專利名稱：具有提升能力和減少的齒槽特性的電機(jī)定子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)定子，特別地涉及具有減少齒槽(cogging)特性的減少?gòu)?fù)雜性的 電機(jī)定子。
背景技術(shù)：
鐵芯電機(jī)被廣泛用于各種應(yīng)用。鐵磁芯提供在帶永磁體的轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙 兩端的相當(dāng)大的磁通密度增益。因此，與無鐵設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)物相比，電機(jī)常數(shù)高得多。另一方面， 傳統(tǒng)定子構(gòu)造有槽(slot)，轉(zhuǎn)子上的永磁體與定子上的槽齒之間的吸引力產(chǎn)生了高的齒槽 轉(zhuǎn)矩(coggingtorque)或力，這些對(duì)于旋轉(zhuǎn)或線性電機(jī)的精密運(yùn)動(dòng)控制來說是非常有害的 干擾。在示例性應(yīng)用中，基片加工設(shè)備通常能夠在基片上執(zhí)行多項(xiàng)操作。美國(guó)專利 No. 4，951，601公開了帶有多加工室的基片加工裝置和基片運(yùn)送裝置。當(dāng)執(zhí)行不同的操作 (例如噴濺、蝕刻、涂層、浸泡等)時(shí)，該基片運(yùn)送裝置可在加工室之間移動(dòng)基片。半導(dǎo)體設(shè) 備制造商和材料制造商所使用的生產(chǎn)工序通常要求在基片加工設(shè)備中進(jìn)行精密的基片定 位。運(yùn)送裝置可以包括相當(dāng)多數(shù)量的活動(dòng)部件，包括許多電機(jī)。齒槽可能影響運(yùn)送應(yīng)用的 準(zhǔn)確性。其他使用電機(jī)的功能也可能受到齒槽的不利影響。在某些應(yīng)用中，材料必須在受控的清潔氣氛中加工，在那里細(xì)微的污染可能會(huì)造 成嚴(yán)重問題。在這些應(yīng)用中，清潔度可能會(huì)直接與產(chǎn)量有關(guān)，并繼而影響成本。其他應(yīng)用可 能包括使用具有高度腐蝕性氣體和高溫度的不利氣氛的加工步驟。帶有接觸式軸承的電機(jī) 可能會(huì)磨損，從而造成微粒子污染，并最終因?yàn)椴焕沫h(huán)境而出現(xiàn)故障。軸承在出現(xiàn)故障之 前還可能會(huì)展示無法承受的振動(dòng)和跳動(dòng)(play)。自軸承(self-bearing)電機(jī)可能為這些 應(yīng)用提供可行的替換方案。為了最大化力矩和定心力生成，自軸承電機(jī)可能通常包括有齒 定子，其中分段的繞組繞定子纏繞在扇區(qū)中。自軸承電機(jī)可能受到沿切向、徑向和軸向的齒槽力干擾。提供被布置成最小化沿 著這些方向的齒槽干擾的元件和技術(shù)是有益的。


結(jié)合附圖，在下面的描述中解釋本發(fā)明的上述方面和其它特征，其中圖1A示出適于實(shí)行所公開的實(shí)施例的示例性電機(jī)的圖；圖1B示出在示例性實(shí)施例中定子和轉(zhuǎn)子配置的橫截面示意圖；圖1C示出可能造成齒槽的徑向合力(resulting radial force)的示意圖；圖1D示出可能造成齒槽的傾斜力(tilting force)的示意圖；圖2示出適于實(shí)行所公開的實(shí)施例的另一個(gè)示例性電機(jī)的圖；圖3和圖4示出根據(jù)所公開的實(shí)施例的示例性抗齒槽元件的圖；圖5A到圖5C示出由所公開的實(shí)施例產(chǎn)生的示例性切線齒槽力的圖；圖6A到圖6C示出受所公開的實(shí)施例影響的示例性軸向齒槽力的圖；圖7A到圖7E示出所公開的實(shí)施例的示例性過渡區(qū)；圖8示出提供減小徑向齒槽力的示例性實(shí)施例；圖9A和圖9B示出由所公開的實(shí)施例提供的示例性徑向齒槽力；圖10和圖11示出根據(jù)所公開的實(shí)施例用于減少齒槽的其他示例性元件的圖；圖12到圖14示出圖10和圖11的示例性元件的不同配置；圖15示出具有至少兩個(gè)芯的電機(jī)；以及圖16是所公開的實(shí)施例可以在其中實(shí)行的基片裝置的示意性俯視圖。
