KR101059070B1 - 자기안내 리프트의 안내제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 T자형 레일을 갖는 자기안내 리프트의 마그네트 코일의 결선 방식을 바꿔 마그네트, 갭센서, 안내제어기 및 초퍼로 이루어진 제어 채널의 수를 줄임으로써, 신뢰성 및 제어성능 개선을 위한 자기안내 리프트의 안내제어 시스템에 관한 것이다.

본 발명에서는 각 코너에 T자형 레일을 따라 마그네트를 3개 배치하되, y 방향의 마그네트의 코일 2개 중 하나를 x 방향의 마그네트의 코일과 연결함으로써, 마그네트, 안내제어기 및 초퍼의 코너당 채널수가 2개가 되어 전체 채널수가 T자형 방식의 총 12개에서 총 8개로 줄었다. 그 결과, x 방향의 외란이 발생할 때, y 방향의 갭은 영향을 주지 않으면서 x 방향의 갭을 담당 안내제어기에 의해 제어될 수 있고, 또한, y 방향의 외란에 대해서도 x 방향의 갭에 영향을 주지 않으면서 y 방향의 갭을 일정하게 유지할 수 있게 된다. 또한, 제어 채널수가 줄어들어 시스템의 신뢰도가 올라가고 시스템 단가도 낮아지는 장점이 있다.

마그네트, 마그네트 코어, 리프트, 가이드레일, 안내제어기, 초퍼

Description

자기안내 리프트의 안내제어 시스템{Guidance Control System for Magnetically-Guided Lift}

본 발명은 자기안내 리프트의 안내제어 시스템에 관한 것이다.

최근에 자기안내 리프트는 반도체 및 LCD 공정에서 다층 간에 화물을 나르는 장치로써 널리 사용되고 있으며, 5자유도 제어에 의해 마그네트와 가이드레일 사이의 갭을 일정하게 유지하면서 수직방향으로 이송하는데 사용되고 있다.

이와 같은 자기안내 리프트의 이송시 부하의 불균형에 의한 힘의 외란 또는 가이드 레일의 위치변동에 의한 레일 외란 등으로부터 안정하여야 한다.

따라서 이를 위해 다수의 마그네트와 가이드레일 사이의 갭을 일정하게 유지시키는 안내제어가 필요하며, 안내제어방식이 간단하면서도 하드웨어의 채널 수를 적게하여 신뢰도를 향상 시킬 필요가 있다.

자기안내 리프트는 기본적으로 5자유도 운동을 하면서 수직 이송을 하는데, 비접촉으로 리프트 케이지를 가이드레일로부터 지지하기 위해서 마그네트가 사용된 다. 이 때, 마그네트와 가이드레일 사이의 갭을 항상 일정하게 유지하기 위하여 마그네트에 전류가 인가되고, 그 갭에서 발생되는 안내력에 의해 5자유도가 제어된다.

도1은 기존의 T자형 레일의 자기안내 리프트의 마그네트, 제어기 및 초퍼의 결선을 보여주고, 도2는 마그네트의 결선과 갭 센서의 배치를 보여준다. 또한, 도3은 한 코너에서의 마그네트와 갭센서의 적용 예를 보여준다. 이 그림들은 전체 리프트 중에서 상단의 2개의 코너만을 보여주고 있으며, 하단의 마그네트 배치는 상단과 동일하다.

기존의 자기안내 리프트에는 마그네트를 T자형 레일을 마주 보며 배치하되, 각 마그네트 코일은 다른 마그네트로부터 서로 독립적이며, 연결이 안 되어 전기적으로 결합은 안 되고 있다. 각 코너에 갭 센서는 x 방향과 y 방향에 각각 1개씩 있고, 각 마그네트에는 2개의 코일이 있다. 이 코일의 개수는 마그네트 방식에 따라 1개일 수도 있다. 도3에서 기존의 방식은 각 마그네트의 코일이 직렬 혹은 병렬로 연결되어 있다.

