KR20160106103A - 자석 배열 및 자기 서스팬션 평면 모터 - Google Patents
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Abstract
자석 배열(100) 및 자기 부양 평면 모터가 개시된다. 자석 배열은: 선형 할바흐 자석 배열(120, 130) 및 2차원 할바흐 자석 배열(110)을 포함한다. 선형 할바흐 자석 배열 및 2차원 할바흐 자석배열은 정사각형 자석 배열을 형성하도록 조립되며, 2차원 할바흐 자석 배열은 정사각형 자석 배열의 각 대각선 코너에 배열된다. 2차원 할바흐 자석 배열 및 선형 자석 배열로 형성된 자석 배열은, 단순한 선형 할바흐 자석 배열로 형성된 동일 크기의 자석 배열과 비교할 때, 자기 부양 평면 모터의 더 큰 트러스트 계수를 갖는 것을 가능하게 한다.
Description
본 발명은 직접회로의 제조, 특히 자석 배열(magnet array) 및 평면 자기 모터(planar magnetic motor)에 관한 것이다.
포토리소그래픽 공구의 분야에서, 복수의 자유도로 이동 가능한 이송 장치가 이동 단계의 움직임을 구동하기 위해서 사용된다. 자기 부상(magnetically levitated) 평면 이동 장치는 6 자유도로 분리된 움직임을 실행할 수 있으며, 인터미디어트 기어를 제거함으로써 소형 디자인을 가지며, 이는 장치의 좀 더 효율적인 움직임을 수행할 수 있게 하여 더 정밀한 위치 설정 및 가속을 가능하게 한다.
상기 평면 이동 장치는 이동-코일형(moving-coil type) 또는 이동-자석형(moving-magnet type) 중 하나의 6자유도(6DOF) 평면 자기 모터에 의해서 구동된다. 이동-자석형의 평면 자기 모터는 무버(mover) 상에서 적은 케이블 제한을 가지며, 이에 따라 포토리소그래픽 공구의 이동 단계에서 좀 더 광범위하게 사용할 수 있다. 도 1에 도시된 것처럼, 스테이터(stator)로서 인쇄 회로 기판(PCB)를 사용하는 이동-자석형의 평면 자기 모터가 존재한다. 평면 자기 모터(1)는 스테이터 코일(11) 및 자석 배열(12)을 포함한다. 스테이터 코일(11)은 4개의 구역, 즉, 제1 구역(11A), 제2 구역(11B), 제3 구역(11C), 제4 구역(11D)으로 나뉜다. 도 2에 도시된 것처럼, 자석 배열(12)은 제1 자석 배열(12A), 제2 자석 배열(12B), 제3 자석 배열(12C), 제4 자석 배열(12D)을 포함한다. 평면 자기 모터(1)의 작동에서, 제1 구역(11A) 및 제2 구역(11B)의 전원가압(energization)은 Z 및 X 방향에서 힘을 생성하도록 제1 자석 배열(12A) 및 제2 자석 배열(12B)을 각각 유도하며, 제3 구역(11C) 및 제4 구역(11D)의 전원가압은 Z 및 Y 방향에서 힘들을 생산하도록 제3 자석 배열(12C) 및 제4 자석 배열(12D)을 각각 유도한다. 힘 프로듀서로 알려진, 제4 자석 배열은 수직 및 수평 스러스트(thrust) 모두를 제공할 수 있으며, 전체로서 평면 자기 모터의 무버는 6 자유도로 움직이도록 구동될 수 있다. 도 3은 조립된 경우 4τ의 전체 길이를 가지는 다르게 극화된 자석들로 구성되는 선형 할바흐(Halbach) 자석 배열인 자석 배열의 자기 방향을 도시한다.
선형 할바흐 자석 배열을 사용하는 평면 자기 모터는 낮은 스러스트 출력의 문제가 있다.
