KR20120004865A - 스프링을 갖는 자기부상 이송 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템은 일 방향으로 이어지며 설치된 궤도, 및 상기 궤도와 대향하는 차량측 전자석이 설치된 복수 개의 보기 프레임과 상기 보기 프레임 상에 설치된 대차 상판, 및 상기 보기 프레임들과 상기 대차 상판 사이에 설치된 완충 스프링을 포함하며, 상기 궤도 상에 설치되며 상기 궤도에 대하여 부상하여 이동하는 대차를 포함한다.

Description

스프링을 갖는 자기부상 이송 시스템{MAGNETIC LEVITATION CONVEYANCE SYSTEM HAVING SPRING}
본 발명은 자기부상 이송 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 완충 구조를 개선한 자기부상 이송 시스템에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼, PDP 패널, 또는 LCD 패널의 운반에 사용되던 종래의 자동화용 운반시스템은 벨트 컨베이어나 롤러 컨베이어 진동 컨베이어 등 주로 컨베이어 시스템을 활용하였다. 이러한 시스템은 전기 모터에 의해 회전력을 얻고 중간에 감속 시스템을 적용하여 회전 운동을 직선운동으로 변환하여 원자재 및 제품을 이송한다.
그러나 이러한 기존 시스템은 구성 기기들의 메커니즘 상 속도 증가 및 조절에 한계가 있고 기계장치들의 적용에 따라 구성품이 바뀌는 부분마다 마찰이 발생하므로 소음과 진동, 분진 발생이 필연적일 수 밖에 없다. 이러한 소음과 진동, 분진의 감소와 마모에 의한 고장을 예방하기 위해서는 수시로 해당 구성품의 점검과 부품교체, 수리 등을 주기적으로 수행해야만 하며, 유지 보수비의 증가로 이어질 수 밖에 없다. 특히 제품을 적재한 상태에서 분기를 수행하면 제품이 회전하거나 교차되며 마찰에 의해 제품에 흠집 등이 발생할 수 있다.
자기부상 추진은 전기 자기력을 이용하여, 궤도로부터 일정한 높이로 부상하여 추진하는 것을 말한다. 자기부상 반송장치는 궤도와 궤도 상에서 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. 초전도 방식은 전기 저항이 없고 강한 자력을 얻을 수 있으므로 고속 열차에 적용하고, 상전도 방식은 중속도의 중단거리용 열차에 적용하고 있다.
자기부상 이송 시스템을 구성하는 주요 힘 성분은 부상력, 추진력 그리고 안내력이며, 자기부상 전자석이 부상력과 안내력을 담당하고, 선형전동기가 추진력을 부담한다.
대형 자기부상 이송 시스템인 자기부상열차의 경우 타이빔을 이용하여 좌, 우측 보기 프레임을 독립적으로 제어한다. 반면, 소형 자기부상 이송 시스템인 경우에는 자기부상열차에서와 같이 타이빔을 적용하거나 단순한 강체 구조의 보기 상판 및 보기 프레임 결합 구조를 가지고 있다.
강체 구조로 자기부상 이송 시스템의 대차 구조를 구성하였을 경우, 전자석의 부상 동작이 다른 위치의 전자석의 동작 및 제어 성능에 영향을 미치므로 제어가 매우 까다로운 동적 특성을 갖게 되고, 안정된 부상 제어를 하기 어려워 제어계 고정의 주원인이 된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 안정적으로 자기부상 주행을 실행할 수 있는 자기부상 이송 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템은 일 방향으로 이어지며 설치된 궤도, 및 상기 궤도와 대향하는 차량측 부상 전자석이 설치된 복수 개의 보기 프레임과 상기 보기 프레임 상에 설치된 대차 상판, 및 상기 보기 프레임들과 상기 대차 상판 사이에 설치된 완충 스프링을 포함하며, 상기 궤도 상에 설치되며 상기 궤도에 대하여 부상하여 이동하는 대차를 포함한다.