따라서 코너1 에서 x 방향으로 외란이 인가되면 x 방향의 갭을 일정하게 유지하기 위해 x 방향의 마그네트의 전류가 변하게 된다. 이때, y 방향의 갭은 x 방향의 외란으로부터 간섭을 받지 않게 된다. 따라서 x 방향과 y 방향의 마그네트의 안내력은 서로 영향을 주지 않아 독립제어가 가능하게 된다.

그러나 이와 같은 방식은 5자유도 운동을 제어하기 위해 각 마그네트에 안내제어기와 초퍼 그리고 갭 센서로 이루어진 폐루프 채널의 개수가 많아지는 문제를 안고 있다. 보통 리프트의 갭을 제어하기 위해 4개의 코너에 있는 각 마그네트 블록은 3개의 마그네트로 이루어져 있어 전체적으로 12개의 마그네트가 있으며, 제어 채널수가 많으면 시스템의 신뢰도가 떨어지게 된다.

따라서 안내제어 성능을 유지하면서 시스템의 신뢰도를 올릴 수 있는 방안을 강구할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로,

본 발명의 목적은 제어 채널수를 줄여 하드웨어적으로 간단하게 제어하여 신뢰성을 부여하는 동시에 안내제어 성능도 향상시킬 수 있는 자기안내 리프트의 안내제어 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

다른 목적은 리프트 구동시 인가되는 초퍼에서의 제어전압의 듀티비와 코일전류가 1차 선형 관계로 되어 제어가 용이한 마그네트 모듈장치와 그 안내제어 시스템을 구현할 수 있는 자기안내 리프트의 안내제어 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

또 다른 목적은 리프트의 한쪽 방향으로 외란이 발생하여도 다른 방향의 갭에 영향을 적게주어 외란에 둔감한 자기안내 리프트의 안내제어 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 각 코너에 T자형 레일을 따라 마그네트를 3개 배치하되, y 방향의 각 마그네트의 코일 2개 중 하나를 x 방향의 마그네트의 코일과 연결함으로써, 마그네트, 안내제어기 및 초퍼의 코너당 채널수가 2개가 되어 총 8개로 줄일 수 있도록 하고 있으며, 또한, x 방향의 외란이 발생할 때, y 방향의 갭은 영향을 주지 않으면서 x 방향의 갭을 담당 안내제어기에 의해 제어될 수 있고, 또한, y 방향의 외 란에 대해서도 x 방향의 갭에 영향을 주지 않으면서 y 방향의 갭을 일정하게 유지할 수 있는 특징을 가진다.

상기와 같은 특징을 가진 본 발명의 자기안내 리프트의 안내제어 시스템은 상부에 위치하는 로프에 의해 상하 방향으로 이동하는 적재함과, 상기 적재함을 둘러싸도록 위치하는 프레임과, 상기 프레임의 좌측 및 우측에 각각 수직 방향으로 설치되어 상기 적재함의 상하 운동을 안내하는 제1과 제2 가이드레일과, 상기 제1과 제2 가이드레일과 좌, 우측의 상부 및 하부의 마그네트 모듈 사이의 갭을 측정하는 갭 센서와, 상기 프레임의 좌측의 상부 및 하부에 각각 취부되며 상기 제1 가이드 레일과 일정한 갭을 두고 형성되고, 상기 적재함의 상하 운동 시 상기 적재함의 좌측을 비접촉으로 지지하는 제1 상부 및 하부 마그네트 모듈과, 상기 제1 상부 및 하부 마그네트 모듈과 대향하도록 상기 프레임의 우측의 상부 및 하부에 각각 취부되며 상기 제1 가이드 레일과 일정한 갭을 두고 형성되고, 상기 적재함의 상기 적재함의 우측을 비접촉식으로 지지하는 제2 상부 및 하부 마그네트 모듈과, 상기 마그네트 모듈과 가이드레일 사이의 갭을 일정하게 유지하기 위해 그 갭에서의 안내력을 제어하기 위한 전류를 상기 마그네트 모듈에 흘려주는 초퍼와, 상기 갭 센서로부터 갭을 측정하여 상기 가이드레일과 마그네트 모듈 사이의 갭을 일정하게 유지하기 위해 상기 초퍼에 제어명령을 출력하는 안내제어기로 자기안내 리프트 시스템을 구성하고,

상기 자기안내 리프트의 각 코너의 상기 마그네트 모듈에서 x 방향의 마그네트 코일과 y 방향의 마그네트 코일을 서로 연결되게 구성한 것을 특징으로 하고 있 다.

