BE1026688B1

BE1026688B1 - Terminatie-eenheid

Info

Publication number: BE1026688B1
Application number: BE20185681A
Authority: BE
Inventors: Dirk Verdyck
Original assignee: Anumecs Bvba
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2020-05-07
Also published as: BE1026688A1

Abstract

Een terminatie-eenheid (300) voor een afzettingssysteem, omvattende een apparaat (100) voor het uitvoeren van een functie, het apparaat omvattende ten minste een component (110) omvattende elektrisch staal, en ten minste een afschermelement (120) dat elektrisch geleidend is. Het afschermelement is geconfigureerd zodat een effect van een nabijgelegen stroom op de component (120) omvattende elektrisch staal, dat niet bijdraagt tot de functie van het apparaat, wordt getemperd, waarbij deze nabijgelegen stroom een eerste topologie heeft, en zodat een effect van ten minste een nabijgelegen stroom met een andere topologie dan de eerste topologie niet significant is getemperd. Het apparaat omvat bovendien een stroomoverdrachtmiddel (140) grenzend aan de ten minste een component (110) omvattende elektrisch staal, en is aangepast voor het geleiden van een stroom volgens de eerste topologie en voor het overdragen van vermogen naar een target wanneer deze is gemonteerd op de terminatie-eenheid.

Description

Terminatie-eenheid

Gebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een terminatie-eenheid voor een afzettingssysteem. Meer specifiek heeft deze betrekking op een terminatie-eenheid die is aangepast voor het overdragen van vermogen naar de target die zij draagt wanneer in werking.

Achtergrond van de uitvinding

De techniek voor materiaalafzetting door middel van sputteren is reeds decennia lang bekend. Kenmerkend wordt een plasma gegenereerd in een lagedrukkamer waarin een inert gas zoals argon of een actief gas zoals zuurstof of stikstof aanwezig is, en wordt een hoogspanning aangebracht tussen een zogenaamd sputtertarget (dat het af te zetten materiaal bevat) en een substraat waarop een laag van het sputtermateriaal moet worden afgezet. De argonatomen worden geïoniseerd, en het sputtertarget wordt gebombardeerd door de argonionen, zodat atomen vrij komen uit het sputtertarget en naar het substraat bewegen, alwaar ze worden afgezet.

Eigenlijk worden er drie soorten sputtertargets gebruikt: vlakke cirkelvormige schijf-targets, vlakke

rechthoekige	targets	en rotationele	cilindervormige
targets.
Er	worden	kenmerkend	drie	soorten

vermogensbronnen gebruikt: Gelijkstroom, wissel- of gepulseerde stroom (bv. bij een frequentie van 1 tot 100 kHz) en RF (bv. bij een frequentie van 0,3 tot 100 MHz). Wisselstroom wordt kenmerkend gebruikt wanneer de afgezette laag minder geleidend is en RF wordt kenmerkend gebruikt wanneer het targetmateriaal tamelijk isolerend is.

BE2018/5681

De hoofdfunctie van een terminâtie-eenheid in afzettingssystemen uit de voorgaande stand der techniek is het dragen van het target en mogelijk ook het roteren van het target. De terminâtie-eenheid kan bijvoorbeeld een PVDbron terminâtie-eenheid zijn. Doordat PVD-afzetting gebeurt met een gas bij lage druk, moet de terminât ie-eenheid vacuümdicht zijn, ook tijdens een mogelijke rotatie van het target. PVD-afzetting verwijst naar een fysieke dampfaseafzettechniek waarbij materiaal van een consumptretarget wordt afgezet op een substraat waarop een dunne laag zou moeten worden aangebracht. In dergelijke afzettingssystemen moet de target van een elektrische stroom worden voorzien zodat een bepaald elektrisch potentiaal aanwezig is op het target.

Daarom is er nood aan terminâtie-eenheden die zijn aangepast voor het overdragen van vermogen naar de target die ze dragen.

Samenvatting van de uitvinding

Het is een doelstelling van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding om terminâtie-eenheden te verschaffen voor een afzettingssysteem die zijn aangepast voor overdracht van vermogen naar een target.

De hoger vermelde doelstelling wordt verkregen door een terminâtie-eenheid volgens de onderhavige uitvinding.

Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding hebben betrekking op een terminâtie-eenheid voor een afzettingssysteem. De terminâtie-eenheid omvat een apparaat voor het uitoefenen van een functie. Het apparaat omvat: ten minste een component omvattende elektrisch staal en ten minste een afschermelement dat elektrisch geleidend is en dat is geconfigureerd zodat als een nabijgelegen stroom die

BE2018/5681 een eerste topologie heeft zou worden aangebracht, een effect van de nabijgelegen stroom op de component omvattende elektrisch staal, dat niet bijdraagt tot de functie van het apparaat, wordt getemperd door een stroom door het afschermelement dat resulteert in een tegenwerkend veld in het afschermelement. Het apparaat omvat bovendien een stroomoverdrachtmiddel grenzend aan de ten minste een component omvattende elektrisch staal, waarbij het stroomoverdrachtmiddel is aangepast voor het geleiden van een stroom volgens de eerste topologie en voor het overdragen van vermogen naar een target wanneer deze is gemonteerd op de terminatie-eenheid.

De stroom door het afschermelement kan worden geïnduceerd door de nabijgelegen stroom. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een effect van een nabijgelegen stroom, op de component omvattende elektrisch staal, dat niet bijdraagt tot de functie van het apparaat, wordt getemperd. Dit effect kan bijvoorbeeld resulteren in energieverliezen in de component omvattende elektrisch staal die zijn verminderd door tempering van het effect.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een meer compacte terminatieeenheid kan worden gecreëerd die geschikt is om een target te roteren en om elektrisch vermogen over te dragen naar het target. Daarom is het voordelig dat het variërende nietbijdragende magnetische veld gegenereerd door de variërende stroom voor het aandrijven van het target significant is verminderd door de afschermwikkeling.

In elektrische staal kan een enkele of een reeks actieve stromen een in tijd variërende magnetische fluxdichtheid genereren die hoger is dan het geval zou zijn

BE2018/5681 in lucht. Dergelijke apparaten kan men, bijvoorbeeld, aantreffen in elektrische motors of transformators.

Als een externe wisselstroom, die niet bijdraagt tot de werking van het apparaat, een magnetisch veld genereert in het elektrische staal, dan kan dit leiden tot verwarming van het elektrische staal veroorzaakt door hysteresisverliezen en wervelstromen.

Het is een voordeel van terminatie-eenheden volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat ze middelen omvatten voor het verminderen van verwarming van het elektrische staal dat wordt geïnduceerd als er een variërend magnetisch veld aanwezig is in het elektrische staal dat niet bijdraagt tot de werking van een apparaat (bv. een motor of lager) van de terminatie-eenheid.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is de afschermende wikkeling geconfigureerd zodat een andere nabijgelegen stroom, die een andere topologie heeft dan de eerste topologie, kan worden aangebracht waarvoor het effect op de component omvattende elektrisch staal niet significant werd getemperd.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat ten minste een andere stroom kan worden aangebracht die een andere topologie heeft en waarvan het effect niet significant werd getemperd. Er is dus selectieve tempering van de effecten mogelijk en bijvoorbeeld alleen die effecten kunnen worden getemperd die niet bijdragen tot de werking van het apparaat en/of die resulteren in energieverliezen in de component omvattende elektrisch staal.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het afschermelement geconfigureerd zodat wanneer een nabijgelegen variërende stroom zou worden aangebracht die resulteert in een variërend niet-bijdragend

BE2018/5681 magnetisch veld door het elektrische staal, dat niet bijdraagt tot de werking van het apparaat, dit nabijgelegen variërende niet-bijdragende magnetische veld resulteert in een netto magnetische flux door het afschermelement, en deze nabijgelegen variërende stroom resulteert in een stroom door het ten minste een afschermelement die resulteert in een magnetisch veld dat het niet-bijdragende magnetische veld tegenwerkt.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat door de aanwezigheid van het afschermelement een potentieel niet-bijdragend magnetisch veld, gegenereerd door een potentiële nabijgelegen variërende stroom (bv. door een nabijgelegen stroomoverdrachtmiddel), door het elektrische staal kleiner is dan het geval zou zijn wanneer er geen afschermelement aanwezig is. De reden hiervoor is dat de nabijgelegen stroom een EMF creëert in het afschermelement dat resulteert in een stroom door het ten minste een afschermelement dat resulteert in een magnetisch veld dat het niet-bijdragende magnetisch veld tegenwerkt. Deze stroom werkt tegen en vermindert zodoende het niet-bijdragende magnetisch veld. Het niet-bijdragende magnetisch veld kan worden gegenereerd door een externe magnetiserende stroom.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een specifiek niet-bijdragend magnetisch veld wordt gereduceerd door de aanwezigheid van de afschermwikkeling. Dit wordt verkregen door een afschermwikkeling die geconfigureerd is zodat het variërende niet-bijdragende magnetische veld resulteert in een netto magnetische flux door het afschermelement. Andere magnetische velden die niet resulteren in een netto magnetische flux door het afschermelement worden niet gereduceerd.

