KR20130138976A - 에너지 포집 기능을 가지는 코일 와전류 감쇠기 및 이를 구비한 모션 스테이지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단하고 경제적이면서도 마그넷 트랙을 효율적으로 감쇠할 수 있으며, 진동 감쇠시 발생되는 유도전류를 에너지로 저장할 수 있는 코일 와전류 감쇠기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 코일 와전류 감쇠기는 전자석을 포함하는 이동자와, N극과 S극이 교번적으로 배치되어 있으며 이동자와의 사이에 전자기력을 형성하여 이동자를 직선으로 이동시키되 이동자의 이동시 발생되는 반발력에 의해 이동자의 이동방향의 반대 방향으로 직선 이동되는 마그넷 트랙을 포함하는 리니어 모터의 진동을 절감하기 위한 것으로, 전도성 소재로 이루어지며, 마그넷 트랙의 이동방향 상에 배치되는 코일과, 코일과 전기적으로 연결되며, 코일에 발생되는 유도전류를 에너지로 저장하는 에너지 저장부를 포함한다.

Description

에너지 포집 기능을 가지는 코일 와전류 감쇠기 및 이를 구비한 모션 스테이지{Coil eddy current damper with the function of harvesting energy and motion stage having the same}

본 발명은 코일 와전류 감쇠기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 리니어 모터에 구비된 마그넷 트랙의 진동을 감쇠하는 코일 와전류 감쇠기 및 이를 구비한 모션 스테이지에 관한 것이다.

리니어 모터는 원형 모터의 회전 구동력을 직선운동으로 변형한 것으로, 이와 같은 리니어 모터를 이용한 이송시스템, 즉 모션 스테이지는 반도체 장비 등 다양한 분야에 많이 적용되고 있으며, 그 일례로 공개특허 10-2004-0002460호 등이 공개된바 있다.

이와 같은 모션 스테이지는, 전자석을 포함하는 이동자와, N극과 S극이 교번적으로 일렬로 배치되어 있으며 이동자와의 사이에 전자기력을 발생시켜 이동자를 직선이동시키는 마그넷 트랙으로 구성된다.

이와 같이 구성된 모션 스테이지에 있어서, 이동자가 일방향으로 직선 이동될 때 반발력(즉, 반작용의 힘)에 의해 마그넷 트랙은 이동자의 반대방향으로 이동하게 된다. 이때, 마그넷 트랙을 원위치로 이동시키기 위하여 마그넷 트랙에는 탄성체(스프링)이 연결되어 있다.

한편, 상기한 이동자와의 반발력 및 마그넷 트랙에 연결된 탄성체의 의해, 이동자의 이동시 마그넷 트랙은 진동을 하게 되는데, 이러한 진동을 감쇠하기 위한 수단이 모션 스테이지에 마련되어 있다.

종래의 경우, 마그넷 트랙의 하방에 도체판을 설치하여 감쇠를 부가하거나, 능동코일을 설치하여 마그넷 트랙을 감쇠하였다. 하지만, 도체판만을 설치한 경우에는 감쇠력이나 감쇠구간을 조절하는 것이 어렵다는 문제점이 있다. 그리고, 능동 코일을 사용하는 경우에는 추가적인 드라이버 및 모션 제어 시스템을 설치하여야하므로, 장치의 구조가 복잡해지고 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

