KR101208660B1 - 곡선 주행 성능이 향상된 자기부상 이송 시스템 - Google Patents

곡선 주행 성능이 향상된 자기부상 이송 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템은 곡선 주행 성능을 향상시킬 수 있도록, 이어져 설치된 궤도, 및 상기 궤도 상에 설치되며 상기 궤도에 대하여 부상하여 이동하는 대차를 포함하고, 상기 대차는 상기 궤도와 대향하는 차량측 부상 전자석이 설치된 복수 개의 대차 프레임과 상기 대차 프레임 상에 설치된 대차 상판을 포함하고, 상기 대차 프레임은 상기 대차 상판에 대하여 회동 가능하게 설치된다.

Description

곡선 주행 성능이 향상된 자기부상 이송 시스템{MAGNETIC LEVITATION CONVEYANCE SYSTEM HAVING ENHACED CURVE DRIVING PERFORMANCE}
본 발명은 자기부상 이송 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 곡선 주행 성능이 향상된 자기부상 이송 시스템에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼, PDP 패널, 또는 LCD 패널의 운반에 사용되던 종래의 자동화용 운반시스템은 벨트 컨베이어나 롤러 컨베이어, 진동 컨베이어 등 주로 컨베이어 시스템을 활용하였다. 이러한 시스템은 전기 모터에 의해 회전력을 얻고 중간에 감속 시스템을 적용하여 회전 운동을 직선운동으로 변환하여 원자재 및 제품을 이송한다.
그러나 이러한 기존 시스템은 구성 기기들의 메커니즘 상 속도 증가 및 조절에 한계가 있고 기계장치들의 적용에 따라 구성품이 바뀌는 부분마다 마찰이 발생하므로 소음과 진동, 분진 발생이 필연적일 수 밖에 없다. 이러한 소음과 진동, 분진의 감소와 마모에 의한 고장을 예방하기 위해서는 수시로 해당 구성품의 점검과 부품교체, 수리 등을 주기적으로 수행해야만 하며, 유지 보수비의 증가로 이어질 수 밖에 없다.
자기부상 추진은 전기 자기력을 이용하여, 궤도로부터 일정한 높이로 부상하여 추진하는 것을 말한다. 자기부상 시스템은 대차와 궤도 사이에서 전자석에 의한 인력 또는 반발력을 응용하여, 대차를 궤도로부터 이격시킨 상태로 추진한다. 이와 같이 자기 부상 시스템은 궤도와 비접촉 상태로 추진하므로 소음 및 진동이 적고 고속 추진이 가능하다.
자기부상 이송 시스템을 구성하는 주요 힘 성분은 부상력, 추진력 그리고 안내력이며, 자기부상 전자석이 부상력과 안내력을 담당하고, 선형전동기가 추진력을 부담한다.
이러한 자기부상 이송 시스템은 궤도와 대차의 간격 조절이 어려워 곡선 주행 시에 한계가 있는 문제가 있으며, 이에 따라 주로 직선 주행이나 곡률반경이 큰 곡선 주행에만 적용될 수 있었다. 자기부상 이송 시스템을 공장 내부의 반송 시스템으로 적용할 경우에는 방향 전환과 곡선 주행이 필수 불가결한 실정이다.
이에 따라 방향을 전환해야 할 경우에는 다른 궤도로 변경하는 방법을 적용하였다. 그러나 궤도를 변경하는 과정에서 적재물에 충격이 전달될 뿐만 아니라 궤도의 변경에 많은 시간이 소모되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 곡선 주행 시에도 안정적으로 자기부상 주행을 실행할 수 있는 자기부상 이송 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템은 이어져 설치된 궤도, 및 상기 궤도 상에 설치되며 상기 궤도에 대하여 부상하여 이동하는 대차를 포함하고, 상기 대차는 상기 궤도와 대향하는 차량측 부상 전자석이 설치된 복수 개의 대차 프레임과 상기 대차 프레임 상에 설치된 대차 상판을 포함하고, 상기 대차 프레임은 상기 대차 상판에 대하여 회동 가능하게 설치된다.
