KR102661559B1 - 자기 베어링 조립체뿐만 아니라 하나 이상의 이러한 자기 베어링 조립체를 구현하는 선형 가이드웨이 조립체 - Google Patents

자기 베어링 조립체뿐만 아니라 하나 이상의 이러한 자기 베어링 조립체를 구현하는 선형 가이드웨이 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선형 변위 경로를 따르는 다른 강체(30)에 대한 강체(20)의 비접촉 선형 변위를 위한 자기 베어링 조립체(10)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 하나 이상의 이러한 자기 베어링 조립체(10)를 구현하는 선형 가이드웨이 조립체에 관한 것이다. 본 발명은 선형 변위 경로를 따르는 다른 강체에 대한 강체의 선형 변위를 가능하게 하고, 특히 다른 강체에 대한 강체의 병진 자유도의 제어를 가능하게 하기 위한 해결책을 제공하는 것을 목적으로 하며, 상기 자기 베어링 조립체는, - 상기 강체 중 하나(30)에 장착되는 적어도 하나의 자기 베어링 모듈(31 내지 34)로서, 적어도 강자성 코어(31), 상기 강자성 코어(31)의 제1 측면 상에 위치되는 제1 자기 요소(34), 상기 강자성 코어(31) 주위에 권취된 코일(35)로 이루어진, 상기 적어도 하나의 자기 베어링 모듈; 및 - 상기 강체 중 다른 강체에 장착되고 사용 동안 상기 하나의 베어링 모듈(31 내지 34)로부터 적어도 일정 갭 거리(40)에 위치되는 제1 정적 백 아이언(20)을 포함한다.

Description

자기 베어링 조립체뿐만 아니라 하나 이상의 이러한 자기 베어링 조립체를 구현하는 선형 가이드웨이 조립체
본 발명은 선형 변위 경로를 따르는 다른 강체(rigid body)에 대한 강체의 비접촉 선형 변위를 위한 자기 베어링 조립체에 관한 것이다.
본 발명은 또한 하나 이상의 이러한 자기 베어링 조립체를 구현하는 선형 가이드웨이 조립체(linear guideway assembly)에 관한 것이다.
자기 베어링 조립체 또는 간단히 자기 베어링은 종래의 구름 요소 베어링에 대해 유리한 대안을 제공할 수 있다. 자기 베어링이 비접촉식인 것을 고려하면, 기계적 마찰이 없고, 그러므로 입자 발생이 거의 없다. 더욱이, 분자 오염의 상당한 가스 방출없이 진공 작동을 가능하게 하는 윤활이 필요하지 않다. 이러한 측면들은 오염 밀봉이 생략될 수 있게 한다. 첨단 진공 시스템에서 자기 베어링을 적용할 때의 주요 과제는 코일에서 열 손실의 최소화하고, 와전류 영향 최소화하고, 안정적인 제어 시스템의 구현 및 전형적으로 비선형 특성의 선형화에 있다.
자기 베어링 기술은 이미 산업 적용 분야에서 이용되고 있다. 회전 자기 베어링은 상업적으로 이용 가능하며, 예를 들어 의료 시스템, 터보 분자 진공 펌프, 극저온 시스템 및 공작 기계에 적용된다. 또 다른 범주는 회전자가 자기적으로 떠있는(suspended) 베어링리스 모터이다. 자기 부상은 전형적으로 로렌츠 힘(Lorentz forces)에 기초한 평면 스테이지의 작동에서 널리 사용된다. 별도의 유형의 자기 베어링은 자기 저항력(reluctance force)에 기초하며, 유사한 개념이 또한 액추에이터로서 사용될 수 있다.
다른 분야에서 이용될지라도, 예를 들어 높은 청정도 기판 처리 로봇 공학에서 상업적 규모로의 자기 베어링 적용의 추가 개발은 기술적 및 구조적 제약을 겪는다. 통상적으로 공지된 자기 베어링 적용은 그 제한된 설계 치수를 특징으로 하는데 반하여, 자기 베어링 적용의 고급 구현은 상당한 중량, 크기 및 비용의 자기 베어링의 개발을 요구하지만, 종래의 구름 요소 베어링은 여전히 유사한 목적을 위해 이용 가능하다.
