KR20210148417A - 밀봉된 스위치드 릴럭턴스 모터 - Google Patents

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KR20210148417A
KR20210148417A KR1020217038890A KR20217038890A KR20210148417A KR 20210148417 A KR20210148417 A KR 20210148417A KR 1020217038890 A KR1020217038890 A KR 1020217038890A KR 20217038890 A KR20217038890 A KR 20217038890A KR 20210148417 A KR20210148417 A KR 20210148417A
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pole
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자이로 티. 모우라
자야라만 크리쉬나스아미
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브룩스 오토메이션 인코퍼레이티드
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Abstract

적어도 하나의 돌출된 회전자 극을 가지는 밀봉된 회전자와, 적어도 하나의 돌출된 고정자 극을 포함하는 고정자를 포함하며, 적어도 하나의 돌출된 고정자 극은 적어도 하나의 돌출된 고정자 극에 결부된 여기 권선을 가지며, 적어도 하나의 돌출된 회전자 극과 인터페이싱하여, 적어도 하나의 돌출된 고정자 극과 적어도 하나의 돌출된 회전자 극 사이에 축방향 플럭스 회로를 구현하는 모터가 개시된다.

Description

밀봉된 스위치드 릴럭턴스 모터{Sealed switched reluctance motor}
본 출원은 2013년 11월 13일자에 출원된 미국 임시 특허 출원 번호 제61/903,792호의 정규 출원이며, 미국 임시 특허 출원 번호 제61/903,792호의 이익과 이로부터의 우선권을 주장하고, 이는 전체로서 본 명세서에 참조 병합된다.
예시적 실시예들은 일반적으로 진공 또는 부식 환경들에서, 예를 들어, 기판 처리 장치에서 이용하기 위한 모터들에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조와 같은 어플리케이션들에서 이용되는 모터들은 브러시리스 DC 모터들(brushless DC motors)로써 전형적으로 구성된다. 이러한 어플리케이션을 위한 회전자(rotor)는 희토류들을 포함하는 다수의 영구 자석들을 일반적으로 포함할 수 있다. 영구 자석들을 회전자에 본딩하기 위해서는 특수 설비들(fixtures)이 필요할 수 있다. 예를 들어, 액츄에이션을 위한 영구 자석 모터들 및 위치 센싱을 위한 광학 인코더들을 사용하는 현존하는 직접 구동 기술은, 예를 들어, 직접 구동의 부식 물질들, 시일들(seals), 본딩된 구성 요소들 및 자석들이 초고진공 및/또는 공격적인 부식 환경들에 노출될 때에 많은 한계들을 보인다. 부식 또는 고진공 환경들에서 살아남기 위해서는, 자석 열화를 방지하기 위해 영구 자석들이 캡슐화 및 시일되는 것이 일반적으로 요구된다.
이러한 어플리케이션들을 위한 고정자들(stators)은 복잡한 슬롯 형태이고 다중 상(mutilple phases)이며 오버랩되는(overlapping) 코일들을 가진 라미네이트된 강자성체로 보통 구성된다. 종래의 라미네이트된 고정자의 구조는 적절한 조립체, 라미네이션 본딩, 코일 권선 및 설치 그리고 빡빡한 허용 오차를 충족하기 위한 적절한 기계 가공을 보장하기 위해 여러 복잡한 제조 단계들을 필요로 한다.
진공 호환성이 있고, 내식성이 있고, 비-라미네이트되고(non-laminated), 희토류들을 사용하지 않는 회전자를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 단순화된 구조를 가진, 비-라미네이트 고정자를 사용하는 것이 바람직할 것이다. 나아가, 낮은 와상 전류와 철손(iron losses)을 야기하는 짧은 플럭스 경로(flux path)를 갖는 모터를 제공하고, 높은 토크 용량(torque capacity)을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 모터는 적어도 하나의 돌출된 회전자 극(salient rotor pole)을 가지는 밀봉된 회전자(sealed rotor)와, 적어도 하나의 돌출된 고정자 극을 포함하는 고정자를 포함하고, 상기 적어도 하나의 돌출된 고정자 극은 상기 적어도 하나의 돌출된 고정자 극에 결부된 여기 권선(excitation winding)을 가지며, 상기 적어도 하나의 돌출된 회전자 극과 인터페이싱하여, 상기 적어도 하나의 돌출된 고정자 극과 상기 적어도 하나의 돌출된 회전자 극 사이에 축방향 플럭스 회로를 구현할 수 있다.
개시된 실시예의 전술한 태양들 및 다른 특징들이 첨부하는 도면들과 관련하여 취해진, 이하의 설명에서 설명된다.
도 1a 내지 도 1d는 개시된 실시예의 태양들에 따른, 기판 처리 장치 또는 툴들의 개략도들을 도시한다.
도 2는 개시된 실시예의 태양들에 따른 예시적인 모터를 도해한다.
도 3a는 개시된 실시예의 태양들에 따른 예시적인 회전자를 도해한다.
도 3b는 개시된 실시예의 태양들에 따른 예시적인 고정자를 도해한다.
도 4는 개시된 실시예의 태양들에 따른 코일 소자(coil element)를 도시한다.
도 5는 개시된 실시예의 태양들에 따른 코일 소자들 및 관련된 고정자 극들을 도시한다.
도 6은 개시된 실시예의 태양들에 따른 회전자, 고정자 및 코일 소자들을 포함하는 예시적인 조립체를 도시한다.
도 7a 내지 도 7c는 개시된 실시예의 태양들에 따른 서로 다른 예시적인 회전자들을 도시한다.
도 8은 개시된 실시예의 태양들에 따른 로봇 구동으로 일체화된 회전자, 고정자 및 코일 소자들을 도시한다.
도 9는 개시된 실시예의 태양들에 따른 코일 소자들의 예시적인 연결을 도시한다.
도 10은 개시된 실시예의 태양들에 따른 예시적인 축방향 플러스 모터를 도시한다.
도 11은 개시된 실시예의 태양들에 따른 축방향 플럭스 모터의 부분 단면도를 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 종래의 반경 방향(radial) 플럭스 머신 및 개시된 실시예의 태양들에 따른 축방향 플럭스 머신에서 플러스 플로우들을 도시한다.
도 13은 개시된 실시예의 태양들에 따른 예시적인 축방향 플럭스 모터를 도해한다.
도 14는 개시된 실시예의 태양들에 따른 고정자 극을 도시한다.
도 15는 개시된 실시예의 태양들에 따른 고정자 모듈, 회전자, 및 격리 벽(isolation wall)을 도해한다.
도 16은 개시된 실시예의 태양들에 따른 예시적인 축방향 플럭스 머신의 다른 태양을 도시한다.
도 17a는 개시된 실시예의 태양들에 따른 예시적인 회전자를 도시한다.
도 17b는 개시된 실시예의 태양들에 따른 예시적인 회전자를 도시한다.
도 18a는 개시된 실시예의 태양들에 따른 예시적인 커뮤테이션 시퀀스(commutation sequence)의 단계에서, 예시적 세트의 고정자 권선들 및 회전자의 상면도를 도시한다.
