CN101855811B - 具有提升能力和减少的齿槽特性的电机定子 - Google Patents

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Abstract

一种电机包括定子以及被配备为在至少第一方向上相对于所述定子可活动的转子，所述转子在操作中与所述定子对接以使得在第一方向上生成电动力。所述定子包括被配置成在至少第一方向和与所述第一方向成角度的第二方向上在所述转子上生成抗齿槽力的抗齿槽元件。

Description

具有提升能力和减少的齿槽特性的电机定子
本申请要求代理人编号为390P012912-US(-#1)的于2007年6月27日提交的标题为MOTOR STATOR WITH LIFT CAPABILITY ANDREDUCED COGGING CHARACTERISTICS的美国临时专利申请60/946,693，通过参考将其整体结合于此。
本申请与代理人编号为390-012197-US(PAR)的于2007年6月27日提交的标题为COMMUTATION OF AN ELECTROMAGNETICPROPULSION AND GUIDANCE SYSTEM的美国专利申请11/769,688、代理人编号为390-012750-US(PAR)的于2007年6月27日提交的标题为REDUCED-COMPLEXITY SELF-BEARING BRUSHLESS DC MOTOR的美国专利申请11/769,651以及代理人编号为390P012911-US(-#1)的于2007年6月27日提交的标题为POSITION FEEDBACK FOR SELFBEARING MOTOR的美国临时专利申请60/946,686有关，通过参考将它们的整体全部结合于此。
技术领域
本发明涉及电机定子，特别地涉及具有减少齿槽(cogging)特性的减少复杂性的电机定子。
背景技术
铁芯电机被广泛用于各种应用。铁磁芯提供在带永磁体的转子和定子之间的气隙两端的相当大的磁通密度增益。因此，与无铁设计对应物相比，电机常数高得多。另一方面，传统定子构造有槽(slot)，转子上的永磁体与定子上的槽齿之间的吸引力产生了高的齿槽转矩(coggingtorque)或力，这些对于旋转或线性电机的精密运动控制来说是非常有害的干扰。
在示例性应用中，基片加工设备通常能够在基片上执行多项操作。美国专利No.4,951,601公开了带有多加工室的基片加工装置和基片运送装置。当执行不同的操作(例如喷溅、蚀刻、涂层、浸泡等)时，该基片运送装置可在加工室之间移动基片。半导体设备制造商和材料制造商所使用的生产工序通常要求在基片加工设备中进行精密的基片定位。运送装置可以包括相当多数量的活动部件，包括许多电机。齿槽可能影响运送应用的准确性。其他使用电机的功能也可能受到齿槽的不利影响。
在某些应用中，材料必须在受控的清洁气氛中加工，在那里细微的污染可能会造成严重问题。在这些应用中，清洁度可能会直接与产量有关，并继而影响成本。其他应用可能包括使用具有高度腐蚀性气体和高温度的不利气氛的加工步骤。带有接触式轴承的电机可能会磨损，从而造成微粒子污染，并最终因为不利的环境而出现故障。轴承在出现故障之前还可能会展示无法承受的振动和跳动(play)。自轴承(self-bearing)电机可能为这些应用提供可行的替换方案。为了最大化力矩和定心力生成，自轴承电机可能通常包括有齿定子，其中分段的绕组绕定子缠绕在扇区中。
自轴承电机可能受到沿切向、径向和轴向的齿槽力干扰。提供被布置成最小化沿着这些方向的齿槽干扰的元件和技术是有益的。
附图说明
结合附图，在下面的描述中解释本发明的上述方面和其它特征，其中：
图1A示出适于实行所公开的实施例的示例性电机的图；
图1B示出在示例性实施例中定子和转子配置的横截面示意图；
图1C示出可能造成齿槽的径向合力(resulting radial force)的示意图；
图1D示出可能造成齿槽的倾斜力(tilting force)的示意图；
图2示出适于实行所公开的实施例的另一个示例性电机的图；
图3和图4示出根据所公开的实施例的示例性抗齿槽元件的图；
图5A到图5C示出由所公开的实施例产生的示例性切线齿槽力的图；
图6A到图6C示出受所公开的实施例影响的示例性轴向齿槽力的图；
图7A到图7E示出所公开的实施例的示例性过渡区；
图8示出提供减小径向齿槽力的示例性实施例；
图9A和图9B示出由所公开的实施例提供的示例性径向齿槽力；