BE2018/5681

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat vemogenverliezen in het elektrische staal, veroorzaakt door een potentieel nietbijdragend magnetisch veld, significant verminderd kunnen zijn door het introduceren van het ten minste een afschermelement.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het ten minste een afschermelement een afschermwikkeling die ten minste een gedeelte van de ten minste een component omvattende elektrisch staal omzeilt, zodat een (variërend) niet-bijdragend magnetisch veld, dat niet bijdraagt tot de werking van het apparaat, resulteert in een netto magnetische flux door afschermwikkeling.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is de ten minste een component omvattende elektrisch staal aangepast voor het geleiden van een bijdragend magnetisch veld dat bijdraagt tot de functie van het apparaat, waarbij het ten minste een afschermelement is gepositioneerd zodat nagenoeg geen netto magnetische flux door het afschermelement afkomstig is van het bijdragende magnetische veld.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat de werking van het apparaat niet significant of zelfs niet wordt beïnvloed door het afschermelement. Dit wordt verkregen door het opstellen van het ten minste een afschermelement zodat het bijdragende magnetische veld niet substantieel beïnvloedt.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het afschermelement een afschermwikkeling. In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is de ten minste een afschermwikkeling gepositioneerd zodat een oppervlak van één wikkeling nagenoeg loodrecht staat op een

BE2018/5681 richting waarin het magnetisch veld bijdraagt tot de werking van het apparaat.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het afschermelement geconfigureerd zodat als een variërende stroom wordt aangebracht aan het stroomoverdrachtmiddel, dit resulteert in een stroom door het afschermelement. In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het afschermelement ontworpen om het effect van een variërende stroom door een stroomoverdrachtmiddel met een specifieke topologie af te schermen. Het afschermelement is daardoor ontworpen zodat ten minste sommige andere topologieën van nabijgelegen stromen nog steeds een magnetisch veld kunnen induceren in de component omvattende elektrisch staal. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat elektrisch vermogen kan worden overgedragen naar een extern apparaat zonder significante verwarming van de ten minste een component omvattende het elektrische staal.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kruist het overdrachtmiddel, voor het overdragen van vermogen naar een extern apparaat, een omtrek van de component omvattende het elektrische staal. In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het overdrachtmiddel aangepast voor het overdragen van de stroom in een unipolaire richting door de ten minste een component omvattende elektrisch staal (geen terugvoerroute door de component).

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het overdrachtmiddel geconfigureerd zodat het overdrachtmiddel een omtrek van de component omvattende het elektrische staal kruist, en zodat een terugvoerroute van

BE2018/5681 het overdrachtmiddel zich buiten de ten minste een component omvattende elektrisch staal bevindt.

Het overdrachtmiddel is zodoende geconfigureerd zodat, als een wisselstroom wordt aangebracht door het overdrachtmiddel, dit betekent dat een unipolaire wisselstroom door de ten minste een component omvattende elektrisch staal stroomt. De unipolaire stroom resulteert in een magnetisch veld in het elektrische staal. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat het afschermelement dit niet-bijdragende magnetische veld compenseert.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding heeft de component omvattende elektrisch staal een toroïdale vorm, en het ten minste een afschermelement is een afschermwikkeling die nagenoeg toroïdaal gewikkeld is rond de ten minste een component omvattende elektrisch staal.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het ten minste een afschermelement een afschermwikkeling die kortgesloten is.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het ten minste een afschermelement een afschermwikkeling die wordt geladen door een impedantie.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het ten minste een afschermelement ingezonken en/of ingebed in de ten minste een component omvattende elektrisch staal.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan dit een afschermwikkeling zijn. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat het ten minste een afschermelement geen mechanische belemmering vormt in het apparaat en/of voor de werking van het apparaat.

BE2018/5681

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat het ten minste een afschermelement is gepositioneerd waar de variërende nietbijdragende magnetische velden worden verwacht.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het apparaat een elektrische motor omvattende een stator en een rotor en waarbij de stator en/of de rotor overeenkomt met de ten minste een component omvattende elektrisch staal, en waarbij de motor is geconfigureerd zodat een stroom kan worden aangebracht aan de motor dat resulteert in het bijdragende magnetische veld dat resulteert in een torsiekracht tussen de stator en de rotor zodat de motor de target kan roteren wanneer deze is gemonteerd.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat de motor geen significante torsieverliezen lijdt doordat het ten minste een afschermelement aanwezig is. Nagenoeg dezelfde torsie wordt verkregen met of zonder het ten minste een afschermelement. De verwarming van de motor is echter minder met het ten minste een afschermelement.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het apparaat een lager en komt de component omvattende elektrisch staal overeenkomt met een ring van de lager, waarbij de lager is aangepast voor het ondersteunen van de rotatie van een gemonteerde target.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat als een wisselend nietbijdragend magnetisch veld wordt gegenereerd door het elektrische staal (bv. door een wisselstroom door de opening van de lager), dit veld is gereduceerd door de aanwezigheid van het afschermelement.

BE2018/5681

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding omvat het overdrachtmiddel een centrale as door het apparaat.

De centrale as kan bijvoorbeeld de rotoras zijn. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat het niet-bijdragende magnetische veld in de stator en/of rotor van de motor veroorzaakt door de wisselstroom door de centrale as is gereduceerd door het ten minste een afschermelement.

Apparaten volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kunnen een besturingseenheid omvatten, aangepast voor het aanbrengen van een gelijkstroom door het ten minste een afschermelement voor het genereren van een niet-bijdragend magnetisch veld.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat gebruik van de besturingseenheid mogelijk is voor het genereren van een niet-bijdragend magnetisch veld dat een niet-bijdragend magnetisch veld gegenereerd door een gelijkstroom door het nabijgelegen stroomoverdrachtmiddel met de eerste topologie tegenwerkt. In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is de besturingseenheid aangepast voor het genereren van een nietbijdragend magnetisch veld dat een niet-bijdragend magnetisch veld gegenereerd door een gelijkstroom door het nabijgelegen stroomoverdrachtmiddel tegenwerkt.

Specifieke en te verkiezen aspecten van de uitvinding zijn opgenomen in de bijbehorende onafhankelijke en afhankelijke conclusies. Kenmerken van de afhankelijke conclusies kunnen worden gecombineerd met kenmerken van de onafhankelijke conclusies en met kenmerken van andere afhankelijke conclusies zoals gepast en niet louter zoals expliciet opgenomen in de conclusies.

BE2018/5681

Deze en andere aspecten van de uitvinding worden duidelijk uit en toegelicht met verwijzing naar de hieronder beschreven uitvoeringsvorm(en).

Korte beschrijving van de tekeningen

FIG.	1 toont een	schematische tekening	van	een
terminatie-eenheid volgens	uitvoeringsvormen	van	de
onderhavige uitvinding.
FIG.	2 toont een	schematische tekening	van	een
motor met een	externe rotor	volgens uitvoeringsvormen	van
de onderhavige	uitvinding.
FIG.	3 en FIG. 4 t	onen een schematische	tekening

van een motor met een interne rotor volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG. 5 toont de dwarsdoorsnede van elektrisch staal met de aanwezigheid van een stroomdensiteit door de interne perimeter daarvan.

FIG. 6 toont de invloed op de effectieve motortorsie door de aanwezigheid van een externe gelijkstroom door de interne perimeter van een stator.

FIG. 7 toont de schematische tekening van een motor omvattende een stator met een sleuf gevuld met lucht in het centrale gedeelte van het elektrische staal.

FIG. 8 toont de dwarsdoorsnede van elektrisch staal omvattende een sleuf in het elektrische staal.

FIG. 9 toont een voorbeeld van een statordwarsdoorsnede met open sleuven aangebracht in het materiaal, teneinde magnetische reluctantie aan te brengen die gesitueerd is in de grootste fluxroute van het magnetische veld, niet bijdragend tot de bruikbare werking van de motor.

