KR101561685B1

KR101561685B1 - 전자기적 추진 및 유도 시스템의 정류

Info

Publication number: KR101561685B1
Application number: KR1020107001831A
Authority: KR
Inventors: 마르틴 호섹; 자이로 테라 모우라; 크리스토퍼 호프마이스터
Original assignee: 브룩스 오토메이션 인코퍼레이티드
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2015-10-20
Also published as: US8823294B2; TWI497898B; JP2011517395A; CN101971440A; TW200917595A; US20090001907A1; CN101971440B; KR20100053523A; WO2009003027A1; JP5517929B2

Abstract

모터 정류 방법은, 조정 전기각을 계산하는 단계; 및 공통 세트의 정류 방정식들이 모터 내에서 일차원 힘들 및 이차원 힘들을 모두 발생시키도록, 공통 세트의 정류 방정식들에서 조정 전기각을 이용하는 단계;를 포함한다.

Description

전자기적 추진 및 유도 시스템의 정류{Commutation of an electromagnetic propulsion and guidance system}

본 명세서에 개시된 실시예들은 전자기적 추진의 정류 및 유도 구동을 위한 방법과 시스템과 관련되고, 보다 상세하게는 자기적으로 부양된 물질 수송 플랫폼과 관련된다.

종래의 기판 공정 장치의 개략적인 평면도가 도 1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 상기 장치의 공정 모듈들은 상기 공정 장치의 수송 챔버의 주위에 방사적으로 위치한다. 수송 장치는 종래의 동작 장치의 두 개 또는 세 개의 축일 수 있고, 상기 수송 장치, 예를 들어, 로봇은, 상기 공정 모듈들 사이에 수송 기판들에 대하여 수송 챔버 내의 중앙에 위치한다. 구현되는 바와 같이, 공정 장치의 스루풋은 상기 수송 장치의 핸들링 속도에 의하여 제한된다. 또한, 종래의 로봇은 조인트들, 아암들, 모터들, 인코더들, 등을 포함하는 복수의 능동 구성 성분들을 요구한다. 종래의 로봇은 일반적으로 제한된 자유도 수를 가지고, 상기 로봇에 대하여 전력 및 제어를 공급하는 것은 일반적으로 상기 수송 챔버의 덮개를 브리칭(breeching)할 것을 요구한다. 개시된 실시예들은 종래 기술의 이러한 문제점들 및 다른 문제점들을 극복할 수 있다.

개시된 실시예들은 모터 정류 방법과 관련된다.

개시된 실시예들은 모터 정류 방법과 관련되고, 상기 방법은 조정 전기각을 계산하는 단계; 및 공통 세트의 정류 방정식들이 모터 내에서 일차원 힘들 및 이차원 힘들을 모두 발생시키도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하는 단계;를 포함한다.

다른 실시예에 있어서, 모터 정류 방법은, 조정 전기각을 계산하는 단계; 및 상기 모터 내에서 적어도 일차원으로 힘들을 제공하도록, 모터 권선들을 정류하기 하기 위하여, 상기 조정 전기각을 정류 방정식들에 입력하는 단계;를 포함하고, 상기 모터 내에서 상기 적어도 일차원의 일차원만으로인 힘들을 발생하는 정류 방정식들이 상기 모터 내에서 상기 적어도 일차원의 이차원인 힘들을 동시에 발생하는 정류 방정식들과 공통이 되도록, 상기 조정 전기각이 결정된다.

다른 실시예에 있어서, 모터 정류 장치는, 조정 전기각을 계산하는 회로; 및 공통 세트의 정류 방정식들이 모터 내에서 일차원 힘들 및 이차원 힘들을 모두 발생시키도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하는 증폭기;를 포함한다.

또 다른 실시예에 있어서, 모터는 제어기에 의하여 정류되는 권선들을 포함하고, 상기 제어기는: 조정 전기각을 계산하는 회로; 및 상기 공통 세트의 정류 방정식들이 상기 모터 내에서 일차원 힘들 및 이차원 힘들을 모두 발생시키도록, 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 작동 가능한 증폭기;를 포함한다.

또 다른 실시예에 있어서, 기판 공정 장치는 모터를 정류하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 조정 전기각을 계산하는 회로; 및 공통 세트의 정류 방정식들이 모터 내에서 일차원 힘들 및 이차원 힘들을 모두 발생시키도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 작동 가능한 증폭기;를 포함한다.

상기 개시된 실시예들은 모터 힘 방정식들의 세트들, 모터 정류 방정식들, 및 이차원 모터 구성들 및 삼차원 모터 구성들 모두에 대한 특정한 추진 힘들 및 유도 힘들에 기초한 모터 제어 파라미터들의 계산에 대한 표현들을 제공한다. 개시된 실시예들은 전기각 오프셋과 함께 공통 세트의 정류 함수들을 구동하도록 사용된 전기각을 조정하는 단계를 포함하고, 이에 따라 x-방향으로의 적어도 일차원 추진 힘, x-방향으로의 추진 힘 및 y-방향으로의 유도 힘을 포함하는 이차원 힘들, 및 x-방향 및 z-방향으로의 추진 힘들 및 y-방향으로의 유도 힘을 포함하는 삼차원 힘들을 발생하기 위하여, 동일한 모터 정류 함수들이 사용될 수 있다. 또한, 개방 루프 롤 안정성, 분리된 힘들과 함께 개방 루프 피치 안정성, 및 분배된 힘들과 함께 개방 루프 피치 안정성을 포함하는 개방 루프 안정성을 가지는 위상 정류에 대하여, 모터 힘 방정식들, 모터 정류 방정식들, 및 모터 제어 파라미터 계산들이 제공된다.

본 발명의 상술한 측면들 및 다른 특징들은 첨부된 도면들과 관련하여 하기의 설명에 의하여 설명된다.
도 1은 종래의 기판 공정 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2a는 개시된 실시예들의 특징들을 결합한 기판 공정 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2b는 기판 공정 장치의 제어기의 개략적인 도면이다.
도 3은 개시된 실시예들을 구현하기 위하여 적절한 대표적인 모터 구성의 절개 사시도이다.
도 4는 개시된 실시예들을 구현하기 위하여 적절한 다른 모터 구성을 도시한다.
도 5는 권선 세트의 예시적인 와이 구성을 개략적으로 도시한다.
도 6은 권선 세트의 예시적인 델타 구성을 개략적으로 도시한다.
도 7a 내지 도 7d는 로렌쯔 힘들의 결과로서 x-방향으로 추진을 제공하고, 로렌쯔 힘들 및 맥스웰 힘들의 결과로서 y-방향으로 유도를 제공하도록 포서와 플래튼 사이에서 작용하는 힘 벡터들을 도시한다.
도 8은 도 7a 내지 도 7d의 실시예들을 위한 해결 단계를 도시한다.
도 9a 내지 도 9d는 로렌쯔 힘들의 결과로서 x-방향으로 추진을 제공하고, 맥스웰 힘들의 결과로서 y-방향으로 유도를 제공하도록 포서와 플래튼 사이에서 작용하는 힘 벡터들을 도시한다.
도 10은 도 9a 내지 도 9d의 실시예들을 위한 해결 단계를 도시한다.
도 11a 내지 도 11d는 로렌쯔 힘들의 결과로서 x-방향으로 추진을 제공하고, y-방향으로 유도를 제공하도록 플래튼 상에 작용하는 힘 벡터들을 도시한다.
도 12는 도 11a 내지 도 11d의 실시예들을 위한 해결 단계를 도시한다.
도 13a는 다른 예시적인 실시예에 따른 구성을 가지는 모터(들)의 선형 추진 시스템의 개략적인 사시도이다.
도 13b는 다른 예시적인 실시예들에 따른 개별적인 자석 배열(들)을 개략적으로 도시한다.
도 13c는 개시된 실시예들의 사용을 위한 각각의 권선들의 교호 배열을 도시한다.
도 13d는 다른 예시적인 실시예들에 따른 개별적인 권선 배열(들)을 개략적으로 도시한다.
도 14는 삼차원 모터 구성 실시예들의 권선 세트들의 방위를 도시한다. 여기에서, "a"는 힘(F_a)의 방향을 나타내고, "b"는 힘(F_b)의 방향을 나타낸다.
도 15는 로렌쯔 힘들을 이용하여 x-방향으로 추진 성분을 발생하고 z-방향으로 상승 성분을 발생하고, 로렌쯔 힘들 및 맥스웰 힘들을 이용하여 y-방향으로 유도 성분을 발생하기 위하여, 정류를 수행하기 위한 해결 단계의 다이어그램이다.
도 16은 로렌쯔 힘들을 이용하여 x-방향 및 z-방향으로 추진 성분들을 발생하고, 맥스웰 힘들을 이용하여 y-방향으로 유도 성분을 발생하기 위하여, 정류를 수행하기 위한 해결 단계의 다이어그램이다.
도 17은 로렌쯔 힘들을 이용하여 x-방향 및 z-방향으로 추진 성분들을 발생하고, y-방향으로 유도 성분을 발생하기 위하여, 정류를 수행하기 위한 해결 단계의 다이어그램이다.
도 18a 내지 도 18d는 다른 자유도에 적용되는 개방 루프 안정성 방법에 대한 다양한 힘의 다이어그램이다.
도 19는 개시된 실시예들에 적용될 수 있는 모터 정류의 일반적인 블록도이다.
도 20a 내지 도 20d는 다른 예시적인 실시예에 따라 모터의 다른 개략적인 단면도들이고, 추진힘들 및 유도 힘들을 발생하도록 포서와 플래튼 사이에서 작용하는 각각의 힘 벡터들을 나타낸다.

도 2a는 본 명세서에 개시된 실시예들을 구현하기 위하여 적절한 예시적인 기판 공정 장치(10)의 개략적인 평면도를 도시한다. 본 명세서에 개시된 실시예들이 기판 공정에 대하여 설명되어 있다고 하여도, 상기 개시된 실시예들은, 자기적으로 수송하는 목적을 위한 모든 시스템을 포함하여 많은 대체적인 형태들을 가질 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 요소들 또는 물질들의 모든 적절한 크기, 형상, 및 유형이 사용될 수 있다.

개시된 실시예들은 자기적으로 부양된(levitated) 물질 수송 플랫폼을 위한 추진(propulsion) 및 유도(guidance) 시스템에 관련된다. 특정한 추진 및 유도 힘들을 기초로 하는 모터 제어 파라미터들을 계산하기 위한 표현들을 포함하는, 모터 힘 방정식들 및 모터 정류 방정식들은 이차원 및 삼차원 모터 구성들 모두를 위하여 제공된다.

개시된 실시예들은, 동일한 모터 정류 함수들이 x-방향으로 일차원 추진 힘, x-방향으로 추진 힘 및 y-방향으로 유도 힘을 포함하는 이차원 힘들, 및 x-방향 및 z-방향 모두로 추진 힘 및 y-방향으로 유도 힘을 포함하는 삼차원 힘들을 적어도 발생하도록 사용되기 위하여, 전기각 오프셋(offset)과 함께 공통 세트(common set)의 정류 함수들을 구동하도록 사용되는 전기각(electrical angle)을 조정하는 단계를 포함한다.

다시 설명하면, 상기 전기각 오프셋과 함께 상기 전기각을 조정함으로써, 공통 세트의 정류 방정식들을 이용하여 적어도 일차원, 이차원, 및 삼차원 힘들이 모터에서 발생될 수 있다.

특히, 로렌쯔(Lorentz) 힘들에 의하여 x-방향으로 추진을 발생하고, 로렌쯔 힘들 및 맥스웰(Maxwell) 힘들에 의하여 y-방향으로 유도를 발생하도록, 모터 힘 방정식들, 모터 정류 방정식들, 및 모터 제어 파라미터 계산들이 이차원 모터 구성들을 위하여 제공된다. 다른 실시예는, 이차원 모터 구성들을 위하여, 로렌쯔 힘들에 의하여 x-방향으로 추진을 발생하고, 맥스웰 힘들에 의하여 y-방향으로 유도를 발생하도록, 모터 힘 방정식들, 모터 정류 방정식들, 및 모터 제어 파라미터 계산들을 포함한다. 다른 실시예는, 이차원 모터 구성들을 위하여, 로렌쯔 힘들을 주로 이용하여 x-방향으로 추진을 발생하고, y-방향으로 유도를 발생하도록, 모터 힘 방정식들, 모터 정류 방정식들, 및 모터 제어 파라미터 계산들을 포함한다.

이와 유사하게, 삼차원 모터 구성들을 위하여, 모터 힘 방정식들, 모터 정류 방정식들, 및 모터 제어 파라미터 계산들은, 로렌쯔 힘들에 의하여 x-방향으로 추진을 발생하고, z-방향으로 상승을 발생하고, 또한 로렌쯔 힘들 및 맥스웰 힘들에 의하여 y-방향으로 유도를 발생하기 위하여 제공된다. 다른 실시예들은 삼차원 모터 구성들에 대하여 로렌쯔 힘들에 의하여 x-방향으로 추진을 발생하고, z-방향으로 상승을 발생하고, 또한 맥스웰 힘들에 의하여 y-방향으로 유도를 발생하기 위하여 제공되는 모터 힘 방정식들, 모터 정류 방정식들, 및 모터 제어 파라미터 계산들을 포함한다. 또 다른 실시예는 삼차원 모터 구성들에 대하여 로렌쯔 힘들을 이용하여 x-방향으로 추진을 제공하고, z-방향으로 상승을 제공하고, 또한 y-방향으로 유도를 제공하는 모터 힘 방정식들, 모터 정류 방정식들, 및 모터 제어 파라미터 계산들을 포함한다.

다른 실시예는 개방 루프 안정성과 함께 위상 정류에 대한 모터 힘 방정식들, 모터 정류 방정식들, 및 모터 제어 파라미터 계산들을 포함하고, 상기 개방 루프 안정성은 개방 루프 롤 안정성(open loop roll stabilization), 분리된(discrete) 힘들과 함께 개방 루프 피치 안정성(open loop pitch stabilization), 및 분배된(distributed) 힘들과 함께 개방 루프 피치 안정성을 포함한다.

도 2a를 참조하면, 기판 공정 장치(10)는 복수의 로드 포드들(12, load port), 환경 전측 단부 모듈(14, environmental front end module, EFEM), 로드 록들(16, load lock), 수송 챔버(18), 하나 또는 그 이상의 공정 모듈들(20, 공정 모듈들), 및 제어기(200)를 포함할 수 있다.

