專利名稱：降低復(fù)雜性的自軸承無刷直流電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所披露的實(shí)施例涉及電磁軸承和電機(jī)(motor)，尤其涉及具有數(shù)量減少的繞組組(winding set)的自軸承(self bearing)電機(jī)。

背景技術(shù)：
在某些利用電機(jī)的應(yīng)用中，材料必須在受控的清潔氣氛中處理，在這種環(huán)境中微觀的污染物可能意味著嚴(yán)重問題。在這些應(yīng)用中，潔凈度可能會直接與產(chǎn)量有關(guān)，其可能因而影響成本。其他電機(jī)應(yīng)用還可能包括利用高度腐蝕性氣體和高溫的不良?xì)夥盏募庸げ襟E。帶有接觸式軸承的電機(jī)可能會磨損，從而造成微粒污染，并最終因?yàn)椴涣辑h(huán)境而導(dǎo)致故障。軸承在出故障前還可能出現(xiàn)過量的振動和跳動。
1998年10月6日發(fā)表的第5,818,137號美國專利中描述了一種帶有定子的一體式磁電機(jī)驅(qū)動和懸掛系統(tǒng)，它具有提升轉(zhuǎn)子的永久磁鐵、8個保持轉(zhuǎn)子的徑向位置和傾斜取向穩(wěn)定的控制繞組，以及激勵轉(zhuǎn)子的驅(qū)動繞組。2004年3月16日發(fā)表的第6,707,200號美國專利描述了一個帶有一體式磁軸承的旋轉(zhuǎn)磁性萬向節(jié)(gimbal)，它利用了4個等長的線圈段，每個線圈段至少有2相。對每個線圈段獨(dú)立施加力矩(或?qū)€圈段組施加力矩，例如，與三相電機(jī)類似)，以獲得所需要的旋轉(zhuǎn)速度和所需要的徑向位置。2006年7月18日發(fā)表的第7,078,839號美國專利描述了一個自軸承的非對稱步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)有5個線圈段，每個線圈段有3相。提供給各線圈的電流大小根據(jù)轉(zhuǎn)子中心的幾何偏心度各異，因而各電磁鐵產(chǎn)生各不相同的磁力。由于磁力的不同，轉(zhuǎn)子能夠受到支撐，并且對幾何偏差進(jìn)行了補(bǔ)償。


發(fā)明內(nèi)容
所披露的實(shí)施例針對一種電機(jī)換向(commutating)方法，該方法包括在操作中將電機(jī)的定子和受激勵部件進(jìn)行對接，相對于受激勵部件布置至少兩個繞組組，并獨(dú)立控制該至少兩個繞組組，從而用該至少兩個繞組組對激勵器進(jìn)行驅(qū)動和定心。
在另一種實(shí)施例中，用于電機(jī)換向的裝置包括相對于電機(jī)受激勵部件布置的至少兩個繞組組，和用于獨(dú)立控制該至少兩個繞組組從而用該至少兩個繞組組對受激勵部件進(jìn)行驅(qū)動和定心的換向電路。
在另一實(shí)施例中，電機(jī)包括具有至少兩個獨(dú)立受控的繞組組的定子，在操作中對接定子的受激勵部件，以及通信地連接到該至少兩個繞組組以控制該至少兩個繞組組獨(dú)立驅(qū)動和定心受激勵部件的控制器，其中該至少兩個繞組組相對于受激勵部件布置，并且控制器被編程來控制該至少兩個繞組組從而用該至少兩個繞組組對受激勵部件進(jìn)行驅(qū)動和定心。
在其他實(shí)施例中，基片加工裝置具有電機(jī)，該電機(jī)帶有具有至少兩個獨(dú)立受控的繞組組的定子，在操作中與定子對接的受激勵部件，以及通信地連接到該至少兩個繞組組以控制該至少兩個繞組組以獨(dú)立驅(qū)動和定心受激勵部件的控制器，其中該至少兩個繞組組相對于受激勵部件布置，并且控制器被編程來控制該至少兩個繞組組從而用該至少兩個繞組組對受激勵部件進(jìn)行驅(qū)動和定心。
在其他實(shí)施例中，用于電機(jī)換向的方法包括計(jì)算調(diào)節(jié)電角度，并在常用換向方程中利用調(diào)節(jié)電角度，以獨(dú)立扭轉(zhuǎn)并主動定心電機(jī)轉(zhuǎn)子，從而用至少兩個電機(jī)繞組組來主動定心轉(zhuǎn)子。
在另一實(shí)施例中，電機(jī)換向的方法包括計(jì)算調(diào)節(jié)電角度，并將調(diào)節(jié)電角度代入用于電機(jī)換向的換向方程中，以獨(dú)立扭轉(zhuǎn)并主動定心電機(jī)轉(zhuǎn)子，從而用至少兩個電機(jī)繞組組主動定心轉(zhuǎn)子。
在另一實(shí)施例中，用于電機(jī)換向的裝置包括用于計(jì)算調(diào)節(jié)電角度的電路，以及電流放大器，該電流放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使常用換向方程組能夠在具有至少兩個繞組組的電機(jī)中以及在具有至少三個繞組組的電機(jī)中產(chǎn)生力矩和主動定心力。
在另一實(shí)施例中，電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和由電流放大器驅(qū)動的繞組，電流放大器具有用于計(jì)算調(diào)節(jié)電角度的電路和用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度從而使常用換向方程組能夠在電機(jī)中產(chǎn)生各不相同的主動定心力和力矩的放大器，其中該電機(jī)至少是兩個繞組組的電機(jī)或者三個繞組組的電機(jī)之一。
在另一實(shí)施例中，基片加工裝置包括用于電機(jī)換向的控制器，該控制器包括用于計(jì)算調(diào)節(jié)電角度的電路和電流放大器，該電流放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使常用換向方程組能夠在電機(jī)中產(chǎn)生各不相同的主動定心力和力矩，其中該電機(jī)至少是兩個繞組組的電機(jī)或者三個繞組組的電機(jī)之一。
在又一實(shí)施例中，基片加工裝置包括具有轉(zhuǎn)子和由電流放大器驅(qū)動的繞組的電機(jī)，電流放大器具有用于計(jì)算調(diào)節(jié)電角度的電路，以及用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度從而使常用換向方程組能夠在電機(jī)中產(chǎn)生各不相同的主動定心力和力矩的放大器，其中該電機(jī)至少是兩個繞組組的電機(jī)或者三個繞組組的電機(jī)之一。



目前所披露的實(shí)施例的上述方面及其他特性在下文中參考附圖加以說明，其中 圖1所示為適于實(shí)現(xiàn)所披露實(shí)施例的示例電機(jī)的示意圖。
圖1A所示為圖1實(shí)施例的操作的示例流程圖。
圖2所示為具有線性配置的示例電機(jī)實(shí)施例； 圖3所示為有兩個繞組組的示例電機(jī)實(shí)施例，兩個繞組組間偏移約180度； 圖4所示為具有在電機(jī)圓周上分布的繞組組的示例實(shí)施例； 圖5所示為將繞組組分成多個繞組子組組的示例實(shí)施例； 圖6所示為利用三個繞組組的示例實(shí)施例； 圖7所示為利用四個繞組組的示例實(shí)施例； 圖8所示為一種傳感器系統(tǒng)的示例實(shí)施例，該系統(tǒng)適于為所披露的實(shí)施例提供位置反饋； 圖9所示為基片加工裝置1000的頂視圖，該裝置結(jié)合了所披露實(shí)施例的特點(diǎn)。