본 발명은 위에서 확인된 문제점에 대한 해결책을 제공하여, 선형 변위 경로를 따르는 다른 강체에 대한 강체의 선형 변위를 가능하게 하고, 특히 다른 강체에 대한 강체의 병진 자유도의 제어를 가능하게 하는 것을 목적으로 하며, 상기 자기 베어링 조립체는,
- 상기 강체 중 하나에 장착되는 적어도 하나의 자기 베어링 모듈로서,
강자성 코어;
상기 강자성 코어의 제1 측면 상에 위치되는 제1 자기 요소;
상기 강자성 코어 주위에 권취된 코일로 이루어진, 상기 적어도 하나의 자기 베어링 모듈; 및
- 상기 강체 중 다른 강체에 장착되고 사용 동안 상기 하나의 베어링 모듈로부터 적어도 일정 갭 거리에 위치되는 제1 정적 백 아이언(first static back iron)을 포함한다.
이러한 자기 베어링 조립체가 얻어짐에 따라서, 마찰없이 다른 강체에 대한 강체의 비접촉 선형 변위를 가능하게 하며, 이는 입자 발생 또는 윤활제의 가스 방출을 초래하지 않는다. 특히, 서로에 대한 강체의 선형 변위는 전체 구조의 강성의 방향에 가능한 직각이다.
자기 베어링 조립체의 예에서, 상기 제1 정적 백 아이언은 강자성 코어의 제1 측면에 위치된다.
또 다른 유리한 실시 형태에서, 자기 베어링 모듈은 또한 제1 측면 반대편의 강자성 코어의 다른 측면에 위치된 설정 모듈로 이루어진다. 능동형 베어링 모듈은 e-코어, 영구 자석 및 코일로 이루어진다. 제2 자기 요소는 강체 상에 위치되며, 여기에서, 자기력은 예압 및 정적 힘 밸런스를 제공하도록 능동형 베어링 모듈의 반대 방향으로 작용한다. 두 요소 중 하나가 정상 상태에서의 힘 밸런스 및 허용 오차(예를 들어, 영구 자석 허용 오차)의 보상을 조정하기 위해 다른 요소에 대해 기계적으로 조정 가능하다. 이러한 구성의 추가 장점은 정상 상태 조건에서 전력 손실이 없다는 것이다. 이것은은 강자성 코어 및 제1 자기 요소에 의해 발생된 바와 같이 제1 정적 백 아이언을 향한 인력의 방향과 반대 방향으로 일정한 예압을 인가하는 것에 의해 자기 베어링 모듈의 추가 설정 가능성을 가능하게 하고, 이에 의해 두 강체 사이의 갭 거리 및 이에 따른 제로 열 방출(zero heat dissipation)로 서로에 대한 상기 강체의 비접촉 선형 변위를 제어한다. 특히 설정 모듈의 구현에 의해, 자기 베어링 모듈 상의 정적 상태로 가해지는 순수 힘이 제어될 수 있고, 이에 의해 다른 강체에 대한 자기 베어링 모듈(하나의 강체)의 위치(갭 거리)가 또한 제어될 수 있다.
특히, 상기 설정 모듈은 자기 베어링 모듈 상에 가해지는 순수 힘의 강화된 제어가 제어될 수 있게 하고, 이에 의해 다른 강체에 대한 자기 베어링 모듈(하나의 강체)의 위치(갭 거리)가 제어될 수 있게 하는 제2 자기 요소를 포함한다.
본 발명에 따른 자기 베어링 조립체의 다른 예에서, 상기 적어도 하나의 베어링 모듈은, 상기 강체 중 다른 하나에 장착되고 사용 동안 상기 설정 모듈로부터 일정 갭 거리에 위치되는 추가의 정적 백 아이언을 포함하고, 상기 설정 모듈은 상기 갭 거리를 설정할 때 상기 베어링 모듈과 상기 강체 중 다른 강체에 장착되는 상기 추가의 정적 백 아이언 사이에 배열된다.
특히, 상기 설정 모듈은 제어 가능한 설정 모듈이며, 이에 의해 강자성 코어 및 제1 자기 요소에 의해 발생된 바와 같은, 제1 정적 백 아이언을 향한 인력의 방향과 반대 방향으로 일정한 예압의 사전 설정을 가능하게 한다. 이것은은 두 강체 사이의 갭 거리, 및 이에 따른 서로에 대한 상기 강체들의 비접촉 선형 변위의 추가 제어를 가능하게 한다. 특히, 설정 모듈의 사전 설정의 구현으로, 자기 베어링 모듈 상에 가해지는 순수 힘은 자기 베어링 모듈이 구현되는 적용 또는 구조에 따라 추가로 제어될 수 있고, 이에 의해 또한 힘을 정적으로 균형을 이루고 에너지 소산을 최소화하기 위해 다른 강체에 대한 자기 베어링 모듈(하나의 강체)의 위치(갭 거리)가 추가로 제어될 수 있다.