FIG. 10 toont het principe van een afschermdraad die het geïnduceerde magnetische veld in het elektrische

BE2018/5681 staal zal tegenwerken door de aanwezigheid van een potentiële externe magnetiserende stroom volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG. 11 toont de praktische realisatie van de afschermwikkeling op de stator met gleuven aangebracht aan de binnenkant van de stator en waarbij de afschermwikkeling terugkeert over de statorwikkeling volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG. 12 toont de praktische realisatie van de afschermwikkeling op de stator van een motor met gleuven aangebracht in het elektrische staal om de afschermwikkeling te behuizen volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG. 13 toont een schematische tekening van een deel van een stator omvattende elektrisch staal waarin mogelijke locaties van afschermwikkelingen zijn aangegeven volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG. 14 toont het vermogenverlies in de stator omvattende het vermogenverlies in de toevoerkabel van de externe stroom, wanneer de afschermwikkeling open is en wanneer de afschermwikkeling gesloten is volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG. 15 toont een kromme waarin de temperatuur van het elektrische staal is weergegeven in functie van de tijd voor een apparaat uit de voorgaande stand der techniek en voor een apparaat volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG. 16 toont een schematische tekening van een lager omvattende één ring volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG. 17 toont een schematische tekening van een lager omvattende twee ringen volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

BE2018/5681

Alle referentietekens in de conclusies mogen niet worden geïnterpreteerd als vormende een beperking voor de doelstelling.

In de verschillende tekeningen verwijzen dezelfde referentietekens naar dezelfde of analoge elementen.

Gedetailleerde_____beschri jving_____van_____illustratieve uitvoeringsvormen

De onderhavige uitvinding wordt beschreven met betrekking tot specifieke uitvoeringsvormen en met verwijzing naar bepaalde tekeningen, maar de uitvinding is niet beperkt daartoe maar alleen tot de conclusies. De beschreven tekeningen zijn louter schematisch en niet beperkend. In de tekeningen kan de grootte van sommige van de elementen overdreven zijn en niet op schaal zijn getekend voor illustratieve doeleinden. De dimensies en de relatieve dimensies komen niet overeen met werkelijke reducties voor de praktijk van de uitvinding.

Bovendien worden de termen boven, onder en dergelijke in de beschrijving en de conclusies gebruikt voor descriptieve doeleinden en niet noodzakelijk voor het beschrijven van relatieve posities. Het is duidelijk dat de aldus gebruikte termen onder gepaste omstandigheden onderling verwisselbaar zijn en dat de hierin beschreven uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen werken in andere oriëntaties dan hierin beschreven of geïllustreerd.

Het dient vermeld dat de term 'omvattend' , gebruikt in de conclusies, niet mag worden geïnterpreteerd als zijnde beperkt tot de daarna opgesomde middelen; het sluit geen andere elementen of stappen uit. Het moet dus worden geïnterpreteerd als specificerend voor de aanwezigheid van de vermelde kenmerken, gehele getallen, stappen of componenten waarnaar wordt verwezen, maar sluit

BE2018/5681 de aanwezigheid of toevoeging van een of meer andere kenmerken, gehele getallen, stappen of componenten, of groepen daarvan, niet uit. De bedoeling van de uitdrukking 'een apparaat omvattend middelen A en B' mag dus niet worden beperkt tot apparaten die alleen bestaan uit componenten A en B. Dit betekent dat met betrekking tot de onderhavige uitvinding de enige relevante componenten van het apparaat A en B zijn.

Verwijzing doorheen deze specificatie naar 'een bepaalde uitvoeringsvorm' of 'een uitvoeringsvorm' betekent dat een specifieke eigenschap, structuur of kenmerk beschreven met betrekking tot de uitvoeringsvorm is opgenomen in ten minste een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. De opnamen van de uitdrukkingen 'in een bepaalde uitvoeringsvorm' of 'in een uitvoeringsvorm' op diverse plaatsen doorheen deze specificatie verwijzen niet noodzakelijk allemaal naar dezelfde uitvoeringsvormen, maar kunnen dat wel. Verder kunnen de specifieke eigenschappen, structuren of kenmerken op elke geschikte manier worden gecombineerd, zoals uit deze openbaring duidelijk is voor eenieder die is onderlegd in het vakgebied, in een of meer uitvoeringsvormen.

Evenzo dient het duidelijk te zijn dat in de beschrijving van de kenschetsende uitvoeringsvormen van de uitvinding diverse kenmerken van de uitvinding soms samen worden gegroepeerd in een enkele uitvoeringsvorm, figuur, of beschrijving daarvan voor het stroomlijnen van de openbaring en helpen bij het verkrijgen van inzicht in een of meer van de diverse aspecten van de uitvinding. Deze openbaringsmethode mag echter niet worden geïnterpreteerd als zijnde een intentie dat de geclaimde uitvinding meer kenmerken vereist dan expliciet vermeld in elke conclusie. In de plaats daarvan liggen, zoals blijkt uit de volgende

BE2018/5681 conclusies, de inventieve aspecten in minder dan alle kenmerken van een enkele daarvoor geopenbaarde uitvoeringsvorm. De conclusies die volgen op de gedetailleerde beschrijving zijn hierdoor dus expliciet opgenomen in deze gedetailleerde beschrijving, waarbij elke conclusie op zichzelf staat als een afzonderlijke uitvoeringsvorm van deze uitvinding.

Verder zijn, hoewel enkele hierin beschreven uitvoeringsvormen sommige maar geen andere eigenschappen die zijn opgenomen in andere uitvoeringsvormen omvatten, combinaties van eigenschappen van verschillende uitvoeringsvormen bedoeld om binnen de doelstelling van de uitvinding te liggen, en verschillende uitvoeringsvormen vormen, zoals duidelijk is voor de ervaren deskundige. Bijvoorbeeld, in de volgende conclusies kan elke van de geclaimde uitvoeringsvormen in elke combinatie worden gebruikt.

In de hierin verschafte beschrijving zijn diverse specifieke details opgenomen. Het is echter duidelijk dat uitvoeringsvormen van de uitvinding in praktijk kunnen worden gebracht zonder deze specifieke details. In andere instanties werden bekende werkwijzen, structuren en technieken niet in detail weergegeven om de duidelijkheid van de beschrijving niet in gevaar te brengen.

Waar in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding wordt verwezen naar stroom die een bepaalde topologie heeft, wordt verwezen naar de topologie van de geleiders die de stroom dragen. Een dergelijke drager kan, bijvoorbeeld, door de omtrek van de component omvattende het elektrische staal gaan.

Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding hebben betrekking op een terminatie-eenheid 300 voor een afzettingssysteem. De terminatie-eenheid omvat een

BE2018/5681 apparaat 100 voor het uitoefenen van een functie, waarbij het apparaat ten minste een component 110 omvattende elektrisch staal omvat, en ten minste een afschermelement 120 dat elektrisch geleidend is en dat is geconfigureerd zodat een effect van een nabijgelegen stroom op de component 120 omvattende elektrisch staal, dat niet bijdraagt tot de functie van het apparaat, wordt getemperd, waarbij deze nabijgelegen stroom een eerste topologie heeft, en zodat een effect van ten minste een nabijgelegen stroom met een andere topologie dan de eerste topologie niet significant is getemperd.

Het apparaat omvat bovendien een stroomoverdrachtmiddel 140 grenzend aan de ten minste een component 110 omvattende elektrisch staal, waarbij het stroomoverdrachtmiddel is aangepast voor het geleiden van een stroom volgens de eerste topologie en voor het overdragen van vermogen naar een target wanneer deze is gemonteerd op de terminatie-eenheid.

Een schematische weergave van een kenschetsende terminatie-eenheid volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is weergegeven in FIG. 1. Een terminatie-eenheid 300 verbindt een target 350, in een afzetsysteem, met de buitenkant van het afzetsysteem. Een dergelijke terminatie-eenheid 300 kan kenmerkend worden gemonteerd als onderdeel van het afzetsysteem. In delen van de terminatie-eenheid kan de druk hoger zijn dan in het afzetsysteem. Deze druk kan bijvoorbeeld dicht bij de atmosferische druk liggen. Delen die samen met het target kunnen worden verwijderd, of de verwijderbare magneetconfiguratie, worden kenmerkend niet beschouwd als onderdeel van de terminatie-eenheid.

BE2018/5681

De hoofdfunctie van de terminatie-eenheid 300 is het dragen van het target en mogelijk ook het roteren van het target.

