KR101258407B1 - Reaction force compensation linear motion system - Google Patents

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KR101258407B1
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조규중
정용훈
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주식회사 져스텍
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Abstract

PURPOSE: A linear driving system for compensating a reaction force is provided to minimize vibration in the system by including a structure for compensating the reaction force. CONSTITUTION: A linear driving system(100) for compensating a reaction force comprises a guide beam(110), a magnet track(120), movers(130,130'), and a spring. The guide beam comprises a channel unit extended through an entire length. The magnet track is installed in order to reciprocate-slide according to the guide beam and comprises a dummy mass unit, a stator, and a plurality of magnets. The mover comprises a rotor body which is integrally connected to a part of a motor coil through a motor coil unit and a connection unit. The spring is accommodated to a channel unit of the guide beam, is interposed between an inner side of the dummy mass unit and inner wall surface of the channel unit, and returns the magnet track to a predetermined reference position with respect to the guide beam.

Description

반발력 보상 선형 구동 시스템{REACTION FORCE COMPENSATION LINEAR MOTION SYSTEM}Repulsion Compensation Linear Drive System {REACTION FORCE COMPENSATION LINEAR MOTION SYSTEM}

본 발명은 반도체, LCD 등의 정밀 제조 공정에 사용되는 선형 구동 시스템에 관한 것으로서, 특히 리니어 모터의 이동자의 슬라이드 운동으로 인한 시스템의 진동현상을 방지하기 위한 반발력 보상 선형 구동 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear drive system for use in precision manufacturing processes such as semiconductors and LCDs, and more particularly to a repulsive force compensation linear drive system for preventing vibration of the system due to a slide movement of a mover of a linear motor.

최근, 반도체, LCD 등의 정밀 제조 공정에서는 생산성의 비약적인 증가로 인해 이에 사용되는 리니어 모터(linear motor)를 채용한 선형 구동 시스템의 고속화가 요구되고 있다.Recently, due to the dramatic increase in productivity in precision manufacturing processes such as semiconductors and LCDs, it is required to speed up the linear drive system employing a linear motor used therein.

이를 위해, 고 가감속의 정확한 위치결정이 가능한 선형 구동 시스템이 개발되고 있는 바, 특히 시스템의 고속 및 고 가감속 운전 시 베이스에 전달되는 반발력(reaction force) 및 이로 인한 진동현상을 저감시키거나 제거하는 문제가 중요한 이슈로 대두되었다.To this end, a linear drive system capable of accurate positioning with high acceleration and deceleration has been developed, which reduces or eliminates the reaction force transmitted to the base and the vibration caused by the high speed and high acceleration and deceleration operation. The problem has emerged as an important issue.

고 가감속 시 발생하는 잔류진동의 제거를 위한 종래의 반발력 보상 선형 구동 시스템으로는, Dover사의 미국특허등록 제6,844,635호 "Reaction Force Transfer System"(2005), Nikon사의 미국특허등록 제5,744,924호 "Guideless Stage with Isolated Reaction Frame"(1998), Canon사의 미국특허등록 제5,864,389호 "Stage Apparatus and Exposure Apparatus and Device Producing Method Using the Same"(1999) 등이 제안된 바 있다.Conventional repulsive force compensation linear drive systems for the removal of residual vibrations during high acceleration and deceleration include Dover's US Patent No. 6,844,635 "Reaction Force Transfer System" (2005) and Nikon's US Patent No. 5,744,924 "Guideless Stage with Isolated Reaction Frame "(1998) and Canon US Patent No. 5,864,389 entitled" Stage Apparatus and Exposure Apparatus and Device Producing Method Using the Same "(1999).

그러나, 상기 제안된 기술들은 모두 별도의 격리된 외부 프레임 구조물을 통한 반발력 전달 방식으로 구성되어 있는 관계로 공간효율이 좋지 못하며 이송용 모터와 마그넷 트랙 사이의 위치변화 및 추력코일과 마그넷 트랙 사이의 공극변화로 인해 추력 제어에 어려움이 있었다.However, since the proposed techniques are all composed of a repulsive force transmission method through a separate isolated outer frame structure, space efficiency is not good, and the position change between the feeding motor and the magnet track and the gap between the thrust coil and the magnet track are poor. The change made it difficult to control the thrust.

한편, 상기 특허들과는 다른 방식의 시스템으로서, ASML사의 미국특허등록 제6,784,978호 "Method, System and Apparatus for Management of Reaction Loads in a Lithography System"(2004), Nikon사의 미국특허등록 제6,917,412호 "Modular Stage with Reaction Force Cancellation"(2005), Nikon사의 미국특허등록 제6,603,531호 "Stage Assembly including a Reaction Assembly that is connected by Actuators"(2003) 등이 제안된 바 있다.On the other hand, as a system different from the above patents, ASML U.S. Patent No. 6,784,978 "Method, System and Apparatus for Management of Reaction Loads in a Lithography System" (2004), Nikon U.S. Patent No. 6,917,412 "Modular Stage" with Reaction Force Cancellation "(2005) and Nikon US Patent No. 6,603,531" Stage Assembly including a Reaction Assembly that is connected by Actuators "(2003).

