KR102517088B1 - 종단 유닛 - Google Patents

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디르크 버딕
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아누멕스 비브이
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Abstract

퇴적 시스템을 위한 종단 유닛(300)으로서, 기능을 수행하기 위한 디바이스(100)를 포함하고, 디바이스는 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트(110), 및 전기적으로 전도성인 적어도 하나의 차폐 요소(120)를 포함한다. 차폐 요소는 디바이스의 기능에 기여하지 않는, 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트(120)에 대한 이웃 전류의 효과가 완화되도록 구성되고, 여기서 이 이웃 전류는 제1 토폴로지를 갖고; 제1 토폴로지와 상이한 토폴로지를 갖는 적어도 하나의 이웃 전류의 효과는 상당히 완화되지 않는다. 더욱이, 디바이스는 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트(110)에 이웃하는 전류 전달 수단(140)을 포함하고, 제1 토폴로지에 따라 전류를 안내하고 타겟이 종단 유닛 상에 장착되는 경우 타겟으로 전력을 전달하도록 적응된다.

Description

종단 유닛
본 발명은 퇴적 시스템(deposition system)을 위한 종단 유닛(termination unit)에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 동작 중인 동안에 자신이 지니고 있는 타겟에 전력을 전달하도록 적응되는 종단 유닛에 관한 것이다.
본 발명의 배경기술로는 독일특허공개공보 제102013106168호, 유럽특허공개공보 제3193432호, 미국특허공개공보 제2005/0121992호, 국제특허공개공보 제2011/029647호, 미국특허공개공보 제2012/0086288호, 독일특허공개공보 제1613065호가 있다.
스퍼터링(sputtering) 방법에 의한 재료 퇴적 기술은 이미 수십 년 동안 알려져 있다. 통상적으로, 아르곤과 같은 비활성기체, 또는 산소 또는 질소와 같은 활성 기체가 존재하는 저압 챔버(chamber)에서 플라즈마가 생성되고, 높은 전압이 소위 "스퍼터 타겟(sputter target)"(퇴적될 재료를 포함함)과 스퍼터 재료의 층(layer)이 그 위에 퇴적될 "기판(substrate)" 사이에 인가된다. 아르곤 원자들이 이온화되고, 스퍼터 타겟은 아르곤 이온들에 의해 포격되어(bombarded), 스퍼터 타겟으로부터 원자들이 자유롭게 되고, 이들이 기판으로 이동하여 거기에서 퇴적된다.
기본적으로, 세 가지 종류의 스퍼터 타겟들이 사용되고 있다: 평면 원형 디스크 타겟들, 평면 직사각형 타겟들, 및 회전 원통형 타겟들.
통상적으로, 세 가지 종류의 전원이 사용된다: DC 전력, (예를 들어, 주파수 1 내지 100 kHz에서의) AC 또는 펄스 전력, 및 (예를 들어, 주파수 0.3 내지 100 MHz에서의) RF 전력. AC 전력은 퇴적층이 덜 전도성인 경우 통상적으로 사용되고, RF는 타겟 재료가 상당히 절연성인 경우 통상적으로 사용된다.
종래 기술의 퇴적 시스템들에서의 종단 유닛의 주요 기능은 타겟을 운반하고 잠재적으로 또한 타겟을 회전시키는 것이다. 종단 유닛은 예를 들어 PVD 소스 종단 유닛일 수 있다. PVD 퇴적은 낮은 압력에서 기체를 이용하여 행해지기 때문에, 종단 유닛은 타겟의 가능한 회전 동안에도 진공으로 밀폐되어야 한다. PVD 퇴적은 얇은 층이 도포되는 것이 바람직한 기판 상에 소비 타겟으로부터의 재료가 퇴적되도록 하는 물리 기상 퇴적(physical vapor phase deposition) 기술을 지칭한다. 이러한 퇴적 시스템들에서, 타겟은 특정 전위가 타겟에 나타나도록 전류를 공급받을 필요가 있다.
따라서, 그들이 지니고 있는 타겟에 전력을 전달하기 위해 적응되는 종단 유닛들이 필요하다.
본 발명의 실시예들의 목적은 전력을 타겟에 전달하도록 적응되는 퇴적 시스템을 위한 종단 유닛들을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따른 종단 유닛에 의해 달성된다.
본 발명의 실시예들은 퇴적 시스템을 위한 종단 유닛에 관한 것이다. 종단 유닛은 기능을 수행하기 위한 디바이스를 포함한다. 디바이스는 전기 스틸(electrical steel)을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트, 및 전기적으로 전도성인 적어도 하나의 차폐 요소(shielding element)를 포함하고, 적어도 하나의 차폐 요소는 제1 토폴로지를 갖는 이웃 전류가 인가될 경우에, 디바이스의 기능에 기여하지 않는, 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트에 대한 이웃 전류의 효과가 차폐 요소 내의 대항하는 장(counteracting field)을 초래하는 차폐 요소를 통한 전류에 의해 완화되도록 구성된다. 더욱이, 디바이스는 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트에 이웃하는 전류 전달 수단(current transfer means)을 포함하고, 여기서 전류 전달 수단은 제1 토폴로지에 따라 전류를 안내하고 타겟이 종단 유닛 상에 장착되는 경우 타겟으로 전력을 전달하도록 적응된다.
차폐 요소를 통한 전류는 이웃 전류에 의해 유도될 수 있다. 본 발명의 실시예들의 장점은 디바이스의 기능에 기여하지 않는, 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트에 대한 이웃 전류의 효과가 완화된다는 것이다. 이 효과는, 예를 들어, 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트에서의 에너지 손실들을 초래할 수 있고, 이는 그 효과를 완화시킴으로써 감소된다.
본 발명의 실시예들의 장점은 타겟을 회전시키고 전력을 타겟으로 전달하기에 적합한 더 콤팩트한 종단 유닛이 생성될 수 있다는 것이다. 이에 의해, 타겟에 전력을 공급하는 가변(varying) 전류에 의해 생성되는 가변 비-기여 자기장이 차폐 권선(shielding winding)에 의해 상당히 감소되는 것이 유리하다.
전기 스틸에서, 단일 또는 한 세트의 활성 전류들은 공기 중의 경우보다 더 높은 시변 자기 플럭스 밀도(magnetic flux density)를 생성할 수 있다. 이러한 디바이스들은 예를 들어 전기 모터들 또는 변압기들에서 발견될 수 있다.
디바이스의 동작에 기여하지 않는 교류 외부 전류(사인파, 구형파, 펄스파일 수 있거나 임의의 파형을 가질 수 있음)가 전기 스틸 내에 자기장을 생성할 경우, 다음으로 이것은 히스테리시스 손실들 및 와전류들에 의해 야기되는 전기 스틸의 가열을 초래할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 종단 유닛들의 장점은, 종단 유닛의 디바이스(예컨대, 모터 또는 베어링)의 동작에 기여하지 않는, 전기 스틸 내의 가변 자기장이 나타나는 경우에 유도되는 전기 스틸의 가열을 감소시키기 위한 수단을 포함한다는 것이다.
본 발명의 실시예들에서, 차폐 권선은, 제1 토폴로지와 상이한 토폴로지를 갖는 다른 이웃 전류가 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트에 대한 영향이 상당히 완화되지 않게 인가될 수 있도록 구성된다.
본 발명의 실시예들의 장점은, 상이한 토폴로지를 갖고 그 효과가 상당히 완화되지 않는 적어도 하나의 다른 전류가 인가될 수 있다는 것이다. 따라서 효과들의 선택적 완화가 가능하고, 예를 들어 디바이스의 동작에 기여하지 않고/않거나 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트에서의 에너지 손실들을 초래하는 효과들만이 완화될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 차폐 요소는, 디바이스의 기능에 기여하지 않는, 전기 스틸을 통한 가변 비-기여 자기장을 초래하는 이웃 가변 전류가 인가될 때, 이 이웃 가변 비-기여 자기장은 차폐 요소를 통한 순 자기 플럭스를 초래하고, 이 이웃 가변 전류는 적어도 하나의 차폐 요소를 통한 전류를 초래하여 비-기여 자기장에 대항하는 자기장을 초래하도록 구성된다.
본 발명의 실시예들의 장점은, 차폐 요소의 존재로 인해, (예컨대, 이웃 전류 전달 수단을 통한) 잠재적인 이웃 가변 전류에 의해 생성되는, 전기 스틸을 통한 잠재적인 비-기여 자기장이 차폐 요소가 존재하지 않는 경우보다 더 작다는 것이다. 따라서, 이것은 이웃 전류가 비-기여 자기장에 대항하는 자기장을 초래하는 적어도 하나의 차폐 요소를 통한 전류를 초래하는, 차폐 요소 내의 EMF를 생성한다는 것이다. 이 전류는 비-기여 자기장에 대항하고, 따라서 비-기여 자기장을 감소시킨다. 비-기여 자기장은 외부 자화 전류(external magnetizing current)에 의해 생성될 수 있다.
본 발명의 실시예들의 장점은 차폐 권선의 존재에 의해 특정 비-기여 자기장이 감소된다는 것이다. 이것은 가변 비-기여 자기장이 차폐 요소를 통한 순 자기 플럭스를 초래하도록 구성되는 차폐 권선에 의해 달성된다. 차폐 요소를 통한 순 자기 플럭스를 초래하지 않는 다른 자기장들은 감소되지 않을 것이다.
