KR102383699B1 - 브러쉬리스 전기 기계 제어 방법 및 장치 - Google Patents

브러쉬리스 전기 기계 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

가변 릴럭턴스 모터 로드 맵핑 장치는 프레임, 프레임 상에 배치되며 가변 릴럭턴스 모터를 탑재하도록 구성된 인터페이스, 프레임에 탑재되고 가변 릴럭턴스 모터와 체결된 정적 로드 셀, 및 정적 로드 셀 및 가변 릴럭턴스 모터에 연통가능하게 체결된 컨트롤러를 포함하고, 컨트롤러는 가변 릴럭턴스 모터의 적어도 하나의 모터 위상을 선택하고, 적어도 하나의 모터 위상을 충전하며, 정적 로드 셀로부터 모터 동작 데이터를 수신하여 모터 동작 데이터 룩업 테이블들의 배열을 생성하고 맵핑하도록 구성된다.

Description

브러쉬리스 전기 기계 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR BRUSHLESS ELECTRICAL MACHINE CONTROL}
본 출원서는 2013년 11월 13일에 출원된 미국 임시 특허 출원 일련 번호 제61/903,745호에 대한 정규 출원의 우선권의 이익을 주장하고, 상기 출원은 전체로서 본원에 참조 병합된다.
1. 분야
본 명세서의 예시적인 실시예들은 일반적으로 전기 기계들과 관련된 것으로, 더욱 구체적으로 전기 기계들의 제어와 관련된다.
2. 관련 기술개발에 대한 개략적인 설명
일반적으로 가변(또는 스위치된) 릴럭턴스 모터(VRM)는 브러쉬리스 직류 모터에 대한 비용 효율이 높은 것으로 알려져 있다. 가변 릴럭턴스 모터들은 자석들을 필요로 하지 않고 그들의 기계적인 구성은 단순하지만, 정밀 제어를 위한 가변 릴럭턴스 모터들의 사용은 아직 난제로 남아있고, 그러한 이유로서, 예를 들어, 상전류, 회전자 전기 위치, 토크 및 기하구조(geometry) 사이의 높은 비-선형 관계들을 들 수 있다. 가변 릴럭턴스 모터들의 정밀 제어에 있어서 주요 난제들 중 하나는 회전자의 임의의 주어진 위치에서 매끄럽고 리플 없는 사전-구체화된 토크를 제공하는 것이다. 가변 릴럭턴스 모터들에 내재된 상기 토크 리플(torque ripple)은 모델링 불확실성들(modeling uncertainties)에 기인할 수 있다. 그 결과, 가변 릴릭턴스 모터들의 성능은 상전류들 및 위치에 대한 바람직한 토크와 관련된 정확한 교대 모델(commutation model)의 존재에 의존할 수 있다. 또한, 재고 증폭기들과 같은 전형적인 피드백 루프들은 일반적으로 고정된 인덕턴스를 위해 최적으로 조절되고 설계되는데, 이는 일반적으로 가변 릴럭턴스 모터들이 갖고 있지 않는 것이다. 가변 릴럭턴스 모트들에서 모터 코일 또는 와인딩 인덕턴스들의 변화들이 예상되는데, 이는 가변 릴럭턴스 모터들의 기계적인 토크 생성의 주요 메커니즘이기 때문이다.
예를 들어, 로봇 서보(servo) 응용분야들에서, 서보 성능은 액츄에이터 또는 모터의 동적 응답에 의해 영향 받을 수 있다. 느린 모터 응답은 서보 시스템의 응답 속도를 제한할 수 있다. 모터들을 액츄에이터들로 사용하는 로봇 서보 응용분야들에서, 모터 응답은 서보 루프의 그것보다 적어도 10배(an order of magnitude) 빠르고 시스템 모델에서 종종 무시되며, 이는 특히 브러쉬리스 직류 모터들의 경우에서 그러하다. 그러나, 가변 릴럭턴스 모터들은 상대적으로 느린 응답을 가지고, 이는 상기 느린 응답을 보상하기 위해 교대 전략(commutation strategy)에 대한 특정 조절들을 정당화할 수 있다. 그에 따라 실질적으로 순간적인 토크 제어가 위치 서보 응용분야들(position servo applications)에서 가변 릴럭턴스 모터 드라이브 사용을 위해 요구될 수 있다. 순간적인 토크 제어는, 예를 들어, 디지털 전자 컨트롤러들을 통해 제공될 수 있으며, 상기 디지털 전자 컨트롤러들은 요구되는 순간적인 토크 및 모터 위치의 함수로서 각각의 모터 위상을 통해 전류를 제어할 수 있다. 모터 위치 및 토크의 함수로서 각각의 모터 위상에서 요구되는 전류의 결정은 전류 교대(current commutation)로 지칭될 수 있다. 3상 영구 자석 브러쉬없는 모터들에서(상기 3상 전류들은 120도 떨어짐), 각각의 모터 와인딩을 통하는 전류는 사인파이고 회전자 위치 및 토크의 고유 정의 함수(uniquely defined function)이다. 반면에, 가변 릴럭턴스 모터의 상전류들은 사인파가 아니고, 오히려 모터 토크 곡선들로부터 파생된 형상을 갖는다. 일 모터에 대한 상기 모터 토크 곡선들은 모터 모델의 유한 요소 분석(finite element analysis)로부터 결정되거나 측정된다. 일반적으로, 스위치된 릴럭턴스 모터의 경우, 토크는 모터 위치뿐만 아니라 상전류들 각각의 함수일 수 있다. 전류 교대의 목적은 모터 위치 및 모터 토크의 함수로서 각각의 모터 위상에서 요구되는 전류를 결정하는 것이다.
가변 릴럭턴스 모터들의 제어에 대한 토크 리플의 영향들을 최소화하는 것이 바람직할 것이다. 또한 각각의 모터 위상에서의 전류들을 연산하는 접근법을 제공하는 최적 교대 체계(commutation scheme)을 제공하여 하나 이상의 최적 기준들이 완수될 수 있도록 하는 것도 바람직할 것이다. 추가적으로, 가변 릴럭턴스 모터의 정확한 교대 모델의 의존성을 경감시키는 제어 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
가변 릴럭턴스 모터 로드 맵핑 장치는 프레임, 프레임 상에 배치되며 가변 릴럭턴스 모터를 탑재하도록 구성된 인터페이스, 프레임에 탑재되고 가변 릴럭턴스 모터와 체결된 정적 로드 셀, 및 정적 로드 셀 및 가변 릴럭턴스 모터에 연통가능하게 체결된 컨트롤러를 포함하고, 컨트롤러는 가변 릴럭턴스 모터의 적어도 하나의 모터 위상을 선택하고, 적어도 하나의 모터 위상을 충전하며, 정적 로드 셀로부터 모터 동작 데이터를 수신하여 모터 동작 데이터 룩업 테이블들의 배열을 생성하고 맵핑하도록 구성된다.
개시된 실시예의 전술한 측면들 그리고 다른 특징들이 이하의 설명에서 첨부의 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 개시된 실시예의 측면들에 따른 기판 처리 툴들의 개략도들이다.
도 1e 및 도 1f는 개시된 실시예의 측면들에 따른 가변 릴럭턴스 모터의 부분들을 개략적으로 도시한다.
도 2는 개시된 실시예의 측면들에 따른 예시적인 테이블을 도시한다.
도 3은 개시된 실시예의 측면들에 따른 다른 예시적인 테이블을 도시한다;
도 4는 개시된 실시예의 측면들에 따른 도 1e 및 도 1f에 나타난 가변 릴럭턴스 모터의 일부분의 개략도이다.
도 5는 개시된 실시예의 측면들에 따른 이소-토크 값 생성 스테이션의 개략도이다.
도 5a는 개시된 실시예의 측면들에 따른 흐름도를 도시한다.
도 6은 개시된 실시예의 측면들에 따른 이소-토크 곡선 테이블의 일부를 도시한다.
도 7은 개시된 실시예의 측면들에 따른 예시적인 비교 테이블을 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 개시된 실시예의 측면들에 따른 회전자 위치에 대한 예시적인 상전류 테이블들을 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 개시된 실시예의 측면들에 따른 회전자 위치에 대한 예시적인 모터 입력 전략 테이블들을 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 개시된 실시예의 측면들에 따른 이소-토크 곡선 테이블들의 부분들을 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 개시된 실시예의 태양에 따른 가변 릴럭 턴스 모터의 일부분의 개략도이다.
도 12 및 도 13은 개시된 실시예의 측면들에 따른 이송 장치 및 이를 위한 제어 시스템의 개략도를 도시한다.
도 14 및 도 15는 개시된 실시예의 측면들에 따른 예시적인 비교 테이블들을 도시한다.
도 16은 개시된 실시예의 측면들에 따른 예시적인 비교 테이블을 도시한다.
도 17은 개시된 실시예의 측면들에 따른 흐름도를 도시한다.
개시된 실시예의 측면들에 따라, 스위치된 릴럭턴스 브러쉬리스 전기 계 또는 모터 및 이들을 위한 최적 교대 체계들 및 전략들이 제공된다. 교대 체계들 또는 전략들은 원하는 토크 및 모터 위치의 함수로서 각각의 모터 위상에서의 전류의 결정을 지칭한다. 비록 개시된 실시예의 측면들이 도면들을 참조하여 설명될 것이지만, 개시된 실시예의 측면들은 많은 형태들로 구체화될 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 요소들 또는 물질들의 임의의 적절한 크기, 형상 또는 종류가 사용될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 개시된 실시예의 측면들을 포함하는 기판 처리 장치 또는 툴들(tools)이 개략적으로 나나타나며, 이는 본 명세서에서 더욱 개시된 바와 같다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 개시된 실시예의 일 측면에 따라 예를 들어 반도체 툴 스테이션(1090)과 같은 처리 장치가 나타난다. 비록 반도체 툴이 도면에 나타났지만, 본 명세서에 설명된 개시된 실시예의 측면들은 로봇 조작기들을 이용하는 임의의 툴 스테이션 또는 응용분야들에 적용될 수 있다. 이 예에서 툴(1090)은 클러스터 툴(cluster tool)로 나타나지만, 개시된 실시예의 측면들은 예를 들어 도 1c 및 도 1d에 나타난 바와 같은 그리고 2006년 5월 26일자로 출원된 "Linearly Distributed Semiconductor Workpiece Processing Tool"라는 제목의 미국 특허 출원 일련번호 11/442,511에서 설명된 바와 같은(상기 출원은 전체로서 본원에 참조 병합된다) 선형 툴 스테이션과 같은 임의의 적절한 툴 스테이션에 적용될 수 있다. 툴 스테이션(1090)은 일반적으로 분위기 프론트 엔드(atmosphere front end, 1000), 진공 로드 척(1010) 및 진공 백 엔드(1020)를 포함한다. 다른 측면들에서, 상기 툴 스테이션은 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다. 프론트 엔드(1000), 로드 척(1010), 백 엔드(1020) 각각의 구성요소들은 컨트롤러(1091)에 연결될 수 있고, 상기 컨트롤러는 예를 들어 클러스터된 아키텍쳐 제어(clustered architecture control)와 같은 임의의 적절한 제어 아케텍쳐 제어의 부분일 수 있다. 상기 제어 시스템은, 2005년 7월 11일자로 출원된 "Scalable Motion Control System"라는 제목의 미국 특허 출원 일련번호 11/178,615에서 개시된 바와 같은(상기 출원은 전체로서 본원에 참조 병합된다), 마스터 컨트롤러, 클러스터 컨트롤러들 및 자율 리모트 컨트롤러들을 갖는 폐루프 컨트롤러일 수 있다. 다른 측면들에서, 임의의 적절한 컨트롤러 및/또는 제어 시스템이 활용될 수 있다.