도 18b 내지 도 18h는 개시된 실시예의 태양들에 따른 예시적인 커뮤테이션 시퀀스를 도해한다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 본 명세서에서 더 개시되는 개시된 실시예의 태양들을 포함하는 기판 처리 장치 또는 툴들의 개략도들이 도시된다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 예를 들어, 반도체 툴 스테이션(1090)과 같은 처리 장치가 개시된 실시예의 일 태양에 따라 도시되었다. 반도체 툴이 도면들에서 도시되었지만, 본 명세서에 기술된 개시된 실시예의 태양들은 로봇 매니퓰레이터들(robotic manipulators)을 채용하는 임의의 툴 스테이션 또는 어플리케이션에 적용될 수 있다. 본 예시에서, 툴(1090)은 클러스터 툴로써 도시되었으나, 개시된 실시예의 태양들은 예를 들어, 명칭이 "Linearly Distributed Semiconductor Workpiece Processing Tool"이고 2006년 5월 26일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제11/442,511호에 기재되고 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같은 선형 툴 스테이션과 같은 임의의 적절한 툴에 적용될 수 있고, 상기 제11/442,511호는 전체로서 본 명세서에 참조 병합된다. 툴 스테이션(1090)은 일반적으로, 대기의(atmosphere) 프론트 엔드(1000), 진공 로드락(load lock)(1010) 및 진공 백 엔드(back end)(1020)를 포함한다. 다른 태양들에서, 툴 스테이션은 임의의 적절한 구조를 가질 수 있다. 프론트 엔드(1000), 로드락(1010) 및 백 엔드(1020) 각각의 구성 요소들은 예를 들어, 클러스터드 아키텍쳐 컨트롤(clustered architecture control)과 같은 임의의 적절한 컨트롤 아키텍쳐의 일부일 수 있는 컨트롤러(1091)에 연결될 수 있다. 컨트롤 시스템은 2011년 3월 8일자로 발행된 "Scalable Motion Control System"라는 명칭의 미국 특허 번호 제7,904,182호에 개시된 바와 같은 마스터 컨트롤러, 클러스터 컨트롤러들 및 자동 원격(autonomous remote) 컨트롤러들을 가진 폐쇄 루프 컨트롤러일 수 있고, 상기 제7,904,182호는 전체로서 본 명세서에 참조 병합된다. 다른 태양들에서, 임의의 적절한 컨트롤러 및/또는 컨트롤 시스템이 활용될 수 있다.
일 태양에서, 프론트 엔드(1000)는 일반적으로, 예를 들어, 장비 프론트 엔드 모듈(Equipment Front End Module; EFEM)과 같은 국소(mini) 환경(1060) 및 로드 포트 모듈들(1005)을 포함한다. 로드 포트 모듈들(1005)은 300 mm 로드 포트들(load ports), 전면 개구부 또는 바닥 개구부 박스들/포드들(pods) 및 카세트들(cassettes)을 위한 SEMI 표준들 E15.1, E47.1, E62, E19.5 또는 E1.9에 맞는 BOLTS(Box Opener/Loader to Tool Standard) 인터페이스들일 수 있다. 다른 태양들에서, 로드 포트 모듈들은 200 mm 웨이퍼 인터페이스들 또는 예를 들어, 플랫 패널 디스플레이들을 위한 플랫 패널들 또는 더 크거나 더 작은 웨이퍼들과 같은 다른 임의의 적절한 기판 인터페이스들로써 구성될 수 있다. 비록 두 개의 로드 포트 모듈들이 도 1a에 도시되었지만, 다른 태양들에서, 임의의 적절한 개수의 로드 포트 모듈들이 프론트 엔드(1000) 내에 일체화될 수 있다. 로드 포트 모듈들(1005)은 오버헤드 이송 시스템, 자동화 안내 운송수단들, 사람 안내 운송수단들, 레일 안내 운송수단들로부터 또는 임의의 다른 적절한 이송 방법으로부터 기판 캐리어들 또는 카세트들(1050)을 수용하도록 구성될 수 있다. 로드 포트 모듈들(1005)은 로드 포트들(1040)을 통해 국소 환경(1060)과 인터페이싱할 수 있다. 로드 포트들(1040)은 기판 카세트들(1050)과 국소 환경(1060) 사이에서 기판들의 통로를 허용할 수 있다. 일반적으로, 국소 환경(1060)은 본 명세서에 개시된 실시예의 하나 이상의 태양들과 결합할 수 있는 임의의 적절한 전달 로봇(1013)을 포함한다. 일 태양에서, 로봇(1013)은 예를 들어, 미국 특허 번호 제6,002,840호에 기재된 바와 같은 트랙 장착된 로봇(track mounted robot)일 수 있고, 상기 제6,002,840호는 전체로서 본 명세서에 참조 병합된다. 국소 환경(1060)은 다수의 로드 포트 모듈들 사이에서 기판 전달을 위한 제어된 청정 구역(clean zone)을 제공할 수 있다.
진공 로드락(1010)은 국소 환경(1060)과 백 엔드(1020)에 연결되고, 국소 환경(1060)과 백 엔드(1020) 사이에 위치할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 진공이라는 용어는 예를 들어, 기판이 처리되는 10-5 Torr 이하와 같은 고진공을 지칭할 수 있음에 유의한다. 일반적으로, 로드락(1010)은 대기의 그리고 진공의 슬롯 밸브들을 포함한다. 슬롯 밸브들은 대기의 프론트 엔드로부터 기판을 로딩한 후에 로드락을 배기하기 위해, 그리고 질소와 같은 불활성 가스로 락을 통기(vent)시킬 때 이송 챔버 내에 진공을 유지하기 위해 채용된 환경적 격리를 제공할 수 있다. 또한, 로드락(1010)은 기판의 기준을 원하는 처리 위치로 정렬하기 위한 정렬기(1011)를 포함할 수 있다. 다른 태양들에서, 진공 로드락은 처리 장치의 임의의 적절한 위치에 위치할 수 있고, 임의의 적절한 구조를 가질 수 있다.
일반적으로, 진공 백 엔드(1020)는 이송 챔버(1025), 하나 이상의 처리 스테이션(들)(1030) 및 임의의 적절한 전달 로봇(1014)을 포함하고, 전달 로봇(1014)은 본 명세서에서 개시된 실시예들의 하나 이상의 태양들을 포함할 수 있다.전달 로봇(1014)은 이하에서 설명될 것이며, 로드락(1010)과 다양한 처리 스테이션들(1030) 사이에서 기판들을 이송하도록 이송 챔버(1025) 내에 위치할 수 있다.처리 스테이션들(1030)은 기판들 상에 전기적 회로 또는 다른 원하는 구조를 형성하도록 다양한 퇴적, 식각, 또는 다른 타입의 처리들을 통해, 기판들에 대하여 동작할 수 있다. 전형적인 처리들은, 이들로 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 플라즈마 식각 또는 다른 식각 처리들, CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Plasma Vapor Deposition), 이온 주입과 같은 주입(implantation), 계측(metrology), RTP(Rapid Thermal Processing), 건식 스트립(strip) ALD(Atomic Layer Deposition), 산화/확산, 질화물들의 형성, 진공 리소그래피, 에피택시(EPI), 와이어 본더 및 증발(evaporation)과 같이 진공을 사용하는 박막 처리들 또는 진공 압력들을 이용하는 다른 박막 처리들을 포함한다. 처리 스테이션들(1030)은 기판들이 이송 챔버(1025)에서 처리 스테이션들(1030)으로, 그리고 그 반대로 통과되도록 허용하기 위해, 이송 챔버(1025)에 연결된다.