본 발명의 실시예들의 장점은 잠재적인 비-기여 자기장에 의해 야기되는 전기 스틸에서의 전력 손실들이 적어도 하나의 차폐 요소를 도입함으로써 상당히 감소될 수 있다는 것이다.
본 발명의 실시예들에서, 적어도 하나의 차폐 요소는 디바이스의 동작에 기여하지 않는 (가변) 비-기여 자기장이 차폐 권선을 통해 순 자기 플럭스를 초래하도록, 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트의 적어도 일부를 회피(circumvent)하는 차폐 권선이다.
본 발명의 실시예들에서, 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트는 디바이스의 기능에 기여하는 기여 자기장을 안내하도록 적응되고, 여기서 적어도 하나의 차폐 요소는 차폐 요소를 통한 순 자기 플럭스가 기여 자기장으로부터 실질적으로 발생하지 않도록 배치된다.
본 발명의 실시예들의 장점은, 디바이스의 동작이 차폐 요소에 의해 상당히 또는 심지어 아예 영향을 받지 않는다는 것이다. 이것은 기여 자기장에 실질적으로 영향을 주지 않도록 적어도 하나의 차폐 요소를 배열함으로써 달성된다.
본 발명의 실시예들에서, 차폐 요소는 차폐 권선이다. 본 발명의 실시예들에서, 적어도 하나의 차폐 권선은, 하나의 권선의 표면이 자기장이 디바이스의 동작에 기여하는 방향에 실질적으로 직교하도록 배치된다.
본 발명의 실시예들에서, 차폐 요소는, 가변 전류가 전류 전달 수단에 인가되면 이는 차폐 요소를 통한 전류를 초래하도록 구성된다. 본 발명의 실시예들에서, 차폐 요소는 특정 토폴로지를 갖는, 전류 전달 수단을 통한 가변 전류의 효과를 차폐하도록 설계된다. 따라서, 차폐 요소는 이웃 전류들의 적어도 일부 다른 토폴로지들이 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트 내에 여전히 자기장을 유도할 수 있도록 설계된다. 본 발명의 실시예들의 장점은, 전력이 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트의 상당한 가열 없이 외부 디바이스로 전달될 수 있다는 것이다.
본 발명의 실시예들에서, 외부 디바이스에 전력을 전달하기 위한 전달 수단은 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트의 원주와 교차한다. 본 발명의 실시예들에서, 전달 수단은 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트를 통해 단극 방향으로 전류를 전달하도록 적응된다(컴포넌트를 통한 리턴 경로(return path)가 없음).
본 발명의 실시예들에서, 전달 수단은 전달 수단이 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트의 원주와 교차하도록, 그리고 전달 수단의 리턴 경로가 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트 외부에 있도록 구성된다.
이에 의해, 전달 수단은, AC 전류가 전달 수단을 통해 인가되면, 이것이 단극성 AC 전류가 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트를 통해 흐른다는 것을 암시하도록 구성된다. 단극성 전류는 전기 스틸 내의 자기장을 초래할 것이다. 본 발명의 실시예들의 장점은, 이 비-기여 자기장이 차폐 요소에 의해 보상되는 것이다.
본 발명의 실시예들에서, 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트는 토로이드 모양(toroidal shape)을 갖고, 적어도 하나의 차폐 요소는 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트 주위에 실질적으로 토로이드형으로 감겨지는 차폐 권선이다.
본 발명의 실시예들에서, 적어도 하나의 차폐 요소는 단락된 차폐 권선이다.
본 발명의 실시예들에서, 적어도 하나의 차폐 요소는 임피던스에 의해 로딩된 차폐 권선이다.
본 발명의 실시예들에서, 적어도 하나의 차폐 요소는 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트 내에 묻히고/묻히거나 임베딩된다.
본 발명의 실시예들에서, 이것은 차폐 권선일 수 있다. 이전의 청구항들의 실시예들의 장점은, 적어도 하나의 차폐 요소가 디바이스 내에서 및/또는 디바이스의 동작에 대해 기계적 장애를 형성하지 않는 것이다.
본 발명의 실시예들의 장점은 적어도 하나의 차폐 요소가 가변 비-기여 자기장들이 예상되는 곳에 배치된다는 것이다.
본 발명의 실시예들에서, 디바이스는 고정자(stator) 및 회전자(rotor)를 포함하는 전기 모터이고, 여기서 고정자 및/또는 회전자는 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트와 대응하고, 여기서 모터는 전류가 모터에 인가될 수 있도록 구성되어, 장착될 때 모터가 타겟을 회전시킬 수 있도록 고정자와 회전자 사이의 토크 힘을 초래하는 기여 자기장을 초래한다.
본 발명의 실시예들의 장점은, 적어도 하나의 차폐 요소가 존재함으로써 모터가 상당한 토크 손실들을 겪지 않는다는 것이다. 실질적으로, 동일한 토크는 적어도 하나의 차폐 요소를 사용하거나 사용하지 않고 달성된다. 그러나, 모터의 가열은 적어도 하나의 차폐 요소에 의해 더 적다.
본 발명의 실시예들에서, 디바이스는 베어링이고, 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트는 베어링의 링과 대응하고, 여기서 베어링은 장착된 타겟의 회전을 지지하도록 적응된다.
본 발명의 실시예들의 장점은, 교류 비-기여 자기장이 전기 스틸을 통해 (예컨대 베어링의 개구를 통한 교류 전류에 의해) 생성되는 경우, 이 자기장은 차폐 요소의 존재 때문에 감소된다는 것이다.
본 발명의 실시예들에서, 전달 수단은 디바이스를 통과하는 중심축을 포함한다.
중심축은 예를 들어 회전자 축(rotor axis)일 수 있다. 본 발명의 실시예들의 장점은, 중심축을 통한 교류 전류에 의해 야기되는 모터의 고정자 및/또는 회전자 내의 비-기여 자기장이 적어도 하나의 차폐 요소 때문에 감소된다는 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 디바이스들은 적어도 하나의 차폐 요소를 통해 DC 전류를 인가하여 비-기여 자기장을 생성하도록 적응된 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들의 장점은, 제어기를 사용하여, 제1 토폴로지를 갖는 이웃 전류 전달 수단을 통한 DC 전류에 의해 생성된 비-기여 자기장에 대항하는 비-기여 자기장을 생성하는 것이 가능하다는 것이다. 본 발명의 실시예들에서, 제어기는 이웃 전류 전달 수단을 통한 DC 전류에 의해 생성된 비-기여 자기장에 대항하는 비-기여 자기장을 생성하기 위해 그러한 전류를 생성하도록 적응된다.
본 발명의 특정 및 바람직한 양태들은 첨부되는 독립 청구항 및 종속 청구항들에서 제시된다. 종속 청구항들로부터의 특징들은 독립 청구항들의 특징들과, 그리고 적절한 경우, 단지 해당 청구항들에서 명시적으로 제시되지 않은 다른 종속 청구항들의 특징들과 결합될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 양태들은 이후에 설명되는 실시예(들)로부터 분명해질 것이고 그들을 참조하여 자세히 설명될 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 종단 유닛의 개략도들을 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 외부 회전자를 갖는 모터의 개략도를 도시한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 내부 회전자를 갖는 모터의 개략도를 도시한다.
도 6은 내부 둘레를 통해 전류 밀도가 존재하는 전기 스틸의 단면을 도시한다.
도 7은 고정자의 내부 둘레를 통한 외부 DC 전류의 존재로 인한 유효 모터 토크에 대한 영향을 도시한다.
도 8은 전기 스틸의 중심부에서 공기로 채워진 슬릿을 갖는 고정자를 포함하는 모터의 개략도를 도시한다.
도 9는 전기 스틸 내에 슬릿을 포함하는 전기 스틸의 단면을 도시한다.
도 10은 모터의 유용한 동작에 기여하지 않는, 자기장의 주요 플럭스 경로에 위치되는 자기 저항(magnetic reluctance)을 추가하기 위해 재료 내에 추가된 개방 슬릿들을 갖는 고정자 단면의 예를 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른, 잠재적 외부 자화 전류의 존재로 인한 전기 스틸 내의 유도 자기장에 대항할 차폐 와이어의 원리를 도시한다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른, 고정자의 내부에 제공되는 슬롯들 및 고정자 권선 위로 리턴하는 차폐 와이어링을 갖는 고정자 상의 차폐 권선의 실제 구현을 도시한다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른, 차폐 권선을 하우징하기 위해 전기 스틸 내에 제공된 슬롯들을 갖는 모터의 고정자 상의 차폐 권선의 실제 구현을 도시한다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른, 차폐 권선들의 가능한 위치들이 표시되는, 전기 스틸을 포함하는 고정자의 일부의 개략도를 도시한다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른, 차폐 권선이 개방되는 경우 및 차폐 권선이 닫히는 경우, 외부 전류의 공급 케이블 내의 전력 손실을 포함하는 고정자 내의 전력 손실을 도시한다.
도 16은 종래 기술의 디바이스에 대해 및 본 발명의 실시예들에 따른 디바이스에 대해 시간의 함수로 전기 스틸 온도를 나타내는 곡선을 도시한다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른, 하나의 링(ring)을 포함하는 베어링의 개략도를 도시한다.