Terminatie-eenheden volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding omvatten een overdrachtmiddel voor het overdragen van vermogen naar het target wanneer het op de terminatie-eenheid is gemonteerd. Daardoor kan vermogen worden overgedragen van het statische gedeelte 360 van de terminatie-eenheid naar het roterende gedeelte 310 van de terminatie-eenheid. In het voorbeeld van FIG. 1 wordt dit verkregen door borstels 330. De centrale as van de motor kan bijvoorbeeld een onderdeel zijn van het overdrachtmiddel en kan worden gebruikt voor het dragen van de elektrische stroom naar het target. In het voorbeeld van FIG. 1 wordt de rotor 310 gebruikt als onderdeel van het overdrachtmiddel voor het dragen van stroom naar het target 350. De figuur toont ook een magneetconfiguratie 324 op de rotor, een stator 320, een afschermwikkeling 120 rond de stator 320 en een behuizing 340.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat de motor van de terminatieeenheid 300 een afschermwikkeling 120 omvat die zodanig is geconfigureerd dat een wisselend niet-bijdragend magnetisch veld, afkomstig van een wisselstroom in het overdrachtmiddel (bv. de as van de motor), resulteert in een stroom door de afschermwikkeling. Hierdoor wordt de warmte van het elektrische staal in de rotor verminderd. Dit is vooral het geval wanneer de stroom wordt getransporteerd door de motoras 310.

Merk op dat in de configuratie van de terminatieeenheid zoals weergegeven in FIG. 1 hetzelfde afdichtelement kan worden aangebracht aan de component 324,

BE2018/5681 waarbij de magneetconfiguratie van de rotor wordt behouden. Hetzelfde fenomeen van verliezen en verwarming kan ook van toepassing zijn op dit onderdeel en het afschermelement is een effectieve werkwijze voor het afschermen van de potentiële externe stroom terwijl de functionaliteit van de rotor nagenoeg niet wordt beïnvloed. Een dergelijke afdichtelement rond de rotor van een motor is ook geïllustreerd in FIG. 4.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan de terminatie-eenheid bijvoorbeeld een PVDbron terminatie-eenheid zijn. Doordat PVD-afzetting van een target veel warmte op het targetoppervlak kan genereren, moet dit oppervlak worden afgekoeld. Dit wordt kenmerkend verkregen met water of elk ander geschikt koelmiddel. In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan de terminatie-eenheid dus middelen omvatten voor het geleiden van het koelmiddel en afdichtmiddelen voor het afdichten van de koelvloeistof.

Een terminatie-eenheid 300 kan lagermiddelen omvatten voor het ondersteunen van het target terwijl het rond zijn as draait. Als de stroom naar het target 350 wordt uitgevoerd door de as van de motor, kan deze stroom ook door het centrum van de lagers passeren en verwarming van het elektrische staal van de lagers veroorzaken. In dit geval is het voordelig dat deze terminatie-eenheden lagers omvatten volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding omvat de terminatie-eenheid bovendien middelen voor het positioneren van een magneet of een reeks magneten in het target 350.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het afschermelement geconfigureerd zodat

BE2018/5681 wanneer een nabijgelegen variërende stroom (met de eerste topologie) zou worden aangebracht die resulteert in een variërend niet-bijdragend magnetisch veld door het elektrische staal, dat niet bijdraagt tot de werking van het apparaat, dit variërende niet-bijdragende magnetische veld resulteert in een netto magnetische flux door het afschermelement, en deze nabijgelegen variërende stroom resulteert in een stroom door het ten minste een afschermelement dat het niet-bijdragende magnetische veld tegenwerkt. De nabijgelegen variërende stroom kan worden gedragen door een nabijgelegen stroomoverdrachtmiddel met de eerste topologie.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het afschermelement een afschermwikkeling. De afschermwikkeling kan bijvoorbeeld een enkele draad, een geweven kabel, een niet-geweven kabel of een Litze kabel zijn.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige openbaring kan het nabijgelegen stroomoverdrachtmiddel zich naast de component omvattende elektrisch staal bevinden of kan door de component omvattende elektrisch staal gaan.

Elektrisch staal is daarbij een ijzerlegering. Het kan worden aangepast om specifieke magnetische eigenschappen te produceren zoals een klein hysteresisgebied dat resulteert in laag vermogensverlies per cyclus. Het elektrische staal kan andere materialen omvatten zoals ferrieten, laminaties, en materialen met hoge permeabiliteit.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan het vermogenverlies worden veroorzaakt door een wisselende niet-bijdragende magnetische fluxdensiteit en wordt gereduceerd door vermindering van deze

BE2018/5681 fluxdensiteit in vergelijking met de situatie waarin geen afschermwikkeling aanwezig zou zijn.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan het niet-bijdragende magnetische veld worden gegenereerd door een externe stroom die niet bedoeld is om bij te dragen tot de geschikte werking van het apparaat. De stroom kan bijvoorbeeld stromen over een stroomdragende geleider 140. De stroomdragende geleider kan in de buurt liggen van de elektrische staal-component. Dit betekent dat deze naast de elektrische staal-component kan liggen of omgeven kan zijn door de elektrische staal-component.

Als een dergelijke stroomdragende geleider is omgeven door een holle cilinder van elektrisch staal, zal dit resulteren in verliezen. Er zijn 2 hoofdtermen in de verliezen binnen het elektrische staal. Hysteresisverliezen en wervelstroomverliezen door de dikte van de elementen die het elektrische staal vormen en de elektrische geleidbaarheid van het magnetische staal (cfr. Laminatiedikte).

ƒ Physt =f B² [Peddy =f²-B²'

Hierin is f de frequentie van de magnetisch veldvariatie en is B de magnetische fluxdensiteit. Dit kan worden veroorzaakt door een externe stroom die niet bijdraagt tot de geschikte werking van het apparaat. Als B in verhouding staat tot de stroom in het niet-verzadigende werkdomein van het elektrische staal, zijn de verliezen evenredig met de vierkantswortel van de stroom.

Commercieel elektrisch staal wordt gedefinieerd door een eenvoudig enkelvoudig verlies-nummer [W/kg] voor een bepaalde magnetische fluxdensiteit bij 50 of 60 Hz. Dit kan het moeilijk maken om het frequentiegedrag van het

BE2018/5681 elektrische staal bij veel hogere frequenties of een combinatie van een reeks hogere frequenties te extrapoleren.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding wordt het magnetisch veld overgedragen van de ene zijde van de component omvattende het elektrische staal naar de andere zijde, waardoor het effect wordt gecreëerd alsof er geen elektrisch staal aanwezig zou zijn voor de externe stroom die niet bedoeld is om bij te dragen tot de geschikte werking van het apparaat.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is de ten minste een component 110 omvattende elektrisch staal aangepast voor het geleiden van een bijdragend magnetisch veld voor werking van het apparaat 100. Dit kan bijvoorbeeld het geval zijn voor een transformator of een motor. De ten minste een afschermwikkeling is zodanig gepositioneerd dat nagenoeg geen netto geïntegreerde magnetische flux door de afschermwikkeling afkomstig is van het bijdragende magnetische veld. In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding heeft de mogelijke aanwezigheid van een nietbijdragend magnetisch veld een fluxroute die verschilt van het bijdragende veld.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan de ten minste een afschermwikkeling worden kortgesloten of worden geladen door een impedantie. Dit kan bijvoorbeeld een weerstand, een capaciteit, een inductantie, of een combinatie van deze elementen zijn.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het apparaat 100 een motor. Een dergelijke motor kan bijvoorbeeld een gelijkstroommotor, een wisselstroommotor, een servomotor, een stappenmotor, een borstelloze gelijkstroommotor, een reluctantiemotor, een torsiemotor zijn.

BE2018/5681

Een schematische tekening van een dergelijke motor met een externe rotor 150 volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is weergegeven in FIG. 2. De figuur toont de component 110 omvattende elektrisch staal (dat overeenkomt met de stator) en de ten minste een afschermdraad 120 die toroïdaal rond de stator is gewonden. In dit voorbeeld is de afschermdraad 120 tussen de tanden 130 van de stator gewonden. De motorwikkelingen 132 voor het bedienen van de motor zijn rond de tanden 130 van de stator gewikkeld. FIG. 2 toont ook een centrale as 140 die kan worden gebruikt als stroomoverdrachtmiddel voor een potentiële externe stroom van een ander elektrisch circuit. Deze externe stroom is op geen enkele manier gerelateerd aan een geschikte werking van de motor, maar deze stroomroute wordt bij voorkeur gebruikt om geometrische en technische redenen. De rotor 150 is alleen schematisch weergegeven om de positie ervan in de motor aan te geven. De permanente magneten (wanneer aanwezig in de motor) zijn bijvoorbeeld niet weergegeven in deze en de volgende figuren.

