JP2010532155A - 揚上機能および低コギングの特性を伴うモータ固定子 - Google Patents

Abstract

固定子と、固定子に対して少なくとも第１の方向に可動に装備された回転子であって、第１の方向にモータ力が生じるように固定子と動作的にインターフェース接続している、回転子と、を備えるモータであって、固定子は、回転子上で、少なくとも第１の方向と、第１の方向に対して角度をなす第２の方向とに、反コギング力を生じさせるように構成されている反コギング要素を備える。

Description

本発明は、モータ固定子に関し、具体的には、低コギング特性を伴う、複雑性の低いモータ固定子に関する。

本出願は、２００７年６月２７日出願の「揚上機能および低コギングの特性を伴うモータ固定子（ＭＯＴＯＲ ＳＴＡＴＯＲ ＷＩＴＨ ＬＩＦＴ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＹ ＡＮＤ ＲＥＤＵＣＥＤ ＣＯＧＧＩＮＧ ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳ）」と題する米国特許仮出願第６０／９４６，６９３号（代理人整理番号３９０Ｐ０１２９１２−ＵＳ（−＃１））の利益を主張するものであり、その内容の全てを本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。

本出願は、２００７年６月２７日出願の「ＣＯＭＭＵＴＡＴＩＯＮ ＯＦ ＡＮ ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ ＰＲＯＰＵＬＳＩＯＮ ＡＮＤ ＧＵＩＤＡＮＣＥ ＳＹＳＴＥＭ」と題する米国特許出願第１１／７６９，６８８号（代理人整理番号３９０−０１２１９７−ＵＳ（ＰＡＲ））、２００７年６月２７日出願の「ＲＥＤＵＣＥＤ−ＣＯＭＰＬＥＸＩＴＹ ＳＥＬＦ−ＢＥＡＲＩＮＧ ＢＲＵＳＨＬＥＳＳ ＤＣ ＭＯＴＯＲ」と題する米国特許出願第１１／７６９，６５１号（代理人整理番号３９０−０１２７５０−ＵＳ（ＰＡＲ））、および２００７年６月２７日出願の「ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＦＯＲ ＳＥＬＦ ＢＥＡＲＩＮＧ ＭＯＴＯＲ」と題する米国特許仮出願第６０／９４６，６８６号（代理人整理番号３９０Ｐ０１２９１１−ＵＳ（−＃１））に関係するものであり、それらの内容の全てを本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。

鉄心モータは様々な用途で広く使用されている。強磁性体コアは、永久磁石を伴う回転子と固定子との間の空隙全体で、磁束密度を相当増加させることができる。その結果、そのモータ定数は、鉄を使わないモータに比べて格段に高くなる。一方で、従来の固定子はスロットを伴うように構成され、回転子の永久磁石と固定子のスロット歯部との間の引力が高いコギングトルクまたはコギング力を生じさせ、それらは回転モータまたはリニアモータの正確な運動制御にとって極めて望ましくない外乱となる。

１つの例示的な用途では、基板処理装置は通常、基板上で複数の操作を行うことができる。米国特許第４，９５１，６０１号では、複数の処理チャンバを有する基板処理装置および基板搬送装置を開示している。基板搬送装置は、スパッタリング、エッチング、塗布、均熱などの異なる操作が行われる処理チャンバ間で基板を移動させる。半導体のデバイスや材料の製造業者が用いる製造工程では、基板処理装置内での基板の正確な位置決めが要求されることが多い。搬送装置は、いくつかのモータをはじめ、相当な数の能動部品を含みうる。コギングは、搬送用途の正確性を左右しうる。また、コギングは、モータを使用するその他の機能にも悪影響を与えうる。

特定の用途では、微小な汚染が重大な問題になりうる場合、材料は制御された清浄な雰囲気内で処理されなければならない。こうした用途では、清浄度が生産量に直接かかわってくることもあり、同様にコストにも影響する。他の用途では、腐食性ガスや高温である過酷な雰囲気を使用する処理工程を含みうる。接触軸受を伴うモータは、過酷な環境のために、摩耗したり、パーティクル汚染を生じたり、最終的には機能しなくなる可能性がある。また、軸受も機能しなくなる前に、容認できない量の振動や遊びを示すこともある。セルフベアリングモータは、こうした用途に対して、実行可能な代替案を提供しうる。セルフベアリングモータは通常、トルクと向心力の生成を最大限に伸ばすために、固定子の周りのセクタに巻回されたセグメント化されている巻線を伴う歯状の固定子を含んでいる。

セルフベアリングモータは、接線方向、半径方向、および軸方向に沿ったコギング力による外乱を被る。このような方向に沿ったコギングによる外乱を最小限に抑える要素および技術を提供すれば、利点になるであろう。