도 18은 본 발명의 실시예들에 따른, 두 개의 링들을 포함하는 베어링의 개략도를 도시한다.
청구항들에서의 임의의 참조 부호들은 범위를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안된다. 상이한 도면들에서, 동일한 참조 부호들은 동일 또는 유사한 요소들을 지칭한다.
본 발명은 특정 실시예들에 대해 및 특정 도면들을 참조하여 설명될 것이지만, 본 발명은 그것에 제한되는 것이 아니라 청구범위에 의해서만 제한된다. 설명된 도면들은 오직 개략적이고 비제한적이다. 도면들에서, 요소들의 일부의 사이즈는 예시적인 목적들을 위해 과장되고 축척에 따라 도시되지 않을 수 있다. 치수들 및 상대 치수들이 본 발명의 실제 구현(actual reduction to practice)들에 대응하지 않는다.
더욱이, 설명 및 청구항들에서 상부(top), 아래(under) 등과 같은 용어들은, 꼭 상대적 위치들을 나타내기 위한 것이 아니고, 설명을 위해 사용된다. 그렇게 사용되는 용어들은 적절한 상황에서 상호교환 가능하고, 여기에서 설명된 본 발명의 실시예들은 여기에서 설명되거나 도시된 것과 다른 방향들로 동작하는 것이 가능하다는 것을 이해해야 할 것이다.
청구항들에서 사용되는 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 그 앞에 열거되는 수단에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 하며; 그것은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는다는 점이 주목되어야 한다. 따라서, 그것은 언급된 바와 같은 설명된 특징들, 정수들, 단계들 또는 구성요소들의 존재를 명시하는 것으로서 해석되어야 하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들 또는 구성요소들, 또는 그것의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 따라서, "수단 A 및 B를 포함하는 디바이스"라는 표현의 범위는 구성요소들 A 및 B로만 구성되는 디바이스들에 제한되지 않아야 한다. 이는, 본 발명과 관련하여, 디바이스의 오직 관련된 구성요소들이 A 및 B라는 것을 의미한다.
본 명세서 전체에 걸쳐 "일 실시예(one embodiment)" 또는 "실시예(an embodiment)"에 대한 언급은 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서에 걸쳐 다양한 곳들에서의 "일 실시예에서(in one embodiment)" 또는 "실시예에서(in an embodiment)"라는 문구들의 출현들은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니지만, 그럴 수 있다. 더욱이, 특정 특징들, 구조들 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들에서, 본 개시로부터 본 기술분야의 통상의 기술자에게 분명한 바와 같이, 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
유사하게, 본 발명의 예시적인 실시예들의 설명에서, 본 발명의 다양한 특징들은 본 개시내용의 간소화 및 본 발명의 하나 이상의 양태들의 이해를 돕기 위한 목적으로 때때로 단일 실시예, 도면, 또는 그것의 설명에서 함께 그룹화된다는 것을 이해하여야 한다. 그러나, 이러한 개시 방법은 청구된 발명이 각각의 청구항에 명백하게 기재된 것보다 더 많은 특징들을 요구한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이하의 청구항들이 반영하고 있는 바와 같이, 발명 양태들은 단일의 전술한 개시된 실시예의 특징들 전부가 아닌 일부에 있다. 따라서, 상세한 설명에 후속하는 청구항들은 이에 의해 이 상세한 설명 내에 명시적으로 포함되며, 각각의 청구항은 그 자체가 이 발명의 별도의 실시예로서 존재한다.
게다가, 본 명세서에 설명된 일부 실시예들이 다른 실시예들에 포함된 일부 특징들은 포함하고 다른 특징들은 포함하지 않지만, 본 기술분야의 통상의 기술자라면 잘 알 것인 바와 같이, 다른 실시예들의 특징들의 조합들이 본 발명의 범주 내에 있고 다른 실시예들을 형성하는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 이하의 청구항들에서, 청구된 실시예들 중 임의의 것이 임의의 조합으로 사용될 수 있다.
본 명세서에 제공된 설명에서, 다수의 구체적인 상세들이 기재되어 있다. 그러나 발명의 실시예들은 이 구체적 세부 사항들 없이 실시될 수 있음이 이해된다. 다른 경우들에서, 이 설명의 이해를 모호하게 하지 않기 위해, 공지의 방법들, 구조들 및 기법들이 상세히 설명되지 않았다.
본 발명의 실시예들에서 특정 토폴로지를 갖는 전류가 참조되는 경우, 전류를 운반하는 도체들의 토폴로지가 참조된다. 이러한 캐리어(carrier)는 예를 들어 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트의 둘레를 통과할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 퇴적 시스템을 위한 종단 유닛(300)에 관한 것이다. 종단 유닛은 기능을 수행하기 위한 디바이스(100)를 포함하고, 디바이스는 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트(110), 및 전기적으로 전도성인 적어도 하나의 차폐 요소(120)를 포함하고, 적어도 하나의 차폐 요소는 디바이스의 기능에 기여하지 않는, 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트(120)에 대한 이웃 전류의 효과가 완화되고 -여기서 이 이웃 전류는 제1 토폴로지를 가짐-, 제1 토폴로지와 상이한 토폴로지를 갖는 적어도 하나의 이웃 전류의 효과는 상당히 완화되지 않도록 구성된다.
더욱이, 디바이스는 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트(110)에 이웃하는 전류 전달 수단(140)을 포함하고, 여기서 전류 전달 수단은 제1 토폴로지에 따라 전류를 안내하도록, 그리고 타겟이 종단 유닛 상에 장착될 때 타겟으로 전력을 전달하도록 적응된다.
본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 종단 유닛의 개략도가 도 1에서 도시된다. 종단 유닛(300)은 퇴적 시스템 내의 타겟(350)을 퇴적 시스템의 외부와 연결한다. 이러한 종단 유닛(300)은 통상적으로 퇴적 시스템의 일부로서 장착 가능(mountable)하다. 종단 유닛의 부분들에서, 압력은 퇴적 시스템에서보다 높을 수 있다. 이 압력은 예를 들어 대기압에 가까울 수 있다. 타겟과 함께 제거될 수 있거나 이동식 자석 구성일 수 있는 부분들은 통상적으로 종단 유닛의 일부로서 고려되지 않는다.
종단 유닛(300)의 주요 기능은 타겟을 운반하고, 잠재적으로 또한 타겟을 회전시키는 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 종단 유닛들은, 타겟이 종단 유닛 상에 장착될 때 타겟에 전력을 전달하기 위한 전달 수단을 포함한다. 이에 의해, 종단 유닛의 정적 부분(360)으로부터 종단 유닛의 회전 부분(310)으로 전력이 전달될 수 있다. 도 1의 예시에서, 이것은 브러시들(brushes)(330)을 통해 달성된다. 모터의 중심축은 예를 들어 전달 수단의 일부분일 수 있고, 타겟을 향해 전류를 운반하는 데 사용될 수 있다. 도 1의 예시에서, 회전자(310)는 타겟(350)으로 전류를 전달하기 위한 전달 수단의 일부로서 사용된다. 이 도면은 또한 회전자 상의 자석 구성(324), 고정자(320), 고정자(320) 주위의 차폐 권선(120) 및 하우징(housing)(340)을 도시한다.
도 2는 도 1의 종단 유닛과 동일한 종단 유닛의 개략도를 도시한다. 이 도면에서, 전류 전달 수단(140)은 점선으로 표시된다. 이것은 종단 유닛의 정적 부분(360), 브러시들(330), 및 타겟(350)과 연결된 회전 부분(310)을 포함한다. 도 2는 또한 전류 루프를 닫기(closing) 위한 배선 스킴(scheme)을 도시한다. (단극성) 전류 전달은 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트 주위에 닫힌 회로를 형성한다.
본 발명의 실시예들의 장점은, 종단 유닛(300)의 모터가, 전달 수단(예를 들어, 모터의 축)에서의 교류 전류로부터 발생하는 교류 비-기여 자기장이 차폐 권선을 통한 전류를 초래하도록 구성되는 차폐 권선(120)을 포함한다는 것이다. 이로써 회전자 내의 전기 스틸의 가열이 감소된다. 이것은 특히 전류가 모터 축(310)을 통해 수송되는 경우에 해당된다.
도 1에 도시된 바와 같은 종단 유닛의 구성에서, 회전자의 자석 구성을 유지하면서 동일한 차폐 요소가 컴포넌트(324)에 적용될 수 있다는 것에 유의한다. 동일한 손실들 및 가열 현상이 이 부분에도 물론 적용될 수 있고, 차폐 요소는 회전자의 기능성이 실질적으로 영향을 받지 않는 동안 잠재적인 외부 전류를 차폐하는 효과적인 방법이다. 모터의 회전자 주위의 이러한 차폐 요소는 또한 도 5에 도시되어 있다.
본 발명의 실시예들에서, 종단 유닛은 예를 들어 PVD 소스 종단 유닛일 수 있다. 타겟의 PVD 퇴적이 타겟 표면 상에 많은 열을 생성할 수 있기 때문에, 이 표면은 냉각될 필요가 있다. 이것은 통상적으로 임의의 다른 적합한 냉각제 상에서 물로 달성된다. 따라서, 본 발명의 실시예들에서, 종단 유닛은 냉각제를 안내하기 위한 수단 및 냉각 액체를 밀봉하기 위한 밀봉 부분들(seals)을 포함할 수 있다.