具體實(shí)施例方式 圖1所示為適于實(shí)現(xiàn)本文所披露實(shí)施例的示例電機(jī)100的示意圖。盡管目前所披露的實(shí)施例將參照圖予以描述，但應(yīng)當(dāng)理解的是，它們可以以許多替代形式體現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用任何尺寸、形狀或類型的元件或材料。
電機(jī)100包括受激勵部件110，在本實(shí)施例中采用轉(zhuǎn)子及繞組組115和120的形式。為了所披露實(shí)施例的目的，應(yīng)當(dāng)理解的是，術(shù)語受激勵部件包括響應(yīng)于由本文所述繞組組所產(chǎn)生的力而執(zhí)行運(yùn)動或施加力的設(shè)備。所披露實(shí)施例的轉(zhuǎn)子和壓板是受激勵部件的實(shí)例。
圖1所示示例電機(jī)100的實(shí)施例被示為具有旋轉(zhuǎn)式配置，盡管其他實(shí)施例可能包括如下文中將予以描述的線性配置。受激勵部件110也被稱為轉(zhuǎn)子，可以采用任何適用結(jié)構(gòu)。繞組組115和120可包括一個或多個繞組，且可以由電流放大器125驅(qū)動，電流放大器可包括適于驅(qū)動繞組組的軟件、硬件或軟硬件的組合。
圖1A所示為圖1實(shí)施例的操作的示例流程圖。對照圖1和圖1A，框10中，控制器112可操作來從電機(jī)100(框60)的一個或多個傳感器或傳感器系統(tǒng)105接收激勵部件的位置信息。然后控制器可以根據(jù)位置信息和系統(tǒng)控制原則確定力和力矩命令。在框20中，控制器112接著可應(yīng)用一個或多個力轉(zhuǎn)換功能塊來產(chǎn)生一系列受控纏繞力(windingforce)。在框30中，受控纏繞力接著可被用來確定換向參數(shù)，如下文將予以解釋的I和Δ。然后，控制器可將換向參數(shù)提供給電流放大器125。
電流放大器125還可包括用于驅(qū)動繞組組的電流回路功能塊135、換向功能塊130和處理器127。處理器通?？煽刂坪蛥f(xié)調(diào)換向和電流回路功能塊的操作。處理器可為換向功能塊130提供換向參數(shù)，如框40所示，可根據(jù)一組換向方程確定每個繞組組中一個或多個繞組的受控電流。在框50中，電流回路功能塊135可為電機(jī)繞組115和120提供實(shí)際電流。電流回路功能塊也可以提供反饋和驅(qū)動能力以保持電流如所確定的那樣通過繞組。本文所披露的每個電流放大器都包括按要求來執(zhí)行所披露實(shí)施例的功能和計(jì)算的任意組合的電路、硬件和軟件。
圖2所示為另一具有線性配置的示例實(shí)施例。電機(jī)200包括受激勵部件210，在該實(shí)施例中具有壓板和繞組組215、220的形式。與圖1實(shí)施例類似，受激勵部件210可以任何適用方式構(gòu)造，而繞組組215、220可包括一個或多個繞組。為了所披露實(shí)施例的目的，應(yīng)理解的是，轉(zhuǎn)子可限于沿徑向。
應(yīng)當(dāng)理解的是，各繞組組215、220可具有任何合適的取向。電流放大器225可驅(qū)動繞組組215和225，并且可以包括適于驅(qū)動繞組組的軟件、硬件或二者的任意組合。電流放大器225可使用處理器230、換向功能塊235和電流回路功能塊240驅(qū)動與圖1中的實(shí)施例類似的繞組組215和225。處理器230、換向功能塊235和電流回路功能塊240可還包括用于從提供位置信息的一個或多個傳感器或傳感器系統(tǒng)接收反饋的電路。
所披露實(shí)施例針對自軸承電機(jī)，其有利地利用最少量的繞組組來影響自軸承電機(jī)功能。例如，一個或多個實(shí)施例可以利用少至兩個電機(jī)繞組組來產(chǎn)生自軸承所需要的力。繞組可包括任何類型的適用于在所披露實(shí)施例中使用的繞組。
所披露實(shí)施例可利用相同的繞組來提供充分去耦的扭力和徑向力，以主動控制旋轉(zhuǎn)式實(shí)施例中的轉(zhuǎn)子或受激勵部件的旋轉(zhuǎn)中心。在線性實(shí)施例中，可利用相同的繞組，提供充分去耦的、在運(yùn)動方向上的線性力和用于主動控制壓板在跨過定子和壓板間間隙的距離附近的導(dǎo)向力。為了所披露實(shí)施例的目的，運(yùn)動方向上的線性力和力矩被合稱為驅(qū)動力。為了所披露實(shí)施例的目的，用于主動控制旋轉(zhuǎn)式實(shí)施例中轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心的徑向力、以及跨過定子和壓板間間隙的導(dǎo)向力被合稱為定心力。
所披露電機(jī)實(shí)施例可包括分段繞組，例如，分解為沿轉(zhuǎn)子或壓板所需的部分分布的一個或多個繞組子組組的繞組組。每個繞組子組組可包括一個或多個繞組，并可被驅(qū)動以在旋轉(zhuǎn)實(shí)施例中同時產(chǎn)生充分去耦的徑向力和切向力，以及在線性實(shí)施例中提供充分去耦的推力和導(dǎo)向力。在至少一個實(shí)施例中，可在常用換向方程組中計(jì)算出并采用調(diào)節(jié)電角度來為繞組提供動力。也可以利用其他換向?qū)崿F(xiàn)方式。如上所述，實(shí)施例中的受激勵部件，如轉(zhuǎn)子110和壓板210，可用少至兩個的電機(jī)繞組組進(jìn)行主動定心。自軸承電機(jī)的其他實(shí)施例可使用繞組和磁極的新穎布置。
自軸承電機(jī)的某些實(shí)施例可利用少至兩個繞組組和少至兩條控制信道?？衫靡粋€或多個換向功能塊，其為具有轉(zhuǎn)子形式的受激勵部件提供既沿切向又沿徑向的力，或者為具有壓板形式的受激勵部件提供沿運(yùn)動和導(dǎo)引方向的力。可采用洛倫茲和麥克斯韋型力?？刹捎脙?yōu)化技術(shù)來提高產(chǎn)生驅(qū)動力和定心力的方面的效率。
可包括提供位置和間隙反饋的傳感器系統(tǒng)。例如，可以將傳感器系統(tǒng)配置為提供沿第一和第二軸的同步位置測量。傳感器系統(tǒng)還可或者與第一和第二軸同步或者可單獨(dú)來提供沿第三軸的測量。在一個或多個實(shí)施例中，傳感器系統(tǒng)可單獨(dú)、同步或以任何組合方式提供所有測量。在至少一個實(shí)施例中，一個軸可切向延伸到電機(jī)轉(zhuǎn)子或壓板，而另一個軸則可能垂直于轉(zhuǎn)子或壓板的表面。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，電機(jī)實(shí)施例的位置和間隙反饋是通過利用有限數(shù)量的傳感器獲得的。在至少一個實(shí)施例中，可使用少至兩對傳感器，而無需使用大量傳感器設(shè)備。在每一對中，可將傳感器分開一定的機(jī)械或電角度定位。第一對中的對應(yīng)傳感器可與另外對中的對應(yīng)傳感器分開一定的機(jī)械或電角度定位。在至少一個實(shí)施例中，使用兩對傳感器為所披露電機(jī)提供反饋。
所披露實(shí)施例的應(yīng)用可包括任何適用的電機(jī)應(yīng)用，例如半導(dǎo)體加工中的機(jī)器人技術(shù)。所披露自軸承電機(jī)也可作為常規(guī)軸承的替代來使用。例如，自軸承電機(jī)可以有利地由控制機(jī)器人手臂的驅(qū)動軸使用。取消接觸式軸承有利地減少了微粒的產(chǎn)生，并且減少放大器信道數(shù)量提供了硬件實(shí)施方面的成本節(jié)約。
