능하고, 특히 5 자유도 제어가 가능하다는 장점이 있다. 즉, 선형유도전동기에 의해 이동부의 진행방향 제어가 가능함은 물론 전후로 배치되는 부상전자석에 의해 이동부의 상하방향 및 피치 제어가 가능하고, 또한 가이드 전자석에 의해 좌우방향 및 요우 제어가 모두 가능한 바, 이동부의 직선 주행 뿐만 아니라 곡선 주행에서 보다 정교하고 안정적인 자세 및 위치 제어가 가능해지는 장점이 있게 된다.
또한 복수개의 이동부를 하나의 차체에 결합하여 시스템을 구성할 수 있으며, 이동부와 차체를 회전 가능한 구조로 구성하여 곡선구간 등 어떠한 형태의 구간에서도 측면부위의 충돌 없이 보다 안정적인 주행이 가능해진다.
이러한 본 발명의 자기부상 이송시스템은 반도체 및 전자제품 제조라인, 디스플레이 제품의 제조라인 등 공장자동화 라인에서 부품 혹은 반제품, 제품을 이송시키는데 유용하게 활용될 수 있다.
이하, 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명 으로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자기부상 이송시스템의 구성도로서 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자기부상 시스템에서 이동부를 도시한 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자기부상 시스템의 측면도이다. 여기서, 도 2는 이동부에서 부상전자석과 선형유도전동기의 배치상태를 보여주고 있으며, 도 3의 도면부호 300은 차체를 나타낸다.
또한 첨부한 도 4는 본 발명에 따른 자기부상 이송시스템에서 이동부가 고정부를 따라 곡선 주행하는 상태를 도시한 평면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자기부상 시스템은, 상단부에 고정 설치되어 하기 이동부(200)의 가이드 역할을 하는 고정부(100)와, 부상전자석(220)과 선형유도전동기(LIM)(230)가 탑재되고 상기 고정부(100)와의 사이에서 발생하는 부상전자석(220)의 부상력과 선형유도전동기(230)의 추진력에 의해 상기 고정부(100)를 따라 이동하는 이동부(200)와, 상기 이동부(200)의 하측에 장착되는 차체(300)를 포함하여 구성된다.
여기서, 이동부(200)에는 상하방향 및 피치(Pitch) 제어가 가능하도록 하는 부상 액츄에이터로서 부상전자석(220) 2개가 탑재되는 동시에 진행방향 제어를 위한 액츄에이터로서 선형유도전동기(230)가 탑재되고, 또한 좌우 방향 제어 및 요 우(Yaw) 제어를 위한 가이드 액츄에이터로서 가이드 전자석(240)이 구비된다.
특히, 이동부(200)의 피치 제어를 위해 중앙에 배치된 선형유도전동기(230)를 중심으로 상기 2개의 부상전자석(220)이 선형유도전동기(320)의 전후로 배치되며, 또한 이동부(200)가 요우 제어가 가능하도록 차체(300)에 대해 회전 가능한 구조로 결합되어 직선 및 곡선구간에서 원활한 주행이 가능하도록 되어 있다.
우선, 상기 고정부(100)는 이동부(200)의 이동구간을 따라 길게 설치되는 구성요소로서, 지상에 설치된 수직기둥 또는 천장구조물에 지지되어 이동구간을 따라 고정 설치되는 지지대(110)와, 상기 지지대(110)에 하측으로 조립되며 지지대(110)와 함께 이동구간을 따라 고정 설치되는 고정프레임(120)과, 상기 고정프레임(120)에 하측으로 조립되는 지지축(130)과, 상기 지지축(130)의 하단에 조립되어 이동구간을 따라 고정 설치되는 백아이언 플레이트(140)를 포함하여 구성된다.
바람직한 실시예에서, 상기 지지대(110)는 이동구간을 따라 수평으로 길게 설치되는 'I' 혹은 'H' 단면 형상의 빔 구조물이 될 수 있으며, 소정 높이로 설치된 지상의 수직기둥(미도시) 또는 천장구조물에 지지되도록 이동구간을 따라 길게 장착되어 고정부(100)의 최상단에 위치된다.
