KR102167822B1 - 숏 블럭 리니어 동기 모터 및 스위칭 메커니즘 - Google Patents

Abstract

본 발명은 몇몇 양태들에서 하나 이상의 운송체가 추진되도록 되어 있는 영역을 따라 배치된 다수의 추진 코일을 갖는 가이드웨이를 포함하는 운송 시스템을 제공한다. 가이드웨이에는 하나 이상의 운송체가 배치되며, 각 운송체는 자속 소스를 포함한다. 가이드웨이는 운송체를 지지하고 및 운송체가 구르거나 슬라이딩되는 하나 이상의 주행면을 갖는다. 각 운송체는 운송체의 하나 이상의 바디부와 결합되는 좁아진 단면으로 구성된 격벽부를 갖는다. 가이드웨이는 분기 영역을 포함하며, 상기 분기 영역은 플리퍼 및 분기 영역의 정점에서 주행면의 확장부를 갖는다. 플리퍼는 운송체에 측면 방향 힘을 전가함으로써 운기 영역에서 운송체 방향의 스위칭을 착수시킨다. 확장부는 격벽의 접촉에 의해 분기 영역에서 운송체 방향의 스위칭을 지속시킨다. 본 발명의 다른 양태에서는 예컨대 상술된 바와 같이, 플리퍼 및 주행면의 확장부를 갖는 병합 영역을 포함하는 운송 시스템을 제공한다. 운송체가 병합 영역으로 진입함에 따라 플리퍼는 운송체에 측면 방향 힘을 가하여 운송체의 각도를 변경하고, 확장부와 운송체의 격벽의 접촉에 의해 병합을 지속시킴으로써 병합을 위한 추가의 가이드 또는 채널링을 제공한다. 완전 전개 또는 부분 전개로 장착 가능한 플리퍼는, 운송체가 병합 영역으로 진입함에 따라 운송체의 각도를 변경하기 위해 부분 전개된다.

Description

숏 블럭 리니어 동기 모터 및 스위칭 메커니즘{SHORT BLOCK LINEAR SYNCHRONOUS MOTORS AND SWITCHING MECHANISMS}

상호 참조 및 관련 출원

본 발명은 2012년 9월 20일 출원된 미국 특허 출원번호 13/623,124를 우선권으로 주장하고, 상기 우선권은 2010년 1월 22일 출원된 미국 특허 출원번호 12/692,441의 부분 계속 출원(continuation-in-part)으로 이를 우선권으로 주장하며, 상기 우선권은 "숏 블럭 리니어 동기 모터에 의해 구동되는 운송 시스템"의 제목으로 2009년 1월 23일 출원된 미국 특허 출원번호 12/359,022의 부분 계속 출원으로 이를 우선권으로 주장하고, 또한 "숏 블럭 리니어 동기 모터에 의해 구동되는 개선된 운송 시스템"의 제목으로 2009년 6월 5일 출원된 미국 가출원번호 61/184,570를 우선권으로 주장한다. 상기 언급된 출원 건들에 대한 내용은 본원에 참고로 인용된다.

본 발명은 운송 시스템에 관한 것으로, 보다 자세히는 예컨대 숏 블럭 리니어 동기 모터를 갖는 가이드웨이 기반(guideway-based) 운송 시스템의 한 예에 관한 것이다. 본 발명은 복잡한 가이드웨이, 급격한 선회, 병합 및 분기 스위칭 및/또는 역동작을 요구하는 생산 라인, 실험실 및 기타 적용분야에서 비제한적인 예로써 활용된다.

가이드웨이에서 물체를 움직일 수 있는 운송 시스템에는 많은 종류가 있다. 이러한 종류에는 회전 모터 또는 리니어 모터에 의해 추진되는 바퀴 지지식 운송체, 리니어 모터 또는 케이블에 이해 추진되는 자기부상 또는 에어쿠션(air-cushion) 지지 방식의 운송체, 공기압으로 추진되는 튜브 내에서 이동하는 운송체, 베어링에 의해 지지 또는 가이드되는 운송체, 및 컨베이어 벨트 상에서 이동하는 운송체가 포함된다. 이러한 기존 운송 시스템은 많은 유용한 적용 사례를 가지고 있으나, 예컨대 복잡한 가이드웨이 상에서 비교적 작은 물체 또는 근접 이격된 물체를 정밀하게 이동시켜야 하는 경우에는 상당한 개선의 여지가 있다.

중소 단위 크기의 물체는 보통 컨베이어 벨트 상에서 운송하는데, 왜냐하면 물체를 지지, 가이드 및 추진하기 위한 바퀴 또는 다른 메카니즘이 필요없기 때문이다. 벨트 운송 시스템은 비교적 저렴한 반면, 종종 요구되는 정밀 제어가 어렵고, 많은 이동 부품들로 인해 상당한 유지보수가 필요하다. 다른 저비용 운송 시스템에 대한 접근 방법으로는, 튜브 내에서 이동하는 공기 추진식 운송체 및 중력을 사용하여 경사 아래로 물체를 이동시키는 방법이 있으나, 이러한 방법들은 정밀 제어가 힘들다.

리니어 동기 모터(linear synchronous motor, LSM) 추진에 대한 이점은 다른 특허들(본 출원인에 의해 등록된 US 특허번호 7,458,454, 7,448,327, 6,983,701, 6,917,136, 6,781,524, 6,578,495, 6,499,701, 6,101,952 및 6,011,508, 이에 대한 모든 내용은 비제한적인 예로써 본원에 참고로 인용된다)에서 공지되고 기술되어 있으나, 많은 경우에 특히 예컨대 작은 물체나 근접 이격된 물체의 이동시, LSM은 경쟁 추진 시스템과 비교하여 보다 고가가 될 수 있고 생산성도 낮을 수 있다.

전술한 관점에서, 본 발명의 목적은 개선된 전송 시스템, 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 관련된 목적은, LSM 기술의 장점을 활용한 관련 시스템, 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 관련된 목적은, 작은 물체 및/또는 중간 크기의 물체의 이송에 적합한 관련 시스템, 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 관련된 목적은, 근접 이격된 물체들의 사용에 적합한 관련 시스템, 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 또다른 목적은, 복잡한 가이드웨이, 급격한 선회, 병합 및 분기 스위칭 및/또는 역동작을 요구하는 생산 라인, 실험실 및 다른 적용분야에서 사용하는데 적합한 관련 시스템, 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 전술된 목적들은, 하나 이상의 운송체를 추진하도록 되어 있는 영역을 따라 배치된 다수의 추진 코일을 갖는 가이드웨이를 포함하는 운송 시스템을 몇가지 측면에서 제공하는 본 발명에 의해 구현된다. 하나 이상의 운송체가 가이드웨이 상에 배치되며, 각각은 자속 소스(magnetic flux source)를 포함한다. 가이드웨이는 운송체를 지지하고 가이드웨이를 구르거나 슬라이딩하는 하나 이상의 주행면(running surface)을 갖는다. 각 운송체는 운송체의 하나 이상의 바디부와 결합되는 좁아진 단면으로 구성된 격벽부(septum portion)를 갖는다. 가이드웨이는 분기 영역(diverge region)을 포함하며, 분기 영역은 플리퍼(flipper) 및 분기 정점에서 주행면 확장부를 갖는다. 플리퍼는 운송체에 측면 방향 힘을 전가함으로써 분기 영역에서 운송체 방향의 스위칭(switching)을 착수시킨다. 확장부는 격벽의 접촉에 의해 분기 영역에서 운송체 방향의 스위칭을 지속시킨다.

본 발명의 추가의 양태에서는, 플리퍼가 예컨대 운송체 바디의 외부면들 중 하나를 따라 운송체와 접촉함으로써 운송체 방향의 스위칭을 착수시키는, 전술한 바와 같은 운송 시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 추가의 양태에서는, 분기 영역에서의 주행면 확장부가 삼각형 모양으로 되어 있는, 예컨대 청구항 1에 기재된 바와 같은 운송 시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태에서는, 가이드웨이가 측면 방향 움직임을 구속하는 하나 이상의 가이드 면(guidance surface)을 갖는, 예컨대 전술한 바와 같은 운송 시스템이 제공된다. 이러한 관련 양태들에 따라, 상기 면들은 분기 영역에서 운송체 방향의 스위칭에 대한 가이드를 제공한다.

따라서, 예컨대 본 발명의 몇몇 양태에서, 플리퍼는 운송체에 측면 방향 힘을 전가함으로써 분기 영역에서 운송체 방향의 스위칭을 착수시키고, 주행면의 확장부는 분기 영역의 정점에서 운송체 방향의 스위칭을 지속시키며, 및/또는 가이드 면은 분기 영역의 후속 지점에서 스위칭에 대한 가이드를 추가로 제공한다.

본 발명의 관련된 양태들에서는, 예컨대 하나 이상의 인코더(encoders)를 포함하거나 또는 포함하지 않는 회전 스테퍼 모터(rotary stepper motor)에 의해 스위칭이 기계적으로 구동되는, 예컨대 전술한 바와 같은 운송 시스템이 제공된다. 본 발명의 다른 관련된 양태들에서는, 스테퍼 모터의 암(arm)이 플리퍼의 콩팥 모양 애퍼처(kidney-shaped aperture)에 수용되는, 그러한 시스템이 제공된다. 본 발명의 또 다른 관련된 양태들에서는, 모터가 플리퍼를 다음 세가지 위치, 즉 미전개(undeployed), 전개(deployed) 및 부분 전개(partially-deployed) 중 하나의 위치로 구동하는, 그러한 시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태들에서는, 소부품 검사 및/또는 조립을 위해 배치된, 예컨대 전술한 바와 같은 운송 시스템이 제공되며, 여기서 운송체는 50mm 내지 200mm 사이의 폭을 갖고, 상기 폭의 한배 내지 두배 사이의 길이를 가지며, 0.2kg 내지 4kg 사이의 적재 질량을 갖고; 운송체는 2 m/s를 초과하는 속도로 가이드웨이 상에서 이동하며; 및 플리퍼는 약 2cm 미만으로 움직여 운송체의 스위칭을 착수시킨다.

본 발명의 또 다른 양태들에서는, 하나 이상의 운송체가, 가이드웨이의 일부 영역에서 가이드웨이의 가이드 면을 접촉하기 위한 하나 이상의 제 1 영역들을 포함하고 및 가이드웨이의 다른 영역에서 가이드웨이의 가이드 면을 접촉하기 위한 하나 이상의 제 2 영역들을 포함하는 가이드 면들을 갖는, 예컨대 전술한 바와 같은 운송 시스템이 제공된다. 상기 제 1 영역들은 직선일 수 있고, 제 2 영역들은 곡선일 수 있다. 또한 본 발명의 관련된 양태에 따라, 예컨대 전술한 바와 같은 시스템의 플리퍼는, 곡선일 수 있는 하나 이상의 제 2 영역들과 접촉함으로써, 분기 영역에서 운송체 방향의 스위칭을 착수시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태들에서는, 하나 이상의 운송체가, 운송체의 일부분을 형성하는 주행면들이 가이드웨이의 주행면들을 따라 구르거나 슬라이딩되는 곳 가까운 위치에서 연장되는 하나 이상의 핀(pin)을 갖고, 상기 핀들은 플리퍼와 상호 작용하여 분기 영역에서 운송체의 동작 방향을 제어하는, 예컨대 전술한 바와 같은 운송 시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태들에서는, 플리퍼 및 주행면의 확장부를 갖는 병합 영역을 포함하는, 예컨대 전술한 바와 같은 운송 시스템이 제공된다. 플리퍼는 운송체에 측방향 힘(lateral force)을 인가하여, 운송체가 병합 영역으로 진입함에 따라 그 각도를 변경시키고, 확장부는 운송체의 격벽과 접촉하여 병합을 지속시킴으로써 병합을 위한 추가의 가이드 또는 채널링(channeling)을 제공한다.

