KR20230026537A - 진공 환경 내에서 캐리어를 비접촉식으로 운송하는 자기 부상 시스템 및 방법 - Google Patents

진공 환경 내에서 캐리어를 비접촉식으로 운송하는 자기 부상 시스템 및 방법 Download PDF

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크리스찬 볼프강 에흐만
랄프 린덴베르크
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

진공 환경 내의 자기 부상 시스템, 및 진공 환경 내에서 캐리어를 비접촉식으로 운송하는 방법이 제공된다. 시스템은, 진행 방향으로 비접촉식으로 이동가능한 캐리어; 적어도 하나의 자기 베어링 ― 적어도 하나의 자기 베어링은 중력과 반대되는 홀딩 방향으로 캐리어 상에 자기력을 가하고, 자기 베어링에 캐리어를 비접촉식으로 홀딩하도록 구성됨 ―; 및 캐리어 상에 작용하는 댐핑 디바이스를 포함하며, 댐핑 디바이스는 진행 방향 및 홀딩 방향과 직각을 이루는 횡 방향으로의 캐리어 진동들을 약화시키도록 구성된다.

Description

진공 환경 내에서 캐리어를 비접촉식으로 운송하는 자기 부상 시스템 및 방법{MAGNETIC LEVITATION SYSTEM AND METHOD OF CONTACTLESSLY TRANSPORTING A CARRIER WITHIN A VACUUM ENVIRONMENT}
본 개시내용의 실시예들은 자기 부상 시스템, 및 진공 환경 내에서 캐리어를 비접촉식으로 운송하는 방법에 관한 것이다. 본 개시내용의 실시예들은 특히, 진공 시스템을 통해 캐리어를 비접촉식으로 홀딩, 포지셔닝, 및/또는 운송하도록 구성된 자기 부상 시스템에 관한 것이며, 여기서, 캐리어는, 특히 본질적인 수직 배향으로, 물체, 이를테면 기판을 운반할 수 있다. 더 구체적으로, 본원에서 설명되는 방법은 횡 방향으로의 캐리어의 진동들을 댐핑(damp)할 수 있게 하도록 적응되며, 횡 방향은 캐리어가 운송되는 진행 방향, 및 중력과 반대되는 홀딩 방향과 직각을 이룬다.
자기 부상 시스템은, 예컨대 대기압-미만 압력 하에서, 베이스 구조에 대하여 캐리어를 비접촉식으로 운송하기 위해 활용될 수 있다. 캐리어에 의해 운반되는 물체, 이를테면 기판은 진공 시스템 내의 제1 포지션, 즉 로딩 포지션으로부터 진공 시스템 내의 제2 포지션, 예컨대 증착 포지션으로 운송될 수 있다. 자기 부상 시스템들은 캐리어의 비접촉식 그리고 그에 따라 마찰이 없는 운송을 가능하게 할 수 있고, 그리고 진공 프로세싱 시스템 내의 작은 입자들의 생성을 감소시킬 수 있다.
자기 베어링의 원하는 거동은 기계적 스프링과 비교될 수 있다. 끌어당기는 자석들 사이의 거리가 더 멀수록, 자석들을 재정렬하려고 시도하는 힘이 더 커진다. 자석들 사이에 기계적 접촉이 없기 때문에, 상대적인 움직임 동안 약간의 댐핑 효과들만이 발생된다. 지지되고 부상하는 캐리어의 질량(mass) 및 자석들의 스프링과 같은 힘은 거의 댐핑되지 않은 기계적 오실레이션(oscillation)을 생성한다. 전형적으로, 대략 10, 20, 또는 30 Hz의 전형적인 범위의 그러한 진동들이 허용가능한 크기로 약해질 때까지 20초 이상 걸린다.
동시에, 때때로, 미크론 또는 심지어 나노미터 범위의 구조들이 기판 상에 형성될 필요가 있고, 그에 따라, 기판의 극도로 정밀한 포지셔닝이 필요하다. 그러나, 캐리어의 오실레이션들은 캐리어의 포지셔닝 정확성 및 운송 안정성에 악영향을 미칠 수 있다. 자기 부상 시스템의 캐리어의 오실레이션들을 감소, 댐핑, 또는 방지하는 것은 난제일 수 있다. 따라서, 자기 부상 시스템의 운송 안정성 및 포지셔닝 정확성을 개선하는 것이 유익할 것이다.
본 개시내용의 양상에 따르면, 진공 환경 내의 자기 부상 시스템이 제공된다. 자기 부상 시스템은, 진행 방향으로 비접촉식으로 이동가능한 캐리어; 적어도 하나의 자기 베어링 ― 적어도 하나의 자기 베어링은 중력과 반대되는 홀딩 방향으로 캐리어 상에 자기력을 가하고, 자기 베어링에 캐리어를 비접촉식으로 홀딩하도록 구성됨 ―; 및 캐리어 상에 작용하는 댐핑 디바이스를 포함한다. 댐핑 디바이스는 진행 방향 및 홀딩 방향과 직각을 이루는 횡 방향으로의 캐리어 진동들을 약화(dampen)시키도록 구성된다.
본 개시내용의 다른 양상에 따르면, 진공 환경 내에서 캐리어를 비접촉식으로 운송하는 방법이 제공된다. 방법은, 캐리어를 비접촉식으로 홀딩하기 위해, 중력과 반대되는 홀딩 방향으로 캐리어 상에 자기력을 가하는 단계; 진행 방향으로 캐리어를 이동시키는 단계; 및 진행 방향 및 홀딩 방향과 직각을 이루는 횡 방향으로의 캐리어의 진동들을 댐핑하는 단계를 포함한다.
본 개시내용의 디바이스 및 방법은 진공 환경 내에서 캐리어를 홀딩, 포지셔닝, 및/또는 이동시키기 위한 개선된 자기 부상 시스템을 제공하고, 그리고 캐리어의 개선된 운송 안정성 및 포지셔닝 정확성으로 진공 환경 내에서 캐리어를 운송할 수 있게 한다.
본 개시내용의 추가적인 양상들, 이점들, 및 특징들은 종속 청구항들, 상세한 설명, 및 첨부 도면들로부터 분명하다.
본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 전형적인 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있다. 첨부 도면들은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이고, 아래에서 설명된다.
도 1a는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 자기 부상 시스템의 개략적인 단면도를 도시하며, 여기서, 측 방향 안정화는 반발하는 자석들에 의해 달성된다.
도 1b는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 자기 부상 시스템의 개략적인 단면도를 도시하며, 여기서, 수직 및 측 방향 안정화는 끌어당기는 자석들에 의해 달성된다.
도 2a는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 도 1b의 세부사항 B의 단면도를 도시하며, 여기서, 캐리어에 배열된 이동식 댐핑 컴포넌트가 예시된다.
도 2b는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 소산 댐퍼(dissipating damper)로서 설계된, 도 2a의 이동식 댐핑 컴포넌트의 단면도를 도시한다.
도 2c는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 이동식 튜닝 질량 댐퍼로서 설계된, 도 2a의 이동식 댐핑 컴포넌트의 단면도를 도시한다.
도 2d는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 도 1a의 세부사항 A의 단면도를 도시하며, 여기서, 캐리어에 배열된 이동식 댐핑 컴포넌트가 예시된다.
도 3a는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 도 1b의 세부사항 B의 단면도를 도시하며, 여기서, 베이스에 배열된 고정식 댐핑 컴포넌트가 예시된다.
도 3b는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 소산 댐퍼로서 설계된, 도 3a의 고정식 댐핑 컴포넌트의 단면도를 도시한다.
도 3d는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 도 1a의 세부사항 A의 단면도를 도시하며, 여기서, 베이스에 배열된 고정식 댐핑 컴포넌트가 예시된다.
도 4a는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 도 1a의 세부사항 A의 단면도를 도시하며, 여기서, 이동식 자기 댐퍼가 예시된다.
도 4b는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 도 1a의 세부사항 A의 단면도를 도시하며, 여기서, 캐리어에 배열되고 능동 댐핑 컴포넌트로서 설계된 이동식 댐핑 컴포넌트가 예시된다.
도 4c는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 캐리어에 배열되고, 도 4b의 능동 댐핑 컴포넌트로서 설계된 이동식 댐핑 컴포넌트의 단면도를 도시한다.
도 5a는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 도 1a의 세부사항 A의 단면도를 도시하며, 여기서, 고정식 자기 댐퍼가 예시된다.
도 5b는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 도 1a의 세부사항 A의 단면도를 도시하며, 여기서, 베이스에 배열되고, 그리고 가이딩 레일을 이동시키는 댐핑 액추에이터를 갖는 능동 댐핑 컴포넌트로서 설계된 고정식 댐핑 컴포넌트가 예시된다.
도 5c는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 도 1a의 세부사항 A의 단면도를 도시하며, 여기서, 베이스에 배열되고, 그리고 측 방향으로 배향된 자기장을 생성 및/또는 조정하는 댐핑 액추에이터를 갖는 능동 댐핑 컴포넌트로서 설계된 고정식 댐핑 컴포넌트가 예시된다.
이제, 본 개시내용의 다양한 실시예들이 상세히 참조될 것이고, 그 다양한 실시예들의 하나 이상의 예들이 도면들에 예시된다. 도면들의 아래의 설명 내에서, 동일한 참조 번호들은 동일한 컴포넌트들을 지칭한다. 일반적으로, 개별적인 실시예들에 대한 차이들만이 설명된다. 각각의 예는 설명으로서 제공되고, 본 개시내용의 제한으로서 의도되지 않는다. 일 실시예의 부분으로서 예시 또는 설명되는 특징들은 더 추가적인 실시예를 생성하기 위해 다른 실시예들과 함께 또는 다른 실시예들에 대해 사용될 수 있다. 본 설명이 그러한 변형들 및 변화들을 포함하는 것으로 의도된다.
