terug
donderdag, 8 dec 2011 – 11:00
EINDHOVEN – Jeroen Janssen, promovendus aan de faculteit Electrical Engineering van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e), 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, en neemt over een groot frequentiegebied de trillingen weg. Janssen, die patent heeft verkregen op zijn systeem, en meer dan 30 conferentiepapers en artikelen publiceerde, verdedigt zijn proefschrift op dinsdag 13 december.
Janssen, die werkte in de vakgroep Electromechanics en Power Electronics van prof. Elena Lomonova, is bij de ontwikkeling van zijn systeem uitgegaan van het probleem van de vibratie-isolatie van de lens in een waferscanner, zoals van ASML. Die moet totaal trillingsvrij zijn, omdat de lens gebruikt wordt om micro-elektronicastructuren te maken met afmetingen van slechts enkele nanometers groot. De lens is nu 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.
Zweven
In het elektromagnetisch vibratie-isolatiesysteem van Janssen doen permanente magneten, die veel sterker zijn dan de bekende magneetjes op de koelkast, 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 gerammeldâ€.
Onmogelijk
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 doorrekenenâ€, aldus de onderzoeker. “Daarom heb ik een simpel, bestaand model flink uitgebreid en hiermee een groot aantal nieuwe topologieën kunnen onderzoeken, iets dat met bestaande technieken vrijwel onmogelijk was.â€
Verbaasde gezichten
Met zijn model maakte hij een ontwerp voor een prototype, waarop hij patent heeft verkregen. Het prototype maakte de belofte waar. Uit testen bleek dat trillingen vanaf ongeveer 1 hertz worden onderdrukt en dat de eerste ongewenste trillingen van het systeem pas boven 700 hertz optreden. Dit laatste 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. Dat is minder dan de energie die nodig is om bijvoorbeeld een mobiele telefoon op te laden. “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.
Toepassingen
Het systeem van Janssen kan toepassing vinden in de zogenaamde waferscanners, maar ook in andere hightech systemen waarin minimale vibratie cruciaal is, zoals microscopen waarmee we atomen kunnen zien, of telescopen die steeds verder het heelal in kijken. Janssen verwacht dat het nog minimaal vijf tot tien jaar duurt voor zijn nieuwe veringssysteem daadwerkelijk toegepast wordt.
Ir. Jeroen Janssen promoveert 13 december 2011 op zijn proefschrift getiteld Extended Analytical Charge Modeling for Permanent-Magnet Based Devices. Zijn onderzoek werd mede mogelijk gemaakt door financiele steun uit het IOP-EMVT programma van het ministerie van Economische Zaken, Landbouw en Innovatie. Meer informatie over het project vindt u op de website van de vakgroep w3.ele.tue.nl/nl/epe of op www.jlgjanssen.nl.