본 발명의 관련된 양태들에서는, 플리퍼가 완전 전개 또는 부분 전개되도록 장착되고, 운송체가 병합 영역으로 진입함에 따라 플리퍼를 부분 전개된 구성에서 사용하여 운송체의 각도를 변경하는, 예컨대 전술한 바와 같은 그러한 운송 시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태들에서는, 예컨대 전술한 바와 같은 그러한 운송 시스템에서 사용하기 위한 운송체가 제공된다. 이러한 운송체의 단면은 일반적으로 사각형, 뾰족한 타원형 또는 다른 단면일 수 있다. 또한 두개 이상의 이러한 운송체를 예컨대 회동 가능하게(pivotably) 결합함으로써 추가의 운송체를 형성시킬 수 있다.

본 발명의 이러한 양태들 및 다른 양태들은 다음의 명세서 및 도면들에서 설명된다.

본 발명의 다른 양태들에서는, 전술한 바와 같이 구성되고 및/또는 작동되는 가이드웨이, 가이드웨이 모듈, 및 이들에 사용하기 위한 운송체가 제공된다. 본 발명의 또 다른 양태들에서는 전술한 사항과 병행하여, 운송 시스템, 가이드웨이, 가이드웨이 모듈, 및 이들에 사용하기 위한 운송체의 작동 방법이 제공된다.

본 발명에 따라, 기존의 문제점들을 개선한 전송 시스템, 장치 및 방법의 제공이 가능하다.

또한 본 발명에 따라, LSM 기술의 장점을 활용한 관련 시스템, 장치 및 방법의 제공이 가능하다.

또한 본 발명에 따라, 작은 물체 및/또는 중간 크기의 물체의 이송용으로 적합한 관련 시스템, 장치 및 방법의 제공이 가능하다.

또한 본 발명에 따라, 근접 이격된 물체들의 사용에 적합한 관련 시스템, 장치 및 방법의 제공이 가능하다.

또한 본 발명에 따라, 복잡한 가이드웨이, 급격한 선회, 병합 및 분기 스위칭 및/또는 역동작을 요구하는 생산 라인, 실험실 및 다른 적용분야에서 사용하는데 적합한 관련 시스템, 장치 및 방법의 제공이 가능하다.

본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 보다 완전하게 이해될 수 있다.
도 1은 직선 가이드웨이; 및 가이드웨이 상에서 근접 LSM에 의해 추진되고, 저마찰 가이드웨이 상에서 슬라이딩되며 가이드웨이의 측면에서 레일에 의해 가이드되는 운송체;를 포함하는 본 발명에 따른 시스템을 도시한다.
도 2는 도 1의 가이드웨이 상에서 이동하고 물체를 수용하는 데 사용되는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 세부 내역을 도시한다.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템의 운송체의 가이드 메카니즘 및 자석 배열을 도시한다.
도 4는 도 3과 동일하나 할박 배열(Halbach Array)을 자석 구조로 사용하는 운송체를 도시한다.
도 5는 도 3과 동일하나 단일 자석(single magnet)을 사용하여 추진하는 운송체를 도시한다.
도 6은 인쇄 회로 기판을 포함하고, 기판 위에 장착되며 가이드웨이 표면과 근접 배치된 추진 코일을 포함하고, 및 회로 기판 상의 전력 제어 회로와 연결된 본 발명의 일실시예에 따른 가이드웨이를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서, 운송체의 이동에 따른 코일 내 전류의 전형적인 파형을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서, 날카롭게 90도 꺽인 수평 선회부를 통과하는 운송체를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서, 날카롭게 180도 꺽인 수직 선회부를 통과하는 운송체를 도시한다.
도 10은 작은 플리퍼의 위치에 의해 운송체의 방향을 결정하는, 본 발명의 일실시예에 따른 시스템의 우측 분기 모듈을 도시한다.
도 11은 분기 및 병합 작업의 수행을 위해 곡선부 대신에, 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서 사용 가능한 턴테이블(turntable)을 도시한다.
도 12는 본 발명에 따른 시스템의 우측 분기 모듈 상에서 이동하는 운송체에 지속적인 힘을 제공하는 추진 코일을 도시한다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 시스템의 수직 전이(vertical transition) 모듈을 도시한다.
도 14는 본 발명에 따른 시스템의 일실시예를 도시한다.
도 15 내지 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 시스템의 가이드웨이 및 운송체를 도시한다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서, 가이드웨이의 직선부에 대한 사시도를 도시한다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서, 가이드웨이의 우측 분기 영역에 대한 사시도를 도시한다.
도 19a 내지 도 19d는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서, 가이드웨이에 대한 대안적 구성의 단면들을 도시한다.
도 20a 내지 도 20b는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서, 가이드웨이의 우측 분기 영역에 대한 평면도를 도시한다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서, 가이드웨이의 우측 분기 영역에 대한 절개 사시도를 도시한다.
도 22a는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서, 가이드웨이의 분기 영역에 대한 사시도를 도시한다.
도 22b는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템의 분기 영역에서 사용되는 플리퍼의 사시도를 도시한다.
도 23a는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서, 직선 구간상에서의 운송체의 동작을 도시한다.
도 23b는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서, 곡선 구간상에서의 운송체의 동작을 도시한다.
도 24a 내지 도 24b는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템의 분기 영역에서 운송체의 동작을 도시한다.
도 25a 내지 도 25b 및 도 26a 내지 도 26b는 본 발명에 따른 운송체에 대한 추가의 구성을 도시한다.

서론

본원에 기술된 LSM 기반 운송 시스템은, 복잡한 가이드웨이 상에서 및 날카로운 수평 및 수직 선회, 병합 및 분기 스위칭 및 역동작을 포함하는 가이드웨이 상에서 운송체를 이동시킬 수 있다. 적용 분야의 예로는, 병에 내용물을 채우고 마개를 채우는 조립 라인의 용기 이송, 실험실 분석용 유리병(vials) 이송, 로봇이 부품을 삽입할 수 있도록 되어 있는 생산 라인의 전자부품 이송, 및 다수의 소스로부터 도착하는 물체를 소팅(sorting) 및 적절 위치 이송 등을 들 수 있다. 일부 경우에서는 서스펜션(suspension)과 가이드를 지원하기 위해 바퀴, 베어링 또는 다른 롤링 부재(rolling element)를 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 바퀴(또는 다른 롤링 부재)를 사용하지 않으며, 운송체가 가이드웨이의 주행면을 슬라이딩하는 곳에서 사용 가능하다. 바퀴가 없는 운송체는, 이동시킬 물체가 크지 않은 경우에 유용하고 저렴하게 제작 가능하다. 무거운 운송체의 경우에는, 바퀴 또는 베어링 기반의 서스펜션 및 가이드용 숏블럭 디자인을 채택하는 것이 적합하다.

본 발명에 따른 운송 시스템은 LSM 추진 방식을 사용하는 경제적으로 실행 가능한 수단의 제공의 의해, 근접 이격된 중소 단위 크기의 운송체를 가이드웨이 상에서 추진 및 제어할 수 있다.

본원에 기술된 시스템 중 다른 양태 중에서, 운송 시스템의 트랙(또는 "가이드웨이")의 한 부분으로도 또한 기능하는 LSM 모터 모듈이 제공된다. 표준 트랙 빌딩 블록의 선택에 의해 플러그 앤 플레이 방식으로 서로 고정시킴으로써, 거의 무한한 종류의 레이아웃 옵션을 생성할 수 있다. 모터 모듈(또는 줄여서 "모터")은 추진 부재 및 지능형 라우팅 부재(intelligent routing elements) 뿐만 아니라 가이드 및 구조적 지지 구성까지도 포함함으로써, 신속하게 트랙을 조립하고 구성시킬 수 있다. 본 시스템은 크린 작업 및/또는 수세 능력이 요구되는 환경에 이상적으로 적합하고 비제한적인 예로써 활용 가능하다. 시스템을 통해 각 운송체가 고유하게 식별되고 지속적으로 추적(track)될 수 있으므로, "트랙 앤 트레이스(track and trace)" 요구 사항을 또한 지원할 수 있다.

슬라이딩 모션이 가능한 마찰계수를 갖는 서스펜션 시스템은 무시할만한 흡인력을 갖는 LSM에 유용하게 활용 가능하다. 도시된 실시예에서는, 추진 코일이 예컨대 운송체 자석(magnets)에 근접 장착된 코어리스 모터(coreless motor)를 사용함으로써 이를 구현하고 있다.

아래의 내용은 본 발명의 실시예들의 구성 요소들 및 작동에 대해 설명한다. 본 발명의 맥락에서 이러한 디자인에 대한 많은 변형이 예상 가능하나, 본 설명에서는 저렴한 비용으로 제조 가능한 단순 시스템으로 전술한 목적들을 어떻게 구현 가능한지를 보여준다.

가이드웨이(Guideway)

도 1은 근접 이동하는 운송체(13)가 있는 가이드웨이의 직선부를 도시한다. 가이드웨이의 구조는 측면의 레일(12)에 의해 하나 이상 규모의 가이드를 제공할 수 있다. 운송체가 바퀴를 갖지 않는 적용 분야에서, 운송체는 가이드웨이의 주행면을 슬라이딩하며, 마찰을 최소화하기 위해 특수 재료(후술됨)가 사용된다. 가이드웨이 하우징(11)은 위치 감지 수단, 추진 코일, 전력 전자 부품, 및 마이크로 프로세서를 포함하는 모든 전자 부품들을 포함한다.

본 도면에 도시된 운송체의 크기는 약 50mm의 폭 및 60mm의 길이를 갖는다. 더 큰 물체의 경우에도 가이드웨이 및 운송체의 크기를 확장 가능하며, 모델 선로(model railroads)는 다양한 스케일링 요소(scaling factors)로 구성된다.

운송체(Vehicle)

도 2 및 도 3은 제안된 운송 시스템의 일부분으로 사용 가능한 운송체(21)를 도시한다. 운송체는 상대적으로 작은 약 50mm의 가로/세로 및 20mm의 높이로 되어 있으며, 가이드웨이의 주행(또는 "슬라이딩")면 상에서 슬라이딩하는 주행(또는 "슬라이딩")면들로 구성된 구성요소(32)(여기서는 운송체(21)의 하부면에 배치된)를 가진다. 운송체의 상단에 있는 구멍들(22)은 이동하는 물체에 대한 지지 메카니즘(support mechanisms)을 장착하는데 사용된다.