종단 유닛(300)은 베어링 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이들은 타겟이 그 축을 중심으로 회전하는 동안 타겟을 지지할 수 있다. 타겟(350)을 향한 전류가 모터의 축에 의해 운반되는 경우, 이 전류는 베어링들의 중심을 또한 통과할 수 있고, 베어링들의 전기 스틸들의 가열을 야기할 수 있다. 그러한 경우 이 종단 유닛들에 유리한 것은 본 발명의 실시예들에 따른 베어링들을 포함하는 것이다.
더욱이, 본 발명의 실시예들에서, 종단 유닛은 타겟(350)에 자석 또는 일련의 자석들을 위치시키는 수단을 포함할 수 있다. 이들은 자석 또는 일련의 자석들을 지지하기 위한 베어링 수단 및/또는 회전 움직임을 생성하기 위한 구동 수단일 수 있다.
종단 유닛은 또한 밀봉 수단을 포함할 수 있다. 그 때문에, 동적 밀봉 부분(dynamic seal)은 전형적으로 밀봉 부분의 원통형 모양을 유지하기 위한 금속 링들을 포함한다.
도 1 및 도 2의 예시적인 종단 유닛에서와 같은 본 발명의 실시예들에서, 종단 유닛은 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트를 통한 단극성 전류를 운반하는 전류 전달 수단을 포함한다. 후자의 컴포넌트는 종단 유닛에 연결된 타겟에(또는 자기 바(bar)에) 회전 움직임을 적용하는 데 사용된다. 이 전류 전달 수단은 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트를 통한 단극성 전류로서 전류를 강제하기 위해 디바이스(100)로부터(예를 들어, 모터, 베어링 또는 지지 구조로부터) 전기적으로 격리된다.
전기 스틸을 포함하는 컴포넌트를 통한 단극성 전류의 존재로 인해, 이 단극성 전류는 자화 전류로서 작용할 것이고, 전기 스틸 내에 자기 유도를 생성할 것이다. 이러한 링 플럭스(ring flux)는 회전 컴포넌트의 기능적 행동(behavior)의 자기 토폴로지와 반드시 간섭하지는 않을 것이지만, 일부 주요 효과들이 발생할 것이다:
- 이 단극성 전류의 크기는 상당히 높을 수 있고, 회전 컴포넌트에서의 활성 전류보다 1배 또는 2배 더 큰 크기일 수 있다. 이는 자기 스틸(magnetic steel)을 대부분 포화시키는 자화 전류를 초래할 수 있다.
- 종단 유닛에서의 단극성 전류의 주파수 성분은 예를 들어 10kHz 내지 100kHz의 중간 주파수 범위에 있을 수 있고, 기여 자기장을 생성하는 전류들의 주파수와 매우 상이할 수 있다. 이 전류들은 예를 들어 5Hz 내지 100Hz의 주파수 범위에 있을 수 있다. 자기 스틸의 손실 특성들은 50Hz 내지 100Hz의 주파수 범위에 대해 최적화되지만, 10kHz 내지 100kHz의 주파수들에 대해서는 대부분 적합하지 않다. 더욱이, 10kHz 내지 100kHz의 주파수들에 적합한 전기 스틸을 선택하는 것은 이러한 종류의 재료가 존재하지 않거나 극도로 비싸기 때문에 가능하지 않다. 따라서, 실제로, 전기 스틸 내부에서 주요 자기 손실들이 발생할 것이며, 이는 종단 유닛에 주요 열적 문제들(thermal problems)을 나타낼 것이다.
이것은, 종단 유닛 전류 전달 수단에 의해 생성된 유도 플럭스를 완화시키는 본 발명의 실시예들에 따른 차폐 요소(예컨대, 차폐 권선)가 전달된 전류의 성질에 기초하여 바람직하게 설계된다는 것을 암시한다. 전류 전달 수단 내의 전류에 의해 생성되는 장에 대한 대항하는 장을 생성하기 위해, 차폐 권선의 활성 부분은 고정자 비대칭에 의해 생성된 비대칭 자기장들을 완화하기 위해 요구되는 두께보다 더 두꺼울 수 있다. 10kHz 내지 100kHz의 중간 주파수 범위는, 와이어의 AC 저항을 낮추기 위해 고주파 리츠 와이어(Litze wire)의 사용을 필요로 할 수 있다. 감소된 AC 저항은 차폐 요소(예컨대, 권선)에 걸친 감소된 전압 강하를 초래할 것이다. 전체 전압 강하(유도 전류와 AC 저항의 곱)는 전기 스틸 내부의 손실을 제한하기 위해 바람직하게는 1.0V 미만이다. 이것은, 결과적인 전압 강하가 전기 스틸 내부의 생성된 링 플럭스에 대응할 것이기 때문에 유리하다. 바람직하게는, 차폐 요소(예컨대, 권선)는 낮은 누설 플럭스와 함께 실현된다.
본 발명의 실시예들에서, 차폐 요소는, 디바이스의 기능에 기여하지 않는, 전기 스틸을 통한 가변 비-기여 자기장을 초래하는 이웃 가변 전류(제1 토폴로지를 가짐)가 인가될 때, 이 가변 비-기여 자기장은 차폐 요소를 통한 순 자기 플럭스를 초래하고, 이 이웃 가변 전류는 비-기여 자기장에 대항하는 적어도 하나의 차폐 요소를 통한 전류를 초래하도록 구성된다. 이웃 가변 전류는 제1 토폴로지를 갖는 이웃 전류 전달 수단에 의해 운반될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 차폐 요소는 차폐 권선이다. 차폐 권선은 예를 들어 단일 와이어(임의의 모양), 직조 케이블(woven cable), 부직포 케이블(non-woven cable) 또는 리츠 케이블(Litze cable)일 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 이웃 전류 전달 수단은 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트 옆에 있을 수 있거나, 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트를 통과할 수 있다.
그에 의해, 전기 스틸은 철 합금이다. 이것은 사이클 당 낮은 전력 손실을 초래하는 작은 히스테리시스 영역과 같은 특정 자기 특성들을 생성하도록 조정될 수 있다. 전기 스틸은 페라이트들(ferrites), 라미네이션들(laminations), 및 고 투자율(high permeability) 재료들과 같은 다른 재료들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 전력 손실은 교류 비-기여 자기 플럭스 밀도에 의해 야기될 수 있고, 어떠한 차폐 권선도 존재하지 않을 상황에 비해 이 플럭스 밀도를 감소시킴으로써 감소된다.
본 발명의 실시예들에서, 비-기여 자기장은 디바이스의 유용한 동작에 기여하도록 의도되지 않은 외부 전류에 의해 생성될 수 있다. 전류는 예를 들어 전류 운반 도체(140)를 통해 흐를 수 있다. 전류 운반 도체는 전기 스틸 컴포넌트의 이웃에 있을 수 있다. 이는, 이것이 전기 스틸 컴포넌트 옆에 있을 수 있거나, 전기 스틸 컴포넌트에 의해 둘러싸일 수 있다는 것을 의미한다.
이러한 전류 운반 도체가 전기 스틸의 중공 원통(hollow cylinder)에 의해 둘러싸이면, 이것은 손실들을 초래할 것이다. 전기 스틸 내에서 두 가지 주요 손실 항들이 있다. 전기 스틸을 구성하는 요소들의 두께 및 자기 스틸의 전기 전도도(라미네이션 두께와 비교)에 의한 히스테리시스 손실들(hysteresis losses) 및 와전류 손실들(eddy current losses).
Figure 112020053772651-pct00001
여기서 f는 자기장 변화의 주파수이고, B는 자기 플럭스 밀도이다. 이는 디바이스의 유용한 동작에 기여하지 않는 외부 전류에 의해 야기될 수 있다. B가 전기 스틸의 비-포화 작동 도메인(non-saturating working domain)에서의 전류에 비례함에 따라, 손실들은 전류의 제곱에 비례할 것이다.
상업적 전기 스틸은 50Hz 또는 60Hz에서 주어진 자기 플럭스 밀도에 대한 단순한 단일 손실 넘버[W/kg]에 의해 정의된다. 이것은 훨씬 더 높은 주파수들 또는 한 세트의 높은 주파수들의 조합에서 전기 스틸의 주파수 행동을 추정하는 것을 어렵게 만든다.
본 발명의 실시예들에서, 자기장은 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트의 일측으로부터 다른 측으로 전달되어, 디바이스의 유용한 동작에 기여하도록 의도되지 않는 외부 전류에 대해 어떠한 전기 스틸도 존재하지 않는 것과 같은 효과를 생성한다.
본 발명의 실시예들에서, 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트(110)는 디바이스(100)를 작동시키기 위한 기여 자기장을 안내하도록 적응된다. 이는 예를 들어 변압기 또는 모터에 대한 경우일 수 있다. 적어도 하나의 차폐 권선은 차폐 권선을 통한 순 통합 자기 플럭스가 기여 자기장으로부터 실질적으로 발생되지 않도록 배치된다. 본 발명의 실시예들에서, 비-기여 자기장의 잠재적 존재는 기여 장과 상이한 플럭스 경로를 갖는다.
