JP2020533781A - Distance sensors for measuring distances to ferromagnetic elements, magnetic levitation systems, and methods for measuring distances to ferromagnetic elements - Google Patents
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Abstract
本開示は、強磁性素子までの距離を測定するための距離センサ、強磁性素子を磁気的に浮揚させるための磁気浮揚システム、及び距離センサ内の漂遊磁界を補正するための方法に関する。第1の態様によれば、強磁性素子までの距離を測定するための距離センサが提供される。第2の態様によれば、強磁性素子を磁気的に浮揚させるための磁気浮揚システムが提供される。磁気浮揚システムは、第1の実施形態に係る、少なくとも1つの電磁アクチュエータ及び少なくとも1つの距離センサを備えており、少なくとも1つの距離センサは、強磁性素子までの距離を測定するように構成されている。第3の態様によれば、強磁性素子までの距離を測定するための方法が提供される。当該方法は、第1のホール素子及び第2のホール素子を備えた距離センサを設けることと、第1のホール素子の第1の信号、及び第2のホール素子の第2の信号を検出することと、第1の信号から第2の信号を差し引くこととを含む。第4の態様によれば、第1の態様に係る距離センサの使用が提供される。距離センサは、磁気浮揚装置内で使用され、距離センサは、浮揚体までの距離を測定するように構成されている。【選択図】図3aThe present disclosure relates to a distance sensor for measuring the distance to a ferromagnetic element, a magnetic levitation system for magnetically levating the ferromagnetic element, and a method for correcting a stray magnetic field in the distance sensor. According to the first aspect, a distance sensor for measuring the distance to the ferromagnetic element is provided. According to the second aspect, a magnetic levitation system for magnetically levitation of a ferromagnetic element is provided. The magnetic levitation system comprises at least one electromagnetic actuator and at least one distance sensor according to the first embodiment, the at least one distance sensor configured to measure the distance to a ferromagnetic element. There is. According to the third aspect, a method for measuring the distance to the ferromagnetic element is provided. In this method, a distance sensor including a first Hall element and a second Hall element is provided, and a first signal of the first Hall element and a second signal of the second Hall element are detected. This includes subtracting the second signal from the first signal. According to the fourth aspect, the use of the distance sensor according to the first aspect is provided. The distance sensor is used in a magnetic levitation device and the distance sensor is configured to measure the distance to the levitation body. [Selection diagram] FIG. 3a
Description
本開示の実施形態は、強磁性素子までの距離を測定するための距離センサに関する。より具体的には、本開示の実施形態は、特に、強磁性素子を磁気的に浮揚させるための磁気浮揚システム、及び距離センサ内の漂遊磁界を補正するための方法に関する。 An embodiment of the present disclosure relates to a distance sensor for measuring a distance to a ferromagnetic element. More specifically, embodiments of the present disclosure relate, in particular, to magnetic levitation systems for magnetically levitation of ferromagnetic elements and methods for compensating for stray magnetic fields in distance sensors.
様々な処理(例えば、処理チャンバ内での基板のコーティング)を実行するシステムが知られている。材料を基板上に堆積する方法は幾つか知られている。一例として、蒸発処理、物理的気相堆積(PVD)処理(スパッタリング処理や噴霧処理プロセスなど)、又は化学気相堆積(CVD)処理を使用することによって、基板をコーティングすることができる。処理は、堆積装置の処理チャンバ内で実行され得る。ここに、コーティングされる基板が配置される。堆積材料は、処置チャンバ内に供給される。小分子、金属、酸化物、窒化物、及び炭化物などの複数の材料が、基板上への堆積に使用され得る。さらに、エッチング、構造化(structuring)、アニール処理などの他の処理が処理チャンバ内で実行され得る。 Systems are known to perform a variety of processes (eg, coating the substrate in a processing chamber). There are several known methods for depositing material on a substrate. As an example, the substrate can be coated by using an evaporation process, a physical vapor deposition (PVD) process (such as a sputtering process or a spray process), or a chemical vapor deposition (CVD) process. The treatment can be performed in the processing chamber of the depositor. The substrate to be coated is arranged here. The deposited material is fed into the treatment chamber. Multiple materials such as small molecules, metals, oxides, nitrides, and carbides can be used for deposition on substrates. In addition, other processes such as etching, structuring and annealing can be performed in the processing chamber.
例えば、コーティング処理は、例えば、ディスプレイ製造技術においては、大面積基板向けに検討され得る。コーティングされた基板は、幾つかの用途及び幾つかの技術分野において使用することができる。例えば、ある用途は、有機発光ダイオード(OLED)パネルであり得る。さらなる用途としては、絶縁パネル、半導体デバイスなどのマイクロエレクトロニクス、薄膜トランジスタ(TFT)付き基板、カラーフィルタなどが含まれる。OLEDは、電気の印加により光を生成する(有機)分子の薄膜から構成された固体デバイスである。一例としては、OLEDディスプレイは、電子デバイスに明るいディスプレイを設けることができ、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)と比べて使用する電力が少ない。処理チャンバ内では、有機分子が、生成(例えば、蒸発、スパッタリング、又は噴霧等)され、層として基板上に堆積される。粒子は、例えば、境界又は特定のパターンを有するマスクを通過することができ、それにより、基板上の特定の位置に材料が堆積され、例えば、基板上にOLEDパターンが形成される。 For example, coating treatments can be considered for large area substrates, for example in display manufacturing techniques. The coated substrate can be used in several applications and in some technical fields. For example, one application may be an organic light emitting diode (OLED) panel. Further applications include insulating panels, microelectronics such as semiconductor devices, substrates with thin film transistors (TFTs), color filters and the like. An OLED is a solid device composed of a thin film of (organic) molecules that generate light when electricity is applied. As an example, an OLED display can be provided with a bright display in an electronic device and uses less power than, for example, a liquid crystal display (LCD). In the processing chamber, organic molecules are generated (eg, evaporation, sputtering, spraying, etc.) and deposited as layers on the substrate. The particles can pass, for example, a boundary or a mask having a particular pattern, whereby the material is deposited at a particular location on the substrate, for example, an OLED pattern is formed on the substrate.
処理システムは、例えば、コーティング処理の間、処理チャンバ内でキャリアを誘導するための磁気浮揚システムを含み得る。磁気浮揚システムは、キャリアを処理位置に設け、且つ/又はキャリアを処理チャンバ内で搬送するために適合され得る。磁気浮揚システムは、閉鎖制御ループを形成するための、電磁アクチュエータ、センサ、信号プロセッサ、及びパワーアンプを有する1つ以上の浮揚ユニットを含み得、これにより、浮揚されたキャリアは、磁気ベアリングから所定の距離で維持される。 The processing system may include, for example, a magnetic levitation system for guiding carriers in the processing chamber during the coating process. The magnetic levitation system may be adapted to provide the carrier in the processing position and / or to transport the carrier within the processing chamber. The magnetic levitation system may include one or more levitation units having an electromagnetic actuator, a sensor, a signal processor, and a power amplifier to form a closure control loop, whereby the levitation carrier is defined from the magnetic bearing. Is maintained at a distance of.