일 측면에서, 프론트 엔드(1000)는 일반적으로 예를 들어 EFEM(equipment front end module)과 같은 로드 포트 모듈들(1005) 및 국소-환경(1060)을 포함할 수 있다. 상기 로드 포트 모듈들(1005)은 300 mm 로드 포트들, 전방 오프닝 또는 하부 오프닝 박스들/포드들(pods) 및 카세트들을 위한 SEMI 표준들(E15.1, E47.1, E62, E19.5 or E1.9)에 합치하는 BOLTS(box opener/loader to tool standard) 인터페이스들일 수 있다. 다른 측면들에서, 상기 로드 포트 모듈들은 200 mm 웨이퍼 인터페이스들로 구성될 수 있고, 예를 들어 더 큰 또는 더 작은 웨이퍼들 또는 평판 디스플레이들용 평판들과 같은 임의의 적절한 기판 인터페이스들로 구성될 수 있다. 비록 2개의 로드 포트 모듈들이 도 1a에 도시되었지만, 다른 측면들에서 임의의 적절한 수의 로드 포트 모듈들이 프론트 엔드(1000)에 포함될 수 있다. 상기 로드 포트 모듈들(1005)은, 오버헤드 전송 시스템, 자동 안내 차량들, 인간 운전 차량들, 레일 가이드된 차량들로부터 또는 임의의 적절한 전송 방법으로부터, 기판 캐리어들 또는 카세트들(1050)을 수신하도록 구성될 수 있다. 로드 포트 모듈들(1005)은 로드 포트들(1040)을 통해 국소-환경(1060)과 인터페이스할 수 있다. 로드 포트들(1040)은 기판 카세트들(1050)과 국소-환경(1060) 사이의 기판들의 통과를 허용한다. 상기 국소-환경(1060)은 일반적으로 임의의 적절한 이송 로봇(1013)을 포함할 수 있고, 상기 이송 로봇은 여기에 설명된 개시된 실시예의 하나 이상의 측면들을 포함할 수 있다. 일 측면에서, 상기 로봇(1013)은, 예를 들어, 미국 특허 6,002,840(상기 특허의 개시사항은 전체로서 본원에 참조 병합된다)에서 설명된 바와 같은 트랙 장착 로봇(track mounted robot)일 수 있다. 상기 국소-환경(1060)은 다수의 로드 포트 모듈들 사이의 기판 이송을 위한 제어된, 클린 영역을 제공할 수 있다.
진공 로드 락(1010)은 국소-환경(1060)과 백 엔드(1020) 사이에 위치되고 이들에 연결될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 진공은 기판이 처리되는 10-5 Torr 이하의 고진공을 지칭할 수 있음에 유의한다. 로드 락(1010)은 일반적으로 분위기 및 진공 슬롯 밸브들을 포함한다. 상기 슬롯 밸브들은 분위기 프론트 엔드로부터 기판을 로딩한 이후 상기 로드 락을 비우고 상기 락(lock)을 질소와 같은 불활성 기체로 환기시킬 때 이송 챔버 내 진공을 유지하도록 채용된 환경 고립을 제공할 수 있다. 상기 로드 락(1010)은 또한 처리를 위해 기판의 기점을 원하는 위치로 정렬하기 위한 정렬기(1011)도 포함할 수 있다. 다른 측면들에서, 상기 진공 로드 락은 처리 장치의 임의의 적절한 위치에 위치되고 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다.
진공 백 엔드(1020)는 일반적으로 이송 챔버(1025), 하나 이상의 처리 스테이션(들)(1030) 및 임의의 적절한 이송 로봇(1014)을 포함하고, 상기 이송 로봇은 여기에 설명된 개시된 실시예들 중 하나 이상의 측면들을 포함할 수 있다. 상기 이송 로봇(1014)은 이하에서 설명될 것이며, 상기 이송 로봇(1014)은 로드 락(1010)과 다양한 처리 스테이션들(1030) 사이에서 기판들을 이송하는 이송 챔버(1025) 내에 위치될 수 있다. 상기 처리 스테이션들(1030)은 다양한 증착, 식각, 또는 기판들 상에 전기 회로 또는 다른 바람직한 구조물을 형성하기 위한 다른 종류들의 처리들을 통해 기판들에 대해 동작할 수 있다. 전형적인 처리들(프로세스들)은, 플라즈마 식각 또는 다른 식각 프로세스들, 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 기상 증착(PVD), 이온 주입과 같은 주입, 메트롤로지(metrology), 급속 열처리(RTP), 드라이 스트립(dry strip) 원자층 증착(ALD), 산화/확산, 나이트라이드의 형성, 진공 리소그래피, 에피택시(EPI), 와이어 본더(wire bonder) 및 증발(evaporation)과 같은 진공을 사용하는 박막 프로세스들 또는 진공 압력들을 사용하는 다른 박막 프로세스들을 포함하나 그에 한정되지는 않는다. 상기 처리 스테이션들(1030)은 이송 챔버(1025)에 연결되어 기판들이 이송 챔버(1025)로부터 처리 스테이션들(1030)로 그리고 그 반대로 통과하는 것이 허용된다.
이제 도 1c를 참조하면, 선형 기판 처리 시스템(2010)의 개략적인 평면도가 도시되며, 여기서 툴 인터페이스 영역(2012)은 이송 챔버 모듈(3018)에 장착되고, 그에 따라 인터페이스 영역(2012)은 일반적으로 이송 챔버(3018)의 장축(X)을 향하여(즉, 내부로) 바라보지만 이송 챔버(3018)의 장축(X)으로부터 오프셋(offset)된다. 상기 이송 챔버 모듈(3018)은, 전술한 미국 특허 출원 일련번호 11/442,511에서 설명된 바와 같이(상기 출원은 전체로서 본원에 참조 병합됨), 다른 이송 챔버 모듈들(3018A, 3018I, 3018J)을 인터페이스들(2050, 2060, 2070)에 부착함으로써 임의의 적합한 방향으로 연장될 수 있다. 각각의 이송 챔버 모듈(3018, 3018A, 3018I, 3018J)은 임의의 적절한 기판 이송(2080)을 포함하며, 상기 기판 이송은, 예를 들어 처리 모듈들(PM) 내로 또는 처리 모듈들(PM) 밖으로 그리고 처리 시스템(2010)을 통해 기판들을 이송하기 위한, 본 명세서에 설명된 개시된 실시예의 하나 이상의 측면들을 포함할 수 있다. 실현될 수 있는 바와 같이, 각각의 챔버 모듈은 고립된 또는 제어된 분위기(예를 들어, N2, 클린 에어, 진공)를 유지할 수 있게끔 될 수 있다.
도 1d를 참조하면, 선형 이송 챔버(416)의 장축(X)을 따라 취해질 수 있는 바와 같은 예시적인 처리 툴(410)의 개략적인 정면도가 나타난다. 도 1d에 나타난 개시된 실시예의 측면에서, 툴 인터페이스 영역(12)은 이송 챔버(416)에 대표적으로 연결될 수 있다. 이 측면에서, 인터페이스 영역(12)은 툴 이송 챔버(416)의 일 단부를 한정할 수 있다. 도 1d에 나타난 바와 같이 이송 챔버(416)는 예를 들어 인터페이스 영역(12)의 반대 단부에서 다른 워크피스 입구/출구 스테이션(412)을 가질 수 있다. 다른 측면들에서, 이송 챔버로부터 워크피스들을 삽입/제거하기 위한 다른 입구/출구 스테이션들이 제공될 수 있다. 일 측면에서, 인터페이스 영역(12) 및 입구/출구 스테이션(412)은 툴로부터의 워크피스들의 로딩 및 언로딩을 허용할 수 있다. 다른 측면들에서, 워크피스들은 일 단부로부터 툴 내로 로딩되고 다른 단부로부터 제거될 수 있다. 일 측면에서, 이송 챔버(416)는 하나 이상의 이송 챔버 모듈(들)(18B, 18i)을 가질 수 있다. 각각의 챔버 모듈은 고립된 또는 제어된 분위기(예를 들어, N2, 클린 에어, 진공)를 유지할 수 있게끔 될 수 있다. 전술한 바와 같이, 도 1d에 나타난 이송 챔버 모듈들(18B, 18i), 로드 락 모듈들(56A, 56B) 및 이송 챔버(416)를 형성하는 워크피스 스테이션들의 구성/배치는 순전히 예시적이고, 다른 측면들에서 이송 챔버는 임의의 바람직한 모듈 배열로 배치된 더 많은 또는 더 적은 모듈들을 가질 수 있다.
나타난 측면에서, 스테이션(412)은 로드 락일 수 있다. 다른 측면들에서, 로드 락 모듈은 단부 입구/출구 스테이션(스테이션(412)과 유사) 사이에 위치될 수 있거나 접속 이송 챔버 모듈(모듈(18i)과 유사)은 로드 락으로서 동작하도록 구성될 수 있다. 또한 전술한 바와 같이, 이송 챔버 모듈들(18B, 18i)은, 그 내에 위치된, 하나 이상의 상응하는 이송 장치(26B, 26i)를 갖고, 이는 본 명세서에 설명된 개시된 실시예의 하나 이상의 측면들을 포함할 수 있다. 대응하는 이송 챔버 모듈들(18B, 18i)의 이송 장치들(26B, 26i)은 협조하여 이송 챔버 내 선형 배치된 워크피스 이송 시스템(420)을 제공할 수 있다. 이 측면에서, 이송 장치(26B)는 (비록 다른 측면들에서 이송 암들은 개구리-다리 구성, 신축 구성, 좌우대칭 구성 등과 같은 임의의 다른 바람직한 구성을 가질 수 있지만) 일반적인 SCARA 암 구성을 가질 수 있다. 도 1d에 나타난 개시된 실시예의 측면에서, 이송 장치(26B)의 암들은, 이하에서 더욱 구체적으로 설명될 바와 같이, 상기 이송이 들음/놓음 위치(pick/place location)로부터 웨이퍼들을 신속하게 교환하는 것을 허용하는 고속 교환 구성(fast swap arrangement)로 지칭될 수 있는 것을 제공하도록 구성될 수 있다. 이송 암(26B)은 이하에서 설명될 바와 같이 임의의 적절한 수의 자유도(예를 들어 Z 축 움직임을 갖는 엘보우 조인트들 및 쇼울더에 대한 독립적인 회전)를 갖는 각각의 암을 제공하기 위한 적절한 드라이브 영역을 가질 수 있다. 도 1d에 나타난 바와 같이, 이 측면에서, 모듈들(56A, 56, 30i)은 이송 챔버 모듈들(18B, 18i) 사이에 끼이게끔 위치될 수 있고, 모듈들(56A, 56, 30i)은 적절한 처리 모듈들, 로드 락(들), 버퍼 스테이션(들), 메트롤로지 스테이션(들) 또는 임의의 다른 바람직한 스테이션(들)을 정의할 수 있다. 예를 들어, 로드 락들(56A, 56) 및 워크피스 스테이션(30i)과 같은 틈새 모듈들은, 각각 이송 암들과 협력할 수 있는 고정 워크피스 지지부들/선반들(56S, 56S1, 56S2, 30S1, 30S2)을 가질 수 있고, 상기 고정 워크피스 지지부들/선반들은 이송 암들과 협력하여 이송 챔버의 선형 축(X)을 따른 이송 챔버의 길이를 통한 워크피스들의 이송에 영향을 미칠 수 있다. 예로서, 워크피스(들)은 인터페이스 영역(12)에 의해 이송 챔버(416) 내로 로딩될 수 있다.