상기 고정프레임(120)은 지지대(110)와 마찬가지로 이동부(200)의 이동구간을 따라 길게 설치는 구성요소로서, 양 측면부를 구비한 구조로 설치된다.
그리고, 상기 지지축(130)은 백아이언 플레이트(140)를 지지하기 위해 고정프레임(120)에 하측으로 수직 설치되는 축으로서, 예시한 바와 같이 사각 단면의 관 구조를 가진 지지축(130)이 설치될 수 있으며, 이러한 지지축(130)의 하단부에 수평판 형태의 백아이언 플레이트(140)가 조립 설치되게 된다. 상기와 같은 지지축(130)은 고정프레임(120)의 전체 구간에서 그 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 설치된다.
이동부의 이동구간을 따라 연속되게 배치되는 상기 백아이언 플레이트(140)는 후술하는 이동부와 차체의 무게를 지탱해주는 지지 구조물의 역할과, 이동부(200)의 부상전자석(220)에 대해 가이드측(레일측) 자속 경로가 되는 코어 역할을 하는 것으로, 지지 구조물 역할 및 부상전자석(220)의 자속 경로 역할뿐만 아니라 후술하는 이동부(200)의 선형유도전동기(230)에 대해 2차 도체로 흐르는 자속의 양을 증가시키는 백아이언(Back Iron) 역할을 동시에 하며, 강자성체로 설치된다.
결국, 백아이언 플레이트(140)의 하측으로 후술하는 바와 같이 이동부(200)의 부상전자석(220)과 선형유도전동기(230)가 배치됨으로써, 부상전자석(220)의 가이드측 코어(전자석 플레이트)와 선형유도전동기(230)의 백아이언이 하나의 백아이언 플레이트(140)로 일체화된 구조가 된다.
상기 백아이언 플레이트(140)의 하면에는 선형유도전동기(230)의 대응부위인 중앙부를 따라 길이방향 전 구간에 걸쳐 2차측 도체판(143)이 길게 고정 설치되는데, 2차측 도체판(143)의 재질로는 선형유도전동기(230)와 고정부(100) 사이의 힘을 발생시키기 위하여 도전성이면서 비자성 혹은 약자성의 재료, 예컨대 구리, 알루미늄 등이 사용될 수 있다.
그리고, 도시한 본 발명의 실시예에서 백아이언 플레이트(140)의 상면에는 좌우 양측에 서로 평행하게 배치되도록 측면수직판(141)이 설치되는데, 서로 평행 한 좌우 양측의 두 측면수직판(141) 사이에는 보강용 로드(142)가 설치된다. 상기 보강용 로드(142)는 백아이언 플레이트(140)에서 수직 설치되는 측면수직판(141)을 견고히 지지하는 역할을 하게 된다.
한편, 상기 이동부(200)는 각 구성요소가 설치되는 본체프레임(210), 부상력을 발생시키기 위한 부상전자석(220), 그리고 추진력을 발생시키기 위한 선형유도전동기(230)를 주된 구성요소로 한다.
여기서, 상기 본체프레임(210)은 부상전자석(220)과 부상 갭 센서(233), 선형유도전동기(230), 그리고 이동부(200)의 요우 제어 수단인 가이드 전자석(240)과 가이드 갭 센서(241)가 장착되는 메인프레임(211)과, 상기 메인프레임(211)이 하측의 상기 차체(300)에 대해 상대 회전 가능한 구조가 되도록 상기 메인프레임(211)과 차체(300) 사이를 연결하는 축-베어링 구조(213)를 포함하여 구성된다.
상기 메인프레임(211)은 하측에 수평판 형태로 설치되는 하부지지대(211a)와, 상기 하부지지대(211a)의 좌우 양 측면쪽에서 각각 고정부(100)의 측면수직판(141)과 대향되게 설치되는 측면지지대(211b)가 조립된 구조로 되어 있으며, 상기 하부지지대(211a)의 상면에 부상전자석(220)과 선형유도전동기(230)가 탑재된다.