基板が高真空で処理される用途では、アクチュエータ、センサ、及び他の構成要素を金属シールディングすると、幾つかの種類の距離センサを使用できなくなる。このような用途では、ホール効果センサなどの磁気効果に基づく距離センサが使用される。なぜなら、こうした距離センサは、非鉄金属シールドを通して距離を測定することができるからである。 In applications where the substrate is processed in high vacuum, metal shielding of actuators, sensors, and other components renders some types of distance sensors unusable. In such applications, distance sensors based on magnetic effects, such as Hall effect sensors, are used. This is because such distance sensors can measure distance through a non-ferrous metal shield.
磁気浮揚システムの一態様は、浮揚システム内で電磁アクチュエータと距離センサを互いに近接させて配置することである。これにより、磁気浮揚システムの最小化されたサイズを実現し、アクチュエータとセンサとの並置による改善された制御挙動を実現する。 One aspect of the magnetic levitation system is to place the electromagnetic actuator and the distance sensor in close proximity to each other in the levitation system. This achieves a minimized size of the magnetic levitation system and improved control behavior due to juxtaposition of actuators and sensors.
上記の観点から、本開示の態様は、当該技術分野の課題のうち少なくとも幾つかを克服する、距離センサ、及び距離センサを操作するための方法を提供することである。 In view of the above, an aspect of the present disclosure is to provide a distance sensor and a method for operating the distance sensor that overcomes at least some of the problems in the art.
第1の実施形態によれば、強磁性素子までの距離を測定するための距離センサが提供される。距離センサは、少なくとも第1の永久磁石素子、少なくとも第1のホール素子、及び少なくとも第2のホール素子を含み、第1の永久磁石素子は、第1の磁界を生成し、第1のホール素子の位置における第1の磁界の方向は、第2のホール素子の位置における第1の磁界の方向と実質的に反対方向である。 According to the first embodiment, a distance sensor for measuring the distance to the ferromagnetic element is provided. The distance sensor includes at least a first permanent magnet element, at least a first Hall element, and at least a second Hall element, the first permanent magnet element generating a first magnetic field and a first Hall element. The direction of the first magnetic field at the position of is substantially opposite to the direction of the first magnetic field at the position of the second Hall element.
第2の実施形態によれば、強磁性素子を磁気的に浮揚させるための磁気浮揚システムが提供される。磁気浮揚システムは、第1の実施形態に係る、少なくとも1つの電磁アクチュエータ及び少なくとも1つの距離センサを備えており、少なくとも1つの距離センサは、強磁性素子までの距離を測定するように構成されている。 According to the second embodiment, a magnetic levitation system for magnetically levitation of a ferromagnetic element is provided. The magnetic levitation system comprises at least one electromagnetic actuator and at least one distance sensor according to the first embodiment, the at least one distance sensor configured to measure the distance to a ferromagnetic element. There is.
第3の実施形態によれば、強磁性素子までの距離を測定するための距離センサが提供される。当該方法は、第1のホール素子及び第2のホール素子を備えた距離センサを設けることと、第1のホール素子の第1の信号、及び第2のホール素子の第2の信号を検出することと、第1の信号から第2の信号を差し引くこととを含む。 According to the third embodiment, a distance sensor for measuring the distance to the ferromagnetic element is provided. In this method, a distance sensor including a first Hall element and a second Hall element is provided, and a first signal of the first Hall element and a second signal of the second Hall element are detected. This includes subtracting the second signal from the first signal.
第4の実施形態によれば、第1の実施形態に係る、距離センサの使用が提供される。距離センサは、磁気浮揚装置内で使用され、距離センサは、浮揚体までの距離を測定するように構成されている。 According to the fourth embodiment, the use of the distance sensor according to the first embodiment is provided. The distance sensor is used in a magnetic levitation device and the distance sensor is configured to measure the distance to the levitation body.
諸実施形態は、開示された方法を実行するための装置をさらに対象としており、記載されたそれぞれの方法ステップを実行するための装置の部分を含む。これらの方法ステップは、ハードウェア構成要素、適切なソフトウェアによってプログラミングされたコンピュータ、これらの2つの任意の組合せ、又は任意の他の方法で実行されてもよい。さらに、本開示に係る実施形態は、記載された装置が動作する方法も対象とする。装置のあらゆる機能を実行するための方法ステップを含む。 The embodiments further cover the apparatus for performing the disclosed methods and include parts of the apparatus for performing each of the described method steps. These method steps may be performed by hardware components, a computer programmed with the appropriate software, any combination of the two, or any other method. Furthermore, the embodiments according to the present disclosure also cover the methods by which the described devices operate. Includes method steps for performing all functions of the device.
本開示の上述の特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明を得ることができる。添付の図面は、本開示の実施形態に関し、以下において説明される。
本開示の様々な実施形態について、これより詳細に参照する。これらの実施形態の1つ以上の実施例は、図面で示されている。図面についての以下の説明の中で、同じ参照番号は同じ構成要素を表す。概して、個々の実施形態に関する相違のみが説明される。各実施例は、本開示の説明のために提供されるが、本開示を限定することを意図しているわけではない。さらに、ある実施形態の一部として図示且つ説明されている特徴は、他の実施形態において用いてもよく、又は、他の実施形態と共に用いてもよく、それにより、さらに別の実施形態が生じる。本記載は、このような修正例及び変形例を含むことが意図されている。 The various embodiments of the present disclosure will be referred to in more detail. One or more embodiments of these embodiments are shown in the drawings. In the following description of the drawings, the same reference numbers represent the same components. In general, only differences regarding individual embodiments are explained. Each example is provided for illustration purposes of the present disclosure, but is not intended to limit the present disclosure. Furthermore, the features illustrated and described as part of one embodiment may be used in other embodiments or in conjunction with other embodiments, thereby resulting in yet another embodiment. .. This description is intended to include such modifications and modifications.
本明細書に記載された実施形態は、キャリア(例えば、基板キャリア)の磁気的な浮揚及び/又は搬送に関する。このように、キャリアの磁気浮揚は、非接触型であり得る。本開示全体で使用される「非接触(contactless)」という用語は、キャリアの重量が、機械的接触又は機械的力によって保持されず、磁力によって保持されるという意味であると理解することができる。特に、機械的力の代わりに磁力を用いて、キャリアが浮揚又は浮遊状態で保持され得る。幾つかの実装形態では、システム内でのキャリアの浮揚中、且つ例えば運動中に、キャリアとそれ以外の装置との間に機械的接触が全くないことがある。 The embodiments described herein relate to magnetic levitation and / or transport of carriers (eg, substrate carriers). Thus, the magnetic levitation of the carrier can be non-contact. The term "contactless" as used throughout this disclosure can be understood to mean that the weight of the carrier is not held by mechanical contact or mechanical force, but by magnetic force. .. In particular, magnetic forces can be used instead of mechanical forces to keep the carriers in a floating or floating state. In some implementations, there may be no mechanical contact between the carrier and other devices during levitation of the carrier in the system and, for example, movement.
処理システム内でキャリアを誘導する機械的デバイスに比べて、非接触浮揚は、キャリアの運動の直線性及び/又は精度に影響を与える摩擦によって悩まされることがないのが利点である。キャリアの非接触搬送によって、キャリアの無摩擦運動が可能となり、例えば、堆積処理においてマスクに対するキャリアの位置を高精度に制御且つ維持することができる。さらに、浮揚によって、キャリアの素早い加速又は減速が可能となり、且つ/又は、キャリア速度の微調節が可能となる。 Compared to mechanical devices that guide carriers within a processing system, non-contact levitation has the advantage of not being bothered by friction that affects the linearity and / or accuracy of carrier motion. The non-contact transport of the carriers enables frictionless motion of the carriers, for example, the position of the carriers with respect to the mask can be controlled and maintained with high accuracy in the deposition process. Further, levitation allows for rapid acceleration or deceleration of the carrier and / or fine adjustment of the carrier speed.