具體實(shí)施例方式盡管將參考附圖來描述當(dāng)前所公開的實(shí)施例，但應(yīng)該理解它們可以以許多可替換 的形式體現(xiàn)。此外，還應(yīng)該理解可以使用任何適合尺寸、形狀或類型的元件或材料。圖1A和圖1B示出適于實(shí)行此處所公開的實(shí)施例的示例性電機(jī)10的示意圖。盡管 將參考附圖來描述當(dāng)前所公開的實(shí)施例，但應(yīng)該理解它們可以以許多可替換的形式體現(xiàn)。 還應(yīng)該理解可以使用任何適合尺寸、形狀或類型的元件或材料。在圖1A的實(shí)施例中，電機(jī)10包括被稱為轉(zhuǎn)子11的受激勵(lì)部件(actuated component)、繞組組12、15以及定子14。為了達(dá)到公開實(shí)施例的目的，應(yīng)該理解術(shù)語(yǔ)受激勵(lì) 部件包括響應(yīng)于上述繞組組所生成的力而施加力或執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的設(shè)備。所公開的實(shí)施例的轉(zhuǎn) 子和壓板(platen)是受激勵(lì)部件的實(shí)例。圖1A所描繪的示例性電機(jī)10的實(shí)施例被示出為具有旋轉(zhuǎn)配置，盡管其他實(shí)施例 中可能包括線性配置，如將在下文中所描述的那樣。繞組組12、15可以包括一個(gè)或多個(gè)繞 組，且可以由電流放大器25驅(qū)動(dòng)。該電流放大器中可以包括軟件、硬件或適于驅(qū)動(dòng)繞組組 的軟硬件的組合。電流放大器25還可以包括處理器27、換向功能塊30和用于驅(qū)動(dòng)繞組組 的電流回路功能塊35。換向功能塊30可以根據(jù)一套指定函數(shù)向每個(gè)繞組組的一個(gè)或多個(gè) 繞組供應(yīng)電流，而電流回路功能塊35可以提供反饋和驅(qū)動(dòng)力，以保持電流按所供應(yīng)的那樣 通過繞組。處理器27、換向功能塊30和電流回路功能塊35還可以包括用于從提供位置信 息的一個(gè)或多個(gè)傳感器或傳感器系統(tǒng)接收反饋的電路。本文所公開的每個(gè)電流放大器都包 括根據(jù)需要而任何組合的電路、硬件和軟件，以執(zhí)行所公開的實(shí)施例的功能和計(jì)算。圖2示出具有線性配置的另一個(gè)示例性實(shí)施例。電機(jī)20包括受激勵(lì)部件21，在該實(shí)施例中其采用了壓板的形式；繞組組22、24 ；以及定子45。與圖1的實(shí)施例類似，轉(zhuǎn)子 21可以以任何適合的方式構(gòu)造，而繞組組22、24可以包括一個(gè)或多個(gè)繞組。電機(jī)10和20 二者都可利用最小氣隙和鐵磁性材料來影響在氣隙兩端的磁通密度 的大大的增益，這接著又產(chǎn)生所需的被動(dòng)軸向和被動(dòng)傾斜剛度。電機(jī)10和20可以體現(xiàn)為 同步、無刷電機(jī)。電機(jī)10和20也可以體現(xiàn)為其他類型的電機(jī)。圖1B示出在示例性實(shí)施例中定子和轉(zhuǎn)子(例如受激勵(lì)部件)配置的橫截面示意 圖，以及由所示的配置產(chǎn)生的可能造成齒槽的軸向力。在所示的示例性實(shí)施例中，電機(jī)布置 能夠產(chǎn)生受激勵(lì)部件的被動(dòng)軸向提升。例如在圖1B中，激勵(lì)元件1405沿著Z軸而移位，而 通量線與間隙1430垂直的穿過定子1432的表面延伸到間隙1430以外，從而生成提升力。 圖1C示出在生成被動(dòng)軸向力以及可能造成齒槽的徑向合力的所公開的實(shí)施例中的定子和 轉(zhuǎn)子配置的示意圖。例如，定子1440上的磁體北極(N)和南極(S)和轉(zhuǎn)子1435之間的間 隙中的變化會(huì)引起徑向合力Fk。圖ID示出在提供被動(dòng)傾斜和縱向剛度(pitch stiffness) 以及可能造成齒槽的傾斜合力(resulting tilting force)的所公開的實(shí)施例中的定子和 轉(zhuǎn)子配置示意圖。例如，作用轉(zhuǎn)子1450的被動(dòng)傾斜力引起產(chǎn)生所需要的傾斜和縱向剛度的 所得到的反作用軸向和徑向力矩。所需的軸向和傾斜剛度以及其他功能參數(shù)可能導(dǎo)致不均勻的定子外形。然而，在 傳統(tǒng)電機(jī)中，當(dāng)氣隙間的距離突然變化時(shí)，磁通密度中的增益和不規(guī)則的定子外形也可能 導(dǎo)致明顯的齒槽力。所公開的實(shí)施例針對(duì)最小化齒槽的各種示例性元件。圖3和圖4示出在所公開的實(shí)施例中使用的示例性元件的示意圖。圖3和圖4中 的示例性元件可分別體現(xiàn)為用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)和線性電機(jī)的定子部件100、200。一些實(shí)施例還 可能包括磁體 150、180、190、195、250、280、290 和 295 的布置。當(dāng)前所公開的實(shí)施例包括一個(gè)或多個(gè)示例性元件和技術(shù)，即在生成所需量的軸向 和傾斜剛度時(shí)，操作用來最小化沿一些軸的齒槽干擾的元件和技術(shù)。至少一些所公開實(shí)施 例以這種方式使用這些元件，即由每個(gè)元件部件產(chǎn)生的齒槽力疊加導(dǎo)致沿著推進(jìn)、間隙和 軸向方向上的最小總齒槽干擾。