추가의 예에서, 강자성 코어는 베이스, 중앙 레그(center leg) 및 2개의 외부 레그를 가지는 E-코어이고, 제1 자기 요소는 중앙 레그 상에 위치되고, 코일은 중앙 레그 주위에 권취된다.
특히, E-코어는 적층된 E-코어이고, 제1 자기 요소는 영구 자석이다. 또한, 제2 자기 요소는 영구 자석일 수 있다.
본 발명에 따른 하나 이상의 자기 베어링 조립체의 적용 또는 구현의 예는 선형 변위 경로를 획정하는 선형 가이드웨이로서 형성된 강체뿐만 아니라 상기 선형 가이드웨이를 따라서 변위 가능한 제품 캐리어로서 형성된 하나 이상의 강체로 구성된 선형 가이드웨이 조립체일 수 있으며, 상기 선형 가이드웨이 조립체는 하나 이상의 이러한 자기 베어링 조립체를 추가로 포함한다.
본 발명은 이제 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 자기 베어링 조립체의 실시 형태의 개략적인 예를 도시한 도면;
도 2a는 본 발명에 따른 자기 베어링 조립체의 다른 실시 형태의 개략적인 예를 도시한 도면;
도 2b는 본 발명에 따른 자기 베어링 조립체의 또 다른 실시 형태의 개략적인 예를 도시한 도면;
도 3a는 본 발명에 따른 다수의 자기 베어링 조립체를 구현하는 선형 가이드웨이 조립체의 실시 형태의 개략적인 예를 도시한 도면;
도 3b는 도 3a의 측면도;
도 4는 자기 베어링 모듈의 예의 컴팩트한 구성을 도시한 도면.
본 발명의 보다 양호한 이해를 위해, 도면에서 동일한 부분은 동일한 도면 부호로 인용된다. 첨부된 도면에 도시된 바와 같은 자기 베어링 조립체의 제안된 개념은 다른 강체에 대한 하나의 강체의 단일 병진 자유도를 제한하는 소형 베어링 요소로 이루어진다. 예를 들어, 도 3a 및 도 3b에 도시된 실시 형태에 대해 기술하면, 다수의 베어링 요소가 조합되어 다수의 자유도를 제한하거나 제어할 수 있다는 것에 유의해야 한다.
본 발명에 따른 가변 자기 저항형 자기 베어링 조립체의 제1 개략적인 예가 도 1에 도시되어 있다. 도 1의 예의 자기 베어링 조립체는 도면 부호 (10)(도 2a 및 도 2b에서의 도면 부호 (10'))으로 인용되고, 선형 변위 경로를 따르는 다른 강체에 대한 강체의 비접촉 선형 변위(또는 단일 병진 자유도)를 가능하게 한다. 도 1에서, 상기 강체 중 하나는 도면 부호 (30)(도 2a 및 도 2b에서뿐만 아니라 도 3a 및 도 3b의 도면 부호 (300))으로 인용되는데 반하여, 다른 강체는 도면 부호 20(도 2a 및 도 2b에서 도면 부호 (20a 내지 20b)와 도 3a 및 도 3b에서 도면 부호 (110-120)으로 인용된다.
자기 베어링 조립체(10)는, 상기 강체 중 하나(30)에 장착되고 적어도 강자성 코어(31)로 이루어진 적어도 하나의 베어링 모듈(31 내지 34)을 포함한다. 본 발명의 이해를 위해, 임의의 강자성 코어 설계가 구현될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 그러나, 이러한 바람직한 예에서, 강자성 코어(31)는 베이스(31a), 중앙 레그(33) 및 2개의 외부 레그(32a-32b)를 가지는 E-코어이다. 강자성 코어(31)의 제1 측면 상에 제1 자기 요소(34)가 위치되고, 이러한 예에서, 강자성 코어(31)의 제1 단부는 중앙 레그(33)의 자유 단부면(33a)에 위치되는 것으로 정의된다. 또한, 이러한 예에서, 코일(35)은 E-코어의 중앙 레그(33) 주위에 권취된다.
그러나, 그 코어 요소 주위에 권취된 코일 및 강자성 코어의 제1 측면에 위치된 자기 요소를 가지는 임의의 강자성 코어 설계가 본 발명에 따른 자기 베어링 조립체(10)에서 구현될 수 있다는 것에 유의한다.
