(57)【要約】  成膜システム用終端ユニット３００は機能を実行するデバイス１００を備え、デバイスは、電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材１１０と、導電性である少なくとも１つのシールド部材１２０とを備える。シールド部材は、デバイスの機能に寄与していない隣接電流であって、電磁鋼を含む構成部材１２０に及ぼす隣接電流の影響が軽減され、この隣接電流が第１の位相を有するように構成され、第１の位相とは異なる位相を有する少なくとも１つの隣接電流の影響が大幅には軽減されないように構成されている。デバイスはさらに、電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材１１０に隣接する電流伝達手段１４０を備え、電流伝達手段は、電流を第１の位相に従って誘導し、電力をターゲットに、ターゲットを終端ユニットに取り付けると伝達するように適合させる。【選択図】図１
2021501269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜システム用終端ユニット（３００）であって、前記終端ユニットは、ある機能を実行するデバイス（１００）を備え、前記デバイスは、
電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材（１１０）と、
少なくとも１つの導電性シールド部材（１２０）と
を備え、
前記少なくとも１つの導電性シールド部材は、
第１の位相を有する隣接電流が印加される場合、前記デバイスの前記機能に寄与しない、電磁鋼を含む前記構成部材（１１０）に及ぼす前記隣接電流の影響が、電流が前記シールド部材（１２０）を通る電流により軽減され、前記シールド部材に打ち消された磁場が生じるように構成され、
前記デバイスは、電磁鋼を含む前記少なくとも１つの構成部材（１１０）に隣接する電流伝達手段（１４０）をさらに備え、前記電流伝達手段は、電流を前記第１の位相に従って誘導し、ターゲットが前記終端ユニットに取り付けられると、電力を前記ターゲットに伝達するように適合されている、終端ユニット（３００）。
【請求項２】
前記シールド巻線は、電磁鋼を含む前記構成部材に及ぶ前記影響が大幅には軽減されない、前記第１の位相とは異なる位相を有する別の隣接電流が印加され得るように構成されている、請求項１に記載の終端ユニット（３００）。
【請求項３】
前記シールド部材は、
隣接変化電流を印加すると、前記デバイスの前記機能に寄与していない、前記電磁鋼内を貫通する寄与しない変化磁場が生じるようになり、
この寄与しない隣接変化磁場により、正味の磁束が前記シールド部材内を貫通するようになり、
この隣接変化電流により、電流が前記少なくとも１つのシールド部材内を流れるようになって、磁場が前記寄与しない磁場を打ち消すように構成されている、請求項１または２に記載の終端ユニット（３００）。
【請求項４】
電磁鋼を含む前記少なくとも１つの構成部材（１１０）は、前記デバイス（１００）の前記機能に寄与する、寄与する磁場を誘導するように適合させ、前記少なくとも１つのシールド部材は、前記シールド部材内を貫通する正味の磁束が、前記寄与する磁場からほとんど発生しないように位置決めされる、請求項１〜３のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項５】
前記伝達手段（１４０）は、前記伝達手段が、前記電磁鋼を含む前記構成部材の外周と交差するように構成され、前記伝達手段の戻り磁路が、電磁鋼を含む前記少なくとも１つの構成部材（１１０）の外部にあるように構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項６】
電磁鋼を含む前記構成部材（１１０）はトロイダル形状を有し、前記少なくとも１つのシールド部材は、電磁鋼を含む前記少なくとも１つの構成部材の周りにほぼトロイダル状に巻回されたシールド巻線である、請求項１〜５のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項７】
前記少なくとも１つのシールド部材は、短絡したシールド巻線（１２０）である、請求項１〜６のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのシールド部材は、インピーダンスを負荷とするシールド巻線である、請求項１〜７のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項９】
前記少なくとも１つのシールド部材は、電磁鋼を含む前記少なくとも１つの構成部材内に沈められており、かつ／または埋め込まれている、請求項１〜８のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項１０】
前記デバイス（１００）は、回転運動を発生させる駆動手段を備える、請求項１〜９のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項１１】
前記デバイス（１００）は軸受手段を備える、請求項１〜１０のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項１２】
前記デバイス（１００）は密閉手段を備える、請求項１〜１１のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項１３】
前記デバイスは、ステータ（３２０）およびロータ（３１０）を備える電動モータであり、前記ステータ（３２０）および／または前記ロータ（３１０）は、電磁鋼を含む前記少なくとも１つの構成部材（１１０）に対応し、前記モータは、電流を前記モータに印加することができることにより前記寄与する磁場が生じるようになり、トルク力が前記ステータと前記ロータとの間に発生して前記モータで前記ターゲット（３５０）を、取り付けると回転させることができるように構成されている、請求項４に従属する限り請求項４〜１２のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項１４】
前記デバイスは軸受であり、電磁鋼を含む前記構成部材（１１０）は、前記軸受のリングに対応し、前記軸受は、取り付け後のターゲットの前記回転を支持するように適合させる、請求項１〜１３のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項１５】
前記電流伝達手段（１４０）は、前記デバイス内を貫通する中心軸を含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項１６】
前記デバイスは、ＤＣ電流を印加して前記少なくとも１つのシールド部材（１２０）内を流れるようにして、寄与しない磁場を生じさせるように適合させたコントローラを備える、請求項１〜１５のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜システム用終端ユニットに関する。より具体的には、本発明は、終端ユニットが動作中に支持しているターゲットに電力を伝達するように適合させた終端ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリングによる材料堆積は、既に何十年にもわたって知られている。通常、プラズマは、アルゴンのような不活性ガス、または酸素もしくは窒素のような活性ガスが存在する低圧チャンバー内で生成され、高電圧が、（堆積する材料を含有する）いわゆる「スパッタターゲット」と、スパッタ材料層が堆積する「基板」との間に印加される。アルゴン原子がイオン化され、スパッタターゲットにアルゴンイオンが衝突するので、原子がスパッタターゲットから放出されて基板に移動し、基板に原子が堆積する。
【０００３】
基本的に、３種類のスパッタターゲットである、円形平板ディスクターゲット、矩形平板ターゲット、および回転円筒ターゲットが使用されている。
【０００４】
通常、３種類の電源である、ＤＣ電源、（例えば、１〜１００ｋＨｚの周波数の）ＡＣ電源またはパルス電源、および（例えば、０．３〜１００ＭＨｚの周波数の）ＲＦ電源が使用されている。ＡＣ電源は通常、堆積層の導電性が低い場合に使用され、ＲＦは通常、ターゲット材料の絶縁性が極めて高い場合に使用される。
【０００５】
先行技術による成膜システム用終端ユニットの主な機能は、ターゲットを支持することであり、場合によってはターゲットを回転させることでもある。終端ユニットは、例えばＰＶＤソース終端ユニットとすることができる。ＰＶＤ成膜は低圧のガスを使用して行われるので、終端ユニットは、ターゲットの回転が可能になっている間も真空気密である必要がある。ＰＶＤ成膜は、薄層の適用を望む基板上に消耗ターゲット由来の材料が堆積する物理気相成膜法を指している。このような成膜システムでは、ターゲットに電流を流して特定の電位がターゲットにかかるようにする必要がある。
【０００６】
したがって、電力を終端ユニットが支持しているターゲットに伝達するように適合させた終端ユニットが必要である。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の実施形態の目的は、電力をターゲットに伝達するように適合させた成膜システム用終端ユニットを提供することにある。