图10和图11示出根据所公开的实施例用于减少齿槽的其他示例性元件的图；
图12到图14示出图10和图11的示例性元件的不同配置；
图15示出具有至少两个芯的电机；以及
图16是所公开的实施例可以在其中实行的基片装置的示意性俯视图。
具体实施方式
尽管将参考附图来描述当前所公开的实施例，但应该理解它们可以以许多可替换的形式体现。此外，还应该理解可以使用任何适合尺寸、形状或类型的元件或材料。
图1A和图1B示出适于实行此处所公开的实施例的示例性电机10的示意图。尽管将参考附图来描述当前所公开的实施例，但应该理解它们可以以许多可替换的形式体现。还应该理解可以使用任何适合尺寸、形状或类型的元件或材料。
在图1A的实施例中，电机10包括被称为转子11的受激励部件(actuated component)、绕组组12、15以及定子14。为了达到公开实施例的目的，应该理解术语受激励部件包括响应于上述绕组组所生成的力而施加力或执行运动的设备。所公开的实施例的转子和压板(platen)是受激励部件的实例。
图1A所描绘的示例性电机10的实施例被示出为具有旋转配置，尽管其他实施例中可能包括线性配置，如将在下文中所描述的那样。绕组组12、15可以包括一个或多个绕组，且可以由电流放大器25驱动。该电流放大器中可以包括软件、硬件或适于驱动绕组组的软硬件的组合。电流放大器25还可以包括处理器27、换向功能块30和用于驱动绕组组的电流回路功能块35。换向功能块30可以根据一套指定函数向每个绕组组的一个或多个绕组供应电流，而电流回路功能块35可以提供反馈和驱动力，以保持电流按所供应的那样通过绕组。处理器27、换向功能块30和电流回路功能块35还可以包括用于从提供位置信息的一个或多个传感器或传感器系统接收反馈的电路。本文所公开的每个电流放大器都包括根据需要而任何组合的电路、硬件和软件，以执行所公开的实施例的功能和计算。
图2示出具有线性配置的另一个示例性实施例。电机20包括：受激励部件21，在该实施例中其采用了压板的形式；绕组组22、24；以及定子45。与图1的实施例类似，转子21可以以任何适合的方式构造，而绕组组22、24可以包括一个或多个绕组。
电机10和20二者都可利用最小气隙和铁磁性材料来影响在气隙两端的磁通密度的大大的增益，这接着又产生所需的被动轴向和被动倾斜刚度。电机10和20可以体现为同步、无刷电机。电机10和20也可以体现为其他类型的电机。
图1B示出在示例性实施例中定子和转子(例如受激励部件)配置的横截面示意图，以及由所示的配置产生的可能造成齿槽的轴向力。在所示的示例性实施例中，电机布置能够产生受激励部件的被动轴向提升。例如在图1B中，激励元件1405沿着Z轴而移位，而通量线与间隙1430垂直的穿过定子1432的表面延伸到间隙1430以外，从而生成提升力。图1C示出在生成被动轴向力以及可能造成齿槽的径向合力的所公开的实施例中的定子和转子配置的示意图。例如，定子1440上的磁体北极(N)和南极(S)和转子1435之间的间隙中的变化会引起径向合力FR。图1D示出在提供被动倾斜和纵向刚度(pitch stiffness)以及可能造成齿槽的倾斜合力(resulting tilting force)的所公开的实施例中的定子和转子配置示意图。例如，作用转子1450的被动倾斜力引起产生所需要的倾斜和纵向刚度的所得到的反作用轴向和径向力矩。
所需的轴向和倾斜刚度以及其他功能参数可能导致不均匀的定子外形。然而，在传统电机中，当气隙间的距离突然变化时，磁通密度中的增益和不规则的定子外形也可能导致明显的齿槽力。所公开的实施例针对最小化齿槽的各种示例性元件。
图3和图4示出在所公开的实施例中使用的示例性元件的示意图。图3和图4中的示例性元件可分别体现为用于旋转电机和线性电机的定子部件100、200。一些实施例还可能包括磁体150、180、190、195、250、280、290和295的布置。
当前所公开的实施例包括一个或多个示例性元件和技术，即在生成所需量的轴向和倾斜刚度时，操作用来最小化沿一些轴的齿槽干扰的元件和技术。至少一些所公开实施例以这种方式使用这些元件，即由每个元件部件产生的齿槽力叠加导致沿着推进、间隙和轴向方向上的最小总齿槽干扰。
在一些实施例中，如果为了轴向和倾斜刚度而保证定子凹处或定子间断，则可以通过例如适当选择凹处(recess)或定子段的长度以及定子段之间的相对间隔和定子段末端过渡区的形状来将齿槽最小化。也可采用其他结构和技术。