EFEM(14)은 기판들을 로드 포드들(12)로부터 로드 록들(16)로 수송할 수 있는 기판 수송 장치(미도시)를 포함할 수 있다. 로드 포드들(12)은 복수의 기판 저장 캐니스터들(canister), 예를 들어 종래의 FOUP 캐니스터들 또는 다른 모든 적절한 기판 저장 장치를 지지할 수 있다. EFEM(14)은 로드 록들(16)을 통하여 수송 챔버(18)와 인터페이스한다. EFEM(14)은 기판 정렬 능력, 배치 핸들링 능력, 기판 및 캐리어 캐리어 식별 능력 또는 그외의 능력을 더 포함할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 로드 록들(16)은 로드 포드들(12)와 직접적으로 인터페이스될 수 있고, 상기 로드 록들은 배치 핸들링 능력을 포함하는 경우 또는 상기 로드 록들은 FOUP에서 상기 록으로 웨이퍼들을 직접적으로 이송하는 능력을 포함하는 경우와 같다. 다른 실시예들에 있어서, 다른 로드 포드 및 로드 록 구성들이 제공될 수 있다.

도 2a를 참조하면, 공정 장치(10)는 반도체 기판들, 예를 들어, 200, 300, 450 mm 웨이퍼들, 평판 디스플레이들, 또는 모든 적절한 기판을 공정 처리하기 위하여 사용될 수 있다. 공정 모듈들 각각은, 예를 들어, 식각, 도금, 증착, 리소그래피, 또는 모든 기판 공정 기술에 의하여, 하나 또는 그 이상의 기판들을 공정 처리할 수 있다.

적어도 하나의 기판 수송 장치(22)는 수송 챔버(18)와 통합될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 공정 모듈들(20)은 수송 챔버(18)의 양 측들 상에 탑재되고, 그러나, 다른 실시예들에 있어서, 공정 모듈들(20)은 상기 챔버의 일 측상에 탑재될 수 있고, 행들(rows)에서 또는 수직 평면들 내에서 서로 대향하여 탑재될 수 있고, 수송 챔버(18)의 대향하는 측면들 상에 서로 스테거드(staggered)될 수 있고, 서로에 대하여 상대적으로 수직방향으로 적층될 수 있다.

수송 장치(22)는 로드 록들(16)과 공정 모듈들(20) 사이에서 또는 공정 챔버들(20) 사이에서 기판들을 수송하기 위하여 수송 챔버(18) 내에 위치한 단일 캐리지(24)를 일반적으로 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 다중 캐리지들은 수송 장치 내에 이용될 수 있다. 또한, 수송 챔버(18)는 모든 소정의 길이를 갖고 제공될 수 있고, 소정의 갯수의 공정 모듈들(20)과 커플링될 수 있다. 또한, 수송 챔버(18)는 그 내에 소정의 모든 갯수의 수송 장치(22)를 지지할 수 있고, 서로 간섭하지 않고, 수송 장치(22)가 수송 챔버(18) 상에 원하는 공정 모듈(20)에 도달하게 할 수 있다.

본 실시예의 수송 챔버(18)는 일반적인 육면체(hexahedron) 형상을 가지고, 또한 다른 실시예들에 있어서, 상기 챔버는 모든 적절한 형상을 가질 수 있다. 수송 챔버(18)는 그를 통하여 형성된 포트들과 함께 세로의(longitudinal) 측벽들(18S)을 가지고, 이에 따라 기판들이 공정 모듈들(20) 내로 및 그 밖으로 이송시킬 수 있다. 수송 챔버(18)는, 상기 수송 챔버와 연결된 다양한 공정 모듈들의 환경들과 상응하는 길이를 통하여, 대기, 진공, 매우 높은 진공, 불활성 기체, 또는 그 외의 환경 조건들과 같은 다른 환경 조건들을 포함할 수 있다. 단일 수송 챔버(18)가 도시되어 있다 하여도, 모든 갯수의 수송 챔버들은 기판 공정을 수용하는 모든 구성과 함께 커플링될 수 있음을 이해하여야 한다. 상기 수송 챔버는 하나 또는 그 이상의 공정 모듈들(20), 로드 록들(16), 또는 심지어는 로드 포드들(12) 중의 하나 또는 그 이상의 내로 연장될 수 있고, 또한 공정 모듈들(20), 로드 록들(16), 또는 로드 포드들(12)의 하나 또는 그 이상은 수송 챔버(18)와 커플링되는 개별적인 수송 챔버를 가질 수 있고, 이에 따라 기판들을 상기 공정 모듈들 내로 인입하거나 수송하는 수송 메커니즘을 허용한다.

수송 장치(22)는, 챔버(18F)의 전측과 챔버(18B)의 후측 사이에서 연장되어 x-축을 따라서 캐리지(24, carriage)를 이송하도록, 수송 챔버(18)와 통합될 수 있다. 또한, 상기 수송 장치는 상기 x-축과 수직인 y-축을 따라서 유도를 제공할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 수송 장치(22)는 상기 x-축을 따라서, 및 상기 x-축 및 상기 y-축과 수직이고, 페이지의 표면으로부터 외측으로 연장된 z-축을 따라서 상기 캐리지를 이송할 수 있고, 상기 y-축을 따라서 유도를 제공할 수 있다.

캐리지(24)는 기판들을 스스로 수송할 수 있거나, 기판 수송을 위한 다른 적절한 메커니즘들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐리지(24)는 하나 또는 그 이상의 기판들을 유지하기 위한 하나 또는 그 이상의 말단 작용기들, 관절식 아암(articulated arm), 및 공정 모듈들 또는 로드 록들 내에서 기판들을 집어올리거나 또는 풀어주도록 말단 작용기들을 연장하고 또한 수축하기 위한 이동식 이송 메커니즘을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 캐리지(24)는 측벽들(18S)에 탑재될 수 있는 선형 지지대 또는 구동 레일들에 의하여 지지될 수 있고, 이는 상기 수송 챔버의 바닥 또는 상측을 포함할 수 있고, 상기 챔버의 길이를 연장할 수 있고, 이에 따라 캐리지(24)가 상기 챔버의 상기 길이를 가로지르는 것을 허용한다.

수송 챔버(18)는 복수의 수송 구역들(18', 18")을 포함할 수 있고, 이에 따라 복수의 수송 장치가 서로 피하는 것을 허용하며, 예를 들어, 측 레일, 바이패스 레일 또는 자기적으로 매달린 구역이다. 상기 수송 구역들은 상기 공정 모듈들에 대하여 상대적으로 수평 평면들에 의하여 한정된 영역들에 위치할 수 있다. 또는, 상기 수송 구역들은 상기 공정 모듈들에 대하여 상대적으로 수직 평면들에 의하여 한정된 영역들에 위치할 수 있다.

도 2b를 참조하면, 제어기(200)는, 제어기(200)의 동작들을 제어하기 위한 프로그램들을 가지는 컴퓨터로 읽기 가능한 매질(215)과 함께 CPU(210)를 포함할 수 있다. 멀티플렉서(220, multiplexer) 및 하기에 설명하는 바와 같은 권선들을 구동하기 위한 증폭기들(230)을 포함하는 다른 구동 전자 장치(225)를 또한 이용할 수 있다. 구동 전자 장치(225) 및 컴퓨터로 읽기 가능한 매질(215)은, 하기에 설명하는 바와 같은 함수들(functions) 및 방정식들을 수행하기 위한 모든 조합 및 개시된 실시예들에 따른 정류 함수들을 수행하기 위한 모든 조합의 하드웨어 및 프로그램들을 제공할 수 있다. 개시된 실시예들의 모든 내용의 회로는 하드웨어, 소프트웨어 또는 프로그램들, 또는 이들 둘의 모든 조합을 포함함을 이해할 수 있다. 인터페이스(235)는 수송 장치 위치 또는 인가될 힘과 관련된 명령들을 수용하는 것을 포함할 수 있다. 명령들은 사용자들로부터, 상기 수송 장치와 연결된 센서들로부터, 상기 기판 공정 장치 내의 다른 제어기들로부터, 또는 복수의 기판 공정 장치를 제어하는 제어 시스템으로부터 수용될 수 있다.

제어기(200)은, 하기에 설명하는 바와 같이, 권선들을 구동할 수 있고, 다양한 힘들을 인가할 수 있다. 이에 따라, 제어기(200)는 상기 권선들을 구동하여, 개방 및 폐쇄 루프 제어를 위한 추진, 상승, 및 유도 힘들의 바람직한 조합들을 능동적으로 발생한다.

개시된 실시예들은 상기 수송 장치는 동시에 구동하고 매달릴 수 있는 하나 또는 그 이상의 선형 구동 시스템들을 포함할 수 있고, 이에 따라 상기 수송 장치는 수직적으로 및 수평적으로 개별적으로 움직일 수 있다. 이에 따라, 다중 수송 장치는 서로 지나칠 수 있고, 서로 개별적으로 기판들을 수송할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 각각의 수송 장치는 전속의(dedicated) 선형 구동 모터에 의하여 구동될 수 있다. 개시된 실시예들은, 추가적으로 또는 교대로 하나 또는 그 이상의 회전 구동 시스템들을 포함할 수 있고, 상기 시스템은 수송 장치를 동시에 구동하고 매달릴 수 있고, 이에 따라 상기 수송 장치는 수직적으로 및 수평적으로 개별적으로 움직일 수 있다

도 3은 개시된 실시예들을 구현하기 위하여 적절한 모터 구성의 개략적인 절개 사시도이다. 상기 모터는 원하는 바와 같이 방위될 수 있다(예를 들어, 도시된 구성은 상면도로부터 볼 수 있는 바와 같음). 도 3에 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 개시된 실시예들에 따른 예시적인 선형 추진 및 유도 시스템(320)이 개략적으로 도시되어 있고, 예를 들어 수송 장치(22)를 구동하기에 적절하다. 일반적으로, 선형 추진 및 유도 시스템(320)은, 플래튼(324, platen)을 구동하는 권선 세트(322)를 가지는 포서(forcer)를 포함할 수 있다(예를 들어, x-방향으로 화살표 X로 표시됨). 일부 실시예들에 있어서, 플래튼(324)은 적절한 메커니즘 또는 구조(미도시)에 의하여 z-방향으로 지지될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 권선 세트(322)는 측벽(330)의 외측 또는 내측 상에 탑재될 수 있고(수송 챔버(18)의 상측, 측, 또는 바닥을 포함할 수 있음), 또한 측벽(330)에 의하여 상기 챔버 및 플래튼(324)으로부터 분리된다(부분(332)은 포서(322) 및 플래튼(324) 사이에 개재될 수 있음). 다른 실시예들에 있어서, 상기 모터의 권선들은 수송 챔버(18) 내에 위치할 수 있다.

플래튼(324)은, 권선 세트(322)와 함께 플래튼(324)과 인터페이스하기 위하여, 예를 들어 하나 또는 그 이상의 자석들(334)을 포함할 수 있다. 구현되는 바와 같이, 다른 실시예들에 있어서, 상기 영구 자석들은 상기 스테이터 상에 위치할 수 있고, 또한 상기 권선들은 구동된 플래튼 상에 위치할 수 있다. 센서(336), 예를 들어, 자성 저항성 또는 홀 효과(hall effect) 센서와 같은 상기 센서는, 플래튼(324) 내에 자석들의 위치를 감지하고, 적절한 정류를 결정하도록 제공될 수 있다. 또한, 센서들(336)은 플래튼(324)의 미세한 위치 결정을 위하여 제공될 수 있다.

위치 피드백 장치(340)는 정확한 위치 피드백을 위하여 제공될 수 있다. 장치(340)는, 예를 들어 인덕티브(inductive)이거나 또는 광학적일 수 있다. 예를 들어 인덕티브인 경우에 있어서, 여기(excitation) 소스(342)는, 권선 또는 패턴(346)을 여기하고, 패턴(346) 사이에 커플링을 통하여 수용기(344)로 다시 인덕티브하게 커플링되도록, 제공될 수 있다. 상대적인 위상 및 진폭 관계는 플래튼(324)의 위치를 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어 IR 태그와 같은 식별 태그(347, identification tag), 리더기(348)에 의하여 독취되도록 제공될 수 있고, 스테이션에 의하여 플래튼 식별을 결정하는 적절한 스테이션에서 제공된다,

다른 실시예들에 있어서, 권선 세트(322)는 플래튼(324)에 탑재될 수 있고, 반면 하나 또는 그 이상의 자석들(334)은 측벽(330)의 외측 상에 또는 그 내부에 탑재될 수 있다(수송 챔버(18)의 상측, 측, 바닥을 포함할 수 있음). 하나 또는 그 이상의 자석들(334)은 측벽(330)에 의하여 상기 챔버로부터 및 플래튼(324)으로부터 분리될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 하나 또는 그 이상의 자석들(334)은 수송 챔버(18) 내에 위치할 수 있다.

도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 다른 모터 구성을 개략적으로 도시한다. 개시된 실시예들에 따른 예시적인 회전형 추진 및 유도 시스템(410)의 상면도가 도시되어 있고, 수송 장치(22)를 구동하기 위하여 또한 적절하다. 회전형 추진 및 유도 시스템(410)은, 로터(rotor)의 형상으로, 접선 방향으로(도 4에 화살표 T로 표시됨) 플래튼(425)을 구동하는 권선 세트(422)와 함께 스테이터(415, stator)를 포함한다. 예시적인 실시예에 있어서 도시된 상기 스테이터 및 로터는, 하기에 상세하게 개시되고 설명되어 있는, 많은 수의 2차원 모터 세그먼트들(예시적인 목적들을 위하여 세 개가 도시됨)을 포함하는 3차원 모터 (X, Y 힘들 및 T 힘들)을 한정하도록 고려될 수 있다. 플래튼 또는 로터(425)는, 적절한 메커니즘 또는 구조에 의한 z-방향(페이지의 면으로부터 수직임)으로 지지될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 스테이터(415)는, 수송 챔버(18)의 상측(top), 측(side), 또는 바닥(floor)을 포함할 수 있는 측벽(330)의 외측 상에 또는 그 내부에 탑재될 수 있고(도 3), 상기 챔버로부터 또한 측벽(330)에 의하여 플래튼 또는 로터(425)로부터 분리될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 스테이터(415)는 수송 챔버(18) 내에 위치할 수 있다.