圖3、4、5、6和圖7示出如本文所披露的自軸承無刷電機(jī)的另外的實(shí)施例。為簡單起見，示出每電機(jī)僅一相。由指示離開紙面方向的點(diǎn)和指示進(jìn)入紙面方向的“x”來指示各種導(dǎo)體中的電流方向。每臺電機(jī)可包含永磁受激勵部件，例如具有一系列標(biāo)有“N”和“S”的交替磁極的轉(zhuǎn)子310，然而，可利用任何適合的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
在示例實(shí)施例中，定子可有“鐵”芯(如由任何適合的材料如鐵磁性材料制成的定子背襯(backing))，或者電機(jī)具有無芯定子。本文描述了對于利用洛倫茲力的電機(jī)布置以及對于使用洛倫茲和麥克斯韋力的組合的布置來說的對于在圖3、4、5、6和7中所示實(shí)施例的所需驅(qū)動力力矩(T)和沿x軸的定心力(Fx)以及沿y軸的定心力(Fy)的關(guān)系。這些關(guān)系可用于確定每個繞組組的合適的換向操作，這些操作將同時產(chǎn)生所需的力矩T、力Fx和力Fy。
在至少一個實(shí)施例中，這些關(guān)系可用于確定在電機(jī)中將同時產(chǎn)生去耦力矩T和徑向力Fx，F(xiàn)y的對于每個繞組組的合適的相電流幅度(Ij，j＝A，B，C，...)以及電角度偏移量(Δj，j＝A，B，C，...)。一旦被確定，相電流幅度(Ij，j＝A，B，C，...)和電角度偏移量(Δj，j＝A，B，C，...)可用來與常用換向方程組一同產(chǎn)生所需的力矩(T)以及所需的沿x軸的定心力(Fx)和沿y軸的定心力(Fy)。
在某些實(shí)施例中，電機(jī)可由3相正弦換向驅(qū)動。在其他實(shí)施例中，作為正弦換向的替代，對于Y型配置的繞組，可使用空間矢量調(diào)制來產(chǎn)生通過繞組的等值正弦波電流。
對照圖3，下面示出作為對于2個繞組組-即繞組組A315和B320-來說的利用洛倫茲力的徑向和切向力Frj和Ftj(j＝A，B)的函數(shù)的所需力矩(T)和定心力Fx(沿x軸)以及定心力Fy(沿y軸)的示例關(guān)系。
應(yīng)當(dāng)理解的是，這些關(guān)系、計(jì)算和所得到的換向方案僅為示例性的，并且在披露的實(shí)施例中可利用任何適合的換向方案(solution)來確定去耦驅(qū)動力和定心力。盡管所示為兩個繞組組，但應(yīng)當(dāng)理解的是，電機(jī)可以包括除了根據(jù)所披露實(shí)施例所使用的那些繞組或繞組組之外的額外的繞組或繞組組。還應(yīng)當(dāng)理解的是，可利用任意數(shù)目的繞組組來提供本文所述實(shí)施例所需的去耦驅(qū)動力和定心力。盡管繞組組A315和B320示為偏移約180度，但應(yīng)當(dāng)理解的是，也可以利用其他偏移量。
如前所述，其上放置繞組組的定子可以具有鐵背襯(例如帶芯定子)，或定子可以是無芯的。圖3的利用洛倫茲力的該實(shí)施例的示例性力的關(guān)系可以如下所示，其中R是轉(zhuǎn)子的半徑。
T＝R(FtA+FtB) (1) Fx＝FtA-FtB(2) Fy＝FrA-FrB(3) 可以看出，力的關(guān)系表示為3個方程和4個未知數(shù)。此外，另一方程例如可通過找出下列代價函數(shù)(cost function)中的最小值得出。
需要注意的是，以上使用的代價函數(shù)是方便地將y方向力均等分配在兩個繞組組之間并防止不同的徑向力之間相互干擾的例子。也可以用其他代價函數(shù)來解決該問題。例如，可利用另一個基于由繞組牽引(draw)的電流的代價函數(shù)。
最小化上述代價函數(shù)將提供受到(1)-(3)約束的最小徑向力 解(1)和(2)求FtA和FtB 下列的力/電流的關(guān)系可用于圖3的利用洛倫茲力的實(shí)施例(假設(shè)為3相繞組組) FtA＝1.5KtIAcosΔA(9) FrA＝1.5KrIAsinΔA(10) FtB＝1.5KtIBcosΔB(11) FrB＝1.5KrIBsinΔB(12) 其中 IA＝繞組A的相電流幅度(A) IB＝繞組B的相電流幅度(A) ΔA＝繞組組A的電角度偏移量(弧度角) ΔB＝繞組組B的電角度偏移量(弧度角) 用(7)-(12) 為了所披露實(shí)施例的目的，本文所述所有反正切函數(shù)(atan)也可解釋為四象限反正切函數(shù)(atan2)和由此的相關(guān)自變量(argument)。
可利用以下示例性電機(jī)換向方程 iAj＝IAsin[θA(x，z)-ΔA+(2π/3)j]，j＝0，1，2(17) iBj＝IBsin[θB(x，z)-ΔB+(2π/3)j]，j＝0，1，2(18) 其中IA、ΔA、IB和ΔB控制由繞組組A和B所產(chǎn)生的力矢量的幅度和取向，并且其中 j＝每個繞組組的各個相。
因此，在本例中，通過用電角度偏移量ΔA及ΔB調(diào)節(jié)電角度θA及θB，常用或標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)換向方程組可用于利用(在該實(shí)施例中)產(chǎn)生洛倫茲力的僅2個繞組組來產(chǎn)生所需的力矩(T)和沿x軸的主動定心力(Fx)以及沿y軸的主動定心力(Fy)。也可采用使用任何適合的換向?qū)嵤┓绞降钠渌麚Q向方案。
以此方式利用標(biāo)準(zhǔn)換向方程組的適用示例技術(shù)可參見申請日為2007年6月27日、標(biāo)題為電磁推進(jìn)和導(dǎo)向系統(tǒng)的換向(Commutation of AnElectromagnetic Propulsion and Guidance System)的、律師號為390-012197-US(PAR)的美國專利申請，其全部可通過參考結(jié)合于此。
再參考圖3，根據(jù)另一個示例實(shí)施例的電機(jī)布置可利用洛倫茲力和麥克斯韋力的組合。作為徑向和切向力(Frj，F(xiàn)tj，j＝A，B)的函數(shù)的所需力矩(T)和沿x軸的定心力(Fx)以及沿y軸的定心力(Fy)的關(guān)系與方程(1)-(3)所示相同。與上述實(shí)施例相似的是，應(yīng)當(dāng)理解這些關(guān)系、計(jì)算和所得到的換向方案是示例性的，并且在所披露實(shí)施例中可利用任何適合的換向方案。
下列力/電流的關(guān)系可用于圖3的利用洛倫茲和麥克斯韋力的實(shí)施例。
FtA＝1.5KtIAcosΔA(19) FtB＝1.5KtIBcosΔB(21) 導(dǎo)出結(jié)果可分為兩種情況，即Fy＞0和Fy＜0(與圖3中所示的標(biāo)記慣例有關(guān))。這兩種情況都是示例性的。應(yīng)當(dāng)理解的是，也可以使用其他技術(shù)和力分布來確定IA、ΔA、IB、ΔB的解，同時仍可按照所披露實(shí)施例，利用單個繞組組來產(chǎn)生切向力和徑向力。
在Fy＞0的情況下，使 ΔB＝0(23) 以便例如使與繞組組B320有關(guān)的麥克斯韋力最小，否則會干擾Fy。
在Fy＜0的情況下，使 ΔA＝0(24) 以便例如使與繞組組A315有關(guān)的麥克斯韋力最小，否則會干擾Fy。
因此，在示例中Fy＞0的情況下 ΔB＝0(28) 而在示例中Fy＜0的情況下 ΔA＝0(31) 其中作為T，F(xiàn)x和Fy的函數(shù)的aj、bj和cj(j＝A，B)定義見以下表1