본 발명은 자석 배열 및 평면 자기 모터를 개시하는 선행기술의 평면 자기 모터의 낮은 스러스트 출력을 해결한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 자석 배열은 X-Y평면에 배열된 적어도 한 쌍의 선형 할바흐(Halbach) 자석 배열 및 한 쌍의 2차원 할바흐 자석 배열로 구성되고, 실질적으로 정사각형인, 자석 배열로서, 2차원 할바흐 자석 배열은 정사각형의 2개의 대각선 코너에 배치되는 자석 배열이다.
바람직하게는, 2차원 할바흐 자석 배열 각각은 N자석; 모두 N자석 주위에 배열된, S자석 및 H자석을 포함할 수 있으며, H자석은 S자석 쪽으로 자화된다.
바람직하게는, 2차원 할바흐 자석 배열에서 S자석 및 N자석은 정사각형이며, 삼각형의 N자석 및 S자석이 2차원 할바흐 자석 배열에서 최외각에 추가로 구비될 수 있다.
바람직하게는, N자석 및 S자석은 8각형이며, 8각형의 1/2의 형상 또는 1/4의 형상 중 하나인 N자석 및 S자석은 2차원 할바흐 자석 배열에 최외각에 추가로 구비될 수 있다.
바람직하게는, N자석 및 S자석은 밀집하여 배열되면, 2차원 할바흐 자석 배열에서 H자석응ㄴ N자석 및 S자석이 배열된 후 남은 간격에 채워진다.
바람직하게는, H자석은 N자석 및 S자석 사이에 배열될 뿐만 아니라 N자석 및 S자석이 배열된 후 남은 간격에 채워질 수 있다.
바람직하게는, N자석 및 S자석 사이의 H자석은 S자석 쪽으로 자화될 수 있으며, N자석 및 S자석이 배열된 후 남는 간격에 H자석은 X 및 Y방향에 대하여 45°의 각으로 S자석 중 상응하는 하나 쪽으로 각각 자화될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 한 쌍의 선형 할바흐 자석 배열은 한 쌍의 제1 자석 배열 및 한 쌍의 제2 자석 배열을 포함할 수 있으며, 제2 자석 배열에서 자석은 제1 자석 배열에서 자석보다 길다.
바람직하게는, X-Y평면에서, 각 2차원 할바흐 자석 배열의 중심에 배열된 자석은 제1 자석 배열 및 제2 자석 배열의 중심에 배열된 자석과 같은 극성을 가질 수 있다.
바람직하게는, 각각의 제1 자석 배열 및 제2 자석 배열은 N자석, S자석, 및 N자석과 S자석 사이의 H자석으로 구성될 수 있으며, N자석, S자석, 및 H자석은 서로 평행하게 배열된다.
바람직하게는, 선형 할바흐 자석 배열의 수는 2차원 할바흐 자석 배열의 수와 동일하며, 선형 할바흐 자석 배열 및 2차원 할바흐 자석 배열은 정사각형을 형성하도록 조립된다.
본 발명은 또한 상기 정의한 자석 배열 및 사기 배열 하에 배치된 코일 배열을 포함하는 자기 부상 평면 모터를 제공한다.
바람직하게는, 자기 부상 평면 모터는 자석 배열상에 배열된 배열된 백아이언(backiron)을 더 포함한다.
바람직하게는, 코일 배열은 인쇄 회로 기판(PBC) 코일 배열일 수 있다.
바람직하게는, 자석 배열은 무버로서 역할하고, 코일 배열은 스테이터로서 역할하며, 스테이터는 4τ/3의 상간 공간이 있도록 감기며, 자석 배열에서 선형 할바흐 자석 배열에서 인접한 N자석 및 S자석 사이의 자극 피치(pole pitch)는 2차원 할바흐 자석 배열에서 인접한 N자석 및 S자석 사이의 자극 피치와 동일하며, 상기 자극 피치는 τ다.