운송체는 곡선 가이드웨이의 측면과 매칭되는 만곡 측면(curved sides, 23)을 가짐으로써 짧은 반경의 수평 선회(turn)가 가능하다. 운송체는 가이드웨이에 의해 가이드되며, 물체의 운송시에는 정상적인 직립 위치(upright position)에서 이동 가능하고, 물체를 운송하지 않는 경우에는 반전 위치(inverted position)에서 이동 가능하다. 운송체는 또한 수직 선회도 가능하다. 운송체의 코너들에 있는 핀들(24, 31)은 분기 영역의 메카니즘 및 모듈들과 상호 작용함으로써 동작의 방향을 제어할 수 있다.

도 3은 운송체의 하부면을 도시하며, LSM 추진 수단을 제공하는 영구 자석들(33, 34)이 운송체의 바닥 가까이에 장착되어 있음을 확인할 수 있다.

도 4는 주어진 중량에 대해 보다 높은 힘을 생성하기 위해 할박 배열(Halbach Array, 44)이 자석 구조로 사용되는 도 3의 변형을 도시한다. 도 5는 적은 힘이 요구되는 적용분야에 적합한 단일 자석 구조(51)를 도시한다.

보다 큰 물체의 이송을 위해서는, 종래의 LSM 디자인으로 사용되어 온 더블 보기(double-bogey) 디자인을 동일 가이드웨이에 적용하거나(예컨대 2008년 12월 2일 등록된 "액추에이터에 기반한 단일 통로를 사용하는 삼차원 모션"이라는 제목의 미국 특허 등록번호 US 7,458,454 및 2007년 3월 1일 공개된 "운송체의 가이드웨이 활성 자석 스위칭"이라는 제목의 미국 특허 공개번호 2007/0044676 를 참조할 것, 상기 두 발명의 내용은 본원에 참조로 인용됨), 또는 가이드웨이 및 운송체의 크기를 증가시킬 수도 있다.

저마찰 슬라이딩 면(Low friction sliding surface)

필요한 추진력 및 마찰 열의 감소를 위해, 도시된 실시예의 운송체 및 가이드웨이는 마찰계수(cf)를 최소화하도록 디자인되며, 상기 마찰계수는 운송체의 이동에 필요한 추진력과 가이드웨이 상의 운송체의 중력에 대한 비율이다. 일부 경우에서는 이러한 힘의 감소를 위해 바퀴를 사용할 수도 있으나, 본 발명에서는 바퀴가 없는 운송체를 사용한다. 도 6은 추진 코일(64)과 근접한 운송체를 지지하는 저마찰 주행 (또는 "슬라이딩") 면을 갖는 가이드웨이를 도시한다.

바퀴가 없는 적용 분야에 대한 저마찰의 예로는, 테프론(Teflon) 상에서의 테프론 슬라이딩 및 스테인레스 스틸 상에서의 테프론 슬라이딩을 들 수 있다. 표면이 박막(thin film)에 의해 윤활 가능한 경우 저마찰이 가능하나, 많은 경우에 있어 무윤활을 가정하므로 이러한 디자인은 허용되지 않는다. 또한 표면은 양호한 마모 특성을 갖는 것이 바람직하므로, 예컨대 가이드웨이에는 스테인레스 스틸을 사용하고 운송체에는 테프론을 사용하게 되면, 스틸 상에는 무시할만큼의 마모가 일어날 것으로 예상되는 반면, 운송체는 그 슬라이딩 면을 주기적으로 교체해 주어야 할 필요가 있는데, 이는 가이드웨이의 교체보다는 훨씬 저렴하다. 도 3의 슬라이더(32)는 저마찰 구성요소가 장착될 수 있는 예를 도시한다. 운송체의 수명이 다 하기 전에 슬라이더가 마모될 것으로 예상되는 경우 교체 가능하도록 디자인될 수 있다.

일부 디자인에서 cf는 0.1과 같이 낮게 설정 가능하나 보다 효율적인 값의 범위는 0.15 내지 0.2 이다. 이는 비교적 높은 값이므로, 바람직하게는 추진력은 운송체에 대해 하향력(downward force)을 거의 생성하지 않는다. 강자성 재료를 이용한 일반적인 LSM에서는 추진력의 4 내지 6배에 해당하는 흡인력(attractive force)을 일으키므로, 이러한 강한 흡인력에 의해 운송체가 이동을 못할 수도 있거나, 또는 이동이 가능하더라도 거기에는 실질적으로 가열과 전력 소비가 동반되는데, 이러한 경우에는 바퀴, 베어링 또는 다른 롤링 부재를 운송체의 서스펜션에 통합시킬 수 있다.

자석 배열(Magnet array)

사용 가능한 자석 배열에는 여러가지가 있는데 그 중 하나가 도 3에 도시되어 있다. 이 디자인에서는 하단면 중앙에 S극을 갖는 하나의 자석(33) 및 하단면 양 단부에 N극을 갖고 크기가 절반인 2개의 자석(34)으로 구성된다. 자석으로는 일반적으로 높은 자기장을 얻기 위해 NdFeB 를 사용하나, 비용 절감 및 외부 장을 낮게 해야 하는 경우에는 세라믹을 사용하거나, 또는 작동 온도가 높을 경우 사마륨 코발트(Samarium Cobalt) 등의 다른 재료도 사용 가능하다.

자석과 인접 운송체 간의 상호 작용은 설계 요소 중 하나이다. 강자성 피스(ferromagnetic piece, 35)에 의해, 인접 운송체들로부터의 자기장이 서로 간섭하는 것을 크게 방지할 수 있다.

도 4는 더 큰 힘이 필요하고 추가 비용이 허용되는 경우 사용할 수 있는 할박 배열을 도시한다. 본 디자인에 의해, 자기장이 한쪽 자석에서 다음으로 회전함으로써, 도 3에 도시된 자석 디자인에서보다 더 큰 추진력을 발휘할 수 있다. 강자성 실드(ferromagnetic shield, 43)에 의해, 인접 운송체들의 자기장 간의 상호 작용을 최소화할 수 있다.

도 5는 단부에 강자성 재료를 사용하여 모든 자속을 제공함으로써 회귀 경로를 제공하는 단일 자석(single magnet)을 도시한다. 이 디자인에서는 많은 힘을 생성하지는 못하나 다중 자석 디자인보다는 비용이 덜 들 수 있다.

리니어 모터 추진(Linear motor propulsion)

도 6은 가이드웨이의 주행면(63)에 근접 장착된 코일(64)을 도시한다. 이러한 코일 내의 전류는 전력 전자 부품 및 마이크로프로세서를 통해 개별로 제어됨으로써, 운송체가 인접 운송체에 닿는 경우에도 각 운송체를 개별로 제어할 수 있다.

도시된 실시예의 구성에서는, 일반적으로 LSM에서 사용되고 LSM을 보다 효율적으로 만들어주는 강자성 재료가 누락되어 있다. 강자성 재료가 없음으로 하여, 보다 큰 추진력을 얻지는 못하지만 흡인력을 추진력의 작은 분율까지 제한하여 강한 가속력 및 제동력을 유도함으로써, 마찰 계수가 대략 0.2 또는 그 이상일 때도 차량을 이동시킬 수 있다.

바퀴 기반의 운송체를 사용하는 실시예에서는 마찰력이 충분히 작으므로 스테이터(stator)에 일부 강자성 재료를 사용하여 보다 높은 추진력을 구현할 수 있다.

마이크로프로세서 제어용 소프트웨어는, 다수의 긴 코일들이 있는 블럭을 갖는 LSM 디자인에 사용되는 제어 소프트웨어와 유사할 수 있다. 그러나 여기서는 위치 감지 구성요소를 서로 충분히 가까이 배치시킴으로써, 운송체들이 닿는 경우에도 이들에 의해 각각의 운송체를 개별로 인식 가능하다. 이러한 위치 감지에 의해 가이드웨이 상에서 서로 다른 운송체의 이동에 대한 독립적인 제어를 용이하게 할 수 있다. 종래의 기술인 국부 정류 LSM에서는 이러한 소프트웨어가 특별한 기능을 필요로 하지 않는다는 것을 보여주었다.

PC 보드 장착 코일 및 제어 회로(PC board mounted coils and control circuitry)

도시된 실시예에서는 종래의 설계와 관련된 비용의 추가 없이도 각 코일을 개별적으로 제어가 가능하다. 도 6을 참조하면, 코일(62)이 인쇄 회로 기판(PCB, 64)에 직접 장착된 실시예를 도시하고 있다. 이 보드는 코일을 지지하는 한편, 전류를 제어하는 전력 전자 모듈과 코일 간의 연결을 제공한다. 일반적으로 각 코일은, 각 코일의 전류량 및 전류 방향을 제어하는데 사용되는 MOSFET 또는 IGBT 장치를 갖는 "H 브리지(H-bridge)"의 출력부에 연결된다. 이러한 구성요소들은 상기 동일한 PCB에 장착된다. PCB는 또한 운송체에 의해 생성된 자기장을 감지하고 마이크로프로세서에 의해 필요한 힘을 생성할 수 있는 홀 효과 장치(Hall Effect devices)를 포함한다. 도 7은, 운송체의 이동에 따라 코일에 의해 운송체를 추진시키는 추진 코일에 대한 전류의 전형적인 파형을 도시한다. 적절한 파형의 선택에 의해 다수의 추진 코일들을 일제히 작동시킴으로써, 코일 내의 전력 손실이 최소가 되도록 하면서 운송체에 일정한 힘을 가할 수 있다. 제동을 위해서는 전류 신호를 반전시킨다.

코일을 PCB에 직접 장착하고 및 통합 전력 콘트롤러의 사용에 의해, 코일 및 전자 부품들에 대한 비용을 절감할 수 있다. 하나의 마이크로프로세서로 다수의 H 브리지에 대한 제어가 가능하나, 코일에 대략 16mm의 간격을 두었을 때 리니어 모터에는 미터당 수십개의 마이크로프로세서가 있을 수 있으므로, 이러한 모터 콘트롤러의 작동은 높은 레벨의 "노드(node)" 콘트롤러에 의해 조정되어야 한다. 현대의 반도체 기술에서는 전력 레벨을 낮게 완화시키기 위해, 이러한 모든 구성요소들을 모터 하우징에 포함된 하나 또는 두개의 PCB에 장착시킬 수 있다.

가이드웨이 모듈(Guideway modules)

모델 트레인 레이아웃(model train layout)을 모듈로부터 구축하는 만큼의 많은 가이드웨이 모듈을 구축할 수 있다. 도 6, 도 8 내지 11 및 도 13은 직선부, 90도 수평 선회부, 180도 수직 선회부, 우측 분기 스위치, 턴테이블, 및 수직 전이에 대한 실시예들을 도시하고 있다. 이러한 구성요소들은 다양한 방법으로 상호연결됨으로써 많은 다양한 적용분야에서의 요구조건들을 충족시킬 수 있다.