본 발명의 실시예들에서, 적어도 하나의 차폐 권선은 단락될 수 있거나, 임피던스에 의해 로딩될 수 있다. 이것은 예를 들어 저항, 커패시턴스(capacitance), 인덕턴스(inductance), 또는 이 요소들의 조합일 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 디바이스(100)는 모터이다. 이러한 모터는 예를 들어 DC 모터, AC 모터, 서보-모터(servo-motor), 스테퍼 모터(stepper motor), 브러시리스(brushless) DC 모터, 릴럭턴스(reluctance) 모터, 토크(torque) 모터일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른, 외부 회전자(150)를 갖는 이러한 모터의 개략도가 도 3에서 도시된다. 이 도면은 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트(110)(고정자와 대응함) 및 고정자 주위에 토로이드형으로 감긴 적어도 하나의 차폐 와이어링(120)을 포함한다. 이 예시에서, 차폐 와이어링(120)은 고정자의 치형부(teeth)(130) 사이에 감긴다. 모터를 작동시키기 위한 모터 권선들(132)은 고정자의 치형부(130) 주위에 감긴다. 도 3은 또한 다른 전기회로의 잠재적인 외부 전류에 대해 전류 전달 수단으로서 사용될 수 있는 중심축(140)을 도시한다. 이 외부 전류는 모터의 유용한 동작에 어떤 식으로든 관련되지 않지만, 이 전류 경로는 기하학적 및 기술적 이유들로 인해 우선적으로 사용된다. 회전자(150)는 모터에서 이것의 위치를 표시하기 위해 단지 개략적으로 그려진다. 영구 자석들(모터에 존재할 경우)은 예를 들어 이 도면 및 이하의 도면들에서 도시되지 않는다.
유사한 실시예가 도 2의 고정자(110)의 내측에서 회전자(150)와 함께 발견될 수 있다. 또한, 그 경우에, 잠재적 외부 전류에 대한 전도 수단(conducting means)으로서 사용되는 도체(140)가 회전자 내부에 존재할 수 있다. 이러한 전도 경로는 회전자의 외부 표면일 수도 있다. 회전자 자체는 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트일 수 있고, 차폐 요소(120)는 이웃 전류 전달 수단(140)을 통한 가변 전류가 비-기여 자기장에 대항하는 자기장을 초래하는 차폐 요소(120)를 통한 전류를 초래하도록 구성될 수 있다. 이것은 도 5에 도시되어 있으며, 여기서 차폐 요소는 회전자(150) 주위를 토로이드형으로 감는 차폐 권선(120)이다.
도 3 내지 도 5의 예시들에서, 전기 스틸에 대해 원하지 않는 자화 전류로서 작용하는 도체(140)를 통한 잠재적인 외부 전류는 일종의 단극성 전류이다. 이는 (도 6에 도시된 바와 같은) 자기 스틸의 내부 둘레 내의 전류 밀도의 표면 적분이 비-제로(non-zero)라는 것을 의미한다.
Figure 112020053772651-pct00002
따라서, 이 예시들에서 전류는 단극성 특징을 갖는다. 이 전체 표면 적분이 0과 같을 경우, 이것은 전기 스틸의 둘레 내부로 동일한 양의 전류가 다시 흐르기 때문이다. 그러면, 이것은 사실상 엔트리(entry) 도체 및 리턴(return) 도체를 갖는 2-도체 시스템이다.
전기 스틸의 내부 둘레를 통해 흐르는 잠재적인 단극성 전류를 다룰 때, 리턴 전류는 전기 스틸의 외부 둘레 밖에, 대부분 전기 스틸을 포함하는 전자기 디바이스의 밖에 물리적으로 위치될 것이다.
앙페르 법칙에 따르면, 자기 스틸의 내부의 폐곡선에 걸쳐 자기장을 선적분한 것은 전기 스틸 내부 표면(도 6)의 둘레 내를 흐르는 잠재적인 외부 전류의 전체 전류 밀도와 관련된다:
Figure 112020053772651-pct00003
단극성 전류를 다룰 때, 자기장 H의 선적분은 자기 스틸 내에서 0이 아니고, 따라서, 재료의 자기 특성들과의 관계에서, 자기 플럭스 밀도는 재료의 자기 투자율
Figure 112020056694859-pct00034
(기호
Figure 112020056694859-pct00005
를 사용하여 표시되는, 포화 효과들을 보일 수 있음)에 관해 생성된다:
Figure 112020053772651-pct00006
생성된 자기 플럭스 밀도 Bsteel은 모든 강자성 재료들의 데이터시트에서 발견될 수 있는 바와 같이, 히스테리시스 손실들 및 와전류 손실들로 인한 전기 스틸 내부의 추가 손실들에 대한 원인이 된다. 잠재적인 외부 전류의 주파수 성분은 사용되는 전기 스틸의 타입에 대해 선호되지 않는 그러한 종류일 수 있다. 대부분, 전기 스틸의 타입은 작동 주파수 및 모터의 에어 갭(고정자 치형부(teeth)와 회전자 전기 스틸 사이에, 또는 회전자 상에 존재할 때 영구 자석들 사이에 위치됨) 내의 자기 플럭스 밀도의 레벨에 기초하여 선택된다. 비-기여 장의 주파수 성분은 모터에서의 토크 발생을 위해 존재하는 플럭스 밀도의 주파수 성분과 크게 상이할 수 있다. 그리고 이것은 전기 스틸의 특성들에 대해 매우 선호되지 않을 수 있다.
모터의 예에서, 잠재적인 외부 단극성 전류에 의해 생성된 자기 플럭스 밀도는 일반적으로 고정자와 회전자 구조 사이의 에어 갭을 가로지르지 않을 그러한 종류라는 것에 유의한다. 이것은 모터 동작에 사용되는 자기장을 직접적으로 간섭하지는 않을 것이다. 그러나 간접적으로, 그것은 고정자 스틸의 일부에 포화를 추가하여, 임의의 실제 자기 스틸의 전체 투자율
Figure 112020056694859-pct00035
을 감소시킬 수 있고, 따라서, 이것은 고정자 권선들에 의해 생성된 자기 플럭스 밀도에 영향을 미칠 수 있고, 모터 토크를 감소시킬 수 있다. 더욱이, 잠재적인 외부 전류에 의해 생성된 추가 손실들로 인해, 전기 스틸의 온도는 상승할 것이고, 일반적으로, 이것은 스틸의 자기 투자율을 감소시킬 것이고, 주어진 고정자 전류에 대한 모터의 토크 감소를 초래한다.
잠재적인 (단극성) 외부 전류는 외부 회로의 응용 특성에 연계된, 스펙트럼 성분 상의 크기를 나타내는, 직류 전류(DC 컴포넌트)와 교류 컴포넌트(AC 컴포넌트)의 조합일 수 있다. 잠재적인 외부 전류의 DC 컴포넌트는, 생성되는 자기 플럭스 밀도의 주파수가 0헤르츠와 같으므로, 모터의 전기 스틸 내부에 히스테리시스 손실들 및 와전류 손실들을 생성하지 않을 것이다. 간접적으로, 그것은 전기 스틸 내부에 자기장 H를 생성할 것이고, 그것은 상기 자기 구조 내부의 고정자 권선에 의해 생성된 자기장에 중첩할 것이다. 결과적으로, 자기 플럭스 밀도의 더 높은 값들이 국소 위치들에서 발생할 수 있고, 여기서 기여 및 비-기여 플럭스들은 같은 경로들을 공유하여, 전기 스틸의 자기 특성들의 덜 효율적인 사용을 초래하고, 따라서 모터 자기장의 항상 교류적인 행동과 조합되어 더 많은 손실들을 생성한다.
90mm의 내부 직경을 갖는 고정자를 갖는 모터에 대한 실제 실험들은, 도 7에서 도시된 바와 같이, 유효 모터 토크의 감소를 보여준다. 보통의 축방향 전류들에 대해, 이 토크 감소는 수용 가능할 수 있고, 더 크게 설계된 모터 토크를 제공함으로써 보상될 수 있다. 그러므로, 많은 상황들에 대해, 모터 동작에 대한 자기장에 기여하지 않는 보통의 외부 DC 전류들의 존재는 큰 문제들을 보이지 않는다.
주요 잠재적 외부 DC 전류들이 존재할 수 있는 경우, 전기 스틸 내부의 H-장(H-field)을 감소시키기 위해 소정의 기술들이 적용되어야 한다. 이는 자동으로 이 H-장의 교류 컴포넌트를 감소시킬 것이고, 따라서 이 재료의 벌크(bulk) 내의 자기 손실들의 감소를 제공한다는 것에 유의한다. 이러한 자기장의 감소는 몇몇 방식들로 달성될 수 있다:
- 비등방성 특성들을 갖는 전기 스틸을 사용하여, 잠재적인 외부 전류의 자기장이 비등방성 투자율에 대해 더 낮은 값을 갖는, 자기 스틸 내부에서 덜 선호하는 방향을 사용하도록 한다. 전기 스틸의 배향은 모터 동작에 관련된 플럭스 밀도를 선호하는 종류의 것이어야 한다. 물론, 모터 장(motor field) 및 잠재적인 외부 전류에 의해 생성되는 장이 동일한 방향을 갖는 종류의 위치들에서, 전기 스틸의 벌크 내부의 그러한 위치들에서는 어떠한 개선에도 도달할 수 없다.