선행 기술과 비교할 때, 본 발명은 다음의 이점을 제공한다:
본 발명에 따른 자석 배열은 2차원 할바흐(Halbach) 자석 배열 및 선형 할바흐 자석 배열 모두로 형성되어, 이는 선형 할바흐 자석 배열로만 형성된 동일 크기의 자석 배열과 비교할 때 평면 자기 모터의 큰 스러스트 계수를 가능하게 한다.
도 1은 선행기술의 평면 자기 모터의 상면도이다.
도 2는 선행기술의 평면 자기 모터에서 자석 배열을 도시한다.
도 3은 선행기술의 자석 배열의 자화(magnetization)를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 구성된 평면 자기 모터의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평면 자기 모터에서 자석 배열을 도시한다.
도 6-8은 (정사각형 제1 자석 배열인) 본 발명의 제1 실시예에 따른 자석 배열에서 2차원의 할바흐 자석 배열(Halbach magnet array)의 구성을 각각 도시한다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자석 배열에서 선형 할바흐 자석 배열(제1 자석 배열)을 개략적으로 도시한다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자석 배열에서 선형 할바흐 자석 배열(제2 자석 배열)을 개략적으로 도시한다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 평면 자기 모터에서 코일의 와이어링을 개략적으로 도시한다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평면 자기 모터의 작동을 도시한다.
도 13은 Y-방향의 자석 배열에서 자석들이 본 발명의 제1 실시예에 따라 어떻게 합쳐지는지를 도시한다.
도 14는 X-방향의 자석 배열에서 자석들이 본 발명의 제1 실시예에 따른 어떻게 합쳐지는지를 도시한다.
도 15는 (정사각형 제1 자석 배열인) 본 발명의 제1 실시예에 따른 자석 배열에서 2차원의 할바흐 자석 배열을 개략적으로 도시한다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따라 구성된 자석 배열을 개략적으로 도시한다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 구성된 평면 자기 모터가 어떻게 작동하는지 도시한다.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자석 배열 확장의 개략도이다.
도 19는 본 발명의 제3 실시예에 따라 구성된 자석 배열의 개략도이다.
도 20은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자석 배열에서 선형 할바흐 자석 배열을 도시한다.
도 21은 본 발명의 제3 실시예에 따른 평면 자기 모터에서 코일의 와이어링을 도시한다.
도 1-3에서, 1은 평면 자기 모터; 11은 스테이터; 11A는 제1 구역; 11B는 제2 구역; 11C는 제3 구역; 11D는 제4 구역; 12는 자석 배열; 12A는 제1 자석 배열; 12B는 제2 자석 배열; 12C는 제3 자석 배열; 12D는 제4 자석 배열;을 가리킨다.
도 4-15에서, 100은 자석 배열; 110은 2차원의 할바흐 자석 배열; 111은 N 자석; 112는 S자석; 113은 H자석; 120은 제1 자석 배열; 130은 제2 자석 배열; 200은 스테이터; 210은 제1 코일; 220은 제2 코일; 230은 부도체; 300은 백아이런(back iron);을 가리킨다.
도 16-18에서, 100`은 자석 배열; 110`은 2차원의 할바흐 배열; 110A는 제1 2차원 할바흐 자석 배열; 110B는 제2 2차원 할바흐 자석 배열; 120`는 선형 할바흐 자석 배열; 120A는 제1 선형 할바흐 자석 배열; 120B는 제2 할바흐 자석 배열;을 가리킨다.
도 19-21에서, 100``은 자석 배열; 110``은 선형 할바흐 자석 배열;을 가리킨다.
도 2는 선행기술의 평면 자기 모터에서 자석 배열을 도시한다.
도 3은 선행기술의 자석 배열의 자화(magnetization)를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 구성된 평면 자기 모터의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평면 자기 모터에서 자석 배열을 도시한다.
도 6-8은 (정사각형 제1 자석 배열인) 본 발명의 제1 실시예에 따른 자석 배열에서 2차원의 할바흐 자석 배열(Halbach magnet array)의 구성을 각각 도시한다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자석 배열에서 선형 할바흐 자석 배열(제1 자석 배열)을 개략적으로 도시한다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자석 배열에서 선형 할바흐 자석 배열(제2 자석 배열)을 개략적으로 도시한다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 평면 자기 모터에서 코일의 와이어링을 개략적으로 도시한다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평면 자기 모터의 작동을 도시한다.