【０００８】
上の目的は、本発明による終端ユニットにより達成される。
【０００９】
本発明の実施形態は、成膜システム用終端ユニットに関する。終端ユニットは、機能を実行するデバイスを含む。デバイスは、電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材と、導電性である少なくとも１つのシールド部材と、を備え、少なくとも１つのシールド部材は、第１の位相を有する隣接電流が印加される場合、デバイスの機能に寄与していない隣接電流であって、電磁鋼を含む構成部材に及ぼす隣接電流の影響が、電流がシールド部材内を流れて打ち消し、磁場がシールド部材に生じることにより軽減されるように構成される。デバイスはさらに、電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材に隣接する電流伝達手段を備え、電流伝達手段は、電流を第１の位相に従って誘導し、電力をターゲットに、ターゲットを終端ユニットに取り付けると伝達するように適合させる。
【００１０】
シールド部材内を流れる電流は、隣接電流により誘導することができる。本発明の実施形態の利点は、デバイスの機能に寄与していない隣接電流であって、電磁鋼を含む構成部材に及ぼす隣接電流の影響が軽減されることである。この影響により、例えば影響を軽減することにより低減されるエネルギー損失が、電磁鋼を含む構成部材に生じる可能性がある。
【００１１】
本発明の実施形態の利点は、ターゲットを回転させるのに適し、かつ電力をターゲットに伝達するのに適するよりコンパクトな終端ユニットを形成することができることである。したがって、ターゲットに伝達するための変化電流により生じる寄与しない変化磁場がシールド巻線により大幅に低減されるので有利である。
【００１２】
電磁鋼では、単位アクティブ電流または一連のアクティブ電流は、空気中における場合よりも高い時間変化磁束密度を発生させることができる。このようなデバイスは、例えば電動モータまたは変圧器に見出すことができる。
【００１３】
デバイスの動作に寄与しない外部交流電流（外部交流電流は正弦波、方形波、パルス波とすることができる、または任意の波形状を有することができる）により磁場が電磁鋼に生じている場合、これにより、電磁鋼の加熱が、ヒステリシス損失および渦電流により発生する可能性がある。
【００１４】
本発明の実施形態による終端ユニットの利点は、終端ユニットが、終端ユニットのデバイス（例えば、モータまたは軸受）の動作に寄与していない変化磁場が電磁鋼に生じている場合に誘導される電磁鋼の加熱を低減する手段を備えていることである。
【００１５】
本発明の実施形態では、シールド巻線は、第１の位相とは異なる位相を有する別の隣接電流を、電磁鋼を含む構成部材に及ぶ影響が大幅には軽減されないような対象物に対して印加することができるように構成される。
【００１６】
本発明の実施形態の利点は、異なる位相を有し、かつ電流の影響が大幅には軽減されないような他の少なくとも１つの電流を印加することができることである。このように、影響を選択的に軽減することが可能であり、例えばデバイスの動作に寄与しないような、および／または影響により、エネルギー損失が電磁鋼を含む構成部材に生じるようなこれらの影響のみを軽減することができる。
【００１７】
本発明の実施形態では、シールド部材は、隣接変化電流を印加すると、デバイスの機能に寄与していない、電磁鋼内を貫通する寄与しない変化磁場が生じるようになり、この寄与しない隣接変化磁場により、正味の磁束がシールド部材内を貫通するようになり、この隣接変化電流により、電流が少なくとも１つのシールド部材内を流れるようになって、磁場が寄与しない磁場を打ち消すように構成される。
【００１８】
本発明の実施形態の利点は、シールド部材を設けることにより、隣接変化電位電流（例えば、隣接電流伝達手段内を流れる）が電磁鋼内を流れることにより生じる寄与しない電位磁場が、シールド部材を設けない場合よりも小さくなることである。したがってこの理由は、隣接電流により、ＥＭＦ（起電力）がシールド部材に生じて電流が少なくとも１つのシールド部材内を流れるようになって、磁場が寄与しない磁場を打ち消すようになるからである。この電流が、寄与しない磁場を打ち消すことにより低減する。寄与しない磁場は、外部磁化電流により生じる可能性がある。
【００１９】
本発明の実施形態の利点は、寄与しない特定の磁場が、シールド巻線を設けることにより低減されることである。これは、寄与しない変化磁場により、正味の磁束がシールド部材内を貫通するようになるように構成されるシールド巻線により実現される。正味の磁束がシールド部材内を貫通するようにはならないような他の磁場は低減されないことになる。
【００２０】
本発明の実施形態の利点は、寄与しない電位磁場により電磁鋼に生じる電力損失は、少なくとも１つのシールド部材を導入することにより大幅に低減させることができることである。
【００２１】
本発明の実施形態では、少なくとも１つのシールド部材はシールド巻線であり、シールド巻線は、電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材の少なくとも一部を迂回して、デバイスの動作に寄与していない、寄与しない（変化）磁場により、正味の磁束がシールド巻線内を貫通するようになる。
【００２２】
本発明の実施形態では、電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材は、デバイスの機能に寄与する、寄与する磁場を誘導するように適合させ、少なくとも１つのシールド部材は、シールド部材内を貫通する正味の磁束が、寄与する磁場からほとんど発生しないように位置決めされる。
【００２３】
本発明の実施形態の利点は、デバイスの動作が、シールド部材により大きく影響されることがない、または影響を受けることさえないことである。これは、少なくとも１つのシールド部材を、当該シールド部材が、寄与する磁場に大きな影響を及ぼすことがないように配置することにより実現される。
【００２４】
本発明の実施形態では、シールド部材はシールド巻線である。本発明の実施形態では、少なくとも１つのシールド巻線は、１つの巻線の表面が、磁場がデバイスの動作に寄与している方向とほぼ直角になるように位置決めされる。
【００２５】
本発明の実施形態では、シールド部材は、変化電流を電流伝達手段に印加する場合、これにより、電流がシールド部材内を流れるようになるように構成される。本発明の実施形態では、シールド部材は、特定の位相を有する変化電流が電流伝達手段内を流れることによる影響を遮断するように設計される。したがって、シールド部材は、少なくともいくつかの他の位相の隣接電流が磁場を、電磁鋼を含む構成部材に誘導し続けることができるように設計される。本発明の実施形態の利点は、電力を外部デバイスに、電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材を大きく加熱することなく伝達することができることである。
【００２６】
本発明の実施形態では、電力を外部デバイスに伝達する伝達手段は、電磁鋼を含む構成部材の外周と交差する。本発明の実施形態では、伝達手段は、電流をユニポーラ方向に伝達して電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材内を流れるように適合させる（構成部材内を貫通する戻り磁路はない）。
【００２７】
本発明の実施形態では、伝達手段は、伝達手段が、電磁鋼を含む構成部材の外周と交差するように構成され、かつ伝達手段の戻り磁路が、電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材の外部にあるように構成される。
【００２８】
したがって、伝達手段は、ＡＣ電流を印加して伝達手段内を流れるようにする場合、これが、ユニポーラＡＣ電流が電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材内を流れることを意味するように構成される。ユニポーラ電流により、磁場が電磁鋼に生じるようになる。本発明の実施形態の利点は、この寄与しない磁場がシールド部材により相殺されることである。
【００２９】
本発明の実施形態では、電磁鋼を含む構成部材はトロイダル形状を有し、少なくとも１つのシールド部材は、電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材の周りにほぼトロイダル状に巻回されたシールド巻線である。
【００３０】
本発明の実施形態では、少なくとも１つのシールド部材は、短絡したシールド巻線である。
【００３１】
本発明の実施形態では、少なくとも１つのシールド部材は、インピーダンスを負荷とするシールド巻線である。
【００３２】
本発明の実施形態では、少なくとも１つのシールド部材は、電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材内に沈められており、かつ／または埋め込まれている。
【００３３】
本発明の実施形態では、これはシールド巻線とすることができる。これまでの請求項の実施形態の利点は、少なくとも１つのシールド部材が、機械的障害物をデバイス内に形成しない、および／またはデバイスの動作に関して形成しないことである。
