TWI692931B - 可變磁阻馬達負載映射裝置、對於可變磁阻馬達來定出決定馬達負載的力矩、電流、位置之間關係之特徵的方法、決定可變磁阻馬達的力矩、電流和位置之間關係之特徵的方法、無刷電力機器，及可變磁阻馬達控制器 - Google Patents

可變磁阻馬達負載映射裝置、對於可變磁阻馬達來定出決定馬達負載的力矩、電流、位置之間關係之特徵的方法、決定可變磁阻馬達的力矩、電流和位置之間關係之特徵的方法、無刷電力機器，及可變磁阻馬達控制器 Download PDF

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Abstract

可變磁阻馬達負載映射裝置包括：框架；介面，其配置在框架上而建構成安裝可變磁阻馬達；靜態負載單元，其安裝於框架並且耦合於可變磁阻馬達；以及控制器，其可通訊的耦合於靜態負載單元和可變磁阻馬達，該控制器係建構成選擇可變磁阻馬達的至少一馬達相位、供能至少一馬達相位、從至少靜態負載單元接收馬達操作資料，而映射和產生一系列馬達操作資料查詢表。

Description

可變磁阻馬達負載映射裝置、對於可變磁阻馬達來定出決定馬達負載的力矩、電流、位置之間關係之特徵的方法、決定可變磁阻馬達的力矩、電流和位置之間關係之特徵的方法、無刷電力機器，及可變磁阻馬達控制器
範例性實施例大致關於電力機器，尤其關於電力機器的控制。
一般而言，正在尋求可變(或切換)磁阻馬達(VRM)作為無刷直流馬達之具成本效益的替代者。可變磁阻馬達不需磁鐵並且其機械架構簡單；然而，將可變磁阻馬達用於精確控制仍有挑戰性，舉例而言這是因為相位電流、轉子電位置、力矩和幾何型態之間的高度非線性關係。精確控制可變磁阻馬達的一個主要挑戰是在任何給定的轉子位置提供平滑而無起伏之預先指定的力矩。可變磁阻馬達天生帶有的力矩起伏可以是由於模型化不確定的緣 故。結果，可變磁阻馬達的效能可以取決於有無存在正確的換算模型來使想要的力矩關聯於相位電流和位置。附帶而言，如在習用之離架放大器中的典型回饋迴路一般而言係設計和優化調諧成用於固定的電感，而可變磁阻馬達一般而言沒有固定的電感。於可變磁阻馬達，預期馬達線圈或繞線的電感有所改變，因為這是可變磁阻馬達產生機械力矩的主要機制。
舉例而言，於自動機伺服應用，伺服效能可以受到致動器或馬達之動態回應的影響。緩慢的馬達回應可以限制伺服系統的回應速度。於使用馬達作為致動器的自動機伺服應用，典型而言假設馬達回應要比伺服迴路快至少一數量級並且常常於系統模型中忽略，這特別是無刷直流馬達的情形。然而，可變磁阻馬達具有相對較為緩慢的回應，其可以保證換算策略有特定的調整以補償緩慢的回應。如此，則用於位置伺服應用的可變磁阻馬達驅動可以需要實質瞬間的力矩控制。瞬間力矩控制舉例而言可以透過數位電子控制器來提供，該控制器可以控制經過每個馬達相位的電流而成馬達位置和所需瞬間力矩的函數。將每個馬達相位所需的電流決定成馬達位置和力矩的函數則可以稱為電流換算。於三相永磁性無刷馬達(其中三相電流分開120度)，經過每個馬達繞線的電流是正弦曲線的並且是轉子位置和力矩所獨特界定的函數。另一方面，可變磁阻馬達中的相位電流不是正弦曲線的，而是具有衍生自馬達力矩曲線的形狀。用於馬達的馬達力矩曲線是從馬達模型的有限元素分析來測量或決定。一般而言，對於切換磁阻馬達，力矩可以是馬達位置的函數，也可以是每個相位電流的函數。電流換算的目的是要決定每個馬達相位所需的電流而成馬達位置和馬達力矩的函數。
會有利的是使力矩起伏對於可變磁阻馬達控制的效應減到最小。也會有利的是提供優化的換算方案，其提供計算每個馬達相位之電流的做法，如此則完成一或更多個優化準則。進一步會有利的是提供控制系統，其減輕可變磁阻馬達對於正確換算模型的相依性。
12‧‧‧工具介面區段
15‧‧‧運輸臂
18B、18i‧‧‧轉移腔室模組
26B、26i‧‧‧運輸裝置、臂
30i‧‧‧處理模組
30S1、30S2‧‧‧靜止工件支持物/架
56‧‧‧處理模組
56A‧‧‧裝載鎖定器模組
56S1、56S2‧‧‧靜止工件支持物/架
100‧‧‧可變或切換磁阻馬達
100M1‧‧‧馬達相位機模組
100M2‧‧‧馬達磁性迴路機模組
101‧‧‧殼罩
102‧‧‧轉子
102P‧‧‧凸出轉子極
103‧‧‧定子
103P‧‧‧凸出定子極
104‧‧‧馬達繞線或線圈
104A1、104A2‧‧‧馬達相位A所包括的定子線圈
104B1、104B2‧‧‧馬達相位B所包括的定子線圈
104C1、104C2‧‧‧馬達相位C所包括的定子線圈
104D1、104D2‧‧‧馬達相位D所包括的定子線圈
110‧‧‧驅動軸總成
111‧‧‧自動機運輸裝置
400、400’‧‧‧控制器
400M‧‧‧記憶體
410‧‧‧處理工具
412‧‧‧工件進入/離開站
416‧‧‧線性運輸腔室
510‧‧‧力矩值產生站
520‧‧‧框架
550~554‧‧‧換算策略步驟
700‧‧‧經補償的力矩對轉子位置
1000‧‧‧氣氛前端
1005‧‧‧裝載埠模組
1010‧‧‧真空裝載鎖定器
1011‧‧‧校準器
1013、1014‧‧‧轉移自動機
1020‧‧‧真空後端
1025‧‧‧運輸腔室
1030‧‧‧處理站
1040‧‧‧裝載埠
1050‧‧‧基板載體或卡匣
1060‧‧‧迷你環境
1090‧‧‧半導體工具站
1091‧‧‧控制器
1100‧‧‧感測器或拾取線圈
1200‧‧‧位置迴圈模組
1201‧‧‧換算迴圈模組
1202‧‧‧電流迴圈模組
1203‧‧‧力矩起伏估計器
1204‧‧‧電感模型模組
1205‧‧‧惰性機
1700~1702‧‧‧偏壓力矩的控制
2010‧‧‧線性基板處理系統
2012‧‧‧工具介面區段
2050、2060、2070‧‧‧介面
2080‧‧‧基板運輸
3018、3018A、3018I、3018J‧‧‧運輸腔室模組
Pc‧‧‧消耗的總電功率
PM‧‧‧處理模組
Pmin‧‧‧最小功率
S‧‧‧基板
X‧‧‧運輸腔室的縱軸
Z‧‧‧運動軸
揭示實施例的前述方面和其他特徵則在以下連同伴隨圖式的敘述中來解釋，其中：圖1A~1D是依據揭示實施例的諸多方面之基板處理工具的示意示範；圖1E和1F是依據揭示實施例的諸多方面之部分可變磁阻馬達的示意示範；圖2示範依據揭示實施例的諸多方面之範例表；圖3示範依據揭示實施例的諸多方面之另一範例表；圖4是依據揭示實施例的諸多方面而顯示於圖1E和1F之部分可變磁阻馬達的示意示範；圖5是依據揭示實施例的諸多方面之等力矩值產生站的示意示範；圖5A示範依據揭示實施例的諸多方面之流程圖；圖6示範依據揭示實施例的諸多方面之部分等力矩曲線表； 圖7示範依據揭示實施例的諸多方面之範例性比較表；圖8A和8B示範依據揭示實施例的諸多方面而相對於轉子位置的範例性相位電流表；圖9A和9B示範依據揭示實施例的諸多方面而相對於轉子位置的範例性馬達輸入功率表；圖10A和10B示範依據揭示實施例的諸多方面之部分等力矩曲線表；圖11A和11B是依據揭示實施例的諸多方面之部分可變磁阻馬達的示意示範；圖12和13示範依據揭示實施例的諸多方面之運輸裝置和其控制系統的示意圖；圖14和15示範依據揭示實施例的諸多方面之範例性比較表；圖16示範依據揭示實施例的諸多方面之範例性比較表；以及圖17示範依據揭示實施例的諸多方面之流程圖。
【發明內容及實施方式】
依據揭示實施例的諸多方面，提供的是切換磁阻無刷電力機器或馬達及其優化的換算方案或策略。換算方案或策略是指將每個馬達相位中的電流決定成馬達位置和想要力矩的函數。雖然揭示實施例的諸多方面將參考圖 式來描述，但是應了解揭示實施例的諸多方面可以採取許多形式來實施。附帶而言，或可使用任何適合之尺寸、形狀或類型的元件和材料。
參見圖1A~1D，顯示的是基板處理裝置或工具的示意圖，其併入了揭示實施例的諸多方面，如在此所進一步揭示。