表1 通過將如所得出的IA、ΔA、IB、ΔB應(yīng)用到驅(qū)動繞組組A315和B320的換向功能塊130中，使用例如上面的(17)和(18)，常用電機(jī)換向方程組可用來利用(在本實(shí)施例中)產(chǎn)生洛倫茲力和麥克斯韋力的僅2個繞組組來產(chǎn)生所需要的力矩(T)和沿x軸的定心力(Fx)和沿y軸的定心力(Fy)。
因此，與上述實(shí)施例類似，通過用電角度偏移量ΔA及ΔB調(diào)節(jié)電角度θA及θB，常用或標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)換向方程組可用于利用(在本實(shí)施例中)產(chǎn)生洛倫茲力和麥克斯韋力的僅2個繞組組來產(chǎn)生所需要的力矩(T)和沿x軸的定心力(Fx)和沿y軸的定心力(Fy)。也可采用使用任何適合的換向?qū)嵤┓绞降钠渌麚Q向方案。
圖4示出了其中繞組組415、420分布于轉(zhuǎn)子410圓周上的所需位置的示例實(shí)施例。每個繞組組415、420均可分段成任意數(shù)量的繞組子組，其可以分布在任意數(shù)量的所需位置。繞組子組彼此間或相對于轉(zhuǎn)子410以任意所需的電或機(jī)械偏移量分組或分布?？衫萌我鈹?shù)量的繞組組和繞組子組和任意合適的分布。圖4所示為利用兩個繞組組415、420的示例實(shí)施例，每個繞組組分別布置為兩個繞組子組425、430以及435、440。每個繞組組中的兩個繞組子組電耦合，并相對彼此移動任意合適的電和機(jī)械偏移量。
圖5所示為利用兩個繞組組A515和B520的示例實(shí)施例，每個繞組組分別布置為兩個繞組子組525、530以及535、540。每個繞組組中的兩個繞組子組電耦合，并相對彼此移動約90度的電角度。因此，當(dāng)該對中的兩個繞組子組之一產(chǎn)生純切向力時，該對中的另一個繞組子組則產(chǎn)生純徑向力，反之亦然。在所示的示例實(shí)施例中，各繞組組的每一個的分段可幾何上布置為呈約90°角。在替換實(shí)施例中，各繞組組的繞組段之間的幾何角度偏移量和電角度偏移量可以各不相同。在該實(shí)施例中，繞組組A515具有兩個繞組子組A0530和A90525，繞組組B520具有兩個繞組子組B0540和B90535。繞組組A和B的每一個都可由與圖1的電流放大器125類似的電流放大器驅(qū)動。
在下面所示為利用洛倫茲力的圖5的實(shí)施例的分段繞組組515、520的所需力矩(T)和沿x軸的定心力(Fx)和沿y軸的定心力(Fy)的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些關(guān)系、計(jì)算和所得到的換向方案僅為示例性的，并且在所披露實(shí)施例中可利用任何適合的換向方案。雖然示出了兩個繞組組，但應(yīng)當(dāng)理解的是，可利用任意數(shù)量的繞組組。相似地，雖然示出了四個繞組子組，但應(yīng)當(dāng)理解的是可利用任意數(shù)量的繞組子組。此外，雖然繞組子組525、530、535、540示出為偏移90度，但應(yīng)當(dāng)理解的是也可利用其他偏移量。
圖5的實(shí)施例的力的關(guān)系可表示如下 請注意，因?yàn)樵诿總€繞組組中，繞組子組偏移為90度電角度，所以以下方程成立。
β＝Kr/Kt(40) 下列力/電流的關(guān)系可用于圖5的利用洛倫茲力的實(shí)施例 為得出就徑向力和切向力而言的IA、ΔA、IB、ΔB的解，需要增加另外一個方程，因?yàn)樽兞慷嘤诜匠?。有很多方法可以解決這一問題，并可根據(jù)所利用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)而獲得不同的解。例如，提出下面通過將代價函數(shù)最小化來獲得額外方程 從(33)-(45)的方程中，可能得出以下解 通過將得出的IA、ΔA、IB和ΔB應(yīng)用到驅(qū)動繞組子組525、530和繞組子組535、540的例如(圖1的)換向功能塊130中，使用例如上面的(17)和(18)，常用電機(jī)換向方程組可用來利用(在本實(shí)施例中)產(chǎn)生洛倫茲力的僅2個繞組組來產(chǎn)生所需要的力矩(T)和沿x軸的定心力(Fx)和沿y軸的定心力(Fy)。
因此，與上述實(shí)施例類似，通過用電角度偏移量ΔA及ΔB調(diào)節(jié)電角度θA及θB，常用或標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)換向方程組可用于利用(在本實(shí)施例中)產(chǎn)生洛倫茲力的僅2個繞組組來產(chǎn)生所需要的力矩(T)和沿x軸的定心力(Fx)和沿y軸的定心力(Fy)。也可采用使用任何適合的換向?qū)嵤┓绞降钠渌麚Q向方案。
圖6所示為利用了三個繞組組A615、B620和C625的示例實(shí)施例，其中繞組組延伸到轉(zhuǎn)子的3個扇區(qū)上，圖中標(biāo)記為A、B、C。應(yīng)當(dāng)理解的是，可包括延伸到任何數(shù)量的扇區(qū)上的任何數(shù)量的繞組組。繞組組A615、B620和C625的每個都可以由電流放大器630驅(qū)動。電流放大器630可包括適于驅(qū)動繞組組的軟件、硬件和軟件硬件的組合。電流放大器630還可包括適于驅(qū)動所需數(shù)量的繞組組的電流回路功能塊645、換向功能塊640和處理器635。與圖1中的電流放大器125類似，換向功能塊640可根據(jù)一組特定方程，確定每個繞組組的繞組的電流，而電流回路功能塊645可提供反饋和驅(qū)動性能，以保持電流如所確定的那樣通過繞組組。處理器635、換向功能塊640和電流回路功能塊645還可包括用于從提供位置信息的一個或多個傳感器或傳感器系統(tǒng)接收反饋的電路。
如前所述，圖6所示示例實(shí)施例中的電機(jī)可配置為基于洛倫茲力工作。再回到圖6，可以如下所示表示利用洛倫茲力的所需力矩(T)和沿x軸的定心力(Fx)和沿y軸的定心力(Fy)的示例關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些關(guān)系、計(jì)算和所得到的換向方案僅為示例性的，并且在所披露實(shí)施例中可利用任何適合的換向方案。雖然示出了三個繞組組，但應(yīng)當(dāng)理解的是，可利用任意數(shù)量的繞組組。雖然所示繞組組A615、B620和C625繞定子基本均等地分布，偏移量約120度，但應(yīng)當(dāng)理解的是，也可以利用其他偏移量。在其他替代實(shí)施例中，繞組可按繞所期望軸線大致對稱但繞定子周長不均等分布的配置來布置。
圖6的利用洛倫茲力的實(shí)施例的力的關(guān)系可表示如下 T＝R[FtA+FtB+FtC](54) 假定 FtA＝FtB＝FtC＝Ft(57) 以為了均等地將產(chǎn)生力矩的切向力分布在三個繞組組之間。應(yīng)當(dāng)理解的是，均等分布是示例性方案，并且可使用其他技術(shù)和力分布來確定IA、ΔA、IB、ΔB的解?？衫闷渌Ψ植?，例如通過引入如上述實(shí)施例中所示的代價函數(shù)。例如，可根據(jù)通過繞組的電流來利用代價函數(shù)。
