KR102670560B1 - 자기 부상 타워 리프트의 캐리지 가이드 시스템 및 이를 이용한 캐리지 시스템 - Google Patents

자기 부상 타워 리프트의 캐리지 가이드 시스템 및 이를 이용한 캐리지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기 부상 타워 리프트의 캐리지 가이드 시스템 및 이를 이용한 캐리지 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 타워 리프트의 캐리지 가이드 시스템에 있어서, 상기 캐리지의 이동시 캐리지의 직선 방향과 회전 방향의 움직임을 제어하기 위하여 상기 캐리지의 상부에 설치되는 한 쌍의 상부 전자석 유닛과 상기 캐리지의 하부에 한 쌍이 설치되는 한 쌍의 하부 전자석 유닛; 상기 상부 전자석 유닛과 하부 전자석 유닛 사이의 거리를 조절하기 위한 거리 조절수단; 상기 캐리지의 이동 속도에 따라 상기 거리 조절수단을 이용하여 상기 상부 전자석 유닛과 하부 전자석 유닛 사이의 거리를 제어하는 제어부; 를 포함하는 캐리지 가이드 시스템을 제공한다.

Description

자기 부상 타워 리프트의 캐리지 가이드 시스템 및 이를 이용한 캐리지 시스템{Carriage Guide System and Carriage System using thereof for Magnetic Levitation Tower Lift}
본 발명은 자기 부상 타워 리프트의 캐리지 가이드 시스템 및 이를 이용한 캐리지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등을 포함하는 기판, 반도체용 웨이퍼(Wafer) 등과 같은 피이송물을 포함하여 기판이나 웨이퍼를 수용하여 지지하는 트레이나 카세트 또는 캐리어 등과 같은 이송체를 이송하는 이송 시스템으로는, 파티클 발생 문제, 마찰, 마모에 따른 부품의 손상 문제, 그리고 소음 유발 문제를 해소할 수 있으면서 피이송물을 고속으로 이송시킬 수 있는 자기부상 이송 시스템(Magnetically levitated transportation system)을 주로 적용하고 있다.
자기부상 추진은 전기 자기력을 이용하여, 궤도로부터 일정한 높이로 부상하여 추진하는 것을 말한다. 자기부상 시스템은 궤도와 궤도상에서 비접촉으로 부상 및 추진하는 대차를 포함한다.
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.
자기 부상 방법에는 자석의 인력을 이용하는 흡인식과, 자석의 반발력을 이용하는 반발식이 있다. 또한, 자기 부상의 부상 방법에는 전자석의 원리에 따라, 초전도 방식과 상전도 방식이 있다.
자기부상 시스템을 구성하는 주요 힘 성분은 부상력, 추진력 그리고 안내력이며, 자기부상 전자석이 부상력을 담당하고, 선형전동기가 추진력을 담당하며, 안내 전자석이 안내력을 제공한다.
예를 들면, 자기부상력은 전자석의 권선에 흐르는 전류를 제어하면서 부상 전자석과 이송체 간에 그 수직방향(부상력과 동일한 방향)의 흡인력을 조절하여 부상 전자석과 이송체가 서로 일정 간격으로 유지되도록 하는 방식으로 얻을 수 있고, 안내력은 부상 전자석과 이송체 간의 수평방향(부상력과 추진력에 수직인 방향)으로 발생되어 이송체가 궤도를 이탈하지 않게 해준다.
자기 부상 타워 리프트의 캐리지에는 4세트의 안내 전자석이 설치되어 각각 X축 방향의 병진 제어, Y축 방향의 병진제어, Roll, Pitch, Yaw 등 세 개의 축을 중심으로 한 회전 제어를 한다.
전자석 사이의 거리가 넓으면 캐리지 전체의 무게 중심과 각각의 전자석의 무게 중심 간의 거리가 커져서 관성 모멘트가 크므로 시스템의 동적 안정성(Dynamic Stability)이 떨어지는 문제가 있다.
이를 해결하기 위하여 전자석 사이의 간격을 좁히면 시스템의 동적 강성(Dynamic Stiffness)이 커지기는 하지만 캐리지가 고속으로 이동하는 과정에서는 전자석이 캐리지의 자세제어를 할 때 전자석에 과부하가 발생하고 이로 인해 제어가 제대로 이루어지지 않는 문제가 생기기도 한다. 이를 해결하기 위해서는 전자석의 크기를 키울 필요가 있는데 전자석이 커지면 무게도 증가하는데 이로 인한 강성 조절의 문제가 또 발생한다.
본 발명은 배경 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 자기부상 타워리프트의 캐리지의 속도와 관계없이 효율적으로 캐리지의 자세제어를 할 수 있는 자기 부상 타워 리프트의 캐리지 가이드 시스템 및 이를 이용한 캐리지 시스템을 제공하는 것이다.
전술한 과제의 해결 수단으로서 본 발명은,
자기 부상 타워 리프트의 캐리지 가이드 시스템에 있어서,
상기 캐리지의 이동시 캐리지의 직선 방향과 회전 방향의 움직임을 제어하기 위하여 상기 캐리지의 상부에 설치되는 한 쌍의 상부 전자석 유닛과 상기 캐리지의 하부에 한 쌍이 설치되는 한 쌍의 하부 전자석 유닛;
상기 상부 전자석 유닛과 하부 전자석 유닛 사이의 거리를 조절하기 위한 거리 조절수단;
상기 캐리지의 이동 속도에 따라 상기 거리 조절수단을 이용하여 상기 상부 전자석 유닛과 하부 전자석 유닛 사이의 거리를 제어하는 제어부; 를 포함하는 캐리지 가이드 시스템을 제공한다.
상기 거리 조절수단은 전동 액추에이터를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 거리 조절수단은 모터와 상기 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 변환수단을 포함할 수도 있는데, 상기 변환수단은 랙과 피니언으로 구성될 수 있다.
감속기를 더 포함할 수도 있다.