상기 대차 상판과 상기 대차 프레임 사이에는 베어링이 설치될 수 있으며, 상기 베어링은 상기 대차 상판과 나란하게 배치될 수 있다. 상기 베어링은 외륜과 내륜, 및 외륜과 내륜 사이에 설치된 롤러를 포함할 수 있으며, 상기 롤러들은 상기 내륜과 외륜 사이에서 상호 직교로 배열될 수 있다.
상기 베어링은 크로스 롤러 베어링으로 이루어질 수 있으며, 상기 대차 상판에는 4개의 대차 프레임이 연결 설치되고, 각 대차 프레임과 상기 대차 상판 사이에 상기 베어링이 설치될 수 있다.
상기 대차 프레임과 상기 대차 상판 사이에는 완충 스프링이 설치되고, 상기 완충 스프링의 내측에는 핀이 삽입 설치될 수 있으며, 상기 대차 상판 또는 상기 대차 프레임에 대하여 슬라이딩 가능하게 설치된 가이드 바를 더 포함하며, 상기 가이드 바는 상기 대차의 중심을 기준으로 상기 완충 스프링보다 더 외측에 배치될 수 있다.
상기 궤도에는 상기 차량측 부상 전자석과 대향하는 부상용 강자성체판이 고정 설치되고 상기 부상용 강자성체판에는 상기 차량측 부상 전자석을 향하여 돌출된 돌기가 형성될 수 있으며, 상기 궤도에는 추진용 강자성체판과 상기 추진용 강자성체판을 덮는 도체판이 고정 설치되고, 상기 대차 프레임에는 상기 도체판과 대향하는 차량측 추진 전자석이 설치될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템은 대차 상판과 대차 프레임이 상호 회동 가능하게 설치되므로 우수한 곡선 주행 성능을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템의 평면도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 도 1에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템의 곡선 주행을 도시한 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템의 평면도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템(100)은 대차(130)와 대차(130)가 이동하는 궤도(120)를 포함한다.
본 실시예에 따른 대차(130)는 궤도(120) 상에 놓이거나 궤도(120)로부터 부상하여 추진한다. 궤도(120)는 길게 이어지며 곡선 구간과 직선 구간을 갖도록 형성되며, 상부에 형성된 거더(122)와 거더(122)의 아래에 배치되어 지면으로부터 거더(122)을 지지하는 기둥(121)을 포함한다. 거더(122) 상에는 지지판(123)과 지지판(123)의 양쪽 측단에 고정된 부상용 강자성체판(127)이 설치된다. 부상용 강자성체판(127)의 양쪽 가장자리에는 아래로 돌출된 돌기(127a)가 형성되며, 돌기(127a)는 아래에서 상술하는 차량측 부상 전자석(114)의 코어(114a)에 형성된 돌기와 마주하도록 배치된다.
또한 거더(122)의 상면에는 추진용 강자성체판(171)이 설치되는 바, 추진용 강자성체판(171) 상에는 도체판(172)이 추진용 강자성체판(171)을 덮도록 설치된다. 이 때, 도체판(172)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다. 본 실시예와 같이 추진용 강자성체판(171)을 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 도체판(172)이 감싸고 있으면, 도체판(172)에 더욱 큰 와전류를 형성할 수 있으며, 이에 따라 더 큰 추진력이 발생하게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이 추진용 강자성체판(171)과 도체판(172)은 차량측 추진 전자석(160)과 대향 배치된다.
대차(130)는 대차 상판(150)과 대차 상판(150)의 아래에 배치된 복수 개의 대차 프레임(110)을 포함하며, 4개의 대차 프레임(110)이 대차 상판(150)의 아래에서 대차 상판(150)을 지지한다. 대차 프레임(110)은 대차 바디(112)와 대차 바디(112)에 고정된 부상용 브라켓(113), 지지 브라켓(117), 가이드 브라켓(115), 및 추진용 브라켓(131), 및 상부 프레임(132)을 포함한다.
부상용 브라켓(113)은 대차 프레임(110)의 하부에서 이웃하는 대차 프레임(110)을 향하여 돌출 설치되며, 부상용 브라켓(113)에는 차량측 부상 전자석(114)이 부상용 강자성체판(127)과 대향하도록 설치된다.