그러나, 이들 기술들은 시스템의 자체 제진 제어를 위해 별도의 마그넷 트랙과 코일로 구성된 제진용 모터를 추가로 장착하여야 함에 따라 제작비용의 증가 및 이송용 모터와 제진용 모터의 상호작용에 의한 회전모멘트 발생의 문제가 있었다.However, these technologies require an additional damping motor consisting of a separate magnet track and coil for the self-damping control of the system, thus increasing the manufacturing cost and generating a rotation moment due to the interaction of the transporting and damping motors. There was a problem.

따라서, 본 발명의 목적은 리니어 모터의 이동자의 슬라이드 운동으로 인한 시스템의 진동현상을 방지하기 위해 별도의 외부 격리 구조물이나 추가 모터가 필요없이 자체적인 반발력 보상 구조를 갖는 반발력 보상 선형 구동 시스템을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a repulsive force compensation linear drive system having its own repulsive force compensation structure without the need of a separate external isolation structure or an additional motor to prevent vibration of the system due to the slide movement of the mover of the linear motor. There is.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 반발력 보상 선형 구동 시스템에 있어서, 갠트리(gantry) 구조에서의 빔(beam)을 이루거나 상기 빔에 고정되며, 일측면으로는 채널(channel)부가 함입 형성되어 전체 길이에 걸쳐 연장되는 가이드 빔과; 상기 가이드 빔의 일측면을 따라 슬라이딩 가이드되며 서로 대면하는 한 쌍의 마그넷 부착면이 길이방향을 따라 연장 형성된 고정자(stator)부와, 상기 한 쌍의 마그넷 부착면에 각각 상기 길이방향을 따라 부착되어 서로 대면하는 다수의 마그넷을 포함하는 마그넷 트랙과; 상기 고정자부의 한 쌍의 마그넷 부착면 사이에 개재됨으로써 상기 다수의 마그넷과의 상호 작용으로 상기 마그넷 트랙을 따라 슬라이드 구동되는 모터코일부와, 상기 모터코일부와 일체로서 연장 결합되어 상기 채널부의 외측에 배치된 상태에서 상기 가이드 빔에 의해 슬라이딩 가능하게 지지되는 이동자 몸체부를 포함하는 이동자; 및 상기 가이드 빔의 채널부에 수용되어 일단이 상기 마그넷 트랙에 고정되고 타단이 상기 가이드 빔에 대하여 상대적으로 고정됨으로써, 상기 모터코일부의 구동에 따라 슬라이드 운동하는 상기 이동자로 인한 반작용으로서 상기 이동자와 반대방향으로 이동하게 되는 상기 마그넷 트랙을 상기 가이드 빔에 대한 소정의 기준위치로 복귀시키는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 반발력 보상 선형 구동 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the repulsive force compensation linear drive system, a beam (gan) in the gantry (gantry) structure (beam) or fixed to the beam, one side is formed with a channel (channel) recessed A guide beam extending over the entire length; A pair of magnet attachment surfaces sliding along one side of the guide beam and facing each other extend along a length direction, and are attached to the pair of magnet attachment surfaces along the length direction, respectively. A magnet track comprising a plurality of magnets facing each other; Interposed between the pair of magnet attachment surfaces of the stator part, the motor coil part slides along the magnet track in interaction with the plurality of magnets, and is integrally extended with the motor coil part to be coupled to the outside of the channel part. A mover including a mover body part slidably supported by the guide beam in a state of being disposed in the guide beam; And a side of the guide beam fixed to the magnet track and the other end of the guide beam fixed relative to the guide beam, thereby reacting with the mover to slide in accordance with the driving of the motor coil unit. And a spring for returning the magnet track, which is moved in the opposite direction, to a predetermined reference position with respect to the guide beam.

여기서, 상기 마그넷 트랙은, 상기 고정자부의 내측면으로부터 일체로 연장 형성되어 상기 가이드 빔의 채널부에 수용되는 빔으로서 상기 채널부를 따라 슬라이드 가이드되는 더미 매스(dummy mass)부를 더 포함하고, 상기 스프링은 상기 더미 매스부의 내측면과 상기 채널부의 내벽면 사이에 개재될 수도 있다.The magnet track further includes a dummy mass part which is integrally formed from the inner side of the stator part and is received in the channel part of the guide beam and slides along the channel part. May be interposed between the inner surface of the dummy mass portion and the inner wall surface of the channel portion.

이때, 상기 스프링은 한 쌍의 인장 스프링으로서 구비되며, 각 일단부가 상기 마그넷 트랙의 길이방향의 양단에 고정되고 각 타단부가 상기 가이드 빔의 길이방향의 중심 영역에서 상기 채널부의 내벽면에 고정될 수도 있다.At this time, the spring is provided as a pair of tension spring, each end is fixed to both ends in the longitudinal direction of the magnet track and each other end is fixed to the inner wall surface of the channel portion in the longitudinal center region of the guide beam It may be.