图3示出体现在用于旋转电机的定子100中的示例性元件。定子100可以包括多个从定子100的第一个表面110向外延伸的凹处105、175。在图3中，为了实例的目的示出了四个凹处105、175、197和198，尽管在其他实施例中，定子可以具有更多或更少的凹处部分。在示例性实施例中，凹处被示出为基本上彼此相似，并且绕定子的周边均匀分布。在可替换实施例中，可能以任何适当的方式定位凹处，而且凹处的配置，特别是凹处的过渡的配置可能与下面的描述不同。每个凹处都可以包括从第一个表面到凹处的两个过渡区。例如，凹处105可以包括分别在第一个表面110和凹处105之间的第一和第二过渡区115、120。第一过渡区115可以包括第一过渡部125和第二过渡部130，且第二过渡区120可以包括第三过渡部135和第四过渡部140。类似地，凹处175可以包括分别在第一个表面110和凹处175之间的第一和第二过渡区127和137。第一过渡区127可以包括第一过渡部147和第二过渡部153，且第二过渡区137可以包括第三过渡部157和第四过渡部163。
与定子100一起操作的转子145可以包括多个永磁体，其中相邻的磁体具有交替极性。为了说明的目的示出磁体150、180、190和195。应该理解，其他磁体可分散于所示的磁体之间。
下面将更详细的描述定子100的示例性配置。应该理解，根据所公开的实施例，可以利用任何适合的尺寸。在至少一个示例性实施例中，第一过渡部125和第三过渡部135之间的距离155大约为nP/2+(ε)，其中n为任何整数，P为同极性磁体之间的间距，且ε则为调整因子，如将在下面所描述的那样。在一个实施例中，协作凹处105和175(为了实例的目的在图3中示为相邻)可以在它们的第一和第三过渡部之间具有相同的距离。在示例性实施例中，凹处105的第一过渡部125与相邻凹处175的第一过渡部147之间的距离160(在行进方向上)大约为nP/2+mP/4，其中mP/4代表沿相邻凹处的相应磁体之间的偏移(例如，m可以是奇整数1、3、5...)。
第一和第二过渡部125和130之间的距离165可以是任何适合的距离。在示例性实施例中，同一凹处的第三和第四过渡部135和140之间的距离170与距离165类似，尽管在可替换的实施例中，第一和第二过渡区的各自距离、斜度或形状可能与下文所述的那些不同。在示例性实施例中，该部分的第一过渡部125和第四过渡部140之间的距离157(例如最初过渡与最终过渡之间的总距离)可大约为nP/2+L，其中L为过渡区120的距离170。在示例性实施例中，协作凹处175可以具有类似于距离157的总距离161(在相应的最初过渡与最终过渡之间)，尽管在可替换实施例中，协作凹处可以具有满足nP/2+L任何总距离。
图4还示出了配置用于减少齿槽的一个或多个示例性元件，例如体现在对于线性电机的定子200中的示例性元件。与定子100类似，定子200可以包括从定子200的第一个表面210向内延伸的两个或两个以上凹处205。每个凹处205可以包括分别在第一个表面210与凹处205之间的第一和第二过渡区215、220。第一过渡区215可以包括第一过渡部225和第二过渡部230，且第二过渡区220可以包括第三过渡部235和第四过渡部240。
现在将描述对于线性实施例的定子200的示例性尺寸。应该理解根据所公开的实施例，可以利用任何适合的尺寸。在至少一个示例性实施例中，来自第一过渡部225与第三过渡部235的(在行进方向上)的线性距离255可以表示为大约nP/2+(ε)，其中n为整数，P为同极性磁体之间的间距，而ε则为一个类似于图3的实施例的调整因子。相邻凹处205、275的第一过渡部225之间的线性距离260可大约为nP/2+mP/4。距离265和270可能相同，而在其他实施例中，它们可能不同。
与定子200一起操作的压板245可以包括多个具有交替极性的永磁体。为了说明的目的示出磁体250、280、290和295。应该理解其他磁体可分散于所示的磁体之间。
下面将描述图3和图4的实施例的操作。
如前指出的那样，在示例性实施例中，可以选择电机元件以同时最小化径向力、间隙和推进方向上的齿槽。尽管现在将关于推进方向(例如转子的顺时针运动)描述图3中实施例的操作，但应该理解，该实施例具备其他推进方向的功能，例如转子的逆时针运动。因为上面所描述的距离155，磁体150和180(如可实现的那样，在示例性实施例中在顺时针行进时以距离nP/2彼此间隔)将在与受到与下面描述的调整因子ε有关的各种调整大约同时分别接近第一和第三过渡部125和135。