使用(54)、(55)、(56)和(57) 與圖1的實(shí)施例類似，對于圖6的實(shí)施例，有2個方程和3個未知數(shù)。因此，還需要另一個方程。另外一個方程可通過將以下示例代價函數(shù)最小化獲得。如前所述，也可利用其他代價函數(shù)和力分布。
這得出如下最優(yōu)解 下列力/電流的關(guān)系可用于圖6的利用洛倫茲力的實(shí)施例 Ftj＝1.5IjKtcosΔj，j＝A，B，C(65) Frj＝1.5IjKrsinΔj，j＝A，B，C(66) 因此 其中j代表每個繞組組，且 與上述實(shí)施例類似，可將Ij和Δj(j＝A，B，C)應(yīng)用到換向功能塊640中， 使用例如具有如可應(yīng)用于繞組組A、B和C的(17)的形式的換向方程，用以使用產(chǎn)生洛倫茲力的三個繞組組615、620和625來提供所需力矩T和定心力Fx、Fy。
與上述實(shí)施例類似，可用電角度偏移量Δj(j＝A，B，C)調(diào)節(jié)電角度，以使用常用電機(jī)換向方程組來提供所需力矩和定心力。也可采用使用任何適合的換向?qū)嵤┓绞降钠渌麚Q向方案。
仍然參照圖6，另一個實(shí)施例的電機(jī)可以被配置為使用洛倫茲力和麥克斯韋力的組合操作。作為徑向力和切向力(Frj，F(xiàn)tj，j＝A，B，C)的函數(shù)的所需力矩(T)和沿x軸的定心力(Fx)和沿y軸的定心力(Fy)的示例關(guān)系可以與圖3中上述利用洛倫茲力和麥克斯韋力的組合的實(shí)施例相似。
在該實(shí)施例中，可根據(jù)所需定心力矢量(Fx，F(xiàn)y)相對于圖6中的電機(jī)所限定的三個扇區(qū)A、B、C的位置獲得解。例如，每個扇區(qū)可以是120度，這樣就可以找到3個解，即每個扇區(qū)有一個解。
下列力/電流的關(guān)系可用于圖6所示利用洛倫茲力和麥克斯韋力的實(shí)施例。
Ftj＝1.5IjKtcosΔj，j＝A，B，C(73) 圖6的利用洛倫茲力和麥克斯韋力的實(shí)施例的示例解見以下表2，其中
表2 該實(shí)施例的換向函數(shù)可以以與上述實(shí)施例類似的方式導(dǎo)出。例如，與上述實(shí)施例類似，電角度可用電角度偏移量Δj(j＝A，B，C)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便用常用電機(jī)換向方程組-如適用于繞組組A、B和C的(17)的形式的換向方程-提供所需力。也可采用使用適用換向?qū)嵤┓绞降钠渌麚Q向方案。
圖7所示為利用了四個繞組組A715、B720、C725和D730的實(shí)施例，其中繞組組延伸到轉(zhuǎn)子的4個扇區(qū)，圖中分別標(biāo)記為A、B、C、D。繞組組A715、B720、C725和D730中的每一個都可以由能夠驅(qū)動4個繞組組的電流放大器735驅(qū)動(盡管示出為繞定子周長均勻分布，但在替換實(shí)施例中可按其他所需方式布置)。電流放大器735可包括適于驅(qū)動繞組組的軟件、硬件或軟硬件的組合。電流放大器735還可包括適于驅(qū)動4個繞組組的電流回路功能塊750、換向功能塊745和處理器740。與電流放大器125類似，換向功能塊745可根據(jù)一組特定函數(shù)，確定每個繞組組的繞組的電流，而電流回路功能塊750可提供反饋和驅(qū)動性能，以保持電流如所確定的那樣通過繞組。處理器740、換向功能塊745和電流回路功能塊750還可包括用于從提供位置信息的一個或多個傳感器或傳感器系統(tǒng)接收反饋的電路。
在圖7所示示例實(shí)施例中，電機(jī)可配置為基于洛倫茲力操作。下面示出作為圖7的實(shí)施例中的徑向和切向力(Frj，F(xiàn)tj，j＝A，B，C)函數(shù)的利用洛倫茲力的所需力矩(T)和沿x軸的定心力(Fx)以及沿y軸的定心力(Fy)的示例關(guān)系。也可使用其他關(guān)系、計(jì)算和所得到的換向方案。
T＝R(FtA+FtB+FtC+FtD) (75) Fx＝FtA+FrB-FtC-FrD(76) Fy＝FrA+FtB-FrC+FtD(77) 假定 FtA＝FtB＝FtC＝FtD＝Ft (78) 以為了均等地將產(chǎn)生力矩的切向力分布在四個繞組組之間。應(yīng)當(dāng)理解的是，均等分布是示例性方案，并且可使用其他技術(shù)和力分布來確定Ij和Δj(j＝A，B，C，D)的解。可采用其他力分布，例如，通過引入上述實(shí)施例中所示的代價函數(shù)或其他示例代價函數(shù)。其他示例代價函數(shù)可基于通過繞組的電流。
因此 Fx＝FrB-FrD(80) Fy＝FrA-FrC(81) 假定 以為了均等地將定心力分布在相對側(cè)上的繞組之間。如上所述，應(yīng)當(dāng)理解的是，均等分布是示例性方案，也可采用其他技術(shù)和力分布。
下列力/電流的關(guān)系可用于圖7的利用洛倫茲力的實(shí)施例 Ftj＝1.5IjKtcosΔj，j＝A，B，C，D(86) Frj＝1.5IjKrsinΔj，j＝A，B，C，D(87) 因此 對于每個繞組組j，j＝A715、B720、C725及D730，其中且 Ij和Δj(j＝A，B，C，D)可應(yīng)用于換向功能塊745中，以使用產(chǎn)生洛倫茲力的4個繞組組715、720、725和430來提供所需力矩T和定心力Fx、Fy。
與上述實(shí)施例類似，可用電角度偏移量Δj(j＝A，B，C，D)調(diào)節(jié)電角度，以使用常用電機(jī)換向方程組來提供所需力矩和定心力。因而，分段繞組A、B、C、D可被驅(qū)動以同時產(chǎn)生去耦力矩和定心力，以在常用換向方程組中使用調(diào)節(jié)電角度來驅(qū)動和定心電機(jī)轉(zhuǎn)子。此外，也可使用其他任何適合的換向操作。
再參考圖7，另一個實(shí)施例中的電機(jī)可利用洛倫茲力和麥克斯韋力的組合。作為徑向和切向力(Frj，F(xiàn)tj，j＝A，B，C，D)函數(shù)的所需力矩(T)和沿x軸的定心力(Fx)以及沿y軸的定心力(Fy)的關(guān)系與方程(75)-(81)中的那些相同。與上述利用洛倫茲力和麥克斯韋力的實(shí)施例相似，可根據(jù)所需定心力矢量(Fx，F(xiàn)y)相對于圖7實(shí)施例所限定的4個扇區(qū)的位置來獲得解。在該實(shí)施例中，每個扇區(qū)可以是90度，從而可求出4組解，每個扇區(qū)一個。
下列力/電流的關(guān)系可用于圖7的利用洛倫茲和麥克斯韋力的實(shí)施例。
圖7的利用洛倫茲力和麥克斯韋力的實(shí)施例的示例解見以下表3， 其中 且(表3)。

表3 該實(shí)施例的換向函數(shù)可以以與上述實(shí)施例類似的方式導(dǎo)出。例如，與上述實(shí)施例類似，電角度可用電角度偏移量Δj(j＝A，B，C，D)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便用常用電機(jī)換向方程組-如適用于繞組組A、B、C和D的(17)形式的換向方程-提供所需力。也可采用使用任何適合換向?qū)嵤┓绞降钠渌麚Q向方案。
與上述實(shí)施例類似，可用電角度偏移量Δj(j＝A，B，C，D)調(diào)節(jié)電角度，以使用常用電機(jī)換向方程組來提供所需力。因而，繞組組A、B、C、D可被驅(qū)動以同時產(chǎn)生去耦力矩和定心力，以在常用換向方程組中使用調(diào)節(jié)電角度對電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行扭轉(zhuǎn)和主動定心。