參見圖1A和1B，顯示的是依據揭示實施例之某方面的處理裝置，其舉例而言譬如是半導體工具站1090。雖然半導體工具顯示於圖式，但是在此所述之揭示實施例的諸多方面可以應用於任何採用自動機操控器的工具站或應用。於本範例，工具1090顯示成叢集工具，然而揭示實施例的諸多方面可以應用於任何適合的工具站，舉例而言譬如為線性工具站，例如圖1C和1D所示和美國專利申請案第11/442,511號所述，該案標題為「線性分布的半導體工件處理工具」而在2006年五月26日申請，其揭示整個併於此以為參考。工具站1090一般而言包括氣氛前端1000、真空裝載鎖定器1010、真空後端1020。於其他方面，工具站可以具有任何適合的組態。前端1000、裝載鎖定器1010、後端1020當中每一者的構件可以連接到控制器1091，其可以是任何適合的控制架構(舉例而言譬如叢集式架構控制)的一部分。控制系統可以是閉路控制器，其具有主控制器、叢集控制器、自主遙控器，例如美國專利申請案第11/178,615號所揭示的，其標題為「可縮放的運動控制系統」而在2005年7月11日申 請，其揭示整個併於此以為參考。於其他方面，可以利用任何適合的控制器和/或控制系統。
於一方面，前端1000一般而言包括裝載埠模組1005和迷你環境1060，舉例而言譬如設備前端模組(EFEM)。裝載埠模組1005可以是開盒器/裝盒器對工具標準(BOLTS)介面，其符合SEMI標準E15.1、E47.1、E62、E19.5或E1.9而用於300毫米裝載埠、前開口或底開口的盒/莢和卡匣。於其他方面，裝載埠模組可以建構成200毫米晶圓介面或任何其他適合的基板介面，舉例而言譬如較大或較小的晶圓或用於平面顯示器的平坦面板。雖然二個裝載埠模組顯示於圖1A，但是於其他方面，任何適合數目的裝載埠模組可以併入前端1000裡。裝載埠模組1005可以建構成從高架運輸系統、自動導引車、人員導引車、軌道導引車或從任何其他適合的運輸方法來接收基板載體或卡匣1050。裝載埠模組1005可以經由裝載埠1040而對迷你環境1060建立介面。裝載埠1040可以允許基板在基板卡匣1050和迷你環境1060之間通行。迷你環境1060一般而言包括任何適合的轉移自動機1013，其可以併入在此所述之揭示實施例的一或更多個方面。於一方面，自動機1013可以是軌道安裝自動機，舉例而言譬如美國專利第6,002,840號所述，其揭示整個併於此以為參考。迷你環境1060可以提供受控制的潔淨區以供基板在多重裝載埠模組之間轉移。
真空裝載鎖定器1010可以位在迷你環境1060 和後端1020之間並且連接到它們。注意如在此所用的真空一詞可以指當中處理基板的高真空，例如10-5托耳或更低。裝載鎖定器1010一般而言包括氣氛和真空槽孔閥。槽孔閥可以提供環境隔離，其用於從氣氛前端裝載基板之後將裝載鎖定器抽空，並且當以惰性氣體(例如氮)來洩放鎖定時維持運輸腔室中的真空。裝載鎖定器1010也可以包括校準器1011以將基板的基準對齊於所想要的處理位置。於其他方面，真空裝載鎖定器可以位在處理裝置之任何適合的位置並且具有任何適合的組態。
真空後端1020一般而言包括運輸腔室1025、一或更多個處理站1030和任何適合的轉移自動機1014，其可以包括在此所述之揭示實施例的一或更多個方面。轉移自動機1014將在下面描述並且可以位在運輸腔室1025裡以在裝載鎖定器1010和多樣的處理站1030之間運輸基板。處理站1030可以經由多樣的沉積、蝕刻或其他類型的過程而在基板上操作，以在基板上形成電路或其他想要的結構。典型的過程包括但不限於使用真空的薄膜過程，例如電漿蝕刻或其他蝕刻過程、化學氣相沉積(CVD)、電漿氣相沉積(PVD)、佈植(例如離子佈植)、度量衡、快速熱處理(RTP)、乾式剝除、原子層沉積(ALD)、氧化/擴散、氮化物的形成、真空微影術、磊晶(EPI)、打線機和蒸鍍或使用真空壓力的其他薄膜過程。處理站1030連接到運輸腔室1025以允許基板從運輸腔室1025通往處理站1030並且反之亦可。
現在參見圖1C，顯示的是線性基板處理系統2010的示意平面圖，其中工具介面區段2012安裝於運輸腔室模組3018，如此則介面區段2012一般而言面向於(譬如向內)但偏移於運輸腔室3018的縱軸X。運輸腔室模組3018可以藉由將其他運輸腔室模組3018A、3018I、3018J附接到介面2050、2060、2070而在任何適合的方向上延伸，如美國專利申請案第11/442,511號所述，其之前併入此以為參考。每個運輸腔室模組3018、3019A、3018I、3018J包括任何適合的基板運輸2080，其可以包括在此所述之揭示實施例的一或更多個方面，以將基板運輸貫通處理系統2010並且舉例而言進出處理模組PM。如可理解的，每個腔室模組可以能夠維持著隔離或受控制的氣氛(譬如N2、潔淨空氣、真空)。
參見圖1D，顯示的是範例性處理工具410的示意圖，其例如可以沿著線性運輸腔室416的縱軸X來看。於圖1D所示之揭示實施例的方面，工具介面區段12可以代表性的連接到運輸腔室416。於此方面，介面區段12可以界定工具運輸腔室416的一末端。如圖1D所見，運輸腔室416可以具有另一工件進入/離開站412，其舉例而言在相對於介面站12的相反端。於其他方面，可以提供其他的進入/離開站以對運輸腔室插入/移除工件。於一方面，介面區段12和進入/離開站412可以允許對工具裝載和卸載工件。於其他方面，工件可以從一末端載入工具裡並且從另一末端移除。於一方面，運輸腔室416可以具 有一或更多個轉移腔室模組18B、18i。每個腔室模組可以能夠維持隔離或受控制的氣氛(譬如N2、潔淨空氣、真空)。如之前所注意，圖1D所示之運輸腔室模組18B和18i、裝載鎖定器模組56A和56B、形成運輸腔室416之工件站的組態/安排僅為範例性的，並且於其他方面，運輸腔室可以具有以任何想要的模組化安排來配置之或多或少的模組。於所示方面，站412可以是裝載鎖定器。於其他方面，裝載鎖定器模組可以位在末端進入/離開站之間(類似於站412)，或者鄰接的運輸腔室模組(類似於模組18i)可以建構成操作成為裝載鎖定器。也如之前所注意，運輸腔室模組18B、18i具有一或更多個對應的運輸裝置26B、26i，其可以包括在此所述之揭示實施例的一或更多個方面而位在當中。個別運輸腔室模組18B、18i的運輸裝置26B、26i可以合作以於運輸腔室中提供線性分布的工件運輸系統420。於此方面，運輸裝置26B可以具有大致SCARA臂組態(雖然於其他方面，運輸臂可以具有任何其他想要的安排，例如蛙腿組態、伸縮組態、雙對稱組態……)。於圖1D所示之揭示實施例的方面，運輸裝置26B的臂可以安排成提供可以稱之為快速交換的安排，而允許運輸以從拾取/放置位置來快速交換晶圓，如下面也將進一步詳述。運輸臂26B可以具有適合的驅動區段，例如下面所述，而提供每個臂任何適合數目的自由度(譬如繞著肩和和肘之Z軸運動的獨立旋轉)。如圖1D所見，於此方面，模組56A、56、30i可以居間位在轉 移腔室模組18B、18i之間，並且可以界定適合的處理模組、(多個)裝載鎖定器、(多個)緩衝站、(多個)度量站或(多個)任何其他想要的站。舉例而言，居間模組(例如裝載鎖定器56A、56和工件站30i)可以皆具有靜止工件支持物/架56S、56S1、56S2、30S1、30S2，其可以與運輸臂合作以實現沿著運輸腔室之線性軸X的運輸或工件穿過運輸腔室的長度。舉例來說，(多個)工件可以藉由介面區段12而載入運輸腔室416裡。(多個)工件可以用介面區段的運輸臂15而定位在裝載鎖定器模組56A的(多個)支持物上。裝載鎖定器模組56A中的(多個)工件可以藉由模組18B中的運輸臂26B而在裝載鎖定器模組56A和裝載鎖定器模組56之間移動，並且以類似和接續方式使用臂26i(在模組18i中)而在裝載鎖定器56和工件站30i之間移動、使用模組18i中的臂26i而在站30i和站412之間移動。這過程可以整個或部分逆轉以在相反方向上移動(多個)工件。因此，於一方面，工件可以在沿著X軸的任何方向上移動到沿著運輸腔室的任何位置，並且可以裝載和卸載進出與運輸腔室相通之任何想要的模組(做處理或有他途)。於其他方面，具有靜態工件支持物或架的居間運輸腔室模組可以不提供在運輸腔室模組18B、18i之間。於此種方面，鄰接之運輸腔室模組的運輸臂可以將工件從末端實施器或一運輸臂直接通往另一運輸臂的末端實施器以使工件移動穿過運輸腔室。處理站模組可以經由多樣的沉積、蝕刻或其他類型的過程而 在基板上作業以在基板上形成電路或其他想要的結構。處理站模組連接到運輸腔室模組以允許基板從運輸腔室通往處理站並且反之亦可。具有類似圖1D所示處理裝置之一般特徵的處理工具之適合範例則描述於美國專利申請案第11/442,511號，其之前整個併入以為參考。