在一些實(shí)施例中，如果為了軸向和傾斜剛度而保證定子凹處或定子間斷，則可以 通過例如適當(dāng)選擇凹處(recess)或定子段的長(zhǎng)度以及定子段之間的相對(duì)間隔和定子段末 端過渡區(qū)的形狀來將齒槽最小化。也可采用其他結(jié)構(gòu)和技術(shù)。圖3示出體現(xiàn)在用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子100中的示例性元件。定子100可以包括多 個(gè)從定子100的第一個(gè)表面110向外延伸的凹處105、175。在圖3中，為了實(shí)例的目的示出 了四個(gè)凹處105、175、197和198，盡管在其他實(shí)施例中，定子可以具有更多或更少的凹處部 分。在示例性實(shí)施例中，凹處被示出為基本上彼此相似，并且繞定子的周邊均勻分布。在可 替換實(shí)施例中，可能以任何適當(dāng)?shù)姆绞蕉ㄎ话继?，而且凹處的配置，特別是凹處的過渡的配 置可能與下面的描述不同。每個(gè)凹處都可以包括從第一個(gè)表面到凹處的兩個(gè)過渡區(qū)。例如， 凹處105可以包括分別在第一個(gè)表面110和凹處105之間的第一和第二過渡區(qū)115、120。 第一過渡區(qū)115可以包括第一過渡部125和第二過渡部130，且第二過渡區(qū)120可以包括第 三過渡部135和第四過渡部140。類似地，凹處175可以包括分別在第一個(gè)表面110和凹處 175之間的第一和第二過渡區(qū)127和137。第一過渡區(qū)127可以包括第一過渡部147和第 二過渡部153，且第二過渡區(qū)137可以包括第三過渡部157和第四過渡部163。
與定子100 —起操作的轉(zhuǎn)子145可以包括多個(gè)永磁體，其中相鄰的磁體具有交替 極性。為了說明的目的示出磁體150、180、190和195。應(yīng)該理解，其他磁體可分散于所示的 磁體之間。下面將更詳細(xì)的描述定子100的示例性配置。應(yīng)該理解，根據(jù)所公開的實(shí)施例，可 以利用任何適合的尺寸。在至少一個(gè)示例性實(shí)施例中，第一過渡部125和第三過渡部135 之間的距離155大約為nP/2+(0，其中n為任何整數(shù)，P為同極性磁體之間的間距，且e 則為調(diào)整因子，如將在下面所描述的那樣。在一個(gè)實(shí)施例中，協(xié)作凹處105和175(為了實(shí) 例的目的在圖3中示為相鄰)可以在它們的第一和第三過渡部之間具有相同的距離。在示 例性實(shí)施例中，凹處105的第一過渡部125與相鄰凹處175的第一過渡部147之間的距離 160 (在行進(jìn)方向上)大約為nP/2+mP/4，其中mP/4代表沿相鄰凹處的相應(yīng)磁體之間的偏移 (例如，m可以是奇整數(shù)1、3、5...)。第一和第二過渡部125和130之間的距離165可以是任何適合的距離。在示例性 實(shí)施例中，同一凹處的第三和第四過渡部135和140之間的距離170與距離165類似，盡管 在可替換的實(shí)施例中，第一和第二過渡區(qū)的各自距離、斜度或形狀可能與下文所述的那些 不同。在示例性實(shí)施例中，該部分的第一過渡部125和第四過渡部140之間的距離157(例 如最初過渡與最終過渡之間的總距離)可大約為nP/2+L，其中L為過渡區(qū)120的距離170。 在示例性實(shí)施例中，協(xié)作凹處175可以具有類似于距離157的總距離161 (在相應(yīng)的最初過 渡與最終過渡之間)，盡管在可替換實(shí)施例中，協(xié)作凹處可以具有滿足nP/2+L任何總距離。圖4還示出了配置用于減少齒槽的一個(gè)或多個(gè)示例性元件，例如體現(xiàn)在對(duì)于線性 電機(jī)的定子200中的示例性元件。與定子100類似，定子200可以包括從定子200的第一 個(gè)表面210向內(nèi)延伸的兩個(gè)或兩個(gè)以上凹處205。每個(gè)凹處205可以包括分別在第一個(gè)表 面210與凹處205之間的第一和第二過渡區(qū)215、220。第一過渡區(qū)215可以包括第一過渡 部225和第二過渡部230，且第二過渡區(qū)220可以包括第三過渡部235和第四過渡部240。現(xiàn)在將描述對(duì)于線性實(shí)施例的定子200的示例性尺寸。應(yīng)該理解根據(jù)所公開的實(shí) 施例，可以利用任何適合的尺寸。在至少一個(gè)示例性實(shí)施例中，來自第一過渡部225與第三 過渡部235的(在行進(jìn)方向上)的線性距離255可以表示為大約nP/2+( O，其中n為整 數(shù)，P為同極性磁體之間的間距，而e則為一個(gè)類似于圖3的實(shí)施例的調(diào)整因子。相鄰凹 處205、275的第一過渡部225之間的線性距離260可大約為nP/2+mP/4。距離265和270 可能相同，而在其他實(shí)施例中，它們可能不同。與定子200 —起操作的壓板245可以包括多個(gè)具有交替極性的永磁體。