Een gelijkaardige uitvoeringsvorm kan men vinden met de rotor 150 aan de inwendige zijde van de stator 110 in FIG 2. Ook in dat geval kan een geleider 140 aanwezig zijn in de rotor die wordt gebruikt als geleidingsmiddel voor een potentiële externe stroom. Deze geleidingsroute kan zich ook buiten het oppervlak van de rotor bevinden. De rotor zelf kan een component omvattende elektrisch staal zijn en het afschermelement 120 kan geconfigureerd zijn zodat een variërende stroom door het nabijgelegen stroomoverdrachtmiddel 140 resulteert in een stroom door het afschermelement 120 dat resulteert in een magnetisch veld dat het niet-bijdragende magnetische veld tegenwerkt. Dit is geïllustreerd op FIG. 4, waarin het afschermelement

BE2018/5681 een afschermwikkeling 120 is die toroïdaal rond de rotor 150 is gewonden.

In de voorbeelden in FIG. 2 tot en met 4 is de potentiële externe stroom door de geleider 140 die dienst doet als een ongewenste magnetiserende stroom voor het elektrische staal van een type dat een unipolaire stroom is. Dit betekent dat het oppervlak-integraal van de stroomdensiteit binnen de interne perimeter van het magnetische staal (zoals weergegeven in FIG.5) niet nul is:

J(x,y)dxdy Φ 0.

I totaal ff ^JJoppervlak interne perimeter

In deze voorbeelden heeft de stroom dus een unipolair karakter. Wanneer deze totale oppervlakteintegraal gelijk is aan nul, dan komt dit doordat een gelijke hoeveelheid stroom terug in de perimeter van het elektrische staal stroomt. Dit is dan in feite een tweegeleidersysteem met een ingangs- en terugvoergeleider.

Wanneer we te maken hebben met een potentiële unipolaire stroom die door de interne perimeter van het elektrische staal stroomt, dan is de terugvoerstroom fysiek gelokaliseerd buiten de externe perimeter van het elektrische staal en vooral buiten het elektromagnetische apparaat dat het elektrische staal omvat.

Volgens de wet van Ampère houdt de lijn-integraal van het magnetische veld over een gesloten kromme in het magnetische staal verband met de totale stroomdensiteit van de potentiële externe stroom die binnen de perimeter van het interne oppervlak van het elektrische staal vloeit (FIG. 5):

Φ Hstaafdl=H J(x,y)dxdy

J interne magnetische staal JJoppervlak interne perimeter

Wanneer we te maken hebben met een unipolaire stroom is de lijn-integraal van het magnetische veld H niet

4

BE2018/5681 nul in het magnetische staal waardoor, met betrekking tot de magnetische eigenschappen van het materiaal, een magnetische fluxdensiteit wordt gecreëerd die verband houdt met de magnetische permeabiliteit Dr van het materiaal (dat saturatie-effecten kan vertonen, aangegeven door de notatie MO ·:

Bstaal = μ_ομ_Γ(Η)·

Hstaal

De gecreëerde magnetische fluxdensiteit Bstaal is verantwoordelijk voor extra verliezen in het elektrische staal als gevolg van hysteresisverliezen en wervelstroomverliezen, zoals men kan vinden in de datasheet van alle ferromagnetische materialen. Het frequentiegehalte van de potentiële externe stroom kan van dien aard zijn dat het niet gunstig is voor het type van elektrisch staal dat wordt gebruikt. Het type van elektrisch staal wordt meestal geselecteerd op basis van de werkfrequentie en het niveau van de magnetische fluxdensiteit in de luchtspleet van de motor (gesitueerd tussen de statortanden en het elektrische staal van de rotor of permanente magneten wanneer aanwezig in de rotor). Het frequentiegehalte van het niet-bijdragende veld kan sterk verschillen van het frequentiegehalte van de fluxdensiteit aanwezig voor de torsiegeneratie in de motor. En dit kan zeer ongunstig zijn voor de eigenschappen van het elektrische staal.

Merk dat, in het voorbeeld van een motor, de magnetische fluxdensiteit gegenereerd door een potentiële externe unipolaire stroom van dien aard is dat deze over het algemeen de luchtspleet tussen de stator- en de rotorstructuur niet traverseert. Het interfereert niet rechtstreeks met het magnetische veld dat gebruikt wordt voor de werking van de motor. Onrechtstreeks kan het echter saturatie toevoegen aan en deel van het statorstaal,

BE2018/5681 waardoor de algemene permeabiliteit μ· van elk praktisch magnetisch staal vermindert en dit de magnetische fluxdensiteit gegenereerd door de statorwikkelingen kan beïnvloeden en de motortorsie verminderen. Verder stijgt, door de extra verliezen gegenereerd door de potentiële externe stroom, de temperatuur van het elektrische staal, waardoor over het algemeen de magnetische permeabiliteit van het staal vermindert, wat resulteert in een torsievermindering van de motor voor een bepaalde statorstroom.

De potentiële (unipolaire) externe stroom kan een combinatie zijn van een gelijkstroom (DC-component) en een wisselstroomcomponent (AC-component), wat een magnitude toont op de spectrale inhoud, verbonden met de aard van de applicatie van het externe circuit. De DC-component van de potentiële externe stroom creëert geen hysteresis- en wervelstroomverliezen in het elektrische staal van de motor als de frequentie van de gecreëerde magnetische fluxdensiteit gelijk is aan nul Hertz. Onrechtstreeks creëert dit een magnetisch veld H in het elektrische staal, dat boven het magnetische veld wordt geplaatst dat wordt gecreëerd door de statorwikkeling in genoemde magnetische structuur. Als gevolg daarvan kunnen er hogere waarden van de magnetische fluxdensiteit optreden op lokale posities, waarbij de bijdragende en de niet-bijdragende flux dezelfde routes delen, dat resulteert in een minder efficiënt gebruik van de magnetische eigenschappen van het elektrische staal en dus meer verliezen genereert in combinatie met het steeds afwisselende gedrag van het magnetische veld van de motor.

Praktische tests op een motor met een stator omvattende een inwendige diameter van 90 mm vertoonden een vermindering in de effectieve motortorsie, zoals geïllustreerd in FIG. 6. Voor matige axiale stromen kan deze

BE2018/5681 torsievermindering aanvaardbaar zijn en kan deze worden gecompenseerd door het verschaffen van een groter ontworpen motortorsie. Daarom vertoont, voor vele situaties, de aanwezigheid van matige externe gelijkstromen die niet bijdragen tot het magnetische veld voor de werking van de motor, geen belangrijke problemen.

Wanneer grote potentiële externe gelijkstromen aanwezig kunnen zijn, moeten sommige technieken worden uitgeoefend teneinde het H-veld in het elektrische staal te verminderen. Het dient vermeld dat dit automatisch ook de wisselende component van dit H-veld vermindert en zodoende leidt tot een vermindering in magnetische verliezen in de massa van dit materiaal. Deze vermindering van het magnetische veld kan op verschillende manieren worden verkregen:

- Gebruik van elektrisch staal met anisotrope eigenschappen, zodat het magnetische veld van de potentiële externe stroom een minder gunstige richting gebruikt in het magnetische staal, met een lagere waarde voor de anisotrope permeabiliteit. De oriëntatie van het elektrische staal dient van dien aard te zijn dat het ten goede komt van de fluxdensiteit die gerelateerd is aan de werking van de motor. Op locaties waar het motorveld en het veld gegenereerd door de potentiële externe stroom van het type zijn dat ze beide dezelfde richting hebben, kan er natuurlijk geen verbetering verkregen worden op die locaties in de massa van het elektrische staal.

- Inbouw van extra magnetische reluctantie door de introductie van een ‘luchtspleet' in de extern aangebrachte fluxroute van de stroom in het elektrische staal dat de externe fluxdensiteit gegenereerd door het effect van een potentiële externe stroom vermindert, maar toont slechts een beperkte interferentie met de magnetische

BE2018/5681 fluxroute van de werking van de motor. Een dergelijke luchtspleet (610) is bijvoorbeeld geïllustreerd in de schematische afbeelding van de motor in FIG. 7. Dit is ook een effectieve manier voor het verminderen van de wisselstroomcomponent van de fluxdensiteit gegenereerd door de externe stroom en helpt daardoor bij het reduceren van de verliezen in het elektrische staal.

- Inbouw van extra magnetische reluctantie die meer specifiek de AC-component van de magnetische fluxdensiteit gegenereerd door de potentiële externe stroom beïnvloedt. Dit kan worden bewerkstelligd door het toevoegen van een niet-magnetisch geleidend materiaal in de 'luchtspleet' van de toegevoegde reluctantie in het segmentatieproces. De dikte van de afschermgeleider in de aangebrachte luchtspleet dient ten minste meerdere keren de skin-dikte te zijn voor het bepaalde frequentiegehalte van de potentiële extern stroom (FIG. 7, bv. spleet gevuld met een geïsoleerde vaste kopergeleider).