또한 상기 각 측면지지대(211b)에서 상부에는 이동부(200)의 원활한 곡선 주행을 위한 가이드 전자석(240)이 설치되고, 이와 함께 상기 각 측면지지대(211b)에서 상기 가이드 전자석(240)의 상측으로는 고정부 측면수직판(141)과의 가이드 공극을 측정하기 위한 가이드 갭 센서(241)가 설치된다.
상기 가이드 전자석(240)은 전력을 인가받아 고정부(100)의 측면수직판(141)과의 사이에서 일정 공극이 유지되도록 하는 흡인력을 발생시키며, 이동부(200)의 직선 또는 곡선 주행 중에 가이드 갭 센서(241)의 센싱 값을 입력받는 제어기(미도시함)에 의해 가이드 전자석(240)의 작동이 제어되면서 고정부(100)의 측면수직판(141)과 이동부(200)의 측면지지대(211b)가 일정 공극을 유지하게 된다.
상기 가이드 전자석(240)은 이동부(200)에서 좌측과 우측에 각각 2개씩 총 4개가 설치될 수 있으며, 좌측과 우측에서 각각 2개의 가이드 전자석(240)은 이동부(200)의 각 측면지지대(211b)에 전후로 배치된다.
본 발명의 실시예로서, 상기와 같이 이루어진 이동부 복수개를 하나의 차체에 결합하여 이동시스템을 구성할 수 있는데, 이 경우 하나의 차체가 이동방향을 기준으로 전후로 배치되는 복수개의 이동부에 결합되어 장착되고, 특히 각 이동부들이 모두 상기 차체와 회전 가능한 구조로 결합된다.
이때, 복수개의 이동부는 이동방향을 기준으로 전후로 배치되며, 전후로 배치되는 2대의 이동부가 하나의 차체에 연결되는 시스템의 구성이 가능하다.
첨부한 도 5는 전후로 배치되는 2대의 이동부(200)를 하나의 차체(300)에 결합하여 구성한 이송시스템을 도시한 것으로, 고정부(100), 이동부(200), 차체(300), 가이드 전자석(240)과 가이드 갭 센서(241)를 도시한 개략도이며, 이동부(200)가 고정부(100)를 따라 곡선 주행하는 상태를 도시한 것이다.
첨부한 도 6은 가이드 전자석(240)과 가이드 갭 센서(241)가 설치된 상태를 보여주는 측면 개략도이다. 도 6에서 가이드 전자석(240)과 가이드 갭 센서(241) 는 그 설치위치에 따라 G1 ~ G8로 구분 표시하였다.
도 5의 실시예에서, 가이드 전자석(240)는, 각 이동부(200)에 상기와 같이 4개씩이 설치되므로, 하나의 차체(300)를 이동시키기 위한 전체 2대의 이동부(200)에 총 8개가 설치된다.
상기와 같이 가이드 전자석(240)을 복수개로 설치함에 있어서 가이드 갭 센서(241)는 각각의 가이드 전자석(240)마다 그 직상방 위치에 하나씩 설치된다. 즉, 가이드 갭 센서(241)가 각 가이드 전자석(240)의 상측 위치에 하나씩 설치되되, 전후방향(이동방향/주행방향) 기준으로 가이드 전자석(240) 위치와의 전후 위치편차가 발생하지 않도록 각 가이드 전자석(240)과 수직선상에 설치된다(도 6 참조).
이와 같이 가이드 갭 센서(241)의 센싱 위치와 전자석 액츄에이터 역할을 하는 가이드 전자석(240)의 구동위치를 전후 편차 없이 일치시킴으로써, 이동부(200)가 주행하는 동안 발생할 수 있는 센서와 액츄에이터의 런 아웃(run out)을 제거할 수 있게 된다.