여기서, 본원에서 설명되는 실시예들 내에서 사용되는 바와 같은 자기 부상 또는 maglev라는 용어들은 전형적으로, 자기장들 이외의 지지부 없이 물체가 서스펜딩되어 이동되는 개념을 특징으로 할 수 있음이 유의된다. 자기력은 중력의 효과를 상쇄(counteract)시키고, 물체를 이동 및/또는 진행시키는 데 사용된다.
추가로, 본 문서에서, "디바이스 Y의 엘리먼트 X" 및 "디바이스 Y에서의 엘리먼트 X", 또는 "디바이스 Y에 배열된 엘리먼트 X"라는 표현들은 동일하다는 것이 유의된다. 추가로, "횡 방향"(예컨대, 횡 방향 힘, 횡 방향 진동), "측 방향" 및 "횡단 방향"이라는 용어들이 또한 동일하다.
도 1a는 진공 환경 내의 자기 부상(maglev) 시스템(10)의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다. 도 1a를 예시적으로 참조하여 설명되는 세부사항들이 도 1a의 엘리먼트들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 오히려, 이들 세부사항들은 또한, 다른 도면들을 예시적으로 참조하여 설명되는 추가적인 실시예들과 조합될 수 있다.
본원에서 설명되는 바와 같은 maglev 시스템(10)은,
- 진행 방향(20.3)으로 비접촉식으로 이동가능한 캐리어(12);
- 적어도 하나의 자기 베어링(14.2) ― 적어도 하나의 자기 베어링(14.2)은 중력과 반대되는 홀딩 방향(20.2)으로 캐리어(12) 상에 자기력을 가하고, 자기 베어링(14.2)에 캐리어(12)를 비접촉식으로 홀딩하도록 구성됨 ―; 및
- 캐리어(12) 상에 작용하는 댐핑 디바이스(18)
를 포함할 수 있으며,
댐핑 디바이스(18)는 진행 방향(20.3) 및 홀딩 방향(20.2)과 직각을 이루는 횡 방향(20.1)으로의 캐리어 진동들을 약화시키도록 구성된다.
횡 방향(20.1), 홀딩 방향(20.2), 및 진행 방향(20.3)은 좌표계, 특히 데카르트 좌표계, 또는 가능하게는 경사(inclined) 좌표계를 형성할 수 있다. 모든 실시예들에 대해, 횡 방향(20.1)이 평면 캐리어 표면, 및/또는 캐리어(12)에 의해 운송되는 평면 물체(12.5)의 표면에 수직인 것이 명백하며, 캐리어(12)는 차례로, 홀딩 방향(20.2)에 평행하게 배향된다.
캐리어(12)는 플레이트-형 구조로서 설계될 수 있고, 그리고 진공 챔버에서 운송 경로를 따라 물체(12.5), 이를테면 평면 기판, 마스크, 차폐부, 또는 웨이퍼를 운송하기 위해 물체(12.5)를 운반하도록 구성될 수 있다. 캐리어(12)는 운송 동안, 코팅 시스템에 대한 정렬 동안, 그리고/또는 물체(12.5) 상의 증착 동안, 물체(12.5)를 운반할 수 있다. 캐리어(12), 또는 캐리어(12)의 표면은 본질적인 수직 포지션으로 홀딩 및/또는 운송될 수 있고, 물체(12.5)는 운송 및/또는 증착 동안 본질적인 수직 배향으로 캐리어(12)에 홀딩될 수 있다. 물체(12.5)는, 탑재 디바이스, 예컨대 기계적 탑재부, 이를테면 클램프, 정전 척, 또는 자기 척에 의해, 캐리어(12)에 홀딩될 수 있다.
물체(12.5)는 기판, 특히, 0.5 m2 이상, 더 구체적으로는 1 m2 이상, 또는 심지어 5 m2 또는 10 m2 이상의 사이즈를 갖는 대면적 기판일 수 있다. 예컨대, 기판은 디스플레이 제조를 위한 대면적 기판일 수 있다.
유기 재료가 기판 상에 증착될 수 있다. 예컨대, 기판 상에 유기 재료를 증착함으로써 OLED 디바이스가 제조될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 댐핑 디바이스(18)는 하우징을 가질 수 있으며, 그 하우징 내부에는 센서들 이외의 댐핑 디바이스의 컴포넌트들이 배열된다. 일부 실시예들에서, 하우징은 진공-밀폐될 수 있다.
진공-밀폐 하우징은 진공 또는 고 진공 내의 댐핑 디바이스(18) 및 캐리어(12)의 배열을 가능하게 한다. 진공-밀폐 하우징은 가스-불투과성이다. 마찰 또는 진동과 연관될 수 있는, 하우징 내부의 임의의 움직임들, 이를테면 반응 질량(18.9)의 움직임은 외측 공간으로부터 밀폐하여 격리된, 하우징의 내부에서만 발생된다.
이러한 방식으로, 그렇지 않으면 진공 환경에서 문제가 되거나 또는 진공 환경에서 불순물들을 생성하게 될, 댐핑 디바이스(18)에 대한 댐핑 재료들 또는 재료 조합들을 사용하는 것이 가능하게 될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 자기 부상 시스템(10)은, i) 캐리어(12)를 홀딩, 포지셔닝, 및/또는 운송하기 위한 베이스(14), 및/또는 ii) 캐리어(12)의 최상부 면 및/또는 최하부 면으로부터 수직으로 이격되어 베이스(14)에 배열된 적어도 하나의 지지 레일(14.1), 및/또는 iii) 캐리어(12)의 좌측 면 및/또는 우측 면으로부터 측 방향으로 이격되어 베이스(14)에 배열된 적어도 하나의 가이딩 레일(14.3)을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "레일" 및 "트랙"이라는 용어들은 동의어로 사용된다.
본원에서, 최상부 및 최하부는 홀딩 방향에 대하여 정의된 포지션들이고, 좌측 및 우측은 횡 방향에 대하여 정의된 포지션들이다.
지지 레일은 캐리어(12) 위에 배열된 최상부 지지 레일(14.1)로서 설계될 수 있으며, 여기서, 캐리어(12)는 자기력에 의해 최상부 지지 레일(14.1) 아래에 홀딩된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 지지 레일은 캐리어(12) 아래에 배열된 최하부 레일로서 설계될 수 있으며, 여기서, 캐리어(12)는 자기력에 의해 최하부 레일 위에 홀딩된다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 자기 베어링(14.2)은 각각의 지지 레일(14.1)에 배열될 수 있으며, 특히, 자기 베어링들(14.2) 각각은, i) 적어도 하나의 영구 자석, 및/또는 ii) 적어도 하나의 능동 제어식 전자기 베어링 액추에이터(14.5)를 포함할 수 있다.
복수의 자기 베어링들(14.2), 특히 능동 자기 베어링들이 제공될 수 있다. 자기력은, 캐리어(12)가 베이스(14)로부터 미리 결정된 거리에 비접촉식으로 홀딩되도록, 베이스(14) 구조와 캐리어(12) 사이에 작용한다. 일부 실시예들에서, 자기 베어링(14.2)은, 홀딩 방향(20.2)으로의 최상부 지지 레일(14.1)과 캐리어(12) 사이의 거리가 본질적으로 일정하게 유지될 수 있도록, 전형적으로는 본질적인 수직 방향인 홀딩 방향(20.2)으로 작용하는 자기력을 생성하도록 구성된다. 특히, 전자기 베어링 액추에이터(14.5), 특히 제어가능 전자기 베어링 액추에이터를 갖는 적어도 하나의 자기 베어링(14.2)은 캐리어(12)와 베이스(14) 사이에 자기 인력을 제공할 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 자기 부상 시스템(10)은 캐리어(12)의 최상부 면 및/또는 최하부 면에 배열된 적어도 하나의 수직 자기 카운터파트(counterpart)(12.2)를 포함할 수 있다. 캐리어(12)에서의 수직 자기 카운터파트(12.2)는 베이스(14)에서의 자기 베어링(14.2)과 자기적으로 상호작용함으로써, 중력과 반대되는 홀딩 방향(20.2)으로 캐리어(12) 상에 자기력을 가하고, 자기 베어링(14.2)에 캐리어(12)를 비접촉식으로 홀딩할 수 있다. 본원에서, 수직 안정화는 반발하는 자석들에 의해 달성될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 자기 부상 시스템(10)은 각각의 가이딩 레일(14.3)에 배열될 수 있는 적어도 하나의 가이딩 자석(14.4)을 포함할 수 있으며, 여기서, 특히, 가이딩 자석(14.4)은 횡 방향(20.1)으로의 캐리어(12)의 측면 안정화를 제공하기 위한 적어도 하나의 영구 자석, 및/또는 횡 방향(20.1)으로의 캐리어(12)의 측면 댐핑을 제공하기 위한 적어도 하나의 능동 제어식 전자기 댐핑 액추에이터를 포함한다. 횡 방향(20.1)은 본질적인 수평 방향, 특히 캐리어(12)의 두께 방향에 대응할 수 있다. 본원에서, 측 방향 안정화는 반발하는 자석들에 의해 달성될 수 있다.