그리고, 상기 반발력 보상 선형 구동 시스템은, 상기 가이드 빔의 양측 단부에 대하여 상대적으로 고정되어 상기 마그넷 트랙의 이동 시 상기 고정자부의 한 쌍의 마그넷 부착면 사이에 삽입 개재됨으로써 상기 마그넷 트랙에 제동력을 가하는 와전류 댐퍼(eddy current damper)를 더 포함할 수도 있다.The repulsive force compensation linear driving system is fixed relative to both ends of the guide beam to apply a braking force to the magnet track by being interposed between a pair of magnet attachment surfaces of the stator part when the magnet track is moved. It may further include an eddy current damper.

또한, 상기 반발력 보상 선형 구동 시스템은, 상기 가이드 빔의 양측 단부에 대하여 상대적으로 고정되어 상기 이동자가 허용된 슬라이딩 범위를 벗어나는 경우 이를 접촉 및 차단하기 위한 적어도 한 쌍의 쇽 업소버(shock absorber)를 더 포함할 수도 있다.The repulsive force compensation linear drive system further includes at least one pair of shock absorbers to be fixed relative to both ends of the guide beam to contact and block the mover if it is outside the permitted sliding range. It may also include.

한편, 상기 이동자는 복수 개로 구비되어 서로 독립적으로 구동될 수도 있다.On the other hand, the plurality of movers may be provided to be driven independently of each other.

이상과 같은 본 발명에 따른 반발력 보상 선형 구동 시스템에 의하면, 리니어 모터의 마그넷 트랙이 상대적으로 고정된 가이드 빔을 따라 슬라이드 가능하게 구성하고, 별도의 복원력 발생수단을 통해 상기 마그넷 트랙이 상기 가이드 빔에 대한 소정의 기준위치로 복귀되도록 구성하여 이동자가 상기 마그넷 트랙을 따라 슬라이드 구동함에 따른 반발력이 상기 마그넷 트랙을 통해 가이드 빔으로 전달되는 것을 대부분 차단할 수 있으며 이에 따른 시스템의 진동현상을 최소화할 수 있다.According to the repulsive force compensation linear drive system according to the present invention as described above, the magnet track of the linear motor is configured to be slidable along a relatively fixed guide beam, and the magnet track is connected to the guide beam through a separate restoring force generating means. It can be configured to return to a predetermined reference position with respect to the movement of the slide movement along the magnet track as the mover can block most of the transfer to the guide beam through the magnet track, thereby minimizing the vibration phenomenon of the system.

특히, 상기 마그넷 트랙을 상기 가이드 빔에 대한 소정의 기준 위치로 복귀시키기 위한 스프링을 상기 가이드 빔의 일측면에 함입 형성되는 채널부에 수용되도록 함으로써 상기 스프링의 취부를 위한 공간 확보 측면에서 더욱 효율적이며 컴팩트한 구조의 반발력 보상 선형 구동 시스템을 제공할 수 있다.In particular, the spring for returning the magnet track to a predetermined reference position with respect to the guide beam is accommodated in the channel portion formed on one side of the guide beam, and more efficient in terms of securing space for mounting of the spring. It is possible to provide a repulsive force compensation linear drive system with a compact structure.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반발력 보상 선형 구동 시스템이 적용된 겐트리 구조의 사시도,
도 2는 도 1의 반발력 보상 선형 구동 시스템의 사시도,
도 3은 도 2의 AA선에 따른 단면도,
도 4는 도 2의 BB선에 따른 단면도,
도 5는 도 2의 반발력 보상 선형 구동 시스템의 구성요소간 결합관계를 설명하기 위한 가상의 부분확대 사시도,
도 6은 도 2의 반발력 보상 선형 구동 시스템을 후방에서 바라본 사시도,
도 7 및 도 8은 도 2의 반발력 보상 선형 구동 시스템의 일 구성요소인 스프링의 결합관계를 나타내는 부분 확대 사시도,
도 9 및 도 10은 도 2의 반발력 보상 선형 구동 시스템의 구동원리를 설명하기 위한 개략도이다.1 is a perspective view of a gantry structure to which a reaction force compensation linear drive system according to an embodiment of the present invention is applied;
2 is a perspective view of the repulsive force compensation linear drive system of FIG.
3 is a sectional view taken along the line AA in Fig. 2,
4 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
FIG. 5 is a partially enlarged perspective view illustrating a coupling relationship between components of the repulsive force compensation linear drive system of FIG. 2; FIG.
6 is a perspective view from behind of the repelling force compensating linear drive system of FIG. 2;
7 and 8 are partially enlarged perspective views illustrating a coupling relationship of a spring which is one component of the repulsive force compensation linear drive system of FIG.
9 and 10 are schematic views for explaining the driving principle of the repulsive force compensation linear drive system of FIG.

본 발명의 실시예에 따른 반발력 보상 선형 구동 시스템(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 갠트리(gantry) 구조(1)에서의 빔(beam, 2)에 설치 고정되는 형태로 사용될 수 있다.Repulsive force compensation linear drive system 100 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 1, can be used in the form fixed to the beam (beam) 2 in the gantry (gantry) structure (1) .