在此所述的優化換算方案是對無刷電力機器之每個相位的電流計算提供做法的方案，如此則完成一或更多個優化準則。於揭示實施例的諸多方面，優化的換算方案可以實質使受到特定侷限的力矩達到最大，其將在下面更詳細描述。在此所述的換算方案可以適用於任何適合的馬達類型，但在此為了舉例而相對於例如可變磁阻馬達來示範。圖1E和1F示範依據揭示實施例的某方面之部分無刷電力機器，其具有被動轉子。圖1E和1F所示範之直接驅動無刷電力機器的範例性組態是此種具有旋轉組態之機器的代表，並且為了方便而用於敘述在此實施例的諸多方面。注意如底下進一步描述的實施例諸多方面則以類似方式應用於線性無刷電力機器。於一方面，如上面所注意，具有被動轉子的無刷電力機器可以是可變或切換磁阻馬達100，其連接到可以建構成控制馬達100操作之任何適合的控制器400，如在此所述。於一方面，控制器400可以具有分散式架構，其實質類似於標題為「可縮放的運動控制系統」的美國專利第7,904,182號所述，其揭示整個併於此以為參考。
在此，可變磁阻馬達100包括殼罩101、配置 在殼罩裡的至少一定子103、對應於至少一定子103之每一者的至少一轉子102。至少一定子103的每一者可以具有任何適合數目的凸出(譬如無磁鐵)定子極103P，而每個定子極具有馬達繞線或線圈104。至少一轉子102的每一者也可以具有任何適合數目的凸出轉子極102P，如此則轉子建構成與定子形成磁通量閉路。僅為了舉例，雖然可變磁阻馬達100示範成四相位馬達而具有六個轉子極和八個定子極，但是於其他方面，可變磁阻馬達可以具有任何適合數目的馬達相位、任何適合數目的轉子極、任何適合數目的定子極。雖然在此至少一轉子102配置在個別的定子103裡或者由個別的定子103所實質包圍，但是於其他方面，定子可以配置在個別的轉子裡或者由個別的轉子所實質包圍。同時，於此方面，一或更多個定子/轉子對可以安排成堆疊(譬如沿著可變磁阻馬達100的旋轉軸而彼此軸向隔開)；然而，於其他方面，定子/轉子對可以安排成巢狀組態，其中每個定子/轉子對在徑向上呈巢狀或者由另一定子/轉子對所實質包圍。可變磁阻馬達100可以建構成操作於氣氛環境和/或真空環境，其中馬達的靜止零件係隔離於真空氣氛，舉例而言如代理人案號390P014939-US(-#1)的美國專利臨時申請案所述，該案標題為「密封的自動機驅動」而在2013年11月13日申請，其揭示整個併於此以為參考。可變磁阻馬達也可以包括如第390P014680-US號(-#1)的美國專利臨時申請案所述的特徵，該案標題為「軸向通量馬達」而在2013年11 月13日申請，其揭示整個併於此以為參考。
如可理解的，至少一轉子102的每一者可以耦合於任何適合的驅動軸總成110之個別驅動軸。於此方面，雖然驅動軸總成110示範成具有二根驅動軸的同軸驅動軸總成，但是於其他方面，可以有多於或少於二根驅動軸，而每個驅動軸對應於無刷電力機器之個別的轉子和定子對(譬如馬達)。於另外其他方面，驅動軸總成可以包括單獨驅動軸或同軸驅動軸，其位置呈邊靠邊。如可理解的，驅動軸總成110可以連接到任何適合的裝置，例如自動機運輸裝置111。自動機運輸裝置111舉例而言可以是任何適合的運輸臂，包括但不限於雙對稱自動機臂總成、SCARA型自動機臂總成、伸縮式自動機臂總成、具有損失運動切換的自動機臂總成、或包括一或更多個自動機臂並且利用同軸或邊靠邊驅動軸之任何其他適合的自動機臂總成。現在參見圖2和3，依據揭示實施例的諸多方面所示範的是針對跨越單一馬達相位的不同電流大小之個別力矩對位置的曲線。於一方面，也參見圖1E和1F，每個馬達相位可以包括二個線圈104，其串聯接線並且定位成在直徑上彼此相對；然而於其他方面，每個馬達相位可以包括以任何適合方式接線並且相對於彼此而位在任何適合位置之任何適合數目的線圈。一般而言，馬達相位中的二者可以受到供能以產生想要的或預定的力矩大小和方向，例外之處在於例如在僅一馬達相位貢獻於馬達力矩的電位置，如圖3所示，其中舉例而言，當轉子是在大約0、 15、30度時，僅單一馬達相位被供能。應了解大約0、15、30度的轉子位置只是範例性的，並且於其他方面，僅單一馬達相位被供能的轉子位置可以是任何適合的轉子位置，其可以取決於定子和轉子極的數目以及其他馬達組態因素。
一般而言，已經提出幾種做法以界定想要的相位電流或想要的換算策略來達成在任何給定時刻和轉子位置之想要的力矩量。這些做法藉由假設每個相位力矩貢獻可以由例如圖2所示範的測量來獨立量化，而嘗試使力矩起伏減到最少。然而，這些做法一般而言忽略了一旦鄰近相位被供能之鄰近相位的效應。舉例而言，某一主動線圈的電感將隨著鄰近線圈被供能而改變。如此，視鄰近相位的電流而定，則例如圖2和3所示範的力矩曲線形狀可以改變。不考慮當鄰近線圈被供能時之主動線圈的電感改變則可以導致可變磁阻馬達100的力矩起伏。
於揭示實施例的一方面，提供的是獲得換算策略的做法，其可以自然的捕捉相互電感的效應(譬如當相鄰線圈被供能時對一線圈之電感的效應)，並且如此，則實質使可變磁阻馬達換算中之力矩起伏的效應減到最少。現在參見圖4和5，於一方面，換算策略包括提供譬如力矩值產生站510的裝置，而可變磁阻馬達100連接到它(圖5A，方塊550)。這站或裝置提供用以經驗定出無刷電力機器的電流、位置和想要的力矩(或力)之間關係(譬如所可適用的旋轉或線性馬達安排)之特徵的系統。 可變磁阻馬達100可以採取任何適合的方式而運作於一系列相位電流(譬如一或更多個相位換算相位電流變化以產生預定力矩)(圖5A，方塊551)和/或一系列轉子電位置(譬如測量在不同轉子位置之不同力矩的相位電流)(圖5A，方塊552)，其代表可變磁阻馬達100的操作範圍。記錄測量的電流、力矩、轉子電位置(圖5A，方塊553)，並且在預定電位置和相位電流組合的力矩曲線(譬如數值)可以由任何適合的控制器400’來記錄和/或映射(譬如對於給定的轉子位置產生一系列力矩-電流表)(圖5A，方塊554)。於一方面，力矩值產生站510可以包括任何適合的框架520，對此安裝了任何適合的負載單元500和可變磁阻馬達100。於一方面，負載單元500可以是靜態負載單元。可變磁阻馬達100可以採取任何適合的方式而耦合於負載單元500以提供操作阻力給可變磁阻馬達100。可變磁阻馬達100和/或負載單元500舉例而言可以可通訊的連接到控制器400’以操作可變磁阻馬達100和記錄/映射馬達力矩，並且更特定而言是針對任何適合數目的位置而足以對完整轉子循環或週期(譬如360度的電位置)來描述等力矩曲線、對應的相位電流、轉子位置之間的關係。這些數值可以用任何適合使控制器程式化的方式而格式化，舉例而言譬如查詢表，如下面將進一步描述。注意依據另一方面，可以使用模型化技術(例如數值方法或有限元素模型化)而產生定出想要形式和特徵之可變磁阻馬達的產生力矩(力)、電流和位置之 間關係的特徵之資料或數值。
於此方面，可變磁阻馬達100的定子103顯示於圖4。在此示意的示範定子線圈和定子線圈的範例性接線，並且為了清晰而已經省略轉子。如上所述，每個馬達相位A~D包括直徑上相對的二個線圈，其串聯接線。舉例而言，馬達相位A包括線圈104A1和104A2，馬達相位B包括線圈104B1和104B2，馬達相位C包括線圈104C1和104C2，馬達相位D包括線圈104D1和104D2。再度而言，於其他方面，馬達可以具有以任何適合方式所安排和接線之多於或少於四個相位。每個馬達相位的終端導線可以接線到任何適合的個別電流來源，舉例而言譬如I1和I2相對於相位A和B。於一方面，每個電流來源可以獨立的設定(譬如透過任何適合的控制器400’來為之)以產生想要的電流經過個別的相位。在給定的轉子位置，相位A和B在預定電流被供能，並且負載單元500登記所得的靜態力矩。在每個轉子位置和在相位A的給定電流I1，相位B的電流I2舉例而言從大約0變化到任何適合的預定最大電流值。於一方面，預定的最大電流值可以是可變磁阻馬達100之操作範圍的最糟情形。對於一系列電流I1和I2以及一系列轉子電位置(其舉例而言代表可變磁阻馬達100的操作範圍)，重複這程序(譬如針對轉子位置和相位A電流的固定不變數值來變化相位B電流)。舉例而言，操作範圍可以從大約0到大約360電度。在該系列中的每個點，測量靜態力矩並且相對於對應的轉子電位 置和對應的相位電流組合做映射，以形成一系列等力矩曲線(圖5A，方塊553)。如之前所注意，於其他方面，可以藉由模型化或模擬而產生馬達的特徵化資料。等力矩曲線的範例性映射或表(亦即在給定轉子電位置下之固定不變力矩的曲線)示範於圖6。注意雖然在此描述和顯示等力矩曲線，不過「曲線」一詞的使用和其示範僅是為了舉例，並且於其他方面，將相位電流關聯於力矩和轉子位置的等力矩曲線可以採取包括相位電流值、力矩值、轉子位置值之任何適合的表格形式來代表。於圖6，雖然等力矩曲線對應於5度的轉子電位置，但是應了解可以針對多於一個的轉子電位置來產生等力矩曲線。