도 13은 Y-방향의 자석 배열에서 자석들이 본 발명의 제1 실시예에 따라 어떻게 합쳐지는지를 도시한다.
도 14는 X-방향의 자석 배열에서 자석들이 본 발명의 제1 실시예에 따른 어떻게 합쳐지는지를 도시한다.
도 15는 (정사각형 제1 자석 배열인) 본 발명의 제1 실시예에 따른 자석 배열에서 2차원의 할바흐 자석 배열을 개략적으로 도시한다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따라 구성된 자석 배열을 개략적으로 도시한다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 구성된 평면 자기 모터가 어떻게 작동하는지 도시한다.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자석 배열 확장의 개략도이다.
도 19는 본 발명의 제3 실시예에 따라 구성된 자석 배열의 개략도이다.
도 20은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자석 배열에서 선형 할바흐 자석 배열을 도시한다.
도 21은 본 발명의 제3 실시예에 따른 평면 자기 모터에서 코일의 와이어링을 도시한다.
도 1-3에서, 1은 평면 자기 모터; 11은 스테이터; 11A는 제1 구역; 11B는 제2 구역; 11C는 제3 구역; 11D는 제4 구역; 12는 자석 배열; 12A는 제1 자석 배열; 12B는 제2 자석 배열; 12C는 제3 자석 배열; 12D는 제4 자석 배열;을 가리킨다.
도 4-15에서, 100은 자석 배열; 110은 2차원의 할바흐 자석 배열; 111은 N 자석; 112는 S자석; 113은 H자석; 120은 제1 자석 배열; 130은 제2 자석 배열; 200은 스테이터; 210은 제1 코일; 220은 제2 코일; 230은 부도체; 300은 백아이런(back iron);을 가리킨다.
도 16-18에서, 100`은 자석 배열; 110`은 2차원의 할바흐 배열; 110A는 제1 2차원 할바흐 자석 배열; 110B는 제2 2차원 할바흐 자석 배열; 120`는 선형 할바흐 자석 배열; 120A는 제1 선형 할바흐 자석 배열; 120B는 제2 할바흐 자석 배열;을 가리킨다.
도 19-21에서, 100``은 자석 배열; 110``은 선형 할바흐 자석 배열;을 가리킨다.
본 발명의 목적, 특징, 이점은 첨부된 도면과 연관하여 설명되는 몇몇의 구체적인 실시예들의 이하의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다. 도면은 실시예들을 설명함에 있어 단순성 및 명확성을 위한 목적으로 필요한 정도로 간략하게 제공됨을 주목해야 한다.
실시예 1
도 4를 참조하면, 평면 자기 모터(planar magnetic motor)는 무버(mover) 및 스테이터(stator)(200)를 포함한다. 무버는 자석 배열(100) 및 자석 배열(100)에 배열된 백아이런(300)을 포함한다. 스테이터(200)는 X방향에서 힘을 생성하기 위한 제1 코일(210) 및 Y방향에서 힘을 생성하기 위한 제2 코일(220)을 포함하는 인쇄 회로 기판(PCB)으로 형성된다. 제1 코일(210) 및 제2 코일(220)은 서로 수직하며, 하나 위에 다른 하나가 있도록 배치된다. 부도체가 제1 코일 및 제2 코일 사이에 구비된다.