이에 따라, 갠트리 구조(1)에서는, 베이스(3) 상에 놓여지는 LCD 등의 작업대상물(도면 미도시)에 대하여 반발력 보상 선형 구동 시스템(100)의 이동자(130, 130')가 가이드 빔(110)을 따라 횡방향으로 왕복하여 슬라이드 구동되는 과정에서 상기 이동자(130, 130')에 장착되는 작업헤드(operating head, 도면 미도시)가 베이스(3) 상의 작업대상물에 검사, 노즐링(nozzling) 등의 작업을 수행하게 된다.Accordingly, in the gantry structure 1, the movers 130 and 130 ′ of the repelling force compensating linear drive system 100 with respect to a workpiece (not shown) such as an LCD placed on the base 3 are guide beams. An operating head (not shown) mounted to the movers 130 and 130 ′ is inspected and nozzle ringed on the base 3 in the course of slide-driving in a transverse direction along the 110. ), And so on.

반발력 보상 선형 구동 시스템(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 고정체인 가이드 빔(110) 및 이에 슬라이드 가능하게 결합되는 마그넷 트랙(magnet track, 120)과 이동자(130, 130')를 포함하여 구성된다.Repulsive force compensation linear drive system 100, as shown in FIG. 2, includes a fixed guide beam 110 and a magnet track 120 and a mover (130, 130 ') slidably coupled thereto. It is configured by.

가이드 빔(110)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 일측면(도 2에서는 전면(前面), 도 3에서는 좌측면)으로 'ㄷ'자형으로 오목하게 함입 형성된 채널부(111)가 상기 가이드 빔(110)의 전체 길이에 걸쳐 연장 형성된다.As shown in FIGS. 2 and 3, the guide beam 110 has a channel portion 111 recessed and recessed in a 'c' shape on one side (front surface in FIG. 2 and left side in FIG. 3). Is extended over the entire length of the guide beam 110.

마그넷 트랙(120)은 상기 채널부(111)에 수용되는 더미 매스(dummy mass)부(121)와 이에 일체로서 연장 형성된 고정자(stator)부(122), 그리고 다수의 마그넷(123)을 포함한다.The magnet track 120 includes a dummy mass part 121 accommodated in the channel part 111, a stator part 122 formed integrally therewith, and a plurality of magnets 123. .

더미 매스부(121)는 가이드 빔(110)보다 다소 길이가 짧은 빔의 형태를 가지고 채널부(111)에 수용되며, LM 가이드(121a, 121b)를 통해 채널부(111)를 따라 슬라이딩 가이드되도록 마련된다.The dummy mass portion 121 is accommodated in the channel portion 111 in the form of a beam somewhat shorter than the guide beam 110, and is slid guided along the channel portion 111 through the LM guides 121a and 121b. Prepared.

고정자부(122)는 더미 매스부(121)의 외측면(도 3에서는 좌측면)으로부터 일체로 연장 형성되어 채널부(111)의 외부로 돌출되며, 내측에는 서로 공간을 사이에 두고 대면하는 한 쌍의 마그넷 부착면(122a)이 마그넷 트랙(120)의 길이방향으로 연장 형성된다.The stator part 122 is formed integrally extending from the outer surface (left side in FIG. 3) of the dummy mass part 121 to protrude to the outside of the channel part 111, and as long as they face each other with a space therebetween. A pair of magnet attachment surfaces 122a extend in the longitudinal direction of the magnet track 120.

다수의 마그넷(123)은 상기 한 쌍의 마그넷 부착면(122a)에 각각 상기 길이방향을 따라 이웃되게 부착됨으로써 상기 고정자부(122) 내에서 서로 공간을 두고 대면하는 구조를 이룬다.The plurality of magnets 123 are adjacently attached to the pair of magnet attachment surfaces 122a in the longitudinal direction, respectively, to form a structure in which the plurality of magnets 123 face each other in the stator part 122.

이동자(130, 130')는 각각 상기와 같은 고정자부(122)에 삽입 개재되는 모터코일부(131)와, 소정의 연결부(133)를 통해 상기 모터코일부(131)와 일체로서 연장 결합되는 이동자 몸체부(132)를 포함한다.The movers 130 and 130 'are respectively integrally extended and coupled to the motor coil part 131 through a predetermined connection part 133 and the motor coil part 131 inserted into the stator part 122 as described above. The mover body portion 132 is included.

모터코일부(131)는 상기 고정자부(122) 측 한 쌍의 마그넷 부착면(122a) 사이에 개재되며, 그 내부에 코일(coil, 도면 미도시)을 포함하고 있어 상기 코일로 인가되는 전류의 제어를 통해 양측면에서 마주하게 되는 상기 다수의 마그넷(123)과의 상호 작용으로 마그넷 트랙(120)을 따라 슬라이드 구동된다.The motor coil part 131 is interposed between the pair of magnet attaching surfaces 122a on the stator part 122 side, and includes a coil (not shown) therein, so that the motor coil 131 has a current applied to the coil. The slide is driven along the magnet track 120 in interaction with the plurality of magnets 123 facing each other through control.