본 발명은 5자유도 자기안내 리프트 시스템에서 리프트를 제어하는 각각의 초퍼에서의 제어전압의 듀티비와 코일전류가 1차 비례하므로 안내제어 성능이 우수할 뿐만 아니라 구조가 간단하여 쉽게 안내제어 시스템을 설계할 수 있다는 장점이 있다.

특히 본 발명은 기존의 방식과 달리, 마그네트의 결선을 다르게 함으로써, 안내제어기, 초퍼, 마그네트 및 갭 센서로 이루어진 제어 채널의 수를 줄임으로써, 부품의 수를 줄여 전체 시스템의 신뢰성을 향상시키고, 시스템의 단가도 낮출 수 있을 뿐 만 아니라, 초퍼의 선형 영역이 커져 안내제어 성능이 우수한 효과가 있다.

본 발명은 기존 방식의 자기안내 리프트의 제어성능 및 신뢰성을 향상시키기 위한 방안으로, 본 발명에서는 T자형 레일을 마주보고 있는 x 방향의 마그네트의 코일 2개 중 하나를 y 방향의 마그네트의 코일 2개 중 하나와 연결하는 새로운 방식을 제안하고 있는 것으로 이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 T자형 레일의 자기안내 리프트의 상단쪽 마그네트, 제어 기 및 초퍼 결선방식을 보여주고 있다.

가이드레일(10a, 10b)는 프레임(20a, 20b)에 연결되어 있고 이송방향은 z 방향이 된다. 코너 1에서 안내제어기 (3a)는 초퍼 (2a)에 제어명령을 보내고, 초퍼 (2a)는 마그네트 (1a)와 (1c)의 코일 1개로 연결된 마그네트(50a)에 전류를 보내도록 구성되어 있다. 또한, 안내제어기 (3b)는 초퍼 (2b)에 제어명령을 보내고, 초퍼 (2b)는 마그네트 (1b)와 (1c)의 나머지 코일 1개로 연결된 마그네트(50b)에 전류를 보내도록 구성되어 있다. 코너 1과 마주보고 있는 코너 2의 각 마그네트, 안내제어기 및 초퍼도 코너 1과 동작이 동일하다.

도 5는 도4에서의 마그네트 결선 및 갭 센서 배치를 보여주고, 도 6은 도 4에서 각 코너에서의 실제 마그네트 결선 및 갭 센서 배치를 보여준다. 마그네트 50a 는 x 방향의 마그네트(1a)와 y 방향의 마그네트(1c)의 2개 중 1개의 코일을 연결하여 만든 것이고, 마그네트 50b 는 x 방향의 마그네트 1b 와 y 방향의 마그네트 1c 의 2개 중 나머지 1개의 코일을 연결하여 만든 것이다. 따라서 마그네트 (1a)에 연결된 마그네트 (1c)의 코일의 전류는 마그네트 (1a)의 코일의 전류와 같고, 마그네트 (1b)에 연결된 마그네트 (1c)의 코일의 전류는 마그네트 (1b)의 코일의 전류와 같게 된다.

결국 정상상태에서 레일과 마그네트 사이의 갭 (g1~g6)의 길이(리프트와의 거리)는 같고, 전류와 자속의 크기도 모두 같다. 마그네트 (1c)의 자속 크기는 (1a)와 (1b) 즉, 도 6의 마그네트 (50a)와 (50b)의 자속에 의해 결정된다. 즉, 정상상태에서 (50a, 50b)의 자속의 크기는

가 되지만, x 방향으로 외란이 들어와 서 갭 g1이 커지고, 갭 g2는 작아지면, 안내제어기에 의해 마그네트 (50a)의 전류가 커지고, 마그네트 (50b)의 전류는 작아진다. 그 결과, 마그네트 (50a)의 자속은 커지나, 마그네트 (50b)의 자속은 작아져서 그 합은 외란이 없을 경우와 같게 되어 y 방향의 갭에 영향은 없게 된다.