注意上述等力矩表的產生是可針對任何給定的馬達或一組馬達(譬如二或更多個馬達而具有實質相同的操作特徵，例如定子極數目、轉子極數目、定子和轉子極之間的空氣間隙……)而重複。如此，則可以針對具有任何適合的預定操作特徵之任何適合的馬達來產生上述的等力矩表，並且相對於揭示實施例的諸多方面而在此所述的換算方案可以應用於這些任何適合的馬達。
再度參見圖1E，控制器400可以包括下述的位置控制迴圈(圖12和13)，其可以建構成指定在給定的轉子電位置和時刻下所想要的或預定量的力矩。任何適合的換算演算法(例如下面所述)可以指定相位A~D當中一者的電流。例如上面產生的表(此種表的一部分顯示於圖6)可以駐留於控制器400所可以存取或包含的記憶 體中，以提供額外相位的個別電流給控制器400。舉例而言，換算演算法可以指定相位電流i1給相位A，並且控制器可以建構成從該表獲得針對任何給定力矩和轉子電角度之相位B的個別相位電流i2，如此則減少了可變磁阻馬達的力矩起伏。圖7示範相對於習用的未補償力矩起伏馬達換算和補償力矩起伏馬達換算(譬如依據揭示實施例的諸多方面)之力矩對轉子位置的範例性比較圖。如圖7所可見，依據揭示實施例的諸多方面之補償力矩起伏(見曲線700)實質減少了力矩起伏的效應(其天性來自相鄰相位被同時供能的相互效應，如圖7所明示，其中當僅一相位被供能時，二曲線的力矩相等)。
依據揭示實施例的諸多方面，再度參見圖1E和1F和如在此所述，馬達100的力矩可以是馬達位置的函數，也可以是每個相位電流的函數。同時，對於給定的力矩，可以沒有一組獨特的相位電流(舉例而言見圖6的表)，其示範達成給定力矩之實質無限多組合的可能相位電流值。也參見圖8A，示範的是例如馬達100在固定不變力矩下之相位A和B的相位電流變化範例。於範圍從0到15度的轉子位置間隔，僅相位A和B被供能，並且相位C和D的電流(也見圖4)實質為零。在此，相位A可以稱為主控相位，因為它正驅動著轉子102；並且相位B可以稱為潛在相位，其電流隨著轉子正在定子極103P之間移動而增加或爬升以驅動轉子。隨著轉子極通過給定的定子極103P，相位B變成主控相位並且相位A變成潛 在相位，使得相位A的相位電流減少或滑降。如圖8A所可見，於一方面，當驅動轉子102時之相位電流的爬升和/或滑降可以提供成線形函數，如此則電流的改變是線性的。於其他方面，參見圖8B，對於相位電流變化的另一可能解決方案則顯示成轉子位置的函數以產出固定不變的力矩。在此將相位電流的爬升和/或滑降提供成二次形狀的函數。如可理解的，相位電流的爬升和滑降可以提供成任何適合形狀的函數。如也可理解的，用於爬升之相位電流的形狀函數可以異於用於滑降之相位電流的形狀函數。
仍參見圖4、8A和8B，如上面所注意，隨著轉子102從大約0轉到大約15度，示範的是在相位A和B之固定不變力矩下的相位電流變化範例。於其他方面，轉子可以在任何適合的角度或弧度之間旋轉。也如上面所注意，相位C和D的相位電流在從大約0到大約15度的這間隔裡實質為零。於一方面，對於馬達100來說，相位電流特徵可以是轉子旋轉大約每15度而為一週期，並且可以針對轉子旋轉的大約0到大約15度間隔而產生相位電流。如此等圖所可見，相位A和B在大約0到大約15度間隔中是作用的，並且在大約15到大約30度間隔則是相位B和C是作用的……。在大約15到大約30度間隔之相位B的電流輪廓可以實質類似於圖8A和8B所示的相位A(譬如在大約0到大約15度間隔)，並且在大約15到大約30度間隔之相位C的相位電流可以實質類似於圖8A和8B所示的相位B。如可理解的，隨著轉子旋轉， 實質相同的週期性關係適用於其他相位對B-C、C-D、D-A。於其他方面，任何(多個)適合的週期性關係可以提供給相位對。於此方面，在任何給定的轉子位置，至多二個相位是作用的；並且在每大約15度的間隔，某一相位變成不作用的並且新的相位變成作用的。
於一方面，在此所述的換算方案可以使用一或更多個力矩表，例如上面相對於圖6所述者，其將馬達力矩表格化而成針對任何適合的轉子間隔(例如上面注意的大約0到大約15度間隔)之相位電流iA、iB和馬達位置θ的函數。於一方面，力矩表可以解析的表示成：T=T(θ,i A ,i B ) [1]
其中力矩T相依於位置。於其他方面，力矩表可以實驗測量(譬如上述相對於力矩曲線產生站510來為之)。於另外其他方面，力矩表舉例而言可以透過馬達模型的有限元素分析而計算。於還有的其他方面，力矩表可以採用任何適合的方式而產生。注意雖然在此所述的換算方案將相對於上面注意的大約15度間隔來描述，不過於其他方面，在此所述的換算方案可以應用於任何適合的間隔。
相對於大約15度週期性(其在其他方面可以是任何適合的間隔)，可以建立適合相位電流iA和iB的邊界條件，例如：θ=15度時，iA=0 [2]
以及θ=0度時，iB=0 [3]
為了解出例如圖3A和3B所示的二個相位電流，大約15度的間隔可以實質分成一半或成為次間隔，一半是從大約0到大約7.5度，另一半是從大約7.5到大約15度。於每個次間隔，某一相位電流舉例而言是由如上所述之任何適合形狀的函數所界定，並且剩下的相位電流舉例而言可以從任何適合的力矩表(例如圖6所示者)來決定。
參見圖9A和9B，隨著轉子以任何適合的每分鐘轉數來旋轉(舉例來說本範例是每分鐘大約60轉)，示範的是供能相位(於本範例，相位A和B被供能)所消耗的總電功率Pc。圖9A的功率曲線對應於圖8A的相位電流，並且圖9B的功率曲線對應於圖8B的相位電流。在此，為了舉例，可以對馬達的可用功率加以侷限，使得可用功率為大約540瓦。於其他方面，功率可以侷限於任何適合的值，舉例而言譬如在此所述方案所換算的馬達額定功率。可以調整力矩，使得尖峰功率消耗落於大約540瓦的功率侷限之下。如圖9A和9B所可見，於本範例，在每分鐘大約60轉，對應於大約540瓦之功率侷限的力矩是大約7.1牛頓米(圖8A的線形函數)和大約7.2牛頓米(圖8B的二次形狀函數)。注意，於一方面，形狀函數的斜率也可以例如相對於供應功率給相位的匯流排電壓而加以侷限，如下面所將描述。
於揭示實施例的一方面，可以提供在輸入功率的給定限制下來決定使馬達力矩達到最大之相位電流的做法，其中上面相對於圖8A和8B所述的形狀函數是由對馬達功率消耗的(多個)侷限所取代。一般而言，跨越馬達單一相位的電壓降可以寫成：
Figure 103139219-A0202-12-0022-1
其中V是跨越相位的電壓，i是相位電流，R是相位電阻，並且
Figure 103139219-A0202-12-0022-4
是以馬達角位置θ和電流i所表示 的通量鏈結速率。同時， λ(θ,i)=L(θ,i)i [5]
其中L(θ，i)是電感。如此，則跨越相位的電壓可以改寫成：
Figure 103139219-A0202-12-0022-2
並且將方程式[6]的二邊乘以電流i則得出功率相等性：
Figure 103139219-A0202-12-0022-3
如此，基於譬如方程式[7]，則對於馬達功率消耗或總功率的侷限可以分別用相位電流iA和iB、相位電阻R、通量鏈結λA(iA，θ)和λB(iB，θ)而寫成：
Figure 103139219-A0202-12-0023-5
其中T
Figure 103139219-A0202-12-0023-8
代表馬達的機械功率輸出(T是馬達 力矩，
Figure 103139219-A0202-12-0023-9