자기 베어링(14.2), 가이딩 자석(14.4), 또는 자기장을 생성하는 임의의 다른 디바이스의 능동 제어식 전자기 액추에이터는 전자기 코일, 또는 와전류에 의한 자기 반발 메커니즘에 기반한 디바이스를 포함할 수 있으며, 이들은 각각, 능동적으로 제어가능할 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 자기 부상 시스템(10)은 캐리어(12)의 좌측 면 및/또는 우측 면에 배열된 적어도 하나의 측 방향 자기 카운터파트(12.4)를 포함할 수 있다. 자기 카운터파트들 각각은 적어도 하나의 영구 자석 및/또는 적어도 하나의 능동 제어식 전자기 카운터파트 액추에이터, 이를테면 전자기 코일, 또는 와전류에 의한 자기 반발 메커니즘에 기반한 디바이스를 포함함으로써, 횡 방향(20.1)으로 캐리어(12) 상에 자기력을 가하고, 가이딩 레일(14.3)로부터 미리 정의된 거리에 캐리어(12)를 비접촉식으로 유지하고, 가이딩 레일(14.3)을 따라 캐리어(12)를 가이딩할 수 있다.
가이딩 자석(14.4)은 수동 자기 안정화 디바이스일 수 있다. 특히, 가이딩 자석(14.4)은 베이스(14)에 고정된 제1 복수의 영구 자석들을 포함할 수 있으며, 측 방향 자기 카운터파트(12.4)는 캐리어(12)에서의 캐리어 가이딩 레일(12.3)에 고정된 제2 복수의 영구 자석들을 포함할 수 있다. 제1 복수의 영구 자석들과 제2 복수의 영구 자석들 사이의 자기 척력들은 캐리어(12)를 횡 방향(20.1)으로의 미리 결정된 포지션, 예컨대, 베이스(14)에서의 가이딩 레일(14.3)로부터 미리 결정된 거리에 있는 포지션, 또는 베이스(14)에서의 좌측 및 우측 가이딩 레일들(14.3) 사이의 중앙 포지션에 있도록 강제할 수 있다.
예컨대, 능동 제어식 전자기 베어링 액추에이터(14.5) 또는 능동 제어식 전자기 카운터파트 액추에이터에 인가되는 전류와 같은 파라미터가, 캐리어(12)와 베이스(14) 사이의 거리와 같은 파라미터에 따라 제어될 수 있다. 특히, 지지 레일(14.1) 및/또는 가이딩 레일(14.3)과 캐리어(12) 사이의 거리가 거리 센서에 의해 측정될 수 있고, 전자기 베어링 액추에이터(14.5)의 자기장 세기는 측정된 거리에 따라 세팅될 수 있다. 특히, 자기장 세기는 거리가 미리 결정된 임계값을 상회하는 경우에 증가될 수 있으며, 자기장 세기는 거리가 임계값을 하회하는 경우에 감소될 수 있다. 액추에이터는 폐쇄 루프 또는 피드백 제어로 제어될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 자기 부상 시스템(10)은 캐리어(12)에 배열된 적어도 하나의 이동식 댐핑 컴포넌트(18.1)(도 2a 내지 도 2c, 도 4a 내지 도 4c 참조), 또는 적어도 하나의 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)는 베이스(14)에 배열되어 특히 캐리어(12)로부터 이격되고, 특히, 베이스(14)의 가이딩 레일(14.3)에 배열될 수 있다(도 3a, 도 3b, 도 5a, 도 5b 참조). 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2) 및 이동식 댐핑 컴포넌트(18.1)는 각각, 수동 댐핑 컴포넌트(18.3) 또는 능동 댐핑 컴포넌트(18.4)를 포함할 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따라 그리고 댐핑 디바이스(18)의 동작 및 어레인지먼트에 관하여, 캐리어(12)의 측 방향 진동들을 댐핑하기 위한 여러 실시예들이 제공될 수 있다.
댐핑 디바이스(18)의 동작이 관련되는 한, 댐핑 디바이스(18)는, i) 적어도 하나의 수동 댐핑 컴포넌트(18.3), 및/또는 ii) 적어도 하나의 능동 댐핑 컴포넌트(18.4)를 포함할 수 있다.
댐핑 디바이스(18)의 어레인지먼트가 관련되는 한, 댐핑 디바이스(18)는, a) 캐리어(12)에 배열된 적어도 하나의 이동식 댐핑 컴포넌트(18.1), 및/또는 b) 베이스(14)에 배열되어 특히 캐리어(12)로부터 이격된 적어도 하나의 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)를 포함할 수 있다.
이동식 댐핑 컴포넌트(18.1)는 캐리어(12)의 수직 자기 카운터파트(12.2) 및/또는 캐리어(12)의 측 방향 자기 카운터파트(12.4)에 배열될 수 있으며, 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)는 베이스(14)의 지지 레일(14.1) 및/또는 베이스(14)의 가이딩 레일(14.3)에 배열될 수 있다.
도 1a에 예시된 바와 같이, 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)는 베이스(14)에서의 가이딩 레일(14.3)에 고정될 수 있다. 도 1a에서 "A"로서 마킹된 세부사항은, 댐핑 디바이스(18)가 전체적으로 또는 부분적으로 배열될 수 있는, maglev 시스템의 컴포넌트들을 포함한다. 댐핑 디바이스(18)의 상이한 실시예들을 설명하기 위해, 세부사항 A가 일부 도면들 상에서 확대되고 일부 도면들에서 설명된다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 능동 댐핑 컴포넌트(18.4)는, i) 횡 방향(20.1)으로의 캐리어 진동들을 표현하는 진동 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 진동 센서(18.14), 및/또는 ii) 댐핑 액추에이터 신호에 대한 응답으로 반대(counter) 진동들을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 댐핑 액추에이터(이동식 댐핑 액추에이터(18.15), 고정식 댐핑 액추에이터(18.16)), 및/또는 iii) 진동 센서(18.14) 및 댐핑 액추에이터(이동식 댐핑 액추에이터(18.15), 고정식 댐핑 액추에이터(18.16))에 연결된 적어도 하나의 제어기(18.13)를 포함할 수 있다. 제어기(18.13)는, 특히, 반대 진동들이 횡 방향(20.1)으로의 캐리어 진동들을 댐핑 또는 감쇠시키도록, 진동 센서 신호에 대한 응답으로 댐핑 액추에이터 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 진동 센서(18.14)는 포지션 센서, 속도 센서, 가속도 센서, 힘 센서, 압력 센서, 홀 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1a에 예시된 바와 같이, 베이스(14)에서의 측 방향 가이딩 레일(14.3)에서의 액추에이터는, 액추에이터 전류가 가이딩 자석(14.4)을 통해 흐를 때, 베이스(14) 상의 측 방향 가이딩 자석(14.4)의 자기장을 생성하도록 설계될 수 있다. 베이스(14) 상의 측 방향 가이딩 자석(14.4)의 자기장은 캐리어(12) 상의 측 방향 자기 카운터파트(12.4)와 상호작용하여, 캐리어(12) 상에 자기 횡단 방향 또는 횡 방향 힘을 가할 수 있다.
자기장 및 연관된 자기 횡 방향 힘은 캐리어 진동들을 상쇄시키기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 그러한 자기장은 측 방향 댐핑을 위한 자기장이다. 캐리어(12) 상의 상쇄 자기력은, 액추에이터 전류를 조정 및/또는 조절함으로써, 측 방향 댐핑을 위한 제어 루프에 의해 제공 및 제어될 수 있다.
캐리어 횡 방향 진동들을 상쇄시키는 약화 자기 횡 방향 힘은 측 방향 가이딩 자석(14.4)의 자기장에 의해 제공될 수 있다. 캐리어(12)와 상호작용하는, 특히 캐리어 횡 방향 진동들의 주파수 및 90°만큼 시프트된 위상을 갖는 오실레이팅 자기 횡 방향 힘은 캐리어 횡 방향 진동들에 대한 약화 또는 상쇄 효과를 달성할 수 있다. 다음에서, 그러한 오실레이팅 자기 횡 방향 힘을 제공하기 위한 여러 개념들 및 디바이스들이 설명된다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2), 특히 능동 고정식 댐핑 컴포넌트의 일부인 고정식 댐핑 액추에이터(18.16)는 캐리어(12)에 대한 자기장, 특히, 자기 가이드 엘리먼트 및/또는 전자기 베어링 액추에이터(14.5)에 의해 생성되는 자기장의 간섭을 적응적으로 형성 및/또는 조정함으로써, 특히, 횡 방향(20.1)으로 캐리어(12) 상에 작용하는 자기력을 결정 및/또는 조정하도록 구성될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 고정식 댐핑 액추에이터(18.16)는 캐리어(12) 및/또는 베이스(14)에 대하여 자기 가이드 엘리먼트 또는 전자기 베어링 액추에이터(14.5)를 이동시키고 그리고/또는 경사지게 하여, 횡 방향(20.1)으로의 캐리어(12)에 대한 자기장 간섭을 적응적으로 형성 및/또는 조정하도록 적응될 수 있다. 고정식 댐핑 액추에이터(18.16)는, 특히, 횡 방향(20.1)으로 캐리어(12) 상에 힘을 가하는 보조 자기장을 중첩시킴으로써, 수직 방향에 대하여 자기장 라인들을 경사지게 하고 그리고/또는 오실레이팅하도록 적응될 수 있다.
도 1b는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 자기 부상 시스템의 개략적인 단면도를 도시하며, 여기서, 수직 및 측 방향 안정화는 끌어당기는 자석들에 의해 달성된다. 도 1b를 예시적으로 참조하여 설명되는 세부사항들이 도 1b의 엘리먼트들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 오히려, 이들 세부사항들은 또한, 다른 도면들을 예시적으로 참조하여 설명되는 추가적인 실시예들과 조합될 수 있다.