【００３４】
本発明の実施形態の利点は、少なくとも１つのシールド部材が、寄与しない変化磁場が予測される箇所に位置決めされることである。
【００３５】
本発明の実施形態では、デバイスは、ステータおよびロータを備える電動モータであり、ステータおよび／またはロータは、電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材に対応し、モータは、電流をモータに印加することができることにより寄与する磁場が生じるようになり、トルク力がステータとロータとの間に発生してモータでターゲットを、取り付けると回転させることができるように構成される。
【００３６】
本発明の実施形態の利点は、モータが大きなトルク損失を、少なくとも１つのシールド部材を設けることにより受けないことである。実質的に同じトルクが、少なくとも１つのシールド部材を用いて、または用いることなく実現される。しかしながら、モータの加熱は、少なくとも１つのシールド部材によって少なくなる。
【００３７】
本発明の実施形態では、デバイスは軸受であり、電磁鋼を含む構成部材は、軸受のリングに対応し、軸受は、取り付け後のターゲットの回転を支持するように適合させる。
【００３８】
本発明の実施形態の利点は、寄与しない交流磁場が電磁鋼内を貫通するように生じる（例えば、交流電流が軸受の孔内を流れることにより）場合、この磁場は、シールド部材を設けているので低減されることである。
【００３９】
本発明の実施形態では、伝達手段は、デバイス内を貫通する中心軸を含む。
【００４０】
中心軸は、例えばロータ軸とすることができる。本発明の実施形態の利点は、交流電流が中心軸内を流れることによりモータのステータおよび／またはロータに生じる寄与しない磁場が、少なくとも１つのシールド部材があるので低減されることである。
【００４１】
本発明の実施形態によるデバイスは、ＤＣ電流を印加して少なくとも１つのシールド部材内を流れるようにして、寄与しない磁場が生じるように適合させたコントローラを備えることができる。
【００４２】
本発明の実施形態の利点は、コントローラを使用して、ＤＣ電流が第１の位相を有する隣接電流伝達手段内を流れることにより生じる寄与しない磁場を打ち消す寄与しない磁場を生じさせることが可能であることである。本発明の実施形態では、コントローラは、このような電流を生成して、ＤＣ電流が隣接電流伝達手段内を流れることにより生じる寄与しない磁場を打ち消す寄与しない磁場を生じるように適合させる。
【００４３】
本発明の特定の好ましい態様は、添付の独立請求項および従属請求項に記載されている。従属請求項の特徴は、独立請求項の特徴および他の従属請求項の特徴と、必要に応じて組み合わせることができ、特許請求の範囲に明示的に記載されている通りにだけでなく組み合わせることができる。
【００４４】
本発明のこれらの態様および他の態様は、以下に説明される実施形態（複数可）を参照して明白および明瞭になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１−２】本発明の実施形態による終端ユニットの概略図を示す。
【図３】本発明の実施形態による外部ロータを備えるモータの概略図を示す。
【図４−５】本発明の実施形態による内部ロータを備えるモータの概略図を示す。
【図６】電磁鋼の内周部を貫通する電流密度が発生している電磁鋼の断面を示す。
【図７】外部ＤＣ電流がステータの内周部内を流れることによる実効モータトルクに及ぶ影響を示している。
【図８】電磁鋼の中心部にある空気で満たされたスリットを有するステータを備えるモータの概略図を示す。
【図９】スリットを電磁鋼に含む電磁鋼の断面を示す。
【図１０】開口スリットを材料内に付加して、モータの有効動作に寄与しない磁場の磁束の主磁路に位置する磁気リラクタンス力を付加した状態のステータ断面の例を示す。
【図１１】本発明の実施形態による外部磁化電位電流が流れることにより電磁鋼に生じる誘導磁場を打ち消すシールド線の原理を示している。
【図１２】本発明の実施形態によるステータの内部に設けられるスロットを有するステータの上のシールド巻線、およびステータ巻線を覆うようにして戻るシールド巻線の実用的な実装形態を示す。
【図１３】本発明の実施形態によるシールド巻線を収容するために電磁鋼内に設けられるスロットを有するモータのステータの上のシールド巻線の実用的な実装形態を示す。
【図１４】本発明の実施形態による電磁鋼を含むステータの一部の概略図を示し、シールド巻線の可能な位置が指示されている。
【図１５】本発明の実施形態によるシールド巻線が開路する場合、およびシールド巻線が閉路する場合の外部電流の供給ケーブルの電力損失を含むステータの電力損失を示している。
【図１６】電磁鋼温度が、先行技術によるデバイスに関して、および本発明の実施形態によるデバイスに関して時間の関数で示される曲線を示す。
【図１７】本発明の実施形態による１つのリングを含む軸受の概略図を示す。
【図１８】本発明の実施形態による２つのリングを含む軸受の概略図を示す。
【００４６】
特許請求の範囲の参照記号は、範囲を限定するものと決して解釈されるべきではない。
異なる図面では、同じ参照記号は、同じ要素、または類似の要素を指している。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明は、特定の実施形態に関して、および特定の図面を参照して説明されるが、本発明は、特定の実施形態および特定の図面に限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載されている図面は、単なる概略図であり、限定的ではない。図面では、要素のうちのいくつかの要素のサイズは、例示目的のために誇張されていて、寸法通りには描かれていない可能性がある。寸法および相対寸法は、本発明の実施に対する実際の縮小には対応していない。
【００４８】
さらに、説明および特許請求の範囲における「ｔｏｐ（上部）」、「ｕｎｄｅｒ（下）」部などの用語は、記述目的で使用されており、必ずしも相対的な位置を記述するために使用されている訳ではない。そのように使用される用語は適切な状況では同じ意味を持ち、本明細書において説明される本発明の実施形態は、本明細書において説明または例示される以外の姿勢で動作することができることを理解されたい。
【００４９】
特許請求の範囲において使用される「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、当該用語の後ろに列挙される手段に限定されるものとして解釈されるべきではなく、他の要素またはステップを排除しないことに留意されたい。このように、当該用語は、言及される記載の特徴、整数、ステップ、またはコンポーネントの存在を指定すると解釈されるべきであるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、コンポーネント、またはこれらのグループの存在または追加を排除するものではない。このように、「手段ＡおよびＢを備えるデバイス（ａ  ｄｅｖｉｃｅ  ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  ｍｅａｎｓ  Ａ  ａｎｄ  Ｂ）」という表現の範囲は、コンポーネントＡおよびＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。これは、本発明に関して、デバイスの関連するコンポーネントがＡおよびＢのみであることを意味している。
【００５０】
本明細書を通して「１つの実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「所定の実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」への言及は、当該実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味している。このように、本明細書全体の様々な箇所における「１つの実施形態では（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「所定の実施形態では（ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」というフレーズの出現は、必ずしも全てが、同じ実施形態を指している訳ではないが、指していてもよい。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、当業者には本開示から明らかであるように、１つ以上の実施形態において、任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【００５１】
同様に、本発明の例示的な実施形態の説明では、本発明の様々な特徴が、単一の実施形態、図、または図の説明に一括してグループ化されて、本開示を簡素化し、様々な本発明の態様の１つ以上の態様を理解するのに役立つようにしていることもあることを理解されたい。しかしながら、この開示方法は、特許請求する発明が各請求項に明示的に列挙されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を示すものとして解釈されるべきではない。そうではなく、以下の特許請求の範囲が示すように、本発明の態様は、開示される前述の単一の実施形態の全ての特徴よりも少ない特徴の中にある。このように、詳細な説明に続く特許請求の範囲はこれにより、この詳細な説明に明示的に組み込まれ、各請求項は、本発明の個別の実施形態としてそれ自体が独自である。