이제 도 1c를 참조하면, 선형 기판 처리 시스템(2010)의 개략 평면도가 도시되는데, 여기서, 툴 인터페이스 섹션(2012)이 이송 챔버 모듈(3018)에 장착되고, 이에 따라, 인터페이스 섹션(2012)이 일반적으로 이송 챔버(3018)의 세로축(X)쪽으로(예를 들어, 안쪽으로) 향하지만, 이송 챔버(3018)의 세로축(X)로부터 오프셋된다. 이송 챔버 모듈(3018)은 앞서 본 명세서 참조 병합된 미국 특허 출원 번호 제11/442,511호에 기재된 바와 같이, 다른 이송 챔버 모듈들(3018A, 3018I, 3018J)을 인터페이스들(2050, 2060, 2070)에 부착함으로써 임의의 적절한 방향으로 연장될 수 있다. 각 이송 챔버 모듈(3018, 3019A, 3018I, 3018J)은 처리 시스템(2010) 전반에 걸쳐, 그리고, 예를 들어, 처리 모듈들(PM) 안팎으로 기판들을 이송하기 위해, 본 명세서에 개시된 실시예의 하나 이상의 태양들을 포함할 수 있는 임의의 적절한 기판 이송(2080)을 포함한다. 실현될 수 있는 바와 같이, 각 챔버 모듈은 격리된 또는 제어된 분위기(예를 들어, 질소(N2), 청정 공기, 진공)를 유지할 수 있다.
도 1d를 참조하면, 예를 들어, 선형 이송 챔버(416)의 세로축(X)을 따라 얻어질 수 있는 예시적인 처리 툴(410)의 개략적인 정면도가 도시되었다. 도 1d에 도시된 개시된 실시예의 태양에서, 툴 인터페이스 섹션(12)이 이송 챔버(416)에 대표로 연결될 수 있다. 이러한 태양에서, 인터페이스 섹션(12)은 툴 이송 챔버(416)의 일 단부를 정의할 수 있다. 도 1d에서 볼 수 있는 바와 같이, 이송 챔버(416)는 예를 들어, 인터페이스 섹션(12)의 반대쪽 단부에서, 또 다른 워크피스 진입/배출 스테이션(412)을 가질 수 있다. 다른 태양들에서, 이송 챔버로부터 워크피스들을 삽입/제거하기 위한 다른 진입/배출 스테이션들이 제공될 수 있다. 일 태양에서, 인터페이스 섹션(12) 및 진입/배출 스테이션(412)은 툴로부터 워크피스들의 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)을 허용할 수 있다. 다른 태양들에서, 워크피스들은 일 단부에서 툴 안으로 로딩될 수 있고, 다른 단부로부터 제거될 수 있다. 일 태양에서, 이송 챔버(416)는 하나 이상의 전달 챔버 모듈(들)(18B, 18i)을 가질 수 있다. 각 챔버 모듈은 격리된 또는 제어된 분위기(예를 들어, 질소(N2), 청정 공기, 진공)를 유지할 수 있다. 상술된 바와 같이, 도 1d에 도시된 이송 챔버(416)를 형성하는 워크피스 스테이션들, 로드락 모듈들(56A, 56B) 및 이송 챔버 모듈들(18B, 18i)의 구조/배열은 단지 예시적이며, 다른 태양들에서, 이송 챔버는 임의의 원하는 모듈 방식의(modular) 배열에 배치된 더 많은 또는 더 적은 모듈들을 가질 수 있다. 도시된 태양에서, 스테이션(412)은 로드락일 수 있다. 다른 태양들에서, 로드락 모듈은 (스테이션(412)에 유사한) 단부 진입/배출 스테이션 사이에 위치할 수 있고, 또는 (모듈(18i)에 유사한) 근접한 이송 챔버 모듈은 로드락으로써 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 상술된 바와 같이, 이송 챔버 모듈들(18B, 18i)은 본 명세서에 개시된 실시예의 하나 또는 그 이상의 태양들을 포함할 수 있고, 그 안에 위치하는, 하나 이상의 대응하는 이송 장치(28B, 28i)를 갖는다. 각각의 이송 챔버 모듈들(18B, 18i)의 이송 장치(26B, 26i)는 이송 챔버 내에서 선형적으로 분포된 워크피스 이송 시스템(420)을 제공하도록 협력할 수 있다. 이러한 태양에서, 이송 장치(26B)는 일반적인 SCARA 아암(arm) 구조를 가질 수 있다(다른 태양들에서, 이송 아암들은 예를 들어, 개구리 다리(frog-leg) 구조, 망원경 구조, 좌우 대칭(bi-symmetric) 구조 등과 같은 다른 임의의 바람직한 배열을 가질 수 있다).도 1d에 도시된 개시된 실시예의 태양에서, 이송 장치(26B)의 아암들은 이하에서도 더욱 상세하게 기재될 바와 같이, 픽/플레이스(pick/place) 위치로부터 웨이퍼들을 빠르게 교환하는 이송을 허용하는 빠른 교환 배열(fast swap arrangement)로 지칭될 수 있는 것을 제공하도록 배열될 수 있다. 이송 아암(26B)은 각 아암에 임의의 적절한 수의 자유도를 제공하기 위해(예를 들어, Z 축 움직임을 가진 숄더 및 엘보 조인트들(shoulder and elbow joints)에 대해 독립적인 회전), 이하에서 기재되는 바와 같이, 적절한 구동 섹션을 가질 수 있다. 도 1d에 도시된 바와 같이, 본 태양에서, 모듈들(56A, 56, 30i)은 전달 챔버 모듈들(18B, 18i) 사이에서 틈으로(interstitially) 위치할 수 있고, 적절한 처리 모듈들, 로드락(들), 버퍼 스테이션(들), 계측 스테이션(들) 또는 임의의 적절한 원하는 스테이션(들)을 정의할 수 있다. 예를 들어, 로드락들(56A, 56) 및 워크피스 스테이션(30i)과 같은 틈새 모듈들은 각각, 이송 챔버의 선형 축(X)을 따라 이송 챔버의 길이를 통해 워크피스들 또는 이송을 구현하는 이송 아암들과 협력할 수 있는 정지 워크피스 서포트들/선반들(56S, 56S1, 56S2, 30S1, 30S2)을 가질 수 있다. 한 예로서, 워크피스(들)은 인터페이스 섹션(12)에 의해 이송 챔버(416) 안으로 로딩될 수 있다. 워크피스(들)은 인터페이스 색션의 이송 아암(15)을 이용하여 로드락 모듈(56A)의 서포트(들) 상에 놓여질 수 있다. 로드락 모듈(45A) 내의 워크피스(들)는 모듈(18B) 내의 이송 아암(26B)에 의해 로드락 모듈(56A)과 로드락 모듈(56) 사이에서, 그리고, 연이은 유사한 방식에서, (모듈(18i) 내의) 아암(26i)을 이용하여 로드락(56)과 워크피스 스테이션(30i)사이에서, 그리고 모듈(18i) 내의 아암(26i)을 이용하여 스테이션(30i)과 스테이션(412) 사이에서 이동될 수 있다. 이러한 프로세스는 반대 방향으로 워크피스(들)을 이동시키기 위해, 전부 또는 부분적으로 역으로 이루어질 수 있다. 그러므로, 일 태양에서, 워크피스들은 X축을 따라 임의의 방향으로, 그리고, 이송 챔버를 따라 임의의 위치로 이동될 수 있고, 이송 챔버와 연통되는(communicating) 임의의 원하는 (처리 또는 그 밖의) 모듈에 로딩 및 언로딩될 수 있다. 다른 태양들에서, 정적인 워크피스 서포트들 또는 선반들을 가진 틈새 이송 챔버 모듈들은 이송 챔버 모듈들(18B, 18i) 사이에 제공되지 않을 수 있다. 이러한 태양들에서, 근접한 이송 챔버 모듈들의 이송 아암들은 이송 챔버를 통해 워크피스를 이동하기 위해, 워크피스들을 하나의 이송 아암의 단부 이펙터에서 다른 이송 아암의 단부 이펙터로 직접적으로 패쓰할 수 있다. 처리 스테이션 모듈들은 기판들 상에 전기적 회로 또는 다른 바람직한 구조를 형성하도록 다양한 퇴적, 에칭 또는 다른 타입의 처리들을 통해 기판들 상에서 동작할 수 있다. 처리 스테이션 모듈들은 기판들이 이송 챔버에서 처리 스테이션들로, 그리고, 역으로 처리 스테이션들에서 이송 챔버로 패쓰되는 것을 허용하도록 이송 챔버 모듈들에 연결된다. 도 1d에 묘사된 처리 장치와 유사한 일반적인 특징들을 가진 처리 툴의 적절한 예가, 앞서 전체로써 본 명세서에 참조 병합된 미국 특허 출원 일련 번호 제11/442,511호에 기재되어 있다.