예로서, 워크피스(들)은 인터페이스 영역(12)에 의해 이송 챔버(416) 내로 로딩될 수 있다. 워크피스(들)은 상기 인터페이스 영역의 이송 암(15)으로 로드 락 모듈(56A)의 지지부(들) 상에 위치될 수 있다. 로드 락 모듈(56A) 내의 상기 워크피스(들)은, 모듈(18B) 내 이송 암(26B)에 의해 로드 락 모듈(56A)과 로드 락 모듈(56) 사이를 이동할 수 있고, 마찬가지의 그리고 연속적인 방식으로 (모듈(18i) 내) 암(26i)으로 로드 락(56)과 워크피스 스테이션(30i) 사이를 그리고 모듈(18i) 내 암(26i)으로 스테이션(30i)과 스테이션(412) 사이를 이동할 수 있다. 이 프로세스는 전체적으로 또는 부분적으로 역행하여 워크피스(들)이 반대 방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 일 측면에서, 워크피스들은 축(X)을 따른 임의의 방향으로 그리고 이송 챔버를 따른 임의의 위치로 이동될 수 있고 이송 챔버와 연통하는 (처리 또는 다른) 임의의 바람직한 모듈로 로딩되거나 그로부터 언로딩될 수 있다. 다른 측면들에서, 고정 워크피스 지지부들 또는 선반들을 갖는 틈새 이송 챔버 모듈들은 이송 챔버 모듈들(18B, 18i) 사이에 제공되지 않을 수 있다. 그러한 측면들에서, 접합 이송 챔버 모듈들의 이송 암들은 워크피스들을 단부 이펙터 또는 일 이송 암으로부터 직접 다른 이송 암의 단부 이펙터로 건넬 수 있어 상기 워크피스가 이송 챔버를 통해 이동한다. 상기 처리 스테이션 모듈들은 다양한 증착, 식각 또는 기판들 상에 전기 회로 또는 다른 바람직한 구조물을 형성하기 위한 다른 종류의 프로세스들을 통해 기판에 대해 동작할 수 있다. 처리 스테이션 모듈들은 이송 챔버 모듈들에 연결되어 이송 챔버로부터 처리 스테이션들로 그리고 그 반대로 통과되는 것을 허용한다. 도 1d에 도시된 처리 장치들과 유사한 일반적인 특징들을 갖는 처리 툴의 적합한 예가 전술한 (본원에 참조 병합된) 미국 특허 출원 일련번호 11/442,511에서 설명된다.
본 명세서에 설명된 최적의 교대 체계들은 브러쉬리스 전기 기계의 각각의 위상 내 연산 전류들로의 접근법들을 제공하는 체계들이며, 그에 따라 하나 이상의 최적 기준이 완수된다. 개시된 실시예의 측면들에서, 상기 최적의 교대 체계들은 특정 제약들에 따라 토크를 실질적으로 최대화할 수 있으며, 이는 이하에서 더욱 구체적으로 설명될 것이다. 본 명세서에 설명된 상기 교대 체계들은 임의의 적절한 모터 종류에 적용될 수 있지만, 예를 들어 예시적인 목적들을 위한 가변 릴럭턴스 모터에 대하여 본 명세서에 도시된다. 도 1e 및 도 1f는 개시된 실시예의 일 측면에 따른 수동 회전자를 갖는 브러쉬리스 전기 기계의 부분들을 도시한다. 도 1e 및 도 1f에 도시된 직류 드라이브 브러쉬리스 전기 기계의 예시적인 구성은 회전자 구성을 갚은 그러한 기계들의 대표적인 예이고, 본 명세서에 설명된 실시예의 측면들을 설명하기 위해 편의상 사용된다. 이하에서 더욱 설명되는 바와 같은 실시예의 측면들은 선형 스러쉬리스 전기 기계에 유사한 방식으로 적용됨에 유의한다. 일 측면에서, 전술한 바와 같이, 수동 회전자를 갖는 브러쉬리스 전기 기계는 임의의 적절한 컨트롤러(400)에 연결된 가변 또는 스위치된 릴럭턴스 모터(100)일 수 있으며, 상기 컨트롤러는 본 명세서에 설명된 모터(100)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 일 측면에서, 컨트롤러(400)는 "Scalable Motion Control System"라는 제목의 미국 특허 번호 7,904,182에서 설명된 바와 실질적으로 유시한 배치 구조(distributed architecture)를 가질 수 있으며, 상기 출원은 전체로서 본원에 참조 병합된다.
여기서 상기 가변 릴럭턴스 모터(100)는 하우징(101), 상기 하우징 내에 배치된 적어도 하나의 고정자(103) 및 상기 적어도 하나의 고정자(103) 각각에 상응하는 적어도 하나의 회전자(102)를 포함한다. 상기 적어도 하나의 고정자(103) 각각은 임의의 적절한 수의 돌출(예를 들어, 자석들이 없는) 고정자 폴들(103P)을 가질 수 있으며, 이들 각각은 모터 와인딩 또는 코일(104)을 갖는다. 상기 적어도 하나의 회전자(102) 각각도 임의의 적절한 수의 돌출 회전자 폴들(102P)을 가질 수 있고, 그에 따라 상기 회전자는 상기 고정자와 함께 폐자속 회로(closed magnetic flux circuit)를 형성하도록 구성된다. 단지 예시적인 목적들로, 가변 릴럭턴스 모터(100)는 6개의 회전자 폴들 및 8개의 고정자 폴들을 갖는 4상 모터로 도시되었고, 그러나 다른 측면들에서 상기 가변 릴럭턴스 모터는 임의의 적절한 수의 모터 위상들, 임의의 적절한 수의 회전자 폴들 및 임의의 적절한 수의 고정자 폴들을 가질 수 있다. 본 명세서에서 상기 적어도 하나의 회전자(102)는 대응하는 고정자(103) 내에 배치되거나 그 외에 대응하는 고정자(103)에 의해 실질적으로 둘러싸이지만, 다른 측면들에서 상기 고정자는 대응하는 회전자 내에 배치되거나 그 외에 대응하는 회전자에 의해 실질적으로 둘러싸일 수도 있다. 또한, 이 측면에서 상기 하나 이상의 회전자/고정자 쌍들이 적층 방식으로 배열될 수 있지만(예를 들어, 가변 릴럭턴스 모터(100)의 회전 축을 따라 서로 나란히 축방향 이격됨), 다른 측면들에서 상기 하나 이상의 고정자/회전자 쌍들은 둥지형 구성으로 배열될 수 있고, 이 경우 각각의 고정자/회전자 쌍은 방사형으로 둥지를 트는 형상을 갖거나 이외에 다른 고정자/회전자 쌍에 의해 실질적으로 둘러싸이는 형상을 갖는다. 상기 가변 릴럭턴스 모터(100)는 분위기 환경들 및/또는 진공 환경들에서의 동작을 위해 구성될 수 있고, 여기서 상기 모터의 고정 부분들은, 예를 들어 2013년 11월 13일자로 출원된 "Sealed Robot Drive"라는 제목의 변호사 참조번호로서 390P014939-US (-#1)를 갖는 미국 임시 특허 출원에서 설명된 바와 같이, 진공 분위기로부터 고립되며, 상기 출원은 전체로서 본원에 참조 병합된다. 또한 가변 릴럭턴스 모터는 2013년 11월 13일자로 출원된 "Axial Flux Motor"라는 제목의 변호사 참조번호로서 390P014680-US (-#1)를 갖는 미국 임시 특허 출원에서 설명된 바와 같은 특징들도 포함할 수 있고, 상기 출원은 전체로서 본원에 참조 병합된다.
이해될 수 있는 바와 같이, 상기 적어도 하나의 회전자(102) 각각은 임의의 적절한 드라이브 샤프트 어셈블리(110)의 대응하는 드라이브 샤프트에 체결될 수 있다. 이 측면에서 상기 드라이브 샤프트 어셈블리(110)는 2개의 드라이브 샤프트들을 갖는 동축 드라이브 샤프트 어셈블리로 도시되었지만, 다른 측면들에서 2개보다 많거나 적은 드라이브 샤프트들이 있을 수 있고 각각의 드라이브 샤프트는 브러쉬리스 전기 기계의 대응하는 회전자 및 고정자 쌍(예를 들어 모터)에 상응한다. 또 다른 측면들에서 상기 드라이브 샤프트 어셈블리는 나란히 위치된 동축 드라이브 샤프트들 또는 개별 드라이브 샤프트들을 포함할 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 드라이브 샤프트 어셈블리(110)는 로봇 이송 장치(111)와 같은 임의의 적절한 장치에 연결될 수 있다. 상기 로봇 이송 장치(111)는 예를 들어, 대칭형 로봇 암 어셈블리, SCARA 타입 로봇 암 어셈블리, 신축 로봇 암 어셈블리, 로스트 모션 스위치(lost motion switch)를 갖는 로봇 암 어셈블리, 또는 하나 이상의 로봇 암들을 포함하고 동축의 또는 나란히 배치된 드라이브 샤프트들을 활용하는 임의의 다른 적절한 로봇 암 어셈블리를 포함하나 그에 제한되지 않는 임의의 적절한 이송 암일 수 있다. 이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 위치 곡선들에 대한 대응하는 토크가 개시된 실시예의 측면들에 따른 하나의 단일 모터 위상에 걸쳐 다른 전류 크기들에 대해 도시된다. 일 측면에서, 도 1e 및 도 1f도 참조하면, 각각의 모터 위상은 직렬로 와이어(wired)되고 서로에 대향하도록 정반대로 위치된 2개의 코일들(104)을 포함할 수 있지만, 다른 측면들에서 각각의 모터 위상은 임의의 적절한 방식으로 와이어되고 서로에 대해 임의의 적절한 위치에 위치된 임의의 적절한 수의 코일들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 모터 위상들 중 2개는 충전되어 바람직한 또는 그 이외에 소정의 토크 크기 및 방향을 생성할 수 있고, 예외적으로 예를 들어 도 3에 나타난 바와 같이 하나의 모터 위상만이 모터 토크들에 기여하는 경우는 제외하며, 이 경우 예를 들어 회전자가 약 0, 15, 및 30 도인 경우, 단일 모터 위상이 충전된다. 약 0, 15, 및 30 도의 회전자 위치들은 단지 예시적인 것이며 다른 측면들에서 단일 모터 위상만이 충전되는 회전자 위치들은 임의의 적절한 회전자 위치들일 수 있고, 이는 고정자 및 회전자 폴들의 개수 및 다른 모터 구성 요소들에 의존할 수 있음이 이해되어야 한다.
일반적으로 여러 접근법들이 임의의 주어진 시간 및 회전자 위치에 대해 원하는 양의 토크를 달성하도록 바람직한 상전류들 또는 바람직한 교대 전략을 정의하는 것이 제안되어 왔다. 이러한 접근법들은 각각의 위상 토크 기여분(phase torque contribution)이 도 2에 도시된 것들과 같은 측정치들에 의해 독립적으로 정량화될 수 있음을 가정하여 토크 리플을 최소화하는 것을 시도한다. 그러나, 이들 접근법들은 일반적으로 인근 위상이 충전되는 경우의 인근 위상의 영향을 무시한다. 예를 들어, 능동 코일들 중 하나의 인덕턴스는 인근 코일이 충전됨에 따라 변화할 것이다. 그에 따라, 예를 들어 도 2 및 도 3에 도시된 토크 곡선의 형상이 인근 위상의 전류에 의존하여 변화할 수 있다. 인근 코일이 충전될 때 능동 코일의 인덕턴스의 변화를 고려하지 않는 것은 가변 릴럭턴스 모터(100)의 토크 리플을 야기할 수 있다.