【００５２】
さらに、本明細書において説明されるいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれるいくつかの特徴を含んで他の特徴を含まないが、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、当業者が理解しているように、本発明の範囲内にあり、異なる実施形態を形成するものとする。例えば、以下の特許請求の範囲では、特許請求する実施形態のうちいずれもが、任意の組み合わせで使用することができる。
【００５３】
本明細書において提供される説明では、多数の特定の詳細が示されている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細を用いることなく実施することができることを理解されたい。他の例では、公知の方法、構造、および技術は詳細には示されることがなく、この説明の理解が不明瞭にならないようにしている。
【００５４】
本発明の実施形態では、特定の位相を有する電流に言及する場合、電流を流す導体の位相に言及する。このようなキャリア（電子正孔対）は、例えば電磁鋼を含む構成部材の外周を通過することができる。
【００５５】
本発明の実施形態は、成膜システム用終端ユニット３００に関する。終端ユニットは、機能を実行するデバイス１００を備え、デバイスは、電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材１１０と、導電性である少なくとも１つのシールド部材１２０と、を備え、少なくとも１つのシールド部材１２０は、デバイスの機能に寄与していない隣接電流であって、電磁鋼を含む構成部材１２０に及ぼす隣接電流の影響が軽減され、この隣接電流が第１の位相を有するように構成され、第１の位相とは異なる位相を有する少なくとも１つの隣接電流の影響が大幅には軽減されないように構成される。
【００５６】
デバイスはさらに、電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材１１０に隣接する電流伝達手段１４０を含み、電流伝達手段は、電流を第１の位相に従って誘導し、電流伝達手段が終端ユニットに取り付けられると、電力をターゲットに伝達するように適合させる。
【００５７】
本発明の実施形態による例示的な終端ユニットの概略図を図１に示す。終端ユニット３００は、成膜システム内のターゲット３５０を成膜システムの外部と接続する。このような終端ユニット３００は通常、成膜システムの一部として取り付け可能である。終端ユニットの一部では、圧力は成膜システム内よりも高くなり得る。この圧力は、例えば大気圧に近い圧力となり得る。ターゲットと一緒に取り外すことができる部品、または取り外し可能な磁石構成部は通常、終端ユニットの一部とは考えられない。
【００５８】
終端ユニット３００の主な機能は、ターゲットを支持することであり、場合によってはターゲットを回転させることでもある。
【００５９】
本発明の実施形態による終端ユニットは、電力をターゲットに、ターゲットが終端ユニットに取り付けられると伝達する伝達手段を備えている。これにより、電力を終端ユニットの静止部品３６０から終端ユニットの回転部品３１０に伝達することができる。図１の例では、これは、ブラシ３３０を介して行われる。モータの中心軸は、例えば伝達手段の一部とすることができ、電流をターゲットの方に流すために使用することができる。図１の例では、ロータ３１０は、電流をターゲット３５０に流す伝達手段の一部として使用される。この図は、ロータの磁石構成部３２４、ステータ３２０、ステータ３２０の周りのシールド巻線１２０、およびハウジング３４０をさらに示している。
【００６０】
図２は、図１の終端ユニットと同じ終端ユニットの概略図を示している。この図では、電流伝達手段１４０は破線で示されている。電流伝達手段は、終端ユニットの静止部品３６０、ブラシ３３０、およびターゲット３５０に接続される回転部品３１０を含む。図２は、電流ループを閉じる配線方式をさらに示している。（ユニポーラ）電流伝達部は閉回路を、電磁鋼を含む構成部材の周りに形成する。
【００６１】
本発明の実施形態の利点は、終端ユニット３００のモータが、伝達手段（例えば、モータの軸）の交流電流から生じる寄与しない交流磁場により電流がシールド巻線内を流れるようになるように構成されるシールド巻線１２０を含むことである。これにより、ロータ内の電磁鋼の加熱が低減される。これは特に、電流を伝達してモータ軸３１０内を流れるようにする場合に当てはまる。
【００６２】
図１に示す終端ユニットの構成では、同じシールド部材を構成部材３２４に適用してロータの磁石構成部を保持することができることに留意されたい。同じ損失および加熱現象がこの部品にも当てはまる可能性があり、シールド部材は、ロータの機能に大きな影響を与えない状態で外部電位電流を遮断する効果的な方法である。モータのロータの周りのこのようなシールド部材は図５にも示されている。
【００６３】
本発明の実施形態では、終端ユニットは、例えばＰＶＤソース終端ユニットとすることができる。ターゲットのＰＶＤ成膜は、大量の熱をターゲット表面に生じさせる可能性があるので、この表面を冷却する必要がある。これは通常、水を任意の他の適切な冷媒に用いることにより行われる。したがって、本発明の実施形態では、終端ユニットは、冷媒を誘導する手段と、冷却液を密閉するシール材とを含むことができる。
【００６４】
終端ユニット３００は、軸受手段を含むことができる。これらは、例えばターゲットがターゲットの軸を中心に回転している状態でターゲットを支持することができる。ターゲット３５０に向かう電流がモータの軸から流れる場合、この電流はまた、軸受の中心を通過し、軸受の電磁鋼の加熱を引き起こす可能性がある。当該場合では、これらの終端ユニットが本発明の実施形態による軸受を含んでいることが有利である。
【００６５】
本発明の実施形態では、終端ユニットはさらに、磁石または一連の磁石をターゲット３５０内に位置決めする手段を含むことができる。これらは、磁石または一連の磁石を支持する軸受手段および／または回転運動を生成する駆動手段とすることができる。
【００６６】
終端ユニットはまた、封止手段を含むことができる。したがって、動的シール部は通常、シール部の円筒形状を維持する金属リングを含む。
【００６７】
本発明の実施形態では、例えば図１および図２の例示的な終端ユニットでは、終端ユニットは、ユニポーラ電流が電磁鋼を含む構成部材内を流れるようにする電流伝達手段を含む。後出の構成部材は、回転運動を終端ユニットに接続されるターゲットに（または、磁気バーに）加えるために使用される。この電流伝達手段は、デバイス１００から（例えば、モータ、軸受、または支持構造から）電気的に絶縁されて、電流がユニポーラ電流として電磁鋼を含む構成部材内を強制的に流れるようにする。
【００６８】
ユニポーラ電流が電磁鋼を含む構成部材内を流れるので、このユニポーラ電流は磁化電流として作用し、磁気誘導を電磁鋼の内部に生じさせる。この環状磁束は、必ずしも機能的に挙動する回転構成部材の磁気位相に干渉する訳ではないが、いくつかの大きな効果をもたらす。
−このユニポーラ電流の振幅は非常に大きくなり得て、回転構成部材のアクティブ電流よりも１振幅分または２振幅分大きくなり得る。これにより、磁性鋼をほとんど飽和させる磁化電流が生じる可能性がある。
−終端ユニット内のユニポーラ電流の周波数成分は、例えば１０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの中周波数範囲とすることができ、寄与する磁場を生成する電流の周波数とは大きく異なり得る。これらの電流は、例えば５〜１００Ｈｚの周波数範囲とすることができる。磁性鋼の損失特性は、５０〜１００Ｈｚの周波数範囲で最適化されるが、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数にはほとんど適していない。また、この種類の材料が存在しない、または非常に高価であるので、１０〜１００ｋＨｚの周波数に適する電磁鋼を選択することは可能ではない。したがって、実際には、大きな磁気損失が電磁鋼の内部で発生し、これにより、終端ユニットの大きな熱問題が発生する。
【００６９】
これは、本発明の実施形態による終端ユニットの電流伝達手段により生成される誘導磁束を緩和するシールド部材（例えば、シールド巻線）が、伝達電流の性質に基づいて設計されることが好ましいことを意味している。電流伝達手段内の電流により生成される磁場を打ち消す磁場を生成するために、シールド巻線のアクティブ部分は、ステータの非対称性により生成される非対称磁場を緩和するために必要な厚さよりも厚くすることができる。１０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの中周波数範囲では、高周波Ｌｉｔｚｅ（リッツ）線を使用してワイヤのＡＣ抵抗を下げる必要がある場合がある。ＡＣ抵抗が小さくなると、シールド部材の電圧降下が小さくなる（例えば、巻線）。合計電圧降下（誘導電流とＡＣ抵抗の積）は、電磁鋼の内部の損失を小さく抑えるために１．０Ｖ以下であることが好ましい。これは、結果として生じる電圧降下が、電磁鋼の内部で生成される環状磁束に対応するので有利である。好ましくは、シールド部材（例えば、巻線）は、漏れ磁束が少ない状態で実現される。