是角速度)，i A 2 R和i B 2 R代表馬達繞線或線圈中 的電阻功率損失，並且
Figure 103139219-A0202-12-0023-6
和
Figure 103139219-A0202-12-0023-7
代表儲存於馬達中 的磁場能量。注意於一方面，力矩舉例而言可以由運輸裝置111(圖1)的運動學分析所指定，如2012年8月30日申請、標題為「用於自動機轉移裝置之時間優化的軌道」的國際專利申請案第PCT/US2012/052977號(WO公告號2013/033289)和2012年9月13日申請、標題為「以基板運輸器來運輸基板的方法」的美國專利申請案第13/614,007號所述，其揭示在此整個併入以為參考。於其他方面，力矩(和/或角速度)可以藉由馬達感測器而即時獲得，並且功率舉例而言可以由控制器400來調整，如此則總功率維持實質低於Pmax。在給定的馬達力矩下，相位電流iA和iB可以從上述的等力矩表來決定。於其他方面，相位電流可以採任何適合的方式來決定。於一方面，侷限方程式[8]可以與等力矩表以及方程式[2]和[3]的相位電流邊界條件組合，以在舉例而言大約0到大約15度轉子位置(或任何其他適合的轉子位置)來決定相位電流iA和iB(或適合上面所注意之相位電流對的任何其他相位電流)。
於揭示實施例的另一方面，可以提供在輸入功率的給定限制下來決定使馬達力矩達到最大之相位電流的 做法，其中上面相對於圖8A和8B所述的形狀函數是由對相位電壓Vbus的(多個)侷限所取代。舉例而言，在如上面方程式[6]所述之跨越相位的給定電壓，每個相位(譬如於本範例的相位A和B)中的電壓侷限可以寫成：
Figure 103139219-A0202-12-0024-10
以及
Figure 103139219-A0202-12-0024-11
其中
Figure 103139219-A0202-12-0024-12
和
Figure 103139219-A0202-12-0024-13
舉例而言可以從等力矩表、 馬達模型、經驗、馬達感測器或以任何其他適合的方式來決定。於一方面，侷限方程式[8]可以與等力矩表以及方程式[2]和[3]的相位電流邊界條件來組合，以在舉例而言大約0到大約15度轉子位置(或任何其他適合的轉子位置)來決定相位電流iA和iB(或適合上面所注意的相位電流對之任何其他相位電流)。於一方面，侷限方程式[9]和[10]可以與等力矩表以及方程式[2]和[3]的相位電流邊界條件來組合，以在舉例而言大約0到大約15度轉子位置(或任何其他適合的轉子位置)來決定相位電流iA和iB(或適合上面所注意的相位電流對之任何其他相位電流)。
於揭示實施例的一方面，可以提供進一步換算方案，其中達成最小功率Pmin，如下所述。在此，想要的力矩舉例而言係得知於運輸裝置111(圖1)的位置控制 迴圈，如上面所注意。參見圖10A和10B，等力矩表(其實質類似於上述者)可以用於以任何適合給定之力矩和馬達轉子位置的方式來決定相位電流，例如iA和iB。舉例而言，於一方面，可以沿著想要的等力矩線而識別出一組獨特的相位電流iA和iB(也見圖6)，以致在相位A和B裡達成最小逸散功率。於其他方面，最小功率Pmin可以經由數值分析、經驗……來決定。一旦達到最小功率，則針對給定的想要力矩和在個別的轉子位置之對應的相位電流iA和iB舉例而言可以譬如記錄到表裡。上面的方程式[9]和[10]可以用於確認對於給定的力矩和力矩位置而關聯於Pmin的相位電流iA和iB可以遵守匯流排電壓Vbus所施加的侷限。
於揭示實施例的另一方面，即時比較器換算方案可以用於操作馬達100。舉例而言，控制器400可以包括電流回饋迴圈，其在馬達100的即時操作期間負責改變線圈電感。此電流回饋迴圈可以允許做力矩補償，其解決馬達100中的力矩起伏效應。舉例而言，參見圖12和13，控制器400可以包括記憶體400M、位置迴圈模組1200、換算迴圈模組1201、電流迴圈模組、力矩起伏估計器、電感模型模組。馬達100可以包括馬達相位機模組100M1和馬達磁性迴路機模組100M2。在此，舉例而言，想要的軌道和實際的狀態回饋則輸入位置迴圈模組1200裡，其建構成計算要由馬達100來施加之想要的力矩。想要的力矩輸入換算迴圈模組1201裡，其可以建構成使用 馬達的實際位置和速度(例如由馬達感測器所決定)來計算要施加於馬達100中之想要的相位電流。想要的相位電流輸入電流迴圈模組1202裡，其可以採用實際的相位電流作為回饋以計算在馬達100的個別線圈104之端點的相位電壓。
電感模型模組1204(其中電感模型可以表示 成
Figure 103139219-A0202-12-0026-14
)可以建構成負責例如就馬達的實際位置和實 際相位電流來改變馬達100的電感，如此則電流迴圈模組可以更好利用其控制增益而有更實際的電感，並且更好處理可變磁阻馬達中所存在的電感大變化。如可理解的，電流迴圈模組1202所產生的相位電壓可以導致一些力矩起伏。為了衰減此力矩起伏，相位電壓修正訊號可以應用於相位電壓。力矩起伏估計器1203可以使用估計的電感、實際的相位電流、通量鏈結速率、實際的位置、實際的速度、想要的力矩當中一或更多者以即時計算出適合的相位電壓修正，其將導致產生實際力矩的馬達磁性迴路100M2之輸出中的力矩起伏有所降低。
力矩起伏估計器所使用的通量鏈結速率(其可 以寫成
Figure 103139219-A0202-12-0026-15
)可以採取任何適合的方式來測量，例如以圖 11A和11B所示的感測器或拾取線圈1100來為之，其可以位在個別的線圈上或相鄰之。於其他方面，感測器1100可以位在任何適合測量通量鏈結的位置。感測器1100可以是獨立的線圈，其定位成致使隨著相位線圈104被供能(譬如由於換算的結果)，在感測器1100裡感應 出定子極103P裡所產生的磁通量鏈結。通量鏈結隨著跨越感測器1100線圈之電阻、電流和終端電壓而改變的速率是由上面方程式[4]所界定。藉由將感測器1100連接到高阻抗通道(例如類比對數位轉換器或任何其他適合的高阻抗通道)，則可以忽略關聯的電流，並且剩下的是終端電壓(見下面方程式[11])，其實質為跨越定子極的通量鏈結之改變速率的直接測量。
每個馬達相位可以具有其自己的感測器1100，其建構成提供用於每個轉子位置的通量鏈結速率。
Figure 103139219-A0202-12-0027-16
注意力矩起伏估計器所進行的力矩起伏補償包括有能力去間接測量馬達輸出所產生的實際力矩。實際力矩的這間接測量則與想要的力矩來比較，如此則力矩起伏估計器可以計算相位電壓修正，其將使實際的力矩接近想要的力矩。實際力矩的間接測量可以導自以下的方程式：
Figure 103139219-A0202-12-0027-17
使用方程式[12]和通量鏈結(見上面方程式[5])的偏微分，則實際力矩的間接測量可以由以下方程式來計算：
Figure 103139219-A0202-12-0027-18
其中通量鏈結
Figure 103139219-A0202-12-0028-19
如上所述的測量(見方程式 [11])，電感
Figure 103139219-A0202-12-0028-20
是由查詢表、模型、經驗或任何其 他適合的方式來決定，並且
Figure 103139219-A0202-12-0028-21
的表示舉例而言可以由電 流和速度回饋或以任何其他適合的方式來計算。
所得的相位電流可以從經修改的相位電壓而產生(譬如在相位電壓修正之後所修改的相位電壓是由力矩起伏估計器1203所施加)，其轉而可以用於產生馬達磁性迴路100M2所提供的實際力矩。惰性機1205(其可以實質類似於上述的運輸裝置111)藉由產生惰性機1205之個別的加速度、速度和位置而對施加的實際力矩做出反應。惰性機的加速度、速度和位置狀態然後回饋到適當的控制迴圈模組，如圖12和13所示。