상기 부상전자석(220)과 선형유도전동기(230)는 메인프레임(211)의 하부지지대(211a)에 탑재된 상태에서 고정부(100)의 자기 부상을 위한 백아이언 플레이트(140) 하측으로 배치되며, 특히 선형유도전동기(230)를 중앙에 배치하고 이 선형유도전동기(230)를 중심으로 그 전후 위치에 각각 부상전자석(220)이 배치된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 부상전자석(220)과 부상 갭 센서(233)는 선형유도전동기(230)를 중심으로 전후 대칭되게, 즉 전후 양측에 동일하게 설치된다. 이때, 부상시 공극 측정을 위한 부상 갭 센서(233)는 부상전자석(220)의 좌우 각 위치에 설치되는데, 상기 각 부상 갭 센서(233)가 대응부위인 백아이언 플레이트(140)의 하면과 공극을 두고 위치되도록 설치된다.
상기 각 부상전자석(220)은 외란의 최소화를 위하여 하부지지대(211a)의 상면에 고무(엘라스토머(elastomer) 포함, 예, RUBLOC®) 또는 플라스틱, 종이 등의 방진용 소재로 제작된 댐퍼(250)를 개재한 상태로 장착된다. 상기 댐퍼(250)는 고유진동수의 진동주파수에서 외부의 충격에 의해 발생한 외란으로 인한 발산을 막기 위해 삽입된다.
상기 각 부상 갭 센서(233)는 백아이언 플레이트(140)와의 공극을 측정하기 위한 것으로서, 부상 갭 센서(233)들의 센싱 값을 입력받는 제어기에 의해 각 부상전자석(220)의 작동이 제어되면서 자기부상 제어가 이루어지게 된다.
그리고, 선형유도전동기(230)는 하부지지대(211a)의 상면에서 중앙에 배치되며, 특히 추진을 위한 고정부(100)의 2차측 도체판(143) 하측에 배치된다. 추진력 발생을 위한 선형유도전동기(230)는 통상의 것과 마찬가지로 1차측 코어와 코일을 주된 구성요소로 한다.
그리고, 본 발명의 이송시스템이 복수개의 이동부(200)가 하나의 차체(300)에 연결된 시스템으로 구성되는 경우, 곡선구간의 턴하는 위치에서 발생할 수 있는 이동부(200)와 고정부(100) 간 측방간섭이나 측면부위의 충돌이 발생할 수 있는바, 이러한 문제 발생 없이 복수개의 이동부(200)가 안정적으로 고정부(100)의 곡선구 간을 원활히 주행할 수 있도록, 각 이동부(200)를 차체(300)와 회전 가능한 축으로 연결한 것에 주된 특징이 있다.
즉, 이동부(200)와 차체(300) 간 회전 가능한 구조의 구현을 위해서, 상기 각 이동부(200)에는 메인프레임(211)의 하부지지대(211a)에 회전축(214)을 설치하고, 이 회전축(214)을 차체측의 지지플레이트(310)에 설치된 베어링(215)에 삽입하여 결합한다.
이때, 상기 베어링(215)은 차체측 지지플레이트(310)의 중앙에 고정 설치되고, 상기 회전축(214)은 상단부가 메인프레임(211)의 하부지지대(211a) 중앙에 결합된 상태에서 그 하측 부분이 상기 차체(300)측의 베어링(215) 내부로 삽입되어 결합된다.
결국, 전후로 배치된 두 이동부(200)가 곡선구간을 주행할 때, 이동부(200)에 고정된 회전축(214)이 베어링(215)에 의해 차체(300)측에 대해 회전하게 되면서, 전후의 두 이동부(200)가 각각 차체(300)측과는 독립적으로 곡선 주행할 수 있게 된다. 이때, 차체(300)에 대해 각 이동부(200)가 회전축(214)(차체측의 베어링에 결합됨) 및 베어링(215) 위치를 중심으로 회전하게 되면서, 전후의 두 이동부(200) 상호 간에도 독립적으로 방향전환이 이루어지고, 이에 하나의 차체(300)로 연결된 두 이동부(200)가 곡선구간에서 원활한 주행을 할 수 있게 된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 이동부(200)가 고정부(100)의 곡선구간에서 각각 턴하는 위치를 통과할 때, 요우 제어 액츄에이터가 되는 가이드 전자석(240)에 의해 독립된 방향전환이 이루어짐을 볼 수 있는데, 특히 도 5의 실시예에서 전후로 배치된 두 이동부(200)의 적절한 방향 전환을 통해 이동부(200) 및 이들을 일체로 결합하고 있는 차체(300)가 원활히 곡선 주행할 수 있게 된다.
