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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Permanentmagnet-
Magnetkreis. Solche Permanentmagnet-Magnetkreise werden in
Halbleiter herstellenden Apparaten und ähnlichen Apparaten
verwendet, die ein in eine Richtung wirkendes magnetisches
Magnetfeld mit linearen Linien der magnetischen Kraft in einem
gewünschten Bereich erfordern und welche insbesondere nützlich
sind, wenn ihrer Befestigung oder Anordnung Beschränkungen
auferlegt werden.
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Unter Bezugnahme auf Figur 11 wird ein erstes Beispiel eines
aus dem Stand der Technik bekannten
Permanentmagnet-Magnetkreises gezeigt. Der Kreis beinhaltet ein U-förmiges Joch 2
mit gegenüberstehenden Schenkeln. Ein Paar Permanentmagnete 1A
und 1B sind an der Innenoberfläche der Jochschenkel so
angeordnet, daß der N-Pol des einen Magnets 1A dem S-Pol des
anderen Magneten 1B gegenübersteht. Diese Anordnung schafft ein in
eine Richtung wirkendes Magnetfeld, welches am wenigsten
unnötige senkrechte Magnetfeldkomponenten enthält.
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In dem ersten aus dem Stand der Technik bekannten Kreis der
Figur 11 jedoch ist ein Bereich E1, in dem das in eine
Richtung wirkende Magnetfeld erzeugt wird, von drei Seiten durch
den Magnetkreis umgeben. Dieser Magnetkreis ist nicht
nützlich, wo seiner Befestigung oder Lage Beschränkungen auferlegt
werden. Zum Beispiel kann der erste aus dem Stand der Technik
bekannte Kreis nicht unter der Erfordernis verwendet werden,
daß der Magnetkreis nicht über die untere Grenzlinie F1 des in
eine Richtung wirkenden magnetfelderzeugenden Bereichs E1
hervortritt. Solche Beschränkungen treten zum Beispiel auf, wenn
es für einen außerhalb eines Vakuumbehälters liegenden
Magnetkreis gewünscht wird, einen Bereich E1 eines in eine Richtung
wirkenden magnetischen Feldes im Inneren des Vakuumbehälters
bereitzustellen.
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Die Figuren 12 und 13 zeigen ein zweites Beispiel aus dem
Stand der Technik, wobei ein im wesentlichen fundamentaler
Magnetkreis gezeigt wird. Ein plattenförmiger Permanentmagnet
5 hat an gegenüberliegenden Ecken angeordnete N- und S-Pole.
Ein Bereich E2 eines ungefähr in eine Richtung wirkenden
Magnetfeldes ist über (oder unter) einer Hauptoberfläche des
plattenförmigen Permanentmagnets 5 erhältlich, wie in Figur 13
zu sehen ist. Der Magnetkreis kann nur unter (oder über) der
Grenzlinie F2 des ungefähr in eine Richtung wirkenden
Magnetfeldbereichs E2 angeordnet sein.
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Figur 14 zeigt die Verteilung der in dem zweiten aus dem Stand
der Technik bekannten Kreis der Figuren 12 und 13 erzeugten
Magnetkraftlinien. In diesem Beispiel ist der plattenförmige
Permanentmagnet 5 ein Ferritpermanentmagnet mit einer
Seitendimension Lx von 250 mm, einer Querdimension Ly von 300 mm und
einer Dicke Lz von 24 mm.