当磁体150穿过第一过渡部125时，磁体150会受到与推进力相反的逆时针切向力，因为与第一过渡115相关联(通常在切向方向上面对)的定子表面的步幅(step)而被称为齿槽。磁体180会受到推进方向上的顺时针切向力，因为磁体180穿过第三过渡部135时与第二过渡区120相关联的步幅而也被称为齿槽。因此，操作于磁体150上的逆时针切向力与操作于磁体180上的顺时针切向力可能相反，并且相互抵消。因此，就可以利用相反的齿槽力来最小化或消除电机145的齿槽。在该实例中，如果距离155约为nP/2，则由于第二过渡区120的定向，磁体180会先于磁体150受到齿槽(cogging)影响。可选择调整因子ε来调整距离155，以便补偿这样的定向，从而使齿槽力的产生可以基本同相地用于最大限度地抵消。调整因子ε还包括对磁体150、180之间其他齿槽差异的调整。例如，ε可以包括补偿定子100、转子145的制造公差；磁体150、180形状上的差异或任何其他适合的补偿的分量。在其他可替换实施例中，第一和第三过渡部之间的距离可能没有调整因子，并且抵消齿槽力的相位补偿可能受到第一和第二过渡区中的形状、范围或其他差异的影响。在其他可替换实施例中，调整因子ε可以与不同形状的过渡区一起使用。
图5A示出作为定子100的示例性尺寸的结果的磁体150上的切向齿槽力310、磁体180上的切向齿槽力315以及来自切向齿槽力310和315的和产生的切向齿槽合力320的图。由于磁体150和180会分别在大约相同的时间接近并通过第一和第三过渡部125和135，所以切向齿槽合力320会小于它们在不同时间接近时的切向齿槽合力。图5A中所图示的前导的和拖后的过渡区上的力之间所实现的抵消可以被称为第一级抗齿槽(anti-cogging)。
例如可以被称为第二级抗齿槽的齿槽力的进一步减小，可以因为上述距离160以及作用于附加磁体190和195上的力而实现。如上文所述，凹处105的第一过渡部125与相邻凹处175的第一过渡部147之间的距离160可能约为nP/2+mP/4。在图3的示例性尺寸中，m选为1。当磁体195具有相对于磁体180的相同电偏移时，结果，磁体190会从磁体150偏移大约±90度的电角度。当磁体190接近第一过渡部147且磁体195接近第三过渡部157时，它们会经历与上述磁体150和180相似的力，即偏移90度的电角度。
图5B示出作为定子100的示例性尺寸的结果的磁体190上的切向齿槽力330、磁体195上的切向齿槽力335以及切向力330和335的和产生的切向齿槽合力340的图。与磁体150和180类似，磁体190和195在大约相同的时间分别接近第一过渡部和第三过渡部147和157，导致比它们在不同时间接近时的切向齿槽力更小的切向齿槽力340。
图5C示出由合力320和340的组合(例如所得到的两个等级的抗齿槽)产生的示例性切向齿槽力345。如前所指出的那样并且可以从图5C看出，凹处内的距离以及定子100的相邻凹处160的第一过渡部之间的距离进一步减小切向齿槽力。
所公开的实施例还提供用于轴向上(Z方向)的齿槽的减小，即与转子平面垂直的方向上。图6A示出作为定子100的示例性尺寸的结果的磁体150上的轴向力410、磁体180上的轴向力415及由轴向力410、415的和产生的轴向齿槽力420的图。与上述实施例类似，由于磁体150和180在大约相同的时刻分别接近并通过第一和第三过渡部125和135，所以所得到的轴向齿槽力420减小。
如上所述协作区(例如，凹处105、175)被距离160分隔，以使得作用于磁体190、195上的力可以结合由磁体150、180产生的抗齿槽力进行操作以减小轴向齿槽力。如上所述，凹处105的第一过渡部125与相邻凹处175的第一过渡部147之间的距离160可近似为nP/2+mP/4。因此，当磁体190接近第一过渡部147，且磁体195接近第三过渡部157时，它们经历类似于上述磁体150、180的轴向力的轴向力，且具有电偏移。
图6B示出作为定子100的示例性尺寸的结果的磁体190上的轴向齿槽力430、磁体195上的轴向齿槽力435以及由轴向力430和435的和产生的轴向齿槽合力440的图。因为磁体190和195在大约相同的时刻分别接近第一过渡部和第三过渡部147和157，所以可以获得减小的轴向齿槽力440。图6C示出由轴向力320及340的组合得到的轴向齿槽力445。