例えば、堆積処理の間のキャリアの非接触浮揚又は搬送では、キャリアを搬送する間のキャリアと装置のセクション(例えば、機械的レール)との間の機械的接触により粒子が発生しないという点において有益である。したがって、非接触浮揚を使用すると粒子の発生が最小限に抑えられることから、非接触磁気浮揚システムは、特に、基板に堆積される層の純度及び均一性の向上をもたらす。 For example, non-contact levitation or transfer of carriers during the deposition process is beneficial in that no particles are generated by mechanical contact between the carrier and the section of the device (eg, mechanical rails) during carrier transfer. Is. Therefore, non-contact magnetic levitation systems provide, in particular, improvements in the purity and uniformity of the layers deposited on the substrate, as the use of non-contact levitation minimizes particle generation.
磁気浮揚システムは、真空空間で動作するように構成され得る。処理システムは、少なくとも1つの真空チャンバを含み得、堆積処理は基板上で行われる。少なくとも1つの真空チャンバは、真空チャンバの内部に真空を発生させるために真空チャンバに接続された、ターボポンプ及び/又はクライオポンプなどの1つ以上の真空ポンプを含み得る。磁気浮揚システムは、基板を、真空チャンバの内外へ、又は真空チャンバを通して搬送するように構成され得る。 The magnetic levitation system can be configured to operate in vacuum space. The processing system may include at least one vacuum chamber and the deposition process is performed on the substrate. The at least one vacuum chamber may include one or more vacuum pumps, such as turbo pumps and / or cryopumps, connected to the vacuum chamber to create a vacuum inside the vacuum chamber. The magnetic levitation system may be configured to transport the substrate in and out of the vacuum chamber or through the vacuum chamber.
磁気浮揚システムは、キャリアを搬送するように使用され得る。キャリアは、基板、複数の基板、及び/又はマスクを運ぶように適合され得る。キャリアは、例えば、大面積基板及び/又は複数の大面積基板を運搬するように適合された基板キャリアであってもよい。代替的に、キャリアは、例えば、堆積処理において基板の端部のコーティングを防止する端部除外マスクを運ぶように適合されたマスクキャリアであってもよい。 Magnetic levitation systems can be used to carry carriers. The carrier may be adapted to carry a substrate, multiple substrates, and / or masks. The carrier may be, for example, a substrate carrier adapted to carry a large area substrate and / or a plurality of large area substrates. Alternatively, the carrier may be, for example, a mask carrier adapted to carry an edge exclusion mask that prevents coating of the edges of the substrate in the deposition process.
本明細書に記載された実施形態に係るキャリアは、基板キャリア又はマスクキャリアに限定される必要はない。本明細書に記載された方法は、他の種類のキャリア、すなわち、例えば基板又はマスク以外の物体又はデバイスを運搬するように適合されたキャリアにも適用される。 The carriers according to the embodiments described herein need not be limited to substrate carriers or mask carriers. The methods described herein also apply to other types of carriers, i.e., carriers adapted to carry objects or devices other than, for example, substrates or masks.
本明細書で使用される「基板」という用語は、非フレキシブル基板(例えば、ガラス基板、ウエハ、サファイアなどの透明結晶体のスライス、又はガラスプレート)と、フレキシブル基板(例えば、ウエブ又は箔)との両方を含む。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によると、本明細書に記載された実施形態は、ディスプレイPVD、すなわち、ディスプレイ市場向けの大面積基板上のスパッタ堆積のために利用され得る。 As used herein, the term "subject" refers to non-flexible substrates (eg, slices of transparent crystals such as glass substrates, wafers, sapphires, or glass plates) and flexible substrates (eg, web or foil). Including both. According to embodiments that can be combined with other embodiments described herein, the embodiments described herein are for display PVD, ie, sputter deposition on large area substrates for the display market. Can be used for.
実施形態によれば、大面積基板又は対応キャリアは、少なくとも0.67m2のサイズを有し得る。このサイズは、約0.67m2(0.73×0.92m−Gen4.5)から約8m2であってもよく、より具体的には、約2m2から約9m2、又はさらに最大で12m2であってもよい。例えば、大面積基板又はキャリアは、約0.67m2の基板(0.73×0.92m)に相当するGEN4.5、約1.4m2の基板(1.1m×1.3m)に相当するGEN5、約4.29m2の基板(1.95m×2.2m)に相当するGEN7.5、約5.7m2の基板(2.2m×2.5m)に相当するGEN8.5、又はさらに約8.7m2の基板(2.85m×3.05m)に相当するGEN10であり得る。GEN11及びGEN12のようなさらに次の世代、並びにそれに相当する基板面積を同様に実装してもよい。 According to embodiments, the large area substrate or corresponding carrier can have a size of at least 0.67 m 2 . This size may range from about 0.67 m 2 (0.73 x 0.92 m-Gen4.5) to about 8 m 2 , more specifically from about 2 m 2 to about 9 m 2 or even up to. It may be 12 m 2 . For example, large area substrates or carrier, corresponds to GEN4.5 corresponds to about 0.67 m 2 substrate (0.73 × 0.92 m), about 1.4 m 2 substrate (1.1 m × 1.3 m) GEN5, GEN7.5 corresponding to a substrate of about 4.29 m 2 (1.95 m x 2.2 m), GEN 8.5 corresponding to a substrate of about 5.7 m 2 (2.2 m x 2.5 m), or Further, it may be GEN10 corresponding to a substrate (2.85 m × 3.05 m) of about 8.7 m 2 . Further next generations such as GEN11 and GEN12, and corresponding substrate areas may be similarly mounted.
図面では、垂直に配向されたキャリアが示されている。図1に例示するように、キャリア110支持基板120は、第1の方向192及び第2の方向194によって画定された平面において配向されており、第1の方向192は、キャリア搬送方向に実質的に配向され、第2の方向194は、重力方向に対して実質的に平行に配向される。第1の方向192は、第2の方向194に対して実質的に直角に配向される。しかしながら、本明細書に記載された実施形態は、垂直に配向されたキャリアに限定されない。キャリアの他の配向、例えば、水平配向をさらに設けてもよい。
The drawings show vertically oriented carriers. As illustrated in FIG. 1, the
本開示では、「実質的に平行(substantially parallel)」という表現は、2つの方向が互いに対して10度までの小さな角度、又はさらに15度までの角度をなすことを含み得る。「実質的に直角(substantially perpendicular)」という表現は、2つの方向が互いに対して90度未満、例えば、少なくとも80度、又は少なくとも75度の角度をなすことを含み得る。同様の考えが、互いに対して実質的に平行又は直角な軸、平面、領域、配向という概念に適用される。 In the present disclosure, the expression "substantially parallel" may include the two directions forming a small angle of up to 10 degrees or even an angle of up to 15 degrees with respect to each other. The expression "substantially perpendicular" can include an angle between the two directions of less than 90 degrees, eg, at least 80 degrees, or at least 75 degrees with respect to each other. A similar idea applies to the notions of axes, planes, regions, and orientations that are substantially parallel or perpendicular to each other.
