Kort nieuws
Zachte magneetvering TUE laat 730 kg zweven met 1 watt
8 december 2011
TUE-promovendus Jeroen Janssen heeft een prototype ontwikkeld van een magneetvering voor zeer trillingsgevoelige hightech apparatuur. Zijn systeem kan een groot gewicht tillen, is zeer ‘zacht’ qua vering en verbruikt daardoor bijzonder weinig energie. Bovendien neemt de oplossing over een groot frequentiegebied de trillingen weg. Janssen verdedigt zijn proefschrift op dinsdag 13 december.
Janssen, die werkte in de vakgroep Electromechanics en Power Electronics van Elena Lomonova, is bij de ontwikkeling van zijn systeem uitgegaan van het probleem van de vibratie-isolatie van de lens in een waferscanner. Die lens moet totaal trillingsvrij zijn, omdat hij wordt gebruikt om minuscule structuren te maken. Nu is hij meestal geveerd met luchtveren, maar die verbruiken relatief veel energie, werken niet goed bij hogere frequenties en passen slecht in de trend dat lenzen van waferscanners in vacuüm worden geplaatst. Het magnetische systeem van Janssen ondervangt al deze nadelen.
In het elektromagnetisch vibratie-isolatiesysteem van de promovendus doen permanente magneten het zware tilwerk. Janssen: ‘De grootste uitdaging lag hier in het combineren van een hoge verticale kracht – het systeem laat een massa van 730 kilogram zweven – met een minimale veerstijfheid om vloertrillingen te compenseren. Vergelijk het met de vering van je auto: als die te stijf is, dan word je helemaal door elkaar gerammeld.’
Door de lage veerstijfheid van het TUE-systeem is het mogelijk om een grote massa met één vinger op en neer te laten bewegen.
Een belangrijke stap was het ontwikkelen van een model waarmee Janssen een configuratie van permanente magneten kon berekenen die de juiste combinatie heeft van hoge tilkracht en lage stijfheid. ‘Toen ik begon, waren er vrijwel geen theoretische modellen snel genoeg om uitgebreid magnetische ontwerpen te kunnen doorrekenen’, aldus de TUE-onderzoeker. ‘Daarom heb ik een simpel bestaand model flink uitgebreid en hiermee een groot aantal nieuwe topologieën kunnen onderzoeken, wat met bestaande technieken vrijwel onmogelijk was.’
Met zijn model maakte Janssen een ontwerp voor een prototype, waarop hij patent heeft verkregen. Het prototype maakte de belofte waar. Uit tests bleek dat trillingen vanaf ongeveer 1 hertz worden onderdrukt en dat de eerste ongewenste trillingen van het systeem pas boven 700 hertz optreden. Dit is ver boven het frequentiegebied van de meeste trillingsbronnen. Ook het energieverbruik is minimaal: minder dan 1 watt is nodig om 730 kilogram te laten zweven. ‘Door de lage veerstijfheid is het mogelijk om deze enorme massa met één vinger op en neer te laten bewegen. Dit leidt soms tot verbaasde gezichten’, vertelt Janssen, die verwacht dat het nog minimaal vijf tot tien jaar duurt voor zijn nieuwe veringssysteem daadwerkelijk wordt toegepast.