如前面所指出的那样，各个齿槽力(以及因此还有抗齿槽力)的轮廓(profile)随过渡区表面的形状和尺寸的变化而变化。因此，过渡区115、120、127、137可根据需要具有各种形状和尺寸。在图3所示的示例性实施例中，如前面所指出的那样，各个过渡区的每一个的距离是相似的。例如，每个过渡区的距离可以等于或大于P/2。在可替换的实施例中，前导的和拖后的过渡区的形状以及距离可以不同，例如拖后的过渡区(类似于120区)的具有比前过渡区的距离(类似于距离165)更长的距离(类似于距离170)。因此，拖后的过渡相对于运动磁体可能比前导的过渡开始得晚，但可能比前导的过渡长。在示例性实施例中，过渡区可能被定形，以使得力310、315、330、335、410、415、430、435的一个或多个展示出更逐步的过渡或更平坦的轮廓。
图3示出具有角形形状的示例性过渡区115、120。转至图7A，示例性过渡区510、515相对于第一表面520具有从第一表面520朝向凹处525向内弯曲的凹形形状。可以认识到，表面的形状可以不对称。图7B示出其中示例性过渡区530、535相对于内表面520具有凸形形状的另一个实施例。图7C示出其中过渡区540、545从第一表面520和凹处525缩进的实施例。图7D示出具有示例性过渡区的定子的部分550的横截面且图7E示出其侧视图，其中所述示例性过渡区具有包括从过渡部560至过渡部565的复合角的复杂形状。在示例性实施例中，如可以实现的那样，部分550可以基本上与永磁体和定子之间的Z重叠相当。在图7D-7E所示的示例性实施例中，复合角过渡表面555A、555B可被定位成在轴向方向上(Z方向)生成抵消齿槽力(例如，提供所需的抗齿槽效应)。
还可以利用其他适合的过渡区配置，其包括线性、非线性、复合及其他形状。应该理解，过渡区可以是非对称的，且具有不同的形状和尺寸。在所公开实施例中，过渡区可以包括各种材料，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。在一些实施例中，可以选择用于过渡区的材料以实现可变磁阻。
示例性实施例还可以提供用于减小径向齿槽力，即分别平行于定子100、200与转子145或压板245之间的间隙的齿槽力。图8示出图3的定子100的图，其包括磁体150、凹处105、以及第一过渡部125、第二过渡部130、第三过渡部135和第四过渡部140。在直径方向上与磁体105相对的磁体605可以是图3中示出的磁体中的一个或可以是其他磁体。为清楚起见，没有示出图3的其他元件。所示的定子100沿第一表面110具有至少两个凹处105、610。凹处610可以是凹处175(图3)或另一个凹处。凹处610包括第一过渡部630、第二过渡部635、第三过渡部640和第四过渡部645。减小径向齿槽力的至少一种方法包括沿定子100第一表面110定位凹处105、610，以使得转子100上的直径相对的磁体105、605在基本上相同的时刻接近相应的第一、第二、第三和第四过渡部。
图9A示出当磁体150横穿第一过渡部125和第二过渡部130时转子145上的径向力710，且图9B示出当磁体605横穿第一过渡部630和第二过渡部635时转子145上的径向力720。只要转子保持在其中心位置，力710、720就基本上彼此相反并且因此趋向于相互抵消。
再次参考图8，可以使用少至两个绕组组685、690以驱动所公开的实施例。绕组组685、690可以包括一个或多个绕组。应该理解，所公开的实施例的各个方面所使用的绕组组可以包括一个或多个位于一个或多个凹处中的绕组，且可以包括适于在所公开的实施例中使用的任何类型的绕组。所公开的实施例可以包括分段绕组，例如，被划分为一个或多个分布于定子的所选择的凹处中的子绕组组。根据所公开的实施例，每个子绕组组可以包括一个或多个绕组，并且可以被驱动以产生电动力(motor force)。在一个或多个实施例中，可以将绕组组布置成三相绕组组，然而，可使用任何适合的绕组组布置。
图10和11示出根据所公开的实施例被配置成减小齿槽的其他示例性元件800、900的示意图。元件800、900可由铁磁材料构造。
元件800、900可以分别用于旋转和线性应用。元件800、900的几何结构可以被布置以使得沿推进和间隙方向，由元件的部件所产生的齿槽力叠加导致最小的总齿槽干扰。例如，通过选择绕组槽距，可以减小由定子绕组齿引起的齿槽，同时通过选择合适的过渡区形状和尺寸，可减小由定子的不连续性引起的齿槽。