本発明の前述の態様および他の特徴について、付随の図面と関連させて以下のように説明する。

本明細書に開示する実施形態を実践するのに適した例示的なモータを示す略図である。 例示的実施形態による固定子および回転子の構成の断面概略図である。 コギングに寄与しうる、結果として生じる半径方向力を示す概略図である。 コギングに寄与しうる、傾斜力を示す概略図である。 開示する実施形態を実践するのに適した別の例示的なモータを示す略図である。 開示する実施形態により、例示的な反コギング要素を示す略図である。 開示する実施形態により、例示的な反コギング要素を示す略図である。 開示する実施形態から生じる、例示的な接線コギング力を示す略図である。 開示する実施形態から生じる、例示的な接線コギング力を示す略図である。 開示する実施形態から生じる、例示的な接線コギング力を示す略図である。 開示する実施形態が影響を及ぼす、例示的な軸方向コギング力を示す略図である。 開示する実施形態が影響を及ぼす、例示的な軸方向コギング力を示す略図である。 開示する実施形態が影響を及ぼす、例示的な軸方向コギング力を示す略図である。 開示する実施形態の、例示的な遷移領域を示す図である。 開示する実施形態の、例示的な遷移領域を示す図である。 開示する実施形態の、例示的な遷移領域を示す図である。 開示する実施形態の、例示的な遷移領域を示す図である。 開示する実施形態の、例示的な遷移領域を示す図である。 半径方向コギング力を減少させる、１つの例示的実施形態を示す図である。 開示する実施形態が提供する、例示的な半径方向コギング力を示す図である。 開示する実施形態が提供する、例示的な半径方向コギング力を示す図である。 開示する実施形態により、コギングを低減させるための他の要素の例を示す略図である。 開示する実施形態により、コギングを低減させるための他の要素の例を示す略図である。 図１０および図１１の例示的な要素の、異なる構成を示す図である。 図１０および図１１の例示的な要素の、異なる構成を示す図である。 図１０および図１１の例示的な要素の、異なる構成を示す図である。 少なくとも２つのコアを有するモータを示す図である。 開示する実施形態が実践されうる、基板装置の概略上面平面図である。

本明細書に開示する実施形態は、図面を参照して記述されるが、当該実施形態は、多数の代替的な実施形態に組み込むことが可能であることを理解されたい。さらに、あらゆる適切な大きさ、形状、もしくはタイプの部材または材料を使用することも可能であることを理解されたい。

図１Ａおよび図１Ｂは、本明細書に開示する実施形態の実施に適した例示的なモータ１０の概略図を示している。本明細書に開示する実施形態は、図面を参照して記述されるが、当該実施形態は、多数の代替的な実施形態に組み込むことが可能であることを理解されたい。さらに、あらゆる適切な大きさ、形状、もしくはタイプの部材または材料を使用することも可能であることを理解されたい。

図１Ａの実施形態では、モータ１０は、回転子１１、巻線セット１２、１５、および固定子１４と称される作動部品を含んでいる。開示する実施形態のために、「作動部品」には、動作をする、または本明細書で説明する巻線セットが生成する力に対応して力を適用するデバイスが含まれることを理解されたい。開示する実施形態の回転子および定盤は、作動部品の例である。

図１Ａに示す例示的なモータ１０の実施形態は、回転モータの構成を有しているが、他の実施形態では、後述するようにリニアモータの構成を含んでもよい。巻線セット１２、１５は、１つまたは複数の巻線を含んでもよく、また、電流増幅器２５によって駆動されてもよく、電流増幅器２５は巻線セットの駆動に適したソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアおよびハードウェアの組み合わせを含んでもよい。電流増幅器２５はさらに、巻線セットを駆動するためのプロセッサ２７、整流機能３０、および電流ループ機能３５を含んでもよい。整流機能３０は、指定の機能のセットに従って各巻線セットの１つまたは複数の巻線に電流を供給してもよく、電流ループ機能３５は、供給された電流を巻線を介して維持するためのフィードバックおよび駆動の機能を提供してもよい。プロセッサ２７、整流機能３０、および電流ループ機能３５は、位置情報を提供する１つもしくは複数のセンサまたはセンサシステムからフィードバックを受けるための回路を含んでもよい。本明細書に開示する各電流増幅器は、開示する実施形態の機能および計算を行うために必要な回路、ハードウェア、またはソフトウェアを任意の組み合わせで含んでいる。

図２は、リニアモータの構成を有する別の例示的実施形態を示している。この実施形態では、モータ２０は、定盤、巻線セット２２、２４、および固定子４５の形態を取る作動部品２１を含んでいる。図１の実施形態と同様に、回転子２１は、任意の適切な態様で構成されてもよく、巻線セット２２、２４は、１つまたは複数の巻線を含んでもよい。

モータ１０、２０の両方とも、空隙全体の磁束密度を相当増加させ、所望の受動的な軸剛性および受動的な傾斜剛性が生じるように、最小限の空隙および強磁性体材料を使用してもよい。モータ１０、２０は、同期ブラシレスモータとして組み込まれていてもよい。また、モータ１０、２０は、他のタイプのモータとして組み込まれていてもよい。

図１Ｂは、例示的実施形態の固定子および回転子（例えば、作動部品）の構成と、提示した構成から生じ、コギングに寄与しうる軸力とに関する断面概略図を示している。この例示的実施形態では、モータの配置により、作動部品の受動的な軸方向の揚上を生じさせることができる。例えば図１Ｂでは、作動要素１４０５はＺ軸に沿って移動され、また、磁束線は間隙１４３０の外に延び、間隙１４３０に対して垂直である固定子１４３２の表面に及び、このため揚力が生じる。図１Ｃは、コギングに寄与しうる受動的な半径方向力およびその結果として生じる半径方向力を生じさせる、開示する実施形態での固定子および回転子の構成の概略図を示している。例えば、回転子１４３５および固定子１４４０上のマグネットＮおよびＳの間の間隙の変化のために、半径方向合力Ｆ_Ｒが生じる。図１Ｄは、コギングに寄与しうる受動的な傾斜剛性およびピッチ剛性、ならびにその結果生じる傾斜力を提供する、開示する実施形態での固定子および回転子の構成の概略図を示している。例えば、回転子１４５０を作動させる受動的な傾斜力は、所望の傾斜剛性およびピッチ剛性を生じさせる対抗的な軸モーメントおよび動径モーメントを発生させる。