이 설계에 따르면, 가이딩 자석들(14.4)은 캐리어(12), 즉, 캐리어(12)에서의 측 방향 자기 카운터파트(12.4) 상에 수직 방향으로 인력을 가할 수 있다. 가이딩 자석들(14.4) 및 측 방향 자기 카운터파트(12.4)는 반대-극이고, 그에 따라, 가이딩 자석들(14.4)과 측 방향 자기 카운터파트(12.4) 사이에 인력들이 발생된다. 그러나, 수직 안정화를 달성하기 위해, maglev 시스템의 최상부 및 최하부에 배열된 능동 제어식 전자기 베어링 액추에이터들(14.5)이 사용될 수 있다. 수평 방향과 관련하여, 서로를 향하는 동일-극성 가이딩 자석들(14.4)과 측 방향 자기 카운터파트(12.4)의 반발력은 기계적 스프링들의 안정화 효과를 갖는다. 각각의 측 방향 수평 안정화의 상부 범위를 위한 도 1a 및 도 1b에 도시된 어레인지먼트들은 또한, maglev 시스템의 하부 범위에 제공될 수 있다.
임의의 주어진 이유로, 캐리어(12)가 옆으로 이동해야 하는 경우, 가이딩 자석들(14.4)은 캐리어(12), 즉, 캐리어(12)에서의 측 방향 자기 카운터파트(12.4) 상에 측 방향 힘을 가할 수 있으며, 이는 측 방향으로 힘을 생성하여 캐리어(12) 상에 가하고, 이는 벗어나는 것을 막는다. 이는 캐리어(12)가 측 방향으로 안정화될 수 있게 한다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 자기 부상 시스템은,
- i) 진행 방향으로 비접촉식으로 이동가능하고, ii) 평면 물체를 홀딩하도록 적응된 캐리어;
- 자기 베어링에 캐리어를 비접촉식으로 홀딩하기 위해, 캐리어 상에 자기력을 가하도록 구성된 적어도 하나의 자기 베어링; 및
- 캐리어 상에 작용하는 댐핑 디바이스
를 포함할 수 있으며,
댐핑 디바이스는 평면 물체와 직각을 이루는 횡 방향으로의 캐리어 진동들을 댐핑하도록 구성된다.
이 어레인지먼트에 따르면, 캐리어는 수직 평면과 수평 평면(직립 포지션 및 누운 포지션) 둘 모두에서 진행 방향으로 운송될 수 있으며, 여기서, 수직(직립) 또는 수평(누움)이라는 용어들은 중력에 평행한 수직 방향과 관련된 캐리어의 배향을 나타낸다.
이 어레인지먼트에 따르면, 자기 베어링은 나머지 자석 힘과 반대되는 홀딩 방향으로, 또는 수평 방향으로의 자기력들과 반대되는 방향으로 캐리어 상에 자기력을 가하도록 구성될 수 있다. 캐리어(12)가 수평으로 배열되는 경우, 반발하는 가이딩 자석들(14.4) 및 측 방향 자기 카운터파트(12.4)가 중력을 과잉 보상(overcompensate)하기 위해 사용될 수 있다. 반발하는 가이딩 자석들(14.4)과 측 방향 자기 카운터파트(12.4)가 또한, 언쇼 법칙(Earnshaw's law)에 따라, 불안정한 수평 힘들을 생성할 수 있기 때문에, 그러한 힘들은 자기 베어링(14.2)에 의해 수평 방향으로 안정화될 수 있다.
이 어레인지먼트에 따르면, 댐핑 디바이스는 진행 방향 및 홀딩 방향과 직각을 이루는 횡 방향으로의 캐리어 진동들을 약화시키도록 구성될 수 있다.
도 2a는 도 1b의 세부사항 B의 단면도를 도시하며, 여기서, 캐리어(12)의 측 방향 자기 카운터파트(12.4)에, 특히, 캐리어(12)와 캐리어(12) 상의 캐리어 가이딩 레일(12.3) 사이에 배열된 이동식 댐핑 컴포넌트(18.1)가 예시된다. 이동식 댐핑 컴포넌트(18.1)는 능동 댐핑 컴포넌트(18.4) 또는 수동 댐핑 컴포넌트(18.3)로서 설계될 수 있고, 그리고 캐리어(12)에서의 우측 캐리어 가이딩 레일(12.3)을 향하는 캐리어(12)의 측면 상에 위치된다. 도 2a를 예시적으로 참조하여 설명되는 세부사항들이 도 2a의 엘리먼트들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 오히려, 이들 세부사항들은 또한, 다른 도면들을 예시적으로 참조하여 설명되는 추가적인 실시예들과 조합될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 수동 댐핑 컴포넌트(18.3)는 이동식 또는 고정식 소산 댐퍼(18.5), 이동식 튜닝 질량 댐퍼(18.6), 이동식 자기 댐퍼(18.7), 또는 고정식 자기 댐퍼(18.8) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러한 수동 댐핑 컴포넌트(18.3)는 특히, 예컨대 자기 베어링(14.2)의 제어기로부터 디커플링된(decoupled) 진공-밀폐 하우징 내에 매립하기에 적합하거나, 또는 진공-밀폐 캡슐화에 적합하다.
도 2b는 소산 댐퍼(18.5)로서 설계된, 도 2a의 이동식 댐핑 컴포넌트(18.1)의 단면도를 도시한다. 이동식 소산 댐퍼(18.5)는 반응 질량(18.9) 및 소산 엘리먼트(18.10)를 포함할 수 있으며, 여기서, 소산 엘리먼트(18.10)는 하나의 측면에서 반응 질량(18.9)에 견고하게 연결되고, 다른 측면에서 캐리어(12)에 견고하게 연결된다. 특히, 소산 댐퍼(18.5)와 캐리어 가이딩 레일(12.3) 사이에는 견고한 연결이 존재하지 않는다. 대신에, 조인트(12.6)가 캐리어 가이딩 레일(12.3)과 캐리어(12)를 견고하게 연결할 수 있다. 도 2b를 예시적으로 참조하여 설명되는 세부사항들이 도 2b의 엘리먼트들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 오히려, 이들 세부사항들은 또한, 다른 도면들을 예시적으로 참조하여 설명되는 추가적인 실시예들과 조합될 수 있다.
소산 엘리먼트(18.10)에 연결된 캐리어(12)의 진동들에 의해, 오실레이팅 힘이 소산 엘리먼트(18.10) 상에 가해진다. 소산 엘리먼트(18.10)와 비교하여 상당히 더 큰 질량을 가져서 높은 관성을 갖는 반응 질량(18.9)에 대한 소산 엘리먼트(18.10)의 견고한 연결로 인해, 소산 엘리먼트(18.10)는 자유롭게 진동할 수 없지만 대신에 반대 힘으로 캐리어(12)의 오실레이팅 힘에 대항한다.
캐리어(12)의 오실레이팅 힘과 소산 엘리먼트(18.10)의 제동 반대 힘의 중첩은 캐리어 진동들의 에너지가 소모되게 하고, 즉, 열로 변환되게 하여 소산 엘리먼트(18.10)가 가열되게 한다. 캐리어(12)의 진동 진폭은 각각의 오실레이션에 따라 감소되고, 그에 따라, 캐리어 진동들은 몇 번의 오실레이션들 후에 진정된다.
이러한 방식으로, 소산 댐퍼(18.5)는 저렴한 가격으로 효율적인 횡 방향 진동 댐핑 효과를 제공한다.
도 3a는 도 1b의 세부사항 B의 단면도를 도시하며, 여기서, 베이스(14)에 배열된 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)가 예시된다. 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)는 수동 댐핑 컴포넌트(18.3)로서 설계될 수 있고, 그리고 베이스(14)에서의 우측 가이딩 레일(14.3)을 향하는 베이스(14)의 측면 상에 위치된다. 도 3a를 예시적으로 참조하여 설명되는 세부사항들이 도 3a의 엘리먼트들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 오히려, 이들 세부사항들은 또한, 다른 도면들을 예시적으로 참조하여 설명되는 추가적인 실시예들과 조합될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 고정식 소산 댐퍼(18.5)는 소산 엘리먼트(18.10)를 포함할 수 있으며, 여기서, 소산 엘리먼트(18.10)는 하나의 측면에서 베이스(14)에 견고하게 연결되고, 다른 측면에서 베이스(14)에서의 가이딩 레일(14.3)에 견고하게 연결된다.
도 3b는 소산 댐퍼(18.5)로서 설계된, 도 3a의 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)의 단면도를 도시한다. 도 3b를 예시적으로 참조하여 설명되는 세부사항들이 도 3b의 엘리먼트들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 오히려, 이들 세부사항들은 또한, 다른 도면들을 예시적으로 참조하여 설명되는 추가적인 실시예들과 조합될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 소산 엘리먼트(18.10)는 댐핑 재료, 이를테면, 고무 화합물(예컨대, Viton®), 폴리머, 엘라스토머, 댐핑 쿠션(예컨대, Sylomer ®), 금속 폼(metal foam), 금속 스펀지(예컨대, Stop-Choc®), 점탄성 재료, 점성 유체, 고 댐핑 합금, 또는 입자 댐핑 재료를 포함할 수 있다. 그러한 재료들은 자석 트랙들이 서로 끌어당길 수 없도록 수직 방향으로 높은 강도를 가질 수 있고, 그리고 횡 방향 진동들의 댐핑 효과를 위한 상대적인 운동을 가능하게 하기 위해 횡 방향(20.1)으로 낮은 강도를 가질 수 있다. 엘라스토머가 또한, 측 방향 트랙들 둘 모두에 조합하여 사용될 수 있다.