이동자 몸체부(132)는 마그넷 트랙(120)의 전방에 배치되어 그 상,하단부가 각각 LM 가이드(132a, 132b)를 통해 가이드 빔(110)의 전면(前面)에서 길이방향을 따라 좌우로 슬라이드 가능하게 지지된다.The mover body 132 is disposed in front of the magnet track 120, and the upper and lower ends thereof slide left and right along the longitudinal direction at the front surface of the guide beam 110 through the LM guides 132a and 132b, respectively. Possibly supported.

또한, 이동자 몸체부(132)는 그 상단부로부터 수평으로 연장되는 연장부(132-1)가 LM 가이드(132c)를 통해 가이드 빔(110)의 상면(上面)에서도 마찬가지로 슬라이드 가능하게 지지된다.In addition, the mover body 132 is slidably supported on the upper surface of the guide beam 110 through the LM guide 132c by an extension 132-1 extending horizontally from the upper end thereof.

한편, 이상의 구조를 갖는 이동자(130, 130')는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개로 구비되어 마그넷 트랙(120) 내지 가이드 빔(110)을 따라 서로 독립적으로 슬라이드 구동될 수도 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 2, the movers 130 and 130 ′ having the above structure may be provided in plural numbers and slide-drive independently of each other along the magnet track 120 to the guide beam 110.

본 발명에 따른 반발력 보상 선형 구동 시스템에서는, 상기와 같이 마그넷 트랙(120)이 가이드 빔(110)을 따라 좌우로 왕복 슬라이드 가능하게 구비되는 바, 이러한 마그넷 트랙(120)이 항상 상기 가이드 빔(110)에 대한 소정의 기준위치로 복귀 슬라이드 되기 위한 복원력 발생수단으로서 스프링(140, 140')이 구비된다.In the repulsive force compensation linear drive system according to the present invention, as described above, the magnet track 120 is slidably reciprocated along the guide beam 110, such that the magnet track 120 is always the guide beam 110. Springs 140 and 140 'are provided as a restoring force generating means for sliding back to a predetermined reference position.

스프링(140, 140')은 도 6에 도시된 바와 같이 마그넷 트랙(120)의 좌우 양측단부에 서로 대칭되게 한 쌍으로 구비되며, 각기 가이드 빔(110)의 채널부(111)에 수용되어 더미 매스부(121)의 내측면과 상기 채널부(111)의 내벽면(111a) 사이에 개재된다.As shown in FIG. 6, the springs 140 and 140 ′ are provided in pairs symmetrically with each other at the left and right ends of the magnet track 120, and are respectively accommodated in the channel part 111 of the guide beam 110. It is interposed between the inner surface of the mass portion 121 and the inner wall surface 111a of the channel portion 111.

각 스프링(140, 140')은 인장 스프링으로서 그 일단이 마그넷 트랙(120)에 고정되고 타단이 가이드 빔(110)에 대하여 상대적으로 고정되는 바, 구체적으로는 도 7에 도시된 바와 같이 스프링(140)의 일단이 더미 매스부(121)의 길이방향의 끝단에 결합되는 고정핀 블록(124)에 걸려 고정되고, 타단은 도 8에 도시된 바와 같이 가이드 빔(110)의 길이방향의 중심 영역에서 채널부 내벽면(111a) 상에 탑재되어 결합되는 고정핀 플레이트(112)에 걸려 고정된다.Each spring 140, 140 ′ is a tension spring, one end of which is fixed to the magnet track 120 and the other end of which is fixed relative to the guide beam 110, specifically, as shown in FIG. 7. One end of the 140 is fixed to the fixing pin block 124 coupled to the longitudinal end of the dummy mass portion 121, and the other end thereof is the central region in the longitudinal direction of the guide beam 110 as shown in FIG. It is fixed on the fixing pin plate 112 is mounted on the inner wall surface 111a is coupled to.

스프링(140, 140')은 상기와 같은 배치 및 결합관계를 가짐으로써, 마그넷 트랙(120)이 상기 가이드 빔(110)을 기준으로 정위치에서 좌우로 이동할 때마다 각기 그에 상당한 복원력을 발생시킨다. Since the springs 140 and 140 'have such an arrangement and coupling relationship, each time the magnet track 120 moves from the right position to the left and right with respect to the guide beam 110, respectively, a considerable restoring force is generated.

본 발명의 실시예에 따른 반발력 보상 선형 구동 시스템(100)은 기본적으로 마그넷 트랙(120)이 가이드 빔(110)을 따라 좌우로 슬라이드 가능하게 구비되므로, 이동자(130)가 모터코일부(131)의 전류인가를 통해 좌우 어느 일방향으로 슬라이드 이동할 경우, 상기 모터코일부(131)와 상호작용하는 고정자부(122)로는 상기 이동하는 이동자(130)에 가해진 추력(thrust)의 반작용으로 인해 상기 이동자(130)와는 반대방향으로 반발력(reaction force)을 받게 된다.In the repulsive force compensation linear driving system 100 according to the exemplary embodiment of the present invention, since the magnet track 120 is slidably moved from side to side along the guide beam 110, the mover 130 includes the motor coil part 131. When the slide moves in one of the right and left directions through the application of the current, the stator part 122 interacts with the motor coil part 131 due to the reaction of the thrust applied to the moving mover 130. 130, the reaction force is received in the opposite direction.