자석들은 모든 적절한 구성으로 플래튼(425) 상에 분배될 수 있다. 구현되는 바와 같이, 다른 실시예들에 있어서 상기 권선들은 상기 로터 상에 위치할 수 있고, 상기 스테이터 상에 영구 자석들이 위치할 수 있다. 개시된 실시예들은 권선 세트(422)와 함께 플래튼(425)과 인터페이스하기 위한 적어도 두 개의 자석들(430)을 포함한다. 하나 또는 그 이상의 센서들(435), 예를 들어, 자성 저항성 또는 홀 효과 센서는 플래튼(425) 내의 자석들(430)의 위치를 감지하고, 적절한 정류를 결정하도록 제공할 수 있다. 또한, 센서들(435)은 플래튼(425)의 미세한 위치 결정을 위하여 제공될 수 있다.

다른 실시예들에 있어서, 권선 세트(422)는 플래튼(425)에 탑재될 수 있고, 반면 자석들(430)은 스테이터(415)에 탑재될 수 있다. 자석들(430)에 탑재된 하나 또는 그 이상의 스테이터는 상기 챔버로부터 분리될 수 있고, 또한 측벽(330)에 의하여 플래튼(425)으로부터 분리될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 자석들(430)은 수송 챔버(18) 내에 위치할 수 있다.

도 5는 권선 세트(322, 422)(도 3 및 도 4 참조)의 예시적인 와이(wye) 구성을 개략적으로 도시한다. 권선 세트(322, 422)는, 예를 들어 증폭기 회로(365, circuitry)에 의하여 구동된 세 개의 위상들, 위상 0(350), 위상 1(355), 및 위상 2(360)를 포함할 수 있다.

도 6은 권선 세트(322, 422)의 예시적인 델타 구성을 개략적으로 도시하고, 이는 예를 들어 증폭기 회로(370)에 의하여 구동된 세 개의 위상들을 포함할 수 있다.

도 7a 내지 도 7d는 포서(321, 321, 422) (도 3 및 도 4 참조) 및 플래튼(324, 425) 사이에 작용하는 힘 벡터들을 도시하고, 상기 힘 벡터들은, 예시적인 실시예에 있어서, 로렌쯔 힘들로부터 x-방향으로 추진을 제공하고, 로렌쯔 힘들 및 맥스웰 힘들로부터 y-방향으로 유도를 제공하는 화살표에 의하여 도시된다. 도 7a 내지 도 7d는 선형 추진 장치(320)의 문맥에서 도시된 바와 같이, 또한 상기 힘 벡터들은 회전형 추진 장치(410)에 인가될 수 있다. 도 7a 및 도 7b는 포서(321, 422)와 플래튼(324, 425) 사이에 작용하는 힘 벡터들을 도시하고, 이에 따라 실질적으로 y-방향으로 관련된 맥스웰 구성 성분와 함께 x-방향으로 인가된 추진 힘이 된다. 반면, 도 7c 및 도 7d는 플래튼(324, 425)에 작용하는 힘 벡터들을 도시하고, 특히 다른 작동 특징들에 대하여 y-방향으로 인가된 유도 힘들을 도시한다. 선형 추진 장치(320)에 대하여, 인가된 힘들은 x-방향으로 포서(321)에 대하여 플래튼(324)의 상대적인 위치에 대한 제어를 제공하고, y-방향으로 플래튼(324)과 포서(321) 사이의 간극에 대한 제어를 제공한다. 회전 장치(410)에 대하여, 인가된 힘들은 접선(T) 방향으로 플래튼(425)의 상대적인 회전 위치의 제어를 제공하고(도 4를 참조하고, 도 3에 도시된 x-방향에 대하여 일반적으로 상응함), 상기 실시예에서는 x 축 및 y 축의 평면에서 회전 방향으로 한정되고, 플래튼(425) 및 스테이터(415) 사이의 간극의 제어를 한정한다.

도 7a 내지 도 7d의 실시예들의 플래튼(324, 425)은 강자성(ferromagnetic) 물질들로 구성될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 영구 자석들(334, 430)은 교호되는 극성의 영구 자석들(710)을 포함할 수 있다.

본 예시적인 실시예에 있어서, 상기 모터 힘 방정식들, 모터 정류 방정식들, 및 특정한 추진 힘들 및 유도 힘들에 기초한 모터 제어 파라미터들의 계산에 대한 방정식들은 하기와 같다.

모터 힘 방정식들은 다음과 같다.

(1.1)

(1.2)

여기에서

F_x = x-방향으로 발생된 전체 힘(N),

F_y = y-방향으로 발생된 전체 힘(N),

F_xj = x-방향으로 위상 j(j = 0, 1, 2)로 발생된 힘(N),

F_yj = y-방향으로 위상 j(j = 0, 1, 2)로 발생된 힘(N),

i_j = 위상 j(j = 0, 1, 2)를 통하는 전류(N),

K_fx = x-방향의 위상 힘 상수(N/A),

K_fyL = y-방향의 로렌쯔 위상 힘 상수(N/A),

K_fyM = y-방향의 맥스웰 위상 힘 상수(N/A2),

x = x-방향의 위치(m),

y = y-방향의 위치(m), 및

θ = 전기각(rad) 이다.

모터 정류 방정식은 하기와 같이 표현될 수 있다.

(1.3)

여기에서 "I" 및 "Δ"는 상기 모터 힘 벡터의 크기 및 방위를 제어할 수 있다. 또한,

I = 위상 전류의 진폭(A), 및

Δ = 전기각 오프셋 (rad) 이다.

방정식 (1.3)의 예로부터 구현되는 바와 같이, 개시된 실시예들의 예에서, 전기각 오프셋(Δ)을 이용하여 전기각(θ)을 조정하는 단계를 포함하고, 이에 따라 상기 y-축을 따른 유도 힘은 상기 x-축을 따른 상기 추진 힘과 함께, 그러나 개별적으로 제어가능하게 발생될 수 있다. 이에 따라, 전기각 오프셋(Δ)과 함께 전기각(θ)을 조정함으로써, 순 추진 힘을 발생하는 동일한 모터 정류 방정식은, 서로에 대하여 실질적으로 개별적으로 제어가능한 추진 힘 및 유도 힘 모두를 발생하도록 사용될 수 있고,

방정식 (1.3)에 따른 사인파형(sinusoidal) 위상 전류들은 공간 벡터 변조(space vector modulation, SVM)를 이용하여 발생될 수 있고, 이에 따라, 예를 들어 와이 권선 구성을 위하여, 버스 전압을 이용하도록 최적화된다.

x-방향 및 y-방향의 결과적인 모터 힘들은, 예를 들어 하기와 같이 표현될 수 있다.

(1.4)

(1.5)

방정식 (1.4) 및 방정식 (1.5)의 실질적으로 개별적인 모터 제어 파라미터들 "I" 및 "Δ"은 하기와 같이 유도될 수 있다.

(1.22)

(1.23)

여기에서,

(1.18)

(1.13)

(1.14)

(1.15)

개시된 실시예들의 목적을 위하여, 본 명세서에 개시된 모든 아크 탄젠트 함수들(arc tangent functions, atan)은, 또한 사사분면 역 탄젠트 함수들(four quadrant inverse tangent functions, atan2)로서 해석될 수 있다[필요한 경우, 표현을 변경할 수 있음].

부등식 (1.18)은 소정의 힘들 F_x 및 F_y에 대한 제한을 도입한다. 즉, 해답 "I" 및 "Δ" 을 가지기 위하여, 이러한 제한을 만족한다. 방정식 (1.13), (1.14), 및 (1.15)를 고려하면, 부등식 (1.18)로서 나타날 수 있다.

(1.19)

제한 방정식 (1.19)은, 예시적인 실시예에 있어서, x-방향을 따라서 소정의 힘이 주어지는 경우에는 y-방향을 따라서 상기 힘에 대하여 최소한의 물리적 한정일 수 있다.

도 7a 내지 도 7d의 실시예들에 있어서, 플래튼(324) 및 포서(321)는 서로에 대하여 실질적으로 평행하게 일반적으로 유지될 수 있고, 예를 들어, 모든 적절한 구조들, 시스템들 또는 기술들을 이용한다. 도 7a 내지 도 7d는 권선들 위상 0, 위상 1, 위상 2에 인가되는 전류들에 의존하는 다른 위치에 대하여 x-방향으로 추진 성분을 발생하고, y-방향으로 유도 성분을 발생하는 힘 벡터들을 도시한다.

구현되는 바와 같이, 권선 세트(322, 422) 및 강자성 플래튼(324, 425) 사이의 맥스웰 힘은 인력이고, 이에 따라 추가적인 메커니즘은 대향하는 방향으로 힘을 발생하도록 포함된다. 이는, 거울 구성(미도시)에서 동일한 유형의 다른 권선 세트를 이용함으로써, 구현될 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 제한 방정식 (1.19)에 의하여, 상기 추진 힘들 및 상기 유도 힘들 사이의 여러 커플링일 수 있다. 예를 들어, 일부의 특정한 추진 힘을 발생하도록 포함된 전류는 일부의 유도 힘을 발생할 수 있다. 상기 거울 구성 내에 위치한 유사한 유형의 추가적인 권선 세트는 원하는 경우에는 추가적인 유도 힘과 균형되도록 사용될 수 있고, 또한 이에 따라 실질적으로 모든 소정의 크기에 대하여 각각 x-방향과 y-방향으로 실질적으로 디커플링된 힘들이다.

도 8은 이러한 이차원 실시예의 해결 단계(800)를 도시한다. 해결 단계(800)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 모든 조합으로 수행될 수 있다. 플래튼(324, 425)의 측정된 x 위치 좌표(805)는 위치 피드백 장치(340)로부터 되돌아갈 수 있고(도 3), 또한 전기각 결정 회로(810)에 제공될 수 있다. 전기각 결정 회로 또는 프로그램(810)은, 전기각(θ)을 결정하기 위하여, 2π에 의하여 측정된 x 위치 좌표(805) 및 권선 세트(322)의 피치(도 3b)를 고려한다. 측정된 y 위치 좌표(820)는 위치 피드백 장치(340)(도 3)로부터 되돌아갈 수 있고, 소정의 위상 힘은 x-방향으로 한정하고, 로렌쯔 힘들 및 맥스웰 힘들에 대하여 y-방향으로 결정되는 위상 힘 상수 결정 블록(825)에 제공될 수 있다. 결과들 및 x-방향 및 y-방향(827)으로 소정의 힘들은 제어 파라미터들 "I" 및 "Δ"을 산출하기 위하여 방정식들 (1.22) 및 (1.23)을 수행하는 제어 파라미터 회로 또는 프로그램(830)에 적용된다. 전기각(θ)(815) 및 제어 파라미터들 "I" 및 "Δ"은 정류 함수(835)에 적용되고, 이에 따라 각각의 권선 위상에 대하여 정류 전류(i)를 제공하는 방정식 (1.3)을 수행한다.

도 9a 내지 도 9d는 포서(321)(도 3 참조) 및 플래튼(324) 사이에 작용하는 힘 벡터들을 도시하고, 화살표에 의하여 도시된 바와 같이, 이에 따라 권선들 위상 0, 위상 1, 위상 2에 인가되는 전류들에 의존하는 다른 위치에 대하여, 로렌쯔 힘들을 이용하여 x-방향으로 추진을 제공하고, 맥스웰 힘들을 이용하여 y-방향으로 유도 성분을 제공한다. 보다 상세하게는, 도 9a 및 도 9b는 플래튼(324, 425)에 작용되는 힘 벡터들을 도시하고, 이에 따라 실질적으로 인가되는 최대 추진 힘이 된다. 반면, 도 9c 및 도 9d는 플래튼(324, 425)에 작용되는 힘 벡터들을 도시하고, 실질적으로 y-방향으로 유도된다. 도 7a 내지 도 7d의 실시예들과 유사하게, 도 9a 내지 도 9d의 실시예들의 플래튼(324, 435)은 강자성 물질들로 구성될 수 있고, 영구 자석들(334, 430)은 교호적인 극성의 영구 자석들(910)을 포함할 수 있고, 또한 권선 세트(322, 422)은 세 개의 위상들을 가질 수 있다.

본 실시예에 있어서, 힘 벡터는 x-y 평면에 발생되고, x-방향으로 추진 성분을 포함하고, y-방향으로 유도 성분을 포함한다. 선형 추진 실시예(320)에 있어서, x-방향으로 포서(321)에 대하여 강자성 플래튼(324)의 상대적인 위치의 제어 및 y-방향으로의 플래튼(324)과 포서(321) 사이의 간극을 허용한다. 회전형 추진 실시예(410)에 있어서, 상기 인가된 힘들은, 본 실시예에 한정되는 바와 같이, x-방향으로 플래튼(425)의 상대적인 회전 위치의 제어를 허용하고, x 축 및 y 축의 평면으로 회전 방향과 플래튼(425)과 스테이터(415) 사이의 간극의 제어이다.

상술한 바와 같이, 선형 추진 실시예(320)에 있어서, 플래튼(324)은 적절한 메커니즘 또는 구조에 의하여 z-방향으로 지지될 수 있다. 회전형 추진 실시예(410)에 있어서, 상기 플래튼 또는 로터(425)는 적절한 메커니즘 또는 구조에 의하여 z-방향으로 지지될 수 있다(페이지의 평면으로부터 수직임)

도 9a 내지 도 9d의 실시예들은 추진을 위하여 로렌쯔 힘들을 이용하고, 유도를 위하여 맥스웰 힘들을 이용한다. y-방향을 따른 로렌쯔 구성 성분는 상기 맥스웰 구성 성분와 비교하여 무시할 수 있다고 가정할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 권선들 및 상기 강자성 플래튼 사이의 맥스웰 힘은 인력(attractive)이므로, 대향 방향으로 힘을 발생하기 위하여 추가적인 메커니즘(미도시)을 사용할 수 있다. 이는, 예를 들어, 거울 구성 내의 유사한 유형의 다른 권선 세트를 이용함으로써 구현될 수 있다. 상술한 바와 같이, 모든 소정의 추진 힘을 발생하도록 상기 추진 힘들 및 상기 유도 힘들 사이의 디커플링은 거울 구성 내에 위치한 유사한 유형의 추가적인 권선 세트와 함께 원하는 바와 같이 영향을 줄 수 있다.