이와 같이 전후로 배치되는 두 이동부(200)가 회전 가능한 회전축(214)을 매개로 하나의 차체(300)에 연결되므로, 두 이동부(200)는 소정 곡률반경의 고정부 곡선구간을 이동할 때 고정부 곡선구간이 어떠한 형태이든 고정부(100)를 추종할 수 있게 된다.
원활한 곡선 주행을 위해서는 각 이동부(200)의 정확한 방향전환 제어, 즉 회전축(214)을 회전중심으로 하는 이동부(200)의 정확한 요우(Yaw) 제어가 필요하다.
즉, 곡선 주행시라 하더라도 이동부(200)와 고정부(100)의 측면 간 공극은 일정하게 유지되어야 하고, 이동부(200)의 주행시 일정 공극 유지를 위해서 회전축(214)을 회전중심으로 하는 이동부(200)의 요우 제어가 필요하며, 이를 위해 이동부(200)와 고정부(100)의 측면 간 공극을 측정하기 위한 가이드 갭 센서(241)와, 요우 제어를 위한 액츄에이터 역할을 하는 가이드 전자석(240)이 사용되는 것이다.
이때, 선형유도전동기(230)와 부상전자석(220)의 작동 등 이송시스템 작동의 전반을 제어하는 제어기가 각 고정부(100)에 설치된 복수개의 가이드 갭 센서(241)로부터 센싱 값을 입력받고 가이드 갭 센서(241)의 신호를 토대로 공극을 일정하게 유지하기 위해 가이드 전자석(240)에 인가되는 전원을 제어하게 된다.
상기 가이드 전자석(240)은 이동부 메인프레임(211)의 각 측면지지대(211b)에 설치되어, 고정부 측면수직판(141)과의 사이에 작용하는 흡인력으로 고정 부(100)와 이동부(200), 보다 명확히는 가이드 전자석(240)에서 고정부 측면수직판(141) 간의 공극을 제어하게 되는데, 이때 공극을 제어하는 과정에서 고정부(100)가 회전축(214)을 중심으로 적절히 회전되어야 하는바, 가이드 전자석(240)의 흡인력에 의한 회전토크 발생을 위해서 각 가이드 전자석(240)은 상기 회전축(214)과 거리 d만큼의 편차를 가지도록 설치된다.
즉, 이동부(200)를 회전시키는 액츄에이터 역할의 가이드 전자석(240)은 이동부(200)의 회전중심이 되는 상기 회전축(214)과 거리 d만큼의 편차를 가지는 위치에 설치되어야 하는 것이며, 이러한 편차가 존재할 경우에만 곡선구간에서 이동부(200)를 가이드할 수 있는 토크를 발생시킬 수가 있는 것이다.
상기 가이드 전자석(240)과 가이드 갭 센서(241)는, 이동부(200)에서 회전축(214)과 거리 d만큼의 편차를 가지는 위치에서, 전술한 바와 같이 전후 각 위치에서 좌우 1개씩 총 4개(전자석 4개, 센서 4개)가 설치될 수 있으며, 필요에 따라서는 좌우 1개씩을 쌍으로 하여 전후 위치에 추가 설치가 가능하다.