따라서, 간단하고 경제적이면서도 마그넷 트랙을 효율적으로 감쇠할 수 있는 장치의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 간단하고 경제적이면서도 마그넷 트랙의 진동을 효율적으로 감쇠할 수 있으며, 진동 감쇠시 소산되는 에너지를 포집할 수 있는 코일 와전류 감쇠기 및 이를 구비한 모션 스테이지를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 코일 와전류 감쇠기는 전자석을 포함하는 이동자와, N극과 S극이 교번적으로 배치되어 있으며 상기 이동자와의 사이에 전자기력을 형성하여 상기 이동자를 직선으로 이동시키되 상기 이동자의 이동시 발생되는 반발력에 의해 상기 이동자의 이동방향의 반대 방향으로 직선 이동되는 마그넷 트랙을 포함하는 리니어 모터의 진동을 절감하기 위한 것으로, 전도성 소재로 이루어지며, 상기 마그넷 트랙의 이동방향 상에 배치되는 코일과, 상기 코일과 전기적으로 연결되며, 상기 코일에 발생되는 유도전류를 에너지로 저장하는 에너지 저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 코일의 양단부에 연결되며, 상기 코일에 유도전류가 흐를 수 있는 폐쇄상태와, 상기 코일에 유도전류가 흐르지 못하는 개방상태 사이에서 스위칭되는 스위치를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 모션 스테이지는 전자석을 포함하는 이동자와, N극과 S극이 교번적으로 배치되어 있으며 상기 이동자와의 사이에 전자기력을 형성하여 상기 이동자를 직선으로 이동시키되 상기 이동자의 이동시 발생되는 반발력에 의해 상기 이동자의 이동방향의 반대 방향으로 직선 이동되는 마그넷 트랙과, 상기 마그넷 트랙의 진동을 감쇠하기 위한 감쇠기를 포함하며, 상기 감쇠기는, 전도성 소재로 이루어지며, 상기 마그넷 트랙의 이동방향 상에 배치되는 코일과, 상기 코일과 전기적으로 연결되며, 상기 코일에 발생되는 유도전류를 에너지로 저장하는 에너지 저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 코일의 양단부에 연결되며, 상기 코일에 유도전류가 흐를 수 있는 폐쇄상태와, 상기 코일에 유도전류가 흐르지 못하는 개방상태 사이에서 스위칭되는 스위치를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 마그넷 트랙의 진동을 감쇠할 때 발생되는 유도전류를 전기 에너지로 저장할 수 있다. 또한, 코일 와전류 감쇠기의 구성 자체가 매우 간단하고, 추가적인 드라이버나 앰프 등의 부착 없이 단순 스위칭 동작으로만 감쇠의 여부를 조절할 수 있으므로, 비용절감과 생산효율이 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 와전류 감쇠기가 설치된 모션 스테이지의 개략적인 사시도이다.
도 2는 모션 스테이지의 정면도이다.
도 3은 마스넷 트랙이 감쇠되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코일 와전류 감쇠기에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 와전류 감쇠기가 설치된 모션 스테이지의 개략적인 사시도이며, 도 2는 모션 스테이지의 정면도이며, 도 3은 마스넷 트랙이 감쇠되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 먼저 본 실시예에 따른 코일 와전류 감쇠기(100)는 모션 스테이지(100)의 마그넷 트랙(20)을 감쇠하기 위한 것이다.

모션 스테이지(100)는 리니어 모터를 구동원으로 하여 직선이동되는 이송시스템을 의미한다. 이 모션 스테이지는 리니어 모터를 구비한다.

리니어 모터는 이동자(10)와 마그넷 트랙(20)으로 구성된다. 이동자(10)는 코어와 이 코어 둘레에 감겨진 코일을 포함하며, 전자석의 구조로 이루어진다. 마그넷 트랙(20)은 복수의 N극과 S극이 교번적으로 일렬로 배치된 구조를 가지며, 이동자의 하측(또는, 상측)에 배치된다. 이와 같이 구성된 리니어 모터에 있어서, 이동자의 코일에 전류가 인가되면, 이동자(10)와 마그넷 트랙(20) 사이에 전자기력이 발생되고, 이에 따라 이동자가 직선 이동된다.

한편, 이동자(10)에는 이동테이블(30)이 결합된다. 이동테이블(30)의 양측 단부는 베이스(1)에 설치된 가이드 레일(40)에 지지되며, 이동자(10)의 이동시 이동테이블(30)은 이동자와 함께 가이드 레일(40)을 따라 직선이동된다.

마그넷 트랙(20)은 이동자(10)의 하측에 배치된다. 마그넷 트랙은 이송 레일(50)에 결합되어, 이송 레일(50)을 따라 직선이동가능하다. 또한, 마그넷 트랙에는 탄성체(스프링)(도면 미도시)이 결합되어 있으며, 이 탄성체는 마그넷 트랙(20)의 이동시 마그넷 트랙이 기준위치(즉, 최초의 위치)로 복원되도록 탄성바이어스 시킨다.

이와 같이 구성된 모션 스테이지(100)에 있어서, 이동자의 코일에 전류가 인가되면, 이동자와 마그넷 트랙 사이에 전자기력이 발생되고, 이에 따라 이동자(10)가 직선이동하면서 이동테이블(30)이 이동된다. 그리고, 이동자와의 사이에 발생되는 반발력에 의해 마그넷 트랙(20)은 이동자와 반대 방향으로 직선이동되는데, 마그넷 트랙(20)에 결합된 탄성체가 마그넷 트랙에 복원력을 인가하므로, 마그넷 트랙은 진동하게 된다.