Het toevoegen van magnetische reluctantie in de continue kern van de stator is een effectief middel voor het verminderen van de fluxdensiteit gegenereerd door een potentiële unipolaire externe stroom die de interne perimeter van het elektrische staal traverseert. Dit kan men zien in de vergelijkingen die resulteren door toevoeging van een luchtspleet in de fluxroute in elektrisch staal.

Denk aan een circumferentieel deel van elektrisch staal dat een totale gemiddelde omtrek L heeft (FIG. 8). Wanneer de totale luchtspleet (610) die in dit circuit werd toegevoegd een lengte Dtot heeft, dan kan voor een centrale geleider die een stroom I0 draagt de magnetische fluxdensiteit worden geschreven als:

_n _ kokr(staal)Io &staal J . ö

L + Pr(staal)Otot

BE2018/5681

In de praktijk is, wanneer de fysieke luchtspleet die is toegevoegd door reluctantie gelijk is aan Dtot, de magnetische luchtspleet gelijk aan DrDtot, waarbij Dr een groot aantal is voor praktische materialen. Als gevolg daarvan vermindert dit sterk de niet-bijdragende magnetische fluxdensiteit gegenereerd door de potentiële externe stroom, wat dus een sterke vermindering van de verliezen in het elektrische staal inhoudt. Toevoeging van reluctantie in de continue structuur van de stator (of de rotor) vormt dus een oplossing voor het verminderen van het probleem van verliezen gegenereerd door een potentiële externe stroom, waarbij de interne perimeter van het elektrische staal wordt gepenetreerd. Voor het voorbeeld weergegeven in FIG. 7 werd vastgesteld dat de fluxdensiteit in het elektrische staal gegenereerd door de externe stroom een waarde van 1,48T bereikte voor een bepaalde externe stroomwaarde. Wanneer een enkelvoudige sleufbreedte van 1 mm werd geïntroduceerd in deze statorkern, waardoor de statorkern volledig werd doorgesneden (FIG. 7), daalde de fluxdensiteit tot 0,7T, wat een vermindering is van meer dan 50% voor de fluxdensiteit, en dienovereenkomstig een vermindering van 75% op de magnetische verliezen in de stator in het geval van een wisselstroom.

Magnetische reluctantie kan in het elektrische staal van een stator worden toegevoegd door het introduceren van ten minste een ‘luchtspleet' of sleuf (gevuld met een niet-magnetisch materiaal dat geleidend kan zijn, maar dient van het elektrische staal te worden geïsoleerd als dit laatste geleidend is). Doordat een volledige wegsnijding in de kern van het elektrische staal (FIG. 7) de mechanische stijfheid van de stator in gevaar kan brengen, kunnen gedeeltelijke sleuven worden aangebracht om hetzelfde effect te creëren (FIG. 9). Alternatief kan dit, wanneer

BE2018/5681 elektrisch staal bestaat uit een gestapeld laminatiesamenstel, zodanig worden gestapeld dat de sleuf zich voor vele laminaties op dezelfde positie bevindt, waardoor daaropvolgende stapeling de sleuflocatie naar een andere locatie kan roteren. Dit proces kan meerdere keren worden uitgevoerd. Wanneer alles aan elkaar is bevestigd, leidt dit tot enige substantiële mechanische stijfheid.

Één nadeel van het toevoegen van reluctantie door het introduceren van luchtspleetsleuven in de statorstructuur is dat dit de structurele en mechanische eigenschappen van de volledige statorstructuur en zodoende ook het elektromagnetische apparaat in het algemeen beïnvloedt. De opbouw van het elektrische staal wordt moeilijker en dus ook duurder. Ook kan, in de meeste gevallen, de vermindering in magnetische fluxdensiteit in het magnetische staal en dat gecreëerd is door de potentiële externe stroom volstaan voor de gelijkstroom, maar kan mogelijk niet volstaan voor de wisselstroomcomponent van het veld, dat tenslotte op het einde resulteert in te veel magnetische verliezen.

Een andere oplossing voor dit probleem kan men vinden op fysieke gronden door het aanbrengen van een massieve afscherming, die overeenkomt met het principe van de kooi van Faraday, rond de delen die het elektrische staal bevatten. De dikte van het afschermmateriaal dient tenminste driemaal de skin-diepte van de oppervlaktestroom te zijn, zoals bepaald door het frequentieniveau van de potentiële externe wisselstroom. In deze situatie kan er geen wisselend magnetische veld worden aangetroffen aan de binnenkant van de gesloten afscherming, waardoor er geen verliezen aanwezig zijn in het elektrische staal. Merk dat de potentiële externe stroom door het afgeschermde elektrische staal kan passeren als een unipolaire stroom. In dat geval moet een

BE2018/5681 holte in de vorm van een donut worden aangebracht in de afscherming zodat de geleider met een unipolaire stroom door de afscherming kan passeren, waarbij deze laatste nog steeds een gesloten structuur vormen. De externe terugvoerstroom is aangebracht in een geleider buiten de afschermstructuur.

Het gebruik van een kooi van Faraday voor het beschermen van het elektrische staal vertoont, in praktijk, enkele grote problemen, bv. wanneer men te maken heeft met een elektromagnetisch apparaat dat dienst doet als mechanische aandrijver:

- Het bijdragende magnetische veld van de motor, die van wisselende aard is, dient niet te worden getemperd door het zich ontwikkelende schild van Faraday. Het magnetische veld tussen de stator en de rotor kan de afschermende structuur dus niet penetreren. Dit betekent dat de afscherming zowel de stator- als de rotorstructuur zou moeten omgeven, zodat er geen geïntegreerde verandering van flux door het bijdragende veld kan worden gevonden over het oppervlak van de afscherming.

- Het mechanische vermogen gegenereerd door de rotor van de motor dient te worden overgedragen buiten de zich ontwikkelende afscherming. Dit kan uitsluitend worden gerealiseerd door het verschaffen van een mechanische doorvoer in de afschermstructuur, waardoor een discontinuïteit ontstaat in de elektrische geleiding op het afschermoppervlak. In de meeste gevallen leidt dit tot een groot verlies van afschermeffectiviteit. Het probleem kan worden opgelost door een bewegend deel aan te brengen in de afscherming dat continu elektrisch is verbonden met het bevestigde deel van de afscherming, bv. door gebruik te maken van borstels of glijdende contactdelen.

De praktische opname van een gesloten kooi van Faraday rond de motor is in de praktijk duur en vertoont

BE2018/5681 vele technische problemen door de mechanische doorvoer voor het mechanische motorvermogen. De aard van een Faradayafscherming is ook zeer universeel: het schermt af tegen de aanwezigheid van elke externe stroom van het elektrische staal aan de binnenkant van de afschermstructuur. In de praktijk is de afscherming bij voorkeur alleen effectief voor een specifieke topologie van de geleiders die de potentiële externe niet-bijdragende stroom dragen.

Daarom is, in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, het afschermelement geconfigureerd zodat het alleen het niet-bijdragende magnetische veld tegenwerkt, maar het bijdragende magnetische veld van de motor niet beïnvloedt. Op deze manier kan het afschermelement worden begrensd door een vast gedeelte op de stator en op de rotor alleen, wat het probleem van de mechanische doorvoer in de Faraday-afscherming elimineert.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het apparaat een motor en is het stroomoverdrachtmiddel een geleider langs de centrale as van de motor die is aangepast voor het dragen van een stroom voor het van stroom voorzien van een extern apparaat. Het variërende (bv. wisselende) deel van deze stroom heeft de eigenschappen dat het ongewenste excessieve magnetische verliezen (hysteresisverliezen en wervelstroomverliezen) zal creëren in het elektrische staal.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding wordt het ten minste een afschermelement (bv. wikkeling) aangebracht zodat het magnetische veld van de normale motorwerking (dus de motorwikkelingen induceren geen spanningen in deze ten minste een afschermwikkeling) niet tegenwerkt, maar het veld tegenwerkt dat wordt gecreëerd door de centrale axiale stroomcomponent. In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is de ten

BE2018/5681 minste een afschermwikkeling kortgesloten, zodat per definitie geen magnetisch veld kan worden opgebouwd voor de fluxdensiteit gecreëerd door de potentiële externe stroom. In de praktijk is dit wisselende niet-bijdragende magnetische veld sterk gereduceerd door de aanwezigheid van de ten minste een afschermwikkeling, en dit resulteert in een grote daling van de magnetische verliezen in het elektrische staal doordat dit evenredig is met de vierkantswortel van de magnetische fluxdensiteit.