바람직한 실시예에서, 일정 공극의 유지를 위해 가이드 갭 센서(241)의 신호를 토대로 가이드 전자석(240)의 구동을 제어함에 있어서, 상기 제어기가 전후 위치를 기준으로 좌측, 우측에서 동일 위치에 설치된 좌우 1쌍의 두 가이드 갭 센서(241)의 신호에 대해 차분 제어를 수행하여 가이드 전자석(240)의 구동을 제어하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 5를 참조하여 설명하면, G1s-G2s, G3s-G4s, G5s-G6s, G7s-G8s의 차분 제어를 통해 일정 공극 유지를 위한 가이드 전자석(240)의 구동을 제어하는 것이다(여기서, G1s~G8s은 센서 G1~G8의 검출신호(갭 신호)임).
한편, 차체(300)에는 부품 혹은 반제품, 제품을 픽업할 수 있는 이재로봇 혹은 클램프 장치(미도시)가 설치되는데, 이동부(200)가 고정부(100)를 따라 이동할 때 차체(300)와 함께 이재로봇 또는 클램프 장치가 이동하여 부품 혹은 반제품, 제품을 이송할 수 있게 된다.
도 1에서 도면부호 320은 차체(300)측의 지지플레이트(310)와 차체(300)측에 고정 결합된 브라켓(330) 간에 설치되는 현가장치를 나타낸다. 차체(300)는 브라켓(330)에 조립되어 지지되고, 상기 브라켓(330)은 현가장치(320)를 매개로 베어링(215)이 관통 설치된 지지플레이트(310)와 결합되는데, 상기 현가장치(320)는 지지플레이트(310) 상면에서 좌우 양측으로 장착되어 상단부에 브라켓(330)이 체결되며, 베어링(215)을 매개로 연결된 이동부(200)와 차체(300) 간의 진동을 적절히 차단하는 역할을 하게 된다.
그리고, 도면상에 도시하지는 않았지만, 자기부상 이송시스템에서는 고정부로부터 이동부로의 전력공급을 위한 전원공급장치와 이동부의 현재 위치를 검출하기 위한 위치감지수단이 기본으로 설치되는바, 본 발명의 자기부상 이송시스템 역시 전원공급장치와 위치감지수단을 필요로 한다.
상기 전원공급장치는 부상전자석과 선형유도전동기, 가이드 전자석에 전력을 공급하기 위한 구성부로서, 바람직하게는 고정부와 이동부 간에 구성되는 비접촉식 전원공급장치(Contractless Power Supply, CPS)로 실시 가능하다. 이와 같은 비접촉식 전원공급장치를 이용하는 경우 통상의 케이블 베이를 이용한 전력공급에 비 해 마찰손실 및 소음을 저감시킬 수 있게 된다.
또한 상기 이동부의 위치감지수단으로는 바코드를 이용한 비접촉식 위치센서(바코드 위치센서)(Barcode Positioning System, BPS)의 사용이 바람직하며, 이를 위해 고정부 고정프레임의 측면부에는 위치정보를 제공하는 바코드지를 전체 구간을 따라 부착하고, 이동부에는 바코드 리더를 설치한 구성이 가능하다.
이러한 구성에서 바코드 리더는 이동부와 함께 이동하면서 바코드지에 입력되어 있는 정보를 읽어 제어기에 전달하고, 제어기는 바코드 리더가 바코드지로부터 읽어들인 정보를 토대로 이동부의 위치를 인식할 수 있게 된다. 여기서, 바코드 리더가 바코드지로부터 읽어들인 정보는 이동부의 현재 위치를 나타내는 위치정보가 된다.
결국, 비접촉식 전원공급장치와 바코드 위치센서를 사용하는 경우 완전 비접촉식의 이송시스템 구현이 가능해진다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 자기부상 이송시스템의 구성에 대해 상세히 설명하였는바, 이러한 자기부상 이송시스템은 반도체 및 전자제품 제조라인, 디스플레이 제품의 제조라인 등 공장자동화 라인에서 부품 혹은 반제품, 제품을 이송시키는데 유용하게 활용될 수 있다.