도 9a 내지 도 9d의 실시예들에 대한 모터 힘 방정식들은, 예를 들어 하기와 같이 표현될 수 있다.

(2.1)

(2.2)

여기에서

F_x = x-방향으로 발생된 전체 힘(N),

F_y = y-방향으로 발생된 전체 힘(N),

F_xj = x-방향으로 위상 j(j = 0, 1, 2)로 발생된 힘(N),

F_yj = y-방향으로 위상 j(j = 0, 1, 2)로 발생된 힘(N),

i_j = 위상 j(j = 0, 1, 2)를 통하는 전류(N),

K_fx = x-방향의 위상 힘 상수(N/A),

K_fy = y-방향의 위상 힘 상수(N/A2),

x = x-방향의 위치(m),

y = y-방향의 위치(m), 및

θ = 전기각(rad) 이다

모터 정류 방정식은, 예를 들어, 하기와 같다.

(2.3)

여기에서, "I" 및 "Δ"은 제어 파라미터들이고,

I = 위상 전류의 진폭(A), 및

Δ = 전기각 오프셋(rad) 이다.

상기 전기각(θ)을 조정하는 단계는 전기각 오프셋(Δ)을 이용하여 상기 y-축을 따라서 유도 힘을 발생하고, 상기 x-축을 따라서 추진 힘을 발생하도록, 방정식 (2.3)은 방정식 (1.3)과 동일함을 유의하여야 한다. 이에 따라, 상기 전기각 오프셋(Δ)과 함께 상기 전기각(θ)을 조정함으로써, 순 추진 힘을 발생하는 동일한 모터 정류 방정식은 추진 힘과 유도 힘 모두를 발생하도록 사용될 수 있고, 이에 따라 상술한 바와 같이, 서로에 대하여 실질적으로 디커플링될 수 있다.

와이-구성 내의 권선 세트(322)와 함께, 방정식 (2.3)을 따른 사인파형 위상 전류들은 공간 벡터 변조를 이용하여 발생될 수 있다

결과적인 모터 힘들은 다음과 같다.

(2.4)

(2.5)

추진 힘들 및 유도 힘들의 모터 힘 커플링은 하기와 같이 표현될 수 있다.

(2.6)

(2.7)

x-방향 및 y-방향으로 특정한 힘들을 위한 개별적인 제어 파라미터들 "I" 및 "Δ"은 하기와 같이 유도될 수 있다.

(2.8)

(2.9)

도 9a는 예시적인 벡터들(915, 920, 925, 930)을 도시하고, 0의 전기각(θ), 0의 전기각 오프셋(Δ), 0의 위상 0을 통하는 전류, Isin(2π/3)의 위상 1을 통하는 전류, 및 Isin(4π/3)의 위상 2를 통하는 전류를 가지는 위상들을 유도되는, 상기 x-축을 따르는 힘일 수 있고, 여기에서 x-방향으로 발생된 전체 힘(F_x)은 1.5 IK_fx이고, 또한 y-방향의 전체 힘(F_y)은 1.5 I²K_fy이다.

도 9b는 예시적인 벡터들(932, 934, 936, 938, 940, 942)을 도시하고, π/2의 전기각(θ), 0의 전기각 오프셋(Δ), I의 위상 0을 통하는 전류, Isin(7π/6)의 위상 1을 통하는 전류, 및 Isin(11π/6)의 위상 2를 통하는 전류를 가지는 위상들을 유도되는, 상기 x-축을 따르는 힘일 수 있고, 여기에서 x-방향으로 발생된 전체 힘(F_x)은 1.5 IK_fx이고, 또한 y-방향의 전체 힘(F_y)은 1.5 I²K_fy이다.

도 9c는 예시적인 벡터들(944, 946, 948, 950, 952, 954)을 도시하고, 0의 전기각(θ), π/2의 전기각 오프셋(Δ), -I의 위상 0을 통하는 전류, Isin(π/6)의 위상 1을 통하는 전류, 및 Isin(5π/6)의 위상 2를 통하는 전류를 가지는 위상들을 유도되는, 상기 x-축을 따르는 힘일 수 있고, 여기에서 x-방향으로 발생된 전체 힘(F_x)은 0이고, 또한 y-방향의 전체 힘(F_y)은 1.5 I²K_fy이다.

도 9d는 예시적인 벡터들(956, 958, 960, 962)을 도시하고, π/2의 전기각(θ), π/2의 전기각 오프셋(Δ), 0의 위상 0을 통하는 전류, Isin(2π/3)의 위상 1을 통하는 전류, 및 Isin(4π/3)의 위상 2를 통하는 전류를 가지는 위상들을 유도되는, 상기 y-축을 따르는 힘일 수 있고, 여기에서 x-방향으로 발생된 전체 힘(F_x)은 0이고, 또한 y-방향의 전체 힘(F_y)은 1.5 I²K_fy이다.

도 10은 정류를 수행하는 예시적인 해결 단계(1000)를 도시하고, 상술한 바와 같이, 로렌쯔 힘들을 이용하여 x-방향으로 추진 성분을 발생하고, 맥스웰 힘들을 이용하여, y-방향으로 유도 성분을 발생한다. 해결 단계(1000)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 모든 조합에서 수행될 수 있다. 플래튼(324, 425)의 측정된 x 위치 좌표(1005)는 위치 피드백 장치(340)(도 3)로부터 되돌아갈 수 있고, 전기각 결정 회로 또는 프로그램(1010)에 제공될 수 있다. 전기각 결정 회로 또는 프로그램(810)은, 전기각(θ)(1015)을 결정하기 위하여, 2π에 의하여 측정된 x 위치 좌표(1005) 및 권선 세트(322)의 피치(도 3b)를 고려한다. 측정된 y 위치 좌표(1020)는 위치 피드백 장치(340)(도 3)로부터 되돌아갈 수 있고, 위상 힘 상수 결정 블록(1025)에 제공될 수 있고, 여기에서 x-방향 및 y-방향에 대한 소정의 위상 힘 상수들을 얻는다. 상기 결과들 및 x-방향 및 y-방향(1027)으로의 소정의 힘들은, 제어 파라미터들 "I" 및 "Δ"을 발생하도록 방정식들 (2.8) 및 (2.9)을 수행하는 제어 파라미터 회로 또는 프로그램들(1030)에 인가된다. 전기각(θ)(1215) 및 제어 파라미터들 "I" 및 "Δ"은, 각각의 권선 위상에 대하여 정류 전류(i)를 제공하도록 방정식 (2.3)을 수행하는 정류 함수(1035)에 적용된다.

도 11a 내지 도 11d는 대표적인 모터의 다른 개략적인 단면도들이고, 포서(321)(도 3 참조) 및 플래튼(324) 사이에 작용하는 힘 벡터들을 도시하고, 화살표에 의하여 도시된 바와 같이, 로렌쯔 힘들을 이용하여 x-방향으로 추진을 제공하고, y-방향으로 유도 성분을 제공한다. 보다 상세하게는, 다른 예시적인 실시예에 있어서, 도 11a 및 도 11b는 포서(321, 422)와 플래튼(324, 425) 사이에 작동하고, x-방향으로 주로 추진되는 힘 벡터들을 도시하고, 반면 도 11c 및 도 11d는 포서(321, 422)와 플래튼(324, 425) 사이에 작동하고, y-방향으로 주로 유도되는 힘 벡터들을 도시한다. 도 11a 내지 도 11d의 실시예들에 있어서, 플래튼(324, 425)(도 3 및 도 4 참조)은 비-강자성 물질로 구성될 수 있고, 또한 영구 자석들(334, 430)은 교호적인 극성의 영구 자석들(1110)을 포함할 수 있다. 선형 추진 실시예(320)에 있어서, 또한 포서(321)는 비-강자성 물질로 구성될 수 있다. 회전형 추진 실시예(410)에 있어서, 스테이터(415)는 비-강자성 물질로 구성될 수 있다.

도 11a 내지 도 11d는 위상 0, 위상 1, 및 위상 2을 구동하기 위하여 사용된 다른 구동 특성들을 위한 다른 힘을 도시한다. 실시예들은 x-y 평면에 힘 벡터를 발생하고, x-방향으로 추진 성분을 포함하고, y-방향으로 유도 성분을 포함한다.

선형 추진 실시예(320)에 있어서, x-방향으로 포서(321)에 대한 플래튼(324)의 상대적인 위치 및 y-방향으로 플래튼(324) 및 포서(321) 사이의 간극은 개별적인 방식으로 제어된다. 상술한 바와 같이, 플래튼(324) 및 포서(321)는, 예를 들어, 모든 적절한 메커니즘을 이용하여 서로에 대하여 실질적으로 평행하게 잔존하도록 제어될 수 있다. 이와 유사하게, 회전형 추진 실시예(410)에 있어서, 인가된 힘들은 x-방향으로 플래튼(425)의 상대적인 회전 위치의 제어를 제공하고, x 축 및 y 축의 평면으로 회전 (예를 들어, 접선) 방향이고 플래튼(425) 및 포서(422) 사이의 간극을 제어로 한정된다. 구현되는 바와 같이, 전체 스테이터에 대한 상기 간극은 이차원 양(벡터)이고, 개개의 포서 세그먼트에 대한 간극은 주어진 포서 세그먼트에 의하여 제어될 수 있는 스칼라이다(다른 포서들이 또한 기여한다고 하여도). 플래튼 또는 로터(425)는 적절한 메커니즘 또는 구조에 의하여 z-방향(페이지의 평면으로부터 수직임)으로 지지될 수 있다.

실시예들은 상기 영구 자석들의 자기장에 종속된 권선들에 대하여 위치-의존적인 전류들을 인가함으로써 발생된 로렌쯔 힘들을 이용한다.

하기의 모터 힘 방정식들을 이용할 수 있다.

(3.1)

(3.2)

여기에서

F_x = x-방향으로 발생된 전체 힘(N),

F_y = y-방향으로 발생된 전체 힘(N),

F_xj = x-방향으로 위상 j(j = 0, 1, 2)로 발생된 힘(N),

F_yj = y-방향으로 위상 j(j = 0, 1, 2)로 발생된 힘(N),

i_j = 위상 j(j = 0, 1, 2)를 통하는 전류(N),

K_fx = x-방향의 위상 힘 상수(N/A),

K_fy = y-방향의 위상 힘 상수(N/A),

x = x-방향의 위치(m),

y = y-방향의 위치(m), 및

θ = 전기각(rad) 이다

[00094] 예시적인 실시예에 있어서, 모터 정류 방정식은 예를 들어 하기와 같다.

(3.3)

여기에서 "I" 및 "Δ"은 각각 상기 모터 힘 벡터의 크기 및 방위를 제어한다. 보다 상세하게는:

I = 위상 전류의 진폭 (A), 및

Δ = 전기각 오프셋 (rad) 이다.

방정식 (3.3), 방정식 (2.3), 및 방정식 (1.3)은 동일함을 유의하여야 한다. 이에 따라, 상술한 실시예들과 유사하게, 전기각 오프셋(Δ)을 이용하여 전기각(θ)을 조정하는 단계는, 상기 y-축을 따르는 유도 힘 및 상기 x-축을 따르는 추진 힘을 제공한다. 이에 따라, 전기각 오프셋(Δ)과 함께 전기각(θ)을 조정하는 단계에 의하며, 순 추진 힘을 발생하는 동일한 모터 정류 방정식은 서로에 대하여 실질적으로 디커플링되는 추진 힘 및 유도 힘 모두를 발생하도록 사용될 수 있다.

와이 구성의 권선 세트(322, 422)와 함께, 방정식 (3.3)에 따른 사인파형 위상 전류들은 공간 벡터 변조를 이용하여 발생될 수 있다.

하기의 모터 힘들은 하기와 같다.

(3.4)

(3.5)

개별적인 제어 파라미터들 "I" 및 "Δ"의 값들은 이하로부터 유도될 수 있다.

(3.6)

(3.7)

도 11a는 예시적인 벡터들(1115, 1120, 1125, 1130)을 도시하고, 0의 전기각(θ), 0의 전기각 오프셋(Δ), 0의 위상 0을 통하는 전류, Isin(2π/3)의 위상 1을 통하는 전류, 및 Isin(4π/3)의 위상 2를 통하는 전류를 가지는 위상들을 유도되는, 상기 x-축을 따르는 힘일 수 있고, 여기에서 x-방향으로 발생된 전체 힘(F_x)은 1.5 IK_fx이고, 또한 y-방향의 전체 힘(F_y)은 0이다.

도 11b는 예시적인 벡터들(1132, 1134, 1136, 1138, 1140, 1142)을 도시하고, π/2의 전기각(θ), 0의 전기각 오프셋(Δ), I의 위상 0을 통하는 전류, Isin(7π/6)의 위상 1을 통하는 전류, 및 Isin(11π/6)의 위상 2를 통하는 전류를 가지는 위상들을 유도되는, 상기 x-축을 따르는 힘일 수 있고, 여기에서 x-방향으로 발생된 전체 힘(F_x)은 1.5 IK_fx이고, 또한 y-방향의 전체 힘(F_y)은 0이다.

도 11c는 예시적인 벡터들(1144, 1146, 1148, 1150, 1152, 1154)을 도시하고, 0의 전기각(θ), π/2의 전기각 오프셋(Δ), -I의 위상 0을 통하는 전류, Isin(π/6)의 위상 1을 통하는 전류, 및 Isin(5π/6)의 위상 2를 통하는 전류를 가지는 위상들을 유도되는, 상기 y-축을 따르는 힘일 수 있고, 여기에서 x-방향으로 발생된 전체 힘(F_x)은 0이고, 또한 y-방향의 전체 힘(F_y)은 1.5 IK_fx이다.

도 11d는 예시적인 벡터들(1156, 1158, 1160, 1162)을 도시하고, π/2의 전기각(θ), π/2의 전기각 오프셋(Δ), 0의 위상 0을 통하는 전류, Isin(2π/3)의 위상 1을 통하는 전류, 및 Isin(4π/3)의 위상 2를 통하는 전류를 가지는 위상들을 유도되는, 상기 y-축을 따르는 힘일 수 있고, 여기에서 x-방향으로 발생된 전체 힘(F_x)은 0이고, 또한 y-방향의 전체 힘(F_y)은 1.5 IK_fx이다. 다른 실시예들에 있어서, 일반적으로 도 11a 내지 도 11d에 도시된 바와 같이 강자성 물질들은 맥스웰-유형 힘 효과들을 제거하는 것을 방지한다.