차량측 부상 전자석(114)은 코어(114a)와 코어(114a)의 외주를 감싸도록 설치된 코일(114b)을 포함한다. 코어(114a)는 홈을 사이에 두고 두 개의 돌기들이 이격 형성된 구조로 이루어지며 이 돌기들에 코일이 감겨진다. 차량측 부상 전자석(114)은 부상용 강자성체판(127)와 마주하여 배치되며, 차량측 부상 전자석(114)이 부상용 강자성체판(127)를 끌어당겨서 부상력이 발생한다. 본 실시예에서는 자기부상 이송 시스템(100)이 흡인식으로 이루어진 것으로 예시하고 있지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 차량측 부상 전자석(114)이 위에 위치하고, 부상용 강자성체판(127)이 아래에 위치하여 반발식으로 이루어질 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 추진용 브라켓(131)은 대차 프레임(110)의 상부에는 마주하는 대차 프레임(110)을 향하여 돌출 설치되며 지지 브라켓(117)의 하면에 차량측 추진 전자석(160)이 고정 설치된다.
차량측 추진 전자석(160)에는 복수 개의 돌기(161a)가 궤도(120)의 길이 방향으로 이격 형성되고 이 돌기(161a) 사이의 홈에는 코일(165)이 삽입 설치된다. 코일(165)은 3개가 설치되며 3개의 코일들(165)이 서로 번갈아 홈에 삽입되어, 사행 형상을 이룬다. 차량측 추진 전자석(160)는 도체판(172)과 마주하도록 설치되므로 차량측 추진 전자석(160)가 이동할 때, 시간적 공간적으로 이동하는 자속이 발생하여 도체판(172)에 와전류가 발생한다. 이 와전류와 공극 자속이 로렌츠의 힘 방정식으로 표현되는 상호 작용에 의하여 추진력이 발생한다. 본 실시예와 같이 선형 유도 전동기를 적용하면 궤도의 상면에 궤도 상에 평판 형태의 도체판을 설치할 수 있으며 이에 따라 궤도의 설계가 자유로워 진다. 또한 교류기와 같은 제어가 가능하며 대출력 대기동력 발생이 용이하고 유지보수가 간편하다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 대차 프레임(110)에서 내측을 향하는 면에는 지지 브라켓(117)이 설치된다. 지지 브라켓(117)에는 부상용 강자성체판(127)의 측면과 맞닿을 수 있는 가이드 롤러(119)가 설치된다. 가이드 롤러(119)는 대차(130)를 지지하여 대차(130)가 횡방향으로 심하게 흔들릴 경우에 대차나 궤도의 손상을 방지한다.
또한, 지지 브라켓(117)에는 도체판(172)의 상면과 맞닿을 수 있는 보조 차륜(118)이 설치된다. 보조 차륜(118)은 대차(130)의 부상이 중단될 때, 부상용 강자성체판(127)과 맞닿아 차량의 주행을 안내한다.
한편, 지지 브라켓(117)과 상부 프레임(132) 사이에는 설정된 간격으로 이격 배치된 복수 개의 완충 스프링(125)이 설치된다. 완충 스프링(125)의 내측에는 핀(126)이 삽입 설치되는데, 핀(126)은 완충 스프링(125)이 신축될 때 가이드하는 역할을 한다.
각 상부 프레임(132)은 완충 스프링(125)과 지지 브라켓(117)을 매개로 각각의 대차 바디(112)에 지지된다. 이와 같이 본 실시예에 따르면 완충 스프링이 설치되므로 4개의 대차 프레임(110) 중 어느 하나의 대차 프레임(110)이 상하 방향으로 이동할 경우, 완충 스프링(125)이 대차 상판(150)의 움직임을 완화시키므로 다른 대차 프레임(110)에 의하여 가해지는 영향을 최소화할 수 있다. 이에 따라 각 대차 프레임(110)의 부상을 개별적으로 제어하는 것으로 전체적인 대차(130)의 부상을 제어할 수 있다.