圖8所示為傳感器系統(tǒng)的實(shí)施例，該傳感器系統(tǒng)適用于為所披露的實(shí)施例提供位置反饋。該傳感器系統(tǒng)可包括多個成對布置的傳感器。各傳感器對可間隔一定的機(jī)械或電角度定位。第一對中的對應(yīng)傳感器可與其他對中的對應(yīng)傳感器呈一定的機(jī)械或電角度定位。
在圖8所示示例實(shí)施例中，兩對霍爾效應(yīng)傳感器810、815可提供反饋，以確定上述實(shí)施例中的轉(zhuǎn)子位置。第一對霍爾效應(yīng)傳感器810可包括傳感器霍爾元件A1和A2，而第二對霍爾效應(yīng)傳感器815可包括傳感器霍爾元件B1和B2。在該實(shí)施例中，第一傳感器對810與第二傳感器對815的位置偏移90度機(jī)械角度。每個傳感器也可與其對的對應(yīng)傳感器呈90度電角度偏移。例如，傳感器霍爾元件A1與傳感器霍爾元件B1間可有90度的電角度偏移，而傳感器霍爾元件A2與傳感器霍爾元件B2間可有90度的電角度偏移。每個傳感器，霍爾元件A1、霍爾元件A2、霍爾元件B1、霍爾元件B2可連接到合適的電流放大器125、225、630、735，以提供位置反饋。
圖8的示例實(shí)施例中，傳感器霍爾元件A1和霍爾元件A2也可以彼此呈90度電角度定位，從而在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生依賴相移位置的正弦信號。轉(zhuǎn)子110的電位置可計(jì)算如下 θ＝atan(A1/A2)(91) 其中A1、A2是分別來自傳感器霍爾元件A1和霍爾元件A2的信號。沿X和Y方向上的轉(zhuǎn)子位移可用兩套傳感器計(jì)算 其中A1和A2是分別來自傳感器霍爾元件A1和霍爾元件A2的信號，而B1和B2則是分別來自傳感器霍爾元件B1和霍爾元件B2的信號，其中常數(shù)KgX和KgY例如可對照已知間隙參考值，通過實(shí)驗(yàn)確定。
因此，在該實(shí)施例中，只有兩對霍爾效應(yīng)傳感器提供所披露實(shí)施例所需要的位置反饋。在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子的交替極可產(chǎn)生來自每個傳感器的正弦輸出。因此，每對傳感器810、815產(chǎn)生相移正弦波輸出，從中可以確定轉(zhuǎn)子的位置。如上所述，可以計(jì)算出由例如傳感器霍爾元件A1和霍爾元件A2的兩個信號之比的反正切所確定的角度。此外，沿X和Y軸的間隙可通過例如將相應(yīng)的常數(shù)除以每個傳感器對輸出的兩個傳感器信號的平方和的4次方根來確定。
圖9所示為示例基片加工裝置1000的頂視圖，該裝置結(jié)合了所述實(shí)施例的各類特點(diǎn)。基片加工裝置1001通常有通大氣部(atmosphericsection)1050(即對大氣敞開)以及相鄰的真空部1100(其被配備以起到真空室的作用)。通大氣部1050可有一個或多個基片容納盒1150，以及通大氣的基片運(yùn)送裝置1200。真空部1100可以有一個或多個加工模塊1250，以及真空基片運(yùn)送裝置1300。圖9所示實(shí)施例可以有加載鎖1350和1400，以便在不影響可以存在于真空部1100中的任意真空的完整性情況下，讓基片在通大氣部1050和真空部1100之間通過。
基片加工裝置1000還可以包括控制器1700，其控制基片加工裝置1000的操作?？刂破?700可包括處理器1730和內(nèi)存1780?？刂破?700可通過鏈接1830連接到基片加工系統(tǒng)1000。為了所披露實(shí)施例的目的，基片例如可以是半導(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1000加工的任何其它類型的基片、空白基片(blank substrate)，或者是具有類似于基片的特性的物品，如具有某些尺寸或特定質(zhì)量的物品。
通大氣的基片運(yùn)送裝置1200可包括一個或多個自軸承電機(jī)，如根據(jù)所披露實(shí)施例的1600。自軸承電機(jī)1600可有利地利用最少數(shù)量的繞組組來影響自軸承電機(jī)功能，并可用相同的繞組來提供根據(jù)所述實(shí)施例的充分去耦的驅(qū)動力和定心力。自軸承電機(jī)1600可由電流放大器1250驅(qū)動，電流放大器1250可以同上述電流放大器類似。真空基片運(yùn)送裝置1300還可包括一個或多個根據(jù)所披露實(shí)施例的自軸承電機(jī)1900。自軸承電機(jī)1900可由一個或多個電流放大器1500驅(qū)動，電流放大器1500可以同上述電流放大器類似。在適合的情況下，基片加工裝置1000可包括如本文所披露的其他自軸承電機(jī)。
總之，所述實(shí)施例針對自軸承電機(jī)，其有利地利用最少量的繞組組來影響自軸承電機(jī)功能。減少繞組組數(shù)量有很多好處，因?yàn)槔?，可以降低用于控制?dú)立繞組的相關(guān)的復(fù)雜且昂貴的控制系統(tǒng)和電子設(shè)備。在至少一個實(shí)施例中，可使用少至2個電機(jī)繞組組來實(shí)現(xiàn)自軸承電機(jī)功能。在所披露示例旋轉(zhuǎn)實(shí)施例中，可使用相同的繞組來提供充分去耦的驅(qū)動力和定心力，以主動控制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心。可利用相同的繞組來提供充分去耦的推進(jìn)力和導(dǎo)向力，以控制示例線性實(shí)施例中的壓板。所披露電機(jī)實(shí)施例可包括分段繞組，例如，沿轉(zhuǎn)子或壓板的所需位置分布且被分解以形成具有一個或多個繞組子組的繞組組的繞組。此外，可包括提供位置和間隙反饋的示例傳感器系統(tǒng)。例如，可以將傳感器系統(tǒng)配置為提供沿第一和第二軸的同步位置測量。傳感器系統(tǒng)還能夠提供或者與第一和第二軸同步或者單獨(dú)的沿第三軸的測量。
應(yīng)當(dāng)理解的是，以上描述僅為當(dāng)前實(shí)施例的圖解說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)各種替代和修改而不偏離本文所披露的實(shí)施例。因而，實(shí)施例意圖于包括所有這些替代、修改和變化，其均落入所附權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)換向方法，包括
操作地對接電機(jī)的受激勵部件和定子；
相對于受激勵部件布置至少兩個繞組組；及
獨(dú)立控制該至少兩個繞組組，從而使用該至少兩個繞組組來驅(qū)動和定心該受激勵部件。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括
相對于受激勵部件布置至少三個繞組組；及
獨(dú)立控制該至少三個繞組組，從而使用該至少三個繞組組驅(qū)動和定心該受激勵部件。
3.權(quán)利要求1的方法，還包括
相對于受激勵部件布置至少四個繞組組；及
獨(dú)立控制該至少四個繞組組，從而使用該至少四個繞組組驅(qū)動和定心該受激勵部件。
4.權(quán)利要求1的方法，還包括
將該至少兩個繞組組的每一個設(shè)置為一對繞組子組；且