도 5를 참조하면, 자석 배열(100)은 선형 할바흐(Halbach) 자석 배열 및 2차원 할바흐 자석 배열(110)을 포함한다. 2차원 할바흐 자석 배열(110)의 수는 두 개이다. 선형 할바흐 자석 배열은 제1 자석 배열(120) 및 제2 자석 배열(130)을 포함한다. 제2 자석 배열에서 자석은 제1 자석 배열(120)에서 동일하게 극화된 각각의 자석들보다 길다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예에서, 각각의 2차원 할바흐 자석 배열(110)은 3개의 다른 자화 방향이 있는 자석을 조립함으로써 형성된다. 자석들은: 도면들의 평면과 수직하고 평면으로부터 외부로 자화된 N자석(111); 도면들의 평면과 수직하고 평면 안쪽으로 자화된 S자석(112); 및 S자석(112) 쪽으로 항상 수평하게 자화된 H자석(113)이다. 2차원 할바흐 자석 배열(110)은 X 및 Y 방향 모두에서 τ의 자극 피치(pole pitch)를 가지며 측면 길이가 4τ인 정사각형이다.
특히, 2차원 할바흐 자석 배열(110)에서 자석들은 다음과 같은 다양한 방식과 함께 구성될 수 있다:
도 6에 도시된 제1 구성에서, 삼각형인 2차원 할바흐 자석 배열(110)에서 최외각에 위치된 N자석(또는 S자석)을 제외하고, 모든 다른 N자석들(111) 및 S자석들(112)은 정사각형이다. H자석(113)은 N자석(111) 및 S자석(112) 사이에 구비된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 2차원 할바흐 자석 배열에서 최외각 삼각형 자석들은 각각 정사각형인 N자석(111) 및 S자석(112)으로 대체되고 이들 사이에 끼인 H자석(113)과 2가지 방향에서 배열될 수 있다.
도 7에 도시된 제2 구성에서, (2차원 할바흐 자석 배열(110)의 모서리에서) 8각형의 1/2 또는 (2차원 할바흐 자석 배열(110)의 코너에서) 8각형의 1/4인 2차원 할바흐 자석 배열(110)에서 최외각에 위치된 N자석(또는 S자석)을 제외하고, 모든 다른 N자석들(112) 및 S자석들(112)은 8각형이다. 또한, N자석들(111) 및 S자석들(112)은 밀집하여 배열되며, H자석들(113)은 N자석(111) 및 S자석(112)이 위치된 후 남아있는 간격을 채운다. 각각의 H자석들(113)은 수평 방향에 대하여 45°의 각에서 S자석들(112) 중 상응하는 하나 쪽으로 자화된다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 8각형의 1/4 또는 1/2인 2차원 할바흐 자석 배열에서 최외각 자석들은 각각 8각형인 N자석(111) 및 S자석(112)으로 대체되고 이들 사이에 끼인 H자석(113)과 2가지 방향에서 배열될 수 있다.
도 8에 도시된 제3 구성에서, N자석(111) 및 S자석(112)은 또한 8각형 또는 부분적으로 8각형을 구비하며, H자석(113)은 N자석(111) 및 S자석(112) 사이에 구비될 뿐만 아니라 N자석(111) 및 S자석(112)이 위치된 후 남는 남아있는 간격에 구비된다. 상기 간격에서 H자석들 각각은 수평 방향에 대하여 45°의 각에서 S자석들(112) 중 상응하는 한쪽으로 자화되며, 남은 H자석(113) 또한 S자석(112) 쪽으로 자화된다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 선형 할바흐 자석 배열에서, 제1 및 제2 자석 배열(120, 130) 각각은 도면들의 평면에서 바깥으로 자화된 N자석, 도면들의 평면에서 안쪽으로 자화된 S자석, 및 S자석(112) 쪽으로 자화된 H자석들 조립함으로써 형성된다. 2차원 할바흐 자석 배열(110)과 접촉하는 제1 및 제2 자석 배열(120, 130)의 측면은 4τ의 길이를 가진다.
