KR20110036445A

KR20110036445A - 자기부상 반송 장치

Info

Publication number: KR20110036445A
Application number: KR1020090094114A
Authority: KR
Inventors: 한형석; 이종민; 조한욱; 김봉섭; 노규석; 김동성
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2011-04-07
Also published as: KR101101917B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 반송 장치는 전력의 소모를 감소시킬 수 있도록 지상에 고정된 궤도와 상기 궤도 상에 설치되며 상기 궤도에 대하여 부상하여 이동하는 대차와 상기 궤도의 하면에 부착된 지상측 전자석과 상기 대차에 고정되며 상기 지상측 전자석과 마주하도록 설치된 차량측 전자석을 포함하고, 상기 차량측 전자석은 코어와 상기 코어에 형성된 돌기와 돌기에 접하도록 배치된 영구 자석을 함께 감싸는 차량측 코일을 포함하며, 상기 지상측 전자석은 복수 개의 돌기를 갖는다.

반송, 영구자석, 분기부, 궤도, 자기부상

Description

자기부상 반송 장치{MAGNETIC LEVITATION CONVEYANCE DEVICE}

본 발명은 자기부상 반송 장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 리니어 모터를 이용하여 부상과 이송을 수행하는 반송 장치에 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.

자기 부상 추진은 전기 자기력을 이용하여, 궤도로부터 일정한 높이로 부상하여 추진하는 것을 말한다. 자기부상 반송 장치는 궤도와 궤도 상에서 비접촉으로 부상 및 추진하는 대차를 포함한다.

자기 부상 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.

반발식에는 같은 극의 영구자석 간에 작용하는 반발력을 이용하는 영구자석 반발식과, 차량에 부착된 자석의 운동으로 유도된 지상 코일의 유도전류에 의한 자장의 반발력으로 부상시키는 유도 반발식이 있으며, 일반적으로 반발식은 제어가 필요 없고, 흡인식은 정지 시와 저속에서도 전류량의 제어를 통한 부상이 가능하다는 장점이 있다.

특히, 차량에 초전도 자석을 사용하여 부상력을 얻는 유도 반발식은 하중의 변화에 민감하지 않으며 초고속에 적합한데, 초전도상태를 유지하기 위해서 극저온냉각기술이 요구되므로 고가의 설치비가 요구되는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자기부상 반송 장치에서 영구자석의 자력을 부상력으로 사용함으로써, 차체의 부상을 위한 전력 소비를 최소화 하고, 리니어 모터를 활용하여 추진함으로써 기존의 컨베이어 방식 반송장치가 갖는 마찰, 분진, 소음, 유지보수 측면에서의 단점을 보완하고 공장 자동화 운전 효율의 극대화 및 청정도를 향상시키는 데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 반송 장치는 지상에 고정된 궤도와 상기 궤도 상에 설치되며 상기 궤도에 대하여 부상하여 이동하는 대차와 상기 궤도의 하면에 부착된 지상측 전자석과 상기 대차에 고정되며 상기 지상측 전자석과 마주하도록 설치된 차량측 전자석을 포함하고, 상기 차량측 전자석은 코어와 상기 코어에 형성된 돌기와 돌기에 접하도록 배치된 영구 자석을 함께 감싸는 차량측 코일을 포함하며, 상기 지상측 전자석은 복수 개의 돌기를 갖는다.

상기 궤도 상에는 급전 코일이 설치되고, 상기 대차에는 상기 급전 케이블과 대향하여 픽업 코일이 내장된 픽업부가 설치될 수 있으며, 급전 케이블은 리쯔 케이블(litz cable)로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 픽업부에는 상기 급전 케이블이 삽입되는 홈이 형성될 수 있다.

상기 대차 프레임 상에는 대차 상판이 설치되고, 상기 대차 상판 상에는 적 재용 플레이트가 댐퍼 모듈을 매개로 설치될 수 있으며, 상기 댐퍼 모듈은 상기 대차 상판에 대하여 반대 방향으로 경사지게 설치된 두 개의 댐퍼로 이루어질 수 있다.

상기 궤도는 일 방향으로 이어진 궤도와 이와 다른 방향으로 이어진 궤도 사이에 설치되며, 회동에 따라 일 방향으로 이어진 궤도 또는 다른 방향으로 이어진 궤도와 연결되는 분기부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 분기부는 거더와 상기 거더를 지지하는 하부 기둥과 상기 하부 기둥을 회동시키는 구동부, 및 상기 하부 기둥에 삽입되는 돌기를 구비하여 상기 회부 기둥의 회동을 미세하게 제어하는 스토퍼를 포함할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 반송 장치는 차량측 전자석에 영구자석이 설치되어 부상력을 얻기 위한 전력의 소비를 감소시킬 수 있다.