도 2는 로봇 구동(2005) 내에 일체화된 예시적인 모터(2000)를 도시한다. 로봇 구동(2005)은 임의의 직접 구동 또는 로봇식 구동 어플리케이션, 예를 들어, 전달 로봇(1013), 전달 로봇(1014), 기판 이송(2080) 또는 이송 아암(26B)과 이용하기에 적합할 수 있다. 모터(2000)는 적어도 하나의 고정자 극(2010), 코일 요소(2015) 및 회전자(2020)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 태양들에서, 고정자 극(2010) 및 관련 코일 소자(2015)는 회전자(2020)로부터 밀봉된, 분리 환경(2025)에 위치한다. 회전자(2020)는 고진공(예를 들어, 약 10-5 Torr 이하) 또는 부식 환경에 위치할 수 있고, 비자성 격리 벽(2030)에 의해 고정자 극(2010) 및 코일 소자(2015)으로부터 분리될 수 있다. 고정자 극(2010) 및 코일 소자(2015)는 대기 압력 환경에 위치할 수 있다. 도면들에 묘사된 예시적인 실시예는 본 명세서에서 도시되고 기재된 바와 같은 다양한 태양들의 특징들 및 설명을 용이하게 위한 목적으로 도해된, 회전식 구동 구성(rotary drive configuration)이라고 지칭될 수 있는 것을 가진다. 실현될 수 있는 바와 같이, 상기 회전식 구동 구성에 관해 도해되는 다양한 태양들의 특징들은 선형 구동 구성에 동등하게 적용될 수 있다.
본 명세서에서 기술된 개시된 실시예의 태양들은 회전자 및 다른 움직이는 부분들이 고정식 모터 구성요소들, 예를 들어, 고정자 극들 및 관련 코일 소자들로부터 격리되는, 진공 또는 대기의 로봇 어플리케이션들에 채용될 수 있다. 일반적으로, 개시된 실시예의 태양들은 임의의 적절한 직접 구동 또는 로봇 구동의 동작을 위해 하나 이상의 스위치드 릴럭턴스 회전자들(switched reluctance rotors)을 포함한다. 직접 또는 로봇 구동의 움직이는 부분들은 밀봉된 또는 그 밖에 고립된 환경 내에 위치할 수 있는데, 이러한 환경은 본 명세서에서 더 기재되는, 반도체 처리 툴의 이송 챔버에서 기대될 수 있는, 반도체 처리에 적합한 제어된 환경, 예를 들어, 진공 환경을 포함할 수 있다. 직접 또는 로봇 구동의 움직이는 부분들은 대기 압력 환경 내에 위치할 수 있다. 임의의 적절한 물질로 이루어진 비자성 분리 또는 격리 벽은 구동의 움직이는 부분들, 예를 들어, 회전자, 그리고 구동의 정지된 부분들, 예를 들어, 고정자 극 및 코일 소자 사이에 배치될 수 있다.
도 3은 개시된 실시예의 태양에 따른 회전자(100)를 도해한다. 개시된 실시예의 태양들이 도면들을 참조하여 설명될 것이지만, 개시된 실시예의 태양들은 많은 형태들로 구현될 수 있다는 점은 이해되어야 한다. 또한, 요소들 또는 물질들의 임의의 적절한 사이즈, 형상 또는 타입이 이용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 개시된 실시예의 태양들은, 회전자가 격리 벽에 의해 고정자로부터 분리되는 밀봉되고 격리된 환경 내에 위치할 수 있는 진공 또는 대기의 모터 어플리케이션들에 대해 채용될 수 있다. 밀봉된 환경은 진공 또는 대기 환경일 수 있고, 격리 벽은 비자성 물질로 이루어질 수 있다.
도 3a는 회전자의 경계 둘레에 배열된 적어도 하나의 돌출된 회전자 극(salient rotor pole)(105)을 갖는 예시적인 회전자(100)를 도시한다. 도 3b는 적어도 하나의 돌출된 고정자 극(salient stator pole)(205)을 갖는 예시적인 고정자(200)를 도해한다. 회전자(100)는 6개의 돌출된 극들을 갖는 것으로 도시되고, 고정자(200)는 8개의 돌출된 극들을 갖는 것으로 도시되었지만, 회전자(100) 및 고정자(200)는 임의의 적절한 개수의 돌출된 극들을 포함할 수 있음을 이해되어야 한다.
회전자(100)는 기계 가공, 압출 가공, 소결, 주조(casting) 또는 임의의 적절한 공정으로 만들어질 수 있고, 예를 들어, 고 진공 환경에 처해질 때에 가스분출을 피하기 위해 적절한 처리가 이용된다. 필요한 경우, 회전자(100)는 예를 들어, 회전자를 고 진공에서 이용가능 하게 만들기 위해 적합한 물질로 코팅함으로써, 표면적으로 처리될 수 있다. 회전자(100)는 일반적으로 비-라미네이트 구성을 가질 수 있고, 예를 들어, 400 시리즈 스테인리스 스틸과 같은 연자성 철(iron) 또는 스틸(steel)과 같은, 고체 조각(solid piece)의 강자성체로 구성될 수 있다. 적어도 하나의 예시적인 태양에서, 회전자는 복합 물질, 예를 들어, 높은 자기 투자율(magnetic permeability) 및 플럭스 밀도를 낮은 전기 전도도와 결합하는 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 물질은 회전자와 정지자 극들 사이의 마그네틱 플럭스(magnetic flux)의 변화율에 기인한 와전류로 인한 코어 손실 효과를 감소하는데 효과적일 수 있다. 특히, 고 진공 환경에서 이용될 때, 회전자에 의해 가스 분출을 예방하기 위해 적절한 처리가 필요할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
아래의 표 1은 예시적인 복합 물질들과 그들의 상대 투자율(relative permeability) 및 포화 플럭스 밀도(saturation flux density)를 비 복합 물질들, 예를 들어, 탄소 및 스테인리스 스틸과 비교해서 보여주는 표이다.
물질 상대 투자율 포화 플럭스 밀도(T)
Vacoflux 50 4500 2.1
Vacoflux 17 3500 1.5
크롬 코어 13-XP 합금 3200 1.7
크롬 코어 8 합금 3100 1.86
크롬 코어 8-FM 합금 3100 1.86
크롬 코어 12-FM 합금 3100 1.77
크롬 코어13-FM 합금 2900 1.7
430 FR 솔레노이드 퀄리티 스테인리스 2600 1.5
430 F 솔레노이드 퀄리티 스테인리스 2000 1.6
1018 카본 스틸 795 2.4
416 스테인리스 750 1.5
적어도 또 다른 예시적인 태양에서, 회전자(100)는 강자성체로 구성된 적어도 하나의 돌출된 회전자 극을 갖는 비강자성 코어로 구성될 수 있다.또한, 회전자(200)는 비-라미네이트 구성을 가질 수 있고, 기계 가공, 압출 가공, 소결, 주조 또는 임의의 적절한 공정에 의해 만들어질 수 있다. 적어도 하나의 예시적인 태양에서, 고정자(200)는 또한 복합 물질, 예를 들어, 상술된 바와 같이, 높은 자기 투자율 및 플럭스 밀도를 낮은 전기 전도도와 결합하는 물질로 이루어질 수 있고, 이에 대한 예들이 표 1에 보여진다.