所望の軸剛性、傾斜剛性、およびその他の機能パラメータにより、固定子の側面外形が不均等になってしまうこともある。しかし、従来のモータでは、空隙の間隔が突然変化すると、磁束密度の増加および不均等な固定子の側面外形により、高いコギング力が生じうる。開示する実施形態は、コギングを最小限に抑える様々な例示的な要素を対象にしている。

図３および図４は、開示する実施形態で使用する例示的な要素の概略図を示している。図３および図４の例示的な要素は、回転モータおよびリニアモータのそれぞれの固定子１００、２００の部分として組み込まれていてもよい。いくつかの実施形態では、マグネット１５０、１８０、１９０、１９５、２５０、２８０、２９０、および２９５の配置を含んでもよい。

本明細書に開示する実施形態は、所望の程度の軸剛性および傾斜剛性を与えながら、いくつかの軸に沿ったコギングによる外乱を最小限に抑えるように動作する、１つまたは複数の例示的な要素および技術を含んでいる。１つまたは複数の例示的な要素はさらに、回転モータの用途には向心力など、また、リニアモータの用途には配置力や誘導力など、空隙に所望の程度の力を生じさせる。少なくとも開示する実施形態のいくつかは、各要素の部品によって生じるコギング力の重畳が、結果的には全体として最小限の推進方向、間隙方向、および軸方向に沿ったコギングによる外乱になるように、要素を使用している。

いくつかの実施形態では、軸剛性および傾斜剛性などの理由で、固定子凹部または固定子の不連続性が保証されている場合、コギングは最小限になりうる。これは、例えば、凹部または固定子セグメントの長さや、固定子セグメントと固定子セグメント端の遷移域との相対的な間隔を、適切に選択することによって実現しうる。また、その他の構造および技術を用いてもよい。

図３は、回転モータの固定子１００に組み込まれている例示的な要素を示している。固定子１００は、固定子１００の第１の表面１１０から内方に延びている、凹部１０５、１７５をいくつか含んでもよい。図３では、４つの凹部１０５、１７５、１９７、１９８が例示目的で示されているが、代替の実施形態では、固定子はこれより多いまたは少ない凹部を有してもよい。例示的実施形態では、凹部は互いに実質的に類似し、固定子の周囲に均等に配置されて示されている。代替の実施形態では、凹部は、任意の適切な態様で位置していてもよく、凹部の構成、特に、凹部の遷移の構成は、以下に記載するように、互いに異なってもよい。各凹部は、第１の表面から凹部までの遷移領域を２つ含んでもよい。例えば、凹部１０５は、第１の表面１１０と凹部１０５との間で、第１および第２の遷移領域１１５、１２０をそれぞれ含んでもよい。第１の遷移領域１１５は、第１の遷移部分１２５および第２の遷移部分１３０を含んでもよく、第２の遷移領域１２０は、第３の遷移部分１３５および第４の遷移部分１４０を含んでもよい。同様に、凹部１７５は、第１の表面１１０と凹部１７５との間で、第１および第２の遷移領域１２７、１３７をそれぞれ含んでもよい。第１の遷移領域１２７は、第１の遷移部分１４７および第２の遷移部分１５３を含んでもよく、第２の遷移領域１３７は、第３の遷移部分１５７および第４の遷移部分１６３を含んでもよい。

固定子１００とともに操作する回転子１４５は、隣接するマグネットが交番極性を伴うような複数の永久磁石を含んでもよい。マグネット１５０、１８０、１９０、および１９５は、図示目的で示されている。図示されているマグネットの間に他のマグネットを分散させてもよいことを理解されたい。

ここで、固定子１００の例示的な構成について詳述する。 開示する実施形態により、任意の適切な寸法を使用してもよいことを理解されたい。少なくとも１つの例示的実施形態では、下記で説明するように、ｎを任意の整数とし、Ｐを同極のマグネット間のピッチとし、εを調整係数とするとき、第１の遷移部分１２５と第３の遷移部分１３５との間の間隔１５５は、約ｎＰ／２＋（ε）になりうる。１つの実施形態では、共働凹部１０５、１７５（図３には例示目的で隣接するように示されている）は、それぞれの第１および第３の遷移部分の間が同じ間隔でもよい。例示的実施形態では、隣接する凹部に沿う対応するマグネット間のオフセットをｍＰ／４とすると（例えば、ｍは１、３、５などの奇数の整数値でもよい）、凹部１０５の第１の遷移部分１２５と隣接する凹部１７５の第１の遷移部分１４７との間隔１６０（移動の方向）は、約ｎＰ／２＋ｍＰ／４になりうる。