도 9의 180도 수직 선회부는 주로 빈 운송체를 시작 위치로 회귀시키는 수단으로 사용되며, 이러한 곡선부를 통과하는 운송체는 LSM 보다는 다른 수단에 의헤 제어 및 추진될 수 있다. 예컨대, 하향 이동하는 운송체는 중력에 의해 추진될 수 있고, 상향 이동하는 운송체는 기계적 메카니즘과의 상호 작용에 의해 추진될 수 있는데, 양자의 경우 곡선부 이동 중에 정밀 제어가 되지 않을 수 있다. 운송체가 일단 이러한 곡선부를 통과하면 정밀 제어가 회복되는 것이 바람직하다. 일부 경우에, 레벨 가이드웨이와 경사 가이드웨이 간의 전이에서 사용되는 등과 같이, 훨씬 더 큰 곡선 반경을 갖는 수직 곡선부가 있을 수 있다 (예컨대 도 13 참조). 이 경우에는 수직 곡선부에 대해 LSM 추진을 사용함으로써 곡선부에 대해 정밀 제어를 유지할 수 있다.

도 10에서는, 작은 기계적 또는 자기적 플리퍼(flipper, 101)를 사용하여, 이동하는 운송체를 앞쪽으로 똑바로 가도록 하거나 또는 우측으로 분기하도록 지시하는 우측 분기 모듈을 도시한다. 플리퍼는 리니어 모터 또는 회전 액츄에이터에 의해 제어하며, 운송체의 핀(102)과 상호작용하여 운송체를 올바른 방향으로 조종한다. 동 장치는 운송체의 두 지류를 병합하는데에도 사용 가능하다. 플리퍼는 작고 가벼워 한 위치에서 다른 위치로 순식간에 이동시킬 수 있고, 인접 운송체들을 독립적으로 스위칭 가능하게 하므로, 처리량을 높일 수 있다. 좌측 분기 모듈은 우측 분기 모듈을 거울 복제함으로써 구성 가능하다.

도 11은 플리퍼에 대한 대안으로 사용되는 턴테이블(111)을 도시한다. 턴테이블 상의 가이드 레일(112)과 도시되지 않은 추진 코일에 의해 운송체를 가이드하고 추진시킬 수 있다. 도 11의 턴테이블은 90도 단위로 회전 가능하나 다른 디자인에 의해 다양한 각도의 회전이 가능하게 지원할 수 있다. 턴테이블은 추가된 무게로 인하여 플리퍼보다는 느린 경향이 있으나 일부 적용분야에서 저렴하고 매우 다양하게 사용 가능한데, 곡선 이동에서 뿐만 아니라 역방향 이동 및 다양한 트랙들 사이의 스위칭 등에도 사용 가능하기 때문이다.

도 13에서는 수직 천이(vertical transition, 130)에 대해 도시한다. 도시된 실시예의 수직 천이부는 오목 천이부(132), 직선부(134) 및 볼록 천이부(136)를 포함하며 서로 결합되어 있다. 도시된 실시예에서는 수직축을 따라 10도 천이되어 있으나 다른 실시예에서는 그 각도를 더 크게 또는 더 작게 설정 가능하다. 본 실시예에 도시된 수직 천이부의 각도는 천이부들(132, 136)에 의해 설정되어 있으나 다른 실시예에서는, 예컨대, 분기 모듈, 직선부 등으로 통합되는 다른 구성요소들에 의해서도 설정 가능하다

스위칭 기능은 운송체에 작용하는 자력에 의해서도 또한 제공될 수 있다. 예컨대, 가이드웨이 상의 코일 또는 가이드웨이 근처의 코일은, 스위칭 기능을 수행하는 측방향 힘을 생성하도록 제어될 수 있다. 스위칭에 대한 이러한 접근 방법은 "운송체의 가이드웨이 활성 자석 스위칭"이라는 제목의 미국 특허 공개번호 2007/0044676에 설명되어 있으며, 그 내용은 본원에 참조로 인용된다.

도 12는 두개의 경로로 운송체를 추진시키기 위한 추진 코일을 도시하는 가이드웨이 분기 모듈의 절단도이다. 분기 또는 병합을 통한 이러한 지속적인 추진은, 항상 일정한 정밀 위치 제어를 제공하는데 있어 필수적이다.

리니어 모터와 가이드웨이 모듈의 다른 구성요소들의 패키징 기술에 대한 추가의 내용은, "모듈형 리니어 모터 트랙 및 그 제조 방법"이라는 제목으로 본 발명의 출원인에 의해 등록된 미국 특허 등록 번호 6,578,495을 참조하여 구현 가능하며, 그 내용은 본원에 참조로 인용된다. .

적용 예

가능한 적용 방안들은 많이 있으나, 도 14의 단순 레이아웃은 어떻게 가이드웨이 모듈들이 상호 연결될 수 있는지를 도시하고 있다. 운송체는 메인 루프(main loop)를 이동하지만, 필요한 경우 바이 패스를 통해 이동할 수 있다. 일반적인 적용예에서는 이러한 단순 예에서보다 더 많은 가이드웨이 모듈들을 사용한다.

추가의 실시예들

도 1 내지 14에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서 가이드웨이의 주행면(또는 슬라이딩면)은, 전술한 바와 같이 예컨대 도 6에 도시된 주행면(63) 및 코일(64)에서와 같이, 가이드웨이의 상부 면과 추진 코일이 바로 인접한 구조를 갖고 있다. 다른 실시예들에서는, 이러한 주행면(또는 슬라이딩면)은 가이드웨이의 다른 상단 대향면(또는 운송체 접촉면), 예컨대 가이드웨이의 레일, 레지(ledge), 리세스(recess), 플랜지의 표면일 수 있다. 상기 표면은 코일(64) 또는 코일로부터의 옵셋과 바로 인접할 수 있다.

이에 대한 예가 도 15에 도시되어 있으며, 본 예에서는 표면(63A)이 Δ길이만큼 코일로부터 옵셋됨으로써 운송체(13)를 지지하는 주행면(또는 슬라이딩면)에 대한 마찰을 감소시킬 수 있다. 도 15에 도시된 두개의 표면들(63A)은, 다른 실시예에서는 도 6의 표면(63)과 같이 다른 표면들과 안으로(또는 밖으로) 결합시켜, 이러한 표면들을 더 적게 또는 더 많이 포함시킬 수 있다. 이에 대한 예가 도 16에 도시되어 있다. 도 15 및 도 16의 실시예에서는 가이드웨이의 주행면들(63A)이 가이드 레일(12)의 일부를 형성하고 있으나, 다른 실시예에서는 별도의 구조로 이루어진 가이드웨이(또는 기타)를 포함할 수도 있다.

마찬가지로 도 1 내지 14에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서는 운송체의 주행면(또는 슬라이딩면)이 예컨대 도 3에 도시되고 상술된 바와 같이 운송체의 슬라이더(32) 또는 다른 구성요소들에 의해 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 이러한 주행면(또는 슬라이딩면)은 운송체의 다른 하향 대향면(또는 가이드웨이 접촉면), 예컨대 운송체의 레일, 레지(ledge), 리세스(recess), 또는 플랜지의 표면일 수 있다. 이에 대한 예가 역시 도 15에 도시되어 있으며, 운송체가 가이드웨이의 주행면(또는 슬라이딩면)인 표면(63A) 상에서 슬라이딩되도록 함으로써 운송체의 주행면(또는 슬라이딩면)에 대한 마찰을 적게 할 수 있다.

도 15에 도시된 실시예뿐만 아니라 본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 슬라이딩면들(32A, 63A 등)은 상술된 바와 같이 마찰계수(cf)를 최소화하도록 할 뿐만 아니라, 예기치 못한 작동 조건에서도 운송체(13)에 적절한 지지의 제공이 가능하도록 크기가 정해지거나 또는 디자인된다.

도 15 내지 도 16에 도시된 실시예들에 대한 추가의 설명이 도 17, 18 및 도 19a 내지 19d에 도시되어 있으며, 도 17은 이러한 실시예들의 가이드웨이의 직선부에 대한 사시도이고, 도 18은 이러한 실시예들의 가이드웨이의 우측 분기 모듈에 대한 사시도이며, 도 19a 내지 19d는 각각 이러한 실시예들의 가이드웨이의 직선부, 좌측 분기 모듈, 수직 선회부 및 곡선부에 대한 사시도들이다.

도 18 및 병합 또는 분기 기능을 지원하는 다른 실시예들에서, 레일(12)의 주행면(63A)은 가이드 또는 채널 기능을 강화하기 위해 예컨대, 도면에 도시된 바와 같이 확대 및/또는 축소될 수 있다.

상기 도면들에 도시되고 설명된 바와 같이, 스위칭은 턴테이블 외에도, 가이드웨이의 병합 또는 분기 영역에서 또는 가까이에서 작동하는 기계적 플리퍼 또는 자기 스위칭 부재의 사용에 의해서도 가능하다. 후자를 이용하는 가이드웨이에 대한 구성은 도 20a 내지 20b 및 도 21에 보다 자세히 도시되고 후술된다. 상기 도면들에서는 분기 영역만이 도시되어 있으나, 본원에 도시된 바와 같이 플러퍼 및 스위치 배열을 다른 가이드웨이 모듈 및/또는 구성에도 채택 가능하다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

도 20a 및 20b에서는 본 발명의 일실시예에 따른 분기 또는 스위칭 영역을 도시하고 있다. 도시된 분기 영역(200)은 (비록 본원에서 논의된 바와 같이 구성되고 작동될 지라도) 상술된 유형의 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있는데, 하나의 진입 경로(250) 및 두개 이상의 출구 경로(도시된 도면에서는 260L 및 260R)를 포함한다. 스위칭 부재인 예컨대 플리퍼(201)는 가이드웨이 영역(200)의 측면(또는 외곽)부(270)를 따라 배치되며, 도시된 바와 같이 실제로는 가이드웨이의 측면(또는 사이드) 레일(270)을 따라 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 스위칭 부재(201)는 가이드웨이(275)의 중앙부, 예컨대 가이드웨이 상에서 이동하는 운송체의 경로 중심선(280) 또는 중심선 가까이 또는 기타의 곳에 배치될 수 있다. 그럼에도 불구하고 플리퍼(201)(또는 다른 스위칭 부재)는 바람직하게는, 상기 출구들이 서로 분기되는 곳 또는 분기되는 지점(예컨대 분기 영역의 갈라지는 지점 또는 갈래 부분) 가까이에서 가이드웨이를 따라 배치된다.

스위칭 부재(201)는 부재(201)와 통과 운송체 간의 자기 흡인(magnetic attraction) 작용을 발휘하기에 적합한 강자성 재료를 포함하며, 상기 운송체는 부재(201) 가까이에서(예컨대 분기 영역의 갈라지는 지점 가까이에서) 가이드웨이를 이동시, 예컨대 가이드웨이를 따라 운송체의 동작 방향에 가로지르는 방향으로 이동함으로써, 통과 운송체의 경로를 선택적으로 변경할 수 있다. 도시된 실시예에서, 이러한 흡인 작용은 특히 부재(201)와 그러한 운송체에 배치된 영구 자석 사이에서 작용하나, 다른 실시예에서는 운송체에 다른 자기 요소들을 배치하여 흡인 작용이 구현될 수도 있다. 도시된 스위칭 부재(여기서는 플리퍼, 201)는 평평하고 직선의 형상을 갖고 있으나 다른 실시예에서는 다른 형상일 수도 있다.