本明細書に記載された幾つかの実施形態は、「垂直方向(vertical direction)」という概念を伴う。垂直方向とは、重力の延在に沿った方向に対して平行な又は実質的に平行な方向と見なされる。垂直方向は、厳密な垂直性(重力によって規定される)から、例えば、最大15度の角度でずれてもよい。 Some embodiments described herein are associated with the concept of "vertical direction". The vertical direction is considered to be a direction parallel to or substantially parallel to the direction along the extension of gravity. The vertical direction may deviate from the exact verticality (defined by gravity), for example, at an angle of up to 15 degrees.
本明細書に記載された実施形態は、「水平方向(horizontal direction)」という概念がさらに伴い得る。水平方向は、垂直方向と区別されると理解すべきである。水平方向は、重力によって規定された厳密な垂直方向に対して直角又は実質的に直角であり得る。 The embodiments described herein may further accompany the concept of "horizontal direction". It should be understood that the horizontal direction is distinguished from the vertical direction. The horizontal direction can be perpendicular to or substantially perpendicular to the exact vertical direction defined by gravity.
本明細書に記載された実施形態は、強磁性素子までの距離を測定するための距離センサ、及び強磁性素子を磁気的に浮揚させるための磁気浮揚システムに関する。本明細書に記載された実施形態に係る磁気浮揚システム100の実施例を示す図1を最初に参照する。
The embodiments described herein relate to a distance sensor for measuring the distance to a ferromagnetic element and a magnetic levitation system for magnetically levitation of the ferromagnetic element. First, FIG. 1 showing an embodiment of the
図1に示す磁気浮揚システム100は、キャリア110を含む。キャリア110は、基板120を支持する。キャリア110は、強磁性素子150、例えば、強磁性材料のバーを含む。磁気浮揚システム100は、例えば、電磁デバイス、ソレノイド、コイル、又は超伝導磁石などのアクティブ磁石ユニットを備えた複数の浮揚ユニット170を含む。複数の浮揚ユニット170のうちの個々の浮揚ユニットは、参照番号175で示される。複数の磁石ユニット170は、第1の方向192に延びる。キャリア110は、複数の浮揚ユニット170に沿って移動可能である。強磁性素子150及び複数の浮揚ユニット170は、キャリア110を浮揚させるための磁気浮揚力を加えるように構成されている。磁気浮揚力は、第2の方向194に延びる。
The
図1に示す磁気浮揚システム100は、複数の浮揚ユニット170に設けられた複数の距離センサ(図示せず)を含み得る。距離センサは、各浮揚ユニット175において設けられ得る。代替的に、距離センサは、各浮揚ユニット175の内部に設けられ得る。距離センサは、キャリア110の非接触浮揚の間に、複数の磁石ユニット170とキャリア110との間の距離を測定するように構成され得る。
The
図1に示す磁気浮揚システム100は、磁気駆動構造体180を含む。磁気駆動構造体180は、複数の磁石駆動ユニットを含む。磁気駆動構造体180の個々の磁石駆動ユニットは、参照番号185で示される。キャリア110は、磁気駆動構造体180の磁気駆動ユニット185と相互作用する第2の強磁性素子160を含み得る。磁気駆動構造体180の磁気駆動ユニット185は、処理システム内のキャリアを、例えば、第1の方向192に沿って駆動させる。例えば、第2の強磁性素子160は、交互する極性で配置された複数の永久磁石を含み得る。第2のパッシブ磁気ユニット160の結果として生じた磁界は、磁気駆動構造体180の第2の強磁性素子160と相互作用して、キャリア110を浮揚させながら第1の方向192に移動させることができる。
The
磁気浮揚システム100は、制御ユニット130を含む。制御ユニット130は、複数の浮揚ユニット170及び/又は距離センサに接続され得る。制御ユニット130は、キャリア110の磁気浮揚を制御するように構成され得る。制御ユニット130は、例えば、距離センサによって制御ユニット130に与えられた測定距離値に基づいて、キャリア110の浮揚の間、キャリア110と複数の磁石ユニット170との間の距離を制御するように構成され得る。磁気駆動構造体180は、制御ユニット130の制御の下でキャリア110を駆動させることができる。
The
これより浮揚ユニット175の断面図を示す図2a及び図2Bを参照する。図2aは、第1の方向192又はキャリア搬送方向における断面図であり、図2bは、第1の方向192及び第2の方向194に対して直角な第3の方向196、又はキャリア搬送方向と直交する方向における断面図である。
From this, reference is made to FIGS. 2a and 2B showing a cross-sectional view of the
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、浮揚ユニット175は、少なくとも磁気アクチュエータ178を備えている。電磁アクチュエータ178は、少なくともコイル178a及び少なくとも強磁性コア178bを含み得、電流がコイル178aに印加されると、電界を発生させる。電磁アクチュエータ178によって生成された磁界は、強磁性素子150に第2の方向194で磁気浮揚力を加え、強磁性素子150が付着したキャリア110を浮揚させる。
According to the embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, the
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、少なくとも1つの電磁アクチュエータ、少なくとも1つの距離センサ、及びコントローラは、気密エンクロージャの内部に含まれ得る。高真空又は超高真空用途にて磁気浮揚システム100の操作する間、浮揚ユニット175の様々な構成要素は、周囲の真空環境から遮蔽される。このことを目的として、浮揚ユニット175は、ハウジング176をさらに含み得る。ハウジング176は、浮揚ユニット175の構成要素を取り囲み、浮揚ユニット175の構成要素を周囲の真空環境から遮蔽する。ハウジング176は、内部空間177が周囲の真空環境から分離されるように、内部空間177を取り囲む気密エンクロージャであり得る。内部空間177を周囲の真空環境から分離することにより、周囲の真空環境の汚染が避けられる。
According to embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, the at least one electromagnetic actuator, at least one distance sensor, and controller may be included within an airtight enclosure. During the operation of the
ハウジング176は、非強磁性材料を含み得る。これにより、少なくとも1つの距離センサ200が、ハウジング176の内部に配置され、ハウジング176を通して磁界を検出することが可能になる。例えば、ハウジング176は、金属、具体的には、アルミニウム合金又は非強磁性ステンレス鋼を含み得る。
内部空間177は、周囲の真空環境と同じ圧力で維持されてもよく、又は周囲の真空環境と異なる圧力で維持されてもよい。例えば、内部空間177は、周囲の真空環境より高い圧力で維持されてもよい。この特徴により、ハウジング176内に含まれる浮揚ユニット175の構成要素が対流を介して冷却されたり、又は内部空間177の平均自由行程を変更して、ハウジング176内に含まれる電気又は電子構成要素間の電気アークを避けたりすることが可能になる。さらに、内部空間177は、周囲の真空環境と同一の又は周囲の真空環境と異なるガス組成を含み得る。