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Vorausgesetzt sei, daß X ein horizontaler Abstand von dem
Zentrum des plattenförmigen Permanentmagneten 5 ist und daß der
vertikale Abstand H von der Hauptoberfläche des
plattenförmigen Permanentmagneten 5 bei 40 mm fixiert ist.In Figur 6
zeigt die durchbrochene Kurvenlinie die horizontalen und
vertikalen (oder senkrechten) Komponenten Bx und Bz der
Magnetflußdichte als Funktion des Abstands X im Bereich von 0 bis
W/2 = 80 mm. Es ist aus der durchbrochenen Linienkurve in den
Figuren 6 und 14 klar, daß der zweite aus dem Stand der
Technik bekannte Kreis der Figuren 12 und 13 ein Magnetfeld
erzeugt, welches weit entfernt ist von dem idealen in eine
Richtung wirkenden Magnetfeld, das frei von senkrechten
Komponenten ist, da die unnötige vertikale Komponente Bz drastisch
stark mit dem zunehmenden Abstand X von dem Zentrum des
plattenformigen Permanentmagnets 5 zunimmt.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Permanentmagnet-Magnetkreis bereitzustellen, der in der Lage ist,
ein in eine Richtung wirkendes Magnetfeld zu erzeugen, das
frei von senkrechten Komponenten und von einfacher Struktur
ist, welche nicht den in eine Richtung wirkenden
magnetfelderzeugenden Bereich umgeben.
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Gemäß der Erfindung beinhaltet der Permanentmagnet-Magnetkreis
einen Magnetblock mit einem Paar gegenüberstehender
Eckoberflächen und einem Paar von Hauptoberflächen zwischen den
gegenüberstehenden Eckoberflächen. Ein Paar Hauptmagnetpole
entgegengesetzter Polaritäten sind an den gegenüberstehenden
Eckoberflächen angeordnet. Ein Kanal wird in einer
Hauptoberfläche definiert. Ein Paar Hilfsmagnetpole sind an einem
Paar von gegenüberstehenden Innenoberflächenbereichen des
innerhalb der Hauptmagnetpole angeordneten Kanals angeordnet.
Jeder Hilfsmagnetpol hat entgegengesetzte Polarität zu der des
entsprechenden Hauptmagnetpols. Der Kanal kann stufenweise
oder kontinuierlich ausgespart sein, um die entgegengesetzten
Innenoberflächen zu definieren.
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In dem erfindungsgemäßen Permanentmagnet-Magnetkreis kann eine
zwischen den Hauptmagnetpolen (eine Magnetfeldkomponente
senkrecht zu der gewünschten in einer Richtung wirkenden
Magnetfeldkomponente) erzeugte in dem Magnetfeld enthaltene
senkrechte Komponente durch eine vertikale Komponente von
entgegengesetzter Orientierung, die in dem Magnetfeld zwischen den
Haupt- und Hilfs-(oder Kompensations-)-Magnetpolen erzeugt
wird, versetzt sein. Ein in eine Richtung wirkendes
Magnetfeld, das frei von unnötigen vertikalen Komponenten über einen
breiten Bereich ist, kann gebildet werden. Der in eine
Richtung wirkende Magnetfeldbereich ist von dem Magnetblock so
beabstandet, daß der Magnetkreis nicht den in eine Richtung
wirkenden Magnetfeldbereich umgibt. Der Kreis ist so bestens
geeignet als die in eine Richtung wirkende Magnetfeld erzeugende
Einrichtung, die mit Halbleiter herstellenden Apparaten
assoziiert ist.
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Die Figuren 1 und 2 sind eine perspektivische Ansicht und eine
Ansicht von vorne oben eines Permanentmagnet-Magnetkreis gemäß
einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Figur 3 zeigt die Linienverteilung der Magnetkraft nahe dem
rechten Rand des Magnetblocks gemäß Figur 2.
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Figur 4 ist eine vergrößerte Darstellung eines Bereiches der
Figur 3.
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Figur 5 zeigt einen Magnetfeldvektor zwischen den
Hauptmagnetpolen, einen Magnetfeldvektor zwischen einem Hauptmagnetpol
und einem kompensierenden Magnetpol und einen resultierenden
Vektor gemäß der ersten Ausführungsform.
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Figur 6 ist ein Diagramm, das die Magnetflußdichte in
horizontaler und vertikaler Richtung bezüglich des Abstands von
der Magnetblockmitte gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung und dem zweiten aus dem Stand der Technik
bekannten Beispiel zeigt.