아울러, 자기 베어링 조립체(10)는, 상기 강체(20) 중 다른 하나(또는 그 일부)에 장착되고 사용 동안 상기 하나의 베어링 모듈(31 내지 34)로부터, 도 1에서 g1로 인용되는 적어도 일부 갭 거리(40)에 위치되는 제1 정적 백 아이언 또는 백 베어링(20)을 나타낸다.
반드시 이것은은 아니지만, 바람직하게, E-코어(31)로서 설계되는 강자성 코어는 적층된 E-코어로 이루어지고, 제1 자기 요소(34)는 영구 자석(34)으로서 구성된다.
사용 동안 또는 작동 동안, 제1 정적 백 베어링 또는 백 아이언(20)은 E-코어 조립체(31 내지 34-35)로부터 갭 거리(40(g1))에 배치된다. 이러한 구성은 낮은 자기 저항 경로를 획정하며, 여기에서, 갭 거리(40)에 의해 한정된 에어 갭(g1)에서의 결과적인 자속 밀도는 제1 정적 백 베어링(백 아이언)(20)으로서 개략적으로 도시된 다른 강체에 대한 E-코어 조립체(31 내지 34 내지 35)(및 이에 따라 하나의 강체(30)) 사이의 갭 의존형 인력을 산출할 것이다.
E-코어(31)의 중앙 레그 또는 치형부(35) 주위에 권취된 코일(35)은 코일(35)을 통해 진행되는 전류의 방향 및 크기에 기초하여 에어 갭(g1)(40)에서의 자속 밀도를 확대하거나 감소시키도록 사용된다. 자기 베어링 조립체(10)(실제로, 적어도 하나의 베어링 모듈(31 내지 34 및 51))는 E-코어(31)와 제1 정적 백 베어링(백 아이언)(20) 사이에서 인력을 발생시키지만 척력(repelling force)을 발생시키지 않을 수 있다는 것에 유의한다.
도 2a 및 도 2b에서, 자기 베어링 조립체((10')으로 인용되는)의 다른 예가 도시되어 있다. 이러한 실시 형태에서, 자기 베어링 조립체(10')에는 추가 설정 모듈(50)이 제공되며, 이러한 설정 모듈(50)은 E-코어(33)의 제1 자기 요소 측면(33a 내지 34)의 반대편에 위치된다. 반드시 그렇지는 않지만, 바람직하게, 설정 모듈(50)은 제2 자기 요소(51)를 포함한다.
설정 모듈(50)은 E-코어(31) 및 제1 자석(34)에 의해 발생된 바와 같은 인력의 방향과 반대 방향으로 자기 베어링 조립체(10')에 일정한 예압을 제공하거나 인가한다. 이에 따라 베어링 모듈(31 내지 34 내지 50) 상의 결과적인 순수 힘은 제어될 수 있고, 이에 의해 자기 베어링 모듈(31 내지 34 내지 50)이 상기 강체의 다른 강체(20a 내지 20b) 또는 그 부분에 장착된 추가의 정적 백 아이언(20b)에 대해 장착되는 강체(30)의 위치(실제로 거리(g1))가 또한 제어될 수 있다.
도 2a 및 도 2b에서, 양 도면 부호(20a 내지 20b)는 계류중인 청구범위에서 한정된 것과 동일한 강체의 일부인 구조적 요소를 나타내는 것으로 간주되는데 반하여, 도면 부호(30)는 다른 강체를 구성하고, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 자기 베어링 조립체는 선형 변위 경로를 따르는 다른 강체(30 또는 20a 내지 20b)에 대한 상기 강체(20a 내지 20b 또는 30) 중 하나의 비접촉 선형 변위를 가능하게 한다.
상기 강체(20a 내지 20b; 30) 중 하나(30)에 장착되는 베어링 모듈(31 내지 34 내지 50)의 배향에 의존하여, 중력(자기 베어링 모듈(31 내지 34 내지 50)의 중량에 기초한)은 이러한 예압의 적어도 일부를 제공할 수 있다.
이러한 도면 부호 (20a)는 제1 정적 백 베어링 또는 백 아이언을 한정하는데 반하여, 도면 부호 (20b)는 추가의 정적 백 베어링 또는 백 아이언을 한정한다.
예압은 도 2a에 도시된 바와 같이, E-코어/스포일/제1 자석 구성(33 및 35-34)의 반대편 측면에 위치되는, 제2 자석(51)으로서 상기 설정 모듈(50)을 구성하는 것에 의해 강화될 수 있다. 특히, 영구 자석(51)일 수 있는 제2 자석(51)은 E-코어(31)의 다른 측면, 특히 베이스(31a)의 다른 측면에 장착될 수 있다.