於在此所述揭示實施例的諸多方面，力矩-電流-位置關係將馬達力矩反映成馬達位置和相位電流的函數，這舉例而言是在穩定狀態條件下，其中想要的力矩和轉子位置在時間上是固定的。如果力矩或轉子位置要隨著時間變化，就如自動機應用的情形，則使用靜態力矩關係的正確性可以由馬達動力學的回應速度所決定。馬達動力學的度量是馬達之力矩步進回應的速度。圖14示範命令力矩為大約3牛頓米之無刷直流(DC)馬達的力矩輸出。馬達力矩步進回應(譬如動態回應時間)可以採取任何適合的方式來測量。圖14也示範可變磁阻馬達的力矩步進回應(其形式因素類似於無刷DC馬達)。圖14和15可以看出無刷DC馬達具有比可變磁阻馬達還快的回應 時間。注意可變磁阻馬達的力矩曲線可以開始於實質零斜率，而無刷DC馬達的力矩曲線可以開始於非零斜率。這是因為在切換磁阻馬達中，力矩-電流關係是二次式的，而無刷DC馬達的力矩-電流關係是線性的。因此，預期在與無刷DC馬達比較時，習用的切換磁阻馬達可以具有在零電流和力矩附近之固有的緩慢回應時間。於揭示實施例的一方面，本系統和方法(例如可以用適合的演算法所實施)允許切換磁阻馬達在靠近零力矩/電流範圍有較快的回應，如下面所進一步描述。依據揭示實施例的諸多方面，可變磁阻馬達的動態回應可以如下面所示而改善。給定以下的方程式：
Figure 103139219-A0202-12-0029-50
Figure 103139219-A0202-12-0029-22
其中TVRM是可變(或切換)磁阻馬達力矩，i是相位電流，θ是轉子位置，f(θ)代表對轉子位置的相依性；從方程式[15]得知可變磁阻馬達(例如馬達100)的動態回應可以是相位電流的函數；可變磁阻馬達的動態回應(dTVRM/dt)隨著相位電流的增加而增加；以及當沒有電流經過線圈104時，動態回應實質為零(圖1E和1F)。
於揭示實施例的這方面，再度參見圖1E和1F，換算方案是要在零力矩具有非零相位電流。非零相位 電流可以在馬達的其他相位生成「偏壓力矩」，如此則增加馬達的動態回應時間(譬如變得較快)(例如改變了在T=0和要求的力矩Tdemand之間的梯度)。於四相位馬達，例如馬達100，供能二相位(被供能的相位是由轉子位置所決定)導致在一方向上的力矩，並且供能剩餘的二相位導致在相反方向上的力矩。名義上，視力矩的方向而定，僅二相位被供能。在此，換算方案供能所有四個相位，使得當要求的馬達力矩實質為零時，由於二相位A、B所造成的正力矩是由剩餘二相位C、D所造成的負力矩所平衡，並且淨力矩為零。以平衡方式來供能所有四相位A~D(譬如這樣淨力矩實質為零或平衡)則即使在馬達100的零力矩狀態亦實質提供非零電流，並且改善了可變磁阻致動器的回應時間(或有效頻寬)，如方程式[15]所表示。
舉例來說，如果在給定的馬達位置，相位A和B貢獻於正馬達力矩，相位C和D貢獻於負馬達力矩，想要的力矩為T，△T是選擇的偏壓力矩偏移值，函數f代表力矩-電流-位置關係，則相位電流可以界定為：(i A ,i B )=f(θ,T+△T) [18]以及(i C ,i D )=f(θ,-△T) [19]
其中iA、iB、iC、iD分別是在相位A~D的相位電流。在此淨馬達力矩可以實質等於T，並且偏壓力矩偏 移值△T可以採取任何適合的方式而選擇為任意小的數值。偏壓力矩偏移值△T可以導致相位電流增加，其可以從換算關係來決定，例如上面所述。圖16示範對於無刷DC馬達、沒有相位電流偏壓的可變磁阻馬達(基本VRM)、具有固定不變的相位電流偏壓的可變磁阻馬達(譬如當產生非平衡力矩，亦即Tdemand，偏壓實質不隨著馬達致動而改變)、具有可變相位電流偏壓的可變磁阻馬達(譬如當產生非平衡力矩，亦即Tdemand，偏壓實質隨著馬達致動而改變)而命令力矩例如為大約3牛頓米的馬達力矩步進回應。圖16為了比較而示範對於不同馬達組態所想要之力矩的回應輪廓。圖中虛線部分代表針對穩定狀態操作條件的近似效能，其係為了完整而包括，但與在此所述特徵的諸多方面是不相關的。如圖16所可見，具有固定不變相位電流偏壓之可變磁阻馬達的回應(上升)時間在基本VRM上(無力矩偏壓)有所減少(亦即較快的回應)，並且具有可變相位電流偏壓之可變磁阻馬達的回應時間在具有固定不變相位電流偏壓之可變磁阻馬達的回應時間上有所減少。為了使馬達功率的損失減到最少，偏移力矩可以如所需和如應用所決定的設定為非零值。於一方面，非零相位電流可以應用於在任何適合的時刻產生偏移力矩(圖17，方塊1700)，例如在預定的時期裡或在需要所要求之Tdemand的預期時刻之前的預定時刻(亦即偏移力矩可以視為預先力矩，其恰在需要所要求的力矩之前施加)，而非與要求的力矩同時施加。並且如圖16所 示，時間-變化力矩偏移輪廓可以導致比固定不變的力矩偏移還快的動態回應。於一方面，舉例而言在自動機運輸應用中為了能夠做到較快的動態回應，控制器(例如控制器400)可以建構成在自動機操控器(例如圖1E的運輸裝置111)開始移動或恰在移動之前(譬如以預先力矩命令以產生上述的預先力矩)使偏壓力矩爬升(譬如設定為預定的開始值)(圖17，方塊1701)，並且隨著移動開始和/或在達到要求的或最大的力矩和/或加速之前(譬如運輸裝置所攜帶的基板加速)而使偏壓力矩滑降(譬如減少到低於預定開始值的數值)(圖17，方塊1702)。偏壓力矩的這爬升和滑降可以實質避免或減少自動機操控器相對於想要的拾取或放置目標而有任何「衝過頭」(譬如移動過頭)。於一方面，爬升和滑降的偏壓力矩輪廓可以選擇為在持續時間上要比自動機操控器移動持續時間小幾個數量級(譬如爬升和滑降的持續時間相較於自動機操控器移動的持續時間是可忽略的)。於其他方面，爬升和滑降輪廓可以具有任何適合的持續時間。於一方面，爬升和滑降的偏壓力矩輪廓可以在零力矩具有實質為零的斜率，並且爬升和滑降的持續時間可以由可得的匯流排電壓和/或馬達線圈電感所決定。如可理解的，偏壓力矩可以提供在多於一個的自動機操控器移動區域(譬如在移動開始、在移動結束和/或在移動開始和結束之間的一或更多個點)。於一方面，力矩偏壓的爬升可以是偏壓力矩的逐漸增加。於另一方面，偏壓力矩的滑降可以取決於想要的 動態回應時間。
如上所述，控制器400(圖1E)可以具有分散式架構，其包括高階控制器和低階控制器而類似於美國專利第7,904,182號(之前整個併於此以為參考)所述。於一方面，等力矩表可以駐留在一或更多個高階控制器中，使得換算方案的諸多方面(其可以包括任何適合的計算、比較、發送命令給可變磁阻馬達、監視可變磁阻馬達的操作特徵、修改馬達的力矩輸出……)可以由一或更多個低階控制器來進行。
如可理解的，揭示實施例的諸多方面可以單獨的或以任何適當組合來採用。
依據揭示實施例的一或更多個方面，提供的是可變磁阻馬達負載映射裝置。該裝置包括：框架；介面，其配置在框架上而建構成安裝可變磁阻馬達；靜態負載單元，其安裝於框架和耦合於可變磁阻馬達；以及控制器，其可通訊的耦合於靜態負載單元和可變磁阻馬達。控制器係建構成選擇可變磁阻馬達的至少一馬達相位、供能至少一馬達相位、從至少靜態負載單元接收馬達操作資料，而映射和產生一系列馬達操作資料查詢表。
依據揭示實施例的一或更多個方面，控制器建構成從靜態負載單元和可變磁阻馬達接收馬達操作資料，其中馬達操作資料包括以下至少一者：靜態馬達力矩、至少個別馬達相位之每一者的個別相位電流、馬達轉子位置。
依據揭示實施例的一或更多個方面，控制器建構成從馬達操作資料產生固定不變的力矩值而成轉子位置和相鄰馬達相位之相位電流的函數。
依據揭示實施例的一或更多個方面，控制器建構成產生關聯於每個固定不變的力矩值之最小功率值，並且於查詢表中提供最小功率值。
依據揭示實施例的一或更多個方面，控制器建構成產生馬達操作資料查詢表，其中每個馬達操作資料查詢表包括在給定轉子位置之一系列固定不變的力矩值和對應的相位電流。
依據揭示實施例的一或更多個方面，控制器建構成對於對應於每個預定轉子位置的一系列預定轉子位置而在一系列預定電流組合來供能相鄰馬達相位，並且從靜態負載單元接收預定電流組合之每一者的所得靜態力矩。
依據揭示實施例的一或更多個方面，控制器建構成對於每個預定轉子位置和預定第一馬達相位電流來變化額外馬達相位電流或額外相位電流的任何適當組合。
依據揭示實施例的一或更多個方面，控制器建構成從所得的靜態力矩來產生力矩值，並且對於每個預定轉子位置來映射力矩值和關聯的相位電流組合以形成一系列馬達操作資料查詢表。