【００７０】
本発明の実施形態では、シールド部材は、隣接変化電流（第１の位相を有する）が印加されて、デバイスの機能に寄与していない、寄与しない変化磁場が電磁鋼内を貫通するようになる場合に、この寄与しない変化磁場により、正味の磁束がシールド部材内を貫通するようになり、この隣接変化電流により、電流が少なくとも１つのシールド部材内を流れるようになって寄与しない磁場を打ち消すように構成される。隣接変化電流は、第１の位相を有する隣接電流伝達手段により流れるようにすることができる。
【００７１】
本発明の実施形態では、シールド部材はシールド巻線である。シールド巻線は、例えばシングルワイヤ（任意の形状である）、織布ケーブル、不織布ケーブル、またはＬｉｔｚｅ（リッツ）ケーブルとすることができる。
【００７２】
本発明の実施形態では、隣接電流伝達手段は、電磁鋼を含む構成部材に隣接させることができる、または隣接電流伝達手段は、電磁鋼を含む構成部材内を貫通して延びることができる。
【００７３】
したがって、電磁鋼は鉄合金である。電磁鋼を調整して、サイクル当たりの電力損失を低くする小さなヒステリシス領域のような特定の磁気特性を生成することができる。電磁鋼は、フェライト、ラミネーション、高透磁率材料のような他の材料を含むことができる。
【００７４】
本発明の実施形態では、電力損失は、交流磁束密度が寄与しないことにより生じる可能性があり、シールド巻線がない状況と比較してこの磁束密度を低減することにより低減される。
【００７５】
本発明の実施形態では、寄与しない磁場は、デバイスの有効動作に寄与しないようにした外部電流により生じさせることができる。電流は、例えば電流導通導体１４０の上を流れることができる。電流導通導体は、電磁鋼構成部材の近くにあってもよい。これは、電流導通導体が電磁鋼構成部材の隣にあってもよい、または電流導通導体が、電磁鋼構成部材で取り囲まれていてもよいことを意味している。
【００７６】
このような電流導通導体が電磁鋼の中空円筒で取り囲まれる場合、これにより損失が生じる。電磁鋼の内部の損失には２つの主要項がある。電磁鋼を構成する部材の厚さ、および磁性鋼の導電率に起因するヒステリシス損失および渦電流損失である（ラミネーション厚さを参照）。
【数１】
2021501269.tif 000003
【００７７】
式中、ｆは磁場変化周波数であり、Ｂは磁束密度である。これは、デバイスの有効動作に寄与しない外部電流が原因である可能性がある。Ｂは、電磁鋼の非飽和動作領域の電流に比例するので、損失は電流の平方に比例する。
【００７８】
商用電磁鋼は、５０または６０Ｈｚでの所定の磁束密度に関する単なる１損失数［Ｗ／ｋｇ］により定義される。これにより、ずっと高い周波数または一連の高い周波数の組み合わせにおける電磁鋼の周波数特性を外挿することが難しくなる。
【００７９】
本発明の実施形態では、磁場は、電磁鋼を含む構成部材の一方の側から他方の側に供給され、電磁鋼が、デバイスの有効動作に寄与しないようにした外部電流に関して存在しないかのような効果をもたらす。
【００８０】
本発明の実施形態では、電磁鋼を含む少なくとも１つの構成部材１１０は、デバイス１００を動作させる、寄与する磁場を誘導するように適合させる。これは、例えば変圧器またはモータにも当てはまることができる。少なくとも１つのシールド巻線は、シールド巻線内を貫通する正味の積分磁束が、寄与する磁場からほとんど発生しないように位置決めされる。本発明の実施形態では、寄与しない電位磁場は、寄与する磁場とは異なる磁束磁路を有する。
【００８１】
本発明の実施形態では、少なくとも１つのシールド巻線は短絡させることができる、または少なくとも１つのシールド巻線は、インピーダンスを負荷とすることができる。これは、例えば抵抗、静電容量、インダクタンス、またはこれらの素子の組み合わせとすることができる。
【００８２】
本発明の実施形態では、デバイス１００はモータである。このようなモータは、例えばＤＣモータ、ＡＣモータ、サーボモータ、ステッピングモータ、ブラシレスＤＣモータ、リラクタンスモータ、トルクモータとすることができる。
【００８３】
本発明の実施形態による、外部ロータ１５０を有するこのようなモータの概略図が図３に示されている。この図は、電磁鋼（電磁鋼はステータに対応する）を含む構成部材１１０、およびステータの周りにトロイダル状に巻回された少なくとも１つのシールド線１２０を示している。この例では、シールド線１２０は、ステータの歯１３０の間に巻回される。モータを動作させるモータ巻線１３２は、ステータの歯１３０の周りに巻回される。図３はまた、別の電気回路の外部電位電流の電流伝達手段として使用することができる中心軸１４０を示している。この外部電流は、モータの有用な動作には全く関係していないが、この電流経路は、幾何学的および技術的な理由により、優先的に使用される。ロータ１５０は、モータ内のロータの位置を示すために概略的にしか描かれていない。（モータ内にある場合）永久磁石は、例えばこの図と次の図には示されていない。
【００８４】
同様の実施形態は、ロータ１５０が図２のステータ１１０の内側にある状態に見出すことができる。また、当該場合では、導体１４０は、外部電位電流を流す導電手段として使用されるロータの内部に存在することができる。この導電経路は、ロータの外側表面とすることもできる。ロータ自体は、電磁鋼を含む構成部材とすることができ、シールド部材１２０は、変化電流が隣接電流伝達手段１４０内を流れることにより、電流がシールド部材１２０内を流れるようになって、磁場が寄与しない磁場を打ち消すように構成することができる。これは図５に示され、シールド部材は、ロータ１５０の周りにトロイダル状に巻回されたシールド巻線１２０である。
【００８５】
図３〜図５の例では、電磁鋼の不所望な磁化電流として作用する、導体１４０内を流れる可能性のある外部電流は、外部電流がユニポーラ電流であるような種類のものである。これは、電磁鋼の内周部内の電流密度（図６に示す）の面積分が非ゼロとなることを意味している。
【数２】
2021501269.tif 000004
【００８６】
したがって、これらの例では、電流はユニポーラ特性を持つ。この合計面積分がゼロに等しい場合、これは、等量の電流が電磁鋼の周辺の内部に逆流するからである。これはしたがって、実際には、引込用導体および戻り導体を持つ２導体系である。
【００８７】
電磁鋼の内周部内を流れるユニポーラ電位電流を取り扱う場合、戻り電流は、電磁鋼の外周部の外部に物理的に位置し、ほとんどの場合、電磁鋼を含む電磁デバイスの外部に位置する。
【００８８】
アンペアの法則によれば、電磁鋼の内部の閉曲線に関する磁場の線積分は、電磁鋼内面の周辺内を流れる外部電位電流の合計電流密度に関連する（図６）。
【数３】
2021501269.tif 000005
【００８９】
ユニポーラ電流を取り扱う場合、磁場Ｈの線積分は、磁性鋼の内部ではゼロではないので、材料の磁気特性に関しては、磁束密度は、材料の透磁率μｒに関連して発生する（磁束密度は、表記μｒ（Ｈ）を使用することにより表わされる飽和効果を示すことができる）
【数４】
2021501269.tif 000006
【００９０】
発生する磁束密度Ｂｓｔｅｅｌは、全ての強磁性材料のデータシートに見出すことができるように、ヒステリシス損失および渦電流損失による電磁鋼の内部の余分な損失の原因となる。外部電位電流の周波数成分は、当該周波数成分が、使用する電磁鋼のタイプにとって好ましくないような種類のものとすることができる。ほとんどの場合、電磁鋼のタイプは、モータの動作周波数およびモータの空隙（ステータ歯とロータ電磁鋼との間、またはロータにある場合の永久磁石との間に位置する）内の磁束密度のレベルに基づいて選択される。寄与しない磁場の周波数成分は、モータ内のトルク発生に伴って発生する磁束密度の周波数成分と大きく異なり得る。また、これは、電磁鋼の特性にとって非常に好ましくないものとなり得る。
【００９１】
モータの例では、外部ユニポーラ電位電流により発生する磁束密度は普通、磁束がステータとロータ構造との間の空隙を横切ることがないような種類であることに留意されたい。磁束は、モータ動作に使用される磁場に直接干渉することはない。しかしながら間接的に、磁束は、飽和をステータ鋼の一部に与えることができ、任意の実用的な磁性鋼の全体透磁率μｒを低減することができるので、これは、ステータ巻線により発生する磁束密度に影響を及ぼすことができ、モータトルクを低減することができる。さらに、外部電位電流により発生する余分の損失により、電磁鋼の温度が上昇し、普通、これにより鋼の透磁率が低減し、結果的に、所定のステータ電流に関するモータのトルクが低減する。
【００９２】