The
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、浮揚ユニット176は、コントローラ179をさらに含み得る。コントローラ179は、少なくとも距離センサ200、及び少なくとも電磁アクチュエータ178に電気的に取り付けられている。コントローラ179は、距離センサ200と強磁性素子150との間の距離Xに対応する、少なくとも距離センサ200からの距離信号を取得し得る。取得した距離信号に基づいて、コントローラ179は、電磁アクチュエータ178によって与えられる目標アクチュエータ力に対応するアクチュエータ信号を出力する。
According to embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, the
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、コントローラ179は、強磁性素子150への距離を制御するための、少なくとも1つの電磁アクチュエータの閉ループ制御のために構成され得る。例えば、コントローラ179は、目標距離を維持するための閉ループ制御機構を実装し得る。閉ループ制御機構は、PIコントローラ、PIDコントローラ、又は当該技術における任意の他の閉ループコントローラを含み得る。閉ループ制御機構は、少なくとも1つの距離信号を入力として取り込み、少なくとも1つの電磁アクチュエータのための制御信号を出力として生成し得る。閉ループ制御機構は、さらなる入力信号を受信するように構成されてもよい。例えば、少なくとも1つの電磁アクチュエータの推定された電流信号が追加の入力信号として使用されてもよい。
According to embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, the
図2a及び図2bで例示されているように、コントローラ179は、浮揚ユニット175の構成要素であり得る。この場合、複数の浮揚ユニット170内の各浮揚ユニット175は、それぞれ、個別のコントローラ179を有し得る。個々のコントローラ179は、各浮揚ユニット175を独立して制御することができる。任意選択的に、各浮揚ユニット175内に配置されたそれぞれ別個のコントローラ179は、図1に例示するように、制御ユニット130に電気的に取り付けられ得る。代替的に、コントローラ179は、制御ユニット130の構成要素であり得る。複数の浮揚ユニット170における各浮揚ユニット175のための各コントローラ179は、単一の制御ユニット130内に組み込まれる。
As illustrated in FIGS. 2a and 2b, the
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、浮揚ユニット176は、少なくとも距離センサ200さらに含む。図2aに例示されるように、浮揚ユニット176は、電磁アクチュエータ178の両側に配置された2つの距離センサ200を含み得る。距離センサ200の数は、各電磁アクチュエータ178に対して少なくとも1つの距離センサ、具体的には、各電磁アクチュエータ178に対して2つの距離センサ200であり得る。
According to embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, the
距離センサ200は、磁界に応じて出力電圧を変動させる少なくとも1つのトランスデューサを含み得る。例えば、距離センサ200は、ホール効果センサ又は巨大磁気抵抗(GMR)センサを含んでもよい。距離センサ200は、強磁性素子150の磁界を検出するように構成されており、これにより、距離センサ200と強磁性素子150との間の距離Xを判定することができる。したがって、距離センサ200は、浮揚ユニット175と、強磁性素子150が取り付けられたキャリア110との間の距離を非接触で判定するように使用可能である。さらに、強磁性素子150の磁界が検出されるので、距離センサ200と強磁性素子150との間に非強磁性素子があっても、距離センサ200の動作が妨げられることはない。
The
距離センサ200は、強磁性素子150までの距離Xを確実に測定するように、適切な位置に配置され得る。距離センサ200は、浮揚ユニット175に取り付けられてもよく、又は浮揚ユニット175の内部に位置付けされてもよい。図2a及び図2bで例示されているように、距離センサ200は、電磁アクチュエータ178とインラインに位置付けされ得る。浮揚ユニット175の確実且つ高性能な制御を達成するために、センサ/アクチュエータの対においてセンサとアクチュエータを並置することが好ましい。したがって、距離センサ200が、電磁アクチュエータ178と近接するように位置付けされることが好ましい。さらに、距離センサ200を電磁アクチュエータ178と近接させることにより、浮揚ユニット175をよりコンパクトにすることが可能になるというさらなる効果がある。
The
しかしながら、電磁アクチュエータ178が、キャリア110を浮揚させるために電磁界を発生させるので、距離センサ200を電磁アクチュエータ178に近接させて位置付けさせることが問題になる。電磁アクチュエータ178によって発生した漂遊磁界は、距離センサ200によって検出することができ、これにより、電磁アクチュエータ178との望ましくないクロスカップリングが発生する。この漂遊磁界に起因するクロスカップリングは、距離センサ200と強磁性素子150との間の距離Xの確実な判定に影響を及ぼし、ひいては、キャリアと磁気浮揚システムとの間の確実な判定に影響を及ぼす。
However, since the
これより、本開示の実施形態に係る距離センサ200の側方断面図を示す図3a及び3bを参照する。ここでは、強磁性素子150までの距離Xを測定するための距離センサ200が提供される。距離センサ200は、少なくとも第1の永久磁石素子201、少なくとも第1のホール素子203、及び少なくとも第2のホール素子204を備えており、第1の永久磁石素子201は、第1の磁界205を生成する。第1及び第2のホール素子203、204は、第1のホール素子203の位置における第1の磁界205の方向が、第2のホール素子204の位置における第1の磁界205の方向と実質的に反対であるように、配向される。
From this, reference is made to FIGS. 3a and 3b showing a side sectional view of the
キャリア110を浮揚させる際の望ましくない効果として、第2の磁界206が電磁アクチュエータ178によって生成され得る。第2の磁界206は、漂遊磁界を含み得る。第2の磁界206の大きさは、キャリア110に加えられる浮揚力に依存するため、距離センサ200に対する第2の磁界206の影響により、電磁アクチュエータ178と距離センサ200との間に望ましくないクロスカップリングが生じる。本開示に係る距離センサ200を設けることにより、この望ましくないクロスカップリングを補正することができる。
As an undesired effect in levitation of the
距離センサ200に少なくとも第1の永久磁石201、並びに第1及び第2のホール素子203、204を設けることにより、第1の磁界205を検出して強磁性素子150と距離センサ200との間の距離Xを判定することが可能になり、それと同時に第2の磁界206を補正することが可能になる。第1の磁界205は、第1のホール素子203にわたって正電圧成分を生成し、第2のホール素子204にわたって負電圧成分を生成する。一方で、第2の磁界206は、第1及び第2のホール素子203、204の両方にわたって正電圧成分を生成する。第1ホール素子203によって生成された電圧から第2ホール素子204によって生成された電圧を差し引くことにより、第2の磁界206によって第1及び第2のホール素子203、204にわたって生成された電圧成分が相殺され、第1の磁界205によって第1及び第2のホール素子203、204にわたって生成された電圧成分が残る。
By providing at least the first
第1及び第2のホール素子203、204は、印加される磁界に基づいて電圧を生成する。第1の磁界205が第1及び第2のホール素子203、204内で電圧を誘起するように、第1及び第2のホール素子203、204は位置付けされる。第1の磁界205の強度は、強磁性素子150の存在により影響を受けるので、強磁性素子150が、距離センサ200により近いときと、距離センサ200からより遠いときとの間で第1の磁界205において差異が生じる。第1の磁界205がホール素子203、204内で電圧を生成するように、ホール素子203、204を位置付けすることにより、距離センサ200と強磁性素子150との間の距離を測定することができる。