그러한 재료들은 특히, 진공 애플리케이션들에 적합하고, 탄성이 있고, 양호한 약화 특성들을 제공한다. 따라서, 캐리어(12)의 진동들이 효과적으로 약화될 수 있다. 재료들, 예컨대 재료들 내의 잔류 수분에 의한 진공의 오염을 방지하기 위해, 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)는 유리하게, 외부에 대해 캡슐화 또는 밀봉될 수 있다. 그러한 캡슐화는 일반적으로, 진공에서 사용하는 데 부적절한 재료들에 사용될 수 있다.
소산 엘리먼트(18.10)는 압전성 재료 또는 점탄성 재료를 더 포함할 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 소산 엘리먼트(18.10)는 루프로 형성된 스트랜디드 케이블(stranded cable)로 구성된 나선형 스프링인 와이어 로프 아이솔레이터(wire rope isolator)를 포함할 수 있다. 현저한 댐핑 효과는 케이블의 개별 스트랜드들 사이의 상대적인 마찰의 결과이다. 재료들, 예컨대 마찰로 인한 입자들의 방출에 의한 진공의 오염을 방지하기 위해, 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)는 유리하게, 외부에 대해 캡슐화 또는 밀봉될 수 있다.
압전성 재료 또는 엘리먼트가 수동 댐핑 컴포넌트(18.3)와 능동 댐핑 컴포넌트(18.4) 둘 모두에 사용될 수 있다.
수동 댐핑은 피에조(piezo)에 저항성 션트(shunt)를 적용함으로써 달성된다. 이 설계는 구조적 불확실성들에 대하여 매우 견고하다. 높은 댐핑 값들을 획득하기 위해, 피에조는 또한, 튜닝 전기 네트워크로 션트될 수 있으며, 이 튜닝 전기 네트워크의 임피던스는 기계적 진동들과 적절하게 매칭된다.
능동 진동 제어는 제어 루프 내에서 사용될 센서 또는 액추에이터로서 압전성 재료 또는 엘리먼트를 간주함으로써 실현된다. 본원에서, 2개의 상황들, 즉, 코로케이션(collocation)과 비-코로케이션이 구별될 수 있다. 능동 댐핑은 코로케이팅된 액추에이터-센서-쌍들에 의해 실현될 수 있다. 액추에이터-센서-쌍이 구조 내에 적절하게(즉, 액추에이터와 센서 사이의 최소량의 크로스토크(crosstalk)로) 설계될 수 있는 경우, 수동성 기반 제어 법칙(passivity based control law)에 의해 우수한 댐핑 값들이 견고하게 획득될 수 있다. 추가로, MIMO-제어와 함께, 분산된 센서들 및 액추에이터들이 사용될 수 있다.
능동 제어의 경우, 센서와 액추에이터 둘 모두로서 단일 압전성 엘리먼트를 사용하는 것이 또한 가능하다. 그러나, 그러한 구성은 크로스토크를 겪을 수 있다. 그러면, 제어 루프의 제로(zero)들을 시프트하는 것과 같이 크로스토크를 보상하는 것에 의해, 높은 댐핑 값들이 획득될 수 있다.
점탄성 재료는, 재료가 폴리머 체인 상호작용들로 인한 순환 응력을 받을 때 기계적 에너지를 열로 소산시킴으로써, 효과적인 댐핑 효과를 달성할 수 있다.
도 3d는 도 1a의 세부사항 A의 단면도를 도시하며, 여기서, 베이스(14)에, 특히, 베이스(14)와 베이스(14) 상의 가이딩 레일(14.3) 사이에 배열된 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)가 예시된다. 도 3d를 예시적으로 참조하여 설명되는 세부사항들이 도 3d의 엘리먼트들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 오히려, 이들 세부사항들은 또한, 다른 도면들을 예시적으로 참조하여 설명되는 추가적인 실시예들과 조합될 수 있다.
여기에 도시된 설계는 도 3a의 설계에 대응하며, 차이점은 가이딩 자석들(14.4) 및 측 방향 자기 카운터파트(12.4)가 동일한 극들로 이루어지고 서로 나란히 배열되어, 이들이 서로 반발한다는 것이다.
도 2c는 이동식 튜닝 질량 댐퍼(18.6)로서 설계된, 도 2a의 이동식 댐핑 컴포넌트(18.1)의 단면도를 도시한다. 도 2c를 예시적으로 참조하여 설명되는 세부사항들이 도 2c의 엘리먼트들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 오히려, 이들 세부사항들은 또한, 다른 도면들을 예시적으로 참조하여 설명되는 추가적인 실시예들과 조합될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 이동식 튜닝 질량 댐퍼(18.6)는 스프링 엘리먼트(18.11), 반응 질량(18.9), 및 소산 엘리먼트(18.10)를 포함할 수 있으며, 여기서, 스프링 엘리먼트(18.11) 및 소산 엘리먼트(18.10)는 반응 질량(18.9)과 캐리어(12) 사이에 평행하게 배열되고, 그리고, 특히, 하나의 측면에서 반응 질량(18.9)에 견고하게 연결되고, 다른 측면에서 캐리어(12)에 견고하게 연결된다.
이동식 튜닝 질량 댐퍼(18.6)는 캐리어(12)의 동적 응답을 감소시키기 위해 캐리어(12)에 부착될 수 있다. 댐퍼의 주파수는 특정 구조적 주파수로 튜닝될 수 있고, 그에 따라, 그 주파수가 여기될 때, 댐퍼는 캐리어 운동과 역위상으로(out of phase) 공진할 것이다. 약 12 Hz의 캐리어 진동들의 경우, 흡수기는 12 Hz 플러스/마이너스 3 Hz로 튜닝될 수 있다. 캐리어(12) 상에 작용하는 댐퍼 관성 힘에 의해 에너지가 소산된다. 특히, 이동식 튜닝 질량 댐퍼(18.6)와 캐리어 가이딩 레일(12.3) 사이에는 견고한 연결이 존재하지 않는다. 대신에, 조인트(12.6)가 캐리어 가이딩 레일(12.3)과 캐리어(12)를 견고하게 연결할 수 있다.
다시 말하면, 측 방향 자기 "스프링"에 지지된 캐리어(12)의 횡 방향 진동들은, 잘 알려져 있고 약간만 변화되는 주파수들, 소위 고유 주파수(eigenfrequency)들로 발생한다. 이들은 캐리어(12)의 질량(m) 및 자기 스프링의 강도(k)에 의해 추정될 수 있으며, 고유 주파수 = sqrt(k / m) / 2 / pi이다. 반응 질량(18.9), 기계적 스프링, 및 소산 엘리먼트(18.10)(댐퍼)로 구성된 진동 흡수기는 진동들을 효과적으로 감소시키기 위해 그러한 주파수들로 튜닝될 수 있다.
따라서, 이 범위에서 발생할 수 있는 임의의 진동은 수동 댐핑 컴포넌트(18.3)를 통해 신뢰성 있게 감쇠될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 자기 댐퍼는 전기 전도성 금속, 이를테면 알루미늄 또는 구리로 제조된 전기 전도체(18.12)를 포함할 수 있으며, 횡 방향(20.1)으로의 캐리어 진동들은 캐리어 진동들을 약화시키는 와전류들을 전기 전도체(18.12)에 유도한다.
도 2d는 도 1a의 세부사항 A의 단면도를 도시하며, 여기서, 캐리어(12)의 측 방향 자기 카운터파트(12.4)에, 특히, 캐리어(12)와 캐리어(12) 상의 캐리어 가이딩 레일(12.3) 사이에 배열된 이동식 댐핑 컴포넌트(18.1)가 예시된다. 도 2d를 예시적으로 참조하여 설명되는 세부사항들이 도 2d의 엘리먼트들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 오히려, 이들 세부사항들은 또한, 다른 도면들을 예시적으로 참조하여 설명되는 추가적인 실시예들과 조합될 수 있다.
여기에 도시된 설계는 도 2a의 설계에 대응하며, 차이점은 가이딩 자석들(14.4) 및 측 방향 자기 카운터파트(12.4)가 동일한 극들로 이루어지고 서로 나란히 배열되어, 이들이 서로 반발한다는 것이다.
도 4a 및 도 5a는 각각, 도 1a의 세부사항 A의 단면도를 도시한다. 도 4a에서, 이동식 자기 댐퍼(18.7)가 예시되며, 여기서, 전기 전도체(18.12)가 캐리어(12)에서의 측 방향 자기 카운터파트(12.4) 상에 배열된다. 도 5a에서, 고정식 자기 댐퍼(18.8)가 예시되며, 여기서, 전기 전도체(18.12)가 베이스(14)에서의 가이딩 레일(14.3) 상에 배열된다. 도 4a 및 도 5a를 예시적으로 참조하여 설명되는 세부사항들이 도 4a 및 도 5a의 엘리먼트들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 오히려, 이들 세부사항들은 또한, 다른 도면들을 예시적으로 참조하여 설명되는 추가적인 실시예들과 조합될 수 있다.