도 12는, 상술한 바와 같이 추진 및 유도 성분들을 발생하기 위한 정류를 수행하는 해결 단계(1200)를 도시한다. 해결 단계(1200)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 모든 조합으로 수행될 수 있다. 플래튼(324, 425)의 측정된 x 위치 좌표(1205)는 위치 피드백 장치(340)로부터 되돌아갈 수 있고(도 3), 또한 전기각 결정 회로(1210)에 제공될 수 있다. 전기각 결정 회로(1210)는 전기각(θ)(1215)을 결정하기 위하여 2π에 의하여 측정된 x 위치 좌표(1205) 및 권선 세트(322)의 피치(도 3b)를 고려한다. 측정된 y 위치 좌표(1220)는 위치 피드백 장치(340)(도 3)로부터 되돌아갈 수 있고, 소정의 위상 힘은 x-방향 및 y-방향으로 한정하고, 위상 힘 상수 결정 블록(1225)에 제공될 수 있다. 결과들 및 x-방향 및 y-방향(1227)으로 소정의 힘들은 제어 파라미터들 "I" 및 "Δ"를 산출하기 위하여 방정식들 (3.6) 및 (3.7)을 수행하는 제어 파라미터 회로 또는 프로그램(1230)에 적용된다. 전기각(θ)(1215) 및 제어 파라미터들 "I" 및 "Δ"은 정류 함수(1235)에 적용되고, 이에 따라 각각의 권선 위상에 대하여 정류 전류(i)를 제공하는 방정식 (3.3)을 수행한다.

도 20a 내지 도 20d를 참조하면, 다른 예시적인 실시예에 있어서, 모터의 개략적인 단면을 도시하고, 다른 반응 힘 조건들(예를 들어, 도 20a 및 도 20의 최대 추진 및 도 20c 및 도 20d의 최대 유도) 및 포서 및 플래튼 사이의 다른 전기적 위치들에 대한(예를 들어, θ = 0, θ = π/2), 포서(321') 및 플래튼(324') 사이에 작용하는 힘 벡터들을 도시한다. 예시적인 실시예에 있어서, 도 20a 내지 도 20d의 모터 구성은 도 3, 도 4, 도 7, 도 9 및 도 11a 내지 도 11d에 도시되고 상술한 바와 일반적으로 유사할 수 있다(또한 유사한 특징들은 유사한 부재번호를 가짐). 예시적인 실시예에 있어서, 플래튼(platen) 상의 자석 배열(2010)은, 예를 들어 강자성 뒤판(backing) 물질 상에 탑재되고, 이에 따라 상기 모터는 로렌쯔 힘들 및 맥스웰 힘들을 모두 이용할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 자석 배열은 자석 물질 뒤판없이 위치할 수 있다. 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 포서(321')의 권선 배열은 예를 들어 약 π/3 전기적 간격들에서 위치한 위상(예를 들어, 위상 1, 위상 2, 위상 3)을 가질 수 있다. 구현되는 바와 같이, 상기 정류 방정식은 (예시적인 실시예에 있어서 하기의 방정식을 가짐)

도 7a 내지 도 7d, 도 9a 내지 도 9d, 및 도 11a 내지 도 11d에 도시되고 상술한 바와 같은 예시적인 실시예에 있어서, 유사한 힘 벡터들을 발생하기 위하여, 상술한 바와 같은 유사한 방식을 이용할 수 있다(예를 들어, 방정식 (1.1) 내지 (1.23)를 참조함). 다른 실시예들에 있어서, 상기 권선 위상들은 모든 적절한 전기적 간격들 내에 배열될 수 있다.

도 13a는 복수의 삼차원 모터들(예시적인 목적들을 위하여 두 개의 3차원 모터들이 도시됨)의 선형 추진 시스템의 개략적인 사시도이다. 예시적인 선형 추진 시스템은, 로렌쯔 힘들을 이용하여 상기 x-축을 따라서 추진을 제공하고, 로렌쯔 힘들을 이용하여 상기 z-축을 따라서 상승을 제공하고, 또한 로렌쯔 힘들 및 맥스웰 힘들을 이용하여 상기 y-축을 따라서 유도를 제공하는 것을 도시한다. 또한, 도 4의 회전 모터 실시예는 삼차원 어플리케이션에 적용될 수 있음을 이해할 수 있다.

도 13a의 실시예는 수송 장치(1305)의 일측 상에 위치한 권선 세트들(1310, 1320), 및 수송 장치(1305)의 대향 측 상에 위치한 권선 세트들(1315, 1325)을 포함한다. 권선 세트들(1310, 1315, 1320, 1325)은 증폭기(1330)에 의하여 구동된다. 증폭기(1330)은 권선 세트들(1310, 1315, 1320, 1325)의 각각의 권선들(1365) 각각을 개별적으로 또는 군으로서 구동할 수 있는 다중 채널 증폭기이다. 권선 세트들(1310, 1325)은 동일한 방위를 가질 수 있고, 또한 권선 세트들(1315, 1320)로부터 90도 방위될 수 있다.

수송 장치(1305)는 자석 플래튼(1335, 1340)을 포함한다. 자석 플래튼들(1335, 1340)은 자석들의 배열로서 배열될 수 있고, 또한 수송 장치(1305)의 대향 측들(1345, 1350) 각각의 길이를 따라서 연장될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 자석들의 배열은, 상기 권선 세트들에 대면하는 서로 교호하는 북극들(1355, north poles) 및 남극들(1360, south poles)로 배열될 수 있다. 위치 피드백 시스템, 예를 들어, 적절한 수의 위치 센서들(예를 들어, 홀 효과 센서들(1390, 1395))은 상기 위치, 예를 들어, 수송 장치(1305)의 x 좌표, y 좌표, 및 z 좌표들을 감지하도록 제공될 수 있다. 다른 적절한 센서 시스템들 이용할 수 있다.

도 13b는 개시된 실시예들을 이용할 수 있는 자석들의 배열의 다른 예시적인 배열들(1370, 1370')을 각각 도시한다. 도 13b의 (1)에 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 자석들의 행들은 외측으로 대면하는 N 극 및 S 극을 가지는 교호적인 열들과 함께 스태거드되거나 또는 오프셋될 수 있다. 도 13b의 (2)에 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 상기 자석들은 x-방향에 대하여 원하는 상대적으로 각도인 행들을 따라서 교호적인 극성들로 배열될 수 있다. 다른 자석 배열들이 또한 사용될 수 있다.

도 13c는 개개의 권선들(1365)의 예시적인 배열을 도시하소, 예를 들어 권선 세트들(1310, 1320, 1315, 1325)(도 13a 참조)로 배열될 수 있다. 이러한 배열에 있어서, 교호되는 권선 세트들(1365A, 1365B)은 90도의 오프셋 방위를 가질 수 있다. 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 권선 방위들은 X 축 및 Z 축과 각각 배열될 수 있다.

도 13d (1)을 참조하면, 다른 예시적인 실시예에 있어서, 권선 배열을 개략적으로 도시한다. 도 13d (1)에 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 두 개의 권선 세그먼트들(1365A', 1365B')이 도시되어 있고, 예시적인 목적들에 대하여, 예를 들어 도 13a의 권선 세트들(1310, 1320, 1315, 1325)에 대하여 사용될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 더 많은 또는 더 적은 권선 세그먼트들일 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서들, 상기 권선 세그먼트들은 X 축 및 Z 축에 대하여 소정의 각도로 피치된 권선들을 가지는 일반적인 사다리꼴(trapezoidal) 구성으로서 지칭될 수 있는 구성을 포함할 수 있다. 세그먼트들(1365A', 1365B')의 권선들은, 예를 들어 도 13d (1)에 도시된 바와 같이, 대칭적으로 대향하는 피치들을 가지고, 힘들(Fa, Fb)을 개별적으로 발생한다. 예시적인 실시예에 있어서, 상기 권선들은 중첩될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 권선들은 모든 원하는 구성을 가질 수 있다.

도 13d (2)는 개시된 실시예들과 함께 사용되는 개별적인 권선의 다른 예시적인 배열을 도시한다. 도 13d (2)에 있어서, 개개의 권선들(1380, 1385)은 서로에 대하여 90 도로 방위될 수 있고, 또한 중첩 배열로 위치한다. 권선들의 다른 적절한 배열들을 또한 고려한다.

도 13a을 참조하면, 상기 모터 힘 방정식들은, 예를 들어 하기와 같이 나타날 수 있다.

(4.1)

(4.2)

(4.3)

여기에서,

(4.4)

(4.5)

이고, 하기와 같은 정의를 이용할 수 있다.

F_a = a-방향으로 발생된 전체 힘(N),

F_b = b-방향으로 발생된 전체 힘(N),

F_x = x-방향으로 발생된 전체 힘(N),

F_y = y-방향으로 발생된 전체 힘(N),

F_z = z-방향으로 발생된 전체 힘(N),

F_Aaj = a-방향으로 권선 세트 A의 위상 j(j = 0, 1, 2)로 발생된 힘(N),

F_Ay = y-방향으로 권선 세트 A에 의하여 발생된 전체 힘(N),

F_Ayj = y-방향으로 권선 세트 A의 위상 j(j = 0, 1, 2)로 발생된 힘(N),

F_Bbj = b-방향으로 권선 세트 B의 위상 j(j = 0, 1, 2)로 발생된 힘(N),

F_By = y-방향으로 권선 세트 B에 의하여 발생된 전체 힘(N),

F_Byj = y-방향으로 권선 세트 B의 위상 j(j = 0, 1, 2)로 발생된 힘(N),

I_A = 권선 A에 대한 위상 전류의 진폭(A),

I_B = 권선 B에 대한 위상 전류의 진폭(A),

i_Aj = 권선 세트 A의 위상 j(j = 0, 1, 2)를 통하는 전류(N),

i_Bj = 권선 세트 B의 위상 j(j = 0, 1, 2)를 통하는 전류(N),

K_Aa = a-방향의 권선 세트 A의 위상 힘 상수(N/A),

K_Bb = b-방향의 권선 세트 B의 위상 힘 상수(N/A),

K_AL = y-방향의 권선 세트 A의 로렌쯔 위상 힘 상수(N/A),

K_AM = y-방향의 권선 세트 A의 맥스웰 위상 힘 상수(N/A2),

K_BL = y-방향의 권선 세트 B의 로렌쯔 위상 힘 상수(N/A),

K_BM = y-방향의 권선 세트 B의 맥스웰 위상 힘 상수(N/A2),

x = x-방향의 위치(m),

y = y-방향의 위치(m),

z = z-방향의 위치(m),

α = 권선 세트 A의 각방위(rad),

γ = 권선 세트 B의 각방위(rad)

Δ_A = 권선 세트 A의 전기각 오프셋(rad)

Δ_B = 권선 세트 B의 전기각 오프셋(rad)

θ_A = 권선 세트 A에 대한 전기각(rad)

θ_B = 권선 세트 B에 대한 전기각(rad)

R_pA = 권선 세트 A의 위상 저항(Ohms)

R_pB = 권선 세트 B의 위상 저항(Ohms)

β = 권선 세트들 A 및 B 사이의 y-방향 힘 균형 인수(단위 없음)

도 14는 삼차원 모터 구성 실시예들의 권선 세트들의 방위를 도시하고, 여기에서 "a"는 힘 F_a의 방향을 나타내고, "b"는 힘 F_b의 방향을 나타낸다.

예를 들어, 하기의 모터 정류 방정식들을 이용할 수 있다.

(4.6)

(4.7)

여기에서 I_A, Δ_A, I_B, Δ_B는 권선 세트들 A 및 B에 의하여 발생된 힘 벡터들의 크기들 및 방위들을 제어한다.

방정식들 (4.6) 및 (4.7)은 상기 방정식들 (3.3), (2.3), 및 (1.3)과 유사함을 유의한다. 따라서, 전기각 오프셋(Δ_A, Δ_B)과 함께 전기각(θ_A, θ_B)을 조정함으로써, 상기 모터 정류 방정식들은 x-방향으로 일차원 추진 힘을 발생하고, x-방향으로 추진 힘 및 y-방향으로 유도 힘을 포함하는 이차원 힘들을 발생하기 위하여 사용될 수 있고, 이들은 실질적으로 디커플링될 수 있고, 또한 본 실시예에 있어서, x-방향 및 z-방향으로 추진 힘들 및 y-방향으로 유도 힘을 포함하는 삼차원 힘들이고, 이들은 서로에 대하여 실질적으로 디커플링된다.

다시 설명하면, 전기각 오프셋과 함께 전기각을 조정함으로써, 적어도 일차원, 이차원 및 삼차원의 실질적으로 개별적인 제어가능한 힘들이 공통 세트의 정류 방정식들을 이용하여 모터 내에서 발생될 수 있다.

방정식 (4.4) 및 방정식 (4.5)에 따라 사인파형 위상 전류들은, 예를 들어, 공간 벡터 변조를 이용하여 와이 권선 구성들에 대하여 발생될 수 있다. 결과적인 모터 힘들은, 예를 들어 하기와 같다.

(4.8)

(4.9)

(4.10)

(4.11)

(4.12)

실시예들에 있어서, 대체된 사다리꼴 권선들을 이용한다(도 13d (1)을 참조함).

(4.13)

(4.14)

실시예들에 있어서, 직교하는 선형 권선들을 이용한다(도 13d (2)를 참조함).

(4.15)

권선 세트들에 대한 개별적인 제어 파라미터들 I_A, I_B 및 Δ_A, Δ_B은, 예를 들어 하기와 같다.

(4.16)

(4.17)

(4.18)

(4.19)

여기에서

(4.20)

(4.21)

방정식 (4.16) 내지 방정식 (4.19)의 해답은 주어진 소정의 힘들 F_x, F_y, 및 F_z에 대하여 I_A, Δ_A, I_B, 및 Δ_B 를 구할 수 있다. 이는 하기의 "힘 균형 조건"을 포함함에 의하여 구현될 수 있다.