Als het totale aantal wikkelingen voor de wikkeldraad gelijk is aan Ns en als de externe potentiële stroom een waarde I0 heeft, dan compenseert in de praktijk de stroom Is in de wikkeldraad de aangebrachte externe stroom I0 (FIG. 10):

I₀ = N_SI_S,

Maar het teken van de stroom I_s van dat type zal de externe stroom I0 tegenwerken. Het gebruiken van de wet van Ampère voor het berekenen van het H-veld in het elektrische staal wanneer een externe stroom aanwezig is in de afschermwikkeling resulteert in:

Ψ Hstaal ' Il interne magntetische staal U .

J(x,y)dxdy = I_o - N_SI_S oppervlak interne perimeter

In de praktijk wordt Hstaai niet nul, doordat de spanningsval aanwezig is over de afschermwikkeling. Deze spanningsval presenteert zichzelf als een waardevolle magnetische fluxdensiteit die aanwezig zal zijn in het elektrische staal, aan het einde gecreëerd door de potentiële externe stroom.

De elementen die deze spanningsval over de afschermwikkeling bepalen zijn:

- De resistieve spanningsval over de weerstand van de afschermwikkeling volgens de wet van Pouillet. Deze

BE2018/5681 spanningsval houdt rechtstreeks verband met de stroom in de afschermdraad Is en de draadweerstand.

- Doordat de aard van de potentiële externe stroom een wisselstroom is, heeft de afschermstroom Is dus ook dezelfde wisselende aard en kan het skin-effect aanwezig zijn in het wikkelmateriaal, waardoor de effectieve weerstand van de afschermdraad verhoogt doordat de stroomvloei is begrensd tot de omtrek van het vaste draadgedeelte. Het skin-effect is uitgebreid beschreven in de literatuur en technische rapporten. Wanneer de afschermdraad uit meerdere draden bestaat, dan zal het proximiteiteffect ook aanwezig zijn.

- De stroom Is van de afschermdraad zal in de praktijk ook een magnetische fluxdensiteit creëren in delen van de lucht rond de fysieke locatie van de afschermdraad. Dit betekent dat enige inductieve energie wordt opgeslagen in de wikkeling die geen verband houdt met de fluxdensiteit in het ijzer-staal. Dit is bekend in literatuur als lekkageflux. Door de wisselende aard van de stroom in de afschermwikkeling ontstaat een spanningsval als gevolg van de aanwezigheid van deze lekkageflux.

Doordat de fluxdensiteit gegenereerd door de potentiële externe stroom niet volledig wordt onderdrukt door de afschermwikkeling als gevolg van de parasitaire spanningsval over deze wikkeling, zullen er nog steeds kleine verliezen zijn in het elektrische staal.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan de ten minste een afschermdraad worden geladen door een elektrische impedantie. Dit is een parallel- of serie-combinatie van condensator, inductors, weerstanden. Bijvoorbeeld, het effect van lekkage-inductie van de afschermdraad kan worden gecompenseerd door toevoeging van een serie-condensator in de

BE2018/5681 afschermwikkeling, die wordt afgesteld op de werkfrequentie van de potentiële externe stroom. Dit verlaagt de spanningsval over de afschermdraad en verlaagt dus de verliezen gegenereerd door de externe stroom.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan het type van afschermwikkeling worden gekozen op basis van het frequentiegehalte van de potentiële externe stroom die wordt aangebracht. Voor zeer lage frequenties kan een stevige dikke draad worden gebruikt met een zeer lage ohmse weerstand. Voor middenhoge en hoge frequentiebereiken kan een gevlochten draad of een Litzedraad worden gebruikt met een groot oppervlaktegebied dat weinig wordt beïnvloed door het skin-effect.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding (bv. in een motor) wordt de wikkeling zodanig aangebracht dat deze de potentiële externe magnetiserende stroom tegenwerkt (bv. door een centrale geleider) door middel van een soort toroïdale wikkeling rond de kern. Een “soort van verwijst hier naar het feit dat de wikkeling kan worden bijgesteld van zijn toroïdale vorm zodat hij past in een bepaalde positie van de component omvattende elektrisch staal. Hij kan bijvoorbeeld worden gepositioneerd tussen de tanden van een stator.

In de kenschetsende uitvoeringsvormen geïllustreerd in FIG. 11 passeert de afschermwikkeling over het binnenoppervlak van de stator en keert vervolgens terug over de gleuf van de stator aan de buitenkant. FIG. 11 toont de component 110 omvattende elektrisch staal, die in dit voorbeeld een stator is, de gleuven 134 met daarin de statorwikkelingen 132, en de afschermwikkeling 120.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kunnen, voor het verminderen van de lekkageinductie van de afschermdraad, extra gleuven 135 worden

BE2018/5681 aangebracht aan de binnenkant van de stator (FIG. 11 en FIG. 12) . Verdere reductie van de lekkageflux kan worden verkregen door het verschaffen van een extra gleuf 136 aan de buitenkant van de stator, onder de wikkelgleuven 134 (FIG. 12). De toevoeging van extra gleuven in de stator vermindert natuurlijk het effectieve magnetische gebied van het elektrische staal, maar het kan productievoordelen bieden als de afschermwikkeling op een goed gedefinieerde positie is gelokaliseerd. Naast gleuven of uitsparingen kunnen ook holtes worden gebruikt.

In het voorbeeld van een 3-fasenmotor is de som van de stroom van de drie fasen die de stator voorzien op elk moment gelijk aan 0 A. In de praktijk betekent dit dat de som van het magnetische veld, gegenereerd door de driefasenstroom, nul is. Wanneer dus een volledige toroïdale afschermwikkeling over de stator wordt aangebracht door alle gleuven, dan is de netto magnetische flux door de afschermwikkeling die afkomstig is van het operationele magnetische veld nagenoeg nul. Daarom gaat de afschermwikkeling geen interactie aan met de motorwikkelingen.

FIG. 13 is een schematische tekening van een deel van een stator omvattende elektrisch staal waarin mogelijke locaties van afschermwikkelingen zijn aangegeven. In dit voorbeeld zijn de gleuven aangegeven door referenties 1, 2, 3, 4. In dit voorbeeld is een kruiswikkeling aangebracht waar de afschermwikkeling van gleuf 1 en gleuf 2 met elkaar zijn verbonden. In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan een afschermwikkeling zich uitstrekken naar 3 of 4 of meer gleuven. In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan de positie (omvattende het aantal wikkelingen van de afschermwikkeling) worden bepaald op basis van het

BE2018/5681 stroompatroon voor werking van de motor teneinde een interactie met de motorstroom te voorkomen. Daardoor dient de afschermwikkeling te worden gepositioneerd zodat nagenoeg geen netto magnetische flux door de afschermwikkeling afkomstig is van het bijdragende magnetische veld.

Als er een kruiswikkeling is aangebracht over gleuf 1 en 2, dan wordt er geen stroom geïnduceerd wanneer de totale geïntegreerde stroom over gleuf 1 en 2 gelijk is aan nul onder alle omstandigheden. In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan een toroïdale wikkeling een veelheid aan wikkelingen omvatten die 2 of meer, of zelfs alle gleuven, van de stator omsluiten. Wanneer de som van de stroom in alle gleuven is bedekt door de afschermwikkeling gelijk is aan nul, wordt nagenoeg geen netto flux gegenereerd in de afscherming. Daardoor wordt de werking van de motor niet beïnvloed door de aanwezigheid van de afschermwikkeling.

Wanneer een reeks nabijgelegen gleuven kan worden gevonden nadat de opsomming van de of the Ampère-wikkelingen resulteert in zero amp, dan kan de afschermwikkeling lokaal worden aangebracht om deze gleuven te bedekken. Dezelfde benadering kan worden gevolgd voor de resterende statorgleuven. Dit betekent dus dat een enkele toroïdale wikkeling altijd kan worden vervangen door een reeks afzonderlijke toroïdale wikkelingen die een beperkt segment van de stator bedekken. Maar elke van deze afschermwikkelingen moet een gesloten lus zijn. In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding worden de draden ingekort of wordt een ladingsimpedantie aangebracht (om het gedrag van de afschermdraad te verbeteren). In een kenschetsende uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is het gemakkelijker om een enkele

BE2018/5681 afschermdraad te gebruiken doordat de terugvoergeleider tussen het begin en het einde van de afschermwikkeling relatief kort kan zijn.