이러한 제2 (영구) 자석(51)은 강체(30) 중 하나에 장착된 자기 베어링 모듈(31 내지 34-35-50)과 강체 중 다른 강체(20b) 사이의 에어 갭(g2(41))에서 예압력을 생성할 것이다. 베어링 모듈의 에너지 소산은 모든 정적 힘이 균형을 이루도록 설정 모듈(51)에 의해 가해지는 바와 같은 자기 예압력(magnetic pre-load force)을 조정하는 것에 의해 최소화될 수 있다. 이러한 경우에, 전자석(E-코어(31) 및 스포일(35))은 다른 강체(20a 내지 20b)에 대한 하나의 강체(30)의 선형 변위 동안 동적 교란에 대응하기 위해서만 요구된다. 영구 자석의 치수 및 자기 모멘트에 대한 제조 허용 오차와 상대적으로 큰 변동은 이러한 정적 힘 밸런스와의 편차를 도입할 수 있다.
본 발명에 따른 자기 베어링 조립체의 추가의 예(10")(도 2b 참조)에 있어서, 설정 모듈(50)은 제2 영구 자석(51)에 이웃하여, E-코어(31)의 베이스(31a)와 제2 (영구) 자석(51) 사이에 위치되는 제어 가능한 조정 메커니즘(52)을 포함한다. 여기에서, 강체(30) 중 하나에 장착된 자기 베어링 모듈(31 내지 34-35-50)과 강체 중 다른 강체(20b) 사이의 거리 또는 에어 갭(g2(41))의 사전 설정이 가능하고, 이에 의해 예압력을 조정하는 것이 가능하여서, 제1 및 제2 자석(34 및 51)에 의해 가해지는 정적 힘은 균형을 이루고, 어떠한 에너지 소산도 최소화된다.
전류 제어 루프 및 위치 제어 루프, 자기 베어링 모듈(31 내지 34-35)과 상기 강체 중 다른 강체에 장착된 제1 정적 백 아이언(20) 사이의 에어 갭(40(g1))으로 이루어진 위치 센서(또는 플럭스 센서) 및 운동 제어 소프트웨어(도시되지 않음)와 이러한 예를 조합하는 것은 전자석(33 및 35)을 통한 전류를 조절하는 것에 의해 강체(30; 20a 내지 20b) 중 다른 강체에 대한 강체 중 하나의 선형 변위 동안 일어나는 동적 교란 힘을 보상하도록 능동적으로 제어될 수 있다.
컴팩트한 구성 및 입자 오염(청정성)의 회피를 위해, 전체 자기 베어링 모듈(31 내지 34-35-50)은 비자성 재료(예를 들어, 스테인리스강 또는 수지로 둘러싸이고(도 4 참조), 그런 다음 예를 들어 도 3a 및 도 3b의 적용 실시예에서 도시된 예에 대해 말하면 강체(20a 내지 20b; 30) 중 어느 하나에 장착될 수 있다.
도 3a 및 도 3b에는 다수의 자기 베어링 조립체의 구현 또는 적용의 예가 도시되어 있다. 이러한 비제한적인 예에서, 강체(110-120 및 300)와 상호 작용하는 총 5개의 자기 베어링 조립체(30-1+50-1; 30-2+50-2; 30-3+50-3; 30-4+50-4; 30-5+50-5)이 도시되어 있다.
도 3a 및 도 3b에서, 도면 부호 (110-120)(및 20a 내지 20b)는 계류중인 청구범위에 한정된 바와 동일한 강체의 일부인 구성 요소를 나타내는 것으로 간주되는데 반하여, 도면 부호 (300)은 다른 강체를 구성하고, 본 명세서에 기술된 바와 같은 자기 베어링 조립체(30-1+50-1; 30-2+50-2; 30-3+50-3; 30-4+50-4; 30-5+50-5)는 선형 변위 경로를 따르는 다른 강체(300 또는 20a 내지 20b; 110-120)에 대한 상기 강체(20a 내지 20b; 110-120 또는 300) 중 하나의 비접촉 선형 변위를 가능하게 한다는 것에 유의한다.