依據揭示實施例的一或更多個方面，提供的是對於可變磁阻馬達來定出決定馬達負載的力矩、電流、位置之間關係之特徵的方法。該方法包括：提供靜態負載單 元；將可變磁阻馬達耦合於靜態負載單元；選擇可變磁阻馬達的至少一馬達相位；供能至少一馬達相位；以控制器而從至少靜態負載單元接收馬達操作資料；以及以控制器來映射和產生一系列馬達操作資料查詢表。
依據揭示實施例的一或更多個方面，方法進一步包括以控制器而從靜態負載單元和可變磁阻馬達來接收馬達操作資料，其中馬達操作資料包括以下至少一者：靜態馬達力矩、至少個別馬達相位之每一者的個別相位電流、馬達轉子位置。
依據揭示實施例的一或更多個方面，方法包括以控制器而從馬達操作資料來產生固定不變的力矩值而成相位電流和轉子位置的函數。
依據揭示實施例的一或更多個方面，控制器建構成產生關聯於每個固定不變的力矩值之最小功率值，並且於查詢表中提供最小功率值。
依據揭示實施例的一或更多個方面，每個馬達操作資料查詢表包括在給定轉子位置之一系列固定不變的力矩值和對應的相位電流。
依據揭示實施例的一或更多個方面，方法包括對於一系列預定轉子位置而以控制器在一系列預定電流組合來供能馬達相位，並且對於預定電流組合的每一者和對應的轉子位置則從靜態負載單元接收所得的靜態力矩。
依據揭示實施例的一或更多個方面，方法包括對於每個預定轉子位置和預定第一馬達相位電流則以控制 器來變化額外馬達相位電流。
依據揭示實施例的一或更多個方面，方法包括從所得的靜態力矩而以控制器來產生力矩值，並且對於每個預定轉子位置來映射力矩值和關聯的相位電流組合以形成一系列馬達操作資料查詢表。
依據揭示實施例的一或更多個方面，方法包括：將負載耦合於可變磁阻馬達的輸出軸；以可變磁阻馬達而在輸出軸上產生一系列靜態力矩；調整可變磁阻馬達的轉子位置；以及以控制器來記錄馬達資料，其包括可變磁阻馬達之相鄰相位的靜態力矩值、轉子位置、相位電流。
依據揭示實施例的一或更多個方面，對於一系列靜態力矩中的每個靜態力矩值的相鄰相位而記錄一系列相位電流組合。
依據揭示實施例的一或更多個方面，對於一系列轉子位置中的每個轉子位置而產生一系列靜態力矩。
依據揭示實施例的一或更多個方面，方法包括對於每個轉子位置而以控制器來映射一系列靜態力矩和個別的相位電流組合以形成資料查詢表。
依據揭示實施例的一或更多個方面，方法包括對於一系列預定轉子位置而以控制器在一系列預定電流組合來供能馬達相位，並且對於預定電流組合的每一者和對應的轉子位置來記錄所得的靜態力矩值。
依據揭示實施例的一或更多個方面，方法包括 對於每個預定轉子位置和預定第一馬達相位電流而以控制器來變化(多個)額外馬達相位電流。
依據揭示實施例的一或更多個方面，提供的是電力機器。無刷電力機器包括：被動轉子，其具有至少一轉子極；定子，其具有至少一定子極和關聯於至少一定子極之每一者的相位線圈，該相位線圈係建構成建立轉子和定子之間磁性迴路的通量，其中轉子和定子界定預定的電力機器形式因素；以及控制器，其建構成控制通往每個相位線圈的電流以產生預定的轉子力矩，該控制器係以至少預定固定不變的力矩值和相關的相位電流值而程式化，如此則控制器基於預定固定不變的力矩值和相關的相位電流值來決定每個相位線圈的電流以產生要求的轉子力矩。
依據揭示實施例的一或更多個方面，預定固定不變的力矩值和相關的相位電流值是經驗產生的數值。
依據揭示實施例的一或更多個方面，無刷電力機器的預定固定不變的力矩值和相關的相位電流值是從系統模型化分析所產生，該系統模型化分析包括數值模型化分析或有限元素分析當中一者。
依據揭示實施例的一或更多個方面，無刷電力機器包括可變磁阻馬達，其為旋轉的或線性的組態。
依據揭示實施例的一或更多個方面，無刷電力機器包括可變磁阻馬達，其建構成在真空環境中操作。
依據揭示實施例的一或更多個方面，被動轉子是無線圈且無磁鐵的轉子。
依據揭示實施例的一或更多個方面，相關的相位電流值是一系列相位電流值，如此則每個相位電流向量產生共通於一系列相位電流值之預定固定不變的力矩值。
依據揭示實施例的一或更多個方面，控制器是以關聯於預定固定不變的力矩值之每一者的最小功率值而程式化。
依據揭示實施例的一或更多個方面，預定固定不變的力矩值和相關的功率值與相位電流值對於形式因素類似於預定電力機器形式因素的每一電力機器而言是可換算的。
依據揭示實施例的一或更多個方面，相關的相位電流值是預先測量的電流值。
依據揭示實施例的一或更多個方面，固定不變的力矩值和相關的相位電流值形成關聯了馬達相位之力矩、轉子位置、相位電流大小的一或更多個換算表。
依據揭示實施例的一或更多個方面，提供的是可變磁阻馬達控制器。控制器包括：一或更多個感測器，其建構成測量可變磁阻馬達的預定操作特徵；電流迴圈模組，其建構成提供相位電壓給可變磁阻馬達；以及力矩起伏估計器，其建構成基於預定操作特徵而產生和施加實質即時的相位電壓修正訊號給相位電壓，以衰減可變磁阻馬達的力矩起伏效應。
依據揭示實施例的一或更多個方面，預定操作特徵包括以下一或更多者：馬達轉子位置、馬達轉子角速 度、每個馬達相位的相位電流、每個相位的通量鏈結速率和電感。
依據揭示實施例的一或更多個方面，通量鏈結速率是由測量值所決定。
依據揭示實施例的一或更多個方面，一或更多個感測器包括拾取線圈，其配置在或相鄰於每個馬達相位線圈，該拾取線圈係建構成測量關聯於個別馬達相位線圈的通量鏈結。
依據揭示實施例的一或更多個方面，電感是由控制器從查詢表或馬達模型所獲得的估計電感。
依據揭示實施例的一或更多個方面，可變磁阻馬達控制器包括電感模組，其建構成決定馬達的電感相對於馬達轉子位置和相位電流的改變。
依據揭示實施例的一或更多個方面，力矩起伏估計器包括在想要的馬達力矩和實際的馬達力矩之間的即時比較器，使得相位電壓修正訊號使實際的馬達力矩接近想要的馬達力矩。
依據揭示實施例的一或更多個方面，提供的是無刷電力機器。無刷電力機器包括：被動轉子，其具有至少一轉子極；定子，其具有至少一定子極和關聯於至少一定子極之每一者的相位線圈，該相位線圈係建構成建立轉子和定子之間磁性迴路的通量，其中轉子和定子界定預定的電力機器形式因素；以及控制器，其建構成控制通往每個相位線圈的電流以產生預定的轉子力矩，該控制器被程 式化，如此則非零相位電流在零力矩的馬達輸出下提供給每個相位線圈。
依據揭示實施例的一或更多個方面，提供給每個相位線圈的非零相位電流實現了實質等於零的淨力矩。
依據揭示實施例的一或更多個方面，非零相位電流實現了無刷電力機器的動態回應時間減少(亦即回應速度增加)。
應了解前面的敘述僅在示範揭示實施例的諸多方面。熟於此技藝者可以設計出多樣的替代和修改，而不偏離揭示實施例的諸多方面。據此，揭示實施例的諸多方面打算涵蓋落於所附請求項範圍裡的所有此種替代、修改和變化。此外，不同特徵在互相不同的獨立項或附屬項所引述的這事實並不指示無法有利的使用這些特徵的組合，此種組合仍在本發明之諸多方面的範圍裡。
100:可變或切換磁阻馬達
400:控制器
500:負載單元
510:力矩值產生站
520:框架

Claims (43)

  1. 一種可變磁阻馬達負載映射裝置，其包括：框架；介面，其配置在該框架上而建構成安裝可變磁阻馬達；靜態負載單元，其安裝於與該可變磁阻馬達分開且與之不同的該框架並且耦合於該可變磁阻馬達，以對該可變磁阻馬達的馬達力矩產生反作用；以及控制器，其可通訊地耦合於該靜態負載單元和該可變磁阻馬達，該控制器係建構成從該可變磁阻馬達的所有個別馬達相位中選擇出至少一馬達相位、個別地供能已選擇的該至少一馬達相位、從該可變磁阻馬達的該馬達力矩之至少該靜態負載單元靜態反作用接收來自於其它個別馬達相位之該靜態負載單元馬達操作資料，以映射和產生一系列馬達操作資料查詢表。
  2. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該控制器建構成從該靜態負載單元和該可變磁阻馬達接收馬達操作資料，其中該馬達操作資料包括以下至少一者：靜態馬達力矩、該至少個別馬達相位之每一者的個別相位電流、馬達轉子位置。
  3. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該控制器建構成從該馬達操作資料產生固定不變的力矩值而成轉子位置和相鄰馬達相位之相位電流的函數。
  4. 如申請專利範圍第3項的裝置，其中該控制器建 構成產生關聯於每個固定不變的力矩值之最小功率值，並且於查詢表中提供該最小功率值。