도 4는 고정자(200)와의 사용에 적합한 코일 소자(400)를 도시한다. 코일 소자(400)는 다른 상 권선들에 독립적인 상 권선(phase winding)을 제공하는 개별 권선형 소자(individually wound element)로써 구성될 수 있다. 코일 소자(400)는 코일 소자(400)가 개별 고정자 극(205)과 일체화되는 것을 허용하는 폼팩터(form factor)를 제공받는다.
도 5에 도시된 태양들에서, 코일 소자(400)는 연관 고정자 극(205)에 장착되거나 연관 고정자 극(205)을 둘러싸도록 구성되고, 연관 고정자 극(205)에 여기 필드(excitation field)를 제공하도록 구성된다.
도 6은 회전자(100), 고정자(200) 및 코일 소자(400)의 예시적인 조립체(600)를 도시한다. 본 예시적 조립체(600)에서, 회전자(100)는 고정자(200) 내에 위치하고, 회전자 극들(105)은 고정자 극들(205)을 향한다.
도 7a 내지 도 7c는 개시된 실시예와 함께 사용하기에 적합한 서로 다른 예시적 회전자들을 도시한다. 도 7a는 회전자 몸체(710)보다 큰 축방향 치수를 갖는 극들(705)을 가진 솔리드 회전자(700)를 도시한다. 실현될 수 있는 바와 같이, 도 7a 내지 도 7c에 도해된 배열은 예시적이고, 개시된 실시예의 대체 태양들에서, 도 7b는 유사한 구성을 갖는, 그러나, 비강자성 코어(720), 및 강자성체로 구성된 적어도 하나의 돌출된 회전자 극(725)을 갖는 회전자(715)를 도시하고 있다. 또 다른 태양에서, 도 7c는 상호작용하는 고정자 극들의 변하는 자기장에 처할 때 와전류들을 최소화하기 위해, 라미네이트되거나 일반적으로 빗 형상의(comb shaped) 극들(735)이라고 지칭될 수 있는 것을 가진 회전자(730)를 도시하고 있다. 그루브들(740) 또는 라미네이션들은 와전류들을 최소화하기 위한 임의의 적절한 배향(orientation)을 가질 수 있다. 또한, 일 태양에서, 고정자 극들(205)도 빗 형상일 수도 있다.
도 8은 로봇 구동에 일체화된 회전자(100), 고정자(200) 및 코일 소자들(400)을 도시한다. 도 8에 도시된 태양들에서, 고정자(200) 및 각 고정자 극(205)에 연관된 코일 소자들(400)은 로봇(100)에서 분리된 환경(810)에 위치한다. 로봇(100)은 비자성 격리 벽(820)에 의해 고정자(200) 및 코일 소자들(400)에서 분리된, 초고진공 또는 부식 환경에 위치할 수 있다. 고정자(200) 및 코일 소자들(400)은 대기 압력 환경에 위치할 수 있다.
도 9는 회전자(100)를 구동하기 위한 플럭스 필드를 구현하도록 코일 소자들(400)이 연결될 수 있는 방법의 일 예를 도시한다. 도 9에 도시된 태양들에서, 코일 소자들은 4개의 독립적인 코일 쌍들로써 구성되고, 각 쌍의 멤버들은 서로 정반대이다. 각 쌍은 모터 상(motor phase)으로써 정의되고, 이에 따라, 도 5, 6 및 8에 도시된 태양들은 4-상(4-phase) 머신으로 구성된다. 회전자(100) 및 고정자(200)는 임의의 개수의 극들로 구성될 수 있고, 임의의 적절한 개수의 코일 소자들(400)이 임의의 개수의 상들을 구현하기 위해 사용될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
도 10은 로봇(100)을 이용하는 예시적인 축방향 플럭스 모터(1000)를 도시한다. 축방향 플럭스 모터(1000)의 정지자(1005)는 각각 고정자 극(1015) 및 독립적 상 권선(phase winding)(1020)을 포함하며, 회전자(100) 주위에 배열된 독립적인 모듈들(1010)의 조립체이다.
단지 예시적인 목적들을 위해, 도 10의 축방향 플럭스 모터는 6개의 극 회전자 및 8개의 극 고정자를 갖도록 구성되지만, 다른 태양들에서, 임의의 적절한 개수의 회전자 극들 및 고정자 극들이 이용될 수 있다. 적어도 하나의 태양에서, 정반대의 고정자 모듈들이 동일한 상으로 와이어된다(wired). 상을 포함하는 모듈들의 상 권선들 직렬 또는 병렬로 감길 수 있다(wound).
축방향 플럭스 모터의 부분 단면도가 도 11에 도시되어 있다. 고정자 모듈(1010)은 연결 부재(1035)에서 회전자를 향해 방사상으로 연장되는 단부 부재들(1025, 1030)을 포함할 수 있는 고정자 극(1015)을 가질 수 있고, 회전자 극(105)의 적어도 일 부분에서 오버랩될 수 있다. 고정자 극(1015)은 연자성 스틸 또는 상술된 바와 같은 다른 적절한 물질로 구성될 수 있다. 화살표(1100)로 표시된 바와 같이, 플럭스 경로는 고정자 극(1015)에서 회전자 극(105)을 통해 축방향이다.
도 12a 및 도 12b는 종래의 방사상 플럭스 머신과 축방향 플럭스 머신에서 플럭스 라인들의 플로우에서의 차이점들을 도시한다. 방사상 플럭스 머신에서, 플럭스는 회전자의 정반대 극들(1201, 1202)을 가로질러 방사상으로, 그리고, 고정자를 통해 원주 방향으로 흐르는 반면, 축방향 플럭스 머신에서, 플러스는 축방향으로 흐르고, 플럭스 라인들은 고정자 모듈(1010)및 접하는(interfacing) 회전자 극(1205)에 국한된다.
적어도 일 태양에 따르면, 축방향 플럭스 모터의 각 상에서 총 플러스 플로우는, 권선들을 통해 플러스 플로우가 직렬인 방사상 플럭스 머신과는 대조적으로, 두 평행하는 경로들을 통해 흐르도록 나눠질 수 있다. 평행하는 플럭스 플로우는 낮은 플럭스 밀도 레벨들을 제공할 수 있고, 플럭스 밀도 포화 레벨들 아래에서의 동작을 허용한다. 포화되지 않은 플럭스 밀도 레벨들에서 동작할 때, 토크 용량은 일반적으로 전류의 이차함수로 증가하는 반면, 포화된 레벨들에서 토크 용량은 일반적으로 전류의 선형 함수로 증가한다. 따라서, 축방향 머신에서 더 낮은 플럭스 레벨들은 동일한 전류 레벨들에 대해 더 높은 토크 용량을 야기한다. 나아가, 축방향 플럭스 모터에서 유효 에어 갭이 축방향으로 연장되므로, 회전자 워블(wobble)은 에어 갭에서 순 변화(net change)를 생성하지 않고, 아무런 토크 리플(ripple)을 야기하지 않는다.