為了說明 的目的示出磁體250、280、290和295。應(yīng)該理解其他磁體可分散于所示的磁體之間。下面將描述圖3和圖4的實(shí)施例的操作。如前指出的那樣，在示例性實(shí)施例中，可以選擇電機(jī)元件以同時(shí)最小化徑向力、間 隙和推進(jìn)方向上的齒槽。盡管現(xiàn)在將關(guān)于推進(jìn)方向(例如轉(zhuǎn)子的順時(shí)針運(yùn)動(dòng))描述圖3中 實(shí)施例的操作，但應(yīng)該理解，該實(shí)施例具備其他推進(jìn)方向的功能，例如轉(zhuǎn)子的逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)。 因?yàn)樯厦嫠枋龅木嚯x155，磁體150和180 (如可實(shí)現(xiàn)的那樣，在示例性實(shí)施例中在順時(shí)針 行進(jìn)時(shí)以距離nP/2彼此間隔)將在與受到與下面描述的調(diào)整因子￡有關(guān)的各種調(diào)整大約 同時(shí)分別接近第一和第三過渡部125和135。當(dāng)磁體150穿過第一過渡部125時(shí)，磁體150會(huì)受到與推進(jìn)力相反的逆時(shí)針切向力，因?yàn)榕c第一過渡115相關(guān)聯(lián)(通常在切向方向上面對(duì))的定子表面的步幅(st印)而被 稱為齒槽。磁體180會(huì)受到推進(jìn)方向上的順時(shí)針切向力，因?yàn)榇朋w180穿過第三過渡部135 時(shí)與第二過渡區(qū)120相關(guān)聯(lián)的步幅而也被稱為齒槽。因此，操作于磁體150上的逆時(shí)針切 向力與操作于磁體180上的順時(shí)針切向力可能相反，并且相互抵消。因此，就可以利用相反 的齒槽力來最小化或消除電機(jī)145的齒槽。在該實(shí)例中，如果距離155約為nP/2，則由于第 二過渡區(qū)120的定向，磁體180會(huì)先于磁體150受到齒槽(cogging)影響。可選擇調(diào)整因 子￡來調(diào)整距離155，以便補(bǔ)償這樣的定向，從而使齒槽力的產(chǎn)生可以基本同相地用于最 大限度地抵消。調(diào)整因子e還包括對(duì)磁體150、180之間其他齒槽差異的調(diào)整。例如，￡可 以包括補(bǔ)償定子100、轉(zhuǎn)子145的制造公差；磁體150、180形狀上的差異或任何其他適合的 補(bǔ)償?shù)姆至?。在其他可替換實(shí)施例中，第一和第三過渡部之間的距離可能沒有調(diào)整因子，并 且抵消齒槽力的相位補(bǔ)償可能受到第一和第二過渡區(qū)中的形狀、范圍或其他差異的影響。 在其他可替換實(shí)施例中，調(diào)整因子￡可以與不同形狀的過渡區(qū)一起使用。圖5A示出作為定子100的示例性尺寸的結(jié)果的磁體150上的切向齒槽力310、 磁體180上的切向齒槽力315以及來自切向齒槽力310和315的和產(chǎn)生的切向齒槽合 力320的圖。由于磁體150和180會(huì)分別在大約相同的時(shí)間接近并通過第一和第三過渡 部125和135，所以切向齒槽合力320會(huì)小于它們?cè)诓煌瑫r(shí)間接近時(shí)的切向齒槽合力。圖 5A中所圖示的前導(dǎo)的和拖后的過渡區(qū)上的力之間所實(shí)現(xiàn)的抵消可以被稱為第一級(jí)抗齒槽 (anti-cogging) 0例如可以被稱為第二級(jí)抗齒槽的齒槽力的進(jìn)一步減小，可以因?yàn)樯鲜鼍嚯x160以 及作用于附加磁體190和195上的力而實(shí)現(xiàn)。如上文所述，凹處105的第一過渡部125與 相鄰凹處175的第一過渡部147之間的距離160可能約為nP/2+mP/4。在圖3的示例性尺 寸中，m選為1。當(dāng)磁體195具有相對(duì)于磁體180的相同電偏移時(shí)，結(jié)果，磁體190會(huì)從磁體 150偏移大約士90度的電角度。當(dāng)磁體190接近第一過渡部147且磁體195接近第三過渡 部157時(shí)，它們會(huì)經(jīng)歷與上述磁體150和180相似的力，即偏移90度的電角度。圖5B示出作為定子100的示例性尺寸的結(jié)果的磁體190上的切向齒槽力330、磁 體195上的切向齒槽力335以及切向力330和335的和產(chǎn)生的切向齒槽合力340的圖。與 磁體150和180類似，磁體190和195在大約相同的時(shí)間分別接近第一過渡部和第三過渡 部147和157，導(dǎo)致比它們?cè)诓煌瑫r(shí)間接近時(shí)的切向齒槽力更小的切向齒槽力340。圖5C示出由合力320和340的組合(例如所得到的兩個(gè)等級(jí)的抗齒槽)產(chǎn)生的 示例性切向齒槽力345。如前所指出的那樣并且可以從圖5C看出，凹處內(nèi)的距離以及定子 100的相鄰凹處160的第一過渡部之間的距離進(jìn)一步減小切向齒槽力。