(4.22)

여기에서

(4.23)

(4.24)

이들은 각각 권선 세트 A 및 권선 세트 B의 y-방향 힘의 분배이다. 파라미터 β는 y-방향을 따라 두 개의 권선 세트들 사이의 상대적인 힘의 분배를 나타낸다. 예를 들어, β=l 인 경우에, 권선 세트들 모두는 상기 y-힘 구성 성분에 대한 동일한 분배를 가진다. β는 모든 경우에 대하여 알려져 있고 또한 상수가 아님을 가정한다.

예시적인 실시예에 있어서, 이에 따라 상기 모터 제어 파라미터들은, 예를 들어 하기와 같다.

(4.56)

(4.57)

(4.58)

(4.59)

여기에서,

(4.46)

(4.47)

(4.42)

(4.43)

(4.44)

(4.31)

(4.32)

(4.33)

상기 추진 힘들 및 유도 힘들의 모터 힘 커플링은 하기와 같다.

(4.54)

(4.55)

도 13a를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 추진 시스템을 가지는 자기적으로 부양된 물질 수송 시스템에 있어서, 다른 부호를 가지는 y-힘들을 발생할 수 있는 유도 시스템의 대향 측들 상에 다른 권선 세트(1310, 1325, 1320, 1315)가 위치하고, 또한 Y-힘들을 X 힘들 및 Z 힘들로부터 실질적으로 디커플링하기 위하여, 원하는 바와 같이(및 상술한 바와 같이) 상기 제어기는 대향하는 권선들의 제어를 발생한다.

도 15는 정류를 수행하는 해결 단계(1500)를 도시하고, 상술한 바와 같이, 로렌쯔 힘들을 이용하여 x-방향으로 추진을 발생하고, z-방향으로 상승을 발생하고, 또한, 로렌쯔 힘들 및 맥스웰 힘들을 이용하여 y-방향으로 유도 성분을 발생한다. 해결 단계(1500)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 모든 조합으로 수행될 수 있다. 측정된 x 및 z 위치 좌표들(1505)은 수용기(1395)(도 13a)로부터 되돌아갈 수 있고, 또한 x 및 z 위치 좌표들을 a 및 b 위치들로 바꾸는 위치 변환 회로(1510)에 제공될 수 있다(도 14). 상기 결과들은 전기각 결정 회로(1515)에 제공된다.

전기각 결정 회로(1515)는, 전기각들 θ_a, θ_b을 결정하기 위하여, 2π에 의한 a 및 b 위치들과 권선들의 피치를 고려한다. 측정된 y 위치 좌표(1520)는 센서들(도 13a의 센서들(1390, 1395)과 유사함)로부터 되돌아갈 수 있고, 또한 위상 힘 상수 결정 블록(1525)에 제공될 수 있고, 여기에서, a 및 b 방향들로 A 및 B 권선 세트들에 대한 소정의 위상 힘 상수들을 얻을 수 있다. 또한, y-방향으로 권선 세트들 A, B에 대한 로렌쯔 및 맥스웰 위상 힘 상수들을 얻을 수 있다. x 및 z 방향으로의 소정의 힘들(1530)은 회로 또는 프로그램(1535)에 적용하고, 이에 따라 x 및 z 방향 힘들을 상기 a 및 b 방향들의 힘들로 변환하는 방정식 (4.20) 및 방정식 (4.21)을 수행한다. 상기 a 및 b 방향들의 힘들은 위상 힘 상수 결정 블록(1525)의 결과들이고, y-방향(1537)의 소정의 힘은 제어 파라미터 회로 또는 프로그램(1540)에 적용하고, 이에 따라 권선 세트들 A 및 B에 대한 제어 파라미터들 I_A, I_B 및 Δ_A, Δ_B 을 발생하기 위하여 방정식 (4.56) 내지 방정식 (4.59)을 수행한다. 권선 세트들 A 및 B에 대한 전기각들 θ_a 및 θ_b 및 제어 파라미터들 I_A, I_B 및 Δ_A, Δ_B 이 정류 함수(1545)에 적용하고, 이에 따라 권선 세트들 A 및 B의 각각의 권선 위상 j에 대한 정류 전류들 i_a, i_b을 제공하도록 방정식 (4.6) 및 방정식 (4.7)을 수행한다.

또한, 도 13a의 실시예는 로렌쯔 힘들에 의하여 x-방향으로 추진을 제공하고, 또한 z-방향으로 상승을 제공하고, 맥스웰 힘들에 의하여 y-방향으로 유도를 제공하는 방식으로 설계될 수 있다.

상술한 바와 같이, 하기의 모터 힘 방정식들은, 예를 들어 하기와 같이 한정될 수 있다.

(5.1)

(5.2)

(5.3)

여기에서

K_Ay = y-방향으로 권선 세트 A의 위상 힘 상수(N/A²)

K_By = y-방향으로 권선 세트 B의 위상 힘 상수(N/A²)

또한, 하기의 모터 정류 방정식들을 사용할 수 있다.

(5.4)

(5.5)

상술한 바와 같이, 방정식 (5.4) 및 방정식 (5.5)는 각각 방정식 (4.6) 및 방정식 (4.7)과 동일하고, 방정식 (3.3), 방정식 (2.3), 및 방정식 (1.3)과 유사하다. 전기각 오프셋(들) Δ_A, Δ_B과 함께 상기 권선 세트들의 전기각(들) θ_A, θ_B을 조정함으로써, 서로 실질적으로 디커플링되는 적어도 일차원, 이차원, 및 삼차원 힘들을 발생하도록 동일한 모터 정류 방정식들을 사용할 수 있다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 같이, 방정식 (5.4) 및 방정식 (5.5)에 따른 사인파형 위상 전류들은, 예를 들어 권선 세트들의 와이 권선 구성에 대하여 공간 벡터 변조를 이용하여 발생될 수 있다.

상기 모터 힘들은, 예를 들어 하기와 같을 수 있다.

(5.6)

(5.7)

(5.8)

(5.9)

(5.10)

추진 힘들 및 유도 힘들의 모터 힘 커플링은 하기와 같다.

(5.11)

(5.12)

대체된 사다리꼴을 이용하는 실시예들에 있어서,

(5.13)

(5.14)

실시예들에 있어서, 직교하는 선형 권선들을 이용한다.

(5.15)

권선 세트들 A 및 B 에 대한 개별적인 제어 파라미터들 I_A, I_B 및 Δ_A, Δ_B은, 예를 들어 하기와 같다.

(5.16)

(5.17)

(5.18)

(5.19)

여기에서,

(5.20)

(5.21)

도 16는 정류를 수행하는 해결 단계(1600)를 도시하고, 상술한 바와 같이, 로렌쯔 힘들을 이용하여 x-방향 및 z-방향으로 추진을 발생하고, 또한, 맥스웰 힘들을 이용하여 y-방향으로 유도 성분을 발생한다. 해결 단계(1600)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 모든 조합으로 수행될 수 있다. 측정된 x 및 z 위치 좌표들(1605)은 수용기(1395)(도 13a)로부터 되돌아갈 수 있고, 또한 x 및 z 위치 좌표들을 a 및 b 위치들로 바꾸는 위치 변환 회로(1610)에 제공될 수 있다(도 14). 상기 결과들은 전기각 결정 회로(1615)에 제공된다.

전기각 결정 회로(1615)는, 전기각들 θ_a, θ_b을 결정하기 위하여, 2π에 의한 a 및 b 위치들과 권선들의 피치를 고려한다. 측정된 y 위치 좌표(1620)는 센서들(도 13a의 센서들(1390, 1395)과 유사함)로부터 되돌아갈 수 있고, 또한 위상 힘 상수 결정 블록(1625)에 제공될 수 있고, 여기에서, a, b, 및 y 방향들로 A 및 B 권선 세트들에 대한 소정의 위상 힘 상수들을 얻을 수 있다. x 및 z 방향으로의 소정의 힘들(1630)은 회로 또는 프로그램(1635)에 적용하고, 이에 따라 x 및 z 방향 힘들을 상기 a 및 b 방향들의 힘들로 변환하는 방정식 (5.20) 및 방정식 (5.21)을 수행한다. 상기 a 및 b 방향들의 힘들은 위상 힘 상수 결정 블록(1625)의 결과들이고, y-방향(1637)의 소정의 힘은 제어 파라미터 회로 또는 프로그램(1640)에 적용하고, 이에 따라 권선 세트들 A 및 B에 대한 제어 파라미터들 I_A, I_B 및 Δ_A, Δ_B 을 발생하기 위하여 방정식 (5.16) 내지 방정식 (5.19)을 수행한다. 권선 세트들 A 및 B에 대한 전기각들 θ_a 및 θ_b 및 제어 파라미터들 I_A, I_B 및 Δ_A, Δ_B 이 정류 함수(1645)에 적용하고, 이에 따라 권선 세트들 A 및 B의 각각의 권선 위상 j에 대한 정류 전류들 i_a, i_b을 제공하도록 방정식 (5.4) 및 방정식 (5.5)을 수행한다.

또한, 도 13a의 실시예는 로렌쯔 힘들을 이용하여 x-방향으로 추진을 제공하고, 또한 z-방향으로 상승을 제공하고, y-방향으로 유도를 제공하는 삼차원 힘들을 제공하는 방식으로 설계될 수 있다.

이러한 경우에 있어서, 상기 모터 힘 방정식들은, 예를 들어 하기와 같이 나타날 수 있다.

(6.1)

(6.1)

(6.2)

(6.3)

(6.4)

상기 모터 정류 방정식들은, 예를 들어 하기와 같다.

(6.5)

(6.6)

여기에서, j = 0, 1, 및 2은 각각 위상 0, 1, 및 2이고, I_A, Δ_A, I_B, Δ_B 는 권선 세트들 A 및 B에 의하여 발생된 힘 벡터들의 크기들과 방위들을 제어하는 개별적인 파라미터들이다.

다른 실시예들에 있어서, 방정식 (6.5) 및 방정식 (6.6)은 방정식 (5.4) 및 방정식 (5.5)과 동일하고, 또한 방정식 (4.6) 및 방정식 (4.7)은, 각각 방정식 (3.3), 방정식 (2.3), 및 방정식 (1.3)과 유사하다. 전기각 오프셋(들) Δ_A, Δ_B과 함께, 전기각(들) θ_A, θ_B을 조정함으로써, 서로 디커플링되는 적어도 일차원, 이차원, 및 삼차원 힘들을 발생하도록 동일한 모터 정류 방정식들을 사용할 수 있다.

방정식 (6.6) 및 방정식 (6.7)에 따른 사인파형 위상 전류들은 예를 들어 와이 권선 구성에 대하여 공간 벡터 변조를 이용하여 발생될 수 있다.

상기 모터 힘 방정식들은, 예를 들어 하기와 같을 수 있다.

(6.7)

(6.8)

(6.9)

(6.10)

(6.11)

(6.12)

대체된 사다리꼴을 이용하는 실시예들에 있어서(도 13d (1) 참조),

(6.13)

(6.14)

실시예들에 있어서, 직교하는 선형 권선들을 이용한다(도 13d (2) 참조).

(6.13)

Fx, Fy, 및 Fz 에 의하여 IA, ΔA, IB, 및 ΔB 을 해결하도록, 힘 균형 조건이 예를 들어 이용될 수 있다.

(6.14)

예를 들어, 하기에 설명하는 바와 같이, 특정한 기준을 이용하여 파라미터 β 가 알려질 수 있다. 이에 따라, 상기 제어 파라미터들은 하기와 같이 정의될 수 있다.

(6.15)

(6.16)

(6.17)

(6.18)

여기에서 예를 들어,

(6.19)

(6.20)

도 17는 정류를 수행하는 해결 단계(1700)를 도시하고, 상술한 바와 같이, 모두 로렌쯔 힘들을 이용하여 x-방향 및 z-방향으로 실질적으로 디커플링된 추진을 발생하고, y-방향으로 유도 성분을 발생한다. 해결 단계(1700)는 도 16의 해결 단계와 유사할 수 있고, 하드웨어 또는 소프트웨어의 모든 조합으로 수행될 수 있다. 측정된 x 및 z 위치 좌표들(1705)은 센서들(도 13a의 센서들(1390, 1395)과 유사함)로부터 되돌아갈 수 있고, 또한 x 및 z 위치 좌표들을 a 및 b 위치들로 바꾸는 위치 변환 회로 또는 프로그램(1710)에 제공될 수 있다(도 14). 상기 결과들은 전기각 결정 회로(1715)에 제공된다. 전기각 결정 회로(1715)는, 전기각들 θa, θb을 결정하기 위하여, 2π에 의한 a 및 b 위치들과 권선들의 피치를 고려한다. 측정된 y 위치 좌표(1720)는 수용기(1395)로부터 되돌아갈 수 있고, 또한 위상 힘 상수 결정 블록(1725)에 제공될 수 있고, 여기에서, a, b, 및 y 방향들로 A 및 B 권선 세트들에 대한 소정의 위상 힘 상수들을 얻을 수 있다. x 및 z 방향으로의 소정의 힘들(1730)은 회로(1735)에 적용하고, 이에 따라 x 및 z 방향 힘들을 상기 a 및 b 방향들의 힘들로 변환하는 방정식 (6.22) 및 방정식 (6.23)을 수행한다. 상기 a 및 b 방향들의 힘들은 위상 힘 상수 결정 블록(1725)의 결과들이고, y-방향(1737)의 소정의 힘은 제어 파라미터 회로 또는 프로그램(1740)에 적용하고, 이에 따라 권선 세트들 A 및 B에 대한 제어 파라미터들 I_A, I_B 및 Δ_A, Δ_B 을 발생하기 위하여 방정식 (6.19) 내지 방정식 (6.22)을 수행한다. 권선 세트들 A 및 B에 대한 전기각들 θ_a 및 θ_b 및 제어 파라미터들 I_A, I_B 및 Δ_A, Δ_B 이 정류 함수(1745)에 적용하고, 이에 따라 권선 세트들 A 및 B의 각각의 권선 위상 j에 대한 정류 전류들 i_a, i_b을 제공하도록 방정식 (5.4) 및 방정식 (5.5)을 수행한다

상술함 실시예들에 설명된 파라미터 β의 선택은 다른 최적화 기준에 의하여 얻을 수 있다. 수반된 힘들의 유형들에 의존하여, 다른 기준들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 단지 로렌쯔 힘들을 존재하는 경우에 있어서, 힘 비율 기준은 더 적절할 수 있다. 역-전기구동 힘들(back-electromotive force, BEMF)의 효과가 상대적인 경우에 있어서, 이어서, 상기 힘 비율은 이를 고려하여 변형될 수 있다. 또한, 맥스웰 힘들이 적절한 경우에 있어서, 이어서 β 의 선택은 위상 진폭 전류들의 비율을 기초로 할 수 있다. 추가적인 기준은 권선들에 의하여 소비되는 전력들에 기초할 수 있다. 다양한 기준들이 하기에 설명된다.