도 6은 본 발명의 T자형 레일의 자기안내 리프트의 마그네트 결선방식 예를 보여준다. 도 4의 마그네트 (1a)는 코어 (40c)와 코일 (40a, 40b)로 이루어져 있고, 마그네트 (1b)는 코어 (40f)와 코일 (40d, 40e)로 이루어져 있다. 또한, 마그네트 (1c)는 코어 (40i)와 코일 (40g, 40h)로 이루어져 있다. 여기서 코일 (40a)와 (40g)가 연결되어 있고, 코일 (40d)와 (40h)가 연결되어 있다. 마그네트 (1c)는 연결이 안 된 코일이 2개이어야만 하지만, 마그네트 (1a)과 (1b)는 코일이 꼭 2개일 필요는 없고, 1개이어도 구현하는데 지장이 없다.

도 7은 T자형 레일에서 작용되는 흡인력 관계를 보여주는 개념도로서, 정상상태에서 각 갭에서 발생하는 흡인력이 x 방향은 F1과 F2 그리고 F4와 F5는 크기는 같고, 방향은 반대이어서 평형을 이룬다. 그리고 y 방향은 F3과 F6이 크기는 같고, 방향은 반대이어서 평형을 이루게 되고, 이와 같은 평형상태에서는 자기리프트의 프레임이 갭과 일정한 거리를 유지한채 상,하의 제어신호를 받아 안전하게 구동될 수가 있다.

도 8은 기존 방식의 초퍼특성(A)와 본 발명의 초퍼특성(B)의 비교를 보여준다. 점 A는 정상상태에서 마그네트 전류가 1.5A이고, 이 때 초퍼의 듀비티가 약 51%가 된다는 것을 알 수 있다. 본 발명에서 마그네트의 코일을 직렬로 연결하면 저항이 커지게 되어, 동일한 전류를 얻기 위해서는 초퍼의 듀티비가 커져야 한다. 따라서 도8의 점 B처럼, 본 발명의 방식을 적용하면 초퍼의 듀티비가 커지게 되며, 이것은 선형 영역이 커지게 되므로 제어성능을 향상시킬 수가 있다.

도 9는 본 발명의 자기안내 리프트의 안내제어 시스템이 적용된 상태를 나타내는 실시도로서, 상부에 위치하는 로프에 의해 상하 방향으로 이동하는 적재함(80)과, 상기 적재함을 둘러싸도록 위치하는 적재함 프레임(70)과, 상기 프레임의 좌측 및 우측에 각각 수직 방향으로 설치되어 상기 적재함의 상하 운동을 안내하는 제1과 제2 가이드레일(10a, 10b)과, 상기 제1과 제2 가이드레일과 좌, 우측의 상부 및 하부의 마그네트 모듈 사이의 갭을 측정하는 갭 센서 (30a~30h) 와, 상기 프레임의 좌측의 상부 및 하부에 각각 취부되며 상기 제1 가이드 레일과 일정한 갭을 두고 형성되고, 상기 적재함의 상하 운동 시 상기 적재함의 좌측을 비접촉으로 지지하는 제1 상부 및 하부 마그네트 모듈(40, 42)과, 상기 제1 상부 및 하부 마그네트 모듈(40, 42)과 대향하도록 상기 프레임의 우측의 상부 및 하부에 각각 취부되며 상기 제1 가이드 레일과 일정한 갭을 두고 형성되고, 상기 적재함의 상기 적재함의 우측을 비접촉식으로 지지하는 제2 상부 및 하부 마그네트 모듈(41, 43)과, 상기 마그네트 모듈과 가이드레일 사이의 갭을 일정하게 유지하기 위해 그 갭에서의 안내력을 제어하기 위한 전류를 상기 마그네트 모듈에 흘려주는 초퍼 (2a~2h) 와, 상기 갭 센서로부터 갭을 측정하여 상기 가이드레일과 마그네트 모듈 사이의 갭을 일정하게 유지하기 위해 상기 초퍼에 제어명령을 출력하는 안내제어기(3a~3h)로 구성되어 있다.