개시된 실시예의 일 측면에서 교대 전략을 얻기 위한 접근법이 제공되며, 이는 상호 인덕턴스의 영향(예를 들어, 인접 코일이 충전될 때 일 코일의 인덕턴스에 대한 영향)을 본질적으로 포착할 수 있고 그에 따라, 가변 릴럭턴스 모터들의 교대(commutation)에서의 토크 리플의 영향이 실질적으로 최소화된다. 이제 도 4 및 도 5를 참조하면, 일 측면에서 상기 교대 전략은 (예를 들어, 토크값 생성 스테이션(510)과 같은) 장치를 제공하는 것을 포함하며, 가변 릴럭턴스 모터(100)는 상기 장치와 연결된다(도 5a의 블록 550). 이 스테이션 또는 장치는 브러쉬리스 전기 기계의 (예를 들어, 적용될 수 있는 구성들로서 회전 또는 선형 모터 구성들) 전류, 위치 및 바람직한 토크(또는 힘) 사이의 관계를 실증적으로 특징짓는 시스템을 제공한다. 상기 가변 릴럭턴스 모터(100)는 상전류들의 배열에서(예를 들어, 하나 이상의 상전류들이 변동하여 소정의 토크가 생성됨)(도 5a의 블록 551) 및/또는 회전자 전기 위치들의 배열에서(예를 들어, 상전류들이 다른 회전자 위치들에서 다른 토크들에 대해 측정됨)(도 5a의 블록 552) 임의의 적절한 방식으로 운영될 수 있으며, 이는 가변 릴럭턴스 모터(100)의 동작 범위를 나타낸다. 측정된 전류들, 토크들 및 회전자 전기 위치들은 기록되고(도 5a의 블록 553) 소정의 전기 위치들 및 상전류 조합들에서의 토크 곡선들(예를 들어, 값들)이 기록되고 및/또는 임의의 적절한 컨트롤러(400')에 의해 맵핑될 수 있다(예를 들어 주어진 회전자 위치들에 대한 토크-전류 테이블들의 배열이 생성됨)(도 5a의 블록 554). 일 측면에서 토크값 생성 스테이션(510)은 임의의 적절한 프레임(520)을 포함할 수 있고, 임의의 적절한 로드 셀(500) 및 가변 릴럭턴스 모터(100)가 상기 프레임에 장착된다. 일 측면에서 로드 셀(500)은 정적 로드 셀(static load cell)일 수 있다. 상기 가변 릴럭턴스 모터(100)는, 상기 가변 릴럭턴스 모터(100)에 동작 저항(operating resistance)을 제공하도록 임의의 적절한 방법으로 로드 셀(500)에 체결될 수 있다. 상기 가변 릴럭턴스 모터(100) 및/또는 상기 로드 셀(500)은 예를 들어 컨트롤러(400')에 연통 가능하게 연결될 수 있고, 상기 컨트롤러는 상기 가변 릴럭턴스 모터(100)의 동작 및 모터 토크의 기록/맵핑을 위한 것이며, 보다 구체적으로, 완전한 회전자 사이클 또는 주기(예를 들어 360도의 전기 위치)에 대한 상전류들 및 회전자 위치들에 상응하는 이소-토크 곡선들(iso-torque curves) 사이의 관계를 설명하기에 충분한 임의의 적절한 수의 위치를 위한 것이다. 이들 값들은, 이하에서 더욱 구체적으로 설명할 바와 같이 예를 들어 룩업 테이블과 같은 컨트롤러를 프로그램하기에 적절한 임의의 방법으로 정형화(formatted)될 수 있다. 다른 측면들에 따르면 바람직한 형태 및 특징들의 가변 릴럭턴스 모터의 생성된 토크(힘), 전류 및 위치 간의 관계를 특징짓는 데이터 및 값들은 수치해석 방법들 또는 유한 요소 모델링과 같은 모델링 기술들을 사용하여 생성될 수 있음에 유의한다.
이 측면에서 가변 릴럭턴스 모터(100)의 고정자가 도 4에 나타난다. 본 명세서에서 고정자 코일들 및 상기 고정자 코일들의 예시적인 와이어링(wiring)이 개략적으로 도시되고 회전자는 명확성을 위해 생략되었다. 전술한 바와 같이, 각각의 모터 위상(A~D)은 직렬로 와이어된 2개의 정반대의 대향 코일들을 포함한다. 예를 들어, 모터 위상 A는 코일들(104A1, 104A2)을 포함하고, 모터 위상 B는 코일들(104B1, 104B2)을 포함하며, 모터 위상 C는 코일들(104C1, 104C2)을 포함하고, 모터 위상 D는 코일들(104D1, 104D2)을 포함한다. 또한, 다른 측면들에서 임의의 적절한 방식으로 배열되고 와이어된 4개 이상 또는 4개 이하의 위상들을 가질 수 있다. 각각의 모터 위상의 단자 리드들은, 위상들(A, B)에 대한 I1, I2와 같은, 임의의 적절한 대응 전류 소스에 와이어될 수 있다. 일 측면에서 각각의 전류 소스는 (예를 들어 임의의 적절한 컨트롤러(400')를 통해) 독립적으로 설정되어 대응하는 위상의 원하는 전류를 생성할 수 있다. 주어진 회전자 위치에서, 위상들(A, B)은 소정의 전류들로 충전되고 로드 셀(500)은 결과 정적 토크(resultant static torque)를 등록한다. 각각의 회전자 위치에서 그리고 위상(A)에서 주어진 전류(I1)에서, 위상(B)에서의 전류(I2)가 예를 들어 약 0으로부터 임의의 적절한 소정의 최대 전류값으로 변화한다. 일 측면에서 소정의 최대 전류값은 가변 릴럭턴스 모터(100)에 대한 최악의 경우의 동작 범위(worst case operating range)일 수 있다. 이 과정(예를 들어, 위상 A 전류 및 회전자 위치의 일정한 값들에 대한 위상 B 전류를 변화시키는 것)이 가변 릴럭턴스 모터(100)의 동작 범위를 나타내는 회전자 전기 위치들의 배열 및 전류(I1, I2)의 배열에 대배 반복된다. 예를 들어 동작 범위는 약 0 내 약 360 전기 각도일 수 있다. 상기 배열 내 각각의 지점에서, 정적 토크가 측정되고 상응하는 회전자 전기 위치들 및 상응하는 상전류 조합들에 대해 맵핑되어 이소-토크 곡선들(iso-torque curves)의 배열이 형성된다(도 5a의 블록 553). 전술한 바와 같이, 다른 측면들에서 모터에 대한 특정 데이터는 모델링 또는 시뮬레이션에 의해 생성될 수 있다. 이소-토크 곡선들(즉, 회전자의 주어진 전기 위치들에서의 일정한 토크의 곡선들)의 예시적인 맵핑 또는 테이블이 도 6에 도시된다. 본 명세서에서 이소-토크 곡선들이 설명되고 나타났지만 용어 "곡선들"의 사용 및 그 도시는 단지 예시적인 목적들로 이루어진 것이고 다른 측면들에서 상기 이소-토크 곡선들은, 상전류들을 토크 및 회전자 위치와 관련시키며, 상전류 값들, 토크 값들, 및 회전자 위치 값들을 포함하는 임의의 적절한 표 형태로 나타날 수 있음에 유의한다. 도 6에서 상기 이소-토크 곡선들은 5도(5 degrees)의 회전자 전기 위치에 상응하지만 이소-토크 곡선들은 하나 이상의 회전자 전기 위치에 대해 생성될 수 있음이 이해되어야 한다.
전술한 상기 이소-토크 표들의 생성은 임의의 주어진 모터 또는 패밀리 모터들(예를 들어, 고정자 폴들의 개수, 회전자 폴들의 개수, 고정자 및 회전자 폴들 사이의 에어 갭 등과 같은 동작 특성들이 실질적으로 동일한 2개 이상의 모터들)에 대해 반복될 수 있음에 유의한다. 그에 따라, 전술한 이소-토크 테이블들은 임의의 적절한 소정의 동작 특성들을 갖는 임의의 적절한 모터에 대해 생성될 수 있고, 개시된 실시예의 측면들에 대해 본 명세서에 설명된 교대 체계들이 이들 적절한 모터들 중 임의의 것에 적용될 수 있다.
다시 도 1e를 참조하면, 컨트롤러(400)는 이하에서 설명되는 위치 제어 루프(도 12 및 도 13)를 포함할 수 있고, 상기 위치 제어 루프는 주어진 회전자 전기 위치 및 시간에서 원하는 또는 그 외의 소정량의 토크를 구체화하도록 구성될 수 있다. 이하에서 설명될 것들과 같은 임의의 적절한 교대 알고리즘은 위상들(A-D) 중 하나에서의 전류를 구체화할 수 있다. 위에서 생성된 것들과 같은 테이블들은(그러한 테이블들의 일부가 도 6에 나타난다), 컨트롤러(400)에 보유된 또는 액세스가능한 메모리에 상주될 수 있고, 따라서 추가 위상들의 대응하는 전류가 컨트롤러(400)에 제공된다. 예를 들어, 상기 교대 알고리즘은 위상 A에 대한 상전류(i1)를 구체화할 수 있고, 상기 컨트롤러는 상기 테이블로부터 상기 회전자의 임의의 주어진 토크 및 전기 각도들에 대해 대응하는 위상 B에 대한 상전류(i2)를 얻도록 구성될 수 있고, 그에 따라 상기 가변 릴럭턴스 모터의 토크 리플이 감소된다. 도 7은 종래의 비보상 토크 리플 모터 교대와 (예를 들어 개시된 실시예의 측면들에 따른) 보상 토크 리플 모터 교대에 대한 회전자 위치 대 토크의 예시적인 비교도를 도시한다. 도 7에 나타난 바와 같이, 개시된 실시예의 측면들에 따라 토크 리플을 보상하는 것은(곡선 700 참조), 토크 리플의 영향들을 실질적으로 감소시킨다(이러한 성질은 도 7에서 실증된 바와 같이 동일한 시간에 충전된 인접 위상들의 상호 효과로부터 나오고, 여기서 양 곡선들의 토크는 단상만이 충전된 경우 동일하다).
개시된 실시예의 측면들에 따라, 다시 도 1e 및 도 1f를 참조하면, 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 모터(100)의 토크는 모터 위치뿐만 아니라 상전류들 각각의 함수일 수 있다. 또한, 주어진 토크에 대한 상전류들의 고유한 집합이 없을 수 있으며, (예를 들어, 도 6의 표를 참조하면) 상기 주어진 토크를 달성하기 위한 가능한 상전류 값들의 조합들이 실질적으로 유한수임을 도시한다. 도 8a도 참조하면, 예를 들어 일정한 토크에서 모터(100)에 대한 위상들(A, B)에서의 상전류 변동의 예가 도시된다. 0 내지 15도 범위의 회전자 위치 간격 범위에서, 위상들(A, B)만이 충전되고 위상(C, D)에서의 전류들은 실질적으로 0이다 (도 4 참조). 여기서 위상(A)은 회전자(102)를 구동하므로 지배 위상(dominant phase)으로 지칭될 수 있고, 위상(B)는 상기 회전자가 고정자 폴들(103P) 사이를 이동함에 따라 전류가 증가하거나 램프 업 되어 회전자를 구동하는 잠재 위상(latent phase)으로 지칭된다. 상기 회전자 폴이 상기 주어진 고정자 폴(103P)을 통과함에 따라, 위상(B)는 지배 위상이 되고 위상(A)는 잠재 위상이 되며, 그에 따라 위상(A)의 상전류가 감소하거나 램프 다운된다. 도 8a에서 나타난 바와 같이, 일 측면에서, 회전자(102)를 구동할 때의 상전류들의 램프 업 및/또는 다운은 선형 형태의 함수로 제공될 수 있고, 그에 따라 전류의 변화는 선형이다. 다른 측면들에서, 도 8b를 참조하면, 상전류들의 변동에 대한 다른 가능한 해결책이 회전자 위치의 함수로 나타나 일정한 토크가 산출된다. 여기서 상전류들의 램프 업 및/또는 다운은 2차원 형태의 함수로 제공된다. 이해될 수 있는 바와 같이 상전류들의 램프 업 및 다운은 임의의 적절한 형상의 함수로 제공될 수 있다. 또한 이해될 수 있는 바와 같이 상전류를 램프 업 하는데 사용되는 형상 함수는 상전류를 램프 다운 하는데 사용되는 형상 함수와 다를 수 있다.
계속 도 4, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 전술한 바와 같이, 위상들(A, B)에서의 일정한 토크에서 상전류 변동의 예들은 약 0 내지 약 15도 스핀하는 회전자(102)로 도시된다. 다른 측면들에서 회전자는 임의의 적절한 각도들 또는 원주각(degree of arc) 사이를 스핀할 수 있다. 전술한 바와 같이, 약 0 내지 약 15도 범위의 구간에서 위상들(C, D)의 상전류는 실질적으로 0이다. 일 측면에서, 모터(100)의 경우 상전류 특성(signature)은 대략적으로 매번 회전자 회전의 15도로 주기적일 수 있고 상전류들은 회전자 회전의 약 0 내지 약 15도 구간 동안 생성될 수 있다. 도면들에서 알 수 있는 바와 같이, 위상들(A, B)은 약 0 내지 약 15도 구간에서 활성화되고, 약 15 내지 약 30도 구간에서는 위상들(B, C)이 활성화되는 등이다. 약 15 내지 약 30도 구간에서의 위상(B)에서의 전류의 프로파일은 도 8a 및 도 8b에서의 위상(A)에 대해 (예를 들어, 약 0 내지 약 15도 구간에서) 나타난 것과 실질적으로 유사할 수 있고 약 15 내지 약 30도 구간에서의 위상(C)에서의 상전류는 도 8a 및 도 8b에서의 위상(B)에 대해 나타난 것과 실질적으로 유사할 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 회전자가 스핀함에 따라 동일한 주기 관계가 다른 위상 쌍들 B-C, C-D, 및 D-A에 적용된다. 다른 측면들에서 임의의 적절한 주기 관계(들)이 위상 쌍들을 위해 제공될 수 있다. 이 측면에서, 임의의 주어진 회전자 위치에서, 최대 2개의 위상들이 활성화되고 대략적으로 매 15도 구간에서, 위상들 중 하나가 비활성화되고 새로운 위상이 활성화된다.