도 20a 및 도 20b를 참조하면, 예컨대 로드(301) 또는 기타를 통해 스위칭 부재(201)와 결합된 액츄에이터(300)는 다음 동작을 행한다:

- 스위칭 부재를 제 1 위치(및 보다 일반적으로는 제 1 구성부)에 배치하여, 스위칭 부재가 통과 운송체에 보다 큰 측면 방향의 자기 흡인력을 발휘하도록 함으로써, 운송체가 출구들 중 한 곳을 통해 분기 영역(200)을 빠져나가도록 함.

- 스위칭 부재를 제 2 위치(및 보다 일반적으로는 제 2 구성부)에 배치하여, 스위칭 부재가 통과 운송체에 보다 작은 측면 방향의 자기 흡인력을 발휘하도록 함으로써, 운송체가 출구들 중 다른 한 곳(예컨대 직선 출구)을 통해 분기 영역(200)을 빠져나가도록 함.

- 제 1 및 제 2 위치(또는 구성부) 사이에서 스위칭 부재(201)를 이동시킴.

액츄에이터는 서보, 솔레노이드, 레버, 스프링, 모터를 포함할 수 있고 또는 스위칭 부재를 배치 및 이동시키는데 적합한 공지된 유형의 다른 메카니즘(또는 이들의 조합)을 포함할 수 있다. 액츄에이터는 마이크로프로세서 또는 공지된 종래 유형의 (본원의 내용에 적합한) 다른 제어 장치(도시되지 않음)를 사용하여 작동시킴으로써 분기 영역을 통과하는 운송체의 경로를 조절할 수 있다.

도 20a을 참조하면, 액츄에이터(300)가 플리퍼(201)를 제 1 구성부에 위치시키는 것을 도시하고 있으며, 이 때 플리퍼는 고정 단부(201A)의(예컨대 핀 또는 다른 피봇 부재에서) 피봇에 의해 자유 단부(201B)가 제 1 회전 위치로 회전함으로써, 운송체의 통과 방향(여기서는 화살표 220으로 표시)을 우측 곡선 출구(260R)로 향하게 할 수 있다. 도 20b에서는 액츄에이터(300)가 플리퍼(201)를 제 2 구성부에 위치시키는 것을 도시하고 있으며, 이 때 플리퍼는 고정 단부(201)의 피봇에 의해 자유 단부(201B)가 제 2 회전 위치로 회전함으로써, 운송체의 통과 방향(여기서는 화살표 221로 표시)을 직선 출구(260L)로 향하게 할 수 있다.

도면들에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 제 1 및 제 2 구성부에서는 플리퍼(201)의 상이한 회전 위치를 나타내고 있으며, 자유 단부(201B)를 통과 운송체에 더 가까이 배치시키고(도 20a의 경우) 및 더 멀리 배치시킴으로써(도 20b의 경우) 운송체에 가해지는 흡인력을 상이하게 할 수 있음을 알 수 있다. 다른 실시예에서는 이러한 구성 대신에 다른 구성을 추가로 사용할 수도 있다. 예를 들면, 도시된 실시예에서 플리퍼(201)의 자유 단부 및 고정 단부의 위치를 서로 바꿀 수도 있다. 또 다른 예를 들면, 액츄에이터와 플리퍼(또는 다른 스위칭 부재)를 결합하여, 전체 부재(201)를 (자유 단부와는 단순히 반대로) 제 1 구성부에서는 운송체에 가깝게 배치시키고 및 제 2 구성부에서는 더 멀리 배치시킬 수 있다. 추가의 다른 예를 들면, 플리퍼나 다른 부재를 플렉시블하게 하고, 플리퍼의 일부를 제 1 구성부에서는 운송체에 가깝게 벤딩시키고 및 제 2 구성부에서는 운송체로부터 더 멀리 벤딩되도록 액츄에이터를 배치할 수 있다. 통상의 전문가들이라면 이러한 및 다른 대안들을 본원의 내용을 참조하여 구상해 낼 수 있을 것이다.

도면에서는 단일 이동 가능 스위칭 부재(201)만이 도시되고 상술되었으나, 다른 부재들도 또한 얼마든지 제공 가능하다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 예컨대 이동 가능 스위칭 부재를 부재(201)의 반대쪽에 있는 가이드웨이 영역(200)의 측면부를 따라(분기 영역의 갈라지는 지점 또는 갈래 부분 가까이에서 가이드웨이를 따라) 배치시키고 도시된 부재(201)와 협력하여 작동시킴으로써, 통과 운송체의 제 1 및 제 2 출구로의 라우팅(routing)을 촉진시킬 수 있다.

대안적으로 추가의 부재는 영구자석 또는 다른 강자성 부재 등의 이동 불능(또는 고정) 부재일 수 있으며, 이들은 통과 운송체를 출구들 중 한쪽으로 보내기에 충분한 자기 흡인력을 일으킴으로써, 스위칭 부재(201)가(액츄에이터의 의해) 다른 출구로의 라우팅에 영향을 미치도록 위치해 있지 않은 경우에도, 운송체의 상기 출구에 대한 라우팅을 보장할 수 있다. 이러한 고정 부재는 도시된 스위칭 부재(201) 또는 기타의 반대쪽에 위치한 가이드웨이 영역(200)의 측면부를 따라(예컨대 가이드웨이의 중간부 상에) 배치될 수 있다. 이동 가능 부재(201)와 마찬가지로, 이동 불능 부재도 분기 영역의 갈라지는 지점 또는 갈래 부분 또는 그 가까이에서 가이드웨이를 따라 배치될 수 있으며, 이들은 평평하고 직선 또는 기타의 형상을 갖는 부재일 수 있다.

도 21에 상술된 스위칭의 실시예에 대한 추가의 내용이 나와 있으며, 도 21은 도 18에 도시된 것과 유사한 가이드웨이의 우측 분기 영역(200)에 대한 절단 사시도이다. 상술된 유형의 플리퍼(201) 및 고정 플레이트 이동 불능 부재(200)를 가시적으로 확인 가능하도록, 가이드 레일(12) 및 표면(63A)의 일부는 도 21에 도시되어 있지 않다. 도시된 바와 같이, 플리퍼(201)는 가이드 레일(12)의 대향 부분 사이의 갭(210)에 배치된다.

상술된 실시예에 대한 추가의 설명은 다음과 같다:

- 도시된 분기 영역(200)의 작동은 운송체의 영구 자석과 가이드웨이 측면부의 강자성 플레이트 사이의 흡인력에 좌우된다. 운송체의 영구 자석은 주로 운송체의 아랫 부분에 필드를 생성하여 추진시키는데 사용되나, 운송체의 측면에도 충분히 강한 필드가 존재하여 운송체 방향을 제어하기에 충분한 힘을 생성할 수 있다. 필요한 경우 스위칭을 용이하게 하기 위해 추가의 자석들을 단독으로 첨가시킬 수 있다.

- 상술된 바와 같이, 도 21은 분기 영역(200) 직선부의 측면에 위치한 작은 고정 플레이트(202) 및 분기 영역 측면에 위치한 이동 가능 부재(201)를 도시한다. 운송체의 직진이 필요시, 이동 가능 부재(201)를 가이드웨이 에지로부터 수 밀리미터 떨어져 배치시킴으로써 분기 영역으로 진입하는 운송체를 당기고자 하는 힘이 부족하게 할 수 있다. 이러한 경우 직선부의 플레이트(202)는 운송체가 직진하도록 만들어 준다. 운송체의 분기가 필요시, 이동 가능 부재(201)를 가이드웨이의 에지와 근접 배치시키는 한편, 이동 가능 부재(201)의 크기가 고정 플레이트(202)보다 큼에 따라, 분기 영역으로 진입하는 운송체를 당기는 힘이 충분하게 할 수 있다. 운송체가 분기하기 시작함에 따라, 차등된 힘이 선회하는 운송체의 원심력에 대항하기에 충분할 만큼 증가하고 커진다.

- 이동 가능 플레이트(201)의 제어 방법에는 여러가지가 있다. 예컨대 피봇(pivot)에 부착하여 회전 모터로 구동하거나 또는 자기력에 의해 측면으로 이동시킬 수도 있다.

- 일부 실시예에서, 스위칭 기능은 가이드웨이를 주행하는 운송체에 인가되는 자기력에 의해 제공된다. 자기력은 가이드웨이의 분기 영역 또는 병합 영역에서 운송체의 방향을 제어하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 스위칭 부재, 즉 플리퍼를 가이드웨이 상에 배치할 수 있다. 상기 하나 이상의 스위칭 부재는, 적어도 하나 이상의 스위칭 부재가 예컨대 이동에 의해 활성화될 때, 적어도 하나 이상의 스위칭 부재와 운송체의 자속 소스(magnetic flux source) 간의 자속이 변화하도록 구성될 수 있다. 예컨대 스위칭 부재는 회동(pivoting), 평행 이동(translating), 벤딩(bending) 또는 이들의 조합에 의해 이동 가능하다.

- 운송체의 자속 소스는 영구자석 또는 전자석을 포함할 수 있다. 또한 스위칭에 사용되는 자속 소스는 LSM 추진을 위한 수단의 제공에도 사용될 수 있다. 그러나 운송체는 추진에 사용되는 임의의 자속 소스와는 별도로, 자속 소스를 제공하도록 구성된 추가의 및 별도의 영구 자석 또는 전자석을 또한 포함할 수도 있다.

상술된 내용들은 가이드웨이의 분기 또는 병합 영역에서 또는 가까이에서 작동하는 자기 스위칭 부재를 사용하는 분기 영역에 관한 것이다. 도시된 실시예는 그러한 영역들에 제공되는 운송 시스템 및 모듈에 대한 단지 하나의 예일 뿐이라는 것이 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 예컨대 본원에 언급된 이동 가능 또는 고정 스위칭 부재들은 가이드웨이 상에서 그 부근에 있는 운송체에 자기 흡인력을 발휘하도록 되어 있으나, 다른 실시예에서는 하나 이상의 스위칭 부재를 자기 반발력(magnetic repulsion)에 의존하도록 구성할 수도 있다. 또한 도시된 분기 영역은 직선 및 갈라진 출구로 되어 있으나, 다른 실시예에서는 분기 영역을 다르게 구성할 수도 있다. 예컨대 분기 영역을 Y자 형으로 할 수도 있다. 또한 분기 영역은 (대신에 또는 추가로) 추가의 출구들을 가질 수도 있다.

요약

도 15 내지 18 및 도 21에 도시되고 상술된 바와 같이, 가이드웨이의 주행면 또는 슬라이딩면은 코일(64)로부터 뿐만 아니라 그와 인접한 표면(63)으로부터 옵셋될 수 있다. 이러한 경우 예컨대, 저마찰 주행면(63A)은 도면에 도시되고 상술된 바와 같이, 가이드웨이 레일(12)의 레지(ledge) 또는 플랜지를 포함한다.

운송체(13)의 일부분을 형성하는 주행면은 그러한 가이드웨이의 표면, 특히 도면에 도시된 실시예들의 경우, 레일(12) 상의 그러한 표면을 주행하거나 슬라이딩한다. 본 명세서의 다른 부분에서 논의된 바와 같이, 운송체의 이러한 주행면은 표면(63A) 상의 움직임을 촉진시키기 위한 슬라이더(slider) 또는 다른 구성요소들(예컨대 바퀴, 베어링 또는 다른 롤링 부재)을 포함할 수도 있다.