도 5를 참조하면, 자석 배열(100)은 τ의 자극 피치로 배열된 N자석(111) 및 S자석(112), X방향 및 Y방향 모두에서 Df의 거리만큼 서로 이격된 두 개의 2차원 할바흐 자석 배열(110), X방향에서 Df의 거리만큼 서로 이격된 제1 자석 배열(120), 및 Y방향에서 Df의 거리만큼 서로 이격된 제2 자석 배열(130)으로 구성된다. 본 실시예에서, 각각의 거리들은 두 개의 자석 배열들의 중심선 사이의 거리이며, Df는 Df=(N+0.5)τ의 식을 만족하며, N은 4이상의 정수이다.
평편식 자기 모터에서, 스테이터(200)에서 코일들은 도 11에 도시된 것처럼 4τ/3의 상간(phase-to-phase) 공간이 있도록 감긴다.
도 12를 참조하면, 평편식 자기 모터는 다음의 코일의 전원가압(energization)의 관계에서 작동한다:
제1 코일들(210)의 전원가압에 따라서, 2차원 할바흐 자석 배열(110) 및 제1 자석 배열(120)은 X방향 및 Y방향의 힘을 생산하도록 유도된다.
제2 코일(220)에 전원이 공급되었을 때, 2차원 할바흐 자석 배열(110) 및 제1 자석 배열은 Y방향 및 Z방향의 힘을 생산하도록 유도된다. 2개의 제1 코일(210) 및 2개의 제2 코일(220)이 구비됨에 따라, 무버(mover)는 개별 코일들의 전원가압을 제어함으로써 6 자유도로 움직일 수 있다.
또한, 도 13에 도시되었듯이, Y방향에서, 2차원 할바흐 자석 배열(110) 및 제1 자석 배열(120)은, X-Y평면에서 배열의 기하학적 중심에 배열된 2차원 할바흐 자석 배열(110) 각각의 자석이 X-Y평면에서 배열의 기하학적 중심에 배열된 제1 자석 배열(120)의 각각의 자석과 동일한 극성을 가지도록, 즉 동일하게 자화되고, X-Y평면에서 기하학적 중심들이 동일한 Y-Z평면에 위치되도록, 구성된다. 각각의 2차원 할바흐 자석 배열(110) 및 제1 자석 배열(120)이 4τ의 측면 길이 및 τ의 자극 피치를 가짐에 따라, 제1 코일(210)이 전류가 공급되었을 때, 2차원 할바흐 자석 배열(110) 및 제1 자석 배열(120)은 도 12에 도시된 것처럼 X 방향 및/또는 Y 방향에서 동일한 힘을 생산한다.
유사하게, 도 14에 도시던 것처럼, X 방향에서, 2차원 할바흐 자석 배열(110) 및 제2 자석 배열(130)은, X-Y 평면에서 배열의 기하학적 중심에 배열된 2차원 할바흐 자석 배열(110) 각각의 자석이 X-Y 평면에서 배열의 기하학적 중심에 배열된 제2 자석 배열(130)의 각각의 자석과 동일한 극성을 가지도록, 즉 동일하게 자화되고, X-Y평면에서 두 개의 기하학적 중심들이 동일한 X-Z평면에 위치되도록, 구성된다. 각각의 2차원 할바흐 자석 배열(110) 및 제2 자석 배열(130)이 4τ의 측면 길이 및 τ의 자극 피치를 가짐에 따라, 제2 코일(220)이 전류가 공급되었을 때, 2차원 할바흐 자석 배열(110) 및 제2 자석 배열(130)은 도 12에 도시된 것처럼 Y방향 및/또는 Z방향에서 동일한 힘을 생산한다.
제1 자석 배열(120)의 형태는 도 5에 도시된 정사각형 또는 도 15에 도시된 직사각형일 수 있으며, 제1 및 제2 자석 배열(120, 130)의 길이 및 폭의 치수는 본 실시예에 따른 임의의 방법으로 제한되지 않는다.
실시예 2
본 실시예는 자석 배열의 구성만이 실시예 1과 상이하다.