이러한 도면 부호 (20a-X)(X는 5개의 자기 베어링 조립체의 이러한 예에서 1, 2, 3, 4, 5임)는 제1 정적 백 베어링 또는 백 아이언을 한정하는데 반하여, 도면 부호 (20b-X)(X는 1, 2, 3, 4, 5임)는 각각의 자기 베어링 조립체(30-X+50-X)(X는 5개의 자기 베어링 조립체의 이러한 예에서 1, 2, 3, 4 또는 5를 나타냄)를 위한 추가의 정적 백 베어링 또는 백 아이언을 한정한다.
특히, 이러한 예는 선형 변위 경로를 획정하는 선형 가이드웨이로서 형성된 강체(110-120)뿐만 아니라, 상기 선형 가이드웨이(110-120)를 따라서 또는 그 사이에서 변위 가능한 제품 캐리어로서 형성된 하나 이상의 강체(300)로 구성되는 선형 가이드웨이 조립체(100)의 평면도(도 2a) 및 정면도(도 2b)를 도시한다. 선형 가이드웨이 조립체는 도 1; 도 2a 및 도 2b의 예 중 임의의 하나 이상에 따른 하나 이상의(여기에서는 5개의) 자기 베어링 조립체(30-1+50-1; 30-2+50-2; 30-3+50-3; 30-4+50-4; 30-5+50-5)를 더 포함한다.
선형 가이드웨이 조립체(100)는, 평행하고 서로로부터 일정 거리에 위치된 2개의 가이드 레일(110-120)을 포함한다. 이러한 비제한적인 예에서, 각각의 가이드 레일(110-120)에는 각각의 가이드 레일(110-120)의 길이 방향으로 연장되는 가이드 오목부(111-121)가 제공된다. 두 가이드 오목부(111-121)는 서로 대면하도록 위치된다. 두 가이드 오목부(111-121)는 하나 이상의(여기에서는 3개의) 자기 베어링 조립체(30-1+50-1; 30-2+50-2; 30-3+50-3)를 수용하는 역할을 하며, 자기 베어링 조립체는 도 4에 도시된 바와 같이 둘러싸인 모듈로서 수용되고, 자기 베어링 조립체(30-1+50-1; 30-2+50-2; 30-3+50-3)는 제품 캐리어(300)의 캐리어 지지부(300-1; 300-2; 300-3)에 장착되고, 제품 캐리어(300)는 두 가이드 레일(110-120)에 의해 형성된 선형 가이드웨이 사이에 장착되고 선형 가이드웨이를 따라서 가이드된다.
제품 캐리어(300)는 강체 중 하나를 구성하고, 가이드 레일(110-120)은, 계류중인 청구범위에 한정되고 도 2a 및 도 2b의 예와 관련하여 명확해지는 바와 같이 강체 중 다른 강체를 구성한다는 것에 유의한다.
특히, 선형 가이드웨이 조립체(100)의 이러한 예에서, 다수의 베어링 조립체(30-1+50-1; 30-2+50-2; 30-3+50-3; 30-4+50-4; 30-5+50-5)는 높은 청정도의 기판 취급 환경에서 기판 캐리어 취급 로봇의 일부로서 예를 들어 600 mm의 변위 스트로크를 가지는 직선 가이드웨이에서 구현된다. 직선 가이드는 로봇의 진행 링크 또는 팔의 일부인 변위 빔(도시되지 않음)에 대해 캐리어의 5-자유도를 제한해야만 한다. 이러한 예에서, 5개의 자기 베어링 조립체(30-1+50-1; 30-2+50-2; 30-3+50-3; 30-4+50-4; 30-5+50-5)는 1개 또는 2개의 종래의 프로파일 가이드 또는 레일을 포함하는 개념의 대안으로서 적용된다.
3개의 자기 베어링 조립체(조립체 30-1+50-1; 30-2+50-2; 30-3+50-3)는 가이드 레일(110-120)에 대한 캐리어(300)의 평면 외 자유도(out of plane degrees of freedom), 즉 z, Ф 및 Ψ 방향을 제한한다. 2개의 추가 자기 베어링 조립체(30-4+50-4; 30-5+50-5)는 나머지 평면 내 자유도(y 및 θ)를 부과한다.
3개의 평면 외 자기 조립체(30-1+50-1; 30-2+50-2; 30-3+50-3)에 대해 전술한 바와 같은 임의의 예압은 각각의 E-코어(31)의 그 저부 측면(31a)에서 그 각각의 설정 모듈(50-1; 50-2; 50-3)로 수행된다. 또한 이러한 예에서, 예압하는 것은 각각의 자기 조립체(강체 또는 제품 캐리어(300)에 장착된)와 다른 강체(가이드 레일)(110-120), 특히 가이드 오목부(111-121)를 둘러싸는 가이드 플랜지(20b-2; 20b-3) 사이에서 에어 갭 거리(g2)(41-1;41-2;41-3)를 사전 설정하기 위한 기계적 설정 메커니즘일 수 있는 조정 메커니즘(52-1; 52-2-52-3)에 각각 장착되는 (영구) 자석(51-1; 51-2; 51-3)으로 이루어진다.