이들 실시예들은 다음의 기술적 효과, 즉, 전기 전도체(18.12)와 자기장 라인들(14.6) 사이의 상대적인 움직임이 전기 전도체(18.12)에 와전류를 유도하는 것에 기반한다. 전도체 내의 전자들의 흐름은 대항 자기장을 생성하고, 이는 움직임의 댐핑을 발생시키고, 그리고 사용 동안 전원 코드 내부의 열 축적과 유사하게, 전도체 내부에 열을 생성한다. 열의 형태로 전도체에 전달되는 에너지의 양은 움직임을 야기하는 진동에 의해 손실되는 운동 에너지의 변화와 동일하며 ― 운동 에너지의 손실이 클수록, 전도체 내의 열 축적이 더 커지고, 댐핑 효과가 더 강력하게 된다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 도 4a에 도시된 이동식 자기 댐퍼(18.7)의 전기 전도체(18.12)는 i) 실질적으로 수직으로 배열될 수 있거나, 또는 ii) 자기 베어링(14.2)(자기 베어링(14.2)은 특히 전자기 베어링임)의 자기장 라인들(14.6)에 대해 적어도 45° 및/또는 최대 135°의 각도로 배열될 수 있다. 전도체는 a) 선형 축을 따라 연장되는 선형 전도체, 또는 b) 적어도 하나의 루프 또는 와인딩을 갖는 코일일 수 있다. 자기장 라인들(14.6)에 대한 각도 또는 어레인지먼트는 a)의 경우 전도체 축에 대하여 정의되고, b)의 경우 코일 평면에 대하여 정의된다. 특히, 코일 평면은 코일 축에 수직이다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 도 5a에 도시된 고정식 자기 댐퍼(18.8)의 전기 전도체(18.12)는 i) 실질적으로 수직으로 배열될 수 있거나, 또는 ii) 캐리어(12)에 배열된 측 방향 자기 카운터파트(12.4)의 자기장 라인들(14.6)에 대해 적어도 45° 및/또는 최대 135°의 각도로 배열될 수 있다.
자기장 라인들(14.6)에 대한 전기 전도체(18.12)의 어레인지먼트들 둘 모두는 캐리어 횡 방향 진동들에 대해 상당한 댐핑 효과를 갖는다.
도 5b는 도 1a의 세부사항 A의 단면도를 도시하며, 여기서, 베이스(14)에 배열된 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)가 예시된다. 도 5b를 예시적으로 참조하여 설명되는 세부사항들이 도 5b의 엘리먼트들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 오히려, 이들 세부사항들은 또한, 다른 도면들을 예시적으로 참조하여 설명되는 추가적인 실시예들과 조합될 수 있다.
고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)는, 캐리어(12) 및/또는 베이스(14)에 배열된 진동 또는 포지션 센서에 의해 측정될 수 있는 캐리어 횡 방향 진동들에 따라, 그리고/또는 그 캐리어 횡 방향 진동들에 적응하여, 가이딩 자석들 중 하나를 이동 또는 변위시키도록 설계된 구동 또는 서보 모터와 같은 고정식 댐핑 액추에이터(18.16)를 포함할 수 있다.
도 5b에 도시되고, 가이딩 레일(14.3) 또는 베이스(14)에 배열된 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)를 사용함으로써, 특히, 진동 움직임에 의해, 베이스(14)에서의 가이딩 레일(14.3)에 대하여 가이딩 자석(14.4)을 이동시킴으로써, 캐리어 횡 방향 진동들을 약화시키는 오실레이팅 자기 횡 방향 힘이 생성 또는 제공될 수 있다.
횡 방향 진동들의 약화를 위한 제어 루프가 제공될 수 있으며, 여기서, 진동 센서(18.14)에 의해 제어기(18.13), 특히 구동 제어기에 제공되는 센서 신호에 기반하여, 구동 전류가 제어기(18.13)에 의해 결정되고, 그리고 고정식 댐핑 액추에이터(18.16) 내에 공급되고, 그에 따라, 가이딩 자석(14.4)의 자기장 및 연관된 자기력이 캐리어 횡 방향 진동들을 약화시키기 위해 캐리어(12) 상에 작용하도록 하는 방식으로 고정식 댐핑 액추에이터(18.16)가 가이딩 자석(14.4)을 이동시키도록 결정되어, 제어 루프가 형성된다. 제어 루프는 캐리어 진동들이 매우 신속하게 소실되도록 하는 방식으로 조정될 수 있다.
이는 횡 방향 캐리어 진동들의 효과적인 댐핑을 발생시킴으로써, 자기 부상 시스템(10)의 운송 안정성 및 포지셔닝 정확성을 상당히 개선한다. 설명되는 실시예는, 측 방향 진동들을 약화시키기 위한 부가적인 자석들을 필요로 하지 않으면서, 이미 존재하는 측 방향 자석들을 사용하여 구현될 수 있고, 그에 따라, 구현이 비용 효과적이게 하고, 동작이 안정적이고 신뢰성 있게 한다.
도 5c는 도 1a의 세부사항 A의 단면도를 도시하며, 여기서, 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)가 베이스(14)에 배열된다. 도 5c를 예시적으로 참조하여 설명되는 세부사항들이 도 5c의 엘리먼트들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 오히려, 이들 세부사항들은 또한, 다른 도면들을 예시적으로 참조하여 설명되는 추가적인 실시예들과 조합될 수 있다.
고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)는, 측 방향으로 배향된 자기장을 생성 및/또는 조정하는 고정식 댐핑 액추에이터(18.16)를 갖는 능동 댐핑 컴포넌트(18.4)로서 설계된다. 본원에서, 다음의 경우들이 고려될 수 있다.
i) 가이딩 자석(14.4)이 제어가능 자기 댐핑 액추에이터를 이미 포함하는 경우, 고정식 댐핑 액추에이터(18.16)는 가이딩 자석(14.4)의 자기장에 영향을 미치기 위해 가이딩 자석(14.4)에 통합될 수 있고, 그리고 연관된 제어 루프에 의해 제어될 수 있다. 이 경우, 능동 댐핑 컴포넌트(18.4)는 횡 방향 진동 댐핑을 위한 제어 루프를 포함할 수 있고, 그리고, 특히, 별개의 자기 댐핑 액추에이터를 필요로 하지 않으면서 제어 루프만을 포함할 수 있다.
ii) 다른 방식으로, 댐핑 액추에이터(18.16)는, 횡 방향 진동 댐핑을 위해 연관된 제어 루프에 의해 제어되는, 베이스(14)에서의 측 방향 가이딩 레일(14.3) 상에 부가적으로 탑재된 능동 자기 액추에이터로서 설계될 수 있다. i)의 경우와 유사하게, 캐리어(12) 상에 작용하는 약화 횡 방향 힘을 생성하는 자기장은 횡 방향 진동 댐핑을 위한 자기장을 생성하는 댐핑 액추에이터 전류에 의해 결정 및/또는 제어될 수 있다.
베이스(14) 상에 위치된 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)는, 캐리어 횡 방향 진동들이 댐핑되도록 하는 방식으로, 대응하는 제어 루프에 의해, 댐핑 액추에이터 전류 컴포넌트를 제어하도록 설계될 수 있다. 이 목적을 위해, 특히 캐리어(12) 또는 베이스(14) 상에 탑재된, 댐핑 디바이스(18)의 적어도 하나의 센서, 이를테면 진동 센서에 의해, 캐리어 횡 방향 진동들이 검출될 수 있다. 센서에 의해 횡 방향 진동 제어기에 제공되는 센서 전류에 기반하여, 댐핑 액추에이터 전류가 제어기에 의해 결정되고, 그리고 캐리어 횡 방향 진동들을 약화시키기 위한 자기장을 생성하는 가이딩 자석(14.4) 내로 공급되어, 횡 방향 진동 약화를 위한 제어 루프가 형성된다.
두 경우들 모두에서, 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)는 유리하게, 자기 가이딩 엘리먼트에 통합된 전자 회로에 의해 실현될 수 있다. 이러한 상황은, 도 1a에서, 가이딩 자석(14.4) 및 댐핑 디바이스(18)가 매우 동일한 그래픽 엘리먼트로 표현되는 사실에 의해 표시된다.
ii)의 경우에서, 고정식 댐핑 액추에이터(18.16)가 베이스(14)에서의 측 방향 가이딩 레일(14.3) 상에 부가적으로 탑재된 전자기 액추에이터로서 설계될 수 있는 경우에도, 고정식 댐핑 액추에이터(18.16)가 특히 서브밀리미터 또는 미크론 범위 내의 매우 작은 진폭을 갖는 진동들을 댐핑하도록 특별히 설계되어, 고정식 댐핑 액추에이터(18.16)가 작은 사이즈 및 낮은 중량을 가질 수 있고, 결과적으로, 콤팩트하게 구성될 수 있다는 것이 주목할 만하다.
도 5c에 도시된 제어 루프는 도 5b의 제어 루프와 유사하게 작동한다.
i)의 경우와 ii)의 경우 둘 모두에서, 횡 방향 캐리어 진동들의 효과적인 댐핑이 제공되어, 자기 부상 시스템(10)의 운송 안정성 및 포지셔닝 정확성이 상당히 개선된다.