图10中元件800的部件包括内弧段805、外弧段810、第一和第二过渡带815、820，一系列线圈槽825及跨角830。内弧段805可以被布置成允许与永磁体转子例如1035(图12)相互作用。线圈槽825可以围绕绕组组，该绕组组被布置成例如三相绕组组。绕组组可以使用正弦换向方案驱动绕组组。跨角830可以被布置成使得角830＝n(P/2)，其中，n为任何整数，并且P为具有相同极性的转子的两个磁体之间的间距。
图11中的元件900包括内段905，外段910，第一和第二过渡带915、920，一系列线圈槽925及跨距930。内段905可以被布置成允许与永磁体压板935相互作用。线圈槽925可以围绕绕组组，该绕组组被布置成例如三相绕组组。可以使用正弦换向方案驱动绕组组。跨距930可以被布置成使得角930＝n(P/2)，其中n为任何整数，且P为具有相同极性的压板的两个磁体之间的间距。
对于图10和图11二者，在使用奇数个元件800、900时的应用中线圈槽825、925可以具有分数的槽距，或在使用偶数个元件800、900时的应用中线圈槽825、925可以具有整数的槽距。因此，通过槽距的选择，可减小或基本消除由定子绕组齿产生的齿槽。应该理解，可以使用任何数目的元件800、900。
图12所示的实施例可以利用单个1000。在该实施例中，线圈槽1025具有分数的槽距，使得通过相消干扰基本上彼此抵消由线圈槽1025生成的齿槽力。图13示出具有被配置成减小齿槽的两个元件1105、1110的示例性实施例。该实施例可以采用各种技术以最小化齿槽。例如，1105和1110可以完全相同且被定位，以使得参考角1115和1120以90度电角度分开。作为另一个示例，可以定位1105和1110，以使得参考角1115和1120以180度机械角度分开，且线圈槽1125和1130以360度虚分数槽距对齐(align with a 360 degree imaginary fractional slot pitch)。这样，线圈槽1125和1130不完全相同。
图14示出使用被配置成减小齿槽的四个元件1205、1210、1215、1220的示例性实施例。在一个或多个实施例中，元件可以完全相同，并且被定位成以90度机械角度或电角度分开。在其他实施例中，元件1205、1210、1215、1220可被布置成分别与相应线圈槽1225、1230、1235、1240以90度机械角度分开，并且所述相应线圈槽1225、1230、1235、1240以虚360度分数槽距对齐(align with an imaginary 360 degreefractional slot pitch)。在一些实施例中，只有线圈槽的子组装有线圈，因为只考虑转子或压板磁体与被配置成减少齿槽的元件之间的被动相互作用。
图15示出具有转子1815以及至少两个芯的电机1800，其中至少第一个芯1805具有绕组，而至少第二个芯1810不具有绕组。芯1810相对芯1805偏移90度，因此提供被配置成减小齿槽的机构的另一个实施例。
通过参考结合的代理人编号为390-012750-US(PAR)于2007年6月27日提交的美国专利申请No.11/769,651表明有可能利用减少数目的绕组组获得自轴承电机的功能。通过参考结合的代理人编号390-012197-US(PAR)于2007年6月27日提交的美国专利申请No.11/769,688描述了用于去耦每个绕组组中的径向和切向力的示例性换向方案。因此，可利用更简化的绕组实现方式，通过独立控制例如少至两个电机绕组组来产生任意的转子力矩和定心力。当前所公开实施例可以被用来提供减少的沿着多个轴的齿槽干扰，并且提供在前面描述的美国专利申请No.11/769,651和11/769,688中描述的实施例的定心力。
在一个或多个公开的实施例中，被配置成减小齿槽的元件可以在其构造中包括铁磁材料、一些电绝缘铁磁层、或金属粉末的一个或多个。
图16示出结合所公开的实施例的特征的示例性基片加工装置1300的顶视图。基片加工装置1300通常具有通大气部1350(其对大气开放)以及邻近真空部1305(其被配备以起到真空室的作用)。通大气部1350可以具有一个或多个基片容纳盒1310，以及通大气基片运送装置1315。真空部1305可以具有一个或多个加工模块1320，以及真空基片运送装置1325。图13所示的实施例可以具有加载锁1340和1345，以便在不妨碍存在于真空部1305中的任何真空的完整性的情况下，允许基片在通大气部1350和真空部1305之间通过。