所公開的實(shí)施例還提供用于軸向上(Z方向)的齒槽的減小，即與轉(zhuǎn)子平面垂直的 方向上。圖6A示出作為定子100的示例性尺寸的結(jié)果的磁體150上的軸向力410、磁體180 上的軸向力415及由軸向力410、415的和產(chǎn)生的軸向齒槽力420的圖。與上述實(shí)施例類 似，由于磁體150和180在大約相同的時(shí)刻分別接近并通過第一和第三過渡部125和135， 所以所得到的軸向齒槽力420減小。如上所述協(xié)作區(qū)(例如，凹處105、175)被距離160分隔，以使得作用于磁體190、 195上的力可以結(jié)合由磁體150、180產(chǎn)生的抗齒槽力進(jìn)行操作以減小軸向齒槽力。如上所 述，凹處105的第一過渡部125與相鄰凹處175的第一過渡部147之間的距離160可近似
7為nP/2+mP/4。因此，當(dāng)磁體190接近第一過渡部147，且磁體195接近第三過渡部157時(shí)， 它們經(jīng)歷類似于上述磁體150、180的軸向力的軸向力，且具有電偏移。圖6B示出作為定子100的示例性尺寸的結(jié)果的磁體190上的軸向齒槽力430、磁 體195上的軸向齒槽力435以及由軸向力430和435的和產(chǎn)生的軸向齒槽合力440的圖。 因?yàn)榇朋w190和195在大約相同的時(shí)刻分別接近第一過渡部和第三過渡部147和157，所以 可以獲得減小的軸向齒槽力440。圖6C示出由軸向力320及340的組合得到的軸向齒槽力 445。如前面所指出的那樣，各個(gè)齒槽力(以及因此還有抗齒槽力)的輪廓(profile) 隨過渡區(qū)表面的形狀和尺寸的變化而變化。因此，過渡區(qū)115、120、127、137可根據(jù)需要具 有各種形狀和尺寸。在圖3所示的示例性實(shí)施例中，如前面所指出的那樣，各個(gè)過渡區(qū)的每 一個(gè)的距離是相似的。例如，每個(gè)過渡區(qū)的距離可以等于或大于P/2。在可替換的實(shí)施例 中，前導(dǎo)的和拖后的過渡區(qū)的形狀以及距離可以不同，例如拖后的過渡區(qū)(類似于120區(qū)) 的具有比前過渡區(qū)的距離(類似于距離165)更長(zhǎng)的距離(類似于距離170)。因此，拖后的 過渡相對(duì)于運(yùn)動(dòng)磁體可能比前導(dǎo)的過渡開始得晚，但可能比前導(dǎo)的過渡長(zhǎng)。在示例性實(shí)施 例中，過渡區(qū)可能被定形，以使得力310、315、330、335、410、415、430、435的一個(gè)或多個(gè)展 示出更逐步的過渡或更平坦的輪廓。圖3示出具有角形形狀的示例性過渡區(qū)115、120。轉(zhuǎn)至圖7A，示例性過渡區(qū)510、 515相對(duì)于第一表面520具有從第一表面520朝向凹處525向內(nèi)彎曲的凹形形狀?？梢哉J(rèn) 識(shí)到，表面的形狀可以不對(duì)稱。圖7B示出其中示例性過渡區(qū)530、535相對(duì)于內(nèi)表面520具 有凸形形狀的另一個(gè)實(shí)施例。圖7C示出其中過渡區(qū)540、545從第一表面520和凹處525縮 進(jìn)的實(shí)施例。圖7D示出具有示例性過渡區(qū)的定子的部分550的橫截面且圖7E示出其側(cè)視 圖，其中所述示例性過渡區(qū)具有包括從過渡部560至過渡部565的復(fù)合角的復(fù)雜形狀。在 示例性實(shí)施例中，如可以實(shí)現(xiàn)的那樣，部分550可以基本上與永磁體和定子之間的Z重疊相 當(dāng)。在圖7D-7E所示的示例性實(shí)施例中，復(fù)合角過渡表面555A、555B可被定位成在軸向方 向上(Z方向)生成抵消齒槽力(例如，提供所需的抗齒槽效應(yīng))。還可以利用其他適合的過渡區(qū)配置，其包括線性、非線性、復(fù)合及其他形狀。應(yīng)該 理解，過渡區(qū)可以是非對(duì)稱的，且具有不同的形狀和尺寸。在所公開實(shí)施例中，過渡區(qū)可以 包括各種材料，并且例如可以具有由不同于定子其他部分的材料制成的部分。在一些實(shí)施 例中，可以選擇用于過渡區(qū)的材料以實(shí)現(xiàn)可變磁阻。示例性實(shí)施例還可以提供用于減小徑向齒槽力，即分別平行于定子100、200與轉(zhuǎn) 子145或壓板245之間的間隙的齒槽力。圖8示出圖3的定子100的圖，其包括磁體150、 凹處105、以及第一過渡部125、第二過渡部130、第三過渡部135和第四過渡部140。在直徑 方向上與磁體105相對(duì)的磁體605可以是圖3中示出的磁體中的一個(gè)或可以是其他磁體。 為清楚起見，沒有示出圖3的其他元件。所示的定子100沿第一表面110具有至少兩個(gè)凹處 105、610。凹處610可以是凹處175 (圖3)或另一個(gè)凹處。凹處610包括第一過渡部630、 第二過渡部635、第三過渡部640和第四過渡部645。減小徑向齒槽力的至少一種方法包括 沿定子100第一表面110定位凹處105、610，以使得轉(zhuǎn)子100上的直徑相對(duì)的磁體105、605 在基本上相同的時(shí)刻接近相應(yīng)的第一、第二、第三和第四過渡部。圖9A示出當(dāng)磁體150橫穿第一過渡部125和第二過渡部130時(shí)轉(zhuǎn)子145上的徑