- 잠재적인 외부 전류의 효과에 의해 생성된 외부 플럭스 밀도를 감소시키지만 모터 동작의 자기 플럭스 경로와 제한된 간섭만을 보여주는 전기 스틸 내부의 외부에서 적용되는 전류의 플럭스 경로 내의 '에어갭(airgap)'의 도입에 의해 여분의 자기 저항을 구축(built in)한다. 이러한 에어갭(610)은 예를 들어 도 8의 모터의 개략도에 도시되어 있다. 이는 또한 외부 전류에 의해 생성된 플럭스 밀도의 AC 컴포넌트를 감소시키는 효과적인 방식이고, 따라서 전기 스틸 내부의 손실들을 감소시키는 것을 돕는다.
- 특히 잠재적인 외부 전류에 의해 생성된 자기 플럭스 밀도의 AC 컴포넌트에 영향을 미치는 여분의 자기 저항을 구축한다. 이는 세그멘테이션(segmentation) 프로세스에서 추가된 자기 저항의 '에어갭' 내부에 비-자성 전도성 재료를 추가함으로써 달성될 수 있다. 추가된 에어갭 내부의 차폐 도체의 두께는 잠재적인 외부 전류의 주어진 주파수 성분에 대해 표피(skin) 두께의 적어도 몇 배이어야 한다(도 8, 예를 들어 고립된 고체 구리 도체로 채워진 슬릿).
고정자의 연속적인 코어 내부에 자기 저항을 추가하는 것은, 전기 스틸의 내부 둘레를 가로지르는(traversing) 잠재적인 단극성 외부 전류에 의해 생성된 플럭스 밀도를 감소시키는 데 효과적인 수단이다. 이것은 전기 스틸 내부의 플럭스 경로 내에 에어갭을 추가할 때 결과되는 수학식들로부터 알 수 있다.
전체 평균 둘레가 L인 전기 스틸의 둘레 부분을 고려하자(도 9). 이 회로에 추가되는 전체 에어갭(610)이 길이
Figure 112020056694859-pct00036
을 갖는 경우, 전류 I0를 운반하는 중심 도체에 대해, 자기 플럭스 밀도는 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
Figure 112020053772651-pct00009
따라서, 실제로, 자기 저항에 의해 추가된 물리적 에어갭이
Figure 112020056694859-pct00037
과 같을 때, 자기 에어갭은
Figure 112020056694859-pct00038
과 같고,
Figure 112020056694859-pct00039
은 실제 재료들에 대한 큰 수이다. 결과적으로, 이것은 잠재적인 외부 전류에 의해 생성되는 비-기여 자기 플럭스 밀도를 크게 감소시킬 것이고, 따라서 이는 전기 스틸 내의 손실들의 큰 감소를 의미할 것이다. 따라서, 고정자(또는 회전자)의 연속적인 구조에 자기 저항을 추가하는 것은, 전기 스틸의 내부 둘레를 관통하는(penetrating), 잠재적인 외부 전류에 의해 생성된 손실 문제를 감소시키기 위한 해결책이다. 도 8에 도시된 예에 대해, 외부 전류에 의해 생성된 전기 스틸 내의 플럭스 밀도가 주어진 외부 전류 값에 대해 1.48T의 값에 도달했다는 것이 발견되었다. 이 고정자 코어에 폭이 1mm인 단일 슬릿 폭이 도입되었을 때, 이것은 고정자 코어를 완전히 절단하고(도 8), 다음으로 플럭스 밀도는 0.7T로 떨어지고, 이는 플럭스 밀도에 대해 50% 초과의 감소이고, 따라서, 교류 전류의 경우 고정자 내의 자기 손실들에 대해 75%의 감소이다.
자기 저항은 적어도 하나의 '에어갭' 또는 슬릿(전도성일 수 있는 비-자기 재료로 채워지지만, 후자가 전도성일 경우 전기 스틸로부터 고립되어야 함)을 도입함으로써 고정자의 전기 스틸에 추가될 수 있다. 전기 스틸의 코어에서의 완전한 절단(도 8)은 고정자의 기계적인 강성을 위태롭게 할 수 있으므로, 부분적인 슬릿들이 동일한 효과를 생성하도록 만들어질 수 있다(도 10). 대안으로서, 전기 스틸이 적층형 라미네이션 조립체(stacked lamination assembly)로 이루어질 경우, 이것은 동일한 위치에서 많은 라미네이션들에 대해 슬릿이 위치되는 방식으로 적층될 수 있고, 다음으로, 후속 적층은 슬릿 위치를 다른 위치로 회전시킬 수 있다. 이 프로세스는 여러 번 수행될 수 있다. 모든 것이 함께 고정되어 있다면, 일부 실질적인 기계적 강성이 발생할 것이다.
고정자 구조의 내부에 에어갭 슬릿들을 도입함으로써 자기 저항을 추가하는 것의 한 가지 단점은, 그것이 고정자 구조 전체의 구조적 및 기계적 특성들에 영향을 미치고, 따라서 일반적으로 전자기 디바이스에 영향을 미친다는 것이다. 전기 스틸의 빌트업(built-up)은 더 어렵게 되고, 따라서, 더 비싸진다. 또한, 대부분의 경우들에서, 자기 스틸 내부의, 잠재적인 외부 전류에 의해 생성되는 자기 플럭스 밀도의 감소는, DC 전류에 대해서는 충분할 수 있지만, 장(field)의 AC 컴포넌트에 대해서는 불충분할 수 있고, 결국 마지막에 과도한 자기 손실들이 초래된다.
이 문제에 대한 다른 해결책은 전기 스틸을 포함하는 부분들 주위에서, 패러데이 케이지(Faraday cage)의 원리와 유사한 대규모 차폐를 구현하는 것에 의한 물리적인 접지들 상에서 발견될 수 있다. 차폐 재료의 두께는, 잠재적인 외부 교류 전류의 주파수 성분에 의해 결정되는 바와 같이, 표면 전류들의 표피 깊이의 적어도 세 배이어야 한다. 그러한 상황에서, 닫힌 차폐의 내부에서 어떠한 교류 자기장도 발견되지 않을 것이고, 따라서 전기 스틸 내에 어떠한 손실도 존재하지 않을 것이다. 잠재적인 외부 전류는 단극성 전류로서 차폐된 전기 스틸을 통과할 수 있다는 것에 유의한다. 그 경우에, 도넛 형태의 홀이 차폐 내에 제공되어야 하며, 따라서 단극성 전류를 갖는 도체는 차폐를 통과할 수 있고, 후자는 여전히 닫힌 구조를 형성한다. 외부 리턴 전류는 차폐 구조 외부의 도체에서 발견된다.
실제로, 전기 스틸을 보호하기 위한 패러데이 케이지의 사용은, 예를 들어 기계적 액추에이터(actuator)로서 작용하는 전자기 디바이스를 다루는 경우, 일부 주요 문제들을 보여준다:
- 교류 성질의 모터의 기여 자기장은 포위하는 패러데이 차폐에 의해 완화되지 않아야 한다. 따라서, 고정자와 회전자 사이의 자기장은 차폐 구조를 관통하지 않을 수 있다. 이는 차폐의 표면 상에서 기여 장에 의한 플럭스의 통합된 변화가 발견될 수 없도록, 차폐물이 고정자 및 회전자 구조 둘 다를 둘러싸야 한다는 것을 의미한다.
- 모터의 회전자에 의해 생성된 기계적 전력은 포위하는 차폐의 외부로 전달되어야 한다. 이것은 차폐 구조에서 기계적 피드-스루(feed-through)를 제공하는 것에 의해서만 실현될 수 있어서, 차폐 표면 상에서의 전기 전도성의 불연속성을 제공한다. 대부분의 경우에, 이것은 차폐 효과의 주요 손실을 제공할 것이다. 이 문제는, 예를 들어 브러시들 또는 슬라이딩 콘택트(sliding contact) 부품들의 사용을 구현함으로써, 차폐의 고정된 부분과의 연속적인 전기적 연결을 갖는 차폐 내의 이동 부분을 제공함으로써 해결될 수 있다.
모터 주위의 닫힌 패러데이 케이지의 실제 구현은 실제로 비용이 많이 들고, 기계적인 모터 전력에 대한 기계적 피드스루로 인해 많은 기술적 문제들을 보여준다. 패러데이 차폐의 성질은 또한 매우 범용적(universal)이다: 이것은 차폐 구조의 내부에서 전기 스틸로부터 모든 외부 전류의 존재를 차폐할 것이다. 실제로, 차폐는 바람직하게는 잠재적인 외부 비-기여 전류를 운반하는 도체들의 특정 토폴로지에 대해서만 효과적이다.
따라서, 본 발명의 실시예들에서, 차폐 요소는 비-기여 자기장에만 대항하고 모터의 기여 자기장에는 영향을 미치지 않도록 구성된다. 이러한 방식으로, 차폐 요소는 고정자 및 회전자 상의 고정된 부분에만 국한될 수 있고, 패러데이 차폐에서의 기계적 피드-스루 문제를 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 디바이스는 모터이고, 전류 전달 수단은 외부 디바이스에 전력을 공급하기 위해 전류를 운반하도록 적응되는 모터의 중심축을 따르는 도체이다. 이 전류의 가변(예컨대, 교류) 부분은 전기 스틸 내부의 원치 않는 과도한 자기 손실들(히스테리시스 손실들 및 와전류 손실들)을 생성할 것이라는 특성들을 갖는다.