The first and
第1の磁界205は、少なくとも第1の永久磁石素子201によって生成される。図3aに例示する実施形態をまず参照すると、距離センサ200は、第1の永久磁石素子201を備えている。第1の永久磁石素子201は、磁界ループが生成されるように位置付けされ、距離センサ200の一方の側の磁束方向は、強磁性素子150から離れる第1の磁束方向となり、距離センサ200の他方の側の磁束方向は、強磁性素子150に向かう第2の磁束方向となる。距離センサ200は、第1の磁界205を方向付けるように位置付けされたコア素子202をさらに備えている。第1及び第2ホール素子203、204は、第1のホール素子203が第1の磁束方向の磁束領域にあり、第2のホール素子204が第2の磁束方向の磁束領域にあるように、第1の磁界205において位置付けされる。
The first
代替的な配置が図3bで例示されている。本実施形態では、第1の永久磁石素子201a及び第2の永久磁石素子201bが設けられる。第1及び第2の永久磁石素子201a、201bの極性は、磁界ループが生成されるように、互いに対して反対に配置され、距離センサ200の一方の側の磁束方向は、強磁性素子150から離れる第1の磁束方向となり、距離センサ200の他方の側の磁束方向は、強磁性素子150に向かう第2の磁束方向となる。距離センサ200は、第1の磁界205を方向付けるように位置付けされたコア素子202をさらに備えている。第1及び第2ホール素子203、204は、第1のホール素子203が第1の磁束方向の磁束領域にあり、第2のホール素子204が第2の磁束方向の磁束領域にあるように、第1の磁界205において位置付けされる。
An alternative arrangement is illustrated in FIG. 3b. In the present embodiment, the first
少なくとも第1の永久磁石素子201は、複数の永久磁石素子内に含まれ得る。例えば、距離センサ200は、少なくとも2つの第1の永久磁石素子を備えてもよく、又は、少なくとも2つの第1の永久磁石素子と少なくとも2つの第2の磁石素子を備えてもよい。ハルバッハ配列(Halbach array)を形成するように複数の永久磁石素子を配向してもよい。これにより、複数の永久磁石素子によって生成された磁界は、強磁性素子150に面する側で強く、強磁性素子150の反対側で弱い。ハルバッハ配列には、その背面で磁界を発生しないという利点があり、磁気干渉の影響を受けやすい浮揚ユニット内に位置する他の構成要素は、従来の磁石素子と比べて、第1の磁界によって影響を受ける程度が小さい。
At least the first
本開示の実施形態によると、第1の磁界205が第1及び第2のホール素子203、204内で電圧を生成するように、第1及び第2のホール素子203、204は、互いに対して逆向きに配向される。これは、第1の磁束方向の磁束領域に位置付けされた第1のホール素子203が第1の磁束方向に配向され、第2の磁束方向の磁束領域に位置付けされた第2のホール素子204が第2の磁束方向に配向されように、第1及び第2ホール素子203、204は配向されることを意味する。図3a及び図3bに示す側断面図では、第1のホール素子203は、上方に向けて配向され、第2のホール素子204は、下方に向けて配向されるということになる。
According to an embodiment of the present disclosure, the first and
第1及び第2のホール素子203、204が互いに逆向きに配向されている場合、第1の磁界205は、第1のホール素子203及び第2のホール素子204の両方において正電圧を生成し、各電圧の大きさは互いに対してほぼ等しい。しかしながら、第2の磁界206は、各電圧の大きさは互いに対してほぼ等しくなるように、第1のホース素子203又は第2のホール素子204のいずれか一方に正電圧を生成し、第1のホース素子203及び第2のホール素子204のいずれか他方に負電圧を生成する。第1の磁界205によって生成された電圧が保持され、第2の磁界206によって生成された電圧が相殺されるように、第1及び第2のホール素子203、204のそれぞれによって生成された電圧を加えることができ、これにより、距離センサ200の出力電圧に対する第2の磁界206の任意の影響の測定電圧を補正することになる。
When the first and
代替的な実施形態として、第1の磁界205が、一方のホール素子で正電圧を生成し、他方のホール素子で負電圧を生成するように、第1及び第2のホール素子203、204は、互いに対して同じ方向に配向されてもよい。図3a及び図3bに示されている側断面図では、この場合、第1及び第2ホール素子203、204が、両方とも上向き又は両方とも下向きに配向されていることになる。
As an alternative embodiment, the first and
第1及び第2のホール素子203、204が互いに同じ方向に配向されている場合、第1の磁界205は、各電圧の大きさが互いに対してほぼ等しくなるように、第1のホール素子203において正電圧を生成し、第2のホール素子204において負電圧を生成する。しかしながら、第2の磁界206は、各電圧の大きさが互いに対してほぼ等しくなるように、第1及び第2のホール素子203、204の両方において正電圧を生成する。第1の磁界205によって生成された電圧が保持され、第2の磁界206によって生成された電圧が相殺されるように、第1及び第2のホール素子203、204のそれぞれによって生成された電圧を差し引くことができ、これにより、距離センサ200の出力電圧に対する第2の磁界206の任意の影響の測定電圧を補正することになる。
When the first and
本開示に係る距離センサ200を設定することにより、漂遊磁界を補正することができる。漂遊磁界は、例えば、電磁アクチュエータ、基板キャリア上の磁気素子、又はカソードターゲットによって生成され得る。漂遊磁界の補正により、距離センサ200を電磁アクチュエータのより近くに位置付けすることが可能になり、センサとアクチュエータとの並置によって、磁気浮揚システムの改善された性能を達成することができる。さらに、漂遊磁界の補正により、距離センサ200は、キャリアと磁気浮揚システムとの間の距離をより確実且つより正確に維持することができるように、より確実且つより正確な距離測定を行うことができる。
By setting the
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、図2a及び図2bに示すコントローラ179は、少なくとも1つの電磁アクチュエータによって生成され且つ少なくとも1つの距離センサに作用する漂遊磁界を補正するように構成され得る。コントローラ179が、第1及び第2ホール素子のそれぞれから第1及び第2信号を受信できるように、コントローラ179は、少なくとも1つの距離センサ200に電気的に取り付けられ得る。コントローラ179は、少なくとも1つの電磁アクチュエータによって発生した漂遊磁界によって生成される信号成分を補正するように、第1の信号と第2の信号を互いから差し引くよう構成され得る。
According to embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, the
本開示の第3の実施形態によれば、強磁性素子までの距離を測定するための距離センサが提供される。当該方法は、第1のホール素子及び第2のホール素子を備えた距離センサを設けることと、第1のホール素子の第1の信号、及び第2のホール素子の第2の信号を検出することと、第1の信号から第2の信号を差し引くこととを含む。 According to a third embodiment of the present disclosure, a distance sensor for measuring the distance to a ferromagnetic element is provided. In this method, a distance sensor including a first Hall element and a second Hall element is provided, and a first signal of the first Hall element and a second signal of the second Hall element are detected. This includes subtracting the second signal from the first signal.