유사하게, 그 각각의 제1 영구 자석(34-1; 34-2; 34-3)과 함께 각각의 자기 조립체(30-1; 30-2; 30-3)의 E-코어(31) 및 코일(35)에 의해 형성된 전자석은 제품 캐리어(300)와 가이드 레일(110-120) 사이의 에어 갭 거리(g1)(40b-1; 40b-2; 40b-3))를 사전 설정하고 제어한다.
평면 내 자유도는 2개의 자기 조립체(30-4+50-4 및 30-5+50-5)에 의해 예압된다. 여기에서, 설정 모듈(50-4 및 50-5)뿐만 아니라 자기 베어링 모듈(30-4 및 30-5)(각각 E-코어(31), 코일(35) 및 제1 영구 자석(34-4 및 34-5)으로 구성됨)은 제품 캐리어(300)의 양쪽 측면 상에 장착되어, 제품 캐리어와 각각의 가이드 레일(111 및 121) 사이에 원하는 에어 갭(20b-5 및 20a-5)을 제어하거나 또는 유지한다.
5-자유도가 제한되는 종래의 구름 요소 선형 베어링과 달리, 제한된 5-자유도는 능동 제어 가능한 자기 베어링 조립체(30-1+50-1; 30-2+50-2; 30-3+50-3; 30-4+50-4; 30-5+50-5)를 사용하여 능동적으로 제어되며, 이에 의해 선형 가이드웨이 조립체(100)의 2개의 가이드 레일(110-120) 사이에서 제품 캐리어(300)를 변위시키는 로봇의 바람직하지 않은 동적 거동을 보정할 수 있다.
계류중인 청구범위에 한정된 바와 같은 자기 베어링 조립체의 상기 예는 높은 청정도 기판 처리 로봇 적용에서 상업적인 규모로 구현하는데 매우 적합하다. 본 발명의 자기 베어링 조립체는 제한된 치수 및 저렴한 비용으로 구성될 수 있고, 다른 강체(가이드웨이 조립체(110-120))에 대한 하나의 강체(기판 캐리어(300))의 안정되고 잘 제어된 선형 변위가 품질 보증 목적에 필수적인 기판 웨이퍼 취급 적용과 같은 열적으로 중요한 시스템 및 진공 환경에서 용이하게 구현될 수 있다.
특히, 제안된 바와 같은 자기 베어링 조립체는 통상적으로 공지된 구름 베어링으로는 가능하지 않은 이러한 열적으로 중요한 시스템 및 진공 환경에서 변위 안정성, 강성 및 에너지 소산을 허용한다.

Claims (12)

  1. 선형 변위 경로를 따르는 다른 강체에 대한 강체(30; 300)의 비접촉 선형 변위를 위한 자기 베어링 조립체(10')로서,
    - 상기 강체(30; 300) 중 하나에 장착되는 적어도 하나의 자기 베어링 모듈(31 내지 34)로서,
    강자성 코어(31);
    상기 강자성 코어의 제1 측면 상에 위치되는 제1 자기 요소(34);
    상기 강자성 코어(31) 주위에 권취된 코일로 이루어진, 상기 적어도 하나의 자기 베어링 모듈(31 내지 34); 및
    - 상기 강체 중 다른 하나에 장착되고 사용 동안 상기 적어도 하나의 자기 베어링 모듈(31 내지 34)로부터 적어도 일정 갭 거리(40)에 위치되는 제1 정적 백 아이언(first static back iron)(20a)
    을 포함하되, 상기 자기 베어링 모듈(31 내지 34)은 상기 제1 측면 반대편의 상기 강자성 코어(31)의 다른 측면에 위치된 설정 모듈(50)로 더 이루어지며, 상기 설정 모듈(50)은 제2 자기 요소(51)를 포함하고, 상기 설정 모듈(50)은 제어 가능하고, 상기 베어링 모듈(31 내지 34)과 상기 강체 중 다른 하나에 장착된 추가의 정적 백 아이언(20b) 사이의 갭 거리(41)를 설정하도록 배열되고,
    상기 설정 모듈은 제2 영구 자석과, E-코어의 베이스와 상기 제2 영구 자석 사이에 위치되는 제어 가능한 조정 메커니즘을 포함하고, 상기 제어 가능한 조정 메커니즘은 상기 강체 중 하나에 장착된 상기 자기 베어링 모듈과 상기 강체 중 다른 하나 사이의 거리 또는 에어 갭(g2)을 사전 설정하도록 구조화되는 것을 특징으로 하는 자기 베어링 조립체(10').