基片加工装置1300还可以包括控制器1355，其控制基片加工装置1300的操作。控制器1355可以包括处理器1360和存储器1365。控制器1355可以通过链路1370连接到基片加工系统1300。为了所公开实施例的目的，基片可以例如是半导体晶片(如200mm或300mm晶片)、平板显示器基板、适于用基片加工装置1300加工的任何类型的基片、空白基片(blank substrate)，或者具有与基片类似的特性(例如某些尺寸或特定质量)的物品。
根据所公开的实施例，通大气基片运送装置1315可以包括一个或多个电机，例如具有被配置用来减小齿槽的元件的电机1375、1380。电机1375、1380可以有利地利用与本文所公开类似的一个或多个示例性元件，例如定子100、200、550、625或元件800、900，以便最小化沿多个方向的齿槽干扰。这些方向可包括例如切向、轴向及间隙方向等。
类似地，根据所公开的实施例真空基片运送装置1325可以包括一个或多个电机，例如还可以包括被配置成减小齿槽的元件的1900、1950。电机1900、1950可以利用一个或多个元件，例如，定子100、200、550、625或元件800、900。一个或多个元件可以操作以最小化沿着多个方向(例如切向、轴向和间隙方向)的齿槽干扰。
因此，一个或多个元件可以在产生所需量的轴向和倾斜刚度的同时，操作以最小化沿多个轴向的齿槽干扰，并通过基片加工装置来提供更为精确的基片定位。
当前所公开的实施例描述被布置成最小化沿推进、间隙和轴向的齿槽干扰的多种元件。被配置成最小化齿槽的元件包括被布置成使得由每个部件产生的齿槽力的叠加导致沿着推进、间隙及轴向方向的最小总齿槽干扰。一个或多个元件也产生所需量的跨过气隙的力，包括对于旋转电机应用的定心力，以及对于线性电机应用的定位或导向力。至少一些所公开的实施例以如下方式使用各种元件，即由每个元件部件产生的齿槽力的叠加导致沿着推进、间隙和轴向方向的最小总齿槽干扰。
应该理解，前面的描述仅是本实施例的说明。本领域技术人员可以在不偏离本文中所公开的实施例的情况下设想出各种替换和修改。因而，本实施例意图包括落入所附权利要求范围的所有这些替换、修改和变化。

Claims (29)

1.一种电机，包括：
具有表面的定子；以及
转子，其被配备为在至少第一方向上相对于所述定子可活动，所述转子在操作中与所述定子对接以使得在第一方向上生成电动力，该转子包括多个永磁体，
所述定子包括至少一个元件，该至少一个元件被布置在该表面上并且被配置成使得永磁体对中的个体磁体基本同时接近在该表面和该元件之间的第一过渡区(115)和该元件和该表面之间的第二过渡区(120)以在至少第一方向和与所述第一方向成角度的第二方向上在所述转子上生成抗齿槽力，
其中第一过渡区(115)包括第一过渡部(125)和第二过渡部(130)，且第二过渡区(120)包括第三过渡部(135)和第四过渡部(140)，以及
其中第一过渡部(125)和第三过渡部(135)之间的距离(155)基本为相同极性的永磁体的间距除以2。
2.根据权利要求1所述的电机，包括同步无刷电机。
3.根据权利要求1所述的电机，其中所述元件被配置成在与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转子上生成抗齿槽力。
4.根据权利要求1所述的电机，其中所述元件包括：
从所述定子的内表面向内延伸的至少第一凹处。
5.根据权利要求4所述的电机，其中所述元件包括从所述定子内表面向内延伸的至少第二凹处，其中所述第一和第二凹处之间的距离近似为nP/2+mP/4，其中n为任何整数，m为奇数，并且P为相同极性的永磁体的间距。
6.根据权利要求4所述的电机，其中所述过渡区的至少一个相对于所述内表面成角度。
7.根据权利要求4所述的电机，其中所述过渡区的至少一个相对于所述内表面具有表面凹面。
8.根据权利要求4所述的电机，其中所述过渡区的至少一个相对于所述内表面具有表面凸面。
9.根据权利要求4所述的电机，其中所述过渡区的至少一个从所述内表面和所述第一凹处缩进。
10.根据权利要求4所述的电机，其中所述过渡区的至少一个限定在所述内表面和所述第一凹处之间的复合角。
11.一种定子，包括：
第一抗齿槽部件，包括：
从所述定子的内表面向内延伸的至少第一凹处；以及
从所述内表面延伸到所述第一凹处的至少两个过渡区，
其中，所述至少两个过渡区之间的距离基本为nP/2，其中n为任何整数，P为与所述定子对接的相同极性的磁体之间的间距；以及
第二抗齿槽部件，包括从所述定子的内表面向内延伸的至少第二凹处，其中所述第一和第二凹处之间的距离基本为nP/2+mP/4，其中n为任何整数，m为奇数。