將每對繞組子組中的繞組子組偏移，從而使該對的一個繞組子組產(chǎn)生徑向力，而另一個繞組子組在受激勵部件上產(chǎn)生切向力。
5.權(quán)利要求4的方法，包括將每對繞組子組中的繞組子組偏移90度電角度。
6.一種電機(jī)換向裝置，包括
相對于電機(jī)的受激勵部件布置的至少兩個繞組組；及
用于獨(dú)立控制該至少兩個繞組組從而使用該至少兩個繞組組來驅(qū)動和定心該受激勵部件的換向電路。
7.權(quán)利要求6的裝置，還包括
相對于受激勵部件布置的至少三個繞組組；及
用于獨(dú)立控制該至少三個繞組組從而使用該至少三個繞組組來驅(qū)動和定心該受激勵部件的換向電路。
8.權(quán)利要求6的裝置，還包括
相對于受激勵部件布置的至少四個繞組組；及
用于獨(dú)立控制該至少四個繞組組從而使用該至少四個繞組組來驅(qū)動和定心該受激勵部件的換向電路。
9.權(quán)利要求6的裝置，其中
該至少兩個繞組中的每個包括一對繞組子組；且
每對繞組子組中的繞組子組被偏移，從而使該對的一個繞組子組產(chǎn)生徑向力，而另一個繞組子組產(chǎn)生切向力。
10.權(quán)利要求9的裝置，其中每對繞組子組中的繞組子組偏移90度電角度。
11.一種電機(jī)，包括
具有至少兩個獨(dú)立受控的繞組組的定子；
操作地對接定子的受激勵部件；及
通信地連接到該至少兩個繞組組以控制該至少兩個繞組組獨(dú)立驅(qū)動和定心受激勵部件的控制器，
其中該至少兩個繞組組相對于受激勵部件布置，并且控制器被編程來控制該至少兩個繞組組從而用該至少兩個繞組組驅(qū)動和定心受激勵部件。
12.權(quán)利要求11的電機(jī)，其中
定子包括至少三個獨(dú)立受控的繞組組；
控制器通信地連接到該至少三個繞組組以控制該至少兩個繞組組獨(dú)立驅(qū)動和定心受激勵部件；且
該至少三個繞組組相對于受激勵部件布置，并且控制器被編程來控制該至少三個繞組組從而用該至少三個繞組組驅(qū)動和定心受激勵部件。
13.權(quán)利要求11的電機(jī)，其中
定子包括至少四個獨(dú)立受控的繞組組；
控制器通信地連接到該至少四個繞組組以控制該至少四個繞組組獨(dú)立驅(qū)動和定心受激勵部件；且
該至少四個繞組組相對于受激勵部件布置，并且控制器被編程來控制該至少四個繞組組從而用該至少四個繞組組驅(qū)動和定心受激勵部件。
14.權(quán)利要求11的電機(jī)，其中
該至少兩個獨(dú)立受控的繞組中每個包括一對繞組子組；且
每對繞組子組中的繞組子組被偏移，從而使該對的一個繞組子組產(chǎn)生徑向力，而另一個繞組子組產(chǎn)生切向力。
15.權(quán)利要求14的電機(jī)，其中每對繞組子組中的繞組子組偏移90度電角度。
16.一種基片加工裝置，包括
電機(jī)，其包括
具有至少兩個獨(dú)立受控的繞組組的定子；
操作地對接定子的受激勵部件；及
通信地連接到該至少兩個繞組組以控制該至少兩個繞組組獨(dú)立驅(qū)動和定心受激勵部件的控制器，
其中該至少兩個繞組組相對于受激勵部件布置，并且控制器被編程來控制該至少兩個繞組組從而用該至少兩個繞組組驅(qū)動和定心受激勵部件。
17.權(quán)利要求16的基片加工裝置，其中
定子具有至少三個獨(dú)立受控的繞組組；
控制器通信地連接到該至少兩個繞組組以控制該至少兩個繞組組獨(dú)立驅(qū)動和定心受激勵部件；且
該至少三個繞組組相對于受激勵部件布置，并且控制器被編程來控制該至少三個繞組組從而用該至少三個繞組組驅(qū)動和定心受激勵部件。
18.權(quán)利要求16的基片加工裝置，其中
定子具有至少四個獨(dú)立受控的繞組組；
控制器通信地連接到該至少四個繞組組以控制該至少四個繞組組獨(dú)立驅(qū)動和定心受激勵部件；且
該至少四個繞組組相對于受激勵部件布置，并且控制器被編程來控制該至少四個繞組組從而用該至少四個繞組組驅(qū)動和定心受激勵部件。
19.權(quán)利要求16的基片加工裝置，其中
該至少兩個獨(dú)立受控的繞組中每個包括一對繞組子組；且
每對繞組子組中的繞組子組被偏移，從而使該對的一個繞組子組產(chǎn)生徑向力，而另一個繞組子組產(chǎn)生切向力。
20.權(quán)利要求19的基片加工裝置，其中每對繞組子組中的繞組子組偏移90度電角度。
21.一種電機(jī)換向方法，包括
計(jì)算調(diào)節(jié)電角度；及
在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度來獨(dú)立扭轉(zhuǎn)和主動定心電機(jī)轉(zhuǎn)子，從而用至少兩個電機(jī)繞組組主動定心轉(zhuǎn)子。
22.權(quán)利要求21的方法，還包括在常用換向方程組中利用繞組相電流結(jié)合調(diào)節(jié)電角度。
23.權(quán)利要求21的方法，還包括在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度來獨(dú)立扭轉(zhuǎn)和主動定心電機(jī)轉(zhuǎn)子，從而用至少三個電機(jī)繞組組主動定心轉(zhuǎn)子。
24.權(quán)利要求21的方法，還包括在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度來獨(dú)立扭轉(zhuǎn)和主動定心電機(jī)轉(zhuǎn)子，從而用至少四個電機(jī)繞組組主動定心轉(zhuǎn)子。
25.權(quán)利要求21的方法，還包括在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度來使用洛倫茲力獨(dú)立扭轉(zhuǎn)和主動定心轉(zhuǎn)子。
26.權(quán)利要求21的方法，還包括在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度來使用麥克斯韋力獨(dú)立扭轉(zhuǎn)和主動定心轉(zhuǎn)子。
27.權(quán)利要求21的方法，還包括在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度來使用洛倫茲力和麥克斯韋力的組合獨(dú)立扭轉(zhuǎn)和主動定心轉(zhuǎn)子。
28.一種電機(jī)換向方法，包括
計(jì)算調(diào)節(jié)電角度；及
將調(diào)節(jié)電角度代入用于電機(jī)換向的換向方程，以獨(dú)立扭轉(zhuǎn)和主動定心電機(jī)轉(zhuǎn)子，從而用至少兩個電機(jī)繞組組主動定心轉(zhuǎn)子。
29.權(quán)利要求28的方法，還包括將調(diào)節(jié)電角度代入用于電機(jī)換向的換向方程，以獨(dú)立扭轉(zhuǎn)和主動定心電機(jī)轉(zhuǎn)子，從而用至少三個電機(jī)繞組組主動定心轉(zhuǎn)子。
30.權(quán)利要求28的方法，還包括將調(diào)節(jié)電角度代入用于電機(jī)換向的換向方程，以獨(dú)立扭轉(zhuǎn)和主動定心電機(jī)轉(zhuǎn)子，從而用至少四個電機(jī)繞組組主動定心轉(zhuǎn)子。
31.權(quán)利要求28的方法，還包括確定調(diào)節(jié)電角度，從而使電機(jī)中的力矩和主動定心力包括洛倫茲力。
32.權(quán)利要求28的方法，還包括確定調(diào)節(jié)電角度，從而使電機(jī)中的力矩和主動定心力包括麥克斯韋力。