따라서, 마그넷 트랙(120)은 가이드 빔(110)을 따라 상기 이동자(130)와는 반대방향으로 슬라이드 이동하게 되며, 상기한 스프링(140, 140')은 이와 같이 이동하는 마그넷 트랙(120)이 다시 원위치로 복귀 슬라이딩하도록 작용한다.Accordingly, the magnet track 120 slides in a direction opposite to the mover 130 along the guide beam 110, and the springs 140 and 140 ′ move the magnet track 120 again. Act to slide back to its original position.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 반발력 보상 선형 구동 시스템(100)의 구성요소 간 역학 메커니즘은 도 9와 같이 나타낼 수 있다.Such a dynamic mechanism between the components of the repulsive force compensation linear drive system 100 according to the embodiment of the present invention can be represented as shown in FIG.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반발력 보상 선형 구동 시스템(100)은 가이드 빔(110)에 마그넷 트랙(120)을 고정하지 않아, 이동자(130)의 슬라이드 이동 시(xM) 상기 마그넷 트랙(120)이 가이드 빔(110)을 따라 스프링(140, 140')으로 진동 슬라이드(xMT) 되도록 하고, 마그넷 트랙(120)에 추가적인 질량, 즉 더미 매스(121, mD)를 부가함으로써 상기 마그넷 트랙(120)을 통해 가이드 빔(110)으로 전달되는 반발력을 감소시키는 시스템이다.Referring to FIG. 9, the repulsive force compensation linear driving system 100 according to an embodiment of the present invention does not fix the magnet track 120 to the guide beam 110, so that the slide 130 moves when the mover 130 moves (x M ). The magnet track 120 is a vibrating slide (x MT ) with springs 140, 140 'along the guide beam 110, and additional mass, i.e., dummy mass 121, m D , is applied to the magnet track 120. In addition, the system reduces the repulsive force transmitted to the guide beam 110 through the magnet track 120.

한편, 이러한 반발력 보상 시스템은 가이드 빔(110)의 질량(mBase)이 매우 크다고 가정할 때 도 10과 같은 진동 전달 모델로 간략화할 수 있다. 도 10에서 cS는 마그넷 트랙(120)의 슬라이드 시의 마찰 감쇠를 나타낸다.On the other hand, such a repulsive force compensation system can be simplified to the vibration transmission model as shown in Figure 10 assuming that the mass (m Base ) of the guide beam 110 is very large. In FIG. 10, c S represents friction attenuation at the slide of the magnet track 120.

이때, 이동자(130)의 모터코일부(131)의 전류인가에 기인한 마그넷 트랙(120)의 추력(fT)과 가이드 빔(110)에 전달되는 힘(fB)은 아래와 같은 식 (1)과 (2)로 표현된다.At this time, the thrust f T of the magnet track 120 and the force f B transmitted to the guide beam 110 due to the application of the current of the motor coil portion 131 of the mover 130 is represented by the following equation (1): And (2).

Figure 112011096641114-pat00001
Figure 112011096641114-pat00001

이들 식에 의할 때, 반발력에 따른 마그넷 트랙(120)의 변위(xMT)와 가이드 빔(110)으로의 힘 전달률(fB/fT)은 아래의 식 (3)과 (4)로 정의될 수 있다.Based on these equations, the displacement of the magnet track 120 according to the repulsive force (x MT ) and the force transmission rate (f B / f T ) to the guide beam 110 can be expressed by Equations (3) and (4) below. Can be defined.

Figure 112011096641114-pat00002
Figure 112011096641114-pat00002

상기 식 (3), (4)에서 감쇠(cS)는 매우 작고 마찰 감쇠이므로 무시하면, 마그넷 트랙(130)의 추가 질량(mD), 즉 더미 매스(121)는 마그넷 트랙(130)의 변위(xMT)와 힘 전달률(fB/fT) 모두를 감소시킴을 알 수 있으며, 또한 스프링(140, 140')의 강성(kS)은 마그넷 트랙(130)의 변위(xMT)를 감소시키기는 하지만 힘 전달률(fB/fT)에는 큰 영향이 없음을 알 수 있다.In the above formulas (3) and (4), the damping c S is very small and friction damping, so the additional mass m D of the magnet track 130, i.e., the dummy mass 121, It can be seen that both the displacement (x MT ) and the force transmission rate (f B / f T ) are reduced, and the stiffness (k S ) of the springs 140, 140 ′ is the displacement (x MT ) of the magnet track 130. It can be seen that although it reduces, the effect of force transmission rate (f B / f T ) is not significant.