단지 로렌쯔 힘들이 존재한다고 가정하는 경우에 있어서, 예를 들어 상술한 바와 같은 실시예들에 있어서, 하나의 가정한 기준은 β 를 선택하는 것이고, 이에 따라 권선 세트들 A 및 B의 기여들은 최대 정격 전류(rated current) 및 결과적으로 y-방향을 따른 최대 비율의 힘들을 고려하도록 선택된다. 이러한 기준은, 예를 들어 하기와 같이 나타날 수 있다.

(7.1)

여기에서,

(7.2)

(7.3)

방정식 (6.16) 조건을 사용하면 하기와 같다.

(7.4)

역-전기구동 힘(BEMF)의 효과를 고려하여 기준 방정식 (7.1)의 일반화를 얻을 수 있고, 이에 따라 유한한 버스 또는 공급 전압(supply voltage)(Vbus)을 고려하도록 최대 가능한 위상 전류 진폭들을 한정한다.

권선 세트들 A 및 B에 대한 최대 위상 전류 진폭들은, 예를 들어 버스 전압, 위상 저항(phase resistance), 역-전기구동 힘(BEMF), 및 모터 속도에 관하여 나타날 수 있다.

(7.5)

(7.6)

I_A ^Max= 권선 A의 최대 비율의 위상 전류의 진폭(A)

I_B ^Max= 권선 B의 최대 비율의 위상 전류의 진폭(A)

ω_A = 권선 세트 A의 기계적 각속도(rad/sec)

ω_B = 권선 세트 B의 기계적 각속도(rad/sec)

는 와이 권선된 권선 세트

는 델타 권선된 권선 세트.

방정식 (7.2) 및 방정식 (7.3)에 방정식 (7.5) 및 방정식 (7.6)을 이용하여, β 는 하기와 같이 계산될 수 있다.

(7.7)

이는, 속도 의존 β에 대한 기준을 제공한다.

맥스웰 힘들 및 로렌쯔 힘들이 존재하는 실시예들에 있어서, 힘들 및 전류들의 관계들은 비-선형이다. 이러한 경우에 있어서, 위상 전류 진폭비들(힘 비율들에 비하여, (7.1)을 참조함)을 기초한 기준을 수립하는 것이 바람직할 수 있고, 이는 하기와 같다.

(7.8)

상술한 바와 같이, 역-전기구동 힘(BEMF)의 효과는 I_A ^Max 및 I_B ^Max 의 계산에 포함될 수 있다. 전류들 I_A 및 I_B은 방정식 (6.18) 및 방정식 (6.20) 또는 방정식 (4.57) 및 방정식 (4.59)의 해답들이다. β는 방정식 (7.8)을 적절한 해답을 치환함에 의하여 얻을 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 전류-힘 관계가 선형인 경우에 있어서(예를 들어, 로렌쯔 힘들이 주된 힘인 경우임) 상기 위상 전류 진폭비는 편리할 수 있고, 이는 권선이 추진을 제공하기 위하여 덜 이용되도록 간극 제어 힘을 분배하기 때문이다. 예를 들어, 권선 A는 x-방향으로 힘을 제공하고, 권선 B는 z-방향으로 힘을 제공하는 것을 고려하면, 상기 시스템이 x-방향으로 이동하지 않고, z-방향으로 가속되는 경우에 있어서, 권선 A는 y-방향 힘의 많은 부분을 제공할 수 있다. 이와 반대로, 상기 시스템이 x-방향으로 가속되고, z-방향으로 큰 힘이 인가되지 않는 경우에 있어서, 권선 B는 y-방향 힘의 많은 부분을 제공할 수 있다.

예를 들어, 사용될 수 있는 추가적인 조건은 하기와 같다.

(7.9)

여기에서, P_d 는 권선 세트 d (d = A 또는 B)에서의 전체 전력이고, P_d ^Max는 권선 세트 d (d = A 또는 B)에서의 최대 정격 전력이다.

도 18a 내지 도 18d를 참조하면, 예를 들어, 개방 루프 안정성 효과들과 함께 폐쇄 루프 위치 제어(도 18a를 참조함)를 구현하기 위하여, 위상 정류가 사용될 수 있다. 개방 루프 롤 안정성(도 18b를 참조함), 분리된 힘들과 함께 개방 루프 피치 안정성(도 18c를 참조함), 및 분배된 힘들과 함께 개방 루프 피치 안정성(도 18d를 참조함)을 구현하기 위하여 정류가 수행될 수 있다.

도 18a 내지 도 18d는, 도 13d에 도시된 바와 유사한 복수의 이차원 권선들로부터 형성된 삼차원 모터를 가지는 다른 예시적인 실시예에 따른 추진 시스템의 개략적인 단면도 및 측단면도이다. 예시적인 실시예에 있어서(1810, 1815), 두 개의 모터들이 있으며(예시적인 목적들로 도시됨), 하나는 플랫폼(1805)의 좌측 상에 있고, 다른 하나는 플랫폼(1805)의 우측 상에 있다. 상기 모터들은 함께 권선될 수 있다(예를 들어, 그들은 개별적으로 제어되지 않음). 구현되는 바와 같이, 상기 모터들은 함께 권선되어 있고, 제어기 하드웨어의 복잡성이 감소될 수 있으므로, 개방 루프 안정성을 가지는 위상 정류의 관련된 이득이 있을 수 있다. 도 18a를 참조하면, 하기의 방정식들은, 개방 루프 안정성을 위한 위상 정류를 위하여, 하기와 같은 정의를 이용할 수 있다.

F_z = z-방향으로 발생된 전체 힘(N),

F_zL = 좌측 모터에 의하여 발생된 z-방향으로의 힘(N),

F_zR = 우측 모터에 의하여 발생된 z-방향으로의 힘(N),

I = 위상 전류의 진폭 (A),

i_j = 위상 j(j = 0, 1, 2)를 통하는 전류(A),

K = 힘 상수 (N/A),

M_x = x-축에 대한 모멘트(Nm),

p = 모터 피치(2π의 전기각 변화에 상응함) (m),

R_x = x-축에 대한 회전(rad),

Δ = 제어 목적들을 위한 전기각 오프셋(rad), 및

θ = 정류 목적들을 위하여 사용된 전기각(rad) 이다.

모터 힘 방정식들이, 예를 들어 하기와 같다.

(8.1)

(8.2)

모터 정류 방정식은, 예를 들어 하기와 같다.

(8.3)

여기에서 "I"는 상수이고, "Δ"는 제어 파라미터이다.

결과적인 모터 힘들은, 예를 들어 하기와 같다.

(8.4)

(8.5)

(8.6)

제어 파라미터 "Δ"는 하기와 같다.

(8.7)

도 18b를 참조하면, 예시적인 실시예에 있어서, 개방 루프 롤 안정성의 방정식들(예를 들어 x 축에 대한 롤의 경우에 있어서)은 하기와 같다.

(8.8)

(8.9)

여기에서

θ_L = 좌측 모터의 전기각(rad)

θ_R = 우측 모터의 전기각 (rad)

Δ_L = 좌측 모터에 대한 롤에 의한 변위에 상응하는 전기각 오프셋(rad)

Δ_R = 우측 모터에 대한 롤에 의한 변위에 상응하는 전기각 오프셋(rad)

하기의 모터 정류 방정식을 사용할 수 있다.

(8.10)

여기에서 "I"는 상수이고, "Δ"는 제어 파라미터이다.

결과적인 모터 힘들은, 예를 들어 하기와 같다.

(8.11)

(8.12)

(8.13a)

(8.13b)

(8.14a)

(8.14b)

상기 x-축 및

에 대한 상기 플랫폼의 순수한 롤이 도시된 예를 고려하면, 하기와 같다.

(8.15)

(8.16)

구현되는 바와 같이, 예시적인 실시예에 있어서(예를 들어, 개방 루프 안정성), 상기 롤은 작을 수 있다.

이에 따라, 예를 들어

가 작은 경우에 있어서, 방정식은 하기와 같을 수 있다.

(8.17)

(8.18)

여기에서 M_x는 K, d_y, p, I 및 Δ에 의존한 롤 스티프니스(roll stiffness)를 제공하는 안정성 모멘트이다(예시적인 실시예에 있어서, 진폭 정류 안정성 모멘트를 제공하지 않음을 유의한다.

이에 따라, 제어 파라미터 "Δ" 는 하기와 같다.

(8.19)

이는, 방정식 (8.7)과 유사하다. 또는, 예시적인 실시예에 있어서 롤 스티프니스 상수를 유지하도록, 진폭 "I" 및 위상 "Δ"은 함께 계산될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, y-방향으로 유도 제어를 위하여 맥스웰 힘들을 발생하기 위하여 진폭 "I"가 사용될 수 있다.

도 18c를 참조하면, 분리된 힘들과 함께 개방 루프 피치 안정성에 대한 플랫폼 상에 작동되는 힘들 및 모멘트들을 도시하는 모터의 개략적인 측면도이다. 예시적인 실시예에 있어서, 모터(1815)는 플랫폼의 일측을 따라서, 복수의 분리된 모터들(1815A, 1815B)을 포함할 수 있다 (예를 들어, 예시적인 목적들로 도시된 두 개의 모터들(권선 세트들) 또는 모터(권선) 세그먼트들 이다). 모터들(1815A, 1815B)의 위치들은(예를 들어, 하나는 전측 부분에 있고, 다른 하나는 후측 부분에 있음) 단지 예시적이다. 모터 권선들은, 예를 들어 공통 정류 제어를 위하여, 서로 (연결됨) 권선될 수 있다. 다시 설명하면, 이들은 개별적으로 제어될 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 모터 힘 방정식들은 하기와 같다.

(8.20)

(8.21)

여기에서

F_zF = 전측 모터에 의하여 발생된 z-방향의 힘(N)

F_zR = 후측 모터에 의하여 발생된 z-방향의 힘 (N)

θ_F = 전측 모터에 대한 전기각(rad)

θ_R = 후측 모터에 대한 전기각(rad)

Δ_F = 전측 모터에 대한 피치에 의한 변위에 상응하는 전기각 오프셋(rad)

Δ_R = 후측 모터에 대한 피치에 의한 변위에 상응하는 전기각 오프셋

예시적인 모터 정류 방정식은 하기와 같을 수 있다.

(8.22)

여기에서 "I"는 상수이고, "Δ"는 제어 파라미터이다.

따라서, 결과적인 모터 힘들 및 모멘트는, 예를 들어 하기와 같다.

(8.23)

(8.24)

(8.25a)

(8.25b)

(8.26a)

(8.26b)

여기에서

도 18c에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 단지 상기 y-축에 대한 회전인 플랫폼의 순 피치가 도시된 예 및

을 고려하면,

(8.27)

(8.28)

상술한 바와 같은 개방 루프 롤 안정성의 시도와 유사하게, 개방 루프 피치 안정성이 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 상기 플랫폼의 피치는 작을 수 있다.

이에 따라,

작음(small) 이다.

또한, 이에 따라

(8.29)

(8.30)

여기에서, R_y = y-축에 대한 회전(rad)이고, M_y 는 K, d_x, p, I 및 Δ에 의존한 피치 스티프니스를 제공하는 안정성 모멘트이다. 상술한 바와 같이, 예시적인 실시예에 있어서, 진폭 정류는 안정성 모멘트를 제공하지 않음을 유의한다.

이에 따라, 제어 파라미터 "Δ" 는 하기와 같다.

(8.31)

방정식 (8.7)과 유사하다. 다른 대체물로서, 상술한 바와 유사하게, 피치 스티프니스 상수를 유지하기 위하여, 예시적인 실시예에 있어서, 진폭 "I" 및 위상 "Δ"은 함께 계산될 수 있다. 다른 대체물로서, 진폭 "I"은 y-방향으로 유도 제어를 위한 맥스웰 힘들을 발생하도록 사용될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 있어서, 도 18d는 모터(1815')의 다른 개략적인 측면도이고, 분배된 힘들과 함께 개방 루프 피치 안정성을 도시한다. 도시된 실시예에 있어서, 모터(1815')는 플랫폼의 일측을 따라서 실질적으로 연속적으로 배분된 단일 모터 또는 권선 세트일 수 있다.

예시적인 실시예에 있어서, 힘 배분은 하기와 같을 수 있다.

(8.32)

여기에서,

f_z = z-힘의 배분 (N/m),

Δ_P = 피치에 의한 변위에 상응하는 전기각 오프셋(rad),

작은 피치 각도를 고려하면, 이에 따라

작음(small) 이다.

(8.33)

전체 힘 및 모멘트는 하기와 같을 수 있다.

(8.34)

(8.35)

여기에서, M_y 는 K, d_x, p, I 및 Δ에 의존한 피치 스티프니스를 제공하는 안정성 모멘트이다. 상술한 바와 같이, 예시적인 실시예에 있어서, 진폭 정류는 안정성 모멘트를 제공하지 않을 수 있다.

제어 파라미터는 하기와 같다.

(8.36)

상술한 실시예들과 유사하게, 대체물로서, 피치 스티프니스 상수를 유지하도록, 예시적인 실시예에 있어서 진폭 "I" 및 위상 "Δ"은 함께 계산될 수 있다. 다른 대체물로서, 진폭 "I"은 y-방향으로 유도 제어를 위한 맥스웰 힘들을 발생하도록 사용될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상술한 설명과 유사하게 롤 및 피치 안정성 경우들 모두와 유사하게 응용될 수 있고, 이러한 메커니즘은 폐쇄 루프 방식으로 스티프니스를 제어하도록 사용될 수 있고, 롤 또는 피치 측정들은 피드백 사용을 위하여 사용가능하도록 제공된다. 그렇지만, 이는 모터 증폭기 측 상에 간단하게 제어 하드웨어를 유지할 수 있다.