8向力710，且圖9B示出當(dāng)磁體605橫穿第一過渡部630和第二過渡部635時(shí)轉(zhuǎn)子145上的 徑向力720。只要轉(zhuǎn)子保持在其中心位置，力710、720就基本上彼此相反并且因此趨向于相 互抵消。再次參考圖8，可以使用少至兩個(gè)繞組組685、690以驅(qū)動(dòng)所公開的實(shí)施例。繞組組 685、690可以包括一個(gè)或多個(gè)繞組。應(yīng)該理解，所公開的實(shí)施例的各個(gè)方面所使用的繞組組 可以包括一個(gè)或多個(gè)位于一個(gè)或多個(gè)凹處中的繞組，且可以包括適于在所公開的實(shí)施例中 使用的任何類型的繞組。所公開的實(shí)施例可以包括分段繞組，例如，被劃分為一個(gè)或多個(gè)分 布于定子的所選擇的凹處中的子繞組組。根據(jù)所公開的實(shí)施例，每個(gè)子繞組組可以包括一 個(gè)或多個(gè)繞組，并且可以被驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生電動(dòng)力(motor force) 0在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可 以將繞組組布置成三相繞組組，然而，可使用任何適合的繞組組布置。圖10和11示出根據(jù)所公開的實(shí)施例被配置成減小齒槽的其他示例性元件800、 900的示意圖。元件800、900可由鐵磁材料構(gòu)造。元件800、900可以分別用于旋轉(zhuǎn)和線性應(yīng)用。元件800、900的幾何結(jié)構(gòu)可以被布 置以使得沿推進(jìn)和間隙方向，由元件的部件所產(chǎn)生的齒槽力疊加導(dǎo)致最小的總齒槽干擾。 例如，通過選擇繞組槽距，可以減小由定子繞組齒引起的齒槽，同時(shí)通過選擇合適的過渡區(qū) 形狀和尺寸，可減小由定子的不連續(xù)性引起的齒槽。圖10中元件800的部件包括內(nèi)弧段805、外弧段810、第一和第二過渡帶815、820， 一系列線圈槽825及跨角830。內(nèi)弧段805可以被布置成允許與永磁體轉(zhuǎn)子例如1035 (圖 12)相互作用。線圈槽825可以圍繞繞組組，該繞組組被布置成例如三相繞組組。繞組組 可以使用正弦換向方案驅(qū)動(dòng)繞組組。跨角830可以被布置成使得角830 = n(P/2)，其中，n 為任何整數(shù)，并且P為具有相同極性的轉(zhuǎn)子的兩個(gè)磁體之間的間距。圖11中的元件900包括內(nèi)段905，外段910，第一和第二過渡帶915、920，一系列 線圈槽925及跨距930。內(nèi)段905可以被布置成允許與永磁體壓板935相互作用。線圈槽 925可以圍繞繞組組，該繞組組被布置成例如三相繞組組。可以使用正弦換向方案驅(qū)動(dòng)繞組 組?？缇?30可以被布置成使得角930 = n (P/2)，其中n為任何整數(shù)，且P為具有相同極性 的壓板的兩個(gè)磁體之間的間距。對(duì)于圖10和圖11 二者，在使用奇數(shù)個(gè)元件800、900時(shí)的應(yīng)用中線圈槽825、925 可以具有分?jǐn)?shù)的槽距，或在使用偶數(shù)個(gè)元件800、900時(shí)的應(yīng)用中線圈槽825、925可以具有 整數(shù)的槽距。因此，通過槽距的選擇，可減小或基本消除由定子繞組齒產(chǎn)生的齒槽。應(yīng)該理 解，可以使用任何數(shù)目的元件800、900。圖12所示的實(shí)施例可以利用單個(gè)1000。在該實(shí)施例中，線圈槽1025具有分?jǐn)?shù)的槽 距，使得通過相消干擾基本上彼此抵消由線圈槽1025生成的齒槽力。圖13示出具有被配置 成減小齒槽的兩個(gè)元件1105、1110的示例性實(shí)施例。該實(shí)施例可以采用各種技術(shù)以最小化 齒槽。例如，1105和1110可以完全相同且被定位，以使得參考角1115和1120以90度電角 度分開。作為另一個(gè)示例，可以定位1105和1110，以使得參考角1115和1120以180度機(jī) 械角度分開，且線圈槽1125和1130以360度虛分?jǐn)?shù)槽距對(duì)齊(align with a 360 degree imaginary fractional slot pitch)。這樣，線圈槽 1125 和 1130 不完全相同。