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 정적 백 아이언(20a)은 상기 강자성 코어(31)의 상기 제1 측면에 위치되는, 자기 베어링 조립체(10').
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 베어링 모듈(31 내지 34)은, 상기 강체 중 상기 다른 강체에 장착되고 사용 동안 상기 설정 모듈(50)로부터 일부 갭 거리(41)에 위치되는 추가의 정적 백 아이언(20b)을 포함하는, 자기 베어링 조립체(10').
  4. 제1항에 있어서, 상기 강자성 코어는, 베이스(31a), 중앙 레그(33) 및 2개의 외부 레그(32a 내지 32b)를 가지는 E-코어(31)인, 자기 베어링 조립체(10').
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 자기 요소(34)는 상기 중앙 레그(33) 상에 위치된, 자기 베어링 조립체(10').
  6. 제4항에 있어서, 상기 코일(35)은 상기 중앙 레그(33) 주위에 권취되는, 자기 베어링 조립체(10').
  7. 제4항에 있어서, 상기 E-코어는 적층된 E-코어인, 자기 베어링 조립체(10').
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 자기 요소(34)는 영구 자석인, 자기 베어링 조립체(10').
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 자기 요소(51)는 영구 자석인, 자기 베어링 조립체(10').
  10. 선형 변위 경로를 획정하는 선형 가이드웨이로서 형성된 강체(110 내지 120)뿐만 아니라 상기 선형 가이드웨이를 따라서 변위 가능한 제품 캐리어로서 형성된 하나 이상의 강체(300)로 구성되는 선형 가이드웨이 조립체(100)로서,
    상기 선형 가이드웨이 조립체는 제1항에 따른 자기 베어링 조립체(10'; 30-n+50-n)를 하나 이상 더 포함하는, 선형 가이드웨이 조립체(100).
  11. 삭제
  12. 삭제
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3069119B1 (fr) * 2017-07-11 2019-08-30 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Convertisseur d'energie electromagnetique
NL2019812B1 (en) 2017-10-26 2019-05-06 Vdl Enabling Tech Group B V A magnetic bearing assembly as well as a linear guideway assembly implementing one or more such magnetic bearing assemblies.
NL2022986B1 (en) * 2019-04-19 2020-10-27 Vdl Enabling Tech Group B V A linear guideway assembly for contactless linear displacement of a rigid body relative to another rigid body along a linear displacement path.
DE102020123634A1 (de) * 2020-09-10 2022-03-10 Physik Instrumente (PI) GmbH & Co KG Magnetische Lagereinrichtung und Positioniersystem

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004055787A (ja) * 2002-07-19 2004-02-19 Yaskawa Electric Corp 直流リアクトル

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5196745A (en) * 1991-08-16 1993-03-23 Massachusetts Institute Of Technology Magnetic positioning device
US5360470A (en) * 1992-07-06 1994-11-01 Fujitsu Limited Magnetic levitating transporting apparatus with a movable magnetic unit
US5732636A (en) * 1996-06-05 1998-03-31 National Science Council Magnetic levitation system
US6353271B1 (en) * 1999-10-29 2002-03-05 Euv, Llc Extreme-UV scanning wafer and reticle stages
KR20080075114A (ko) * 2005-11-18 2008-08-14 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 밴드 코일을 가지는 선형 가변성 자기저항 액추에이터
KR101318211B1 (ko) * 2011-05-31 2013-10-15 한국기계연구원 5 자유도 운동 오차 보정 기능을 갖는 능동 보정형 스테이지 및 그 운동 오차 보정 방법
US10177627B2 (en) * 2015-08-06 2019-01-08 Massachusetts Institute Of Technology Homopolar, flux-biased hysteresis bearingless motor
NL2019812B1 (en) 2017-10-26 2019-05-06 Vdl Enabling Tech Group B V A magnetic bearing assembly as well as a linear guideway assembly implementing one or more such magnetic bearing assemblies.

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004055787A (ja) * 2002-07-19 2004-02-19 Yaskawa Electric Corp 直流リアクトル

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