33.權(quán)利要求28的方法，還包括確定調(diào)節(jié)電角度，從而使電機(jī)中的力矩和主動定心力包括洛倫茲力和麥克斯韋力的組合。
34.一種電機(jī)換向裝置，包括
計(jì)算調(diào)節(jié)電角度的電路；及
電流放大器，用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使常用換向方程組能夠在具有至少兩個繞組組的電機(jī)中以及在具有至少三個繞組組的電機(jī)中產(chǎn)生力矩和主動定心力。
35.權(quán)利要求34的裝置，還包括用于在常用換向方程組中利用繞組相電流結(jié)合調(diào)節(jié)電角度的電路。
37.權(quán)利要求34的裝置，其中電流放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使常用換向方程組能夠在具有至少四個繞組組的電機(jī)中產(chǎn)生力矩和主動定心力。
38.權(quán)利要求34的裝置，其中電流放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使電機(jī)中的力矩和主動定心力包括洛倫茲力。
39.權(quán)利要求34的裝置，其中電流放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使電機(jī)中的力矩和主動定心力包括麥克斯韋力。
40.權(quán)利要求34的裝置，其中電流放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使電機(jī)中的力矩和主動定心力包括洛倫茲力和麥克斯韋力的組合。
41.一種電機(jī)，包括
轉(zhuǎn)子；及
由電流放大器驅(qū)動的繞組，該電流放大器具有
用于計(jì)算調(diào)節(jié)電角度的電路；及
放大器，用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使常用換向方程組能夠在電機(jī)中產(chǎn)生各不相同的主動定心力和力矩，其中該電機(jī)至少是兩個繞組組的電機(jī)或三個繞組組的電機(jī)之一。
42.權(quán)利要求41的電機(jī)，其中電流放大器包括用于在常用換向方程組中利用繞組相電流結(jié)合調(diào)節(jié)電角度的電路。
43.權(quán)利要求41的電機(jī)，其中放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使常用換向方程組能夠在電機(jī)中產(chǎn)生各不相同的主動定心力和力矩，其中該電機(jī)至少是四個繞組組的電機(jī)。
44.權(quán)利要求41的電機(jī)，其中放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使電機(jī)中的力矩和主動定心力包括洛倫茲力。
45.權(quán)利要求41的電機(jī)，其中放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使電機(jī)中的力矩和主動定心力包括麥克斯韋力。
46.權(quán)利要求41的電機(jī)，其中放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使電機(jī)中的力矩和主動定心力包括洛倫茲力和麥克斯韋力的組合。
47.一種基片加工裝置，包括
用于電機(jī)換向的控制器，包括
用于計(jì)算調(diào)節(jié)電角度的電路；及
電流放大器，用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使常用換向方程組能夠在電機(jī)中產(chǎn)生各不相同的主動定心力和力矩，其中電機(jī)至少是兩個繞組組的電機(jī)或三個繞組組的電機(jī)之一。
48.權(quán)利要求47的基片加工裝置，還包括用于在常用換向方程組中利用繞組相電流結(jié)合調(diào)節(jié)電角度的電路。
49.權(quán)利要求47的基片加工裝置，其中電流放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使常用換向方程組能夠在電機(jī)中產(chǎn)生各不相同的主動定心力和力矩，其中電機(jī)至少是四個繞組組的電機(jī)。
50.權(quán)利要求47的基片加工裝置，其中電流放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使電機(jī)中的力矩和主動定心力包括洛倫茲力。
51.權(quán)利要求47的基片加工裝置，其中電流放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使電機(jī)中的力矩和主動定心力包括麥克斯韋力。
52.權(quán)利要求47的基片加工裝置，其中電流放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使電機(jī)中的力矩和主動定心力包括洛倫茲力和麥克斯韋力的組合。
53.一種基片加工裝置，包括
電機(jī)，包括
轉(zhuǎn)子；及
由電流放大器驅(qū)動的繞組，該電流放大器具有
用于計(jì)算調(diào)節(jié)電角度的電路；及
放大器，用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使常用換向方程組能夠在電機(jī)中產(chǎn)生各不相同的主動定心力和力矩，其中該電機(jī)至少是兩個繞組組的電機(jī)或三個繞組組的電機(jī)之一。
54.權(quán)利要求53的基片加工裝置，其中電流放大器包括用于在常用換向方程組中利用繞組相電流結(jié)合調(diào)節(jié)電角度的電路。
55.權(quán)利要求53的基片加工裝置，其中放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使常用換向方程組能夠在電機(jī)中產(chǎn)生各不相同的主動定心力和力矩，其中該電機(jī)是四個繞組組的電機(jī)。
56.權(quán)利要求53的基片加工裝置，其中電流放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使電機(jī)中的力矩和主動定心力包括洛倫茲力。
57.權(quán)利要求53的基片加工裝置，其中放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使電機(jī)中的力矩和主動定心力包括麥克斯韋力。
58.權(quán)利要求53的基片加工裝置，其中電流放大器用于在常用換向方程組中利用調(diào)節(jié)電角度，從而使電機(jī)中的力矩和主動定心力包括洛倫茲力和麥克斯韋力的組合。
全文摘要
一種電機(jī)換向方法包括工作中對接電機(jī)的受激勵部件和定子；相對于受激勵部件布置至少兩個繞組組；及獨(dú)立控制該至少兩個繞組組，從而使用該至少兩個繞組組來驅(qū)動和定心該受激勵部件。
文檔編號H02K13/04GK101790834SQ200880104666
公開日2010年7月28日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者M·霍澤克, J·T·穆拉, C·霍夫梅斯特 申請人:布魯克斯自動化公司