이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 마그넷 트랙(120)의 일부를 이루는 더미 매스부(121)는 가이드 빔(110)의 채널부(111) 전체에 수용되는 크기로 마련함으로써 그 질량(mD)을 최대화 함으로써 가이드 빔(110)으로 전달되는 힘(fB)의 크기를 크게 낮추어 결과적으로 전체 시스템(100)의 진동현상을 최소화할 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 3, the dummy mass portion 121 constituting a part of the magnet track 120 is provided to have a size that is accommodated in the entire channel portion 111 of the guide beam 110 and thus its mass (m). By maximizing D ), the magnitude of the force f B transmitted to the guide beam 110 may be greatly reduced, and as a result, vibration of the entire system 100 may be minimized.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 반발력 보상 선형 구동 시스템(100)은, 도 2, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 가이드 빔(110)을 따라 슬라이드 이동하는 마그넷 트랙(120)에 제동력을 가하기 위한 와전류 댐퍼(eddy current damper, 150)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the repulsive force compensation linear drive system 100 according to the embodiment of the present invention, as shown in Figures 2, 4 and 5, the braking force to the magnet track 120 to slide along the guide beam 110 It may further include an eddy current damper (150) for applying a.

와전류 댐퍼(150)는 브래킷(151)을 통해 가이드 빔(110)의 좌우 양측 단부에 상대적으로 고정되며, 마그넷 트랙(120)의 이동량에 따라 고정자부(122)의 한 쌍의 마그넷 부착면(122a) 사이에 삽입 개재되는 양만큼 상기 마그넷 트랙(120)에 제동력을 가한다.The eddy current damper 150 is fixed to the left and right both ends of the guide beam 110 through the bracket 151, and the pair of magnet attachment surfaces 122a of the stator part 122 according to the movement amount of the magnet track 120. The braking force is applied to the magnet track 120 by an amount interposed between the magnets.

마그넷 트랙(120)에 대한 제동력은 상기 와전류 댐퍼(150)가 마그넷 부착면(122a) 사이에 삽입 개재되는 면적에 비례한다.The braking force for the magnet track 120 is proportional to the area in which the eddy current damper 150 is inserted between the magnet attachment surfaces 122a.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 반발력 보상 선형 구동 시스템(100)은, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 가이드 빔(110)의 좌우 양측 단부에 대하여 상대적으로 고정되는 2 쌍의 쇽 업소버(shock absorber, 160)를 더 포함한다.In addition, the repulsive force compensation linear drive system 100 according to the embodiment of the present invention, as shown in Figs. 2 and 5, two pairs of shock absorbers are fixed relative to the left and right both ends of the guide beam 110. (shock absorber, 160) more.

이들 쇽 업소버(160)는 이동자(130, 130')가 허용된 좌우 슬라이드 범위를 벗어나는 경우 이를 접촉 및 차단하기 위한 안전장치로서 기능한다.These shock absorbers 160 function as a safety device for contacting and blocking the mover 130, 130 'when it is outside the allowed left and right slide range.

한편, 이상과 같이 설명된 반발력 보상 선형 구동 시스템(100)은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위가 상기 설명된 바에 한정되는 것으로 이해되어서는 곤란하다.On the other hand, the repulsive force compensation linear drive system described as described above is only one embodiment to help the understanding of the present invention, it is difficult to understand that the scope of the present invention to the technical scope is limited to those described above. .

본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위는 후술하는 특허청구범위 및 그 균등범위에 의해 정하여진다.The scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

1: 갠트리(gantry) 구조 2: 빔(beam)
3: 베이스 100: 반발력 보상 선형 구동 시스템
110: 가이드 빔 111: 채널부
111a: 내벽면 112: 고정핀 플레이트
120: 마그넷 트랙(magnet track) 121: 더미 매스(dummy mass)부
122: 고정자(stator)부 122a: 마그넷 부착면
123: 마그넷(magnet) 124: 고정핀 블록
130, 130': 이동자 131: 모터코일부
132: 이동자 몸체부 140, 140': 스프링
150: 와전류 댐퍼(eddy current damper) 160: 쇽 업소버(shock absorber)1: Gantry Structure 2: Beam
3: base 100: repulsive force compensation linear drive system
110: guide beam 111: channel portion
111a: inner wall 112: fixing pin plate
120: magnet track 121: dummy mass portion
122: Stator part 122a: Magnet mounting surface
123: magnet 124: push pin block
130, 130 ': mover 131: motor coil part
132: mover body 140, 140 ': spring
150: eddy current damper 160: shock absorber

Claims (6)