고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)는 또한, 베이스(14)의 지지 레일(14.1)에 배열될 수 있다. 고정식 댐핑 컴포넌트(18.2)는 조정가능 자기장을 생성하기 위한 자기 댐핑 액추에이터를 포함할 수 있으며, 여기서, 적응적으로 변화가능하고 조정가능한 횡 방향 힘이 자기장에 의해 생성될 수 있다. 도 1a에 포함되지만 다른 곳에서는 상세히 도시되지 않은 실시예에서, 지지 레일(14.1)에 배열되거나 또는 자기 베어링(14.2)에 통합된 별개의 댐핑 액추에이터가 그러한 자기장을 생성 및/또는 적응시키도록 적응될 수 있으며, 그 자기장은 자기 베어링(14.2)의 자기장 상에 중첩될 수 있고, 그리고 도 5b 및 도 5c에 도시된 실시예들에 관하여 설명된 개념과 유사한 개념에 기반하여 생성될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 댐핑 액추에이터, 즉, 고정식 댐핑 액추에이터와 이동식 댐핑 액추에이터 둘 모두는 압전성 엘리먼트, 선형 구동부, 보이스 코일 액추에이터, 및 이동 코일 액추에이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 4b는 도 1a의 세부사항 A의 단면도를 도시하며, 여기서, 캐리어(12)에, 예컨대, 캐리어(12)와 캐리어(12)에서의 캐리어 가이딩 레일(12.3) 사이에 배열 또는 고정된 이동식 댐핑 컴포넌트(18.1)가 예시된다. 이동식 댐핑 컴포넌트(18.1)는 능동 댐핑 컴포넌트(18.4)로서 설계될 수 있다. 도 4b를 예시적으로 참조하여 설명되는 세부사항들이 도 4b의 엘리먼트들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 오히려, 이들 세부사항들은 또한, 다른 도면들을 예시적으로 참조하여 설명되는 추가적인 실시예들과 조합될 수 있다.
능동 댐핑 컴포넌트(18.4)는, 횡 방향(20.1)으로의 캐리어 진동들을 표현하는 진동 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 진동 센서(18.14), 댐핑 액추에이터 신호에 대한 응답으로 반대 진동들을 생성하도록 구성된 이동식 댐핑 액추에이터(18.15), 및 진동 센서(18.14) 및 이동식 댐핑 액추에이터(18.15)에 연결된 제어기(18.13)를 포함할 수 있다. 제어기(18.13)는, 특히, 반대 진동들이 횡 방향(20.1)으로의 캐리어 진동들을 댐핑 또는 감쇠시키도록, 진동 센서 신호에 대한 응답으로 댐핑 액추에이터 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 이동식 댐핑 컴포넌트(18.1), 특히 능동 이동식 댐핑 컴포넌트의 일부인 이동식 댐핑 액추에이터(18.15)는 반응 질량(18.9) 및 진동 엘리먼트(18.17)를 포함할 수 있으며, 진동 엘리먼트(18.17)는 하나의 측면에서 반응 질량(18.9)에 견고하게 연결되고, 다른 측면에서 캐리어(12)에 견고하게 연결된다.
도 4c는 캐리어(12)에 배열되고, 도 4b의 능동 댐핑 컴포넌트(18.4)로서 설계된 이동식 댐핑 컴포넌트(18.1)의 단면도를 도시한다. 도 4c를 예시적으로 참조하여 설명되는 세부사항들이 도 4c의 엘리먼트들로 제한되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 오히려, 이들 세부사항들은 또한, 다른 도면들을 예시적으로 참조하여 설명되는 추가적인 실시예들과 조합될 수 있다.
이미 설명된 바와 같이, 이동식 댐핑 컴포넌트(18.1), 특히 능동 이동식 댐핑 컴포넌트의 제어기(18.13)는, 액추에이터 진동들과 캐리어 진동들의 중첩이 캐리어 진동들의 댐핑을 발생시키도록, 액추에이터의 진동들이 캐리어(12)의 진동들과 위상이 반대로 되게 하는 방식으로, 댐핑 액추에이터 전류를 결정 또는 조정할 수 있다. 캐리어(12)의 진동 진폭은 각각의 오실레이션에 따라 감소되고, 그에 따라, 캐리어 진동들은 몇 번의 오실레이션들 후에 진정된다.
이동식 댐핑 액추에이터(18.15)는 반응 질량(18.9)에 대한 견고한 연결에 의해, 캐리어(12) 상에 작용하는 필요한 반대 힘만을 가할 수 있다. 특히, 이동식 댐핑 액추에이터(18.15)와 캐리어 가이딩 레일(12.3) 사이에는 견고한 연결이 존재하지 않는다. 대신에, 조인트(12.6)가 캐리어 가이딩 레일(12.3)과 캐리어(12)를 견고하게 연결할 수 있다. 반응 질량(18.9)은, 캐리어들의 전체 중량을 용인가능 범위 내로 유지하기 위해, 전형적으로는 캐리어 질량의 10% 미만, 더 전형적으로는 심지어 캐리어 질량의 5% 미만이다.
이동식 댐핑 컴포넌트(18.1)의 이동식 댐핑 액추에이터(18.15)는 구동부, 예컨대 마이크로 모터, 또는 압전성 엘리먼트를 포함할 수 있다. 전력 공급을 위해 배터리 또는 무선 에너지 전송이 제공될 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 진공 환경 내에서 캐리어(12)를 비접촉식으로 운송하는 것은,
- 캐리어(12)를 비접촉식으로 홀딩하기 위해, 중력과 반대되는 홀딩 방향(20.2)으로 캐리어(12) 상에 자기력을 가하는 단계;
- 진행 방향(20.3)으로 캐리어(12)를 이동시키는 단계; 및
- 진행 방향(20.3) 및 홀딩 방향(20.2)과 직각을 이루는 횡 방향(20.1)으로의 캐리어(12)의 진동들을 댐핑하는 단계
를 포함한다.
캐리어 진동들을 댐핑하는 것은, a) 캐리어 진동들의 에너지를 수동적으로 소산시키는 것에 의해, 또는 b) 횡 방향(20.1)으로 캐리어(12) 상에 능동적으로 또는 적응적으로 제어가능한 자기력을 가하는 것, 및/또는 특히 캐리어 횡 방향 진동들의 주파수 및 90°만큼 시프트된 위상을 갖는 제어가능한 반대 진동들을 캐리어 진동에 중첩시키는 것에 의해 수행될 수 있다.
캐리어(12)를 이동시키는 것은 진행 방향(20.3)으로 캐리어(12) 상에 자기력을 가함으로써 가능하게 될 수 있다.
이러한 기재된 설명은 최상의 모드를 포함하여 본 개시내용을 개시하기 위해, 그리고 또한, 당업자로 하여금, 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 사용하는 것, 및 임의의 포함된 방법들을 수행하는 것을 포함하여, 설명되는 내용을 실시할 수 있게 하기 위해 예들을 사용한다. 본원에서 설명되는 실시예들은 진공 환경 내에서 캐리어를 홀딩, 포지셔닝, 및/또는 이동시키기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하고, 그리고 캐리어의 개선된 운송 안정성 및 포지셔닝 정확성으로 진공 환경 내에서 캐리어를 운송할 수 있게 한다. 다양한 특정 실시예들이 앞에서 개시되었지만, 위에서 설명된 실시예들의 상호 비-배타적인 특징들은 서로 조합될 수 있다. 특허가능한 범위는 청구항들에 의해 정의되며, 그리고 다른 예들은, 이들이 청구항들의 문어와 상이하지 않은 구조적 엘리먼트들을 갖는 경우, 또는 이들이 청구항들의 문어와 비실질적인 차이들을 갖는 동등한 구조적 엘리먼트들을 포함하는 경우, 청구항들의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 진행 방향(forward direction)으로 비접촉식으로 이동가능한 캐리어;
    적어도 하나의 자기 베어링 ― 상기 적어도 하나의 자기 베어링은 중력과 반대되는 홀딩 방향(holding direction)으로 상기 캐리어 상에 자기력을 가하고, 상기 자기 베어링에 상기 캐리어를 비접촉식으로 홀딩하도록 구성됨 ―; 및
    상기 캐리어 상에 작용하는 댐핑(damping) 디바이스
    를 포함하며,
    상기 댐핑 디바이스는 상기 진행 방향 및 상기 홀딩 방향과 직각을 이루는 횡 방향(cross direction)으로의 캐리어 진동들을 댐핑하도록 구성되는,
    진공 환경 내의 자기 부상 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 캐리어를 홀딩하는 것, 포지셔닝하는 것, 및 운송하는 것 중 적어도 하나를 위한 베이스(base);
    상기 캐리어의 최상부 면과 최하부 면 중 적어도 하나로부터 수직으로 이격되어, 상기 베이스에 배열된 적어도 하나의 지지 레일과, 상기 캐리어의 좌측 면과 우측 면 중 적어도 하나로부터 측 방향으로 이격되어, 상기 베이스에 배열된 적어도 하나의 가이딩 레일로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나;
    적어도 하나의 가이딩 자석
    중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 자기 베어링과 상기 가이딩 자석 중 적어도 하나는 적어도 하나의 영구 자석 또는 적어도 하나의 능동 제어식 전자기 베어링 액추에이터를 포함하는,
    진공 환경 내의 자기 부상 시스템.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 캐리어의 상기 최상부 면과 상기 최하부 면 중 적어도 하나에 배열된 적어도 하나의 수직 자기 카운터파트(counterpart); 및
    상기 캐리어의 상기 좌측 면과 상기 우측 면 중 적어도 하나에 배열된 적어도 하나의 측 방향 자기 카운터파트
    를 더 포함하는,
    진공 환경 내의 자기 부상 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 댐핑 디바이스는 i) 적어도 하나의 수동 댐핑 컴포넌트와 ii) 적어도 하나의 능동 댐핑 컴포넌트로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는,
    진공 환경 내의 자기 부상 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 댐핑 디바이스는 i) 상기 캐리어에 배열된 적어도 하나의 이동식 댐핑 컴포넌트와 ii) 상기 베이스에 배열된 적어도 하나의 고정식 댐핑 컴포넌트로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 특징;
    상기 이동식 댐핑 컴포넌트는 i) 상기 캐리어의 수직 자기 카운터파트와 ii) 상기 캐리어의 측 방향 자기 카운터파트로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나에 배열되는 특징;
    상기 고정식 댐핑 컴포넌트는 상기 베이스의 지지 레일과 상기 베이스의 가이딩 레일로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나에 배열되는 특징
    중 적어도 하나에 따르는,
    진공 환경 내의 자기 부상 시스템.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 능동 댐핑 컴포넌트는 i) 상기 횡 방향으로의 캐리어 진동들을 표현하는 진동 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 진동 센서, ii) 댐핑 액추에이터 신호에 대한 응답으로 복수의 반대(counter) 진동들을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 댐핑 액추에이터, 및 iii) 상기 진동 센서 및 상기 댐핑 액추에이터에 연결된 적어도 하나의 제어기로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 특징;
    상기 제어기는 상기 진동 센서 신호에 대한 응답으로 상기 댐핑 액추에이터 신호를 생성하도록 구성되는 특징
    중 적어도 하나를 포함하는,
    진공 환경 내의 자기 부상 시스템.