도 15 내지 18을 참조하면, (운송체의) 이러한 주행면은 실제로 도시된 실시예들에서 운송체 바디의 일부를 형성하는, 리세스(recess) 내에 배치되어 있음을 확인할 수 있다. 이러한 리세스는 도 15에 도시된 바와 같이 레일(12)이 배치된 유형의 그루브(groove)일 수도 있고, 또는 도 16에 도시된 바와 같은 이러한 유형의 레일이 있는 깊은 형태의 리세스일 수도 있다. 상기 리세스(그루브 또는 기타)는 "격벽(septum)"으로 지칭되는, 운송체(16) 바디의 좁혀진 부분을 규정하게 된다. 도 15 및 도 16의 실시예에서, 격벽(13D)은 운송체의 일부를 구성하며, 그 상단부에는 주행면과 수하물(예컨대 운송체에 의해 운송되는 물건)이 위치하고 그 하단부에는 가이드 면(13B) 및 추진을 제공하는 자석 배열이 위치하는데, 다른 실시예들에서는 이와 달라질 수 있다.

운송체(13) 및 가이드웨이의 측단면을 도시하고 있는 도 15를 참조하면, 격벽(13D)의 폭은, (i) 가이드웨이 내에 들어 있는 운송체(13)의 바디 부분; 및/또는 (ii) 가이드웨이 바깥에 있는 운송체(13)의 바디 부분;의 치수보다 다소 작게 할 수 있다. 대조적으로, 역시 운송체(13) 및 가이드웨이의 측단면을 도시하고 있는 도 16을 참조하면, 격벽(13D)의 폭은, (i) 가이드웨이 내에 들어 있는 운송체(13)의 바디 부분; 및/또는 (ii) 가이드웨이 바깥에 있는 운송체(13)의 바디 부분;의 치수보다 상당히 작게 할 수 있다.

도 15 내지 18 및 도 21에 도시된 가이드웨이의 레일들(12)은, 운송체를 지지하고 운송체가 슬라이딩하거나 또는 굴러가는 주행면(63A) 외에도, 운송체의 측면 동작을 제한하는 가이드면들(63B)을 포함할 수 있다(도 10에 도시된 실시예에서는 핀들(24, 31)이 가이드 기능도 또한 수행할 수 있으므로, 이러한 가이드면들이 포함되어 있지 않다). 도시된 실시예에서, 가이드면들은 주행면들에 거의 수직인데, 다른 실시예들에서는 이와 달라질 수 있다.

이러한 하나 이상의 가이드면들을, 격벽과 대향하는 운송체 바디 상의 운송체의 대응면(13B)과 충분한 간격을 두고 배치시킴으로써, 운송체가 일반적으로 이러한 면들(63B)과 접촉 없이 이동할 수 있게 하고 또한 예컨대, 분기/병합 작동 중 고르지 못한 운송체의 적재, 돌풍 및 기타 등의 사태가 발생하는 경우에도 필요와 경우에 따라, 가이드웨이 상에 운송체를 유지시키도록 가이드를 제공할 수 있다. 대안적으로 하나 이상의 가이드면들을, 가이드웨이를 주행하는 운송체(13)의 대응면들(13B)과 거의 일정하게 접촉하도록 배치시킴으로써, 거의 일정한 가이드의 제공이 가능하다.

본원의 설명에서, 상기 면들(63B)은 운송체의 면들(13B)과 마찰계수(cf)를 최소화하는 슬라이딩면들일 수 있으며, 상기 면들(13B) 자체가 저마찰면일 수도 있고 및/또는 상기 면들(63B)에 대한 움직임을 촉진시키기 위한 슬라이더 또는 다른 구성요소들(예컨대 바퀴, 베어링 또는 다른 롤링 부재)을 포함할 수도 있다.

본 발명에 따른 가이드웨이는 분기 및/또는 병합 영역들을 통합시킴으로써 통과 운송체의 경로를 변경할 수 있다. 도 10에 도시된 이러한 가이드웨이는, 운송체(13)의 일부를 형성하는 주행면들이 가이드웨이의 주행면들을 따라 주행 또는 슬라이딩하는 곳 가까이에서 운송체의 코너들로부터 연장된 핀들(24, 31)을 갖는 도 2, 3에 도시된 유형의 운송체에 사용된다. 이러한 핀들은 레일들 중 하나에 배치된 플리퍼(101) 뿐만 아니라 대향 레일의 대응부(101a)와도 상호 작용함으로써, 도 10에 도시된 유형의 분기 모듈에서 동작 방향을 제어할 수 있다(일부 실시예에서는, 같은 목적을 위해 핀 외에 다른 확장부를 사용할 수도 있다). 상기 언급된 바와 같이, 플리퍼(101)는 기계적 방식이거나 자기적 방식일 수 있고, 리니어 또는 회전 액츄에이터에 의해 제어될 수 있으며, 운송체의 핀들(102)과 상호 작용하여 운송체를 올바른 방향으로 조종할 수 있다. 또한 동일한 메카니즘을 사용하여 운송체의 두 지류를 병합시키는데도 사용 가능하다.

좁은 격벽을 갖는 도 16에 도시된 유형의 운송체에 사용되는, 이러한 분기/병합 영역에 대한 추가의 내용이 도 18, 도 19b 및 도 21에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 이러한 분기/병합 영역에서 확장(예컨대 1802로 표시된 영역) 및 축소(예컨대 1804로 표시된 영역)되는 주행면들(63A)에 의해, 예컨대 확장된 경우에는 운송체에 대한 가이드 또는 채널링을 확대 제공할 수 있다. 이러한 구성에 사용되는 강자성 플리퍼(201)가 도 20에 예시적으로 도시되고, 첨부된 텍스트에서 설명된다. 상술된 바와 같이, 이들은 제 1 구성부 또는 제 2 구성부의 플리퍼(201)를 배치하는 서보 제어 액츄에이터, 솔레노이드 제어 액츄에이터, 레버 제어 액츄에이터, 스프링 제어 액츄에이터, 모터 제어 액츄에이터, 또는 다른 항목의 제어 액츄에이터에 결합하여, 통과 운송체에 가해지는 측방향 자기 흡인력을 더 크게 또는 더 작게 발휘하도록 함으로써, 즉, 예컨대 운송체가 분기 영역의 진입 경로로부터 분기 영역의 제 1 출구로 주행할 지 또는 대안적으로 분기 영역의 제 2 출구로 전환할 지, 그 방향을 결정할 수 있다.

도시된 실시예에서, 출구 쪽에 있는 운송체의 동작 방향은 제 1 출구에 있는 운송체의 동작 방향과 거의 동일하므로, 따라서 진입구에서 상기 출구로의 동작은 본 목적을 위해 "직선" 동작으로 간주된다. 반대로, 제 2 출구에 있는 운송체의 동작 방향은 진입구에 있는 운송체의 동작 방향과 90도 꺽어진 각도로 되어 있는데, 이에 따라 진입구에서 상기 출구로의 동작은 전환 또는 스위칭 동작으로 간주된다. 다른 실시예에서는 이와 달라질 수 있는데, 예컨대 양 출구에 있는 운송체의 동작 방향을 진입구의 운송체와 90도 꺽어진 각도로 할 수 있다.

동작시에, 플리퍼(201)는 예컨대 도 16에 도시된 유형의 통과 운송체(13)에 측방향 흡인력을 발휘함으로써 예컨대 분기 영역의 제 2 출구로 스위칭되도록 촉진할 수 있다. 또한 도 16 및 도 18을 참조하면, 일단 스위칭이 개시되면, 운송체의 격벽(13D)은, 운송체가 스위칭 동작을 지속함에 따라 운송체(13)를 지지하고 가이드하는 주행면(63A)에 형성된 삼각형 형상부(275)의 한쪽 측면에 접촉 및 결합된다(도시된 실시예에서는 삼각형 형상으로 도시되어 있으나, 분기 영역의 "정점(278)"에 있는 주행면의 연장에 대한 관련 형상은 분기 영역의 만곡 부분의 곡률 반경 및 스위칭되는 운송체의 격벽 크기에 따라 달라진다). 가이드면과 운송체의 대응면들(13B)이 접촉하는 경우, 가이드면(63B)은 스위칭을 위한 추가의 가이드를 이어서 제공할 수 있다.

추가의 실시예들

본 발명의 추가의 실시예들에서는, 도 10에 도시된 일반적인 유형의 기계적 방식 플리퍼에 대한 변형들; 도 16에 도시된 유형의 좁은 격벽을 가진 운송체 또는 이들의 변형들; 및/또는 도 15 내지 18 및 도 21에 도시된 유형의 가이드웨이 또는 이들의 변형들;을 개별적으로 및/또는 조합하여 제공한다. 조합하여 사용하는 경우, 보다 작아진(및 따라서 빨라진) 스위치의 사용에 의해 운송체의 스위칭이 개시되도록 함으로써 운송체 격벽의 좁아진 단면의 장점을 활용한다.

이러한 하나의 실시예가 도 22a에 도시되어 있으며, 작은 플리퍼(222)를 사용하여 예컨대 도 16에 도시된 유형의 운송체(13)를 측면 방향으로 밀어 스위칭을 개시하는 분기 모듈(220)을 도시한다. 도시된 실시예에서 플리퍼는, 격벽(13D)이 아닌 운송체 바디의 보다 큰 단면부 영역들 중 하나에서 표면(13B)을 밀어 스위칭을 착수시키나, 다른 실시예들에서는 예컨대, 격벽의 표면을 밀어 스위칭을 착수시키는 등 달라질 수 있다. 이에 관계없이 일단 스위칭이 시작되면, 운송체가 더욱 완전하게 분기 영역으로 진입함에 따라, 운송체의 격벽과 확장부(275)의 일 측면이 결합한다. 가이드면과 운송체의 대응면들(13B)이 접촉하는 경우, 가이드면(63B)은 스위칭을 위한 추가의 가이드를 이어서 제공할 수 있다. 상기 모듈(220)은 또한 상술된 유형의 이동 불능 부재(202)를 포함할 수 있으며, 여기서 스틸 플레이트는 흡인력을 생성하여 스위칭되지 않은 운송체의 가이드를 지원할 수 있다.

상기 모듈(220)은 소형 부품의 검사 및/또는 조립 작업에서 사용되는 가이드웨이 상에서 운송체(13)를 스위칭하는 용도로 사용될 수 있거나, 또는 운송체의 속도가 빠르고 및/또는 간격이 가까워 플리퍼의 빠른 움직임을 필요로 하는 곳에서 사용될 수 있다.

소형 부품의 검사 및/또는 조립 작업에서, 예컨대 이러한 운송체는, 비제한적인 예로서, 50mm(또는 더 작거나)와 200mm(또는 더 크거나) 사이의 폭, 즉 가이드웨이를 따른 동작 방향에 가로지르는 축을 따른 운송체의 크기에 해당하는 폭을 갖고, 상기 폭의 한배 내지 두배(또는 그 이상)의 길이, 즉 가이드웨이를 따른 동작 방향에 평행한 축을 따른 운송체의 크기에 해당하는 길이를 가지며, 일부 실시예에서는 역시 비제한적인 예로서, 한폭이 약 60mm의 정사각형 모양으로 되어 있다. 이러한 운송체는, 추가의 비제한적인 예로서, 0.2kg(또는 더 적거나)와 4kg(또는 더 많은) 사이의 적재하중, 일반적으로 2kg(또는 더 많은)까지의 적재하중을 갖는다.