Het effect van de afschermwikkeling is niet beperkt tot het reduceren van de magnetische verliezen in het elektrische staal op zich. Bovendien wordt er bijna geen energie opgeslagen in het elektrische staal door een veld dat niet bijdraagt tot de werking van de motor van het apparaat. Door de ingekorte afschermwikkeling is de statorflux gegenereerd door de potentiële externe wisselstroom klein (in overeenstemming met de spanninsgval over de afschermwikkeling, die door het ontwerp klein wordt gehouden). Dit resulteert dus in een lage opslag van magnetische energie en het fysieke effect, waargenomen door het circuit dat de externe elektrisch stroom bevat, is dat de lekkage-inductie klein zal zijn. Wanneer men te maken heeft met variërende (bv. wisselende) stromen, betekent dit dat de spanningsval over de geleider, die door de perimeter van het elektrische staal passeert, ook klein zal blijven.

Een ander voordeel van de afschermwikkeling is dat deze afschermwikkeling ook kan worden gebruikt voor afscherming van het effect van de aanwezigheid van een potentiële externe gelijkstroom. De aanwezigheid van een externe gelijkstroom (Idc) heeft geen effect op de afschermwikkeling omdat er, volgens de wet van Lenz, geen spanning wordt geïnduceerd in de afschermwikkeling. Maar door externe middelen is het mogelijk om een gelijkstroom Isdc te injecteren in de afschermwikkeling. Als de waarde en het teken van Isdc is gekozen zodat:

fdc - N_sI_sdc = dan is er geen DC niet-bijdragend magnetiserend veld aanwezig in het elektrische staal. Magnetiserende

BE2018/5681 effecten van het elektrische staal en zelfs saturatie van het materiaal worden dus voorkomen door het aanbrengen van een externe gelijkstroom in de afschermwikkeling. Doordat de weerstand van de afschermdraad laag is voor een gelijkstroom, zal de aanvoer van een compenserende stroom Isdc niet veel energie vereisen en kan worden beschouwd als een middel om het niet-bijdragende veld van een potentiële externe gelijkstroom tegen te werken. Apparaten volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kunnen een besturingseenheid omvatten voor het genereren van een dergelijke stroom.

FIG. 14 toont de verliezen in de stator wanneer de afschermdraad actief (210) en niet actief (220) is (door het eenvoudigweg openen van het afschermdraadcircuit). De ingangsstroom gaat in het bereik van 5 tot 160A en had een frequentie van 40kHz. Zoals men kan zien nemen de verliezen geleidelijk af wanneer de afschermdraad actief is.

Op FIG. 15 is het verschil tussen een actief afschermdraadcircuit (kortgesloten afschermwikkeling) en een inactief afschermdraadcircuit (open afschermwikkeling) geïllustreerd. FIG. 15 toont een kromme waarin de temperatuur van het elektrische staal is weergegeven in functie van de tijd. De kromme wordt verkregen bij het aanbrengen van een axiale wisselstroom van 150 A. Tijdens het eerste half uur dat de afschermwikkeling open was, wordt een snelle toename van de temperatuur van het elektrische staal getoond. Wanneer een temperatuur van bijna 80°C werd bereikt, werd het experiment stopgezet om de statorwikkelingen niet te oververhitten. Vervolgens wordt de afschermwikkeling kortgesloten. Na een afkoelperiode werd de axiale wisselstroom van 150A opnieuw aangebracht. Nu werkt de ingekorte afschermdraad de fluxdensiteit die gecreëerd werd door de axiale stroom in het elektrische

BE2018/5681 staal tegen. De beperkte temperatuurstijging van het elektrische staal is nu het gevolg van de Joule-verliezen in de axiale geleider.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is het apparaat een lager en komt de component omvattende elektrisch staal overeenkomt met een ring van de lager. Een voorbeeld daarvan is schematisch geïllustreerd op FIG. 16 en FIG. 17. FIG. 16 toont een lager met één ring waarbij de ring overeenkomt met de component 110 omvattende elektrisch staal. De afschermwikkeling 120 is toroïdaal rond de ring gewikkeld. In deze kenschetsende uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvoering is de afschermwikkeling in de ring verzonken zodat deze de rotatie van de ring niet kan hinderen. Op FIG. 17 is een lager weergegeven met twee concentrische ringen 110, waarbij een afschermwikkeling 120 toroïdaal rond elk van de ringen is gewikkeld. Elke wikkeling is verzonken in zijn overeenkomstige ring bevestigd. Een magnetisch veld in de ring, veroorzaakt door een wisselstroom door een centrale geleider, wordt gecompenseerd door de aanwezigheid van de afschermwikkeling. De lager kan gepast voor de specifieke toepassing worden gekozen en kan van elk bekend type zijn, zoals, maar niet beperkt tot, ballagers, rollagers, vlakke lagers, axiale lagers of elk type dat bekend is in het vakgebied.

Claims

Conclusies

1.- Terminatie-eenheid (300) voor een afzetsysteem, de terminatie-eenheid omvattende een apparaat (100) voor het uitoefenen van een functie, het apparaat omvattende

ten minste een component (110) omvattende elektrisch staal, waarbij het apparaat een elektrische motor is omvattende een stator (320) en een rotor (310) en waarbij de stator (320) en/of de rotor (310) overeenkomt met de ten minste een component (110) omvattende elektrisch staal, en waarbij de motor is geconfigureerd zodat een stroom kan worden aangebracht aan de motor dat resulteert in het bijdragende magnetische veld dat resulteert in een torsiekracht tussen de stator en de rotor zodat de motor de target (350) kan roteren wanneer deze is gemonteerd en hierdoor gekenmerkt dat het apparaat een stroomoverdracht-middel (140) omvat naburig aan de ten minste één component (110) omvattende elektrisch staal, waarbij het stroomoverdrachtmiddel is aangepast voor het geleiden van een stroom volgens een eerste topologie en voor het overdragen van vermogen naar een target wanneer deze is gemonteerd op de terminatie-eenheid en dat het apparaat ten minste een afschermelement (120) omvat dat elektrisch geleidend is en dat geconfigureerd is zodat

- als een naburige stroom die de eerste topologie heeft zou worden aangebracht, wordt een effect van de naburige stroom op de component (110) omvattende elektrisch staal, dat niet bijdraagt tot de functie van het apparaat, getemperd door een stroom door het afschermelement (120) dat resulteert in een tegenwerkend veld in het afschermelement.

BE2018/5681
2. - Terminatie-eenheid (300) volgens conclusie 1, waarbij het afschermelement is geconfigureerd zodat wanneer een nabijgelegen variërende stroom zou worden aangebracht die resulteert in een variërend nietbijdragend magnetisch veld door het elektrische staal, wat niet bijdraagt tot de functie van het apparaat, dit nabijgelegen variërend niet-bijdragend magnetisch veld resulteert in een netto magnetische flux door het afschermelement, en deze nabijgelegen variërende elektrische stroom resulteert in een stroom door het ten minste een afschermelement dat resulteert in een magnetisch veld dat het niet-bijdragende magnetisch veld tegenwerkt in de ten minste ene component (110) omvattende het elektrisch staal.
3. - Terminatie-eenheid (300) volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de ten minste een component (110) omvattende elektrisch staal is aangepast voor het geleiden van een bijdragend magnetisch veld dat bijdraagt tot de functie van het apparaat (100), waarbij het ten minste een afschermelement is gepositioneerd zodat nagenoeg geen netto magnetische flux door het afschermelement afkomstig is van het bijdragende magnetische veld.
4. - Terminatie-eenheid (300) volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het overdrachtmiddel (140) is geconfigureerd zodat het overdrachtmiddel een omtrek van de component omvattende het elektrische staal kruist, en zodat een terugvoerroute van het overdrachtmiddel zich buiten de ten minste een component (110) omvattende elektrisch staal bevindt.
5. - Terminatie-eenheid (300) volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de component (110)

BE2018/5681 omvattende elektrisch staal een toroïdale vorm heeft, en waarbij het ten minste een afschermelement een afschermwikkeling is die nagenoeg toroïdaal gewikkeld is rond de ten minste een component omvattende elektrisch staal.
6.- Terminatie-eenheid (300) volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het ten minste een afschermelement een afschermwikkeling (120) is die kortgesloten is.
7.- Terminatie-eenheid (300) volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het ten minste een afschermelement een afschermwikkeling is die wordt belast door een impedantie.
8.- Terminatie-eenheid (300) volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het ten minste een afschermelement is ingezonken en/of ingebed in de ten minste een component omvattende elektrisch staal.
9. - Terminatie-eenheid (300) volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het stroomoverdrachtmiddel (140) een centrale as doorheen het apparaat omvat.
10. - Terminatie-eenheid (300) volgens een der voorgaande conclusies, het apparaat omvattende een besturingseenheid aangepast voor het aanbrengen van een gelijkstroom door het ten minste een afschermelement (120) voor het genereren van een niet-bijdragend magnetisch veld.