圖14示出使用被配置成減小齒槽的四個(gè)元件1205、1210、1215、1220的示例性實(shí) 施例。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，元件可以完全相同，并且被定位成以90度機(jī)械角度或電角度分開。在其他實(shí)施例中，元件1205、1210、1215、1220可被布置成分別與相應(yīng)線圈槽1225、 1230、1235、1240以90度機(jī)械角度分開，并且所述相應(yīng)線圈槽1225、1230、1235、1240以虛 360i^^^Mi^SXif'^- (align with an imaginary 360 degreefractional slot pitch) 一些實(shí)施例中，只有線圈槽的子組裝有線圈，因?yàn)橹豢紤]轉(zhuǎn)子或壓板磁體與被配置成減少 齒槽的元件之間的被動(dòng)相互作用。圖15示出具有轉(zhuǎn)子1815以及至少兩個(gè)芯的電機(jī)1800，其中至少第一個(gè)芯1805具 有繞組，而至少第二個(gè)芯1810不具有繞組。芯1810相對(duì)芯1805偏移90度，因此提供被配 置成減小齒槽的機(jī)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例。通過參考結(jié)合的代理人編號(hào)為390-012750-US(PAR)于2007年6月27日提交的美 國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/769，651表明有可能利用減少數(shù)目的繞組組獲得自軸承電機(jī)的功能。通 過參考結(jié)合的代理人編號(hào)390-012197-US(PAR)于2007年6月27日提交的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 11/769，688描述了用于去耦每個(gè)繞組組中的徑向和切向力的示例性換向方案。因此，可 利用更簡(jiǎn)化的繞組實(shí)現(xiàn)方式，通過獨(dú)立控制例如少至兩個(gè)電機(jī)繞組組來產(chǎn)生任意的轉(zhuǎn)子力 矩和定心力。當(dāng)前所公開實(shí)施例可以被用來提供減少的沿著多個(gè)軸的齒槽干擾，并且提供 在前面描述的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/769,651和11/769,688中描述的實(shí)施例的定心力。在一個(gè)或多個(gè)公開的實(shí)施例中，被配置成減小齒槽的元件可以在其構(gòu)造中包括鐵 磁材料、一些電絕緣鐵磁層、或金屬粉末的一個(gè)或多個(gè)。圖16示出結(jié)合所公開的實(shí)施例的特征的示例性基片加工裝置1300的頂視圖?；?片加工裝置1300通常具有通大氣部1350 (其對(duì)大氣開放)以及鄰近真空部1305 (其被配 備以起到真空室的作用)。通大氣部1350可以具有一個(gè)或多個(gè)基片容納盒1310，以及通大 氣基片運(yùn)送裝置1315。真空部1305可以具有一個(gè)或多個(gè)加工模塊1320，以及真空基片運(yùn) 送裝置1325。圖13所示的實(shí)施例可以具有加載鎖1340和1345，以便在不妨礙存在于真空 部1305中的任何真空的完整性的情況下，允許基片在通大氣部1350和真空部1305之間通 過基片加工裝置1300還可以包括控制器1355，其控制基片加工裝置1300的操作。 控制器1355可以包括處理器1360和存儲(chǔ)器1365?？刂破?355可以通過鏈路1370連接到 基片加工系統(tǒng)1300。為了所公開實(shí)施例的目的，基片可以例如是半導(dǎo)體晶片(如200mm或 300mm晶片)、平板顯示器基板、適于用基片加工裝置1300加工的任何類型的基片、空白基 片(blank substrate)，或者具有與基片類似的特性(例如某些尺寸或特定質(zhì)量)的物品。根據(jù)所公開的實(shí)施例，通大氣基片運(yùn)送裝置1315可以包括一個(gè)或多個(gè)電機(jī)，例如 具有被配置用來減小齒槽的元件的電機(jī)1375、1380。電機(jī)1375、1380可以有利地利用與本 文所公開類似的一個(gè)或多個(gè)示例性元件，例如定子100、200、550、625或元件800、900，以便 最小化沿多個(gè)方向的齒槽干擾。這些方向可包括例如切向、軸向及間隙方向等。類似地，根據(jù)所公開的實(shí)施例真空基片運(yùn)送裝置1325可以包括一個(gè)或多個(gè)電機(jī)， 例如還可以包括被配置成減小齒槽的元件的1900、1950。電機(jī)1900、1950可以利用一個(gè)或 多個(gè)元件，例如，定子100、200、550、625或元件800、900。一個(gè)或多個(gè)元件可以操作以最小 化沿著多個(gè)方向(例如切向、軸向和間隙方向)的齒槽干擾。因此，一個(gè)或多個(gè)元件可以在產(chǎn)生所需量的軸向和傾斜剛度的同時(shí)，操作以最小 化沿多個(gè)軸向的齒槽干擾，并通過基片加工裝置來提供更為精確的基片定位。