한편, 본 실시예에 따른 모션 스테이지(100)는 마그넷 트랙의 진동을 감쇠하기 위한 코일 와전류 감쇠기(200)를 더 구비한다.

코일 와전류 감쇠기(200)는 코일(210)과, 스위치(220)와, 에너지 저장부(230)와, 제어부로 구성된다.

코일(210)은 전류가 흐를 수 있는 전도성 소재로 이루어지며, 도 1에 도시된 바와 같이 마그넷 트랙(20)의 이동방향 상에 배치된다. 그리고, 마그넷 트랙이 영구자석으로 형성되는바, 마그넷 트랙에 의해 자기장이 형성되는데, 이때 마그넷 트랙이 진동함에 따라 코일(210) 내부를 통과하는 자기력선의 수가 변경되게 된다.

스위치(220)는 코일(210)의 양단부에 전기적으로 연결되며, 코일(210)과 함께 하나의 회로(circuit)를 구성한다. 그리고, 스위치(220)는 코일에 유도전류가 흐를 수 있는 폐쇄상태와, 코일에 유도전류가 흐르지 못하는 개방상태(open circuit) 사이에서 스위칭 된다.

즉, 도 3의 (A)에 도시된 상태와 같이 스위치(220)가 닫힌 상태, 즉 폐쇄상태에서는 폐회로(closed circuit)가 완성된다. 그리고, 이 상태에서는 코일의 내부를 통과하는 자기력선의 수가 변화되면, 코일에 유도전류(I)가 발생하여 흐르게 된다. 그리고, 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이 스위치(220)가 개방된 상태, 즉 개방상태에서는 개회로(open circuit)가 된다. 따라서, 코일(210) 내부를 통과하는 자기력선의 수가 변화되더라도 코일에는 유도전류가 발생되지 않는다.

에너지 저장부(230)는 코일(210)과 전기적으로 연결되며, 코일(210)에 발생되는 유도전류는 에너지 저장부에 전기 에너지 형태로 저장된다. 그리고, 이와 같은 에너지 저장부는 배터리와, 콘덴서(capacitor), 저항기(resistor) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

제어부(도면 미도시)는 스위치를 폐쇄상태와 개방상태 사이에서 스위칭하기 위한 것이다. 본 실시예의 경우, 제어부는 마그넷 트랙의 변위 데이터, 속도 데이터 및 가속도 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 수신한다. 이와 관련해서는, 일반적으로 모션 스테이지에는 마그넷 트랙의 변위 데이터, 속도 데이터 및 가속도 데이터를 측정 또는 산출하는 감지부가 마련되어 있으며, 이로부터 상기 데이터를 수신한다. 그리고, 수신된 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 기초로 하여 스위치를 제어한다. 이와 같은 제어부의 구성으로는, PLC(Programmable Logic Controller) 등이 이용가능하다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 모션 스테이지에서 마그넷 트랙의 진동을 감쇠하는 과정에 관하여 설명한다.

먼저, 이동자(10)가 이동하면 그 반발력에 의해 마그넷 트랙(20)이 진동하게 되며, 이에 따라 코일(210)을 통과하는 자기력선의 수가 변화하게 된다. 이때, 도 2의 (A)와 같이 스위치(220)가 폐쇄상태에 있으면, 코일(210)에 유도전류가 발생하게 되고, 이에 따라 마그넷 트랙(20)의 진동이 감쇠된다. 그리고, 이때 발생되는 유도전류는 에너지 저장부에 전기 에너지로 저장된다.

한편, 도 2의 (B)와 같이 스위치(220)가 개방상태에 있으면, 마그넷 트랙(20)이 진동하더라도 코일(210)에 유도전류가 발생되지 않으며, 따라서 마그넷 트랙도 감쇠되지 않는다.

그리고, 제어부에서는 마그넷 트랙의 변위 데이터, 속도 데이터 및 가속도 데이터를 기초로 판단하여, 마그넷 트랙의 진동이 과도한 수준이라고 판단될 때에는 스위치(220)를 폐쇄상태로 스위칭하여 마그넷 트랙(20)의 진동을 감쇄시킨다. 그리고, 마그넷 트랙의 진동이 과도한 수준이 아닌 경우에는 스위치(220)를 개방상태로 하여, 이에 따라 마그넷 트랙의 진동은 감쇠되지 않는다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면 마그넷 트랙의 진동 감쇠시 발생되는 유도전류를 전기 에너지로 저장할 수 있으며, 이와 같이 저장된 에너지는 추후 재활용 할 수 있다. 이때, 저장된 에너지의 재활용 형태는 저장되는 에너지의 크기에 따라 변경될 수 있는데, 예를 들어 모션 스테이지의 주변기기(예를 들어, 각종 센서)로 공급될 수 있다.