도 19는 개시된 실시예들에 적용가능한 결합된 삼차원 제어(예를 들어, X, Z 방향들의 추진 및 y-방향의 유도임)를 위하여 통합된 모터 정류 시스템(1900)의 일반적인 블록도이다(도 13a 참조). 도 19에 도시된 시스템 배열은 도 15 내지 도 17의 더 특정한 방식으로 도시된 제어 시스템 배열들과 일반적으로 유사하고, 유사한 특징들은 이와 유사한 부재번호를 가진다.

도시된 예시적인 실시예에 있어서, 상술한 설명과 유사한 방식(도 15 참조)으로, 플래튼 또는 수송 장치(2135)(도 13a의 장치(1305)와 유사함)를 제어하도록, 제어 시스템(1900)은 포서(2115)의 권선들의 정류를 수행할 수 있고, 로렌쯔 힘들을 이용하여 X 및 Z 방향들로(예를 들어, 각각 추진 및 상승, 도 13a에 도시됨), 및 로렌쯔 힘들 및 맥스웰 힘들을 이용하여 y-방향(예를 들어, 유도)이다. 다른 실시예들에 있어서, 및 상술한 바와 같이, 상기 제어 시스템은, 추진, 상승 및 유도에 대하여 예를 들어 로렌쯔 힘들을 이용하고, 또는 추진 및 상승에 대하여 로렌쯔 힘들을 이용하고, 유도에 대하여 맥스웰 힘들을 이용하여, 수송의 삼차원 제어에 대한 포서 권선들의 정류하도록 배열될 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 상술한 바와 같은 유사한 방식으로, 센서들(2190) (도 13a의 센서들(1390, 1395)과 유사함)로부터의 위치 피드백 정보는, 예를 들어 X 및 Z 위치와 같은 정보는 위치 변화(1915)와 소통할 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 위치 변화(1915)는 상응하는 전기각들 θ_A, θ_B (예를 들어, 포서(2115)의 A, B 권선 세그먼트들에 대함)을 결정할 수 있는 전기각 결정 회로를 포함할 수 있다(도 13c, 도 13d (1), 도 13d (2) 참조). 위치 피드백 정보, 예를 들어 Y 위치와 같은 정보는, 예를 들어 포서 권선 세트들(예를 들어, 포서 권선 세트들 A, B)에 대한 힘 상수 파라미터들을 결정하도록 적절하게 배열된 힘 상수 결정 블록(1925)와 소통할 수 있다. 구현되는 바와 같이, 제어 시스템(1900)은, 수송 명령들을 수행하기 위하여 바람직한 소정의 X, Y, Z 힘들 (예를 들어, F_x, F_y, F_z)을 확인하기 위하여 배열된 적절한 명령 프로세서(들)(미도시)에 소통가능하게 연결되거나 또는 포함할 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예에 있어서, 소정의 힘 파라미터(1930)는 힘 변환(1935)과 소통할 수 있고, 이에 따라 x, y, z 방향 힘들을 권선 기준 프레임에 상응하는 힘들로 변환하기 위하여, 적절하게 프로그램될 수 있다(예를 들어, 포서(2115)는 A, B 권선들을 가지는 예에 있어서 F_a, F_b, F_γ임). 상기 시스템은 상술한 바와 유사한 방식으로 I_A, I_B, Δ_A, Δ_B 와 같은 정류 파라미터들을 결정하도록 배열된 정류 파라미터 결정 회로 또는 프로그램(1940)을 포함할 수 있고, 또한 정류 방정식 결정 프로그램 또는 회로(1945)는 스테이션/포서 권선들에 대하여 전류들(예를 들어, i_Aj, i_Bj, j=0,l,2)을 제공하는 정류 방정식들을 수행하는 전류 루프(2130)와 소통하는 결과적인 정류 방정식들을 한정하고, 이에 따라 수송의 소정의 삼차원 제어를 수행한다. 다른 실시예들에 있어서, 제어 시스템은 모든 소정의 배열을 포함할 수 있다.

상술한 설명은 본 발명을 단지 설명하기 위한 것임을 이해하여야 한다. 본 기술 분야의 당업자에 의하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않고 다양한 대체물들과 변형들이 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위 내에 속하는 대체물들, 변형들, 및 변화들을 포함하도록 의도된다.

Claims

조정 전기각(adjustment electrical angle)을 계산하는 단계; 및
공통 세트의 정류 방정식들이 모터 내에서 일차원 힘들 및 이차원 힘들을 모두 발생시키도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하는 단계;
를 포함하는 모터 정류 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 조정 전기각은, 상기 모터의 플래튼(platen)의 하나 또는 그 이상의 측정된 위치 좌표들 및 하나 또는 그 이상의 방향들의 소정의 모터 힘들로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 모터 정류 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 모터 내에서 상기 이차원 힘들이 맥스웰 힘들을 포함하도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 정류 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 공통 세트의 정류 방정식들이 상기 모터 내에서 삼차원 힘들을 발생시키도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 정류 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 모터 내에서 삼차원 힘들이 맥스웰 힘들을 포함하도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 정류 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각과 조합하여 권선 위상 전류를 이용하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 정류 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 모터의 하나 또는 그 이상의 권선 세트들의 최대 정격 전류(rated current)를 이용함으로써, 상기 조정 전기각의 구성 성분을 선택하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 정류 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 하나 또는 그 이상의 권선 세트들의 적어도 하나의 상기 최대 정격 전류는, 공급 전압(supply voltage), 위상 저항(phase resistance), 역기전력(back electromotive force), 및 모터 속도를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 모터 정류 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 모터의 적어도 하나의 권선 세트들의 복수의 위상들의 최대 전류 진폭비를 이용함으로써, 상기 조정 전기각의 구성 성분을 선택하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 정류 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 모터의 복수의 권선들의 최대 정격 전력비(rated power ratio)를 이용함으로써, 상기 조정 전기각의 구성 성분을 선택하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 정류 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 모터의 개방 루프 롤 안정성(open loop roll stabilization)을 제공하도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 정류 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 모터의 개방 루프 피치 안정성(open loop pitch stabilization)을 제공하도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 정류 방법.
모터를 정류하는 방법으로서,
조정 전기각을 계산하는 단계; 및
상기 모터 내에서 적어도 일차원으로 힘들을 제공하도록, 상기 모터의 모터 권선들을 정류하기 하기 위하여, 상기 조정 전기각을 삼상 모터(three phase motor)에 대한 정류 방정식들에 입력하는 단계;를 포함하고,
상기 모터 내에서 상기 적어도 일차원의 일차원만으로인 힘들을 발생시키기 위한 정류 방정식들이 상기 모터 내에서 상기 적어도 일차원의 이차원인 힘들을 동시에 발생시키기 위한 정류 방정식들과 공통이 되도록, 상기 조정 전기각이 결정되는 모터 정류 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 모터 내에서 상기 적어도 일차원의 이차원인 힘들을 동시에 발생시키기 위한 정류 방정식들이 맥스웰 힘들을 발생하도록, 상기 조정 전기각을 결정하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 정류 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 모터 내에서 상기 적어도 일차원의 일차원만으로인 힘들을 발생시키기 위한 정류 방정식들이 상기 모터 내에서 상기 적어도 일차원의 삼차원인 힘들을 동시에 발생시키기 위한 정류 방정식들과 공통이 되도록, 상기 조정 전기각이 결정되는 것을 특징으로 하는 모터 정류 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 모터 내에서 상기 적어도 일차원의 셋에서 힘들을 동시에 발생 발생시키기 위한 정류 방정식들이 맥스웰 힘들을 발생하도록, 상기 조정 전기각을 결정하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 정류 방법.
조정 전기각을 계산하는 회로; 및
공통 세트의 정류 방정식들이 모터 내에서 일차원 힘들 및 이차원 힘들을 모두 발생시키도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 작동하는 증폭기;
를 포함하는 모터 정류 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 모터의 플래튼의 하나 또는 그 이상의 측정된 위치 좌표들 및 하나 또는 그 이상의 방향들의 소정의 모터 힘들로부터 상기 조정 전기각을 결정하도록 작동 가능한 회로;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 정류 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 모터 내에서 상기 이차원 힘들이 맥스웰 힘들을 포함하도록, 상기 증폭기는, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 모터 정류 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 공통 세트의 정류 방정식들이 상기 모터 내에서 삼차원 힘들을 발생시키도록, 상기 증폭기는, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 모터 정류 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 모터 내에서 상기 삼차원 힘들이 맥스웰 힘들을 포함하도록, 상기 증폭기는, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 모터 정류 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 증폭기는, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각과 조합하여 권선 위상 전류를 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 모터 정류 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 모터의 하나 또는 그 이상의 권선 세트들의 최대 정격 전류를 이용함으로써, 상기 조정 전기각의 구성 성분을 선택하는 회로;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 정류 장치.
제 23 항에 있어서,
상기 하나 또는 그 이상의 권선 세트들의 적어도 하나의 상기 최대 정격 전류는, 공급 전압, 위상 저항, 역기전력, 및 모터 속도를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 모터 정류 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 모터의 적어도 하나의 권선 세트들의 복수의 위상들의 최대 전류 진폭비를 이용함으로써, 상기 조정 전기각의 구성 성분을 선택하는 회로;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 정류 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 모터의 복수의 권선들의 최대 정격 전력비를 이용함으로써, 상기 조정 전기각의 구성 성분을 선택하는 회로;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 정류 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 증폭기는, 상기 모터의 개방 루프 롤 안정성을 제공하도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 모터 정류 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 증폭기는, 상기 모터의 개방 루프 피치 안정성을 제공하도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 모터 정류 장치.
제어기에 의하여 정류되는 권선들을 포함하는 모터로서,
상기 제어기는:
조정 전기각을 계산하는 회로; 및
삼상 모터에 대한 공통 세트의 정류 방정식들이 상기 모터 내에서 일차원 힘들 및 이차원 힘들을 모두 발생시키도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 작동 가능한 증폭기;
를 포함하는 모터.
제 29 항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 모터의 플래튼의 하나 또는 그 이상의 측정된 위치 좌표들 및 하나 또는 그 이상의 방향들의 소정의 모터 힘들로부터 상기 조정 전기각을 결정하도록 작동 가능한 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
제 29 항에 있어서,
상기 모터 내에서 상기 이차원 힘들이 맥스웰 힘들을 포함하도록, 상기 증폭기는, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 모터.
제 29 항에 있어서,
상기 모터 내에서 삼차원 힘들을 발생시키도록, 상기 증폭기는, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 모터.
제 32 항에 있어서,
상기 모터 내에서 상기 삼차원 힘들이 맥스웰 힘들을 포함하도록, 상기 증폭기는, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 모터.
제 29 항에 있어서,
상기 증폭기는, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각과 조합하여 권선 위상 전류를 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 모터.
제 29 항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 모터의 하나 또는 그 이상의 권선 세트들의 최대 정격 전류를 이용함으로써, 상기 조정 전기각의 구성 성분을 선택하도록 작동 가능한 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
제 35 항에 있어서,
상기 하나 또는 그 이상의 권선 세트들의 적어도 하나의 상기 최대 정격 전류는, 공급 전압, 위상 저항, 역기전력, 및 모터 속도를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 모터.
제 29 항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 모터의 적어도 하나의 권선 세트들의 복수의 위상들의 최대 전류 진폭비를 이용함으로써, 상기 조정 전기각의 구성 성분을 선택하도록 작동 가능한 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
제 29 항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 모터의 복수의 권선들의 최대 정격 전력비를 이용함으로써, 상기 조정 전기각의 구성 성분을 선택하도록 작동 가능한 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
제 29 항에 있어서,
상기 증폭기는, 상기 모터의 개방 루프 롤 안정성을 제공하도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 모터.
제 29 항에 있어서,
상기 증폭기는, 상기 모터의 개방 루프 피치 안정성을 제공하도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 모터.
모터를 정류하는 제어기를 포함하고,
상기 제어기는
조정 전기각을 계산하는 회로; 및
공통 세트의 정류 방정식들이 모터 내에서 일차원 힘들 및 이차원 힘들을 모두 발생시키도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 작동 가능한 증폭기;
를 포함하는 기판 공정 장치.
제 41 항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 모터의 플래튼의 하나 또는 그 이상의 측정된 위치 좌표들 및 하나 또는 그 이상의 방향들의 소정의 모터 힘들로부터 상기 조정 전기각을 결정하도록 작동 가능한 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 공정 장치.
제 41 항에 있어서,
상기 모터 내에서 상기 이차원 힘들이 맥스웰 힘들을 포함하도록, 상기 증폭기는, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 기판 공정 장치.
제 41 항에 있어서,
상기 모터 내에서 삼차원 힘들을 발생시키도록, 상기 증폭기는, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 기판 공정 장치.
제 44 항에 있어서,
상기 모터 내에서 상기 삼차원 힘들이 맥스웰 힘들을 포함하도록, 상기 증폭기는, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 기판 공정 장치.
제 41 항에 있어서,
상기 증폭기는, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각과 조합하여 권선 위상 전류를 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 기판 공정 장치.
제 41 항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 모터의 하나 또는 그 이상의 권선 세트들의 최대 정격 전류를 이용함으로써, 상기 조정 전기각의 구성 성분을 선택하도록 작동 가능한 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 공정 장치.
제 47 항에 있어서,
상기 하나 또는 그 이상의 권선 세트들의 적어도 하나의 상기 최대 정격 전류는, 공급 전압, 위상 저항, 역기전력, 및 모터 속도를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 기판 공정 장치.
제 41 항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 모터의 적어도 하나의 권선 세트들의 복수의 위상들의 최대 전류 진폭비를 이용함으로써, 상기 조정 전기각의 구성 성분을 선택하도록 작동 가능한 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 공정 장치.
제 41 항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 모터의 복수의 권선들의 최대 정격 전력비를 이용함으로써, 상기 조정 전기각의 구성 성분을 선택하도록 작동 가능한 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 공정 장치.
제 41 항에 있어서,
상기 증폭기는, 상기 모터의 개방 루프 롤 안정성을 제공하도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 기판 공정 장치.
제 41 항에 있어서,
상기 증폭기는, 상기 모터의 개방 루프 피치 안정성을 제공하도록, 상기 공통 세트의 정류 방정식들에서 상기 조정 전기각을 이용하도록 더 작동 가능한 것을 특징으로 하는 기판 공정 장치.