これより、本開示の実施形態に係る、強磁性素子までの距離を測定するための方法500のフロー図を示す図5を参照する。方法500は、開始510で始まる。
From this, reference is made to FIG. 5 showing a flow chart of the
ブロック511では、第1のホール素子及び第2のホール素子を備えた距離センサが設けられる。距離センサは、本明細書に記載された距離センサであり得、距離センサは、強磁性素子までの距離を測定することが可能である。距離センサは、例えば、電磁アクチュエータに近くに設けられてよい。電磁アクチュエータによって生成された望ましくない漂遊磁界が、距離センサに影響を及ぼすことがあり、電磁アクチュエータと距離センサとの間にクロスカップリングが生じる。
The
ブロック512では、第1のホール素子の第1の信号が検出され、ブロック513では、第2のホール素子の第2の信号が検出される。第1及び第2のホール素子の第1及び第2の信号は、それぞれ、距離測定信号及び漂遊磁界信号の成分を含み得る。第1及び第2の信号のそれぞれの距離測定信号成分は、大きさがほぼ等しくても極性が反対であり得るが、第1及び第2の信号のそれぞれの漂遊磁界信号成分は、大きさがほぼ等しく、同じ極性を有し得る。
The
ブロック514では、第1のホール素子の第1の信号と、第2のホール素子の第2の信号とは、互いから差し引かれる。第1及び第2の信号のそれぞれの漂遊磁界信号成分は、大きさがほぼ等しく、同じ極性を有するので、第1の信号と第2の信号を互いから差し引くことは、第1の信号及び第2の信号のそれぞれの漂遊磁界信号成分を相殺する。したがって、漂遊磁界信号成分が補正され、望ましくない漂遊磁界によって影響受けずに残る距離信号が生成され得る。最後に、方法500は、終了520で終わる。
In
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、ブロック511で提供される距離センサは、第1の磁界を生成するための少なくとも第1の永久磁石素子をさらに含み得、第1のホール素子の位置における第1の磁界の方向は、第2のホール素子の位置における第1の磁界の方向と実質的に反対方向である。代替的に、ブロック511で提供される距離センサは、第1の磁界を生成するための、少なくとも第1の永久磁石素子、及び少なくとも第2の永久磁石素子をさらに含み得、第1のホール素子の位置における第1の磁界の方向は、第2のホール素子の位置における第1の磁界の方向と実質的に反対方向である。したがって、第1の磁界は、第1のホール素子に第1の距離測定信号成分を生成させ、第2のホール素子に第2の距離測定信号成分を生成させ、この場合、第1の距離測定信号成分の極性は、第2の距離測定信号成分の極性と反対の極性である。例えば、第1の磁界は、第1のホール素子に正電圧成分を生成させ、第2のホール素子に負電圧成分を生成させ得る。第1及び第2のホール素子によってそれぞれ生成された第1の距離測定信号成分と第2の距離測定信号成分の大きさはほぼ等しくてもよく、これにより、ブロック514では、第1のホール素子の第1の信号と第2のホール素子の第2の信号とが互いから差し引かれた場合、第1の距離測定信号成分と第2の距離測定信号成分とは互いを相殺することなく、第1及び第2の漂遊磁界成分が補正される。したがって、漂遊磁界によって影響されずに残る距離信号が生成され得る。
According to a further embodiment that can be combined with other embodiments described herein, the distance sensor provided in
方法500は、コントローラを使用して実行され得る。例えば、図2a及び図2bを再度参照すると、方法500は、浮揚ユニット175の構成要素であり得るコントローラ179によって実行され得る。コントローラ179は、入力として第1の信号及び第2信号を受信するように、少なくとも距離センサ200に電気的に取り付けられ得る。
上述のように、磁気浮揚システムの一態様は、浮揚システム内で電磁アクチュエータと距離センサを互いに近接させて配置することである。これにより、磁気浮揚システムの最小化されたサイズを実現し、アクチュエータとセンサとの並置による改善された制御挙動を実現する。電磁アクチュエータと距離センサがより近づくことによって生じる望ましくない影響のうちの1つは、電磁アクチュエータによって生成された漂遊磁界が、距離センサとのクロスカップリング効果をもたらすことである。本明細書に記載された実施形態は、例えば、第1及び第2のホール素子を使用して、それらの信号を互いに差し引き、漂遊磁界を補正することによって、この問題を解決する。 As described above, one aspect of the magnetic levitation system is to place the electromagnetic actuator and the distance sensor in close proximity to each other in the levitation system. This achieves a minimized size of the magnetic levitation system and improved control behavior due to juxtaposition of actuators and sensors. One of the undesired effects caused by the closer the electromagnetic actuator and the distance sensor is is that the stray magnetic field generated by the electromagnetic actuator provides a cross-coupling effect with the distance sensor. The embodiments described herein solve this problem by, for example, using first and second Hall elements to subtract their signals from each other and correct the stray magnetic field.
しかしながら、距離センサが、電磁アクチュエータにより近接するように位置付けされると、漂遊磁界が、距離センサ内の第1及び第2のホール素子を等しく影響を及ぼし得ないという、さらに望ましくない影響がもたらされる。例えば、距離センサが位置付けされた領域で漂遊磁界の湾曲がより多い場合があり、又は漂遊磁界の大きさが均一ではない場合がある。これらの影響は、例えば、電磁アクチュエータ間に位置付けされた距離センサにおいて特に問題である。この場合、第2の磁界信号を差し引きによって完全に補正するためには、第1の磁界信号成分と第2の磁界信号成分は、大きさが十分に等しくない場合がある。したがって、これらの影響の追加的な補正が有利であり得る。 However, when the distance sensor is positioned closer to the electromagnetic actuator, it has the further undesired effect that the stray magnetic field cannot affect the first and second Hall elements in the distance sensor equally. .. For example, the stray magnetic field may be more curved in the region where the distance sensor is located, or the stray magnetic field may be non-uniform in magnitude. These effects are particularly problematic, for example, in distance sensors located between electromagnetic actuators. In this case, in order to completely correct the second magnetic field signal by subtraction, the first magnetic field signal component and the second magnetic field signal component may not be sufficiently equal in magnitude. Therefore, additional correction of these effects may be advantageous.
これより、強磁性素子までの距離を測定するための方法501のフロー図を示す図6を参照する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、方法501は、少なくとも1つの電磁アクチュエータによって生成された磁束を推定するためにコイル電流を使用して、少なくとも1つの電磁アクチュエータのコイル電流を検出すること、及び距離センサによって測定された距離信号の誤った成分を補正することという追加ステップをさらに含む。方法501は、開始510で始まる。
From this, it is referred to FIG. 6 which shows the flow chart of the
上述の方法500による、ブロック511、512、513、及び514を含む方法501は、ブロック515では、少なくとも1つの電磁アクチュエータのコイル電流を検出することをさらに含む。電磁アクチュエータ内のコイル電流は、電磁アクチュエータによって生成された磁束に比例する。コイル電流は、電磁アクチュエータに送信されている電流信号から検出されてもよく、又は、電磁アクチュエータのコイル内の電流を測定するように構成された電流センサを使用することによって検出されてもよい。
さらに、ブロック516では、少なくとも1つの電磁アクチュエータによって生成された磁束が推定される。生成された磁束の推定は、ブロック515で検出された少なくとも1つの電磁アクチュエータのコイル電流に基づく。磁束の推定は、磁束補正信号を生成することを含む。磁束補正信号は、距離センサによって生成された距離信号の誤った成分を補正するために使用され得る。
Further, in
最後に、ブロック517では、距離センサによって測定された距離信号の誤った成分が補正される。距離センサによって検出された距離信号から、ブロック516で生成された磁束補正信号を差し引くことによって補正が行われ、これにより、ブロック514で既に補正されていない、電磁アクチュエータと距離センサとの間のクロスカップリングのさらなる影響が補正される。
Finally, block 517 corrects for erroneous components of the distance signal measured by the distance sensor. The correction is performed by subtracting the magnetic flux correction signal generated in
上述のように方法501を実行することにより、非均一又は多湾曲漂遊磁界、又は隣接する電磁アクチュエータからの漂遊磁界などの漂遊磁界をさらに補正することが可能となり、これにより、距離センサを、電磁アクチュエータにさらに近づくよう位置付けすることができ、磁気浮揚システムの性能がさらに改善される。
By performing
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、ブロック516で磁束を推定することは、コイル電流の大きさ及び/又は周波数に基づいて、磁束のモデルを計算することを含む。コイル電流は、例えば、ハウジング176内で渦電流を誘起することがあり、又は、周波数に依存する所与の大きさの磁束を生成することがある。さらに、強磁性素子150は、周波数依存性を導入し得る非積層素子であり得る。当該モデルは、所与のコイル電流の大きさ及び/又は周波数に関連して電磁アクチュエータによって生成される磁束の、あらかじめ決定された又はあらかじめ計算されたモデルを含み得る。例えば、モデルは、あらかじめ計算された値のルックアップテーブルを含み得る。代替的に、当該モデルは、所与のコイル電流の大きさ及び/又は周波数に関連して電磁アクチュエータによって生成される磁束の数学的近似に基づいて、リアルタイムで計算され得る。
According to the embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, estimating the magnetic flux at
磁束のモデルは、印加されたコイル電流に応じて電磁アクチュエータの磁束挙動を測定し、距離信号に対するその影響を判定することによって、決定され得る。強磁性素子は、距離センサから周知の距離で固定され、コイル電流は、電磁アクチュエータに印加され、距離センサから距離信号が生成される。電磁アクチュエータに印加されるコイル電流を変更することにより、磁束の変化を引き起こし、これにより、磁束の影響の下で距離センサからの距離信号が変化する。コイル電流に基づいて距離信号の変化を測定することにより、コイル電流に基づいて電磁アクチュエータの磁束が距離信号に対して有する影響を推定するためのモデルを算出することができる。 The model of the magnetic flux can be determined by measuring the magnetic flux behavior of the electromagnetic actuator according to the applied coil current and determining its effect on the distance signal. The ferromagnetic element is fixed at a well-known distance from the distance sensor, a coil current is applied to the electromagnetic actuator, and a distance signal is generated from the distance sensor. By changing the coil current applied to the electromagnetic actuator, a change in magnetic flux is caused, which changes the distance signal from the distance sensor under the influence of the magnetic flux. By measuring the change in the distance signal based on the coil current, it is possible to calculate a model for estimating the influence of the magnetic flux of the electromagnetic actuator on the distance signal based on the coil current.