상기 대차 상판을 관통하여 상기 보기 프레임 상에 삽입된 핀이 설치되고, 상기 완충 스프링의 내측에 상기 핀이 삽입될 수 있으며, 상기 핀은 상기 보기 프레임에 슬라이딩 가능하게 삽입 설치될 수 있다.
상기 보기 프레임들과 상기 대차 상판 사이에는 댐퍼가 설치될 수 있으며, 상기 댐퍼는 공압 댐퍼 또는 유압 댐퍼로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 궤도에는 상기 차량측 추진 전자석과 대향하는 부상용 강자성체판이 고정 설치될 수 있으며, 부상용 강자성체판에는 상기 차량측 추진 전자석을 향하여 돌출된 돌기가 형성될 수 있다.
또한, 상기 궤도는 상부에 형성된 거더와 거더의 아래에 배치되어 지면으로부터 거더을 지지하는 기둥을 포함하고, 상기 보기 프래임의 내측면에는 상기 거더의 측면과 맞닿는 가이드 롤러가 형성될 수 있다.
또한, 상기 궤도에는 추진용 강자성체판과 상기 추진용 강자성체판을 덮는 도체판이 고정 설치되고, 상기 보기 프레임에는 상기 도체판과 대향하는 차량측 부상 전자석이 설치될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템은 대차 상판과 보기 프레임들이 스프링에 의하여 지지되므로 각 보기 프레임의 부상 제어가 다른 보기 프레임에 영향을 미치지 않고 안정적으로 부상할 수 있다. 이에 따라 각 보기 프레임만 제어하면 충분하므로 제어가 단순해지고, 보기 프레임의 이동에 의한 진동이 대차 상판에 전달되지 않으므로 대차 상판에 적재된 화물을 안정적으로 이송할 수 있을 뿐만 아니라 승객의 승차감이 향상된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템을 폭방향으로 잘라 본 단면도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템을 폭방향으로 잘라 본 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상 반송장치를 폭방향으로 잘라 본 단면도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템(100)은 대차(110)와 대차(110)가 이동하는 궤도(120)를 포함한다.
본 실시예에 따른 대차(110)는 궤도(120) 상에 놓이거나 궤도(120)로부터 부상하여 추진한다. 궤도(120)는 일방향으로 길게 이어져 형성되며, 상부에 형성된 거더(122)와 거더(122)의 아래에 배치되어 지면으로부터 거더(122)을 지지하는 기둥(121)을 포함한다. 거더(122)의 하면에는 부상용 강자성체판(127)이 고정 설치되며, 부상용 강자성체판(127)의 양쪽 가장자리에는 아래로 돌출된 돌기가 형성된다. 돌기는 아래에서 상술하는 차량측 부상 전자석(114)의 코어(114a)에 형성된 돌기와 마주하도록 배치된다.
또한 거더(122)의 상면에는 추진용 강자성체판(171)이 설치되는 바, 추진용 강자성체판(171) 상에는 도체판(172)이 추진용 강자성체판(171)을 덮도록 설치된다. 이 때, 도체판(172)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다. 본 실시예와 같이 추진용 강자성체판(171)을 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 도체판(172)이 감싸고 있으면, 도체판(172)에 더욱 큰 와전류를 형성할 수 있으며, 이에 따라 더 큰 추진력이 발생하게 된다. 추진용 강자성체판(171)과 도체판(172)은 차량측 추진 전자석(160)과 대향 배치된다.
대차(110)는 대차 상판(150)과 대차 상판(150)의 아래에 배치된 보기 프레임(112)을 포함하며, 4개의 보기 프레임(112)이 대차 상판(150)의 아래에서 대차 상판을 지지한다. 보기 프레임(112)에는 마주하는 보기 프레임(112)을 향하여 돌출된 브라켓(113)이 설치되며, 브라켓(113)에는 차량측 부상 전자석(114)이 부상용 강자성체판(127)과 대향하도록 설치된다.