그리고, 마그넷 트랙의 진동을 선택적으로(즉, 필요할 때에만) 감쇠할 수 있다. 또한, 코일 와전류 감쇠기의 구성 자체가 매우 간단하고, 추가적인 드라이버나 앰프 등의 부착 없이 단순 스위칭 동작으로만 감쇠의 여부를 조절할 수 있으므로, 비용절감과 생산효율이 향상된다.

한편, 본 실시예에서는 스위치에 의해 마그넷 트랙의 진동을 선택적으로 감쇠할 수 있도록 발명이 구성되었으나, 스위치 없이 에너지 저장부와 코일이 폐회로를 구성함으로써 마그넷 트랙의 진동을 항상 감쇠할 수 있도록 발명을 구성할 수도 있다.

또한, 앞서 설명한 실시예에서는 코일 와전류 감쇠기가 모션 스테이지의 마그넷 트랙의 진동을 감쇠하는 것으로 설명하였으나, 본 발명에 따른 코일 와전류 감쇠기의 적용 범위는 모션 스테이지에 제한되는 것은 아니며, 자성을 가지는 모든 대상체의 진동을 선택적으로 감쇠하는데 이용될 수 있다.

즉, 자성을 가지는 대상체(모션 스테이지에서 마그넷 트랙에 해당함)가 진동을 하는 경우, 코일 내부를 흐르는 자기장이 변화되므로, 이 대상체의 진동을 감쇠하고자 하는 경우에는 스위치를 폐쇄하고, 대상체의 진동을 감쇠하지 않는 경우에는 스위치를 개방함으로써, 필요한 경우에만 대상체의 진동을 선택적으로 감쇠할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100...모션 스테이지 10...이동자
20...마그넷 트랙 30...이동테이블
40...가이드 레일 50...이송 레일
200...코일 와전류 감쇠기 210...코일
220...스위치 230...에너지 저장부

Claims (4)

1. 전자석을 포함하는 이동자와, N극과 S극이 교번적으로 배치되어 있으며 상기 이동자와의 사이에 전자기력을 형성하여 상기 이동자를 직선으로 이동시키되 상기 이동자의 이동시 발생되는 반발력에 의해 상기 이동자의 이동방향의 반대 방향으로 직선 이동되는 마그넷 트랙을 포함하는 리니어 모터의 진동을 절감하기 위한 것으로,
   전도성 소재로 이루어지며, 상기 마그넷 트랙의 이동방향 상에 배치되는 코일과,
   상기 코일과 전기적으로 연결되며, 상기 코일에 발생되는 유도전류를 에너지로 저장하는 에너지 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 코일 와전류 감쇠기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 코일의 양단부에 연결되며, 상기 코일에 유도전류가 흐를 수 있는 폐쇄상태와, 상기 코일에 유도전류가 흐르지 못하는 개방상태 사이에서 스위칭되는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코일 와전류 감쇠기.
3. 전자석을 포함하는 이동자와,
   N극과 S극이 교번적으로 배치되어 있으며 상기 이동자와의 사이에 전자기력을 형성하여 상기 이동자를 직선으로 이동시키되 상기 이동자의 이동시 발생되는 반발력에 의해 상기 이동자의 이동방향의 반대 방향으로 직선 이동되는 마그넷 트랙과,
   상기 마그넷 트랙의 진동을 감쇠하기 위한 감쇠기를 포함하며,
   상기 감쇠기는,
   전도성 소재로 이루어지며, 상기 마그넷 트랙의 이동방향 상에 배치되는 코일과,
   상기 코일과 전기적으로 연결되며, 상기 코일에 발생되는 유도전류를 에너지로 저장하는 에너지 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모션 스테이지.
4. 제3항에 있어서,
   상기 코일의 양단부에 연결되며, 상기 코일에 유도전류가 흐를 수 있는 폐쇄상태와, 상기 코일에 유도전류가 흐르지 못하는 개방상태 사이에서 스위칭되는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모션 스테이지.

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