第１および第２の遷移部分１２５、１３０の間の間隔１６５は、任意の適切な間隔でもよい。例示的実施形態では、同一の凹部の第３および第４の遷移部分１３５、１４０の間の間隔１７０は、間隔１６５に類似してもよいが、代替の実施形態では、以下に記載するように、第１および第２の遷移領域のそれぞれの間隔、傾斜、または形状は、互いに異なっていてもよい。例示的実施形態では、遷移領域１２０の間隔１７０をＬとすると、セクションの第１の遷移部分１２５と第４の遷移部分１４０との間隔１５７（例えば、遷移の始まりと終わりの間の全間隔）は、約ｎＰ／２＋Ｌになりうる。例示的実施形態では、共働凹部１７５は、間隔１５７に類似する全間隔１６１（対応する遷移の始まりと終わりの間）を有してもよいが、代替の実施形態では、共働凹部は、ｎＰ／２＋Ｌを満たす任意の全間隔を有してもよい。

図４に示すように、コギングを低減するように構成されている１つまたは複数の例示的な要素が、例えば、リニアモータの固定子２００に組み込まれている。固定子１００と同様に、固定子２００は、固定子２００の第１の表面２１０から内方に延びている、２つまたはそれ以上の凹部２０５を含んでもよい。各凹部２０５は、第１の表面２１０と凹部２０５との間で、第１および第２の遷移領域２１５、２２０をそれぞれ含んでもよい。第１の遷移領域２１５は、第１の遷移部分２２５および第２の遷移部分２３０を含んでもよく、第２の遷移領域２２０は、第３の遷移部分２３５および第４の遷移部分２４０を含んでもよい。

ここで、リニアモータの実施形態のための、固定子２００の例示的な寸法を説明する。開示する実施形態により、任意の適切な寸法を使用してもよいことを理解されたい。少なくとも１つの例示的実施形態では、図３の実施形態と同様に、整数値をｎとし、同極マグネット間のピッチをＰとし、調整係数をεとすると、第１の遷移部分２２５から第３の遷移部分２３５への直線間隔２５５（移動の方向）は、約ｎＰ／２＋（ε）と表現されうる。隣接する凹部２０５、２７５のそれぞれの第１の遷移部分２２５の間の直線間隔２６０は、約ｎＰ／２＋ｍＰ／４になりうる。間隔２６５および２７０は同じでもよいが、他の実施形態では互いに異なっていてもよい。

固定子２００とともに操作する定盤２４５は、交番極性を伴う複数の永久磁石を含んでもよい。マグネット２５０、２８０、２９０、および２９５は、図示目的で示されている。図示されているマグネットの間に他のマグネットを分散させてもよいことを理解されたい。

ここで、図３および図４の実施形態の操作について説明する。

前述したように、例示的実施形態では、モータの要素は、推進方向、間隙方向、および半径方向力方向のコギングを同時に最小限に抑えるように選択してもよい。図３の実施形態の操作はここで、例えば、回転子の時計回りの動作などの推進方向に関して説明するが、この実施形態は、その他の推進方向、例えば、回転子の反時計回りの動作などとも機能することを理解されたい。上述の間隔１５５のために、マグネット１５０、１８０（例示的実施形態では、実現可能なものとして、間隔ｎＰ／２で互いから離れて、時計回りに移動する）は、第１および第３の遷移部分１２５および１３５にそれぞれほぼ同時に接近し、下記で説明する調整係数εに関係する様々な調整に影響を受けやすい。

マグネット１５０が第１の遷移部分１２５を通過すると、第１の遷移領域１１５に関連する固定子の表面（通常、接線方向を向いている）のステップのために、マグネット１５０は、「コギング」とも称される、推進力に対向する反時計回りの接線力に影響を受けやすい。マグネット１８０が第３の遷移部分１３５を通過すると、第２の遷移領域１２０に関連するステップのために、マグネット１８０は、「コギング」とも称される、推進方向の時計回りの接線力に影響を受けやすいこともある。したがって、マグネット１５０上で働く反時計回りの接線力と、マグネット１８０上で働く時計回りの接線力は、互いに対抗し、相殺しうる。したがって、回転子１４５のコギングを最小限に抑えたり、除去するために、対抗するコギング力を用いてもよい。この例では、間隔１５５が約ｎＰ／２の場合、マグネット１８０は、第２の遷移領域１２０の配向により、マグネット１５０の前のコギングに影響を受けやすいこともある。調整係数εは、コギング力の発生が実質的に同相で最適に相殺できるように、そのような配向の釣り合いを取るために、間隔１５５を調整するように選択してもよい。調整係数εはさらに、マグネット１５０および１８０のコギングの他の相違点に対する調整を含んでもよい。例えば、εは、固定子１００、回転子１４５の製作公差や、マグネット１５０、１８０の形状の相違を補う部品、または任意の他の適切な補償をする部品を含んでもよい。他の代替の実施形態では、第１の遷移部分と第３の遷移部分との間隔は、調整係数を有さなくてもよく、相殺されたコギング力の位相補償は、第１および第２の遷移領域の形状、範囲、またはその他の相違点に影響されうる。他の代替の実施形態では、調整係数εは、異なる形状の遷移領域とともに使用してもよい。

図５Ａは、固定子１００の例示的な寸法結果としての、マグネット１５０の接線コギング力３１０、マグネット１８０の接線コギング力３１５、および接線コギング力３１０と３１５との総和から生じる接線コギング力３２０の略図を示している。マグネット１５０および１８０は、第１および第３の遷移部分１２５および１３５にそれぞれほぼ同時に接近し、通過するため、接線コギング力３２０は、マグネット１５０および１８０が異なるタイミングで接近した場合より小さくなる。図５Ａに示すように、先頭および末尾の遷移領域の力の間の相殺効果は、第１レベル反コギングと称してもよい。