（ユニポーラ）外部電位電流は、直流（ＤＣ成分）および交流成分（ＡＣ成分）の組み合わせとすることができ、外部回路の適用の性質に関連するスペクトル成分の振幅を示す。発生する磁束密度の周波数はゼロヘルツに等しいので、外部電位電流のＤＣ成分は、ヒステリシス損失および渦電流損失をモータの電磁鋼の内部に生じることがない。間接的に、ＤＣ成分は、磁場を電磁鋼の内部に生成し、この磁場が、当該磁気構造の内部のステータ巻線で生成される磁場に重畳する。その結果、磁束密度のより高い値が局所位置で得られる可能性があり、寄与する磁束および寄与しない磁束が等磁路を共有して、電磁鋼の磁気特性の効率的な使用が少なくなることにより、より大きな損失が、モータ磁場の常に交互に切り替わる動きと組み合わされて発生する。
【００９３】
図７に示すように、９０ｍｍの内径を有するステータを備えるモータの実用試験から、実効モータトルクの減少が判明した。軸方向電流が中程度である場合、このトルク減少は許容可能であり、トルク減少は、より大きな設計モータトルクを供給することにより補正することができる。したがって、多くの状況では、モータ動作に関する磁場に寄与しない中程度の外部ＤＣ電流が流れても、大きな問題を示すことがない。
【００９４】
大きな外部ＤＣ電位電流が流れることができる場合、いくつかの技法を適用して電磁鋼の内部のＨ磁場を低減する必要がある。これにより、このＨ磁場の交流成分も自動的に減少するので、この大容積の材料の内部の磁気損失の減少をもたらすことができることに留意されたい。磁場のこの減少は、いくつかの方法で実現することができる。
−外部電位電流の磁場に関して、より低い値の異方性透磁率を有する磁性鋼の内部のより好ましくない方向を使用するような異方性を持つ電磁鋼の使用。電磁鋼の配向は、当該配向が、モータ動作に関連する磁束密度を優先するような種類とする必要がある。当然のことながら、モータ磁場および外部電位電流により生成される磁場が、両方の磁場が同じ方向を有するような種類である箇所では、改善は、大容積の電磁鋼の内部のこれらの箇所では達成することができない。
−  電磁鋼の内部の外部印加電流の磁束磁路に「空隙」を導入することにより余分な磁気リラクタンスを作り出して、外部電位電流の効果により発生する外部磁束密度を低減することができるが、モータ動作の磁束磁路との干渉をほんの僅か低く抑えることを示している。このような空隙（６１０）は、例えば図８のモータの概略図に示されている。これは、外部電流により発生する磁束密度のＡＣ成分を低減する効果的な方法でもあるので、電磁鋼の内部の損失を低減するのに役立つ。
−外部電位電流により発生する磁束密度のＡＣ成分に特に大きな影響を及ぼす余分な磁気リラクタンスを作り出す。これは、非磁性導電材料を分割プロセスにおいて付加されるリラクタンスの「ａｉｒｇａｐ（空隙）」の内部に付加することにより実現することができる。付加された空隙の内部のシールド用導体の厚さは、外部電位電流の所定の周波数成分に関する表層の厚さの少なくとも数倍とする必要がある（図８、例えば絶縁された中実銅導体で満たされたスリット）。
【００９５】
磁気リラクタンス力をステータの連続コアの内部に付加することは、電磁鋼の内周部を横切る外部ユニポーラ電位電流により発生する磁束密度を低減する効果的な手段である。これは、空隙を電磁鋼の内部の磁束磁路に付加したときに得られる方程式から確認することができる。
【００９６】
合計平均外周Ｌ（図９）を有する電磁鋼の外周部について考える。この回路の内部に付加される合計空隙（６１０）が長さδＴＯＴを有する場合、したがって中心導体に電流Ｉ０が流れる場合、磁束密度は以下の通りに記述することができる。
【数５】
2021501269.tif 000007
【００９７】
したがって実際には、リラクタンスにより付加される物理的な空隙がδｔｏｔに等しい場合、磁場空隙はμｒδｔｏｔに等しく、μｒは、実材料に関する大きい数値である。その結果、これにより、外部電位電流により発生する寄与しない磁束密度が大幅に低減するので、これは、電磁鋼の損失の大幅な低減を意味している。したがって、リラクタンスをステータ（または、ロータ）の連続構造に付加することは、電磁鋼の内周部を貫通する外部電位電流により発生する損失の問題を低減するための解決策である。図８に示す例に関して、外部電流により発生する電磁鋼の磁束密度が、所定の外部電流値の場合に１．４８Ｔの値に達したことが判明した。１個のスリットの幅である１ｍｍの幅をこのステータコアに導入してステータコアを完全に切断した場合（図８）、磁束密度が０．７Ｔに低下し、これは、磁束密度の５０％を超える低減に相当するので、交流電流の場合のステータの磁気損失の７５％の低減に相当する。
【００９８】
磁気リラクタンス力は、ステータの電磁鋼に、（導電性とすることができるが、電磁鋼が導電性である場合に電磁鋼から絶縁される必要がある非磁性材料で満たされる）少なくとも１つの「空隙（ａｉｒｇａｐ）」またはスリットを導入することにより付加することができる。電磁鋼のコアの完全な切り離し（図８）は、ステータの機械的剛性を損なう可能性があるので、部分的にスリットを形成して同じ効果を生み出すことができる（図１０）。代替として、電磁鋼がラミネーション積層組み付け体からなる場合、電磁鋼は、スリットが多数のラミネーションに対して同じ位置に配置されるように積層することができ、次に引き続き積層してスリット位置を別の位置にまで回転させることができる。このプロセスは数回行うことができる。全てが固定されて一体になると、かなり大きな機械的剛性が得られる。
【００９９】
リラクタンスを、空隙スリットをステータ構造の内部に導入することにより付加することの１つの不具合は、空隙スリットが、ステータ構造全体、したがって電磁デバイス全体の構造特性および機械特性に影響を及ぼすことである。電磁鋼の作製が、より困難になるので、より高価になる。また、ほとんどの場合、磁性鋼の内部に外部電位電流により発生する磁束密度の低減は、ＤＣ電流には十分である可能性があるが、磁場のＡＣ成分には不十分である可能性があり、最後には結局のところ、磁気損失が大きくなりすぎる。
【０１００】
この問題の別の解決策は、ファラデーケージ（Ｆａｒａｄａｙ  ｃａｇｅ）の原理と同様に、電磁鋼を含む部品の周りに大規模なシールドを施すことによる物理的な接地に見出すことができる。シールド材料の厚さは、交流の外部電位電流の周波数成分により決定される表面電流の表層深さの少なくとも３倍とする必要がある。当該状況では、交流磁場は密閉シールド体の内部に見出されないので、損失が電磁鋼に生じないことになる。外部電位電流は、シールドされた電磁鋼内をユニポーラ電流として通過することができることに留意されたい。当該場合では、ドーナツ状の穴をシールド体に設ける必要があり、ユニポーラ電流が流れる導体がシールド体内を通過することができるようになり、後出のシールド体は密閉構造を形成したままとなる。外部戻り電流は、シールド構造の外部の導体に見出される。
【０１０１】
ファラデーケージを使用して電磁鋼を保護すると、実際には、例えば機械アクチュエータとして機能する電磁デバイスを取り扱う場合に、いくつかの大きな問題を示す。
−交互に切り替わる性質を持つモータの寄与する磁場は、エンベロープファラデーシールド（ｅｎｖｅｌｏｐｉｎｇ  Ｆａｒａｄａｙ  ｓｈｉｅｌｄ）により軽減される必要がない。したがって、ステータとロータとの間の磁場は、シールド構造を貫通することができない。これは、シールド体がステータおよびロータ構造の両方を取り囲んで、寄与する磁場による磁束の積分変化をシールドの表面全体に見出すことができないことを意味している。
−モータのロータにより生成される機械的動力は、エンベロープシールドの外部に伝達される必要がある。これは、機械的なフィードスルーをシールド構造に設けて、電気的導通の不連続をシールド表面に与えることによってのみ実現することができる。ほとんどの場合、これによりシールド効果が大幅に失われる。この問題は、シールドの固定部分との連続する電気的接続を有する可動部分を設けることにより、例えばブラシまたは摺動接触部品の使用を行うことにより解決することができる。
【０１０２】
モータの周りに密閉ファラデーケージを実用的に実装することは、実際には費用がかかり、機械的なモータ動力の機械的なフィードスルーに起因する多くの技術的な問題を示す。ファラデーシールドの性質も非常に広い範囲にわたっている。ファラデーシールドは、シールド構造の内部の電磁鋼からのあらゆる外部電流の流れをシールドする。実際、シールド体は、寄与しない外部電位電流を流す導体の特定の位相に関してのみ効果的であることが好ましい。
【０１０３】
したがって、本発明の実施形態では、シールド部材は、シールド部材が、寄与しない磁場を打ち消すだけであるが、モータの寄与する磁場に影響を及ぼさないように構成される。このようにして、シールド部材は、ステータの固定部品およびロータの固定部品にのみ限定することができ、ファラデーシールド体の機械的なフィードスルーの問題を解消することができる。
【０１０４】
本発明の実施形態では、デバイスはモータであり、電流伝達手段は、外部デバイスに伝達するための電流を流すように適合させたモータの中心軸に沿った導体である。この電流の変化する（例えば、交互に切り替わる）部分は、不所望な過剰な磁気損失（ヒステリシス損失および渦電流損失）を電磁鋼の内部に生じるという特性を有する。
【０１０５】