当該モデルは、少なくとも1つの電磁アクチュエータによって生成された磁束を推定するためのさらなるパラメータを考慮し得る。例えば、当該モデルは、少なくとも1つの隣接する電磁アクチュエータのコイル電流に関連するパラメータを含み得る。電磁アクチュエータが隣接する電磁アクチュエータに近接して配置されている場合、隣接する電磁アクチュエータによって生成される漂遊磁束も、隣接する距離センサとクロスカップリングし得る。したがって、距離センサに作用する漂遊磁束によって引き起こされる、距離センサによって生成される距離信号の誤った成分をさらに補正することができる。 The model may take into account additional parameters for estimating the magnetic flux generated by at least one electromagnetic actuator. For example, the model may include parameters related to the coil current of at least one adjacent electromagnetic actuator. When the electromagnetic actuators are located close to adjacent electromagnetic actuators, the stray magnetic flux generated by the adjacent electromagnetic actuators may also cross-coup with the adjacent distance sensor. Therefore, it is possible to further correct the erroneous component of the distance signal generated by the distance sensor caused by the stray magnetic flux acting on the distance sensor.
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、磁束の推定は、デジタル信号プロセッサ上で実行される。デジタル信号プロセッサは、通常、アナログデジタル変換器(ADC)、デジタル信号処理ユニット、及びデジタルアナログ変換器(DAC)を備えており、リアルタイムでアナログ信号を処理することが可能である。デジタル信号プロセッサは、浮揚ユニット内に設けられた別個の構成要素であってもよく、又は浮揚ユニット用のコントローラ内に組み込まれてもよい。デジタル信号プロセッサで磁束の推定を実行すると、磁束のリアルタイム推定が可能になり、これにより、距離信号をより速く取得することが可能になり、キャリアと浮揚システムとの間の目標距離を維持するにあたって、浮揚システムのより優れた性能が可能になる。 According to the embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, the estimation of magnetic flux is performed on a digital signal processor. A digital signal processor usually includes an analog-to-digital converter (ADC), a digital signal processing unit, and a digital-to-analog converter (DAC), and can process an analog signal in real time. The digital signal processor may be a separate component provided within the levitation unit, or may be incorporated within a controller for the levitation unit. Performing magnetic flux estimation on a digital signal processor enables real-time estimation of magnetic flux, which allows for faster acquisition of distance signals and in maintaining the target distance between the carrier and the levitation system. , Allows for better performance of levitation system.
以上の記述は、本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態を考案してもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。 Although the above description is intended for the embodiments of the present disclosure, other embodiments and further embodiments of the present disclosure may be devised without departing from the basic scope of the present disclosure. The scope is determined by the following claims.
Claims (16)
少なくとも第1の永久磁石素子(201、201a)、
少なくとも第1のホール素子(203)、及び
少なくとも第2のホール素子(204)
を備え、
前記第1の永久磁石素子(201、201a)が、第1の磁界(205)を生成し、前記第1のホール素子(203)の位置における前記第1の磁界(205)の方向が、前記第2のホール素子(204)の位置における前記第1の磁界(205)の方向と実質的に反対方向である、距離センサ(200)。 A distance sensor (200) for measuring the distance to the ferromagnetic element (150).
At least the first permanent magnet element (201, 201a),
At least the first Hall element (203), and at least the second Hall element (204)
With
The first permanent magnet element (201, 201a) generates a first magnetic field (205), and the direction of the first magnetic field (205) at the position of the first Hall element (203) is the said. A distance sensor (200) that is substantially opposite to the direction of the first magnetic field (205) at the position of the second Hall element (204).
少なくとも1つの電磁アクチュエータ(178)、及び
請求項1から3のいずれか一項に記載の少なくとも1つの距離センサ(200)
を備え、
前記少なくとも1つの距離センサ(200)が、前記強磁性素子(150)までの距離(X)を測定するように構成されている、磁気浮揚システム(100)。 A magnetic levitation system (100) for magnetically levitation of a ferromagnetic element (150).
At least one electromagnetic actuator (178) and at least one distance sensor (200) according to any one of claims 1 to 3.
With
The magnetic levitation system (100), wherein the at least one distance sensor (200) is configured to measure the distance (X) to the ferromagnetic element (150).
第1のホール素子(203)及び第2のホール素子(204)を備えた距離センサ(200)を設けることと、
前記第1のホール素子(203)の第1の信号、及び前記第2のホール素子(204)の第2の信号を検出することと、
前記第1の信号から前記第2の信号を差し引くことと
を含む方法。 A method for measuring the distance (X) to a ferromagnetic element (150).
Providing a distance sensor (200) including a first Hall element (203) and a second Hall element (204), and
To detect the first signal of the first Hall element (203) and the second signal of the second Hall element (204),
A method comprising subtracting the second signal from the first signal.
前記コイル電流を使用して、前記少なくとも1つの電磁アクチュエータ(178)によって生成された磁束を推定することと、
前記距離センサ(200)によって測定された距離信号の誤った成分を補正することと
をさらに含む、請求項11又は12に記載の方法。 To detect the coil current of at least one electromagnetic actuator (178)
Using the coil current to estimate the magnetic flux generated by the at least one electromagnetic actuator (178).
The method of claim 11 or 12, further comprising correcting an erroneous component of the distance signal measured by the distance sensor (200).
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