반발력 보상 선형 구동 시스템에 있어서,
갠트리(gantry) 구조에서의 빔(beam)을 이루거나 상기 빔에 고정되며, 일측면으로는 채널(channel)부가 함입 형성되어 전체 길이에 걸쳐 연장되는 가이드 빔과;
상기 가이드 빔의 일측면을 따라 슬라이딩 가이드되며 서로 대면하는 한 쌍의 마그넷 부착면이 길이방향을 따라 연장 형성된 고정자(stator)부와, 상기 한 쌍의 마그넷 부착면에 각각 상기 길이방향을 따라 부착되어 서로 대면하는 다수의 마그넷을 포함하는 마그넷 트랙과;
상기 고정자부의 한 쌍의 마그넷 부착면 사이에 개재됨으로써 상기 다수의 마그넷과의 상호 작용으로 상기 마그넷 트랙을 따라 슬라이드 구동되는 모터코일부와, 상기 모터코일부와 일체로서 연장 결합되어 상기 채널부의 외측에 배치된 상태에서 상기 가이드 빔에 의해 슬라이딩 가능하게 지지되는 이동자 몸체부를 포함하는 이동자; 및
상기 가이드 빔의 채널부에 수용되어 일단이 상기 마그넷 트랙에 고정되고 타단이 상기 가이드 빔에 대하여 상대적으로 고정됨으로써, 상기 모터코일부의 구동에 따라 슬라이드 운동하는 상기 이동자로 인한 반작용으로서 상기 이동자와 반대방향으로 이동하게 되는 상기 마그넷 트랙을 상기 가이드 빔에 대한 소정의 기준위치로 복귀시키는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 반발력 보상 선형 구동 시스템.In repulsive force compensation linear drive system,
A guide beam which forms a beam in the gantry structure or is fixed to the beam, and which has a channel portion embedded in one side thereof and extends over the entire length;
A pair of magnet attachment surfaces sliding along one side of the guide beam and facing each other extend along a length direction, and are attached to the pair of magnet attachment surfaces along the length direction, respectively. A magnet track comprising a plurality of magnets facing each other;
Interposed between the pair of magnet attachment surfaces of the stator part, the motor coil part slides along the magnet track in interaction with the plurality of magnets, and is integrally extended with the motor coil part to be coupled to the outside of the channel part. A mover including a mover body part slidably supported by the guide beam in a state of being disposed in the guide beam; And
It is accommodated in the channel portion of the guide beam is fixed to the magnet track and the other end is fixed relative to the guide beam, thereby reacting to the mover to slide in accordance with the drive of the motor coil portion as opposed to the mover A spring for returning the magnet track to be moved in a direction to a predetermined reference position with respect to the guide beam. 제1항에 있어서,
상기 마그넷 트랙은, 상기 고정자부의 내측면으로부터 일체로 연장 형성되어 상기 가이드 빔의 채널부에 수용되는 빔으로서 상기 채널부를 따라 슬라이드 가이드되는 더미 매스(dummy mass)부를 더 포함하고,
상기 스프링은 상기 더미 매스부의 내측면과 상기 채널부의 내벽면 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 반발력 보상 선형 구동 시스템.The method of claim 1,
The magnet track further includes a dummy mass part which is integrally formed from the inner side of the stator part and is received by the channel part of the guide beam and slides along the channel part.
And the spring is interposed between the inner side surface of the dummy mass portion and the inner wall surface of the channel portion. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스프링은 한 쌍의 인장 스프링으로서 구비되며, 각 일단부가 상기 마그넷 트랙의 길이방향의 양단에 고정되고 각 타단부가 상기 가이드 빔의 길이방향의 중심 영역에서 상기 채널부의 내벽면에 고정되는 것을 특징으로 하는 반발력 보상 선형 구동 시스템.The method according to claim 1 or 2,
The spring is provided as a pair of tension springs, each end of which is fixed to both ends in the longitudinal direction of the magnet track, and the other end is fixed to the inner wall surface of the channel portion in the longitudinal center region of the guide beam. Repulsive force compensation linear drive system. 제1항에 있어서,
상기 가이드 빔의 양측 단부에 대하여 상대적으로 고정되어 상기 마그넷 트랙의 이동 시 상기 고정자부의 한 쌍의 마그넷 부착면 사이에 삽입 개재됨으로써 상기 마그넷 트랙에 제동력을 가하는 와전류 댐퍼(eddy current damper)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반발력 보상 선형 구동 시스템.The method of claim 1,
And an eddy current damper fixed relative to both ends of the guide beam to apply a braking force to the magnet track by being interposed between a pair of magnet attachment surfaces of the stator part when the magnet track is moved. Repulsive force compensation linear drive system, characterized in that. 제1항에 있어서,
상기 가이드 빔의 양측 단부에 대하여 상대적으로 고정되어 상기 이동자가 허용된 슬라이딩 범위를 벗어나는 경우 이를 접촉 및 차단하기 위한 적어도 한 쌍의 쇽 업소버(shock absorber)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반발력 보상 선형 구동 시스템.The method of claim 1,
Relatively fixed relative to both ends of the guide beam further comprises a pair of shock absorbers (shock absorbers) for contacting and blocking when the mover is outside the allowed sliding range system. 제1항에 있어서,
상기 이동자는 복수 개로 구비되어 서로 독립적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 반발력 보상 선형 구동 시스템.The method of claim 1,
The mover is provided with a plurality of repulsive force compensation linear drive system, characterized in that driven independently of each other.
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