특히, 도 16에 도시된 것처럼, 자석 배열(110`)은 두 개의 2차원 할바흐 자석 배열(110`) 및 두 개의 선형 할바흐 자석 배열(120`)을 조합함으로써 구성된다. 2차원 할바흐 자석 배열(110`)은 제1 2차원 할바흐 자석 배열(110A) 및 제2 2차원 할바흐 자석 배열(110B)을 포함한다. 선형 할바흐 자석 배열(120`)은 제1 선형 할바흐 자석 배열(120A) 및 제2 선형 할바흐 자석 배열(120B)을 포함한다.
자석 배열(100`)은 도 17에 설명된 방법으로 코일의 전원가압과 연관되어 작동한다.
제1 코일(210`B)의 전원가압은 X방향 및 Y방향 힘을 생산하기 위한 제1 2차원 할바흐 자석 배열(110A) 및 제1 선형 할바흐 자석 배열(120A)을 포함하고, 제2 코일(220`B)의 정원가압은 Y방향 및 Z방향 힘을 생산하기 위한 제2 2차원 할바흐 자석 배열(110B)를 포함해서, Z, Rx, Ry 및 Rz방향에서 무버의 움직임을 유지한다.
다른 제2 코일(220`A)의 전원가압은 Y방향 및 Z방향 힘을 생산하기 위한 제1 2차원 할바흐 자석 배열(110A) 및 제2 선형 할바흐 자석 배열(120B)을 포함하며, 다른 제1 코일(210`A)의 전원가압은 X방향 및 Z방향 힘을 생산하기 위한 제2 2차원 할바흐 자석 배열(110B)를 포함해서, Z, Rx, Ry 및 Rz방향에서 무버의 움직임을 유지한다.
본 실시예에 따른 자석 배열(100`)은 무버의 전체 지역을 커버(cover)하도록 밀집되게 배열된 자석들로 구성되어서, 높은 공간 이용성으로 이어진다. 게다가, 복수의 자석 배열(100`)은 도 18의 대규모 자석 배열(100`)을 쉽게 구성하도록 모듈로써 이용될 수 있다.
실시예 3
본 실시예는 스테이터에서 코일의 와이어링이 실시예 1 및 실시예 2와 다르다.
도 19에 도시되었듯이, 본 실시예에 따른 자석 배열(100``)은 4개의 선형 할바흐 자석 배열(110``)에 의해서 구성된다. 도 20에 도시된 각각의 자석 배열(110``)은 N자석, S자석, 및 H자석을 조합함으로써 형성되며, 이는 τ의 자극 피치 및 5τ의 전체 측면 길이를 가진다. X 및/또는 Y방향에서, 두 개의 평행한 선형 할바흐 자석 배열(110``)은 Df의 거리만큼 오프셋되며, 관계식 Df=(N+0.5)τ를 만족시키며, N은 5 이상의 정수이다.
따라서, 자석 배열(100``)에서, 스테이터 코일은 도 21에 도시된 것처럼 향상된 공간 이용성을 제공하기 위해서 5τ/3의 상간 간격으로 감긴다.