또한, 컨베이어와 같은 반송시스템과 달리 선형 모터를 이용하여 대차의 이송을 수행하므로 인버터에 의한 속도의 가감속 및 정속운전이 가능하므로 제품 이송을 더욱 빠르게 할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 영구자석과 전자석을 이용한 하이브리드 방식의 자기부상력으로 대차를 부상시켜 이송하므로 마찰부위가 없어 소음, 진동, 분진 발생이 매우 적다. 또한, 대차단위로 독립적 운전이 가능하므로 대차 정지 시에 시스템 전체가 정지되는 구조가 아니므로 대차 단위의 반복적인 정지와 운전, 등의 동작이 가능하여 생산성이 향상된다.

턴 테이블 방식의 분기부가 적용되므로 분기 시에 제품의 진행 방향을 항상 일괸되게 할 수 있어 제품을 회전시키는 장치가 필요 없으며, 제품이 대차 위에서 대차와 함께 회전하므로 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

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 일 실시예에 따른 자기부상 반송 장치를 폭방향으로 잘라 본 단면도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 반송 장치를 도시한 평면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 자기부상 반송 장치(100)는 대차(110)와 대차(110)가 이동하는 궤도(120), 및 대차의 위에 설치된 적재용 플레이트(130)를 포함한다.

본 실시예에 따른 대차(110)는 궤도(120) 상에 놓이거나 궤도(120)로부터 부상하여 추진한다.

궤도(120)는 일방향으로 길게 이어져 형성되며, 상면에 형성된 거더(123)와 거더(123)의 아래에 배치되어 지면으로부터 거더(123)을 지지하는 기둥(121)을 포 함한다. 거더(123)의 측단에는 브라켓(127)이 설치되며, 브라켓(127)의 아래에 지상측 전자석(180)이 배치된다.

대차(110)는 상부에 배치되어 적재용 플레이트(130)를 지지하는 대차 상판(116)과 대차 상판(116)의 아래에 배치된 대차 프레임(112)을 포함하며, 대차 프레임(112)은 상부 돌기(112a)와 지상을 향하여 수직으로 이어진 수직판(112b)과 수진판(112b)의 하단에서 안쪽으로 돌출된 하부 돌기(112c)를 포함한다. 상부 돌기(112a)와 하부 돌기(112c)는 궤도의 중심을 향하여 돌출되어 평행하게 배치되며, 대차 프레임(112)은 대략 'ㄷ'자 형상으로 이루어진다.

대차 상판(116)에는 4 개의 대차 프레임(112)이 설치되어 대차 상판을 지지한다.

상부 돌기(112a)와 하부 돌기(112c) 사이에는 브라켓(127)이 삽입되도록 대차(110)는 거더(123) 위에 설치된다. 이에 따라 브라켓(127)과 지상측 전자석(180)은 대차의 상부 돌기(112a)와 하부 돌기(112c) 사이에 배치된다. 하부 돌기(112c)의 위에는 차량측 전자석(140)이 설치되는 바, 지상측 전자석(180)과 차량측 전자석(140)은 서로 마주하게 배치된다.

본 실시예에서는 지상측 전자석(180)이 위에 설치되고, 차량측 전자석(140)이 아래에 설치되어 지상측 전자석과 차량측 전자석이 상호 끌어 당겨 부상한다. 다만, 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 실시예에 따른 자기부상 반송 장치는 반발식으로 이루어질 수도 있다.

지상측 전자석(180)은 궤도(120)의 길이 방향으로 이어져 형성되며, 코 어(181)와 코어(181)를 감싸는 지상측 코일(182)을 포함한다. 지상측 전자석(180)의 코어(181)에서 차량측 전자석(140)을 향하는 면에는 복수 개의 돌기(181a)가 형성된다. 또한, 지상측 전자석(180)의 돌기(181a) 사이의 홈에는 돌기(181a)를 감싸는 지상측 코일(182)이 설치된다.