차량측 부상 전자석(114)은 코어(114a)와 코어(114a)의 외주를 감싸도록 설치된 코일(114b)을 포함한다. 코어(114a)는 홈을 사이에 두고 두 개의 돌기들이 이격 형성된 구조로 이루어지며 이 돌기들에 코일이 감겨진다. 차량측 부상 전자석(114)은 부상용 강자성체판(127)와 마주하여 차량측 부상 전자석(114)이 부상용 강자성체판(127)를 끌어당겨서 부상력이 발생한다. 본 실시예에서는 자기부상 이송 시스템(100)이 흡인식으로 이루어진 것으로 예시하고 있지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 차량측 부상 전자석(114)이 위에 위치하고, 부상용 강자성체판(127)이 아래에 위치하여 반발식으로 이루어질 수도 있다.
보기 프레임(112)의 상부에는 마주하는 보기 프레임(112)을 향하여 돌출된 돌기(112a)가 형성되며 이 돌기의 하면에 차량측 추진 전자석(160)이 고정 설치된다.
차량측 추진 전자석(160)에는 복수 개의 돌기(165)가 궤도(120)의 길이 방향으로 이격 형성되고 이 돌기(163) 사이의 홈에는 코일(165)이 삽입 설치된다. 코일(165)은 3개가 설치되며 3개의 코일들(165)이 서로 번갈아 홈에 삽입되어, 사행 형상을 이룬다. 차량측 추진 전자석(160)는 도체판(172)과 마주하도록 설치되므로 차량측 추진 전자석(160)가 이동할 때, 시간적 공간적으로 이동하는 자속이 발생하여 도체판(172)에 와전류가 발생한다. 이 와전류와 공극 자속이 로렌츠의 힘 방정식으로 표현되는 상호 작용에 의하여 추진력이 발생한다. 본 실시예와 같이 선형 유도 전동기를 적용하면 궤도의 상면에 궤도 상에 평판 형태의 도체판을 설치할 수 있으며 이에 따라 궤도의 설계가 자유로워 진다. 또한 교류기와 같은 제어가 가능하며 대출력 대기동력 발생이 용이하고 유지보수가 간편하다.
한편, 보기 프레임(112)의 내측면에는 거더(122)의 측면과 맞닿는 가이드 롤러(118)가 설치된다. 가이드 롤러(118)는 대차(110)를 지지하여 대차(110)가 횡방향으로 흔들리는 것을 방지한다.
대차 상판(150)에는 대차(110)의 부상이 중단될 때, 부상용 강자성체판(127)과 맞닿는 보조 차륜(130)이 설치된다. 또한, 보기 프레임(112)과 대차 상판(150) 사이에는 복수 개의 스프링(125)이 설치된다.
스프링들(125)은 일정한 간격으로 이격 배치된다. 스프링(125)에는 핀(126)이 삽입되는데, 핀은 대차 상판(150)을 관통하여 보기 프레임(112)에 형성된 홈에 삽입된다. 핀(126)은 보기 프레임(112)에 슬라이딩 가능하도록 설치되며, 스프링(125)의 형태를 지지한다.
4개의 보기 프레임(112) 중 어느 하나의 보기 프레임(112)이 상하 방향으로 이동할 경우, 스프링(125)이 대차 상판(150)의 움직임을 완화시키므로 다른 보기 프레임(112)에 가해지는 영향을 최소화할 수 있다. 이에 따라 각 보기 프레임(112)의 부상을 개별적으로 제어하는 것으로 전체적인 대차(110)의 부상을 제어할 수 있다.
또한, 스프링(125)이 보기 프레임(112)의 움직임에 대한 완충 작용을 하므로 대차 상판(150)에 설치된 화물이나 승객에게 작용하는 충격을 완화시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템을 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템(101)은 대차 상판(150)과 보기 프레임(112) 사이에 댐퍼(129)가 설치된 것을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 자기부상 이송 시스템과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
대차 상판(150)과 보기 프레임(112) 사이에는 스프링(125)과 댐퍼(129)가 설치된다. 댐퍼(129)는 공압 댐퍼 또는 유압 댐퍼로 이루어지며 보기 프레임(112)에서 대차 상판(150)으로 전달되는 진동을 감쇠시키는 역할을 한다. 본 실시예와 같이 대차 상판(150)과 보기 프레임(112)이 스프링(125)과 댐퍼(129)에 의하여 연결되면 보기 프레임(112)의 움직임을 개별적으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 보기 프레임(112)의 움직임에 따른 진동이 대차 상판으로 전달되는 것을 최소화할 수 있다.