12.根据权利要求11所述的定子，其中所述过渡区的至少一个相对于所述内表面成角度。
13.根据权利要求11所述的定子，其中所述过渡区的至少一个相对于所述内表面具有表面凹面。
14.根据权利要求11所述的定子，其中所述过渡区的至少一个相对于所述内表面具有表面凸面。
15.根据权利要求11所述的定子，其中所述过渡区的至少一个从所述内表面和所述第一凹处缩进。
16.根据权利要求11所述的定子，其中所述过渡区的至少一个限定在所述内表面和所述第一凹处之间的复合角。
17.一种基片加工装置，包括：
电机，其具有：
具有表面的定子；
转子，其被配备为在至少第一方向上相对于所述定子可活动，所述转子在操作中与所述定子对接以使得在第一方向上生成电动力，该转子包括多个永磁体；以及
所述定子包括至少一个抗齿槽元件，该至少一个抗齿槽元件被布置在该表面上并且被配置成使得永磁体对中的个体磁体基本同时接近在该表面和该元件之间的第一过渡区(115)和该元件和该表面之间的第二过渡区(120)以在至少第一方向和与所述第一方向成角度的第二方向上在所述转子上生成抗齿槽力，
其中第一过渡区(115)包括第一过渡部(125)和第二过渡部(130)，且第二过渡区(120)包括第三过渡部(135)和第四过渡部(140)，以及
其中第一过渡部(125)和第三过渡部(135)之间的距离(155)基本为相同极性的永磁体的间距除以2。
18.根据权利要求17所述的基片加工装置，其中所述电机包括同步无刷电机。
19.根据权利要求17所述的基片加工装置，其中所述抗齿槽元件被配置成在与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转子上生成抗齿槽力。
20.根据权利要求17所述的基片加工装置，其中所述抗齿槽元件包括：
从所述定子的内表面向内延伸的至少第一凹处。
21.根据权利要求20所述的基片加工装置，其中所述抗齿槽元件包括从所述定子内表面向内延伸的至少第二凹处，其中所述第一和第二凹处之间的距离近似为nP/2+mP/4，其中n为任何整数，m为奇数，并且P为相同极性的永磁体的间距。
22.根据权利要求20所述的基片加工装置，其中所述过渡区的至少一个相对于所述内表面成角度。
23.根据权利要求20所述的基片加工装置，其中所述过渡区的至少一个相对于所述内表面具有表面凹面。
24.根据权利要求20所述的基片加工装置，其中所述过渡区的至少一个相对于所述内表面具有表面凸面。
25.根据权利要求20所述的基片加工装置，其中所述过渡区的至少一个从所述内表面和所述第一凹处缩进。
26.根据权利要求20所述的基片加工装置，其中所述过渡区的至少一个限定在所述内表面和所述第一凹处之间的复合角。
27.一种电机，包括：
具有表面的定子；以及
转子，其被配置成与所述定子协作地生成切向和轴向力，该转子包括多个永磁体；
所述定子包括至少一个元件，该至少一个元件被布置在该表面上并且被配置成使得永磁体对中的个体磁体基本同时接近在该表面和该元件之间的第一过渡区(115)和该元件和该表面之间的第二过渡区(120)以在至少所述切向和轴向力的方向上在所述转子上生成抗齿槽力，
其中第一过渡区(115)包括第一过渡部(125)和第二过渡部(130)，且第二过渡区(120)包括第三过渡部(135)和第四过渡部(140)，以及
其中第一过渡部(125)和第三过渡部(135)之间的距离(155)基本为相同极性的永磁体的间距除以2。
28.一种电机，包括：
具有表面的定子；以及
转子，其被配置成与所述定子协作地生成切向和轴向力，该转子包括多个永磁体；
所述定子包括第一多个元件，该第一多个元件被布置在该表面上并且被配置成使得永磁体对中的个体磁体基本同时接近并通过在该表面和该元件之间的第一过渡区(115)和该元件和该表面之间的第二过渡区(120)以在至少所述切向和轴向力的方向上在所述转子上生成第一抗齿槽力，
其中第一过渡区(115)包括第一过渡部(125)和第二过渡部(130)，且第二过渡区(120)包括第三过渡部(135)和第四过渡部(140)，以及
其中第一过渡部(125)和第三过渡部(135)之间的距离(155)基本为相同极性的永磁体的间距除以2。
29.根据权利要求28所述的电机，其中所述定子还包括被配置成在至少所述切向和轴向力的方向上在所述转子上生成第二抗齿槽力的第二多个元件，其中所述第一和第二抗齿槽力操作来减小所述电机中的切向和轴向齿槽力。
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