第２レベル反コギングと称される、コギング力の更なる低減は、上述の間隔１６０と、追加のマグネット１９０および１９５に作用している力とにより、実現されうる。上述したように、凹部１０５の第１の遷移部分１２５と隣接する凹部１７５の第１の遷移部分１４７との間隔１６０は、約ｎＰ／２＋ｍＰ／４になりうる。図３の例示的な寸法では、ｍは１とした。結果として、マグネット１９０は、マグネット１５０から電気角で±９０度オフセットされ、マグネット１９５は、マグネット１８０に対して同様の電気的オフセットを有する。マグネット１９０が第１の遷移部分１４７に接近し、マグネット１９５が第３の遷移部分１５７に接近すると、各マグネットは、電気角で９０度オフセットされている、上述のマグネット１５０、１８０の力に類似する力に遭遇する。

図５Ｂは、固定子１００の例示的な寸法結果としての、マグネット１９０の接線コギング力３３０、マグネット１９５の接線コギング力３３５、および接線力３３０と３３５との総和から生じる接線コギング力３４０の略図を示している。マグネット１５０および１８０と同様に、マグネット１９０および１９５は、第１および第３の遷移部分１４７および１５７にそれぞれほぼ同時に接近し、その結果生じた接線コギング力３４０は、マグネット１９０および１９５が異なるタイミングで接近した場合より小さくなる。

図５Ｃは、接線コギング力３２０および３４０の組み合わせの結果生じる、例示的な接線コギング力３４５（例えば、２つのレベルの反コギングの合力）を示している。前述ように、また図５Ｃに示すように、１つの凹部内の間隔、および固定子１００の隣接する各凹部１６０のそれぞれの第１の遷移部分の間の間隔により、接線コギング力がさらに軽減する。

開示する実施形態はさらに、軸方向（Ｚ方向）、つまり、回転子の平面に対して垂直な方向における、コギングの低減を提供する。図６Ａは、固定子１００の例示的な寸法結果としての、マグネット１５０の軸力４１０、マグネット１８０の軸力４１５、および軸力４１０と４１５との総和から生じる軸方向コギング力４２０の略図を示している。上記の実施形態と同様に、マグネット１５０および１８０が第１のおよび第３の遷移部分１２５および１３５にそれぞれほぼ同時に接近し、通過するため、軸方向コギング力４２０は軽減される。

マグネット１９０および１９５で作用する力が、マグネット１５０および１８０によって発生した反コギング力との組み合わせで軸方向コギング力を軽減するように、共働する領域（例えば、凹部１０５、１７５）は、上述の間隔１６０によって分離されている。上述したように、凹部１０５の第１の遷移部分１２５と隣接する凹部１７５の第１の遷移部分１４７との間隔１６０は、約ｎＰ／２＋ｍＰ／４になりうる。したがって、マグネット１９０が第１の遷移部分１４７に接近し、マグネット１９５が第３の遷移部分１５７に接近すると、各マグネットは、電気的オフセットを伴う、上述のマグネット１５０、１８０の軸力に類似する軸力に遭遇する。

図６Ｂは、固定子１００の例示的な寸法結果としての、マグネット１９０の軸方向コギング力４３０、マグネット１９５の軸方向コギング力４３５、および４３０と４３５との総和から生じる軸方向コギング力４４０の略図を示している。マグネット１９０および１９５は、第１および第３の遷移部分１４７および１５７にそれぞれほぼ同時に接近するため、軽減された軸方向コギング力４４０を得ることができる。軸力３２０および３４０の組み合わせの結果で生じる軸方向コギング力４４５は、図６Ｃに示されている。

前述のように、それぞれのコギング力の（さらに反コギング力の）形状は、遷移領域の表面の形状および寸法によって異なりうる。したがって、遷移領域１１５、１２０、１２７、１３７は、必要に応じて、様々な形状および寸法を有してもよい。図３に示す例示的実施形態では、前述ように、それぞれの遷移領域の間隔は類似してもよい。例えば、各遷移領域の間隔は、Ｐ／２に等しいか、Ｐ／２より大きくてもよい。代替の実施形態では、先頭および末尾の遷移領域の間隔および形状は、異なっていてもよい。例えば、末尾遷移（領域１２０に類似する）は、前の遷移領域の間隔（間隔１６５に類似する）より長い間隔（例えば、間隔１７０に類似する）を有してもよい。したがって、末尾遷移は、移動するマグネットに対して、先頭遷移よりも後から始まってもよいが、先頭遷移よりも長くなることもある。こうした例示的実施形態では、１つまたは複数の力３１０、３１５、３３０、３３５、４１０、４１５、４３０、４３５がより漸進的な遷移を示すように、または、より平たい形状を有するように、遷移領域の形状を決めてもよい。