즉, 벽면의 좌우에는 가이드 레일(10a),(10b)이 부착되어 있고, 상기 가이드 레일(10a),(10b)을 중심으로 상하 이동하는 리프트의 적재함(80)이 로프(60)를 통하여 연결되어 있다. 그리고, 상기 적재함(80)의 상하, 좌우에는 적재함 프레임(70)으로 고정되어 있고, 이 프레임(70)의 상하 프레임의 일측에 마그네트 모듈(40~43)을 장착하고 있다.

상기 마그네트 모듈(40~43)은 상술한 바와 같이 마그네트 코어 (40c, 40f, 40i, 41i)에 마그네트 코일(40a,40b)(40d, 40e)(40g, 40h)(41g, 41h) 과 같이 각각 권취하여 이루어지고, 가이드 레일(10a)(10b)을 중심으로 대칭적으로 배치되어 있고, 각각 가이드 레일(10a)(10b) 및 리프트의 대향면에는 갭센서(30a~30 h )를 구성하고, 상기한 갭센서(30a~30 h )의 피드백된 값을 받아 안내제어기(3a~3h) 및 초퍼(2a~2 h )를 통하여 상기한 마그네트 모듈의 코일에 제어된 전압을 인가되게 구성되어 있다.

여기에서는 안내제어기 및 쵸퍼(2a~2 h )를 일체로 구성하고 있으나, 이를 분리하여 연결 구성하여도 동일한 효과를 나타낸다.

도 1은 기존의 T자형 레일의 자기안내 리프트의 안내시스템을 나타낸 결선도,

도 2는 기존의 T자형 레일의 자기안내 리프트의 마그네트 결선도,

도 3은 기존 방식에 의한 리프트의 한 코너에서의 적용 예를 나타낸 결선도,

도 4는 본 발명의 T자형 레일의 자기안내 리프트의 안내시스템을 나타낸 결선도,

도 5는 본 발명의 T자형 레일의 자기안내 리프트의 마그네트 결선도,

도 6은 본 발명의 방식에 의한 한 코너에서의 적용 예를 나타낸 결선도,

도 7은 T자형 레일에서 작용되는 흡인력 관계를 보여주는 벡터도

도 8은 기존 방식의 초퍼특성(A)와 본 발명의 초퍼특성(B)의 특성비교도,

도 9는 본 발명의 안내제어 시스템이 적용된 자기안내 리프트를 나타낸 부분 단면도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f : 마그네트

2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h : 초퍼

3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h : 안내제어기

10a, 10b : 가이드레일

20a, 20b : 리프트 프레임

30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h : 갭 센서

40,41,42,4 3 : 마 그 네트 모듈

40a, 40b, 40d, 40e, 40g, 40h, 41a, 41b, 41g, 41h, 42a, 42b, 42g, 42h, 43a, 43b, 43g, 43h : 마그네트 코일

40c, 40f, 40i, 41c, 41i, 42c, 42i, 43c, 43i : 마그네트 코어

50a, 50b, 50c, 50d : 마그네트

60 : 로프

70 : 적재함 프레임

80 : 적재함

Claims (5)

1. 상부에 위치하는 로프에 의해 상하 방향으로 이동하는 적재함(80)과,

   상기 적재함을 둘러싸도록 위치하는 프레임(70)과,

   상기 프레임의 좌측 및 우측에 각각 수직 방향으로 설치되어 상기 적재함의 상하 운동을 안내하는 제1 및 제2 가이드레일(10a, 10b) 과,

   상기 제1 및 제2 가이드레일 과 좌, 우측의 상부 및 하부의 마그네트 모듈 사이의 갭을 측정하는 제1 및 제2 갭 센서(30a, 30b, 30e, 30f)(30c, 30d, 30g, 30h) 와,