일 측면에서 본 명세서에 설명된 교대 체계들은 도 6에서 전술한 바와 같은 하나 이상의 토크 표들을 사용할 수 있고, 상기 토크 표는 전술한 약 0 내지 약 15도 구간과 같은 임의의 적절한 회전자 구간에 대해 상전류들(iA, iB) 및 모터 위치(θ)의 함수로서 모터 토크를 테이블화한다. 일 측면에서 상기 토크 표는 다음과 같이 분석화되어 나타날 수 있다.
<수학식 1>
T=T(θ,iA, iB)
여기서 토크(T)는 위치 의존적이다. 다른 측면들에서, 상기 토크 표는 실험적으로 (예를 들어, 전술한 바와 같은 토크 곡선 생성 스테이션(510)을 이용하여) 측정될 수 있다. 또 다른 측면들에서 상기 토크 표들은 예를 들어 모터 모델의 유한 요소 분석을 통해 연산될 수 있다. 또 다른 측면들에서 토크 표들은 임의의 적절한 방법으로 생성될 수 있다. 비록 본 명세서에 설명된 교대 체계들이 전술한 약 15도 구간을 기준으로 설명될 것이지만, 다른 측면들에서 본 명세서에 설명된 교대 체계들은 임의의 적절한 구간에 적용될 수 있음에 유의한다.
상기 약 15도 주기성에 대해(다른 측면들에서 임의의 적절한 구간일 수 있음), 상전류들(iA, iB)에 대한 적절한 경계 조건들이 다음과 같이 구축될 수 있다.
<수학식 2>
θ = 15도 에서 iA = 0
그리고
<수학식 3>
θ = 15도 에서 iB = 0
예를 들어 도 3에서 나타난 2개의 상전류들을 해결하기 위해, 약 15도 구간이 절반 또는 하위-구간들로 실질적으로 분할될 수 있고, 일 절반은 약 0 내지 7.5도가 되고 다른 절반은 약 7.5 내지 15도가 된다. 하위 구간들 각각에서 상전류들 중 하나는 예를 들어 전술한 임의의 적절한 형상 함수에 의해 정의되고, 남은 상전류는 예를 들어 도 6에 나타난 것과 같은 임의의 적절한 토크 표로부터 결정될 수 있다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 회전자가 임의의 적절한 rpm에서(예시적인 목적으로 이 예에서 약 60 rpm으로) 스핀함에 따라 충전된 위상들(이 예에서 위상 A 및 B가 충전됨)에 의해 소모되는 총 전기 전력(Pc)이 도시된다. 도 9a에서의 전력 곡선은 도 8a의 상전류들에 상응하고 도 9b에서의 전력 곡선은 도 8b의 상전류들에 상응한다. 여기서, 예시적인 목적들로, 상기 모터의 이용가능한 전력이 약 540W 이도록 상기 모터의 이용가능한 전력에 대한 제약이 있을 수 있다. 다른 측면들에서 상기 전력은 예를 들어 본 명세서에 설명된 체계들에 의해 교대된 모터의 전력 소요량(power rating)과 같은 임의의 적절한 값으로 제약될 수 있다. 상기 토크는 피크 전력 소모가 약 540W 전력 제약 미만이 되도록 조절될 수 있다. 도 9a 및 도 9b에 나타난 바와 같이, 이 예에서, 약 60 rpm에서 약 540W의 전력 제약에 상응하는 토크는 도 8a의 선형 형태의 함수의 경우 약 7.1 Nm이고 도 8b의 2차원 형태의 함수의 경우 약 7.2 Nm 이다. 일 측면에서, 이하에서 더욱 설명될 바와 같이, 위상들로의 버스 공급 전력(bus supplying power)의 전압에 대한 것처럼, 형태 함수들의 기울기도 제약될 수 있음에 유의한다.
개시된 실시예의 일 측면에서, 입력 전력에 대한 주어진 제한에서 모터 토크를 최대화하는 상전류들을 결정하는 접근법이 제공될 수 있고, 여기서 도 8a 및 도 8b에서 전술한 형태의 함수들은 모터 전력 소모에 대한 제약(들)로 대체된다. 일반적으로, 모터의 단상에 걸친 전압 강하는 다음과 같이 표현될 수 있다.
<수학식 4>
V=Ri + dλ(θ,i)/dt
여기서 V는 위상에 걸친 전압이고, i는 상전류이며, R은 상저항(phase resistance)이고, dλ(θ,i))/dt는 모터 각위치(θ) 및 전류(i)에 대한 자속쇄교율(flux linkage rate)이다. 또한,
<수학식 5>
λ(θ,i) = L(θ,i)i
여기서 L(θ,i)는 인덕턴스이다. 따라서, 위상에 걸친 전압은 다음과 같이 표현될 수 있다.
<수학식 6>
Figure 112016055641002-pct00001
수학식 6의 양 변들에 i를 곱함으로써 대응 전력이 도출된다
<수학식 7>
Figure 112016055641002-pct00002
그에 따라, 예를 들어 수학식 7에 기초하여, 모터 전력 소모 또는 전체 전력에 대한 제약이 상전류들(iA, iB), 상저항(R), 자속쇄교수(flux linkage) λA(iA,θ) 및 λB(iB,θ)에 의해 각각 표현될 수 있다.
<수학식 8>
Figure 112016055641002-pct00003
여기서
Figure 112016055641002-pct00004
는 모터의 기계적 전력 출력을 나타내고(T는 모터 토크이고
Figure 112016055641002-pct00005
는 각속도임), iA 2R 및 iA 2R은 모터 와인딩들 또는 코일들에서의 저향 전력 손실을 나타내며,
Figure 112016055641002-pct00006
및
Figure 112016055641002-pct00007
는 상기 모터에 저장된 자기장 에너지를 나타낸다. 일 측면에서 상기 토크는 예를 들어 이송 장치(도 1의 111)의 운동 분석에 의해 구체화될 수 있음에 유의하며, 이는 2012년 8월 30일 출원된 "Time-Optimal Trajectories for Robotic Transfer Devices"라는 제목의 국제출원번호 PCT/US2012/052977 (WO 공개 번호 2013/033289) 및 2012년 9월 13일 출원된 "Method for Transporting a Substrate with a Substrate Transport"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 13/614,007에 설명된 바와 같고, 상기 출원들의 개시사항들은 본원에 전체로서 참조 병합된다. 다른 측면들에서 토크(및/또는 각속도)는 모터 센서들에 의해 실시간으로 얻어질 수 있고, 전력은 예를 들어 컨트롤러(400)에 의해 조절되어 총 전력이 실질적으로 Pmax 미만으로 유지된다. 모터의 토크가 주어지면, 전술한 이소-토크 표로부터 상전류들(iA, iB)이 결정될 수 있다. 다른 측면들에서 상기 상전류들은 임의의 적절한 방법으로 결정될 수 있다. 일 측면에서, 제약식인 수학식 8은 상기 이소-토크 표들 및 수학식 2 및 3의 상전류 경계 조건들과 조합될 수 있고, 그에 따라 예를 들어 약 0 내지 약 15도 회전자 위치에서(또는 임의의 다른 적절한 회전자 위치에서) 상전류들(iA, iB)(또는 전술한 상전류 쌍들에 대한 임의의 다른 적절한 상전류들)이 결정될 수 있다.
개시된 실시예의 다른 측면에서, 입력 전력에 대한 주어진 제한에 대한 모터 토크를 최대화하는 상전류들을 결정하기 위한 접근법이 제공될 수 있고 여기서 도 8a 및 도 8b에 대해 전술한 바와 같은 형태 함수들이 상전압(Vbus)에 대한 제약(들)로 대체된다. 예를 들어, 수학식 6에서 전술한 위상에 걸친 전압을 전제로, 상기 위상들(이 예에서 위상들 A 및 B) 각각에서의 전압에 대한 제약은 다음과 같이 표현될 수 있다.
<수학식 9>
Figure 112016055641002-pct00008
그리고
<수학식 10>
Figure 112016055641002-pct00009
여기서
Figure 112016055641002-pct00010
및
Figure 112016055641002-pct00011
는 예를 들어 이소-토크 표들, 모터 모델들로부터, 실증적으로, 모터 센서들로부터 또는 임의의 다른 적절한 방법으로 결정될 수 있다. 일 측면에서, 제약식인 수학식 8은 상기 이소-토크 표들 및 수학식 2 및 3의 상전류 경계 조건들과 조합될 수 있고, 그에 따라 예를 들어 약 0 내지 약 15도 회전자 위치에서(또는 임의의 다른 적절한 회전자 위치에서) 상전류들(iA, iB)(또는 전술한 상전류 쌍들에 대한 임의의 다른 적절한 상전류들)이 결정될 수 있다. 일 측면에서, 제약식인 수학식 9 및 10은 수학식 2 및 3의 상전류 경계 조건들 및 상기 이소-토크 표들과 조합될 수 있어, 예를 들어 약 0 내지 약 15도 회전자 위치에서(또는 임의의 다른 적절한 회전자 위치에서) 상전류들(iA, iB)(또는 전술한 상전류 쌍들에 대한 임의의 다른 적절한 상전류들)이 결정될 수 있다.
개시된 실시예의 일 측면에서, 추가적인 교대 체계가 제공될 수 있고 여기서 최소 전력(Pmin)이 이하에서 설명될 바와 같이 달성된다. 본 명세서에서 바람직한 토크는 예를 들어 전술한 이송 장치(도 1의 111)의 위치 제어 루프(position control loop)로부터 알려진다. 도 10a 및 도 10b를 참조하면, (전술한 것들과 실질적으로 유사한) 이소-토크 표들은, 주어진 토크 및 모터 회전자 위치들에 대한 임의의 적절한 방법으로, iA 및 iB와 같은 상전류들을 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 측면에서 상전류들(iA 및 iB)의 고유 집합(도 6도 참조)은 바람직한 이소-토크 라인을 따라 식별될 수 있고, 그에 따라 상들 A 및 B 내에서 최소 소실 전력이 달성된다. 다른 측면들에서, 최소 전력(Pmin)은 수치 분석을 통해, 실증적으로, 등 다양한 방법으로 결정될 수 있다. 최소 전력이 달성되면 상응하는 상전류들(iA 및 iB)은, 대응하는 회전자 위치에서 그리고 주어진 원하는 토크에 대해서 예를 들어 표 내에 또는 그와 같은 다른 방법으로 기록될 수 있다. 위 수학식 9 및 10이 주어진 토크 및 토크 위치에 대한 최소 전력(Pmin)과 연관된 상전류들(iA 및 iB)이 버스 전압(Vbus)에 의해 부여된 제약에 응할 수 있음을 확인하는데 사용될 수 있다.
개시된 실시예의 다른 측면에서, 실시간 비교기 교대 체계가 모터(100)를 동작하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(400)는 모터(100)의 실시간 동작 동안 코일 인덕턴스의 변화를 처리하는 전류 피드백 루프를 포함할 수 있다. 이 전류 피드백 루프는 모터(100) 내 토크 리플 효과에 대한 토크 보상을 허용할 수 있다. 예를 들어, 도 12 및 도 13을 참조하면, 컨트롤러(400)는 메모리(400M), 위치 루프 모듈(1200), 교대 루프 모듈(1201), 전류 루프 모듈, 토크 리플 추정기, 및 인덕턴스 모델 모듈을 포함할 수 있다. 모터(100)는 모터 위상 플랜트 모듈(motor phase plant module, 100M1) 및 모터 자기 회로 플랜트 모듈(100M2)을 포함할 수 있다. 여기서, 예를 들어, 원하는 경로(trajectory) 및 실제 상태 피드백이 모터(100)에 의해 인가된 원하는 토크를 계산하도록 구성된 위치 루프 모듈(1200) 내로 입력된다. 상기 원하는 토크는 (예를 들어 모터 센서들에 의해 결정되는 바와 같은) 모터의 실제 위치 및 속도를 이용하여 모터(100)에 부과될 원하는 상전류들을 계산하도록 구성될 수 있는 교대 루프 모듈(1201) 내로 입력된다. 상기 원하는 상전류들은 전류 루프 모듈(1202) 내로 입력되며 상기 전류 루프 모듈은 실제 상전류를 피드백으로 채용하여 모터(100)의 대응 코일들(104)의 단자들에서의 상전압을 계산할 수 있다.