본 발명의 자기부상 이송시스템은 시스템 구조가 간단하면서도 원활한 곡선 주행이 가능하고, 특히 5 자유도 제어가 가능하다는 장점이 있다. 즉, 선형유도전동기에 의해 이동부의 진행방향 제어가 가능함은 물론 전후로 배치되는 부상전자석에 의해 이동부의 상하방향 및 피치 제어가 가능하고, 또한 가이드 전자석에 의 해 좌우방향 및 요우 제어가 모두 가능한 바, 이동부의 직선 및 곡선 주행에서 보다 정교하고 안정적인 자세 및 위치 제어가 가능해지는 장점이 있게 된다.
또한 복수개의 이동부에 하나의 차체를 결합한 시스템에서 각 이동부와 차체를 회전 가능한 구조로 구성하여 곡선구간 등 어떠한 형태의 구간에서도 측면부위의 충돌 없이 보다 안정적인 주행이 가능해진다.
이상으로 본 발명에 따른 특정의 바람직한 실시예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명이 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 상술한 실시예가 본 발명의 원리를 응용한 다양한 실시예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않음을 이해하여야 한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자기부상 이송시스템의 구성도로서 정면도,
도 2는 본 발명에 따른 자기부상 시스템에서 이동부를 도시한 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 자기부상 시스템의 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 자기부상 이송시스템에서 이동부가 고정부를 따라 곡선 주행하는 상태를 도시한 평면도.
도 5는 전후로 배치되는 2대의 이동부를 하나의 차체에 결합하여 구성한 본 발명에 따른 자기부상 이송시스템의 예를 도시한 것으로, 고정부, 이동부, 차체, 가이드 전자석과 가이드 갭 센서를 도시한 개략도이며, 이동부가 고정부를 따라 곡선 주행하는 상태를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 자기부상 이송시스템에서 가이드 전자석과 가이드 갭 센서가 설치된 상태의 측면 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 고정부 110 : 지지대
120 : 고정프레임 130 : 지지축
140 : 백아이언 플레이트 141 : 측면수직판
142 : 보강용 로드 143 : 2차측 도체판
200 : 이동부 210 : 본체프레임
211 : 메인프레임 211a : 하부지지대
211b : 측면지지대 213 : 축-베어링 구조
214 : 회전축 215 : 베어링
220 : 부상전자석 230 : 선형유도전동기
233 : 부상 갭 센서 240 : 가이드 전자석
241 : 가이드 갭 센서 300 : 차체

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 상단부에 고정 설치되어 하기 이동부(200)의 가이드 역할을 하는 고정부(100)와;
    본체프레임(210)에 부상전자석(220)과 선형유도전동기(230)가 탑재되고 상기 고정부(100)와의 사이에서 발생하는 부상전자석(220)의 부상력과 선형유도전동기(230)의 추진력에 의해 고정부(100)를 따라 이동하는 이동부(200)와;
    상기 이동부(200)의 하측에 장착되는 차체(300);
    를 포함하여 구성되되,
    상기 선형유도전동기(230)에 의한 이동부(200)의 전후방향 제어와 함께, 상기 이동부(200)의 본체프레임(210)에서 전후 위치에 각각 상기 부상전자석(220)이 장착되어 전후 양측의 상기 부상전자석(220)에 의한 이동부(200)의 상하방향 및 피치 제어가 수행되고,
    상기 이동부(200)가 상기 차체(300)와 회전 가능한 구조로 결합되는 동시에 상기 본체프레임(210)에 이동부(200)의 좌우방향 및 요우 제어를 수행하기 위한 요우 제어 수단이 탑재되며,
    상기 고정부(100)는,
    지상에 설치된 수직기둥 또는 천장구조물에 지지되어 상기 이동부(200)의 이동구간을 따라 길게 고정 설치되는 지지대(110)와;
    상기 지지대(110)에 하측으로 조립되며 상기 이동부(200)의 이동구간을 따라 길게 고정 설치되는 고정프레임(120)과;
    상기 고정프레임(120)에 하측으로 조립되는 지지축(130)과;