그럼에도 불구하고, 이러한 운송체는 가이드웨이를 2m/s를 초과하는 속도로 동작 가능하다. 운송체는 아주 짧은 시간에 전진 방향으로 동작할 수 있으며, 인접 운송체가 다른 방향으로 이동할 때조차도 여전히 스위칭이 가능하다. 일반적인 문제로서, 전술한 적용 사례들에 사용된 플리퍼(2220는 신속한 스위칭을 위해, 바람직하게는 가능한 한 작은 질량 및 관성 모멘트를 갖는다.

이를 위해, 전술한 크기의 운송체를 가진 소형 부품의 검사 및/또는 조립 작업에서, 플리퍼(222)는 비제한적인 예로서 예컨대 약 20g 내지 60g, 바람직하게는 약 40g (회전 베어링 제외)의 질량 및 약 5cm 내지 10cm, 바람직하게는 약 7.5cm의 길이를 갖고, 역시 비제한적인 예로서 예컨대 약 2cm 미만(또 그 이상)의 짧은 거리를 이동시킴으로써 스위칭을 착수시킬 수 있다. 물론 다른 실시예에서, 플리퍼(222)는 다른 질량 및 길이를 가지면서도 동일하거나 또는 충분한 배치 및 스위칭이 가능하고, 이는 가이드웨이 상의 운송체(13)의 속도 및 여백, 격벽의 상대적 크기(및 형상), 확장부 및 기타 등에 따라 달라지는데, 이러한 내용들은 당업자라면 본원의 내용에 대한 맥락에서 모두 이해할 수 있을 것이다.

당업계에서 시판되는 유형의 회전 스테퍼 모터(224)로 구동시, 전술한 바와 같이 플리퍼의 팁은 상기 거리를 약 30 밀리초 또는 이보다 더 적은 시간에 지날 수 있다(및 어떤 경우에는 스위칭을 착수시킬 수 있다).

이러한 플리퍼는 또한 예시적으로 도 22b에 도시된 형상일 수 있다. 도 22b에 도시된 바와 같이, 플리퍼는 축(226)을 배치하고 플리퍼 바디를 회전시키기 위한 개구(224)를 포함한다. 플리퍼는 또한 플리퍼를 부분 전개 또는 완전 전개 위치로 위치시키기 위한 모터 암(230)을 수용하는 콩팥 모양의 개구(또는 컷아웃)(228)를 포함한다. 예컨대 원형 모양과 같은 기존의 컷아웃과 달리, 콩팥 모양의 컷아웃은 무겁게 적재된 운송체(13)의 이동에 필요한 모터 토크를 최소화시킨다.

도시된 실시예에서, 도 22a에 도시된 분기 영역의 진입구에 있는 운송체의 동작 방향은 제 1(즉 "스위칭되지 않은") 출구에 있는 운송체의 동작 방향과 거의 동일하며, 또한 분기 영역의 제 2 출구에 있는 운송체의 동작 방향은 진입구에 있는 운송체의 동작 방향과 90도 꺽어진 각도로 되어 있다. 그러나 다른 실시예들에서는 달라질 수 있다. 따라서 예컨대 분기 영역의 양 출구에 있는 운송체들의 동작 방향을 진입구에 있는 운송체들과 각각 90도 꺽어진 각도로 하여 두개의 다른 전개 방향(예컨대 "좌측" 및 "우측")으로 스위칭시킬 수도 있다. 당업자는 이러한 내용들이 본원의 내용 범위를 벗어나지 않고 이러한 실시예들에 신속 적용 가능하다는 것을 이해할 수 있으며, 예컨대 상술된 유형의 플리퍼(222)는, 예컨대 예컨대 중앙의 "미전개" 위치 또는 기타 위치로부터 그러한 상이한 전개 위치로의 신속한 스위칭에 의해, 이러한 실시예에서 스위칭을 유발할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 스테퍼 모터(224)는 플리퍼 위치를 감지하고 정밀 제어하기 위한 인코더를 포함할 수 있다. 이에 의해 플리퍼(222)의 배치 방법으로 단 2개만이 아닌 3개 또는 그 이상의 구성 방법이 구현 가능하며, 예컨대 분기 영역에서 갈래를 따라 통과 운송체의 방향을 전환하기 위한 완전 전개 구성; 병합 영역에서 통과 운송체의 가이드를 위한 부분 전개 구성; 및 분기 영역에서 현재의 직선 동작 방향으로 운송체를 지속시키기 위한 회수 구성;이 가능하다. 이에 의해 또한 이러한 각 구성에서(특히 완전 전개 및 부분 전개 구성에서) 플리퍼의 위치를 최적화(예컨대 시행착오, 역학 계산 또는 기타)할 수 있으며 이는 운송체의 속도 및/또는 질량에 따라 달라진다.

전술한 관점에서, 운송체의 간격이 좁고 빠르게 이동하는 운송체의 스위칭에 대한 본 발명의 실시예들에서는, 스위칭의 유발에 플리퍼 동작이 덜 요구되게끔 하기 위해, 운송체의 격벽(13D) 크기를 가능한 한 좁게 하는 것이 도움이 될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 마찬가지로 신속한 스위칭을 위해서는, 플리퍼의 질량 및 관성 모멘트를 가능한 한 작게 유지하는 것이 도움이 될 수 있다.

도 23a 및 24b는 도 16의 점선(160)에 의해 정의된 수평면에서의 운송체(13) 및 레일에 대한 평면도이다. 도시된 운송체는 도 22a의 스위칭 영역(220)의 사용에 적합한 유형이다. 도면에 도시된 바와 같이, 가이드면(13B)은 예컨대 직선 영역에 있는(예컨대 분기 영역의 또는 기타의) 가이드웨이의 면(63B)을 접촉하기 위한 하나 이상의 영역(13B-1); 및 예컨대 가이드웨이의 곡선 영역에 있는(예컨대 분기 영역의 또는 기타의) 가이드웨이의 면(63B)(단독 또는 13B-1 영역과 결합)을 접촉하기 위한 영역(13B-2);을 포함할 수 있다. 이러한 영역들(13B-1, 13B-2)의 사용 및 특히 이들과 가이드면들(63B)과의 접촉에 대한 내용이 도 23a(직선부) 및 도 23b(곡선부)에 도시되어 있다.

도시된 실시예에서 13B-1 영역은, 운송체가 직선부에 배치될 때, 가이드 면들(63B)과 접촉 또는 잠정 접촉하는 인접 운송체의 표면에 대한 주변 영역으로 특징지어질 수 있다. 이러한 영역들은 또한, 운송체가 직선부에 배치될 때, 이러한 인접면(63B)의 접선에 평행한 접선을 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 더 간단하게는, 운송체가 직선부를 주행시, 이러한 13B-1 영역은 63B 면들과 접촉하려 하는 영역이다.

반대로, 도시된 실시예에서 13B-2 영역은, 운송체가 곡선부에 배치될 때, 가이드 면들(63B)과 접촉 또는 잠정 접촉하는 인접하는 운송체의 표면에 대한 주변 영역으로 특징지어질 수 있다. 이러한 영역들은 또한, 운송체가 곡선부에 배치될 때, 이러한 인접면(63B)의 접선에 평행한 접선을 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 더 간단하게는, 운송체가 가이드웨이의 곡선부 내에서 주행시, 이러한 13B-2 영역은 63B 면들과 접촉하려 하는 영역이다. 도시된 실시예에서, 이러한 13B-2 영역은 또한 운송체의 앞쪽 코너(즉 운송체가 가이드웨이를 주행함에 따라 운송체를 리드하는 코너) 가까이에 배치된 가이드 면(13B)의 곡선 영역 또는 라운드 영역으로 특징지어질 수 있다.

도 24a 및 24b에 도시된 바와 같이, 13B-2 영역은(13B-1 영역과 같이) 또한 스위칭 역할도 할 수 있다. 다시 도 22a에 논의된 설명을 참조하면, 플리퍼(222)는 운송체(13) 및 특히 그 앞쪽 코너 여기서는 13B-2 영역을 측면 방향으로 짧게 밀어, 스위칭을 착수시킬 수 있다(도 24a 참조). 일단 스위칭이 개시되면, 운송체가 더욱 완전하게 분기 영역으로 진입함에 따라, 운송체의 격벽(13D)과 확장부(275)의 일 측면이 결합한다. 가이드면과 운송체의 대응면들(13B-2 및 13B-1)이 접촉함에 따라, 가이드면(63B)은 스위칭을 위한 추가의 가이드를 이어서 제공할 수 있다.

가이드웨이 상에서 운송체를 병합하기 위한 모듈은, 분기 영역의 단독 진입 경로와는 대조적으로 비록 하나 이상의 다중 진입 경로에 플리퍼들(222)이 있더라도, 일반적으로 예컨대 도 22a에서 도시되고 설명된 스위칭 영역의 방식으로 구성되고 작동된다. 또한 병합 영역에서, 이러한 플리퍼들은 예컨대 회전 스테퍼 모터(224) 또는 기타에 의해 단지 부분적으로만 결합된다. 따라서, 예컨대 주어진 가이드웨이에서 스위칭 동작의 개시를 위해 분기 영역의 플리퍼(222)를 작동시켜 그 팁을 약 2cm 이동시키는 경우, 동일한 가이드웨이의 병합 영역에서 플리퍼(222)를 작동시키는 경우에는 그 팁을 병합 영역에서 0.5cm 내지 1cm 이동시킬 수 있다. 이러한 부분 결합(또는 "부분 전개")에 의해, 병합하는 운송체의 측면 방향 위치에서 고유의 변화를 허용하는 동시에, 병합의 개시에 따라 운송체 각도를 작게 조절 가능함으로써 운송체(및 시스템)의 성능을 개선할 수 있다.

따라서 도시된 실시예에서, 운송체(13)가 병합 영역으로 진입하고, 특히 예컨대 도 18의 1804 영역 및 1802 영역 사이의 전이 영역과 같이 운송체가 주행면들(63B)이 넓어지기 시작하는 병합 영역의 진입구 쪽으로 진입함에 따라, 액츄에이터(224)는 플리퍼(222)를 부분 전개시킴으로써 운송체를 약간 회전시켜 상기 전이 영역 및 더욱 일반적으로는 병합 영역으로 진입하는 운송체의 출입 각도를 개선할 수 있다. 이와 같이 도시된 실시예에서 플리퍼는, 격벽(13)에서가 아니라 운송체의 보다 큰 단면 영역, 더욱 특히는 일부 실시예들에서는 13B-2 영역에서 가이드 면(13B)을 밀어 실행 가능한데, 다른 실시예들에서는 예컨대, 13B-1 영역과 같은 운송체 바디 표면 상의 어딘가를 밀거나, 병합을 개시하는 격벽의 표면에서 밀거나, 또는 기타의 방법으로 할 수도 있다. 또한 도 20a, 20b와 관련하여 설명된 유형의 플리퍼와 같이, 플리퍼는 운송체와 물리적 접촉을 통해서 보다는 및/또는 자기력에 의해 이러한 회전을 시킬 수도 있다.