3-극 회전자(1305) 및 4-극 정지자(1310)를 갖는 예시적인 축방향 플럭스 모터가 도 13에 도시된다. 본 태양에서, 각 고정자 상은 낮은 제조 및 조립 비용들 및 단순한 권선 배열들을 제공하는 단일 고정자 모듈(1315)에 국한된다.
도 14는 개시된 실시예에 따른 고정자 극(1405)의 또 다른 태양을 도시한다. 도 14는 개시된 실시예에 따라 고정자 극(1405)의 또 다른 태양을 도시한다. 고정자 극(1015)이 도 10에서 직사각형 단면을 가지는 것으로 표시된 반면에, 고정자 극(1405)은 원형 단면(1410)을 가지는 부분을 포함할 수 있고, 이는 고정자 극 둘레에 상 코일들을 권선하는 것을 용이하게 만들 수 있다. 직사각형 단면을 가지는 고정자 극은 약 0.6의 필 팩터(fill factor)를 가지고 권선을 구비할 수 있지만, 원형의 단면을 가지는 고정자 극은 약 0.8의 필 팩터를 초과하는 권선을 구비할 수 있다. 더 높은 필 팩터는 더 높은 모터 토크 용량을 가능하게 할 수 있다. 도 15는 상술된 태양들과 유사하게, 적어도 하나의 고정자 모듈(1510) 및 회전자(1515)를 격리 벽(1520)과 조합한 사용예를 예시한다. 일 태양에서, 격리 벽(1520)은 고정자 모듈(1510)의 환경과 회전자(1515)의 환경을 분리할 수 있도록 시일(seal)을 제공한다. 예를 들어, 회전자(1515)는 초고진공 또는 부식성 환경 내에 위치할 수 있는 반면, 고정자 모듈은 대기 환경에 위치할 수 있다. 일 태양에서, 격리 벽은 고정자 극(1525)의 연장 부재들(1530, 1535)과 회전자(1515) 사이의 외곽선에 정합되는 시일을 제공한다. 또 다른 태양에서, 격리 벽은 고정자 극(1525)의 하나 이상의 연장 부재들(1530, 1535)을 둘러싸는, 또는 고정자 극 자체를 둘러싸는 분리 환경들 사이에 실시일 부분(seal portion)(1520')을 제공한다. 또 다른 태양에서, 격리 벽은 고정자 극과 일체화될 수 있다. 적절한 시일들은 초고진공 용도에 적합한 실링 개스캣들(sealing gaskets) 또는 링과 같은 정적 시일들이 포함될 수 있다. 적절한 시일들의 또 다른 태양들은 본 출원과 동시에 출원되고 또한 그 전체로서 본 명세서에 참조 병합된, "Sealed Robot Drive"라는 명칭으로 2013년 11월13일에 출원된 대리인 문서 번호 제390P014939-US(-#1)에 예시되고 설명되어 있다.
도 16은 예시적인 축방향 플럭스 머신(1600)의 또 다른 태양을 도시한다. 축방향 플럭스 머신(1600)은 회전자(1615)의 주변에 배치된, 서로 독립적인 고정자 모듈들(1610)의 조립체를 이용하여 구축되는 고정자(1605)를 포함한다. 각 고정자 모듈(1610)은 고정자 극(1620) 및 독립적인 상 권선(independent phase winding)(1625)을 포함한다. 회전자(1615)는 적어도 하나의 돌출된 회전자 극(1630)을 포함한다. 일 태양에서, 돌출된 회전자 극(1630)은 고정자 조립체(1605)를 향하여 연장되는 말단 부재들(1635, 1640)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 태양에서, 고정자 극과 회전자 극의 배열은 고정자 조립체(1605)와 간섭하지 않고도 회전자의 설치 및 제거를 용이하게 한다. 하나 이상의 태양들에 따르면, 고정자 모듈들(1610)은 서로 독립적이고, 예를 들어, 고정자 상의 임의의 적절한 위치에 개별적으로 부가되거나 또는 그로부터 제거될 수 있다. 각 고정자 모듈(1610)은 하나의 단위로 함께 설치되는 고정자 극과 여기 코일(excitation coil)을 포함할 수 있다. 고정자(1605)는 고정자의 둘레에 배치되고 서로 간에 상호 교환 가능할 수 있는, 선택 가능한 개수의 고정자 모듈들(1610)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 태양에서, 고정자(1605)는 고정자 상에 설치될 고정자 모듈들(1610)의 개수를 선택함으로써, 구성될 수 있다.
도 17a는 개시된 실시예의 또 다른 태양에 따라 예시적인 회전자를 도시한다. 회전자(1700)는 스위치드 릴럭턴스 모터로써 구성될 수 있고, 일반적으로 비-라미네이트 고체 구성(non-laminated solid construction)을 가질 수 있으며, 예를 들어, 연자성 철 또는 스틸과 같은 강자성체로 구성될 수 있다. 일 태양에서, 회전자는 복합 재료, 예를 들어, 높은 자기 투자율 및 플럭스 밀도와 낮은 전기 전도도를 결합한 재료로 만들어질 수 있다. 일 태양에서, 회전자(1700)는 강자성체로 구현된 적어도 하나의 돌출된 회전자 극을 가진 비강자성 코어로 구성될 수 있다.
적어도 하나의 돌출된 회전자 극(1710)은 한 세트의 축방향으로 배위된(axially displaced) 서브 극들(X, Y)을 포함할 수 있다. 서브 극들(X, Y)은 전기적 각도(electrical angel)만큼 오프셋될 수 있다. 서브 극들(X, Y)의 배열은 스위치드 릴럭턴스 회전자(1700)를 DC 브러시리스 고정자로 구성되는 고정자와 함께 사용할 수 있게 한다.
도 17b는 또 다른 예시적인 회전자(1715)를 나타내며, 여기서 서브 극들(X, Y)은 백킹(backing)(1720) 상에 장착된다. 백킹(1720)은 또한 위에서 축방향 플럭스 머신(1610)에 관하여 논의된 바와 같은 축방향 플럭스 플로우를 구현하도록 방사상으로 연장된 말단 부재들을 포함할 수 있다.
정밀한 위치 제어는 회전자에 양방향의 힘들을 제공함으로써, 예를 들어, 독립적으로 에너지를 공급받는 적어도 두 세트의 권선들을 이용함으로써 달성될 수 있는데, 여기서 각각의 권선 세트는 반대 방향의 인력을 생성한다. 도 18a는 반대되는 방향들로 인력들을 제공하는 예시적인 커뮤테이션 시퀀스의 제1 단계에서 예시적인 한 세트의 고정자 권선들(1805) 및 회전자(1700)의 상면도이다. 도 18b 내지 도 18h는 예시적인 시퀀스의 나머지 제2 내지 제8 단계들을 도해한다.
아래 표 2는 예시적인 커뮤테이션 시퀀스와, 이러한 예시적 시퀀스의 각 단계에 관한 근사적인 작동력(actuation force) 및 작동력을 받는 서브 극들(sub-poles)을 나타낸다.