본 발명의 실시예들에서, 적어도 하나의 차폐 요소(예컨대, 권선)는, 정상적인 모터 동작의 자기장에 대항하지 않고(따라서 모터 권선들은 이러한 적어도 하나의 차폐 권선에서 전압들을 유도하지 않음), 중심축 전류 컴포넌트에 의해 생성되는 장에 대항하도록 적용된다. 본 발명의 실시예들에서, 적어도 하나의 차폐 권선은 단락되어, 정의에 의해, 어떠한 자기장도 잠재적인 외부 전류에 의해 생성된 플럭스 밀도에 대해 빌트업될 수 없도록 한다. 실제로, 이 교류 비-기여 자기장은 적어도 하나의 차폐 권선의 존재 때문에 크게 감소되고, 이것은 전기 스틸 내부에서의 자기 손실들의 주요 강하(drop)를 초래하는데, 왜냐하면 이것이 자기 플럭스 밀도의 제곱에 비례하기 때문이다.
차폐 와이어에 대한 총 권선 수가 Ns와 같고 외부 잠재적 전류가 I0값을 갖는다면, 실제로, 차폐 와이어 내의 전류 Is는 인가된 외부 전류 I0(도 11)를 보상할 것이다:
Figure 112020053772651-pct00013
,
그러나 전류 Is의 부호는 외부 전류 I0에 대항하는 종류의 것이다. 외부 전류와 차폐 권선이 존재할 때, 전기 스틸 내의 H-장을 계산하기 위해 앙페르 법칙을 적용한 것은 다음의 결과로 나타난다:
Figure 112020053772651-pct00014
실제로, 차폐 권선에 걸쳐 전압 강하가 존재하므로, Hsteel은 0이 되지 않을 것이다. 이 전압 강하는 결국 잠재적인 외부 전류에 의해 생성된, 전기 스틸 내에 존재하게 될 것인 일부 가치 있는 자기 플럭스 밀도로서 그 자체로 존재할 것이다.
차폐 권선에 걸친 이 전압 강하를 결정하는 요소들은 다음과 같다:
- 푸일레의 법칙(Pouillet's law)에 따른, 차폐 권선의 저항에 걸친 저항성 전압 강하. 이 전압 강하는 차폐 와이어의 전류 Is와 와이어 저항에 직접적으로 관련된다.
- 잠재적인 외부 전류의 성질이 교류이므로, 따라서 차폐 전류 Is 또한 동일한 교류 성질을 갖고, 전류 흐름이 고체 와이어 부분의 둘레에 한정됨에 따라, 권선 재료 내에 차폐 와이어의 유효 저항을 증가시키는 표피 효과(skin effect)가 존재할 수 있다. 표피 효과는 문헌 및 전문 보고서들에서 광범위하게 설명된다. 차폐 와이어가 여러 와이어들로 이루어질 때, 근접 효과(proximity effect) 또한 존재할 것이다.
- 실제로, 차폐 와이어 전류 Is는 또한 차폐 와이어의 물리적 위치 주변의 공기의 부분들에서 자기 플럭스 밀도를 생성할 것이다. 이것은 일부 유도 에너지가 철 스틸(iron steel) 내의 플럭스 밀도에 연계되지 않는 권선에 저장된다는 것을 의미한다. 이는 누설 플럭스(leakage flux)로서 문헌에서 잘 알려져 있다. 차폐 권선 내의 전류의 교류 성질에 의해, 이 누설 플럭스의 존재로 인해 전압 강하가 발생할 것이다.
이 권선에 걸친 기생(parasitic) 전압 강하로 인해, 잠재적인 외부 전류에 의해 생성되는 플럭스 밀도가 차폐 권선에 의해 완전히 억제되지 않기 때문에, 전기 스틸에서 여전히 일부 작은 손실들이 존재할 것이다.
본 발명의 실시예들에서, 적어도 하나의 차폐 와이어는 전기 임피던스에 의해 로딩될 수 있다. 이것은 커패시터들, 인덕터들, 저항들의 병렬 또는 직렬 조합이다. 예를 들어, 차폐 와이어의 누설 인덕턴스의 효과는, 잠재적인 외부 전류의 작동 주파수에 튜닝되는, 차폐 권선 내의 직렬의 커패시터를 추가함으로써 보상될 수 있다. 이것은 차폐 와이어에 걸친 전압 강하를 낮추고, 따라서 외부 전류에 의해 생성되는 손실들을 낮출 것이다.
본 발명의 실시예들에서, 차폐 권선의 타입은 인가될 잠재적인 외부 전류의 주파수 성분에 기초하여 선택될 수 있다. 매우 낮은 주파수들에 대해, 매우 낮은 옴 저항을 갖는 고체의 두꺼운 와이어가 사용될 수 있다. 중간 주파수 및 높은 주파수 범위들에 대해, 넓은 표면적을 갖고 표피 효과에 미미한 영향을 받는 브레이드 와이어(braided wire) 또는 리츠 와이어가 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서(예컨대, 모터에서), 권선은 코어 주위에 일종의 토로이드형 권선을 사용함으로써 잠재적인 (예컨대, 중심 도체를 통한) 외부 자화 전류에 대항하도록 적용된다. 여기서 "일종의(kind of)"는 권선이 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트의 특정 위치에 맞도록 그것의 토로이드 모양으로부터 조정될 수 있다는 사실을 언급한다. 예를 들어, 그것은 고정자의 치형부 사이에 배치될 수 있다.
도 12에 도시된 예시적인 실시예에서, 차폐 권선은 고정자의 내면 위를 통과하고, 다음으로 외부에서 고정자의 슬롯 위로 리턴한다. 도 12는 이 예에서 고정자인 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트(110), 내부에 고정자 권선들(132)을 갖는 슬롯들(134), 및 차폐 권선(120)을 도시한다.
본 발명의 실시예들에서, 차폐 와이어의 누설 인덕턴스를 줄이기 위해, 고정자 내부에서 추가 슬롯들(135)이 제공될 수 있다(도 12 및 도 13). 권선 슬롯들(134)의 아래에, 고정자의 외부에 추가 슬롯(136)을 제공함으로써 누설 플럭스의 추가적인 감소가 달성될 수 있다(도 13). 물론, 고정자 내의 추가 슬롯들의 추가는 전기 스틸의 유효 자기 영역을 감소시킬 것이지만, 차폐 권선이 잘 정의된 위치에 위치하게 되어 제조상의 이익들을 줄 수 있다. 슬롯들 또는 리세스들(recesses)과는 별도로, 홀들이 또한 사용될 수 있다.
3상 모터의 예에서, 고정자에 공급되는 3상 전류의 합은 모든 순간에 0A와 같다. 실제로, 이것은 3상 전류에 의해 생성된 자기장의 합이 0이 될 것이라는 것을 의미한다. 따라서, 모든 슬롯들을 통해 고정자 상에 완전한 토로이드형 차폐 권선이 적용된다면, 동작 자기장으로부터 발생하는 차폐 권선을 통한 순 자기 플럭스는 실질적으로 0이다. 따라서, 차폐 권선은 모터 권선들과 상호작용하지 않을 것이다.
도 14는 전기 스틸을 포함하는 고정자의 일부의 개략도이며, 여기서 차폐 권선들의 가능한 위치들이 표시된다. 이 예시에서 슬롯들은 참조들 1, 2, 3, 4에 의해 표시된다. 이 예시에서, 슬롯 1 및 슬롯 2의 차폐 권선이 함께 연결되는, 교차-권선(cross-winding)이 만들어진다. 본 발명의 실시예들에서, 차폐 권선은 3 또는 4개 이상의 슬롯들로 확장될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, (차폐 권선의 권선들의 수를 포함하는) 위치는 모터 전류와의 상호작용을 방지하기 위해 모터를 작동시키기 위한 전류 패턴에 기초하여 결정될 수 있다. 그에 따라 차폐 권선은 차폐 권선을 통한 순 자기 플럭스가 기여 자기장으로부터 실질적으로 발생되지 않도록 배치되어야 한다.
슬롯 1 & 2에 걸쳐 교차 권선이 만들어지는 경우, 모든 조건들 하에서 슬롯 1 & 2에 걸친 전체 통합 전류가 0과 같을 때, 전류가 유도되지 않을 것이다. 본 발명의 실시예들에서, 토로이드형 권선은 고정자의 2개 이상의, 또는 심지어 모든 슬롯들을 둘러싸는 복수의 권선들을 포함할 수 있다. 차폐 권선에 의해 커버되는 모든 슬롯들에서의 전류의 합이 0과 같을 때, 차폐 내에서 실질적으로 어떠한 순 플럭스도 생성되지 않을 것이다. 따라서, 모터 동작은 차폐 권선의 존재에 의해 영향을 받지 않을 것이다.
앙페르의 합산 후에 권선들이 0암페어를 야기하는 이웃 슬롯들의 세트가 발견될 수 있는 경우, 차폐 권선은 이 슬롯들을 커버하기 위해 국부적으로 적용될 수 있다. 나머지 고정자 슬롯들에 대해 동일한 접근법을 따를 수 있다. 따라서, 이것은 단일 토로이드형 권선이 고정자의 제한된 세그먼트를 커버하는 개개의 토로이드형 권선들의 세트로 항상 대체될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나 이러한 차폐 권선들 각각은 닫힌 루프일 필요가 있다. 본 발명의 실시예들에서, 와이어들은 단락되거나 (차폐 와이어의 행동을 향상시키기 위해) 로드 임피던스가 추가된다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 차폐 권선의 시작과 끝 사이의 리턴 도체(return conductor)가 비교적 짧을 것이기 때문에, 단일 차폐 와이어를 사용하는 것이 더 용이하다.