図３は、角度のある形状を有する例示的な遷移領域１１５、１２０を示している。図７Ａを参照すると、例示的な遷移領域５１０、５１５は、第１の表面５２０に対して、第１の表面５２０から凹部５２５に向かって内方に曲がった凹状を有してもよい。実現可能なものとして、表面の形状は対称的でなくてもよい。図７Ｂは、例示的な遷移領域５３０、５３５が内表面５２０に対して凸状を有する、別の実施形態を示している。図７Ｃは、遷移領域５４０、５４５が第１の表面５２０および凹部５２５から後退している実施形態を示している。図７Ｄは、例示的な遷移領域を伴う固定子のセクション５５０の断面図を示し、図７Ｅはその側面図を示している。この遷移領域は、遷移部分５６０から遷移部分５６５までの合成角を含む複雑な形状を有している。実現可能なものとして、例示的実施形態では、セクション５５０は、実質的に永久磁石と固定子との間のＺの重複に相応してもよい。図７Ｄ〜７Ｅに示す例示的実施形態では、合成角遷移表面５５５Ａ、５５５Ｂは、軸（Ｚ）方向で相殺するコギング力を生じさせるように（例えば、所望の反コギング効果を提供するように）配向されてもよい。

遷移領域は、直線型、非直線型、複合型、および他の形状などの、他の適切な構成を使用してもよい。遷移領域は対称的でなくてもよく、異なる形状および寸法を有してもよいことを理解されたい。開示する実施形態では、遷移領域は、様々な材料を含んでもよく、例えば、固定子の他の部分の材料とは異なる材料で作られる部分を有してもよい。いくつかの実施形態では、遷移領域の材料は、可変リラクタンスを達成するようなものを選択してもよい。

例示的実施形態では、固定子１００、２００と回転子１４５または定盤２４５との間のそれぞれの間隙に平行なコギング力である半径方向コギング力の低減を提供してもよい。図８は、マグネット１５０、凹部１０５、ならびに第１の遷移部分１２５、第２の遷移部分１３０、第３の遷移部分１３５、および第４の遷移部分１４０を含む、図３の固定子１００の略図を示している。マグネット１０５とは正反対に位置しているマグネット６０５は、図３に示すマグネットの１つであってもよく、または別のマグネットでもよい。明確性を考慮して、図３の他の要素は図示していない。図示する固定子１００は、第１の表面１１０に沿って、少なくとも２つの凹部１０５、６１０を有している。凹部６１０は図３の凹部１７５であってもよく、または別の凹部でもよい。凹部６１０は、第１の遷移部分６３０、第２の遷移部分６３５、第３の遷移部分６４０、および第４の遷移部分６４５を含んでいる。半径方向コギング力を軽減する少なくとも１つの方法には、回転子１００上で正反対に置かれたマグネット１０５、６０５が実質的に同時に第１、第２、第３、および第４の遷移部分にそれぞれ接近するように、固定子１００の第１の表面１１０に沿って凹部１０５、６１０の位置決めをすることが含まれている。

図９Ａは、マグネット１５０が第１の遷移部分１２５および第２の遷移部分１３０を横断する際の、回転子１４５の半径方向力７１０を示しており、図９Ｂは、マグネット６０５が第１の遷移部分６３０および第２の遷移部分６３５を横断する際の、回転子１４５の半径方向力７２０を示している。力７１０、７２０は、基本的に互いに対向しており、したがって回転子が中心位置で維持される限り、力７１０、７２０は互いに相殺し合う傾向にある。

図８を再度参照すると、開示する実施形態を駆動するために、２つ程度の巻線セット６８５、６９０を使用してもよい。巻線セット６８５、６９０は、１つまたは複数の巻線を含んでもよい。開示する実施形態の態様で使用する巻線セットは、１つまたは複数の凹部に位置する１つまたは複数の巻線を含んでもよく、開示する実施形態での使用に適した任意のタイプの巻線を含んでもよいことを理解されたい。開示する実施形態は、例えば、固定子の選択された凹部に配置された１つまたは複数の巻線サブセットに分けられている巻線セットなどの、セグメント化されている巻線を含んでもよい。各巻線サブセットは、１つまたは複数の巻線を含んでもよく、開示する実施形態に従ってモータ力を生じさせるように駆動されてもよい。１つまたは複数の実施形態では、巻線セットは、３相巻線セットとして配置してもよいが、任意の適切な巻線セットの配置を用いてもよい。

図１０および図１１は、開示する実施形態に従ってコギングを低減させるために構成された、他の例示的な要素８００、９００を示す概略図である。要素８００、９００は、強磁性体材料で構成されてもよい。

要素８００、９００はそれぞれ、回転モータおよびリニアモータの用途で用いてもよい。要素８００、９００の形状は、要素の部品によって生じるコギング力の重畳が、結果的には全体として最小限の推進方向および間隙方向に沿ったコギングによる外乱になるように配置されている。例えば、固定子の巻線の歯によるコギングが、巻線スロットピッチの選択により軽減されうる一方で、固定子の不連続性によるコギングは、遷移領域を適切な形状およびサイズにすることにより軽減されうる。

図１０の要素８００の部品には、内弓状セグメント８０５、外弓状セグメント８１０、第１および第２の遷移域８１５、８２０、一連のコイルスロット８２５、およびスパン角８３０が含まれている。内弓状セグメント８０５は、例えば、図１２の１０３５などの、永久磁石回転子との相互作用を可能にするように配置してもよい。コイルスロット８２５は、例えば３相巻線セットとして配置された巻線セットを封入してもよい。巻線セットは、正弦整流方式を用いて駆動されてもよい。スパン角８３０は、ｎを任意の整数とし、Ｐを回転子の２つの同極マグネット間のピッチとするとき、角８３０＝ｎ（Ｐ／２）となるように配置してもよい。