本発明の実施形態では、少なくとも１つのシールド部材（例えば、巻線）は、シールド部材が、正常なモータ動作の磁場を打ち消すことがないように適用される（したがって、モータ巻線は電圧を、この少なくとも１つのシールド巻線内に誘導しない）が、中心軸方向電流成分により生成される磁場に反作用する。本発明の実施形態では、少なくとも１つのシールド巻線は短絡されており、当然なことながら、磁場を形成して磁束密度を外部電位電流により発生させることができない。実際には、この交互に切り替わる寄与しない磁場は、少なくとも１つのシールド巻線が存在するので大幅に低減し、これにより、電磁鋼の内部の磁気損失は、この磁気損失が磁束密度の平方に比例するので大幅に低下する。
【０１０６】
シールド線の総巻数はＮｓに等しく、外部電位電流が値Ｉ０を有する場合、実際には、シールド線の電流Ｉｓは、印加外部電流Ｉ０を相殺する（図１１を参照）。
【数６】
2021501269.tif 000008
【０１０７】
しかしながら、当該種類の電流Ｉｓの符号は、当該電流Ｉｓが外部電流Ｉ０を打ち消すような符号である。外部電流およびシールド巻線が存在する場合、アンペアの法則を適用して電磁鋼のＨ磁場を計算すると以下の通りとなる。
【数７】
2021501269.tif 000009
【０１０８】
実際には、電圧降下がシールド巻線に起こるので、Ｈｓｔｅｅｌはゼロになることがない。外部電位電流により最後に発生する所定の値の磁束密度が電磁鋼に発生するので、この電圧降下が自ずと起こる。
【０１０９】
シールド巻線のこの電圧降下を決定する要素は以下の通りである。
−抵抗性の電圧降下が、プイエ（Ｐｏｕｉｌｌｅｔ）の法則に従ってシールド巻線の抵抗に起こる。この電圧降下は、シールド線の電流Ｉｓおよび配線抵抗に直接関連している。
−外部電位電流の性質は交流電流であるので、したがって、シールド電流Ｉｓも同じ交互に切り替わる性質を有し、表皮効果が巻線材料に現われる可能性があり、シールド線の実効抵抗は、電流の流れが中実ワイヤ部材の外周に閉じ込められるので増加する。表皮効果は、文献および技術報告書に非常に詳しく説明されている。シールド線がいくつかのワイヤからなる場合、近接効果も現われる。
−シールド線電流Ｉｓは、実際には、磁束密度をシールド線の物理的な位置の周りの空気の一部にさらに発生させる。これは、鉄鋼の磁束密度とは関係のない所定の誘導エネルギーが巻線に蓄積されることを意味している。これは、文献では漏れ磁束として良く知られている。シールド巻線の電流の交互に切り替わる性質から、この漏れ磁束が現われることにより電圧降下が起こる。
【０１１０】
外部電位電流により発生する磁束密度は、寄生電圧降下がこの巻線に起こってシールド巻線により完全には抑制されないので、所定の小さな損失が依然として電磁鋼に生じる。
【０１１１】
本発明の実施形態では、少なくとも１つのシールド線は、電気インピーダンスを負荷とすることができる。これは、キャパシタ、インダクタ、抵抗の並列組み合わせ、または直列組み合わせである。例えば、シールド線の漏れインダクタンスの影響は、直列キャパシタをシールド巻線に付加することにより補正することができ、直列キャパシタは、外部電位電流の動作周波数に調整される。これにより、シールド線の電圧降下を小さくすることができるので、外部電流により発生する損失を小さくすることができる。
【０１１２】
本発明の実施形態では、シールド巻線のタイプは、印加されることになる外部電位電流の周波数成分に基づいて選択することができる。非常に低い周波数では、非常に低いオーム抵抗を有する太い中実ワイヤを使用することができる。中域周波数範囲および高域周波数範囲では、大きい表面積を有し、表皮効果の影響がほとんどない編組線またはリッツ線を使用することができる。
【０１１３】
本発明の実施形態では（例えば、モータでは）、巻線を適用して巻線に流れる（例えば、中心導体内を流れる）外部磁化電位電流を、所定の種類のトロイダル巻線をコアの周りに使用することにより打ち消す。ここで、「所定の種類の」とは、巻線が電磁鋼を含む構成部材の特定の位置にぴったり収まるように巻線のトロイダル形状から巻線を調整することができることを指している。巻線は、例えばステータの歯と歯の間に位置決めされてもよい。
【０１１４】
図１２に示す例示的な実施形態では、シールド巻線は、ステータの内面の上を通過し、次にステータのスロットを超えて外部に戻る。図１２は、この例ではステータである電磁鋼を含む構成部材１１０、スロット内にステータ巻線１３２を有するスロット１３４、およびシールド巻線１２０を示している。
【０１１５】
本発明の実施形態では、シールド線の漏れインダクタンスを低減するために、余分のスロット１３５をステータの内部に設けることができる（図１２および図１３）。漏れ磁束のさらなる低減は、余分のスロット１３６を、（図１３に示す）巻線スロット１３４の下のステータの外部に設けることにより実現することができる。勿論、余分のスロットをステータに追加すると、電磁鋼の実効磁界領域が減少するが、余分のスロットは、シールド巻線が明確な位置に配置されるので、製造上の利点を与えることができる。スロットまたは凹部とは別に、穴を使用することもできる。
【０１１６】
３相モータの例では、ステータに供給される３相電流の合計は絶えず０Ａに等しい。実際には、これは、３相電流により生成される磁場の合計がゼロになることを意味している。したがって、全トロイダルシールド巻線がステータの上を通って全てのスロット内を通過するように適用される場合、動作磁場から発生してシールド巻線内を貫通する正味の磁束は実質的にゼロである。したがって、シールド巻線はモータ巻線と相互誘導することがない。
【０１１７】
図１４は、電磁鋼を含むステータの一部の概略図であり、シールド巻線の可能な位置が指示されている。この例では、スロットは参照番号１、２、３、４で指示されている。この例では、交差巻線が、スロット１およびスロット２のシールド巻線が互いに接続される箇所で結線される。本発明の実施形態では、シールド巻線は、３つ、または４つ、もしくは４つよりも多くのスロットまで延ばすことができる。本発明の実施形態では、（シールド巻線の巻数を含む）位置は、モータを動作させるための電流パターンに基づいて決定してモータ電流との相互誘導を防止することができる。したがって、シールド巻線は、シールド巻線内を貫通する正味の磁束が、寄与する磁場からほとんど発生しないように位置決めされる必要がある。
【０１１８】
交差巻線がスロット１および２の上を通って結線される場合、電流は、スロット１および２について積分された合計電流が全ての状態でゼロに等しくなると誘導されない。本発明の実施形態では、トロイダル巻線は、ステータの２つ以上のスロットを、または全てのスロットをも取り囲む複数の巻線を含むことができる。シールド巻線で覆われている全てのスロットの電流の合計がゼロに等しい場合、正味の磁束は、シールド体にほとんど生成されない。したがって、モータ動作は、シールド巻線の存在の影響を受けることがない。
【０１１９】
一連の隣接スロットを見出すことができ、その後、巻線に流れる電流を合計するとゼロアンペアになる場合、シールド巻線を局所的に適用してこれらのスロットを覆うことができる。同じアプローチを残りのステータスロットに関しても続けることができる。したがって、これは、１本のトロイダル巻線を、ステータの限定部分を覆う一連の個々のトロイダル巻線に常に置き換えることができることを意味している。しかしながら、これらのシールド巻線の各シールド巻線は、閉ループとする必要がある。本発明の実施形態では、ワイヤを短絡させるか、または負荷インピーダンスを付加する（シールド線の挙動を向上させる）。本発明の例示的な実施形態では、シールド巻線の始点と終点との間の戻り導体が比較的短いので、１本のシールド線を使用することがより容易である。
【０１２０】
シールド巻線の効果は、電磁鋼自体の磁気損失を低減することに限定されない。さらに、エネルギーは、磁場がデバイスのモータ動作に寄与しないので、電磁鋼にほとんど蓄積されない。シールド巻線が短絡しているので、（意図的に小さく抑制されるシールド巻線の電圧降下に従って）外部交流電位電流により発生するステータ磁束は小さい。したがって、これにより、磁気エネルギー蓄積が小さくなり、外部電流を含む回路から見たときの物理的効果は、漏れ誘導電流が小さくなることである。変化（例えば、交流）電流を取り扱う場合、これは、電磁鋼の周辺部内を貫通する導体の電圧降下も小さいままであることを意味している。
【０１２１】
シールド巻線の別の利点は、このシールド巻線を、外部ＤＣ電位電流が流れる影響を遮断するために使用することもできることである。レンツの法則に従って電圧がシールド巻線に誘導されるということがないので、外部ＤＣ電流（Ｉｄｃ）の流れは、シールド巻線に影響を与えることがない。しかしながら、外部手段により、ＤＣ電流Ｉｓｄｃをシールド巻線に注入することが可能である。Ｉｓｄｃの値および符号が選択される場合、以下のようになる。
【数８】
2021501269.tif 000010
したがって、寄与しないＤＣ磁化磁場は電磁鋼に生じない。したがって、電磁鋼の磁化による影響および材料のさらなる磁化飽和は、外部ＤＣ電流をシールド巻線に印加することにより防止される。シールド線の抵抗はＤＣ電流の場合に低いので、相殺電流Ｉｓｄｃの供給は、さほど多くのエネルギーを必要とせず、外部ＤＣ電位電流の寄与しない磁場を打ち消す手段であると考えることができる。本発明の実施形態によるデバイスは、このような電流を生成するコントローラを備えることができる。