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Die Figuren 7 und 8 sind eine perspektivische Ansicht und eine
Ansicht von vorne oben eines Permanentmagnet-Magnetkreises
gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Figuren 9 und 10 sind eine plane und eine bruchstückhafte
Querschnittsdarstellung eines Permanentmagnet-Magnetkreises
gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
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Figur 11 ist eine Frontansicht eines ersten Beispiels eines
Magnetkreises gemäß dem Stand der Technik.
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Die Figuren 12 und 13 sind eine perspektivische Ansicht und
eine Ansicht von vorne oben eines zweiten aus dem Stand der
Technik bekannten Magnetkreises.
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Figur 14 zeigt die Linienverteilung der Magnetkraft in der
Nähe der rechten Ecke des Magnetblocks gemäß Figur 13.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ist ein
Permanentmagnet-Magnetkreis gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Kreis beinhaltet einen
rechteckigen Magnetblock 20 eines geeigneten
Permanentmagnetmaterials wie Ferrit oder einen
Seltenerdmetall-Permanentmagnet. Der Block 20 hat ein Paar erster und zweiter
gegenüberstehender Ecken oder Außenoberflächen und ein Paar
Hauptoberflächen, die sich an die ersten und zweiten
gegenüberstehenden Eckoberflächen anschließen und sich im wesentlichen
senkrecht zu den Eckoberflächen erstrecken. Hauptmagnetpole
21A und 21B werden in der ersten und zweiten sich
gegenüberstehenden Eckoberfläche durch Magnetisierung gebildet. In der
gezeigten Ausführungsform sind die Hauptmagnetpole 21A und 21B
die N- und S-Pole. Ein Kanal 22 wird in einer (in der
gezeigten Ausführungsform oben) Hauptoberfläche definiert. Der hier
gezeigte Kanal 22 verläuft in einer Querrrichtung quer durch
und sich über den ganzen Block 20 erstreckend und ist
stufenweise an der rechten und linken Seite in einer symmetrischen
Weise ausgespart, wie es in der Draufsicht gemäß Figur 2 zu
sehen ist. Ein flacher Grund ist mit den stufenförmigen
Seitenwänden verbunden. Der Kanal beinhaltet zumindest ein Paar,
drei Paare in der gezeigten Ausführungsform, Stufen, die die
einwärts der gegenüberstehenden Eckoberflächen (21A, 21B)
angeordneten Innenoberflächenbereiche definieren.
Hilfsmagnetpole in Form der Kompensationsmagnetpole 23A&sub1;, 23A&sub2; und 23A&sub3;
werden durch Magnetisierung in den Innenoberflächenbereichen
auf der linken einwärts des Hauptmagnetpols 21A angeordneten
Seite gebildet. Ähnlich werden Hilfsmagnetpole in Form von
Kompensationsmagnetpolen 23B&sub1;, 23B&sub2; und 23B&sub3; in den
Innenoberflächenbereichen auf der einwärts des Hauptmagnetpols 21B
angeordneten rechten Seite durch Magnetisierung gebildet. Die
Hilfsmagnetpole haben entgegengesetzte Polarität zu der der
Hauptmagnetpole. Die Kompensationsmagnetpole 23A&sub1;, 23A&sub2; und
23A&sub3;
sind S-Pole und die Kompensationsmagnetpole 23B&sub1;, 23B&sub2;
und 23B&sub3; sind N-Pole.
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Wenn der Magnetblock 20 aus einem einheitlichen Material ist,
haben die Haupt- und Hilfsmagnetpole 21 und 23 eine gleiche
Oberflächenmagnetflußdichte, aber die Hauptmagnetpole haben
eine im wesentlichen größere Magnetflußgesamtmenge. Die
Kompensationsmagnetpole 23 kompensieren die Magnetkraft, um die
durch die Hauptmagnetpole 21 erzeugte Magnetkraftlinie
abzurunden, um linear zu werden.