통상의 기술자는 본 발명의 범위 및 기초에서 벗어나지 않고 본 발명의 다양한 변경 및 변형을 만들 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위 및 동일범위 내에 상기 모든 변경 및 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
Claims (20)
- X-Y평면에 배열된 적어도 한 쌍의 선형 할바흐(Halbach) 자석 배열 및 한 쌍의 2차원 할바흐 자석 배열로 구성되고, 실질적으로 정사각형인, 자석 배열로서,
2차원 할바흐 자석 배열은 정사각형의 2개의 대각선 코너에 배치되는 자석 배열. - 제 1 항에 있어서,
2차원 할바흐 자석 배열 각각은 N자석; 모두 N자석 주위에 배열되는, S자석 및 H자석을 포함하는 자석 배열. - 제 2 항에 있어서,
2차원 할바흐 자석 배열에서 S자석 및 N자석은 정사각형이며,
H자석은 S자석 쪽으로 자화된 자석 배열. - 제 3 항에 있어서,
2차원 할바흐 자석 배열은 2차원 할바흐 자석 배열에서 최외각에 배치된 삼각형의 N자석 또는 S자석을 더 포함하는 자석 배열. - 제 2 항에 있어서,
2차원 할바흐 자석 배열에서 S자석 및 N자석은 8각형 형상인 자석 배열. - 제 5 항에 있어서,
2차원 할바흐 자석 배열은 2차원 할바흐 자석 배열의 최외각에 배치되며 8각형의 1/2의 형상 또는 1/4의 형상 중 하나인 N자석 또는 S자석을 더 포함하는 자석 배열. - 제 5 항에 있어서,
N자석 및 S자석은 밀집하여 배열되며,
H자석은 N자석 및 S자석이 배열된 후 남은 간격에 채워지는 자석 배열. - 제 5 항에 있어서,
H자석은 N자석 및 S자석 사이에 배열될 뿐만 아니라 N자석 및 S자석이 배열된 후 남은 간격에 채워지는 자석 배열. - 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
N자석 및 S자석 사이의 H자석은 S자석 쪽으로 자화되며,
N자석 및 S자석이 배열된 후 남는 간격에 H자석은 X 및 Y방향에 대하여 45°의 각으로 S자석 중 상응하는 한쪽으로 각각 자화되는 자석 배열. - 제1 항에 있어서,
적어도 한 쌍의 선형 할바흐 자석 배열은 한 쌍의 제1 자석 배열 및 한 쌍의 제2 자석 배열을 포함하며,
제2 자석 배열에서 자석은 제1 자석 배열에서 자석보다 긴 자석 배열. - 제 10 항에 있어서,
각 2차원 할바흐 자석 배열의 중심에 배열된 자석은 제1 자석 배열 및 제2 자석 배열의 중심에 배열된 자석과 같은 극성을 가지는 자석 배열. - 제 10 항에 있어서,
각각의 제1 자석 배열 및 제2 자석 배열은 N자석, S자석, 및 N자석과 S자석 사이의 H자석으로 구성되며,
N자석, S자석, 및 H자석은 서로 평행하게 배열되는 자석 배열. - 제 1 항에 있어서,
선형 할바흐 자석 배열의 수는 2차원 할바흐 자석 배열의 수와 동일하며,
선형 할바흐 자석 배열 및 2차원 할바흐 자석 배열은 정사각형을 형성하도록 조립되는 자석 배열. - X 및 Y 방향을 따라 제1 항에 따른 자석 배열을 복수로 배열함으로써 형성되는 정사각형 자석 배열.
- 제 1 항 또는 제 14 항에 따른 자석 배열; 및
상기 자석 배열 하에 배열된 코일 배열;을 포함하는 자기 부상 평면 모터. - 제 15 항에 있어서,
자석 배열에 배열된 백아이언(backiron)을 더 포함하는 자기 부상 평면 모터. - 제 15 항에 있어서,
코일 배열은 X 방향에서 힘을 생산하는 제1 코일 및 Y 방향에서 힘을 생산하는 제2 코일을 포함하며,
제1 코일 및 제2 코일은 한 코일 위에 다른 코일 하나가 쌓이며 교차 방향으로 감기는 자기 부상 평면 모터. - 제 15 항에 있어서,
코일 배열은 인쇄 회로 기판(PBC) 코일 배열인 자기 부상 평면 모터. - 제 17 항에 있어서,
부도체가 제1 코일 및 제2 코일 사이에 끼워진 자기 부상 평면 모터. - 제 15 항에 있어서,
자석 배열은 무버(mover)로서 역할하고,
코일 배열은 스테이터(stator)로서 역할하며,
스테이터는 4τ/3의 상간 공간이 있도록 감기며,
자석 배열에서 선형 할바흐 자석 배열에서 인접한 N자석 및 S자석 사이의 자극 피치는 2차원 할바흐 자석 배열에서 인접한 N자석 및 S자석 사이의 자극 피치와 동일하며, 상기 자극 피치는 τ인 자기 부상 평면 모터.
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