인덕턴스 모델 모듈(1204)은 (상기 인덕턴스 모델은 dλ/di=L(θ,i)로 나타낼 수 있음) 예를 들어 모터의 실제 위치 및 실제 상전류에 의해 모터(100)의 인덕턴스의 변화들을 처리하도록 구성될 수 있고, 그에 따라 상기 전류 루프 모델은 더 실제적인 인덕턴스를 위해 그것의 제어 이득을 더 잘 활용할 수 있고 가변 릴럭턴스 모터에 존재하는 인덕턴스의 큰 변동에 더 잘 대응할 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 전류 루프 모듈(1202)에 의해 생성되는 상전압은 일부 토크 리플을 야기할 수 있다. 이 토크 리플을 저감하기 위해 상전압 수정 신호가 상전압에 인가될 수 있다. 상기 토크 리플 추정기(1203)는 하나 이상의 추정된 인덕턴스, 실제 상전류, 자속쇄교율, 실제 위치, 실제 속도, 및 바람직한 토크를 사용하여 실제 토크가 생성되는 모터 자기 회로(100M2)의 출력에서의 상기 토크 리플의 저감을 가져올 적절한 상전압 수정을 실시간으로 계산할 수 있다.
상기 토크 리플 추정기에 의해 사용되는 (dλ/dt로 표현될 수 있는) 자속쇄교율은 도 11a 및 도 11b에 나타난 센서 또는 픽업 코일(1100)과 같은 임의의 적절한 방식으로 측정될 수 있으며, 이는 대응 코일 상에 또는 그에 인접하여 배치될 수 있다. 다른 측면들에서 센서(1100)는 자속쇄교수를 측정하기 위한 임의의 적절한 위치에 위치될 수 있다. 센서(1100)는, 위상 코일(104)이 충전됨에 따라 (예를 들어, 교대의 결과로) 고정자 폴(103P) 내에 생성된 자속쇄교수가 센서(1100)에 유도되도록 위치된 독립 코일일 수 있다. 센서(1100) 코일에 걸친 단자 전압, 저항, 전류와 함께 자속쇄교수의 변화율이 전술한 수학식 4에 의해 정의된다. 센서(1100)를 (아날로그-디지털 컨버터 또는 임의의 다른 적절한 고 임피던스 채널과 같은) 고임피던스 채널에 연결함으로써 관련 전류가 무시될 수 있고 남은 것은 고정자 폴에 걸친 자속쇄교수의 변화율의 실질적인 직접적인 측정치인 단자 전압이다(이하의 수학식 11 참조).
각각의 모터 위상은 각각의 회전자 위치에 대한 자속쇄교율을 제공하도록 구성된 그것의 고유 센서(1100)를 가질 수 있다.
<수학식 11>
V=dλ/dt
토크 리플 추정기에 의해 수행된 토크 리플 보상은 모터 출력에 의해 생성되는 실제 토크의 간접적인 측정 능력을 포함함에 유의한다. 이 실제 토크의 간접적인 측정은 바람직한 토크와 비교되고 그에 따라 토크 리플 추정기는 실제 토크가 바람직한 토크에 접근하게끔 할 상전압 수정을 계산할 수 있다. 상기 실제 토크의 간접적인 측정은 이하의 수학식으로부터 유도될 수 있다.
<수학식 12>
Figure 112016055641002-pct00012
수학식 12를 사용하여 그리고 자속쇄교수의 편미분을 사용하여(위 수학식 5 참조), 실제 토크의 간접적인 측정이 이하의 식으로부터 계산될 수 있다.
<수학식 13>
Figure 112016055641002-pct00013
여기서 자속쇄교수 dλ/dt는 전술한 바와 같이 측정되고(수학식 11 참조), 인덕턴스
Figure 112016055641002-pct00014
는 룩업 테이블, 모델을 이용하여, 실증적으로, 또는 임의의 다른 적절한 방식으로 결정되고, 표현
Figure 112016055641002-pct00015
는 예를 들어 전류 및 속도 피드백 또는 임의의 다른 적절한 방법으로부터 계산될 수 있다.
결과 상전류가 수정된 상전압으로부터 (예를 들어, 상전압 수정 이후의 수정된 상전압이 토크 리플 추정기에 의해 인가되어) 생성될 수 있고, 이는 후속하여 모터 자기 회로(100M2)에 의해 제공되는 실제 토크를 생성하는데 사용될 수 있다. 불활성 플랜트(inertial plant, 1205)는 (전술한 이송 장치(111)와 실질적으로 유사할 수 있으며) 불활성 플랜트(1205)의 위치, 속도 및 대응하는 가속도를 생성함으로써 인가되는 실제 토크와 작용한다. 상기 불활성 플랜트의 상기 가속도, 속도 및 위치 상태들은 이후 도 12 및 도 13에 나타난 적절한 제어 루프 모듈들로 피드백된다.
본 명세서에 설명된 개시된 실시예들의 측면에서 상기 토크-전류-위치 관계는, 예를 들어 바람직한 토크 및 회전자 위치가 제시간에 확정되는(fixed in time) 정상 상태 조건들 하에서, 모터 위치 및 상전류들의 함수로서의 모터 모크를 반영한다. 만일 로봇 응용분야의 경우에서와 같이 시간에 따라 변동하는 상기 토크 또는 회전자 위치의 경우, 고정 토크 관계들의 유효성은 모터 운동의 응답 속도에 의해 결정될 수 있다. 모터 운동의 측정은 모터의 토크 스텝 응답(torque step respond)의 속도이다. 도 14는 약 3 Nm의 토크로 지시된 브러쉬리스 DC 모터의 토크 출력을 도시한다. 모터 토크 스텝 응답(예를 들어 운동 응답 시간)은 임의의 적절한 방식으로 측정될 수 있다. 또한, 도 14는 (상기 브러쉬리스 DC 모터와 유사한 폼 팩터(form factor)을 갖는) 가변 릴럭턴스 모터의 토크 스텝 응답도 도시한다. 도 14 및 도 15에서 상기 브러쉬리스 DC 모터는 가변 릴럭턴스 모터보다 더 빠른 응답 시간을 가짐을 알 수 있다. 가변 릴럭턴스 모터의 토크 곡선은 실질적으로 0 기울기에서 시작할 수 있는 반면에 브러쉬리스 DC 모터의 토크 곡선은 0이 아닌 기울기로 시작할 수 있음에 유의한다. 이는 스위치된 릴럭턴스 모터에서 토크-전류 관계는 2차원인 반면에 브러쉬리스 DC 모터의 토크-전류 관계는 선형이기 때문이다. 따라서, 브러쉬리스 DC 모터와 비교하여, 종래의 스위치된 릴럭턴스 모터는 영전류 및 토크들 인근에서 본질적으로 느린 응답 시간을 가질 수 있음이 예상된다. 개시된 실시예의 일 측면에서 (적절한 알고리즘으로 구체화될 수 있는 바와 같은) 상기 시스템 및 방법은 이하에서 더욱 구체적으로 설명할 바와 같이 스위치된 릴럭턴스 모터의 0에 가까운 토크/전류에서의 더 빠른 응답을 허용한다. 개시된 실시예의 측면들에 따르면 가변 릴럭턴스 모터의 운동 응답은 다음과 같이 개선될 수 있다. 이하의 수학식을 참조한다
<수학식 14>
Figure 112016055641002-pct00016
<수학식 15>
Figure 112016055641002-pct00017
여기서 TVRM은 가변(또는 스위치된) 릴럭턴스 모터 토크이고, "i"는 상전류, 그리고 "θ"는 회전자 위치이고, "f(θ)"는 회전자 위치에 대한 의존성을 나타낸다; 이는 모터(100)와 같은 가변 릴럭턴스 모터의 운동 응답이 상전류의 함수일 수 있다는 수학식 15를 따른다; 상기 가변 릴럭턴스 모터의 운동 응답(TVRM/dt)은 상전류의 증가와 함께 증가한다; 그리고 상기 운동 응답은 코일들(104)을 통하는 전류가 없을 때 실질적으로 0이다(도 1e 및 도 1f 참조).
개시된 실시예의 이 측면에서, 다시 도 1e 및 도 1f를 참조하면, 교대 체계는 0 토크에서 0이 아닌 상전류를 가져야 한다. 0이 아닌 상전류는 모터의 다른 위상들에서 "바이어스 토크(bias torque)"를 생성할 수 있고 그에 따라 모터의 동적 응답 시간이 증가된다(예를 들어 더 빨라짐)(예를 들어, T=0과 원하는 토크(Tdemand) 사이의 경사도가 변화됨). 모터(100)와 같은 4상 모터에서, 2개의 위상들을 충전하는 것은(충전되는 위상들은 회전자 위치에 의해 결정됨) 일 방향에서의 토크를 야기하고 나머지 2개의 위상들을 충전하는 것은 반대 방향에서의 토크를 야기한다. 명목상으로는, 단지 2개의 위상들만이 토크의 방향에 의존하여 충전된다. 여기서, 교대 체계는 모든 4개의 위상들을 충전하고 그에 따라 모터의 요구되는 토크가 실질적으로 0인 경우, 2개의 위상들 A, B로 인한 양성 토크(positive torque)는 남은 2개의 위상들 C, D로 인한 음성 토크(negarive torque)에 의해 균형잡혀져 순토크(net torque)는 0이다. 실질적으로, (예를 들어, 순토크가 실질적으로 0 또는 균형잡혀지도록) 모든 4개의 위상들(A-D)을 균형잡힌 방식으로 충전하는 것은 모터(100)의 0 토크 상태에서 0이 아닌 전류를 제공하며 수학식 15에 의해 표현된 바와 같이 가변 릴럭턴스 액츄에이터의 응답 시간(또는 유효 대역폭(effective bandwidth)을 개선시킨다.
예를 들어, 주어진 모터 위치에서, 위상들 A 및 B는 양성 모터 토크에 기여하고 위상들 C 및 D는 음성 모터 토크에 기여하며, 바람직한 토크는 T이고 ΔT는 선택된 바이어스 토크 오프셋 값이며, 함수 f는 토크-전류-위치 관계들을 나타내고, 상전류들은 다음과 같이 정의될 수 있다.