차폐 권선의 효과는 그와 같이 전기 스틸 내의 자기 손실들을 감소시키는 것으로 제한되지 않는다. 더욱이, 디바이스의 모터 동작에 기여하지 않는 장으로 인해 전기 스틸에 거의 에너지가 저장되지 않을 것이다. 단락된 차폐 권선으로 인해, 잠재적인 외부 교류 전류에 의해 생성되는 고정자 플럭스는 (설계에 의해 작게 유지되는 차폐 권선에 걸친 전압 강하에 따라) 작을 것이다. 따라서, 이것은 낮은 자기 에너지 저장을 초래하고, 외부 전류를 포함하는 회로에 의해 보여지는 물리적 효과는 누설 인덕션이 작을 것이라는 것이다. 가변(예컨대, 교류) 전류들을 다룰 때, 이것은 전기 스틸의 둘레를 통과하는 도체에 걸친 전압 강하가 또한 작게 유지될 것임을 의미한다.
차폐 권선의 다른 이점은 이 차폐 권선이 또한 잠재적인 외부 DC 전류의 존재의 효과를 차폐하기 위해 사용될 수 있다는 것이다. 외부 DC 전류(Idc)의 존재는 렌츠의 법칙(Lenz's law)에 따라 차폐 권선에 영향을 미치지 않을 것이고, 차폐 권선에 전압이 유도되지 않을 것이다. 그러나 외부의 수단에 의해, DC 전류 Isdc를 차폐 권선 내에 주입하는 것이 가능하다. 다음을 만족하도록 Isdc의 값과 부호가 선택된다면:
Figure 112020053772651-pct00015
,
다음으로, DC 비-기여 자기장이 전기 스틸 내에 존재하지 않을 것이다. 따라서, 전기 스틸의 자화 효과들 및 심지어 재료의 포화는 차폐 권선 내에 외부 DC 전류를 인가함으로써 방지될 것이다. 차폐 와이어의 저항이 DC 전류에 대해 낮기 때문에, 보상 전류 Isdc의 공급은 많은 에너지를 필요로 하지 않을 것이고, 잠재적인 외부 DC 전류의 비-기여 장에 대항하기 위한 수단으로서 고려될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 디바이스들은 이러한 전류를 생성하기 위한 제어기를 포함할 수 있다.
도 15는 차폐 와이어가 활성인 경우(210) 및 (차폐 와이어 회로를 단순히 개방함으로써) 비활성인 경우(220) 고정자 내의 손실들을 도시한다. 입력 전류는 5 내지 160A의 범위에 있고, 40kHz의 주파수를 갖는다. 보여지는 바와 같이, 차폐 와이어가 활성일 때 손실들이 상당히 감소한다.
도 16에서 활성 차폐 와이어 회로(단락 차폐 권선)와 비활성 차폐 와이어 회로(개방 차폐 권선) 사이의 차이가 도시된다. 도 16은 전기 스틸 온도가 시간의 함수로 도시되는 커브를 보여준다. 이 커브는 150A의 교류 축방향 전류를 인가하는 경우 획득된다. 처음 30분 동안 차폐 권선은 개방되어 전기 스틸 온도의 가파른 상승을 보였다. 거의 80℃의 온도에 도달했을 때, 고정자 권선들을 과열시키기 않기 위해 실험이 중단되었다. 다음으로, 차폐 권선이 단락된다. 냉각 기간 후에, 150A의 교류 축방향 전류가 다시 인가된다. 이제, 단락된 차폐 와이어는 전기 스틸 내의 축방향 전류에 의해 생성된 플럭스 밀도에 대항할 것이다. 전기 스틸의 제한된 온도 상승은 이제 축방향 도체에서의 줄 손실들(Joule losses)로 인한 것이다.
본 발명의 실시예들에서, 디바이스는 베어링이고, 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트는 베어링의 링에 대응한다. 그 예시는 도 17 및 도 18에 개략적으로 도시되어 있다. 도 17은 하나의 링을 갖는 베어링을 도시하고, 여기서 링은 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트(110)와 대응한다. 차폐 권선(120)은 링 주위에 토로이드형으로 감긴다. 본 발명의 이 예시적인 실시예에서, 차폐 권선은 이것이 링의 회전을 방해할 수 없도록 링 내에 묻힌다(sunken). 도 18에서, 베어링은 두 개의 동심의 링들(110)을 갖는 것으로 도시되고, 여기서 차폐 권선(120)은 각각의 링들의 주위에 토로이드형으로 감긴다. 각각의 권선은 그 대응하는 링에 묻히도록 장착된다. 중심 도체를 통한 교류 전류에 의해 야기되는 링 내의 자기장은 차폐 권선의 존재로 인해 보상될 것이다. 베어링은 특정 응용에 적절하도록 선택될 수 있으며, 볼 베어링들, 롤러 베어링들, 평 베어링들, 축 베어링들 또는 본 기술분야에서 알려진 임의의 타입과 같은, 그러나 이들에 제한되지는 않는 임의의 알려진 타입일 수 있다.

Claims (16)

  1. 퇴적 시스템을 위한 종단 유닛(termination unit)으로서,
    기능을 수행하기 위한 디바이스를 포함하고, 상기 디바이스는 전기 스틸(electrical steel)을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트; 고정자(stator); 회전자(rotor); 모터 권선들(motor windings); 전류 전달 수단; 및 차폐 요소(shielding element)를 포함하고,
    상기 디바이스는 전기 모터이고,
    상기 고정자가 상기 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트이거나, 상기 회전자가 상기 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트이거나, 상기 고정자 및 상기 회전자가 각각 전기 스틸을 포함하는 컴포넌트이고,
    상기 모터는, 스퍼터 타겟이 장착되는 경우 상기 스퍼터 타겟을 회전시키도록 상기 고정자와 상기 회전자 사이에 토크 힘을 초래하는 기여 자기장(contributing magnetic field)을 초래하는 상기 모터 권선들에 전류를 인가하도록 구성되고,
    상기 전류 전달 수단은 상기 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트에 이웃하고,
    상기 전류 전달 수단은 제1 토폴로지에 따라 전류를 안내하고, 상기 스퍼터 타겟이 상기 종단 유닛 상에 장착될 때 상기 스퍼터 타겟에 전력을 전달하도록 적응되고,
    상기 차폐 요소는, 상기 제1 토폴로지를 갖는 이웃 전류가 인가되는 경우, 상기 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트에 대한 상기 이웃 전류의 효과가 상기 차폐 요소 내의 대항하는 장(counteracting field)을 초래하는 상기 차폐 요소를 통한 전류에 의해 완화되도록 구성되는, 종단 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차폐 요소는, 상기 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트를 통한 가변 비-기여 자기장을 초래하는 이웃 가변 전류가 인가되는 경우,
    이웃 가변 비-기여 자기장이 상기 차폐 요소를 통한 순 자기 플럭스(net magnetic flux)를 초래하도록 구성되고,
    상기 이웃 가변 전류는 상기 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트를 통한 상기 이웃 가변 비-기여 자기장에 대항하는 자기장을 초래하는 상기 차폐 요소를 통한 전류를 초래하는, 종단 유닛.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트는 상기 디바이스의 기능에 기여하는 기여 자기장을 안내하도록 적응되고,
    상기 차폐 요소는 상기 차폐 요소를 통한 순 자기 플럭스가 상기 기여 자기장으로부터 발생하지 않도록 배치되는, 종단 유닛.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전류 전달 수단은, 상기 전류 전달 수단이 상기 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트의 원주와 교차하도록, 그리고 상기 전류 전달 수단의 리턴 경로(return path)가 상기 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트의 외부에 있도록 구성되는, 종단 유닛.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트는 토로이드 모양(toroidal shape)을 갖고,
    상기 차폐 요소는 상기 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트 주위에 토로이드형으로 감기는 차폐 권선(shielding winding)인, 종단 유닛.
  6. 제1항에 있어서, 상기 차폐 요소는 단락된 차폐 권선인, 종단 유닛.
  7. 제1항에 있어서, 상기 차폐 요소는 임피던스에 의해 로딩되는 차폐 권선인, 종단 유닛.
  8. 제1항에 있어서, 상기 차폐 요소는 상기 전기 스틸을 포함하는 적어도 하나의 컴포넌트에 묻히거나 임베딩되는, 종단 유닛.
  9. 제1항에 있어서, 상기 디바이스는 회전 움직임을 생성하기 위한 구동 수단을 포함하는, 종단 유닛.
  10. 제1항에 있어서, 상기 디바이스는 베어링 수단을 포함하는, 종단 유닛.
  11. 제1항에 있어서, 상기 디바이스는 밀봉 수단을 포함하는, 종단 유닛.
  12. 제1항에 있어서, 상기 전류 전달 수단은 상기 디바이스를 통과하는 중심축을 따라 위치되는, 종단 유닛.
  13. 제1항에 있어서, 상기 디바이스는 비-기여 자기장을 생성하기 위해 상기 차폐 요소를 통한 DC 전류를 인가하도록 적응되는 제어기를 포함하는, 종단 유닛.
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