図１１の要素９００には、内セグメント９０５、外セグメント９１０、第１および第２の遷移域９１５、９２０、一連のコイルスロット９２５、およびスパン間隔９３０が含まれている。内セグメント９０５は、永久磁石定盤９３５との相互作用を可能にするように配置してもよい。コイルスロット９２５は、例えば３相巻線セットとして配置された巻線セットを封入してもよい。巻線セットは、正弦整流方式を用いて駆動されてもよい。スパン間隔９３０は、ｎを任意の整数とし、Ｐを定盤の２つの同極マグネット間のピッチとするとき、角９３０＝ｎ（Ｐ／２）となるように配置してもよい。

図１０および図１１の両方について、コイルスロット８２５、９２５は、奇数の要素８００、９００を用いる用途では分数のスロットピッチを有してもよく、偶数の要素８００、９００を用いる用途では整数のスロットピッチを有してもよい。したがって、固定子の巻線歯によるコギングは、スロットピッチの選択により、軽減されるか、基本的に除去されうる。任意の数の要素８００、９００を使用しうることを理解されたい。

図１２に示す１つの例示的実施形態では、単一の要素１０００を使用してもよい。この実施形態のコイルスロット１０２５は、コイルスロット１０２５によって生じるコギング力が相殺的干渉により互いに実質的に相殺するような分数のスロットピッチを有する。図１３は、コギングを低減するように構成されている２つの要素１１０５、１１１０を有する、１つの例示的実施形態を示している。この実施形態では、コギングを最小限に抑えるために様々な技術を使用してもよい。例えば、１１０５および１１１０は、実質的に同一であってもよく、基準角１１１５および１１２０が電気角で９０度離れているように、１１０５および１１１０を配置してもよい。別の例として、基準角１１１５および１１２０が機械角で１８０度離れ、コイルスロット１１２５および１１３０が３６０度の仮想分数スロットピッチに揃うように、１１０５および１１１０を配置してもよい。この態様では、コイルスロット１１２５、１１３０は同一でなくてもよい。

図１４は、コギングを低減するように構成されている４つの要素１２０５、１２１０、１２１５、１２２０を使用する、１つの例示的実施形態を示している。１つまたは複数の実施形態では、各要素は同一であってもよく、機械角および電気角で９０度離れているように配置してもよい。他の実施形態では、要素１２０５、１２１０、１２１５、１２２０は、３６０度の仮想分数スロットピッチに揃うように、対応するコイルスロット１２２５、１２３０、１２３５、１２４０からそれぞれ機械角で９０度離れているように配置してもよい。いくつかの実施形態では、回転子または定盤のマグネットと、コギングを低減するように構成されている要素との間の受動的な相互作用のみが考慮されるため、コイルスロットのサブセットのみがコイルを備えてもよい。

図１５は、回転子１８１５および少なくとも２つのコアを有するモータ１８００を示しており、モータ１８００では、少なくとも第１のコア１８０５は巻線を有し、少なくとも第２のコア１８１０は巻線を有していない。コア１８１０はコア１８０５から９０度でオフセットされており、したがって、コギングを低減するように構成されている機構の別の実施形態を提供している。

本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する２００７年６月２７日出願の米国特許出願第１１／７６９，６５１号（代理人整理番号３９０−０１２７５０−ＵＳ（ＰＡＲ））は、少数の巻線セットを伴うセルフベアリングモータの機能を得ることは可能であることを実証している。本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する２００７年６月２７日出願の米国特許出願第１１／７６９，６８８号（代理人整理番号３９０−０１２１９７−ＵＳ（ＰＡＲ））は、各巻線セットの半径方向力および接線力のカップリングを解除するための例示的な整流方式を説明している。上記を受けて、例えば、２つ程度のモータ巻線セットを互いに独立して制御することにより、任意の回転子トルクおよび向心力を生じさせるために、よりシンプルな巻線の実装を用いてもよい。本明細書に開示する実施形態は、いくつかの軸に沿ったコギングによる外乱を軽減するために、また、上述の米国特許出願第１１／７６９，６５１号および第１１／７６９，６８８号に説明する実施形態に対して向心力を提供するために用いてもよい。

１つまたは複数の開示する実施形態では、コギングを低減するように構成されている要素は、１つまたは複数の強磁性体材料、いくつかの電気的に絶縁されている強磁性体層、または金属粉末を、その構造の中に含んでもよい。

図１６は、開示する実施形態の特徴を組み入れた、例示的な基板処理装置１３００の上面図を示している。基板処理装置１３００は通常、大気に触れている大気セクション１３５０と、真空チャンバとして機能するように装備された、隣接する真空セクション１３０５とを有する。大気セクション１３５０は、１つまたは複数の基板保持カセット１３１０と、大気基板搬送装置１３１５とを有してもよい。真空セクション１３０５は、１つまたは複数の処理モジュール１３２０と、真空基板搬送装置１３２５とを有してもよい。図１３に示す実施形態は、真空セクション１３０５にある真空の保全性を失うことなく、基板が大気セクション１３５０と真空セクション１３０５との間で通過できるロードロック１３４０、１３４５を有してもよい。