  7. 제2 항 또는 제4 항에 있어서,
    능동 고정식 댐핑 컴포넌트의 일부인 고정식 댐핑 액추에이터는 상기 캐리어에 대한 자기장의 간섭을 적응적으로 형성하는 것과 조정하는 것 중 적어도 하나를 행하도록 구성되는 특징;
    상기 고정식 댐핑 액추에이터는 상기 캐리어와 상기 베이스 중 적어도 하나에 대하여 자기 가이드 엘리먼트 또는 상기 능동 제어식 전자기 베어링 액추에이터를 이동시키거나 또는 경사지게 하여, 상기 횡 방향으로의 상기 캐리어에 대한 자기장 간섭을 적응적으로 형성하는 것과 조정하는 것 중 적어도 하나를 행하도록 적응되는 특징;
    상기 고정식 댐핑 액추에이터는 수직 방향에 대하여 자기장 라인들을 경사지게 하는 것과 오실레이팅(oscillate)하는 것 중 적어도 하나를 행하도록 적응되는 특징
    중 적어도 하나를 포함하는,
    진공 환경 내의 자기 부상 시스템.
  8. 제6 항에 있어서,
    능동 이동식 댐핑 컴포넌트의 일부인 이동식 댐핑 액추에이터는 반응 질량 및 진동 엘리먼트를 포함하며, 상기 진동 엘리먼트는 하나의 측면에서 상기 반응 질량에 견고하게 연결되고, 다른 측면에서 상기 캐리어에 견고하게 연결되는 특징;
    상기 댐핑 액추에이터는 압전성 엘리먼트, 선형 구동부, 보이스 코일 액추에이터, 및 이동 코일 액추에이터 중 적어도 하나를 포함하는 특징;
    상기 진동 센서는 포지션 센서, 속도 센서, 및 가속도 센서 중 적어도 하나를 포함하는 특징
    중 적어도 하나를 포함하는,
    진공 환경 내의 자기 부상 시스템.
  9. 제4 항에 있어서,
    상기 수동 댐핑 컴포넌트는 이동식 소산 댐퍼(dissipating damper) 또는 고정식 소산 댐퍼, 이동식 튜닝 질량 댐퍼, 이동식 자기 댐퍼 또는 고정식 자기 댐퍼 중 적어도 하나를 포함하는,
    진공 환경 내의 자기 부상 시스템.
  10. 제1 항, 제2 항, 제4 항 내지 제6 항, 제8 항, 또는 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이동식 소산 댐퍼는 반응 질량 및 소산 엘리먼트를 포함하며, 상기 소산 엘리먼트는 하나의 측면에서 상기 반응 질량에 견고하게 연결되고, 다른 측면에서 상기 캐리어에 견고하게 연결되는 특징;
    이동식 튜닝 질량 댐퍼는 스프링 엘리먼트, 반응 질량, 및 소산 엘리먼트를 포함하며, 상기 스프링 엘리먼트 및 상기 소산 엘리먼트는 상기 반응 질량과 상기 캐리어 사이에 평행하게 배열되는 특징;
    고정식 소산 댐퍼는 소산 엘리먼트를 포함하며, 상기 소산 엘리먼트는 하나의 측면에서 상기 베이스에 견고하게 연결되고, 다른 측면에서 가이딩 레일에 견고하게 연결되는 특징
    중 적어도 하나를 포함하는,
    진공 환경 내의 자기 부상 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 소산 엘리먼트는 댐핑 재료 또는 와이어 로프 아이솔레이터(wire rope isolator)를 포함하는,
    진공 환경 내의 자기 부상 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 댐핑 재료는 고무 화합물, 폴리머, 엘라스토머, 댐핑 쿠션, 금속 폼(metal foam), 금속 스펀지, 점탄성 재료, 점성 유체, 압전성 재료, 고 댐핑 합금, 입자 댐핑 재료 중 적어도 하나를 포함하는,
    진공 환경 내의 자기 부상 시스템.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 이동식 자기 댐퍼 또는 상기 고정식 자기 댐퍼는 전기 전도체를 포함하며, 상기 횡 방향으로의 상기 캐리어 진동들은 상기 캐리어 진동들을 댐핑하는 와전류들을 상기 전기 전도체에 유도하는 특징;
    상기 이동식 자기 댐퍼의 상기 전기 전도체는 i) 실질적으로 수직으로 배열되거나, 또는 ii) 상기 자기 베어링의 자기장 라인들에 대해 적어도 45°와 최대 135° 중 적어도 하나의 각도로 배열되는 특징;
    상기 고정식 자기 댐퍼의 상기 전기 전도체는 i) 실질적으로 수직으로 배열되거나, 또는 ii) 상기 캐리어에 배열된 자기 카운터파트의 자기장 라인들에 대해 적어도 45°와 최대 135° 중 적어도 하나의 각도로 배열되는 특징
    중 적어도 하나를 포함하는,
    진공 환경 내의 자기 부상 시스템.
  14. 진공 환경 내에서 캐리어를 비접촉식으로 운송하는 방법으로서,
    상기 캐리어를 비접촉식으로 홀딩하기 위해, 중력과 반대되는 홀딩 방향으로 상기 캐리어 상에 자기력을 가하는 단계;
    진행 방향으로 상기 캐리어를 이동시키는 단계; 및
    상기 진행 방향 및 상기 홀딩 방향과 직각을 이루는 횡 방향으로의 상기 캐리어의 진동들을 댐핑하는 단계
    를 포함하는,
    진공 환경 내에서 캐리어를 비접촉식으로 운송하는 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 캐리어의 진동들을 댐핑하는 단계는 상기 캐리어 진동들의 에너지를 수동적으로 소산시킴으로써 수행되는 것;
    상기 캐리어의 진동들을 댐핑하는 단계는, 상기 횡 방향으로 상기 캐리어 상에 능동적으로 또는 적응적으로 제어가능한 자기력을 가하는 것과, 제어가능한 반대 진동들을 상기 캐리어 진동에 중첩시키는 것 중 적어도 하나에 의해 수행되는 것;
    상기 캐리어를 이동시키는 단계는 상기 진행 방향으로 상기 캐리어 상에 자기력을 가함으로써 가능하게 되는 것
    중 적어도 하나를 포함하는,
    진공 환경 내에서 캐리어를 비접촉식으로 운송하는 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN217534225U (zh) * 2019-09-05 2022-10-04 应用材料公司 用于引导载体的磁性引导件、用于运输载体的运输系统以及基板处理系统
CN116490697A (zh) * 2020-11-13 2023-07-25 应用材料公司 载体运输系统、磁稳定单元、载体和用于非接触式运输载体的方法
CN112377559B (zh) * 2020-11-16 2021-09-07 湖南省潇振工程科技有限公司 磁浮滑轨式电涡流调谐质量减振器
CN115143231A (zh) * 2022-07-27 2022-10-04 哈尔滨工程大学 一种抗海浪冲击的多自由度磁悬浮减振装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6036222A (ja) * 1983-08-05 1985-02-25 Irie Koken Kk 高真空中の物品搬送装置
JPH0662247U (ja) * 1993-02-08 1994-09-02 鹿島建設株式会社 三次元除振装置用アクチュエータ
US6777833B1 (en) * 2001-12-17 2004-08-17 Ultratech Stepper, Inc. Magnetic levitation stage apparatus and method
JP4543181B2 (ja) * 2004-12-20 2010-09-15 国立大学法人九州工業大学 超電導磁気浮上による非接触搬送装置
US8164737B2 (en) * 2007-10-23 2012-04-24 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus having an active damping subassembly
US20110094546A1 (en) * 2009-10-23 2011-04-28 John Valcore System and method for wafer carrier vibration reduction
CN102108799A (zh) * 2009-12-29 2011-06-29 上海市金山区朱行小学 悬浮防震的楼房
JP2012156304A (ja) * 2011-01-26 2012-08-16 Nikon Corp 基板貼り合わせ装置
DE102013016065B4 (de) * 2013-09-27 2016-02-18 Mecatronix Ag Positioniervorrichtung und Verfahren
KR20150052996A (ko) * 2013-11-07 2015-05-15 삼성디스플레이 주식회사 기판 이송 장치 및 이를 포함하는 박막 증착 장치
CN204178714U (zh) * 2014-11-12 2015-02-25 成都博智维讯信息技术有限公司 一种防震隔热无线存储器
DE102015004582B4 (de) * 2015-04-09 2017-02-09 Mecatronix Ag Vorrichtung zum Halten, Positionieren und Bewegen eines Objekts
CN206821097U (zh) * 2017-05-13 2017-12-29 蒋明希 一种工程监理可视化声信号处理器

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