<수학식 18>
Figure 112016055641002-pct00018
그리고
<수학식 19>
Figure 112016055641002-pct00019
여기서 iA, iB, iC, iD 는 각각 위상들 A-D에서의 상전류들이다. 여기서 순수 모터 토크는 실질적으로 T와 같을 수 있고 바이어스 토크 오프셋 값(ΔT)은 임의의 적절한 방식으로 임의의 작은 값이 되도록 선택될 수 있다. 상기 바이어스 토크 오프셋 값(ΔT)은 전술한 것들과 같은, 교대 관계들로부터 결정될 수 있는 상전류들의 증가를 야기할 수 있다. 도 16은 예를 들어 약 3 Nm의 지시 토크에 대한, 브러쉬리스 DC 모터, 상전류 바이어스가 없는 가변 릴럭턴스 모터(기본 VRM), 일정한 상전류 바이어스를 갖는 가변 릴럭턴스 모터(예를 들어, 상기 바이어스가 균형잡히지 않은 토크, 즉 Tdeamd가 생성될 때 모터의 액츄에이션에 따라 실질적으로 변화하지 않는 경우), 가변 상전류 바이어스를 갖는 가변 릴럭턴스 모터(상기 바이어스가 균형잡히지 않은 토크, 즉 Tdeamd가 생성될 때 모터의 액츄에이션에 따라 변화하는 경우)에 대한 모터 토크 스텝 응답을 도시한다. 도 16은 비교의 목적들로 다른 모터 구성들의 바람직한 토크에 대한 응답 프로파일들 도시한다. 표시들의 점선 부분들은, 정상 상태 동작 조건들에서의 대략적인 성능을 나타내고 완전성을 위해 포함되지만 그 이외에 여기에 설명된 특징들의 측면들과는 관련되지 않는다. 도 16에 나타날 수 있는 바와 같이, 일정한 상전류 바이어스를 갖는 가변 릴럭턴스 모터의 응답 (상승) 시간은 기본 VRM(토크 바이어스 없음) 대비 감소하고 가변 상전류 바이어스를 갖는 가변 릴럭턴스 모터의 응답 시간은 일정한 상전류 바이어스를 갖는 가변 릴럭턴스 모터의 응답 시간은 대비 감소한다. 모터 전력의 손실을 최소화하기 위해 오프셋 토크는 요구되는 바에 따라 그리고 응용제품에 의해 결정되는 바에 따라 0이 아닌 값으로 설정될 수 있다. 일 측면에서, 상기 0이 아닌 상전류는, 요구되는 토크와 일치하여 인가되는 대신에, 바람직한 Tdemand가 요구되는 예상 시간 이전의 소정 시간에서 또는 소정 시구간 내에서와 같이, 임의의 적절한 시간에 인가되어 오프셋 토크를 생성할 수 있다(도 17의 블록 1700). 또한, 도 16에 나타난 바와 같이, 시변 토크 오프셋 프로파일(time-varying torque offset profile)은 일정한 토크 오프셋보다 더 빠른 운동 응답을 가져올 수 있다. 일 측면에서, 예를 들어 로봇 이송 응용분야에서 더 빠른 운동 응답을 가능케 하기 위해, 컨트롤러(400)와 같은 컨트롤러는 (도 1e에서의 이송 장치(111)와 같은) 로봇 조작기 움직임 바로 전에(예를 들어, 전술한 사전-토크를 생성하는 사전-토크 명령과 함께) 또는 시작 시에 (예를 들어 소정의 시작값으로 설정된) 바이어스 토크를 램프 업 하도록 구성될 수 있고(도 17의 블록 1701), 상기 움직임이 개시됨에 따라 및/또는 요구되는 또는 최대 토크 및/또는 (예를 들어, 이송 장치에 의해 운반되는 기판의 가속도와 같은) 가속도에 도달하기 이전에 (예를 들어, 상기 소정의 시작 값보다 작은 값으로 감소되도록) 램프 다운 하도록 구성될 수 있다(도 17의 블록 1702). 이 바이어스 토크의 램프 업 및 램프 다운은, 원하는 타겟 들어올림 또는 놓음에 대한 로봇 조작기의 임의의 "오버슈트(overshoot)"(예를 들어 뒤로 움직임)를 실질적으로 방지하거나 그 외에 이를 감소시킬 수 있다. 일 측면에서 상기 램프 업 및 램프 다운 바이어스 토크 프로파일은 로봇 조작기 움직임 기간보다 여러 단위(several orders of magnitude) 짧은 구간으로 선택될 수 있다(예를 들어, 램프 업 및 램프 다운 기간들은 로봇 조작 움직임의 기간에 비해 무시할 수 있다). 다른 측면들에서 상기 램프 업 및 램프 다운 프로파일들은 임의의 적절한 기간을 가질 수 있다. 일 측면에서 상기 램프 업 및 램프 다운 프로파일들은 0 토크에서 실질적으로 0의 기울기들을 가질 수 있고, 상기 램프 업 및 램프 다운의 기간은 이용가능한 버스 전압 및/또는 모터 코일 인덕턴스에 의해 결정될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 바이어스 토크는 로봇 조작기 움직임의 하나 이상의 영역에서(예를 들어, 움직임의 시작점에서, 움직임의 종점에서, 및/또는 상기 움직임의 시작점과 종점 사이의 하나 이상의 지점에서) 제공될 수 있다. 일 측면에서 상기 토크 바이어스의 상기 램프 업은 상기 바이어스 토크의 점진적인 증가일 수 있다. 다른 측면에서 상기 바이어스 토크의 상기 램프 다운은 바람직한 운동 응답 시간에 의존할 수 있다.
전술한 바와 같이, 컨트롤러(도 1e의 400)는 (이전에 그 전체가 본원에 참조로서 병합된) 미국 특허 번호 7,904,182에 설명된 것과 유사한 고레벨 컨트롤러들 및 저레벨 컨트롤러들을 포함하는 배치 구조를 가질 수 있다. 일 측면에서 이소-토크 표들은 하나 이상의 고레벨 컨트롤러들에 존재할 수 있고 그에 따라 임의의 적절한 계산들, 비교들, 가변 릴럭턴스 모터들로의 명령들의 발송, 가변 릴럭턴스 모터들의 동작 특성들의 감시, 모터의 토크 출력의 수정 등을 포함할 수 있는 교대 체계들의 측면들은 하나 이상의 저레벨 컨트롤러들에 의해 수행될 수 있다.
이해될 수 있는 바와 같이, 개시된 실시예들의 측면들은 개별적으로 또는 임의의 적절한 조합으로 채용될 수 있다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 가변 릴럭턴스 모터 로드 맵핑 장치가 제공된다. 상기 장치는 프레임, 상기 프레임 상에 배치되며 가변 릴럭턴스 모터를 탑재하도록 구성된 인터페이스, 상기 프레임에 탑재되고 상기 가변 릴럭턴스 모터와 체결된 정적 로드 셀, 및 상기 정적 로드 셀 및 상기 가변 릴럭턴스 모터에 연통가능하게 체결된 컨트롤러를 포함한다. 상기 컨트롤러는 상기 가변 릴럭턴스 모터의 적어도 하나의 모터 위상을 선택하고, 상기 적어도 하나의 모터 위상을 충전하며, 적어도 상기 정적 로드 셀로부터 모터 동작 데이터를 수신하여 모터 동작 데이터 룩업 테이블들의 배열을 생성하고 맵핑하도록 구성된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 정적 로드 셀 및 상기 가변 릴럭턴스 모터로부터의 모터 동작 데이터를 수신하도록 구성되고, 상기 모터 동작 데이터는 정적 모터 토크, 모터 회전자 위치 및 상기 적어도 개별 모터 위상 각각에 대한 대응 상전류 중 적어도 하나를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 컨트롤러는, 인접 모터 위상들에 대한 회전자 위치 및 상전류들의 함수로서의 일정한 토크 값들을 상기 모터 동작 데이터로부터 생성하도록 구성된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 컨트롤러는 각각의 일정한 토크 값과 연관된 최소 전력값들을 생성하고 상기 최소 전력값들을 룩업 테이블에 제공하도록 구성된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 컨트롤러는 모터 동작 데이터 룩업 테이블들을 생성하도록 구성되고, 각각의 모터 동작 데이터 룩업 테이블은 주어진 회전자 위치에 대한 상응하는 상전류들 및 일정한 토크 값들의 배열을 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 컨트롤러는, 각각의 소정의 회전자 위치에 상응하는 소정의 회전자 위치들의 배열에 대해, 소정의 전류 조합들의 배열에서 인접 모터 위상들을 충전하고, 상기 정적 로드 셀로부터, 상기 소정의 전류 조합들 각각에 대한 결과 정적 토크를 수신하도록 구성된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 컨트롤러는, 각각의 소정의 회전자 위치 및 소정의 제1 모터 상전류에 대해, 추가 모터 상전류 또는 추가 상전류들의 임의의 적절한 조합을 변화시키도록 구성된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 컨트롤러는 결과 정적 토크로부터 토크 값들을 생성하고 각각의 소정의 회전자 위치에 대한 연관된 상전류 조합들과 상기 토크 값들을 맵핑하여 모터 동작 데이터 룩업 테이블들의 배열을 형성하도록 구성된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 가변 릴럭턴스 모터용 모터 로드를 결정짓는 위치, 전류, 토크 사이의 관계를 특정 짓는 방법이 제공된다. 상기 방법은 정적 로드 셀을 제공하는 단계, 상기 정적 로드 셀을 상기 가변 릴럭턴스에 체결하는 단계, 상기 적어도 하나의 모터 위상을 충전하는 단계, 적어도 상기 정적 로드 셀로부터 컨트롤러 모터 동작 데이터를 수신하는 단계, 및 상기 컨트롤러로 모터 동작 데이터 룩업 테이블들의 배열을 생성하고 맵핑하는 단계를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 방법은 상기 컨트롤러로 상기 정적 로드 셀 및 상기 가별 릴럭턴스 모터로부터 모터 동작 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하고 상기 모터 동작 데이터는 정적 모터 토크, 모터 회전자 위치 및 상기 적어도 개별 모터 위상 각각에 대한 대응 상전류 중 적어도 하나를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 방법은, 상기 컨트롤러로, 회전자 위치 및 상전류들의 함수로서의 일정한 토크 값들을 상기 모터 동작 데이터로부터 생성하는 단계를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 컨트롤러는 각각의 일정한 토크 값과 연관된 최소 전력값들을 생성하고 상기 최소 전력값들을 룩업 테이블에 제공하도록 구성된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 각각의 모터 동작 데이터 룩업 테이블은 주어진 회전자 위치에 대한 상응하는 상전류들 및 일정한 토크 값들의 배열을 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 방법은, 상기 컨트롤러로, 소정의 회전자 위치들의 배열에 대해 소정의 전류 조합들의 배열에서 모터 위상들을 충전하고, 상기 정적 로드 셀로부터, 상기 소정의 전류 조합들 각각 그리고 상응하는 회전자 위치들에 대한 결과 정적 토크를 수신하는 단계를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 방법은 상기 컨트롤러로 각각의 소정의 회전자 위치 및 소정의 제1 모터 상전류에 대해 추가 모터 상전류를 변화시키는 단계를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 방법은, 상기 컨트롤러로, 상기 결과 정적 토크로부터 토크 값들을 생성하고 각각의 소정의 회전자 위치에 대한 연관된 상전류 조합들과 상기 토크 값들을 맵핑하여 모터 동작 데이터 룩업 테이블들의 배열을 형성하는 단계를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 방법은 로드(load)를 가변 릴럭턴스 모터의 출력 샤프트에 체결하는 단계, 상기 가변 릴럭턴스 모터를 갖는 상기 출력 샤프트에 대한 정적 토크들의 배열을 생성하는 단계, 상기 가변 릴럭턴스 모터의 회전자 위치를 조절하는 단계, 및 컨트롤러로, 상기 가변 릴럭턴스 모터의 인접 위상들에 대한 상전류들, 회전자 위치, 및 정적 토크값을 포함하는 모터 데이터를 기록하는 단계를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상전류 조합들의 배열은 상기 정적 토크들의 배열 내 각각의 정적 토크값에 대한 인접 위상들에 대해 기록된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 정적 토크들의 배열은 회전자 위치들의 배열 내 각각의 회전자 위치에 대해 생성된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 컨트롤러로, 상기 정적 토크들의 배열을 각각의 회전자 위치에 대한 대응하는 상전류 조합들과 맵핑하여 데이터 룩업 테이블을 형성하는 단계를 더 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 방법은 상기 컨트롤러로, 소정의 회전자 위치들의 배열에 대한 소정의 전류 조합들의 배열에서의 모터 위상들을 충전하는 단계 및 각각의 소정의 전류 조합들 및 상응하는 회전자 위치들에 대한 결과 정적 토크값들을 기록하는 단계를 더 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 방법은 상기 컨트롤러로 각각의 소정의 회전자 위치 및 소정의 제1 모터 상전류에 대해, 추가 모터 위상(들) 전류를 변화시키는 단계를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 전기 기계가 제공된다. 