基板処理装置１３００はさらに、基板処理装置１３００の動作を制御するコントローラ１３５５を含んでいる。コントローラ１３５５は、プロセッサ１３６０とメモリ１３６５とを含んでもよい。コントローラ１３５５は、リンク１３７０を介して、基板処理システム１３００に接続していてもよい。開示する実施形態のために、基板は、例えば、半導体ウェハ（例えば、２００ｍｍ径や３００ｍｍ径のウェハ）、フラットパネルディスプレイ基板、基板処理装置１３００での処理に適した任意のその他のタイプの基板、ブランク用基板、または特定の寸法や特定の質量などの基板に類似する特性を有する物であってもよい。

大気基板搬送装置１３１５は、例えば、開示する実施形態に従ってコギングを低減するように構成されている要素を伴うモータ１３７５、１３８０などの、１つまたは複数のモータを含んでもよい。モータ１３７５、１３８０では、いくつかの方向に沿ったコギングによる外乱を最小限に抑えるために、本明細書に開示するモータに類似する１つまたは複数の例示的な要素、例えば、固定子１００、２００、５５０、６２５や、要素８００、９００などを有利に用いることができる。方向は、例えば、接線方向、軸方向、および間隙方向を含みうる。

同様に、真空基板搬送装置１３２５は、例えば、開示する実施形態に従ってコギングを低減するように構成されている要素も含むモータ１９００、１９５０などの、１つまたは複数のモータを含んでもよい。モータ１９００、１９５０は、例えば、固定子１００、２００、５５０、６２５や、要素８００、９００などの、１つまたは複数の要素を使用してもよい。１つまたは複数の要素は、いくつかの方向、例えば、接線方向、軸方向、および間隙方向に沿ったコギングによる外乱を最小限に抑えるために、機能してもよい。

したがって、１つまたは複数の要素は、所望の程度の軸剛性および傾斜剛性を与える一方で、いくつかの軸に沿ったコギングによる外乱を最小限に抑えるために機能し、基板処理装置による基板のより正確な位置決めを提供している。

本明細書に開示する実施形態は、接線方向、間隙方向、および軸方向に沿ったコギングによる外乱を最小限に抑えるように配置された様々な要素を説明している。コギングを最小限に抑えるように構成されている要素は、各部品によって生じるコギング力の重畳が、結果的には全体として最小限の推進方向、間隙方向、および軸方向に沿ったコギングによる外乱になるように配置された部品を含んでいる。１つまたは複数の要素はさらに、回転モータの用途には向心力など、また、リニアモータの用途には配置力や誘導力など、空隙に所望の程度の力を生じさせる。少なくとも開示する実施形態のいくつかは、各要素の部品によって生じるコギング力の重畳が、結果的には全体として最小限の推進方向、間隙方向、および軸方向に沿ったコギングによる外乱になるように、様々な要素を使用している。

前述の内容は、本明細書の実施形態を例証するに過ぎないものであることを理解されたい。様々な代替形態および変更形態が、本明細書に開示する実施形態から逸脱することなく、当業者によって考案されうる。したがって、本明細書の実施形態は、添付の特許請求の範囲内にある当該の代替形態、変更形態、および変形形態を全て包含することを意図するものである。

Claims (10)

1. モータであって、
   固定子と、
   前記固定子に対して少なくとも第１の方向に可動に装備された回転子と、を備え、
   前記回転子は、第１の方向にモータ力が生じるように前記固定子と動作的にインターフェース接続しており、
   前記固定子は、前記回転子上で、少なくとも前記第１の方向と、前記第１の方向に対して角度をなす第２の方向とに、反コギング力を生じさせるように構成されている要素を備えることを特徴とするモータ。
2. 同期ブラシレスモータを備えることを特徴とする請求項１記載のモータ。
3. 前記要素は、前記回転子上で、前記第１および第２の方向に対して角度をなす少なくとも第３の方向に、反コギング力を生じさせるように構成されていること特徴とする請求項１記載のモータ。
4. 請求項１記載のモータであって、前記要素は、
   前記固定子の内表面から内方に延びている少なくとも第１の凹部と、
   前記内表面から前記第１の凹部に向かって延びている少なくとも２つの遷移領域と、を備え、
   ｎを任意の整数とし、Ｐを前記固定子とインターフェース接続している同極のマグネット間のピッチとするとき、前記少なくとも２つの遷移領域の間隔が約ｎＰ／２であることを特徴とする請求項１記載のモータ。
5. 前記要素は、前記固定子の内表面から内方に延びている少なくとも第２の凹部を含み、ｎを任意の整数とし、ｍを奇数とするとき、前記第１の凹部と前記第２の凹部との間隔が約ｎＰ／２＋ｍＰ／４であること特徴とする請求項４記載のモータ。
6. 前記遷移領域の少なくとも１つは前記内表面に対して角度をなすことを特徴とする請求項４記載のモータ。
7. 前記遷移領域の少なくとも１つは前記内表面に対して凹状の表面を有することを特徴とする請求項４記載のモータ。
8. 前記遷移領域の少なくとも１つは前記内表面に対して凸状の表面を有することを特徴とする請求項４記載のモータ。
9. 前記遷移領域の少なくとも１つは前記内表面および前記第１の凹部から後退していること特徴とする請求項４記載のモータ。
10. 前記遷移領域の少なくとも１つは前記内表面と前記第１の凹部との間の合成角を定義していること特徴とする請求項４記載のモータ。

Images