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Figur 3 zeigt die Verteilung der in dem Magnetkreis gemäß der
Ausführungsform in den Figuren 1 und 2 erzeugten
Magnetkraftlinien. Figur 4 ist eine vergrößerte Darstelllung eines
Bereichs der Figur 3. In dieser Ausführungsform ist der
Magnetblock 20 ein Ferritpermanentmagnet mit einer Seitendimension
Lx von 250 mm, einer Querdimension Ly von 300 mm und einer
Dicke Lz von 60 mm, und der darin definierte Kanal 22
beinhaltet drei Paare entgegengesetzter Stufen, wobei jede eine
Seitenbreite von 20 mm und eine Höhe von 10 mm aufweist.
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Vorausgesetzt sei, daß X ein horizontaler Abstand von der
Mitte (als eine Phantomlinie gezeigt) des Magnetblocks 20 ist
und der vertikale Abstand H von der oberen Hauptoberfläche des
Magnetblocks 20 bei 40 mm fixiert ist. In Figur 6 zeigt die
durchgehende Kurvenlinie die horizontalen und vertikalen (oder
senkrechten) Komponenten Bx und Bz der Magnetflußdichte als
Funktion des Abstands X im Bereich von 0 bis W/2 = 80 mm.
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Es ist aus den Figuren 3 und 4 und der durchgezogenen
Linienkurve in Figur 6 ersichtlich, daß die erste Ausführungsform
gemäß den Figuren 1 und 2 ein Magnetfeld erzeugt, dessen
unnötige vertikale Komponente Bz im wesentlichen gleich Null
über einen wesentlichen Bereich des X-Bereichs ist. Der Grund
wird nachfolgend gezeigt. Wie in Figur 5 in Verbindung mit
Figur 2 gezeigt, hat an einem Punkt B in dem Bereich, wo ein
in eine Richtung wirkendes Magnetfeld erzeugt wird, das
Magnetfeld einen Vektor V1, der von dem Haupt-N-Pol gegen den
Haupt-S-Pol gerichtet ist, und einen Vektor V2, der sich
zwischen jedem Hauptmagnetpol (N- oder S-Pol) und jedem
Kompensationsmagnetpol (S- oder N- Pol) erstreckt. Die magnetischen
Pole sind so angeordnet, daß der resultierende
Magnetfeldvektor V0 im wesentlichen horizontal wird.
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Konsequenterweise erzeugt die erste Ausführungsform gemäß den
Figuren 1 und 2 ein nahezu ideales in eine Richtung wirkendes
Magnetfeld, welches im wesentlichen frei von unnötigen
senkrechten Komponenten über einen weiten Bereich ist. Der
Magnetkreis kann auf einer Seite des in eine Richtung wirkenden
Magnetfeldbereiches angeordnet sein, da der Magnetkreis nicht
das in eine Richtung wirkende Magnetfeld einschließt.
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Die Figuren 7 und 8 zeigen eine zweite Ausführungsform gemäß
vorliegender Erfindung. Diese Ausführungsform ist ähnlich zu
der der ersten Ausführungsform mit Ausnahme der
Kanalgeometrie. Anstelle des stufenweisen Seitenwandkanals beinhaltet
der Magnetblock 20 einen kontinuierlichen oder eben
ausgesparten Kanal 30 in einer Hauptoberfläche zwischen den sich
gegenüberstehenden Eckoberflächen. Der hier verwendete
kontinuierliche Kanal bedeutet, daß die sich gegenüberstehenden
Innenseitenwände krummlinige oder geradlinige Schrägwände
sind, die sich an einen flachen Grund anschließen. Die
Innenseitenwände sind symmetrisch, wie es in Figur 8 gezeigt ist.
Die Kompensationsmagnetpole 23A und 23B werden durch
Magnetisierung in den gegenüberstehenden Innenseitenwänden, die
sich einwärts der Hauptmagnetpole 21A und 21B erstrecken,
gebildet. In der gezeigten Ausführungsform sind die
Hauptmagnetpole 21A und 21B N und S und die Kompensationsmagnetpole 23A
und 23B S und N.