상기 브러쉬리스 전기 기계는 적어도 하나의 회전자 폴을 갖는 수동 회전자, 적어도 하나의 고정자 폴 및 상기 적어도 하나의 고정자 폴 각각에 연관된 위상 코일을 갖는 고정자, 각각의 위상 코일로의 전류를 제어하여 소정의 회전자 토크를 생성하도록 구성된 컨트롤러를 포함하고, 상기 위상 코일은 상기 회전자와 고정자 사이의 자기 회로 내 자속(flux)을 구축하도록 구성되고, 상기 회전자 및 고정자는 소정의 전기 기계 폼 팩터(form factor)를 정의하며, 상기 컨트롤러는 적어도 소정의 일정한 토크 값들 및 관련된 상전류 값들로 프로그램되고, 그에 따라 상기 컨트롤러는 상기 소정의 일정한 토크 값들 및 관련된 상전류 값들에 기초하여 요구되는 회전자 토크를 생성하기 위해 각각의 위상 코일에 대한 상기 전류를 결정한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 소정의 일정한 토크 값들 및 관련된 상전류 값들은 실증적으로 생성된 값들이다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 브러쉬리스 전기 기계의 상기 소정의 일정한 토크 값들 및 관련된 상전류 값들은 수치 모델링 분석 또는 유한 요소 분석 중 하나를 포함하는 시스템 모델링 분석으로부터 생성된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 브러쉬리스 전기 기계는 회전 또는 선형 구성 중 어느 하나인 가변 릴럭턴스 모터를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 브러쉬리스 전기 기계는 진공 환경에서의 동작을 위해 구성된 가변 릴럭턴스 모터를 더 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 수동 회전자는 무코일(coil-less) 및 무자석(magnet-less) 회전자이다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 관련된 상전류 값들은 상전류 값들의 배열이고 그에 따라 각각의 상전류 벡터는 상기 상전류 값들의 배열에 공통되는 상기 소정의 일정한 토크 값들을 만들어 낸다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 소정의 일정한 토크 값들 각각과 연관된 최소 전력 값들로 프로그램된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 소정의 일정한 토크 값들 및 연관된 전력 값들 및 상전류 값들은 상기 소정의 전기 기계 폼 팩터와 유사한 폼 팩터를 갖는 모든 전기 기계에 대체 가능하다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 관련된 상전류 값들은 미리 측정된 전류 값들이다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 일정한 토크 값들 및 관련된 상전류 값들은 모터 위상들의 상전류 크기들, 토크, 및 회전자 위치에 대한 하나 이상의 교대 테이블들(commutation tables)을 형성한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 가변 릴럭턴스 모터 컨트롤러가 제공된다. 상기 컨트롤러는 가변 릴럭턴스 모터의 소정의 동작 특성들을 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서들, 상기 가변 릴럭턴스 모터에 상전압을 제공하도록 구성된 전류 루프 모듈, 및 상기 소정의 동작 특성들에 기초하여, 실질적인 실시간 상전압 수정 신호를 생성하고 이를 상기 상전압에 인가하여 상기 가변 릴럭턴스 모터의 토크 리플 효과를 저감하도록 구성된 토크 리플 추정기를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 소정의 동작 특성들은 모터 회전자 위치, 모터 회전자 각속도, 각각의 모터 위상에 대한 상전류, 각각의 위상의 인덕턴스 및 자속쇄교율 중 하나 이상을 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 자속쇄교율은 측정된 값으로부터 결정된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 하나 이상의 센서들은 각각의 모터 위상 코일에 또는 그에 인접하게 배치된 픽업 코일(pick up coil)을 포함하고, 상기 픽업 코일은 대응 모터 위상 코일과 연관된 자속쇄교수를 측정하도록 구성된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 인덕턴스는 상기 컨트롤러에 의해 룩업 테이블 또는 모터 모델로부터 얻어진 추정 인덕턴스이다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 가변 릴럭턴스 모터 컨트롤러는 모터 회전자 위치 및 상전류에 대한 상기 모터의 인덕턴스의 변화들을 결정하도록 구성된 인덕턴스 모듈을 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 토크 리플 추정기는 바람직한 모터 토크와 실제 모터 토크 간에 실시간 비교기를 포함하고 그에 따라 상기 전압 수정 신호는 상기 실제 모터 토크가 상기 바람직한 모터 토크에 접근하게끔 한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 브러쉬리스 전기 기계가 제공된다. 상기 브러쉬리스 전기 기계는 적어도 하나의 회전자 폴을 갖는 수동 회전자, 적어도 하나의 고정자 폴 및 상기 적어도 하나의 고정자 폴 각각에 연관된 위상 코일을 갖는 고정자, 각각의 위상 코일로의 전류를 제어하여 소정의 회전자 토크를 생성하도록 구성된 컨트롤러를 포함하고, 상기 위상 코일은 상기 회전자와 고정자 사이의 자기 회로 내 자속(flux)을 구축하도록 구성되고, 상기 회전자 및 고정자는 소정의 전기 기계 폼 팩터(form factor)를 정의하며, 상기 컨트롤러는, 0 토크의 모터 출력에서 각각의 위상 코일에 0이 아닌 상전류가 제공되도록 프로그램된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 각각의 위상 코일에 제공된 상기 0이 아닌 상전류는 실질적으로 0과 동일한 순토크(net torque)를 가져다 준다.
개시된 실시예의 하나 이상의 측면들에 따르면, 상기 0이 아닌 상전류는 상기 브러쉬리스 전기 기계의 운동 응답 시간의 감소(즉, 증가된 응답 속도)를 가져다 준다.
전술한 설명은 개시된 실시예의 측면들의 단지 예시적인 도시임이 이해되어야 한다. 다양한 대안들 및 변형들이 개시된 실시예의 측면들을 벗어나지 않고 당업자에 의해 고안될 수 있다. 따라서, 개시된 실시예의 측면들은 첨부된 청구항의 범위 내에 있는 모든 그러한 대안들, 변형들 및 변동들을 포함하도록 의도된다. 또한, 다른 특징들이 서로 다른 종속 또는 독립 청구항들에 기재된다는 단순한 사실은, 이러한 특징들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내는 것이 아니며, 그러한 조합은 본 발명의 측면들의 범위 내로 유지된다고 할 것이다.

Claims (27)

  1. 가변 릴럭턴스 모터 로드 맵핑 장치(variable reluctance motor load mapping apparatus)로서,
    프레임;
    상기 프레임 상에 배치되며 상기 프레임에 가변 릴럭턴스 모터를 탑재하도록 구성된 인터페이스;
    상기 프레임에 탑재되고 상기 가변 릴럭턴스 모터와 체결되어 상기 가변 릴럭턴스 모터의 모터 토크와 작용하는 정적 로드 셀; 및
    상기 정적 로드 셀 및 상기 가변 릴럭턴스 모터에 연통가능하게 체결된 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 가변 릴럭턴스 모터의 적어도 하나의 모터 위상을 선택하고, 상기 적어도 하나의 모터 위상을 충전하며, 상기 정적 로드 셀로부터 상기 가변 릴럭턴스 모터의 상기 모터 토크의 적어도 정적 로드 셀 작용으로부터의 모터 동작 데이터를 수신하여 모터 동작 데이터 룩업 테이블들의 배열을 생성하고 맵핑하도록 구성되는, 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 정적 로드 셀 및 상기 가변 릴럭턴스 모터로부터의 모터 동작 데이터를 수신하도록 구성되고, 상기 모터 동작 데이터는 정적 모터 토크, 모터 회전자 위치 및 상기 적어도 하나의 모터 위상 각각에 개별적으로 관련된 대응 상전류 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 인접 모터 위상들에 대한 회전자 위치 및 상전류들의 함수로서의 일정한 토크 값들을 상기 모터 동작 데이터로부터 생성하도록 구성되는, 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 컨트롤러는 각각의 일정한 토크 값과 연관된 최소 전력값들을 생성하고 상기 최소 전력값들을 룩업 테이블에 제공하도록 구성된, 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는 모터 동작 데이터 룩업 테이블들을 생성하도록 구성되고,
    각각의 모터 동작 데이터 룩업 테이블은 주어진 회전자 위치에 대한 상응하는 상전류들 및 일정한 토크 값들의 배열을 포함하는, 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 각각의 소정의 회전자 위치에 상응하는 소정의 회전자 위치들의 배열에 대해, 소정의 전류 조합들의 배열에서 인접 모터 위상들을 충전하고, 상기 정적 로드 셀로부터, 상기 소정의 전류 조합들 각각에 대한 결과 정적 토크를 수신하도록 구성되는, 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 각각의 소정의 회전자 위치 및 소정의 제1 모터 상전류에 대해, 추가 모터 상전류 또는 추가 상전류들의 임의의 조합을 변화시키도록 구성되는, 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 컨트롤러는 결과 정적 토크로부터 토크 값들을 생성하고 각각의 소정의 회전자 위치에 대한 연관된 상전류 조합들과 상기 토크 값들을 맵핑하여 모터 동작 데이터 룩업 테이블들의 배열을 형성하도록 구성되는, 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 브러쉬리스 전기 기계로서,
    적어도 하나의 회전자 폴을 갖는 수동 회전자(passive rotor);
    적어도 하나의 고정자 폴 및 상기 적어도 하나의 고정자 폴 각각에 연관된 위상 코일을 갖는 고정자; 및
    각각의 위상 코일로의 전류를 제어하여 소정의 회전자 토크를 생성하도록 구성된 컨트롤러를 포함하고,
    상기 위상 코일은 상기 회전자와 고정자 사이의 자기 회로 내 자속(flux)을 구축하도록 구성되고,
    상기 회전자 및 고정자는 소정의 전기 기계 폼 팩터(form factor)를 정의하며,
    상기 컨트롤러는 적어도 소정의 일정한 토크 값들 및 상기 소정의 일정한 토크 값들과 조합하여 대응되는 각각의 위상 코일 및 인접 위상 코일들에 대한 대응하는 조합된 상전류 값들로 프로그램되고, 그에 따라 상기 컨트롤러는 상기 소정의 일정한 토크 값들 및 각각의 위상 코일 및 상기 인접 위상 코일들에 대한 상기 대응하는 조합된 상전류 값들에 기초하여 요구되는 회전자 토크를 생성하기 위해 각각의 위상 코일에 대한 상기 전류를 결정하는, 브러쉬리스 전기 기계.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 소정의 일정한 토크 값들 및 상기 대응하는 조합된 상전류 값들은 실험에 의해 생성되는, 브러쉬리스 전기 기계.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 브러쉬리스 전기 기계의 상기 소정의 일정한 토크 값들 및 상기 대응하는 조합된 상전류 값들은 수치 모델링 분석 또는 유한 요소 분석 중 하나를 포함하는 시스템 모델링 분석으로부터 생성되는, 브러쉬리스 전기 기계.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 수동 회전자 및 상기 고정자는 회전 또는 선형 구성 중 어느 하나인 가변 릴럭턴스 모터를 형성하는, 브러쉬리스 전기 기계.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 수동 회전자 및 상기 고정자는 진공 환경에서의 동작을 위해 구성된 가변 릴럭턴스 모터를 형성하는, 브러쉬리스 전기 기계.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 수동 회전자는 무코일(coil-less) 및 무자석(magnet-less) 회전자인, 브러쉬리스 전기 기계.
  20. 청구항 14에 있어서,
    상기 대응하는 조합된 상전류 값들은 상전류 값들의 배열이고 그에 따라 각각의 상전류 벡터는 상기 상전류 값들의 배열에 공통되는 상기 소정의 일정한 토크 값들을 만들어 내는, 브러쉬리스 전기 기계.
  21. 청구항 14에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 소정의 일정한 토크 값들 각각과 연관된 최소 전력 값들로 프로그램되는, 브러쉬리스 전기 기계.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 소정의 일정한 토크 값들 및 연관된 전력 값들 및 상전류 값들은 상기 소정의 전기 기계 폼 팩터와 대응되는 폼 팩터를 갖는 모든 전기 기계에 대체 가능한, 브러쉬리스 전기 기계.
  23. 청구항 14에 있어서,
    상기 대응하는 조합된 상전류 값들은 미리 측정된 전류 값들인, 브러쉬리스 전기 기계.
  24. 청구항 14에 있어서,
    모터 위상들의 상전류 크기들, 토크, 및 회전자 위치에 대한 하나 이상의 교대 테이블들(commutation tables)이 상기 일정한 토크 값들 및 관련된 상전류 값들로부터 생성되는, 브러쉬리스 전기 기계.
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