특히 반도체 웨이퍼, LCD 패널, PDP 패널은 외부의 충격에 매우 취약한 바, 본 실시예와 같이 스프링과 댐퍼를 함께 설치하면 대차 상판에 적재된 화물을 안전하게 보호할 수 있다.
댐퍼(129)를 설치하면 큰 충격을 완충하는 역할을 할 수는 있으나, 보기 프레임(112)의 미세한 이동에 대응하기는 어렵다. 즉, 댐퍼(129)만 설치한 경우에는 어느 하나의 보기 프레임(112)의 이동으로 대차 상판(150)이 움직이게 되고, 이에 따라 다른 보기 프레임(112)도 움직이므로 각 보기 프레임들(112)의 부상 간격이 변하게 된다. 이에 따라 각 보기 프레임(112)의 움직임에 연계하여 부상 간격을 제어하여야만 정확한 부상 제어가 가능하다. 그러나 스프링(125)과 댐퍼(129)를 함께 설치하면, 스프링(125)의 가압력으로 대차 상판(150)이 지지되므로 어느 하나의 보기 프레임(112)이 미세하게 이동할 경우, 대차 상판(150)이 움직이지 아니한다. 따라서 각 보기 프레임(112)의 움직임만 제어하면 정확한 부상 제어가 가능할 뿐만 아니라, 댐퍼(129)가 충격을 완충하므로 충격에 약한 화물을 안정적으로 보호할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100, 101: 자기부상 이송 시스템 110: 대차
112: 보기 프레임 113: 브라켓
114: 차량측 부상 전자석 114a: 코어
114b: 코일 118: 가이드 롤러
120: 궤도 121: 기둥
122: 거더 123: 부상용 강자성체판
123a: 돌기 125: 스프링
126: 핀 129: 댐퍼
130: 보조 차륜 150: 대차 상판
160: 차량측 추진 전자석 171: 추진용 강자성체판
172: 도체판

Claims (9)

  1. 일 방향으로 이어지며 설치된 궤도; 및
    상기 궤도와 대향하는 차량측 부상 전자석이 설치된 복수 개의 보기 프레임과 상기 보기 프레임 상에 설치된 대차 상판, 및 상기 보기 프레임들과 상기 대차 상판 사이에 설치된 완충 스프링을 포함하며, 상기 궤도 상에 설치되며 상기 궤도에 대하여 부상하여 이동하는 대차;
    를 포함하는 자기부상 이송 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 대차 상판과 맞닿아 상기 보기 프레임 상에 삽입된 핀이 설치되고, 상기 완충 스프링의 내측에 상기 핀이 삽입된 자기부상 이송 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 핀은 상기 보기 프레임에 슬라이딩 가능하게 삽입 설치된 자기부상 이송 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 보기 프레임들과 상기 대차 상판 사이에는 댐퍼가 설치된 자기부상 이송 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 댐퍼는 공압 댐퍼 또는 유압 댐퍼로 이루어진 자기부상 이송 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 궤도에는 상기 차량측 추진 전자석과 대향하는 부상용 강자성체판이 고정 설치된 자기부상 이송 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 부상용 강자성체판에는 상기 차량측 추진 전자석을 향하여 돌출된 돌기가 형성된 자기부상 이송 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 궤도는 상부에 형성된 거더와 거더의 아래에 배치되어 지면으로부터 거더을 지지하는 기둥을 포함하고, 상기 보기 프래임의 내측면에는 상기 거더의 측면과 맞닿는 가이드 롤러가 형성된 자기부상 이송 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 궤도에는 추진용 강자성체판과 상기 추진용 강자성체판을 덮는 도체판이 고정 설치되고,
    상기 보기 프레임에는 상기 도체판과 대향하는 차량측 추진 전자석이 설치된 자기부상 이송 시스템.

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