차량측 전자석들(140)은 하부 돌기(112c)의 상면에 설치되는데, 코어(141)와 코어(141)의 외주를 감싸도록 설치된 차량측 코일(145)을 포함한다. 코어(141)는 하부 돌기(112c) 위에 설치된 복수 개의 강판들이 적층된 구조로 이루어진다.

코어(141)는 홈(141b)을 사이에 두고 복수 개의 돌기(141a)들이 이격 형성된 구조로 이루어지며 이 돌기들(141a) 위에 영구자석(143)이 설치된다. 이때, 일측 돌기(141a)에 설치된 영구자석(143)과 이와 이웃하는 돌기(141a)에 설치된 영구자석(143)의 자화방향은 반대가 되도록 설치된다. 차량측 코일(145)은 돌기(141a)와 영구자석(143)을 함께 감싸도록 설치된다. 코어(141)와 영구자석(143)에 차량측 코일(145)이 감겨지므로 전자석의 자력에 영구자석의 자력이 더하여져 전력 소비를 감소시킬 수 있다. 자기부상 반송 장치에서 전력의 소비량은 매우 중요한 바, 이는 비접촉으로 반송 대차가 운전하므로 급전 또한 유도 방식의 비접촉으로 행해지기 때문이다. 유도 방식의 급전은 직접적인 전력 공급과 달리 전력의 소모가 많은 바, 본 실시예에 따르면 전력의 소모를 최소화할 수 있다.

또한, 지상측 전자석(180)은 돌출된 부분으로 집중된 자력이 인접한 차량측 전자석(140)을 끌어 당기는 바, 이에 따라 흡인력과 추진력이 발생한다. 한편, 상부 돌기(112a)의 아래에는 대차(110)의 부상이 중단될 때, 브라켓(127)과 맞닿는 보조 차륜(190)이 설치된다.

거더(123)의 중앙부분에는 두 개의 급전 케이블(126)이 궤도의 길이 방향을 따라 이어져 형성되고, 대차 상판(116)의 하면 중앙에는 급전 케이블(126)로부터 전력을 공급받는 픽업부(114)가 고정 설치된다. 급전 케이블(126)은 리쯔 케이블로 이루어지며, 급전 케이블(126)로는 고주파 교류 전류가 흐른다. 본 실시예와 같이 급전 케이블(126)이 리쯔 케이블로 이루어지면 표면 효과를 감소시켜서 전력이 낭비되는 것을 방지할 수 있다.

픽업부(114)는 대차 상판(116)의 중심에 배치되며, 픽업부(114)에는 급전 케이블(126)이 부분적으로 삽입될 수 있도록 홈이 형성되는 바, 픽업부(114) 내에는 급전 케이블(126)에 의하여 발생한 유도 전류를 얻는 픽업 코일이 설치된다. 픽업 코일에 저장된 전류는 차량측 코일(145)로 전달된다. 이와 같이 픽업부(114)에 홈이 형성되면 픽업 코일과 급전 케이블이 더욱 밀착되어 더욱 효율적으로 전력을 전달할 수 있다.

이에 따라 대차(110)는 전기적인 연결 없이도 부상 및 이동을 추진할 수 있다. 한편, 대차 상판의 위에는 적재용 플레이트(130)가 댐퍼 모듈(150)을 매개로 설치되는 바, 댐퍼 모듈(150)은 대차 상판(116)의 위에 4개가 설치된다. 댐퍼 모듈(150)은 대차 상판(116)에 대하여 반대 방향으로 경사지게 설치된 두 개의 댐퍼로 이루어지는 바, 이에 따라 한 쌍의 댐퍼는 대략 'V'자 형태로 배치되다. 이 때, 댐퍼는 유압 댐퍼로 이루어질 수 있다.