當(dāng)前所公開的實(shí)施例描述被布置成最小化沿推進(jìn)、間隙和軸向的齒槽干擾的多種 元件。被配置成最小化齒槽的元件包括被布置成使得由每個(gè)部件產(chǎn)生的齒槽力的疊加導(dǎo)致 沿著推進(jìn)、間隙及軸向方向的最小總齒槽干擾。一個(gè)或多個(gè)元件也產(chǎn)生所需量的跨過氣隙 的力，包括對(duì)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)應(yīng)用的定心力，以及對(duì)于線性電機(jī)應(yīng)用的定位或?qū)蛄?。至少一?所公開的實(shí)施例以如下方式使用各種元件，即由每個(gè)元件部件產(chǎn)生的齒槽力的疊加導(dǎo)致沿 著推進(jìn)、間隙和軸向方向的最小總齒槽干擾。應(yīng)該理解，前面的描述僅是本實(shí)施例的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不偏離本文 中所公開的實(shí)施例的情況下設(shè)想出各種替換和修改。因而，本實(shí)施例意圖包括落入所附權(quán) 利要求范圍的所有這些替換、修改和變化。
權(quán)利要求
一種電機(jī)，包括定子；以及轉(zhuǎn)子，其被配備為在至少第一方向上相對(duì)于所述定子可活動(dòng)，所述轉(zhuǎn)子在操作中與所述定子對(duì)接以使得在第一方向上生成電動(dòng)力。所述定子包括被配置成在至少第一方向和與所述第一方向成角度的第二方向上在所述轉(zhuǎn)子上生成抗齒槽力的元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，包括同步無刷電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中所述元件被配置成在與所述第一方向和第二方向 成角度的至少第三方向上在所述轉(zhuǎn)子上生成抗齒槽力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中所述元件包括 從所述定子的內(nèi)表面向內(nèi)延伸的至少第一凹處；以及 從所述內(nèi)表面向所述第一凹處延伸的至少兩個(gè)過渡區(qū)；其中，所述至少兩個(gè)過渡區(qū)的距離近似為nP/2，其中n為任何整數(shù)，P為與所述定子對(duì) 接的相同極性的磁體之間的間距。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)，其中所述元件包括從所述定子內(nèi)表面向內(nèi)延伸的至少 第二凹處，其中所述第一和第二凹處之間的距離近似為nP/2+mP/4，其中n為任何整數(shù)，m為奇數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)，其中所述過渡區(qū)的至少一個(gè)相對(duì)于所述內(nèi)表面成角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)，其中所述過渡區(qū)的至少一個(gè)相對(duì)于所述內(nèi)表面具有表 面凹面。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)，其中所述過渡區(qū)的至少一個(gè)相對(duì)于所述內(nèi)表面具有表面凸面。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)，其中所述過渡區(qū)的至少一個(gè)從所述內(nèi)表面和所述第一 凹處縮進(jìn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)，其中所述過渡區(qū)的至少一個(gè)限定在所述內(nèi)表面和所 述第一凹處之間的復(fù)合角。
全文摘要
一種電機(jī)包括定子以及被配備為在至少第一方向上相對(duì)于所述定子可活動(dòng)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子在操作中與所述定子對(duì)接以使得在第一方向上生成電動(dòng)力。所述定子包括被配置成在至少第一方向和與所述第一方向成角度的第二方向上在所述轉(zhuǎn)子上生成抗齒槽力的抗齒槽元件。
文檔編號(hào)H02K21/12GK101855811SQ200880104621
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者J·T·穆拉, J·克里什納薩米, M·霍澤克 申請(qǐng)人:布魯克斯自動(dòng)化公司