   상기 프레임의 좌측의 상부 및 하부에 각각 취부되며 상기 제1 가이드 레일과 일정한 갭을 두고 형성되고, 상기 적재함의 상하 운동 시 상기 적재함의 좌측을 비접촉으로 지지하는 제1 상부 및 하부 마그네트 모듈(40, 42) 과,

   상기 제1 상부 및 하부 마그네트 모듈 과 대향하도록 상기 프레임의 우측의 상부 및 하부에 각각 취부되며 상기 제1 가이드 레일과 일정한 갭을 두고 형성되고, 상기 적재함의 상기 적재함의 우측을 비접촉식으로 지지하는 제2 상부 및 하부 마그네트 모듈(41, 43) 과,

   상기 제1 상부 및 하부 마그네트 모듈과 상기 제1 가이드레일 사이의 갭을 일정하게 유지하기 위해 상기 갭에서의 안내력을 제어하기 위한 전류를 상기 제1 상부 및 하부 마그네트 모듈에 제공하는 제1 상부 및 하부 초퍼(2a, 2b, 2e, 2f)와,

   상기 제2 상부 및 하부 마그네트 모듈과 상기 제2 가이드레일 사이의 갭을 일정하게 유지하기 위해 상기 갭에서의 안내력을 제어하기 위한 전류를 상기 제2 상부 및 하부 마그네트 모듈에 제공하는 제2 상부 및 하부 초퍼(2c, 2d, 2g, 2h)와,

   상기 제1 가이드레일과 상기 제1 상부 및 하부 마그네트 모듈 사이의 갭에서의 안내력을 제어하기 위한 전류를 제공하도록 하는 제어 명령을 상기 제1 상부 및 하부 초퍼에 인가하는 제1 상부 및 하부 안내제어기(3a, 3b, 3e, 3f)와,

   상기 제2 가이드레일과 상기 제2 상부 및 하부 마그네트 모듈 사이의 갭에서의 안내력을 제어하기 위한 전류를 제공하도록 하는 제어 명령을 상기 제2 상부 및 하부 초퍼에 인가하는 제2 상부 및 하부 안내제어기(3c, 3d, 3g, 3h)를 포함하고,

   상기 제1 상부 및 하부 마그네트 모듈과 상기 제2 상부 및 하부 마그네트 모듈 중 각 코너의 마그네트 모듈에서 x 방향의 마그네트 코일과 y 방향의 마그네트 코일을 연결하여 코일의 저항이 증가하여 같은 크기의 전류를 흘려주기 위해 전압-전류의 특성에서 듀티비가 증가하여 선형특성이 개선되어 제어성능이 향상되도록 구성되는 것 을 특징으로 하는 자기안내 리프트의 안내제어 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 상부 안내제어기(3a)는 초퍼(2a)를 통하여 마그네트(1a)(1c) 간에 코일 1개로 연결된 마그네트(50a)에 전류를 보내도록 구성하고, 상기 제1 상부 안내제어기(3b)는 초퍼(2b)를 통하여 마그네트(1b),(1c) 간에 코일 1개로 연결된 마그네트(50b)에 전류를 보내도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자기안내 리프트의 안내제어 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제1 상부 및 하부 마그네트 모듈 또는 상기 제2 상부 및 하부 마그네트 모듈은, 코일 단독으로 구성되거나, 코일 및 영구자석으로 혼용되어 구성되는 것 을 특징으로 하는 자기안내 리프트의 안내제어 시스템.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제1 상부 및 하부 안내제어기 또는 상기 제2 상부 및 하부 안내제어기는,

   상기 y 방향의 마그네트 코일에 흘려주는 전류의 크기를 상기 x 방향의 마그네트 코일에 흘려주는 전류의 크기와 같도록 제어하는 것 을 특징으로 하는 자기안내 리프트의 안내제어 시스템.
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