본 발명은 두 번째 형태로서 전술한 캐리지 가이드 시스템을 포함하는 캐리지 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면 자기부상 타워리프트의 캐리지의 속도와 관계없이 효율적으로 캐리지의 자세제어를 할 수 있는 자기 부상 타워 리프트의 캐리지 가이드 시스템 및 이를 이용한 캐리지 시스템을 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 캐리지 가이드 시스템과 캐리지 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 캐리지 가이드 시스템과 캐리지 시스템의 분리 사시도.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 캐리지 가이드 시스템과 캐리지 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 캐리지 가이드 시스템과 캐리지 시스템의 분리 사시도이다.
우선 본 발명의 첫 번째 형태인 캐리지 가이드 시스템에 대하여 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 캐리지 가이드 시스템은 자기부상 리프트의 캐리지의 이동을 가이드하기 위한 것으로서 상부 전자석 유닛(11), 하부 전자석 유닛(12), 거리 조절수단, 가이드(G) 및 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 상부 전자석 유닛(11)과 하부 전자석 유닛(12)은 캐리지(C)의 이동시에 캐리지의 직선 방향과 회전 방향의 움직임을 제어하기 위한 것으로서 상부 전자석 유닛(11)은 도 1에 도시된 바와 같이 캐리지(C)의 상부에 한 쌍이 설치되고, 하부 전자석 유닛(12)은 캐리지(C)의 하부에 한 쌍이 마련된다.
상기 거리 조절수단은 상기 상부 전자석 유닛(11)과 하부 전자석 유닛(12) 사이의 거리를 조절하기 위한 구성으로서 본 실시예에서는 도시된 바와 같이 전동 엑추에이터(20)이다.
상기 거리 조절수단으로 전동 액추에이터(20) 이외에도 모터와 감속기, 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 변환수단이 이용될 수 있는데, 변환수단으로는 랙과 피니언이나 캠 등이 이용될 수 있다. 전술한 터와 감속기, 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 변환수단은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균 정도의 지식을 지닌 자라면 충분히 알거나 알 수 있는 구성이므로 상세한 설명이나 도면은 생략하기로 한다.
상기 가이드(G)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 상부 전자석 유닛(11)과 하부 전자석 유닛(12)이 상하방향으로 이동하는 것을 안내하는 구성으로서 캐리지(C)에 마련된다.
상기 제어부(미도시)는 상기 캐리지(C)의 이동속도에 따라 상기 상부 전자석 유닛(11)과 하부 전자석 유닛(12) 사이의 거리를 제어하는데 상기 전동 액추에이터(20)를 이용하여 상부 전자석(11)과 하부 전자석 유닛(12)을 적절히 위아래로 이동시켜 상부 전자석 유닛(11)과 하부 전자석 유닛(12) 사이의 거리를 조절한다. 상기 상부 전자석 유닛(11)과 하부 전자석 유닛(12) 모두를 움직여야 하는 것은 아니며 상황에 따라 어느 하나의 전자석 유닛만 이동시킬 수도 있다.
도 1과 도 3은 전동 액추에이터(20)에 의해 상부 전자석 유닛(11)과 하부 전자석 유닛(12) 사이의 거리가 좁아진 상태를 도시한 것이고, 도 2 및 도 4는 부 전자석 유닛(11)과 하부 전자석 유닛(12) 사이의 거리가 벌어진 상태를 도시한 것이다.
상기 제어부는 상기 거리 조절수단을 제어하는 별도의 구성이 될 수도 있고 캐리지(C)의 이동을 제어하는 제어부에 기능을 추가하는 형태로 구성될 수도 있는데, 캐리지(C)의 이동속도에 맞추어 거리 조절수단을 제어해야 하므로 캐리지(C)의 이동을 제어하는 제어부를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 캐리지(C)가 저속이나 고 진동 환경에서 이동할 때에는 전자석 유닛 사이의 거리를 좁혀 강성과 진동에 대한 저항 성능을 확보하고, 캐리지(C)가 고속으로 이동하거나 저진동 환경에서 이동할 때에는 전자석 유닛 사이의 거리를 넓혀 제어성능을 높이도록 한다.
한편, 전자석 유닛 사이의 거리를 조절하여 캐리지(C)의 고유 주파수(특성 주파수)를 바꿀 수도 있다. 캐리지(C)의 고유 주파수가 저주파이면 동작특성이 느리고 진동 등에 대한 저항성이 커서 진동 상황에도 캐리지(C)가 매끄럽게 이동하는 특성이 있고, 캐리지(C)의 고유 주파수가 고주파이면 동작특성이 빨라지고 외란에 강인한 특성이 있다. 이러한 특성을 참고하여 캐리지(C)에 요구되는 성능에 따라 전자석 유닛 사이의 거리를 조절하여 캐리지 전체의 고유 주파수를 맞출 수도 있다.
본 발명의 두 번째 형태를 전술한 캐리지 가이드 시스템을 포함하는 캐리지 시스템에 관한 것으로서, 특징적인 구성은 캐리지 가이드 시스템에 있고 나머지 구성은 일반적인 캐리지 시스템과 동일 또는 유사하게 구성하여 사용할 수 있다.
캐리지 가이드 시스템에 대해서는 이미 충분히 설명하였으므로 캐리지 시스템에 대한 추가적인 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하였으나 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 범위 안에서 다양한 형태로 구체화될 수 있다.
11 : 상부 전자석 유닛 12 : 하부 전자석 유닛
20 : 전동 액추에이터 G : 가이드
C : 캐리지