그럼에도 불구하고 일단 병합이 개시되면, 운송체가 병합 영역으로 완전히진입함에 따라, 가이드웨이의 확장된 주행면들(63B)이 운송체의 격벽과 접촉 및/또는 결합함으로써 추가의 가이드 또는 채널링을 제공한다. 일단 운송체가 코스 상에 있다가 병합 영역을 출구에서 빠져나가기 시작하면 주행면(63B)은 좁아진다.

또한 일부 모듈의 경우 분기 영역 및 병합 영역 둘 다로 작용할 수 있는데, 이는 운송체의 주행 방향에 달려 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 모듈에서는 출구/진입구 각각에서 상기 언급된 플리퍼(222)를 사용할 수 있는데, 상기 언급된 바와 같이 플러퍼를 각각 선택적으로 작동시킬 수 있으며, 진입구/출구가 분기(또는 스위칭) 작업의 진입구로 작용하는가 아니면 병합 작업의 진입구로 작용하는가에 좌우된다.

도면에 도시된 바와 같이 일부 실시예들에서, 일부 운송체(13)의 바디는 일반적으로 직사격형 단면일 수 있으나, 이에 상관없이 예컨대 격벽(13D), 핀 또는 다른 확장부들(24, 31, 102) 및 기타는 또한 도 23 및 24에 도시된 바와 같이 볼록면을 포함할 수 있다. 다른 형태의 운송체들도 또한 본원에 따른 가이드웨이에 사용 가능하다.

따라서 예컨대 도 23 및 24에 도시되고 설명된 두개의(또는 그 이상의) 운송체를 예컨대 플랫폼(250)에 의해 합침으로써 도 25a 및 25b에 도시된 유형과 같은 단일 운송체(252)를 형성할 수 있다. 가이드웨이의 곡선부, 코너부 및 다른 영역 부근에서의 움직임을 촉진시키기 위해, 하나 이상의 내부 운송체(13)는 플랫폼(250) 및/또는 기타에 대해 회전이 가능하도록 되어 있다. 도시된 실시예에서는, 플랫폼(250)과 하나 이상의 내부 운송체를 예컨대 베어링 등을 포함하는 마운트(254)를 통해 회동가능하게 결합시킴으로써 회전이 가능하도록 되어 있다. 다른 실시예에서는, 굴절 플랫폼(250) 또는 기타의 방법을 사용하여 실현 가능하도록 할 수도 있다. 플랫폼(250)은 본원에 언급된 운송체(13)와 관련하여 전술한 바와 같이 활용 가능하다. 도 25에 도시된 운송체의 장점은 예컨대, 보다 크고 보다 무거운 화물을 이송할 수 있고, 코너 및 곡선부를 보다 잘 주행할 수 있으며, 가이드웨이 상에서 내부 운송체들이 서로에 대해 상이하게 이동할 것을 요구하는 보다 복잡한 가이드웨이 조작에서 사용 가능하다는 점이다.

다른 유형의 운송체도 또한 본원에 따른 가이드웨이에 사용 가능하다. 운송체(260)에 대한 추가의 실시예가 도 26a 및 26b에 되시되어 있다. 운송체(260)의 단면은 일반적인 사각형 단면이 아니라 뾰족한 타원형 단면을 가질 수 있다. 상기 운송체(260)는 특히 도 1 내지 24와 관련하여 본원에 설명된 다른 운송체의 질량 및 길이보다 더 큰 질량 및 길이를 가지는 외에도, 운송체(13)와 관련하여 전술된 바와 같이 구성 및 활용 가능하다(그리고 실제로 도 25와 관련하여 설명된 방식과 동일하게 다른 운송체들(13, 260)과 회동 가능하게 연결할 수 있다). 더 커진 단면과 관련하여, 상기 운송체(260)는 그 바디 내에(및 특히 예컨대 격벽 아래 및 가이드웨이 코일에 가까운 부분에) 더 큰(또는 더 많은 양의) 영구 자석(33, 34)을 내장시킴으로써 화물의 이송을 촉진할 수 있다. 도 26에 도시된 운송체의 장점은 예컨대 보다 많은 화물 또는 보다 무거운 화물의 운송이 가능하다는 것이다.

상술된 시스템, 기구 및 방법은 전술한 본 발명의 목적에 부합함을 알 수 있다. 본원에 도시되고 설명된 실시예들은 단지 예일 뿐으로, 이들에 대한 변경 내용을 포함하는 다른 실시예들도 본 발명의 범주에 들어간다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 따라서 비제한적인 예로서, 본 발명은 에어 쿠션(air-cushion) 및 유체 큐션(fluid-cushion) 뿐만 아니라 상술된 바퀴가 없거나, 바퀴가 달린, 및 롤러 기반 디자인에 의한 서스펜션이 제공되는 실시예에서도 실행 가능하다. 추가의 비제한적인 예로서, 플리퍼, 격벽, 및 삼각형 형상의 부재들(275)은 도면에 도시되고 상술된 것과 다른 형상을 가질 수도 있다. 상기에 대한 내용들은 후술되는 청구 범위에서 주장된다.

Claims (36)

1. 하나 이상의 운송체(vehicle); 및 다수의 추진 코일을 구비한 가이드웨이(guideway);를 포함하는 운송 시스템에 있어서,
   운송체는 가이드웨이 상에 배치되는 한편 작동시 추진 코일에 의해 가이드웨이를 따라 추진되며, 가이드웨이는 운송체를 지지하는 한편 가이드웨이를 구르거나 슬라이딩되는 하나 이상의 주행면 및 분기 영역을 포함하고, 분기 영역은 분기 영역의 정점에서 주행면의 확장부를 포함하며,
   각 운송체는 분기 영역의 곡선부에서 가이드웨이의 외부 경계쪽으로 향하는 볼록면 및 분기 영역의 곡선부에서 가이드웨이의 내부 경계를 적어도 부분적으로 수용하는 오목면을 포함하는 것을 특징으로 하는
   운송 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   운송체는 가이드웨이를 따르는 방향으로 양방향 대칭인 것을 특징으로 하는
   운송 시스템.
   
3. 제 2항에 있어서,
   운송체는 가이드웨이를 가로지르는 방향으로 양방향 대칭인 것을 특징으로 하는
   운송 시스템.
   
4. 제 1항에 있어서,
   각 운송체는 분기 영역에서 운송체를 안내하는 것을 보조하도록 구성된 세장형 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는
   운송 시스템.
   
5. 제 4항에 있어서,
   격벽은 가이드웨이를 따르는 방향으로 양방향 대칭인 것을 특징으로 하는
   운송 시스템.
   
6. 제 4항에 있어서,
   격벽은 가이드웨이를 가로지르는 방향으로 양방향 대칭인 것을 특징으로 하는
   운송 시스템.
   
7. 제 4항에 있어서,
   격벽은 일반적으로 뾰족한 타원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는
   운송 시스템.
   
8. 제 1항에 있어서,
   각 운송체는 추진 코일과 상호 작용하는 자석 부재를 포함하고, 가이드웨이는 운송체 안내를 보조하기 위한 흡인력(attractive force)을 생성하도록 구성된 이동 불능 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는
   운송 시스템.
   
9. 제 8항에 있어서,
   분기 영역에는 적어도 하나의 이동 불능 부재가 제공되는 것을 특징으로 하는
   운송 시스템.
   
10. 제 1항에 있어서,
    분기 영역에서 운송체의 외부면과 접촉함으로써 분기 영역에서 운송체를 분기시키도록 구성된 플립퍼(flipper)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    운송 시스템.
    
11. 제 10항에 있어서,
    플리퍼의 위치를 감지하기 위해 플리퍼와 연관된 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는
    운송 시스템.
    
12. 제 10항에 있어서,
    플리퍼는 플리퍼를 구동시키기 위한 모터 암(motor arm)을 수용하는 콩팥 모양의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는
    운송 시스템.
    
13. 하나 이상의 운송체; 및 다수의 추진 코일을 구비한 가이드웨이;를 포함하는 운송 시스템에 있어서,
    운송체는 가이드웨이 상에 배치되는 한편 작동시 추진 코일에 의해 가이드웨이를 따라 추진되며, 가이드웨이는 운송체를 지지하는 한편 가이드웨이를 구르거나 슬라이딩되는 하나 이상의 주행면 및 분기 영역을 포함하고, 분기 영역은 분기 영역의 정점에서 주행면의 확장부를 포함하며,
    각 운송체는 추진 코일과 상호 작용하는 자석 부재를 포함하고, 가이드웨이는 운송체 안내를 보조하기 위한 흡인력을 생성하도록 구성된 이동 불능 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는
    운송 시스템.
    
14. 제 13항에 있어서,
    분기 영역에는 적어도 하나의 이동 불능 부재가 제공되는 것을 특징으로 하는
    운송 시스템.
    
15. 제 13항에 있어서,
    분기 영역에서 운송체의 외부면과 접촉함으로써 분기 영역에서 운송체를 분기시키도록 구성된 플립퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는
    운송 시스템.
    
16. 제 15항에 있어서,
    플리퍼의 위치를 감지하기 위해 플리퍼와 연관된 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는
    운송 시스템.
    
17. 하나 이상의 운송체; 다수의 추진 코일을 구비한 가이드웨이; 플리퍼; 및 플리퍼와 연관된 센서:를 포함하는 운송 시스템에 있어서,
    운송체는 가이드웨이 상에 배치되는 한편 작동시 추진 코일에 의해 가이드웨이를 따라 추진되며, 가이드웨이는 운송체를 지지하는 한편 가이드웨이를 구르거나 슬라이딩되는 하나 이상의 주행면 및 분기 영역을 포함하고, 분기 영역은 분기 영역의 정점에서 주행면의 확장부를 포함하며,
    플리퍼는 분기 영역에서 운송체의 외부면과 접촉함으로써 분기 영역에서 운송체를 분기시키도록 구성되고,
    센서는 플리퍼의 위치를 감지하도록 구성된 것을 특징으로 하는
    운송 시스템.
    
18. 제 17항에 있어서,
    플리퍼는 플리퍼를 구동시키기 위한 모터 암을 수용하는 콩팥 모양의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는
    운송 시스템.
    
19. 제 17항에 있어서,
    각 운송체는 추진 코일과 상호 작용하는 자석 부재를 포함하고, 가이드웨이는 운송체 안내를 보조하기 위한 흡인력을 생성하도록 구성된 이동 불능 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는
    운송 시스템.
    
20. 제 17항에 있어서,
    각 운송체는 분기 영역의 곡선부에서 가이드웨이의 외부 경계쪽으로 향하는 볼록면 및 분기 영역의 곡선부에서 가이드웨이의 내부 경계를 적어도 부분적으로 수용하는 오목면을 포함하고, 플리퍼는 분기 영역의 곡면부에서 가이드웨이의 외부 경계 상에 배치되는 것을 특징으로 하는
    운송 시스템.
    
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