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In dieser Ausführungsform ist der Magnetblock 20 ein
Ferritpermanentmagnet mit einer Seitendimension Lx von 250 mm, einer
Querdimension Ly von 30 mm und einer Dicke Lz von 60 mm, und
der darin definierte Kanal 30 beinhaltet einen flachen Grund
mit einer Seitendimension von 130 mm und einer Dicke von 30
mm.
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Auch in der zweiten Ausführungsform gemäß den Figuren 7 und 8
sind die Magnetpole so angeordnet, daß der resultierende
Magnetfeldvektor V0 zwischen einem Vektor V1 in Richtung von
dem Haupt-N-Pol in Richtung auf den Haupt-S-Pol und einem
Vektor V2, der sich von jedem Hauptmagnetpol (N- oder S-Pol)
gegen jeden Kompensationsmagnetpol (S- oder N-Pol) in dem
Bereich erstreckt, wo ein in eine Richtung wirkendes gemäß Figur
5 erzeugtes Magnetfeld im wesentlichen horizontal wird.
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In den Figuren 9 und 10 ist eine dritte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform ist
ähnlich zu der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme der
Blockgeometrie. In dieser Ausführungsform wird ein scheibenförmiger
bzw. runder Magnetblock 40 verwendet, der ein Paar sich
gegenüberstehender Eckoberflächensegmente hat, d.h. innerhalb
Winkel θ1 und θ2 eingeschlossene bogenförmige Segmente, in
der die Hauptmagnetpole 41A und 41B durch Magnetisierung
gebildet werden. Die Hauptmagnetpole 41A und 41B sind N- und
S-Pole in der gezeigten Ausführungsform. Der Magnetblock 40
hat ein Paar von Hauptoberflächen, die sich an die
gegenüberstehenden Eckoberflächensegmente (41A und 41B) anschließen und
sich im wesentlichen senkrecht zu den Segmenten (im
Querschnitt gemäß Figur 10) erstrecken. Ein Querkanal 42 wird in
einer Hauptoberfläche definiert. Der Kanal 42 hat symmetrische
Stufen, die Paare von gegenüberstehenden
Innenoberflächenbereichen definieren, die einwärts der sich gegenüberstehenden
Eckoberflächensegmente angeordnet sind. Wie in Figur 10 zu
sehen, werden in den einwärts des Hauptmagnetpols 41B
angeordneten sich gegenüberstehenden Innenoberflächenbereichen einer
Polarität Kompensationsmagnetpole 43B&sub1;, 43B&sub2; und 43B&sub3;
entgegengesetzter Polarität durch Magnetisierung gebildet. Ähnlich
werden in den einwärts des Hauptmagnetpols 41A angeordneten
gegenüberstehenden Innenoberflächenbereichen von
entgegengesetzter
Polarität Kompensationsmagnetpole einer Polarität
gebildet.
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Die Ergebnisse der dritten Ausführungsform sind gleich denen
der ersten Ausführungsform.
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In allen Ausführungsformen kann der Magnetblock entweder ein
einheitlicher Permanentmagnetblock oder eine Anordnung einer
Vielzahl von Permanentmagnetblockteilen sein.
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Beschrieben worden ist ein Permanentmagnet-Magnetkreis, der in
der Lage ist, ein in eine Richtung wirkendes Magnetfeld zu
erzeugen, das im wesentlichen frei von unnötigen senkrechten
Magnetkraftkomponenten ist, ohne den Bereich zu umgeben, wo
das in eine Richtung wirkende Magnetfeld erzeugt werden soll.
Der Magnetkreis ist vorteilhafterweise anwendbar bei
Halbleiter herstellenden Apparaten und vergleichbaren Apparaten,
wo Beschränkungen in der Befestigung oder Anordnung des
Kreises eintreten.
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Obwohl vorstehend spezifische Ausführungsformen gemäß der
Erfindung beschrieben worden sind, ist es für den Fachmann klar,
daß verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt
werden können, ohne von der beanspruchten Erfindung
abzuweichen.