단계 A B C D E F 작동력 힘을 받는 회전자 극들
1 0 1 1 0 1 1 -kBiB 2+kEiE 2-kCiC 2+kFiF 2 Y
2 1 0 1 1 0 1 -kAiA 2+kDiD 2-kFiF 2+kCiC 2 X/Y
3 1 1 0 1 1 0 -kAiA 2+kDiD 2-kBiB 2+kEiE 2 X
4 0 1 1 0 1 1 -kBiB 2+kEiE 2-kCiC 2+kFiF 2 X
5 1 0 1 1 0 1 -kCiC 2+kFiF 2-kDiD 2+kAiA 2 X/Y
6 1 1 0 1 1 0 -kDiD 2+kAiA 2-kEiE 2+kBiB 2 Y
7 0 1 1 0 1 1 -kEiE 2+kBiB 2-kFiF 2+kCiC 2 Y
8 1 1 0 1 1 0 -kDiD 2+kAiA 2-kFiF 2+kBiB 2 X/Y
고정자는 3상 권선들(ABC 및 DEF)의 두 독립 세트들을 포함할 수 있다. 각각의 3상 권선 세트(ABC, DEF)는 종래의 3상 브러시리스 모터의 3상 권선 세트와 유사하게 권선될 수 있다. 도 18a에서, 두 개의 3상 권선 세트들(ABC, DEF)은 고정자의 둘레에서 교번한다. 회전자 서브 극들의 구성은 임의의 회전자 위치에서도 회전자에 가해지는 최종적인 전자기적 추진력(propulsion force)이 양방향성(bi-directional)이도록 설정된다. 이러한 양방향성 추진력들은 상술한 바와 같은 위치 제어를 제공한다. 위치 제어는, 임의의 회전자 위치에서도 6 개의 권선 상들 중 2 개의 권선 상들이 일 방향으로 회전자 상에 힘을 가하고, 2 개의 다른 권선 상들이 반대 방향으로 회전자 상에 힘을 가하도록, 고정자 전류들을 커뮤테이팅(commutating)함으로써 구현될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이 축방향 플럭스 플로우는 권선들을 통과하여 흐르는 자기장 힘을 최대화할 수 있도록 마그네틱 플럭스 회로(magnetic flux circuit) 내에서 릴럭턴스(reluctance)를 최소화하는 데에 기여한다.고정자 권선들(A 및 D)이 직렬로 연결되고, 고정자 권선들(B 및 E)이 직렬로 연결되며 또한 고정자 권선들(C 및 F)이 직렬로 연결된 때에는, 6상 가변 릴럭턴스 모터의 고정자는 3상 DC 브러시리스 모터의 고정자와 동일하게 기동한다는 점에 유의할 필요가 있다. 따라서, 스위치드 릴럭턴스 모터들 및 직류 브러시리스 모터들과 같은 서로 다른 두 종류의 모터들에서 동일한 고정자가 사용될 수 있다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 모터는 적어도 하나의 돌출된 회전자 극(salient rotor pole)을 가지는 밀봉된 회전자(sealed rotor)와, 적어도 하나의 돌출된 고정자 극을 포함하는 고정자를 포함하고, 상기 적어도 하나의 돌출된 고정자 극은 상기 적어도 하나의 돌출된 고정자 극에 결부된 여기 권선(excitation winding)을 가지며, 상기 적어도 하나의 돌출된 회전자 극과 인터페이싱하여, 상기 적어도 하나의 돌출된 고정자 극과 상기 적어도 하나의 돌출된 회전자 극 사이에 축방향 플럭스 회로를 구현할 수 있다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 각 돌출된 회전자 극은 축방향으로 배위된(axially displaced) 한 세트의 서브 극들을 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 적어도 하나의 돌출된 회전자 극은 상기 적어도 하나의 돌출된 고정자 극으로부터 밀봉되어 있다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 적어도 하나의 돌출된 고정자 극은 서브 극들을 가진다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 각 돌출된 회전자 극은 전기적 각도만큼 오프셋된 한 세트의 서브 극들을 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 밀봉된 회전자는 비자성 코어를 포함하고 상기 적어도 하나의 돌출된 회전자 극은 강자성이다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 적어도 하나의 돌출된 회전자 극은 강자성 백킹(ferromagnetic backing) 상에 장착된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 강자성 백킹은 축방향 플럭스 플로우 회로를 구현하도록 상기 적어도 하나의 돌출된 고정자 극을 향해 방사상으로 연장되는 부재들을 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 적어도 하나의 돌출된 고정자 극은 슬롯(slot)으로서 구성되며, 상기 슬롯을 통해 상기 적어도 하나의 돌출된 회전자 극이 통과함으로써 축방향 플럭스 플로우 회로가 실현된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 적어도 하나의 돌출된 회전자 극 및 상기 적어도 하나의 돌출된 고정자 극은 축방향 플럭스 플로우 회로를 구현하도록 대향하는 말단 부재들을 가지고 구성된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 모터는 전기적 각도만큼 오프셋되고, 적어도 3상의 여기에 적합하도록 구성된 두 세트의 회전자 극들을 가지는 회전자를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 모터는 스위치드 릴럭턴스 회전자로서 구현되는 회전자와, 밀봉된 파티션에 의해 상기 회전자와 분리된 브러시리스 고정자로서 구성되는 고정자를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 회전자와 상기 고정자는 상기 모터 내에서 축방향 플럭스 플로우를 생성하도록 구성된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 회전자는 적어도 하나의 돌출된 회전자 극을 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 적어도 하나의 돌출된 회전자 극은 축방향 플럭스 플로우를 구현하도록 고정자를 향해 연장되는 부재들을 포함하는 강자성 백킹 상에 장착된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 회전자는 축방향으로 배위된 한 세트의 서브 극들을 포함하는 적어도 하나의 돌출된 회전자 극을 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 고정자는 각자 적어도 3상의 권선들로 이루어진 서로 독립적인 세트들을 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 고정자는 한 세트의 서로 독립적인 고정자 모듈들을 포함하고, 각 고정자 모듈은 고정자 극과 여기 코일을 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 모터는 회전자에 인력을 인가하도록 구성된 소정 배열의 회전자 극들 및 고정자 극들을 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 모터는 복수의 극들을 포함하는 회전자와, 상기 회전자 주위에 배치된 복수의 서로 독립적인 고정자 모듈들을 포함하며, 상기 고정자 모듈들은 서로 분리된 세그먼트들로서 구축된 돌출된 고정자 극들을 포함하는, 고정자를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 회전자 극들 및 상기 고정자 극들은 상기 회전자에 대한 플럭스 플로우 축(flux flow axial)을 구현하도록 배열된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 회전자는 비자성 코어와 강자성 회전자 극들을 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 회전자는 축방향 플럭스 플로우를 구현하도록 상기 고정자를 향해 방사상으로 연장된 부재들을 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 고정자 세그먼트들은 슬롯들로써 구현되고, 상기 슬롯들을 통해 상기 회전자 극들이 통과함으로써 상기 회전자에 대한 플럭스 플로우 축이 구현된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 상기 회전자 극들과 상기 고정자 세그먼트들은 상기 회전자에 대한 플럭스 플로우 축을 구현하도록 대향하는 말단 부재들을 가지고 구성된다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 모터는 복수의 돌출된 극들을 포함하는 회전자와, 하나의 단위로서 함께 설치된 고정자 극과 여기 코일을 포함하는 적어도 하나의 상호 교환 가능한 고정자 모듈(interchangeable stator module)을 포함하는 고정자를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 모터는 복수의 돌출된 극들을 포함하는 회전자와, 선택 가능한 개수의 상호 교환 가능한 고정자 모듈들을 포함하고, 각 고정자 모듈은 개별 고정자 극을 정의하는, 고정자를 포함한다.
개시된 실시예의 하나 이상의 태양들에 따르면, 모터는 복수의 돌출된 극들을 포함하는 회전자와, 하나의 단위로서 함께 설치된 고정자 극과 여기 코일을 포함하는 적어도 하나의 상호 교환 가능한 고정자 모듈을 포함하는 구성 가능한 고정자를 포함하고, 상기 고정자의 구성은 상기 고정자 상에 설치된 고정자 모듈들의 개수의 선택에 의해 구현된다.