또한, 완충 스프링(125)이 대차 프레임(110)의 움직임에 대한 완충 작용을 하므로 대차 상판(150)에 설치된 화물이나 승객에게 작용하는 충격을 완화시킬 수 있다.
한편, 대차 프레임(110)에서 외측을 향하는 면에는 가이드 브라켓(115)이 설치되는 바, 가이드 브라켓(115)은 대차 바디(112)의 외측면에 고정되며 가이드 브라켓(115)에는 가이드 바(116)가 삽입되는 가이드 홀(115a)이 형성된다. 가이드 바(116)는 막대부(116a)와 막대부(116a)의 상단에 형성되며 막대부(116a)보다 더 큰 단면적을 갖는 헤드부(116b)를 포함한다. 또한, 가이드 바(116)는 상부 프레임(132)에 고정되어 가이드 홀(115a)에 슬라이딩 가능하게 삽입된다. 가이드 홀(115a)에는 베어링이 삽입 설치되어 가이드 바(116)는 베어링을 매개로 상기 가이드 홀(115a)에 대하여 슬라이딩 가능하도록 설치될 수 있다. 이 때, 베어링은 축이 슬라이딩할 때 지지하는 다양한 종류의 베어링으로 이루어질 수 있다.
가이드 바(116)는 대차(130)의 중심을 기준으로 완충 스프링(125)보다 더 외측에 설치되어 대차 상판(150)이 기울어지는 것을 방지한다. 대차 프레임(110)의 움직임에 따라 각 대차 프레임(110)과 연결된 완충 스프링(125)이 개별적으로 움직이므로 완충 스프링(125)의 움직임에 따라서 대차 상판(150)이 기울어질 수 있다.
그러나 본 실시예에 따르면 완충 스프링(125)보다 대차(130)의 중심에서 더 외측에 배치된 가이드 바(116)가 설치되므로 완충 스프링(125)에 의해서 대차 상판(150)이 상하로 움직일 수 있을 뿐만 아니라 가이드 바(116)가 대차 상판(150)이 기울어지는 것을 방지하여 안정적으로 이동할 수 있다. 특히 가이드 바(116)는 대차(130)의 중심에서 완충 스프링(125)보다 먼 곳에 설치되므로 작은 힘으로도 대차 상판(150)을 안정적으로 지지할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 각 대차 프레임들(110)은 대차 상판(150)에 대하여 개별적으로 회동 가능하게 설치되는 바, 대차 상판(150)과 대차 프레임(110) 사이에는 베어링(180)이 설치된다. 베어링(180)은 대차 상판(150) 및 상부 프레임(132)과 나란하게 배치되며, 내륜(181)과 외륜(182) 및 내륜(181)과 외륜(182) 사이에 설치된 롤러들(185)을 포함한다. 롤러(185)은 내륜(181)과 외륜(182) 사이에서 직교로 배열되어, 외륜(182)이 내륜(181)에 대하여 회동할 수 있도록 지지한다. 이에 따라 하중에 의한 탄성 변위가 매우 작고 레이디얼 하중, 축방향 하중, 모멘트 등 복합적인 하중을 동시에 안정적으로 지지할 수 있다. 이는 롤러들(185)이 상호 직교로 배열되기 때문에 모든 방향에서 전달되는 하중을 골고루 지지할 수 있다.
내륜(181)은 대차 상판(150)에 볼트를 매개로 고정되며, 외륜(182)은 상부 프레임(132)에 볼트를 매개로 고정된다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 내륜(181)이 상부 프레임(132)에 고정되고, 외륜(182)이 대차 상판(150)에 고정될 수도 있다. 본 실시예에 따른 베어링(180) 크로스 롤러 베어링으로 이루어지는 바, 베어링(180)은 대차 상판(150)의 하중을 지지하여 상부 프레임(132)으로 전달한다.