Claims (12)

  1. 자기 부상 타워 리프트의 캐리지 가이드 시스템에 있어서,
    상기 캐리지의 이동시 캐리지의 직선 방향과 회전 방향의 움직임을 제어하기 위하여 상기 캐리지의 상부에 설치되는 한 쌍의 상부 전자석 유닛과 상기 캐리지의 하부에 한 쌍이 설치되는 한 쌍의 하부 전자석 유닛;
    상기 상부 전자석 유닛과 하부 전자석 유닛 사이의 거리를 조절하기 위한 거리 조절수단;
    상기 캐리지의 이동 속도에 따라 상기 거리 조절수단을 이용하여 상기 상부 전자석 유닛과 하부 전자석 유닛 사이의 거리를 제어하는 제어부; 를 포함하는 캐리지 가이드 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 거리 조절수단은 전동 액추에이터를 포함하는 캐리지 가이드 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 거리 조절수단은 모터와 상기 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 변환수단을 포함하는 캐리지 가이드 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 변환수단은 랙과 피니언인 캐리지 가이드 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    감속기를 더 포함하는 캐리지 가이드 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 상부 전자석 유닛과 하부 전자석 유닛의 이동을 안내하기 위한 가이드를 더 포함하는 캐리지 가이드 시스템.
  7. 청구항 제1항의 캐리지 가이드 시스템을 포함하는 캐리지 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 거리 조절수단은 전동 액추에이터를 포함하는 캐리지 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 거리 조절수단은 모터와 상기 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 변환수단을 포함하는 캐리지 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 변환수단은 랙과 피니언인 캐리지 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    감속기를 더 포함하는 캐리지 시스템.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 상부 전자석 유닛과 하부 전자석 유닛의 이동을 안내하기 위한 가이드를 더 포함하는 캐리지 시스템.
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