이와 같이 댐퍼들이 반대 방향으로 경사지게 배치되면 운반 플레이트의 측방 향으로 작용하는 진동 및 충격을 충분히 견딜 수 있다. 반도체 웨이퍼, LCD 패털, PDP 패널은 외부의 충격에 매우 취약한 바, 본 실시예와 같이 댐퍼 모듈(150)을 설치하면 적재용 플레이트(130)에 적재된 화물을 안전하게 보호할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도의 분기를 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도의 분기부를 나타낸 개략적인 종단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 일측 궤도(120)로 진행하던 대차가 방향전환이 필요한 분기부(160)로 진입하면, 분기부(160)가 회전하여 다른 방향으로 이어진 궤도(120')와 연결된다. 이를 위하여 분기부(160)는 거더(162)와 거더를 지지하는 하부 기둥(165)과 하부 기둥(165)을 회동시키는 구동부(161), 및 회동을 미세하게 제어하는 스토퍼(167)를 포함한다. 구동부(161)는 모터 등을 포함하며, 하부 기둥(165)과 연결되어 하부 기둥(165)을 회동시킨다. 스토퍼(167)는 하부 기둥(165)에 삽입되는 돌기를 갖는 바, 하부 기둥(165)이 설정된 위치로 회전되었을 때, 하부 기둥(165)에 삽입되어 하부 기둥(165)이 더 이상 회동하지 않도록 하는 역할을 한다. 한편, 하부 기둥(165)은 베어링(163)을 매개로 외장 케이스 내에 위치하여 자유롭게 회동할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 분기부(160)가 회동하면 대차(110)가 다른 방향을 향하는 궤도(120')로 진입하여 안정적으로 방향을 전환할 수 있다. 또한, 구동부(161)와 스토퍼(167)를 이용하여 분기부(160)를 정밀하게 회동시킬 수 있다. 또한, 제품의 진행방향과 궤도의 방향이 항상 같은 방향이 되도록 분기부가 방향전환되므로 방향 전환 시에 적재물이 움직이지 않아서 적재물이 손상되는 것을 방지할 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 반송 장치를 폭방향으로 잘라 본 단면도이다.

도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상 반송 장치를 도시한 평면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도의 분기를 도시한 평면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도의 분기부를 나타낸 개략적인 종단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 참조부호의 설명>

100: 자기부상 반송 장치 110: 대차

112: 대차 프레임 114: 픽업부

116: 대차 상판 120: 궤도

121: 기둥 123: 거더

126: 급전 케이블 127: 브라켓

130: 적재용 플레이트 140: 차량측 전자석

141: 코어 143: 영구자석

145: 차량측 코일 150: 댐퍼 모듈

160: 분기부 161: 구동부

162: 거더 163: 베어링

165: 하부 기둥 167: 스토퍼

180: 지상측 전자석 181: 코어

182: 지상측 코일 190: 보조 차륜

Claims

지상에 고정된 궤도;

상기 궤도 상에 설치되며 상기 궤도에 대하여 부상하여 이동하는 대차;

상기 궤도의 하면에 부착된 지상측 전자석;

상기 대차에 고정되며 상기 지상측 전자석과 마주하도록 설치된 차량측 전자석;

을 포함하고,

상기 차량측 전자석은 복수 개의 돌기와 상기 돌기에 접하도록 배치된 영구 자석을 포함하는 코어와; 상기 영구 자석과 상기 돌기를 함께 감싸는 차량측 코일;을 포함하며,

상기 지상측 전자석은 복수 개의 돌기를 갖는 자기부상 반송 장치.
제1 항에 있어서,

상기 궤도 상에는 급전 코일이 설치되고, 상기 대차에는 상기 급전 케이블과 대향하여 픽업 코일이 내장된 픽업부가 설치된 자기부상 반송 장치.
제2 항에 있어서,

상기 급전 케이블은 리쯔 케이블(litz cable)로 이루어진 자기부상 반송 장치.
제2 항에 있어서,

상기 픽업부에는 상기 급전 케이블이 삽입되는 홈이 형성된 자기부상 반송 장치.
제1 항에 있어서,

상기 대차 프레임 상에는 대차 상판이 설치되고, 상기 대차 상판 상에는 적재용 플레이트가 댐퍼 모듈을 매개로 설치된 자기부상 반송 장치.
제5 항에 있어서,

상기 댐퍼 모듈은 상기 대차 상판에 대하여 반대 방향으로 경사지게 설치된 두 개의 댐퍼로 이루어진 자기부상 반송 장치.
제1 항에 있어서,

상기 궤도는 일 방향으로 이어진 궤도와 이와 다른 방향으로 이어진 궤도 사이에 설치되며, 회동에 따라 일 방향으로 이어진 궤도 또는 다른 방향으로 이어진 궤도와 연결되는 분기부를 포함하는 자기부상 반송 장치.
제7 항에 있어서,

상기 분기부는 거더와 상기 거더의 아래에 배치되어 상기 거더를 지지하는 하부 기둥과 상기 하부 기둥을 회동시키는 구동부, 및 상기 하부 기둥의 회동을 제어할 수 있도록 상기 하부 기둥에 삽입되는 돌기를 구비하는 스토퍼를 포함하는 자기부상 반송 장치.