상술한 설명은 개시된 실시예의 여러 측면들에 관하여 단지 예시하려는 것임이 주지되어야 한다. 다양한 대체 및 개조가 개시된 실시예의 다양한 측면들로부터 벗어남이 없어 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 착안될 수 있다. 따라서, 개시된 실시예의 여러 측면들은 첨부된 청구항들의 범위 내에 들어오는 그러한 모든 대체, 개조 및 변형을 포괄하려는 의도이다. 나아가, 서로 다른 특징들이 서로 다른 종속항들 또는 독립항들에서 언급된다는 사실만으로는 이러한 특징들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 암시가 될 수 없으며, 그러한 조합은 본 발명의 여러 측면들의 범위 내에 머무른다.

Claims (33)

  1. 스위치드 릴럭턴스 회전자(switched reluctance rotor)로서 구성되고, 적어도 3상 여기(three phase excitation)를 위해 구성되며, 전기적 각도만큼 오프셋된 두 세트의 회전자 극들을 갖는 회전자; 및
    밀봉된 파티션에 의해 상기 회전자와 격리된 브러시리스(brushless) 고정자로서 구성된 고정자를 포함하는 모터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전자와 상기 고정자는 상기 모터에서 축방향 플럭스 플로우(axial flux flow)를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 회전자는 적어도 하나의 돌출된 회전자 극을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 돌출된 회전자 극은,
    상기 축방향 플럭스 플로우를 구현하도록 상기 고정자를 향해 연장되는 부재들을 포함하는 강자성 백킹(ferromagnetic backing) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 모터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 강자성 백킹은,
    상기 축방향 플럭스 플로우를 구현하도록 상기 고정자의 적어도 하나의 돌출된 고정자 극을 향해 방사상으로 연장되는 부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 회전자는,
    축방향으로 배위된(axially displaced) 한 세트의 서브 극들(sub-poles)을 포함하는 적어도 하나의 돌출된 회전자 극을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 고정자는,
    적어도 3상 권선들(three phase windings)의 독립적인 세트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고정자는 한 세트의 서로 독립적인 고정자 모듈들을 포함하고,
    각 고정자 모듈은 고정자 극 및 여기 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 회전자에 인력을 인가하도록 구성된 소정 배열의 회전자 극들 및 고정자 극들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 회전자는 비자성 코어와 강자성인 적어도 하나의 돌출된 회전자 극을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 고정자는, 슬롯(slot)으로서 구성된 적어도 하나의 돌출된 고정자 극을 포함하고,
    상기 슬롯을 통해 상기 회전자의 적어도 하나의 돌출된 회전자 극이 통과함으로써 축방향 플럭스 플로우 회로가 구현되는 것을 특징으로 하는 모터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 돌출된 회전자 극 및 상기 적어도 하나의 돌출된 고정자 극은 상기 축방향 플럭스 플로우 회로를 구현하도록 대향하는(facing) 말단 부재들을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모터.
  13. 복수의 회전자 극들을 포함하는 회전자; 및
    상기 회전자 주위에 배열된 복수의 독립적인 고정자 모듈들을 포함하고, 상기 고정자 모듈들은 서로 분리된 세그먼트들로서 구축된 돌출된 고정자 극들을 포함하는, 고정자를 포함하는 모터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 회전자는 비자성 코어와 강자성 회전자 극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 회전자 극들 및 상기 돌출된 고정자 극들은 상기 회전자에 대해 축방향 플럭스 플로우를 구현하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 모터.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 회전자는 상기 축방향 플럭스 플로우를 구현하도록 상기 고정자를 향해 방사상으로 연장되는 부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 세그먼트들은 슬롯들로서 구성되고,
    상기 슬롯들을 통해 상기 복수의 회전자 극들이 통과함으로써 상기 회전자에 대한 상기 축방향 플럭스 플로우가 구현되는 것을 특징으로 하는 모터.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 회전자 극들 및 상기 세그먼트들은 상기 회전자에 대해 상기 축방향 플럭스 플로우를 구현하도록 대향하는 말단 부재들을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모터.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 돌출된 고정자 극들을 포함하는 상기 고정자 모듈들 중 적어도 하나는, 상기 복수의 회전자 극들 중 적어도 하나의 돌출된 회전자 극의 서브 극들과 인터페이싱하도록 배치된 것을 특징으로 하는 모터.
  20. 복수의 돌출된 회전자 극들을 포함하는 회전자; 및
    하나의 단위로서 함께 설치된 여기 코일과 고정자 극을 포함하는 적어도 하나의 상호 교환 가능한 고정자 모듈(interchangeable stator module)을 포함하는 구성 가능한 고정자(configurable stator)를 포함하고,
    상기 구성 가능한 고정자의 구성은 상기 구성 가능한 고정자 상에 설치된 고정자 모듈들의 개수의 선택에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 모터.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 회전자는 비자성 코어 및 강자성 회전자 극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 돌출된 회전자 극들 및 상기 고정자 극은 상기 회전자에 대해 축방향 플럭스 플로우를 구현하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 모터.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 회전자는 상기 축방향 플럭스 플로우를 구현하도록 상기 고정자를 향해 방사상으로 연장되는 부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 고정자 모듈들은 슬롯들로서 구성되고,
    상기 슬롯들을 통해 상기 복수의 돌출된 회전자 극들이 통과함으로써 상기 회전자에 대해 상기 축방향 플럭스 플로우가 구현되는 것을 특징으로 하는 모터.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 복수의 돌출된 회전자 극들 및 상기 고정자 모듈들은 상기 회전자에 대해 상기 축방향 플럭스 플로우를 구현하도록 대향하는 말단 부재들을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모터.
  26. 제20항에 있어서,
    돌출된 고정자 극들을 포함하는 상기 고정자 모듈들 중 적어도 하나는, 상기 복수의 돌출된 회전자 극들 중 적어도 하나의 서브 극들과 인터페이싱하도록 배치된 것을 특징으로 하는 모터.
  27. 복수의 돌출된 회전자 극들을 포함하는 회전자; 및
    선택 가능한 개수의 상호 교환 가능한 고정자 모듈들을 포함하고, 각 고정자 모듈은 개별 고정자 극을 정의하는, 고정자를 포함하는 모터.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 회전자는 비자성 코어 및 강자성 회전자 극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 복수의 돌출된 회전자 극들 및 상기 고정자 극은 상기 회전자에 대해 축방향 플럭스 플로우를 구현하도록 배열된 것을 특징으로 하는 모터.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 회전자는 상기 축방향 플럭스 플로우를 구현하도록 상기 고정자를 향해 방사상으로 연장되는 부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 고정자 모듈들은 슬롯들로서 구성되고,
    상기 슬롯들을 통해 상기 복수의 돌출된 회전자 극들이 통과함으로써 상기 회전자에 대해 상기 축방향 플럭스 플로우가 구현되는 것을 특징으로 하는 모터.
  32. 제29항에 있어서,
    상기 복수의 돌출된 회전자 극들 및 상기 고정자 모듈들은 상기 회전자에 대해 상기 축방향 플럭스 플로우를 구현하도록 대향하는 말단 부재들을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모터.
  33. 제27항에 있어서,
    돌출된 회전자 극들을 포함하는 상기 고정자 모듈들 중 적어도 하나는, 상기 복수의 돌출된 회전자 극들 중 적어도 하나의 서브 극들과 인터페이싱하도록 배치된 것을 특징으로 하는 모터.
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