대차 상판(150)과 각 대차 프레임(110) 사이에 베어링(180)이 설치되므로 대차 프레임들(110)은 대차 상판에 대하여 측방향으로 회동할 수 있다. 여기서 측방향이라 함은 높이 방향으로 이어진 가상의 축을 중심으로 회동함을 뜻한다. 또한 회동을 위해 추가적인 구동장치나 제어장치가 필요치 않고, 궤도(120) 형태를 따라 대차 프레임(110)이 이동하는 과정에서 부상용 강자성체판(127)의 돌기(127a)와 차량측 부상 전자석(114) 사이에 작용하는 안내력에 의해 대차 상판(150)에 대한 각 대차 프레임(110)의 회동이 이루어진다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템(100)이 2m의 곡률 반경을 갖는 곡선을 주행할 때, 대차 프레임(110)은 곡선 궤도(120)를 따라 각각 다른 방향으로 회동하지만, 대차 상판(150)은 대차 프레임(110)의 회동에 영향을 받지 아니하고 지정된 경로로 주행할 수 있다. 이에 따라 곡률이 큰 곡선 궤도(120)에서도 대차가 안정적으로 주행할 수 있을 뿐만 아니라 곡선 주행 시에도 대차 상판(150)의 움직임을 최소화하여 적재된 화물에 가해지는 충격을 감소시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 자기부상 이송 시스템 130: 대차
110: 대차 프레임 112: 대차 바디
113: 부상용 브라켓 114: 차량측 부상 전자석
114a: 코어 114b: 코일
115: 가이드 브라켓 115a: 가이드 홀
116: 가이드 바 116a: 막대부
116b: 헤드부 117: 지지 브라켓
118: 보조 차륜 119: 가이드 롤러
120: 궤도 121: 기둥
122: 거더 123: 지지판
125: 완충 스프링 126: 핀
127: 부상용 강자성체판 127a: 돌기
131: 추진용 브라켓 132: 상부 프레임
150: 대차 상판 160: 차량측 추진 전자석
161a: 돌기 165: 코일
171: 추진용 강자성체판 172: 도체판
180: 베어링 181: 내륜
182: 외륜 185: 롤러

Claims (11)

  1. 이어져 설치된 궤도; 및
    상기 궤도 상에 설치되며 상기 궤도에 대하여 부상하여 이동하는 대차;
    를 포함하고,
    상기 대차는,
    상기 궤도와 대향하는 차량측 부상 전자석이 설치된 복수 개의 대차 프레임;
    상기 대차 프레임 상에 설치된 대차 상판;
    을 포함하고,
    상기 대차 프레임은 상기 대차 상판에 대하여 회동 가능하게 설치되며,
    상기 대차 상판과 상기 대차 프레임 사이에는 베어링이 설치되며 상기 베어링은 외륜과 내륜, 및 외륜과 내륜 사이에 설치된 복수 개의 롤러를 포함하고 상기 롤러들은 상기 내륜과 외륜 사이에서 상호 직교로 배열되며
    상기 대차 프레임과 상기 대차 상판 사이에는 완충 스프링이 설치되고, 상기 완충 스프링의 내측에는 핀이 삽입 설치되고,
    상기 대차 상판 또는 상기 대차 프레임에 슬라이딩 가능하게 삽입된 가이드 바가 설치되고, 상기 가이드 바는 상기 대차의 중심을 기준으로 상기 완충 스프링보다 더 외측에 배치된 자기부상 이송 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 베어링은 상기 대차 상판과 나란하게 배치된 자기부상 이송 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 베어링은 크로스 롤러 베어링으로 이루어진 자기부상 이송 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 대차 상판에는 4개의 대차 프레임이 연결 설치되고, 각 대차 프레임과 상기 대차 상판 사이에 상기 베어링이 설치된 자기부상 이송 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 궤도에는 상기 차량측 부상 전자석과 대향하는 부상용 강자성체판이 고정 설치되고 상기 부상용 강자성체판에는 상기 차량측 부상 전자석을 향하여 돌출된 돌기가 형성된 자기부상 이송 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 궤도에는 추진용 강자성체판과 상기 추진용 강자성체판을 덮는 도체판이 고정 설치되고, 상기 대차 프레임에는 상기 도체판과 대향하는 차량측 추진 전자석이 설치된 자기부상 이송 시스템.
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