    상기 지지축(130)의 하단에 이동부(200)의 이동구간을 따라 조립되는 백아이언 플레이트(140);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다양한 자세 제어가 가능한 자기부상 이송시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 백아이언 플레이트(140)의 하측으로 이동부(200)의 부상전자석(220)과 선형유도전동기(230)가 위치되되, 상기 백아이언 플레이트(140)의 하면에는 상기 선형유도전동기(230)의 대응부위를 따라 길이방향 전 구간에 걸쳐 2차측 도체판(143)이 길게 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 다양한 자세 제어가 가능한 자기부상 이송시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 백아이언 플레이트(140)의 상면에는 좌우 양측에 각각 설치되어 서로 평행하게 배치되는 측면수직판(141)이 설치되고,
    상기 이동부(200)의 본체프레임(210)에는 요우 제어 수단으로서 고정부(100)의 좌우 양측 상기 각 측면수직판(141)에 대해 일정 공극이 유지되도록 하는 흡인력을 발생시키는 가이드 전자석(240)과, 이동부(200)의 이동 동안에 상기 각 측면수직판(141)과의 가이드 공극을 측정하여 제어기에 전달하는 가이드 갭 센서(241)가 설치되며,
    상기 제어기는 각 가이드 갭 센서(241)의 센싱 값을 입력받아 상기 가이드 전자석(240)의 작동을 제어하여 이동부(200)의 본체프레임(210)과 고정부(100)의 측면수직판(141) 간 공극을 제어하도록 구비되는 것 특징으로 하는 다양한 자세 제어가 가능한 자기부상 이송시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 각 가이드 갭 센서(241)가 상기 가이드 전자석(240)과 전후 위치편차가 발생하지 않도록 가이드 전자석(240)의 직상방에 각각 설치되어, 상기 가이드 전자석(240)과 가이드 갭 센서(241)가 수직선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 다양한 자세 제어가 가능한 자기부상 이송시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 본체프레임(210)은,
    상기 부상전자석(220)과 부상 갭 센서(233), 선형유도전동기(230), 그리고 상기 가이드 전자석(240)과 가이드 갭 센서(241)가 장착되는 메인프레임(211)과;
    상기 메인프레임(211)이 하측의 차체(300)에 대해 회전 가능한 구조가 되도록 메인프레임(211)과 차체(300) 사이에 구비되는 축-베어링 구조(213);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다양한 자세 제어가 가능한 자기부상 이송시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 메인프레임(211)은,
    하측에 수평판 형태로 설치되고 상면에 상기 부상전자석(220)과 선형유도전동기(230)가 장착되며 상기 축-베어링 구조(213)를 매개로 차체(300)와 결합되는 하부지지대(211a)와;
    상기 하부지지대(211a)의 좌우 양 측면쪽에 각각 고정부(100)의 측면수직판(141)과 대향되게 설치되어 가이드 전자석(240)과 가이드 갭 센서(241)가 설치되는 측면지지대(211b);
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 다양한 자세 제어가 가능한 자기부상 이송 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 축-베어링 구조(213)는 상기 하부지지대(211a)에 회전축(214)을 설치하고 상기 회전축(214)을 차체(300)측의 지지플레이트(310)에 설치된 베어링(215)에 삽입하여 결합함으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 다양한 자세 제어가 가능한 자기부상 이송시스템.
  9. 청구항 4에서 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드 전자석(240)은 이동부(200)의 회전중심과 이동부의 진행 양쪽방향으로 거리 d만큼의 편차를 가지는 위치에 설치되어, 회전운동에 필요한 토크를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 다양한 자세 제어가 가능한 자기부상 이송시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 가이드 전자석(240)은 이동부(200)의 좌측과 우측에 각각 2개씩 총 4개가 설치되는 것을 특징으로 하는 다양한 자세 제어가 가능한 자기부상 이송시스템.
  11. 청구항 2에 있어서,
    상기 차체(300)가 이동방향을 기준으로 전후로 배치되는 복수개의 이동부(200)에 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 다양한 자세 제어가 가능한 자기부상 이송시스템.
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