【０１２２】
図１５は、シールド線がアクティブになっている場合（２１０）、およびアクティブになっていない場合（２２０）（単に、シールド線回路を開路することにより）のステータの損失を示している。入力電流は５〜１６０Ａの範囲で流れ、４０ｋＨｚの周波数を持っていた。図から分かるように、シールド線がアクティブになっている場合、損失が大幅に低減する。
【０１２３】
図１６では、アクティブシールド線回路（短絡シールド巻線）と非アクティブシールド線回路（開路シールド巻線）の差異が示されている。図１６は、電磁鋼の温度が時間の関数で示される曲線を示している。この曲線は、１５０Ａの軸方向交流電流を印加したときに得られる。最初の半時間で、シールド巻線が開路して、電磁鋼の温度が急激に上昇することを示した。ほぼ８０°Ｃの温度に達したときに、実験を中止してステータ巻線が過熱しないようにした。次に、シールド巻線が短絡される。冷却期間の後、１５０Ａの軸方向交流電流を再び印加する。この時点で、短絡したシールド線は、電磁鋼に軸方向電流が流入することにより発生する磁束密度を打ち消すことになる。電磁鋼の低く抑えられた温度上昇は、この時点の軸方向導体のジュール損失に起因する。
【０１２４】
本発明の実施形態では、デバイスは軸受であり、電磁鋼を含む構成部材は軸受のリングに対応する。これらの例は、図１７および図１８に概略的に示されている。図１７は、１つのリングを備える軸受を示しており、リングは、電磁鋼を含む構成部材１１０に対応する。シールド巻線１２０はリングの周りに環状に巻回される。本発明のこの例示的な実施形態では、シールド巻線はリング内に沈められて、シールド巻線がリングの回転を妨げることができないようにしている。図１８では、２つの同心リング１１０を備える軸受が示されており、シールド巻線１２０はリングの各リングの周りにトロイダル状に巻回される。各巻線は、当該巻線の対応するリングの内部に沈めて取り付けられる。交流電流が中心導体内を流れることによりリング内に生じる磁場は、シールド巻線を設けることにより相殺される。軸受は、特定の用途に適するように選択することができ、これらに限定されないが、ボール軸受、ローラ軸受、平面軸受、アキシャル軸受、またはこの技術分野で知られているいずれかのタイプのような既知の任意のタイプとすることができる。
【図１】
2021501269.tif 000011
【図２】
2021501269.tif 000012
【図３】
2021501269.tif 000013
【図４】
2021501269.tif 000014
【図５】
2021501269.tif 000015
【図６】
2021501269.tif 000016
【図７】
2021501269.tif 000017
【図８】
2021501269.tif 000018
【図９】
2021501269.tif 000019
【図１０】
2021501269.tif 000020
【図１１】
2021501269.tif 000021
【図１２】
2021501269.tif 000022
【図１３】
2021501269.tif 000023
【図１４】
2021501269.tif 000024
【図１５】
2021501269.tif 000025
【図１６】
2021501269.tif 000026
【図１７】
2021501269.tif 000027
【図１８】
2021501269.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月30日(2020.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
堆積システム用終端ユニット（３００）であって、前記終端ユニットは、ある機能を実行するデバイス（１００）を備え、前記デバイスは、
電気鋼を含む少なくとも１つの構成部材（１１０）を備え、
前記デバイスは、ステータ（３２０）およびロータ（３１０）を備える電動モータであり、前記ステータ（３２０）および／または前記ロータ（３１０）は、電気鋼を含む前記少なくとも１つの構成部材（１１０）に対応し、前記モータは、電流を前記モータに印加することができることにより寄与する磁場が生じるようになり、トルク力が前記ステータと前記ロータとの間に発生して前記モータで前記ターゲット（３５０）を、取り付けると回転させることができるように構成され、
前記デバイス（１００）は、電気鋼を含む前記少なくとも１つの構成部材（１１０）に隣接する電流給電手段（１４０）を備え、前記電流給電手段は、電流を第１の位相に従って誘導し、電力をターゲットに、前記ターゲットを前記終端ユニットに取り付けると給電するように適合させ、
前記デバイスは、少なくとも１つの導電性シールド部材（１２０）を備え、前記少なくとも１つの導電性シールド部材は、
前記第１の位相を有する隣接電流が印加される場合、前記デバイスの前記機能に寄与していない隣接電流であって、電気鋼を含む前記構成部材（１１０）に及ぼす前記隣接電流の影響が、電流が前記シールド部材（１２０）内を流れて打ち消し、磁場が前記シールド部材に生じることにより軽減されるように構成されることを特徴とする、終端ユニット（３００）。
【請求項２】
前記シールド部材は、
隣接変化電流を印加すると、前記デバイスの前記機能に寄与しない、寄与しない変化磁場が前記電気鋼内を貫通するようになり、
この寄与しない隣接変化磁場により、正味の磁束が前記シールド部材内を貫通するようになり、
この隣接変化電流により、電流が前記少なくとも１つのシールド部材内を流れるようになって、前記寄与しない磁場を打ち消す磁場が、電気鋼を含む前記少なくとも１つの構成部材（１１０）に生じるようになるように構成される、請求項１に記載の終端ユニット（３００）。
【請求項３】
電磁鋼を含む前記少なくとも１つの構成部材（１１０）は、前記デバイス（１００）の前記機能に寄与する、寄与する磁場を誘導するように適合させ、前記少なくとも１つのシールド部材は、前記シールド部材内を貫通する正味の磁束が、前記寄与する磁場からほとんど発生しないように位置決めされる、請求項１または２のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項４】
前記伝達手段（１４０）は、前記伝達手段が、前記電磁鋼を含む前記構成部材の外周と交差するように構成され、前記伝達手段の戻り磁路が、電磁鋼を含む前記少なくとも１つの構成部材（１１０）の外部にあるように構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項５】
電磁鋼を含む前記構成部材（１１０）はトロイダル形状を有し、前記少なくとも１つのシールド部材は、電磁鋼を含む前記少なくとも１つの構成部材の周りにほぼトロイダル状に巻回されたシールド巻線である、請求項１〜４のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項６】
前記少なくとも１つのシールド部材は、短絡したシールド巻線（１２０）である、請求項１、２、３、４、または５のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項７】
前記少なくとも１つのシールド部材は、インピーダンスを負荷とするシールド巻線である、請求項１、２、３、４、５、または６のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのシールド部材は、電気鋼を含む前記少なくとも１つの構成部材内に沈められる、および／または埋め込まれる、請求項１、２、３、４、５、６、または７のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項９】
前記デバイス（１００）は、回転移動を発生させる駆動手段を備える、請求項１、２、３、４、５、６、７、または８のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項１０】
前記デバイス（１００）は軸受手段を備える、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、または９のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項１１】
前記デバイス（１００）は密閉手段を備える、請求項１〜１０のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項１２】
前記電流伝達手段（１４０）は、前記デバイス内を貫通する中心軸を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【請求項１３】
前記デバイスは、ＤＣ電流を印加して前記少なくとも１つのシールド部材（１２０）内を流れるようにして、寄与しない磁場を生じさせるように適合させたコントローラを備える、請求項１〜１２のいずれかに記載の終端ユニット（３００）。
【国際調査報告】
2021501269.tif 000029
2021501269.tif 000030
2021501269.tif 000031
2021501269.tif 000032
2021501269.tif 000033