  5. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該控制器建構成產生馬達操作資料查詢表，其中每個馬達操作資料查詢表包括在給定轉子位置之一系列固定不變的力矩值和對應的相位電流。
  6. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該控制器建構成對於對應於每個預定轉子位置的一系列預定轉子位置而在一系列預定電流組合來供能相鄰馬達相位，並且從該靜態負載單元接收該等預定電流組合之每一者的所得靜態力矩。
  7. 如申請專利範圍第6項的裝置，其中該控制器建構成對於每個預定轉子位置和預定第一馬達相位電流來變化額外馬達相位電流或額外相位電流的任何適當組合。
  8. 如申請專利範圍第6項的裝置，其中該控制器建構成從該所得的靜態力矩來產生力矩值，並且對於每個預定轉子位置來映射該等力矩值和關聯的相位電流組合以形成該一系列馬達操作資料查詢表。
  9. 一種對於可變磁阻馬達來定出決定馬達負載的力矩、電流、位置之間關係之特徵的方法，該方法包括：提供與該可變磁阻馬達分開且與之不同的靜態負載單元；將該可變磁阻馬達耦合於該靜態負載單元，使得該靜態負載單元對該可變磁阻馬達的馬達力矩產生反作用； 以控制器從該可變磁阻馬達的所有個別馬達相位中選擇出至少一馬達相位；個別地供能已選擇的該至少一馬達相位；以該控制器從該可變磁阻馬達的該馬達力矩之至少該靜態負載單元靜態反作用接收來自於其它個別馬達相位之該靜態負載單元馬達操作資料；以及以該控制器來映射和產生一系列馬達操作資料查詢表。
  10. 如申請專利範圍第9項的方法，其進一步包括以該控制器而從該靜態負載單元和該可變磁阻馬達接收馬達操作資料，其中該馬達操作資料包括以下至少一者：靜態馬達力矩、該至少個別馬達相位之每一者的個別相位電流、馬達轉子位置。
  11. 如申請專利範圍第9項的方法，其進一步包括以該控制器而從該馬達操作資料來產生固定不變的力矩值而成相位電流和轉子位置的函數。
  12. 如申請專利範圍第11項的方法，其中該控制器建構成產生關聯於每個固定不變的力矩值之最小功率值，並且於查詢表中提供該最小功率值。
  13. 如申請專利範圍第9項的方法，其中每個馬達操作資料查詢表包括在給定轉子位置之一系列固定不變的力矩值和對應的相位電流。
  14. 如申請專利範圍第9項的方法，其進一步包括對於一系列預定轉子位置而以該控制器在一系列預定電流組 合來供能馬達相位，並且對於該等預定電流組合的每一者和對應的轉子位置則從該靜態負載單元接收所得的靜態力矩。
  15. 如申請專利範圍第14項的方法，其進一步包括對於每個預定轉子位置和預定第一馬達相位電流則以該控制器來變化額外馬達相位電流。
  16. 如申請專利範圍第14項的方法，其進一步包括從該所得的靜態力矩而以該控制器來產生力矩值，並且對於每個預定轉子位置來映射該等力矩值和關聯的相位電流組合以形成該一系列馬達操作資料查詢表。
  17. 一種決定可變磁阻馬達的力矩、電流和位置之間關係之特徵的方法，該方法包括：將負載耦合於該可變磁阻馬達的輸出軸；以該可變磁阻馬達而在該輸出軸上產生一系列靜態力矩；調整該可變磁阻馬達的轉子位置；以控制器從該可變磁阻馬達的所有個別馬達相位中選擇出該可變磁阻馬達的相鄰相位並對該已選擇的相鄰相位供能；以及以該控制器來記錄馬達資料，其包括該可變磁阻馬達之已選擇的相鄰相位的靜態力矩值、轉子位置、相位電流。
  18. 如申請專利範圍第17項的方法，其中對於一系列靜態力矩中的每個靜態力矩值的已選擇的相鄰相位而記 錄一系列相位電流組合。
  19. 如申請專利範圍第17項的方法，其中對於一系列轉子位置中的每個轉子位置而產生一系列靜態力矩。
  20. 如申請專利範圍第19項的方法，其進一步包括對於每個轉子位置而以該控制器來映射該一系列靜態力矩和個別的相位電流組合以形成資料查詢表。
  21. 如申請專利範圍第17項的方法，其進一步包括對於一系列預定轉子位置而以該控制器在一系列預定電流組合來供能已選擇的馬達相位，並且對於該等預定電流組合的每一者和對應的轉子位置來記錄所得的靜態力矩值。
  22. 如申請專利範圍第21項的方法，其進一步包括對於每個預定轉子位置和預定第一馬達相位電流而以該控制器來變化額外馬達相位電流。
  23. 一種無刷電力機器，其包括：被動轉子，其具有至少一轉子極；定子，其具有至少一定子極和關聯於該至少一定子極之每一者的相位線圈；其中該相位線圈建構成建立該轉子和定子之間磁性迴路的通量，其中該轉子和定子界定預定的電力機器形式因素；以及控制器，其建構成控制通往每個相位線圈的電流以產生預定的轉子力矩，該控制器係以至少預定固定不變的力矩值和相關的相位電流值而程式化，如此則該控制器基於該等預定固定不變的力矩值和相關的相位電流值來決定每 個相位線圈的該電流以產生要求的轉子力矩。
  24. 如申請專利範圍第23項的無刷電力機器，其中該等預定固定不變的力矩值和相關的相位電流值是經驗產生的數值。
  25. 如申請專利範圍第23項的無刷電力機器，其中該無刷電力機器的該等預定固定不變的力矩值和相關的相位電流值是從系統模型化分析所產生，該系統模型化分析包括數值模型化分析或有限元素分析當中一者。
  26. 如申請專利範圍第23項的無刷電力機器，其進一步包括可變磁阻馬達，其為旋轉的或線性的組態。
  27. 如申請專利範圍第23項的無刷電力機器，其進一步包括可變磁阻馬達，其建構成在真空環境中操作。
  28. 如申請專利範圍第23項的無刷電力機器，其中該被動轉子是無線圈且無磁鐵的轉子。
  29. 如申請專利範圍第23項的無刷電力機器，其中該等相關的相位電流值是一系列相位電流值，如此則每個相位電流向量產生共通於該一系列相位電流值之該預定固定不變的力矩值。
  30. 如申請專利範圍第23項的無刷電力機器，其中該控制器是以關聯於該等預定固定不變的力矩值之每一者的最小功率值而程式化。
  31. 如申請專利範圍第30項的無刷電力機器，其中該等預定固定不變的力矩值和相關的功率值與相位電流值對於形式因素類似於該預定電力機器形式因素的每一電力 機器而言是可換算的。
  32. 如申請專利範圍第23項的無刷電力機器，其中該等相關的相位電流值是預先測量的電流值。
  33. 如申請專利範圍第23項的無刷電力機器，其中該等固定不變的力矩值和相關的相位電流值形成關聯了馬達相位之力矩、轉子位置、相位電流大小的一或更多個換算表。
  34. 一種可變磁阻馬達控制器，其包括：一或更多個感測器，其建構成測量可變磁阻馬達的預定操作特徵；電流迴圈模組，其建構成提供相位電壓給該可變磁阻馬達；以及力矩起伏估計器，其建構成基於該等預定操作特徵而產生和施加實質即時的相位電壓修正訊號給該相位電壓，以衰減該可變磁阻馬達的力矩起伏效應。
  35. 如申請專利範圍第34項的控制器，其中該等預定操作特徵包括以下一或更多者：馬達轉子位置、馬達轉子角速度、每個馬達相位的相位電流、每個相位的通量鏈結速率和電感。
  36. 如申請專利範圍第35項的控制器，其中該通量鏈結速率是由測量值所決定。
  37. 如申請專利範圍第35項的控制器，其中該電感是由該控制器從查詢表或馬達模型所獲得的估計電感。
  38. 如申請專利範圍第34項的控制器，其中該一或 更多個感測器包括拾取線圈，其配置在或相鄰於每個馬達相位線圈，該拾取線圈係建構成測量關聯於個別馬達相位線圈的通量鏈結。
  39. 如申請專利範圍第34項的控制器，其中該可變磁阻馬達控制器包括電感模組，其建構成決定該馬達之電感相對於馬達轉子位置和相位電流的改變。
  40. 如申請專利範圍第34項的控制器，其中該力矩起伏估計器包括在想要的馬達力矩和實際的馬達力矩之間的即時比較器，使得該相位電壓修正訊號使該實際的馬達力矩接近該想要的馬達力矩。
  41. 一種無刷電力機器，其包括：被動轉子，其具有至少一轉子極；定子，其具有至少一定子極和關聯於該至少一定子極之每一者的相位線圈；其中該相位線圈建構成建立該轉子和定子之間磁性迴路的通量，其中該轉子和定子界定預定的電力機器形式因素；以及控制器，其建構成控制通往每個相位線圈的電流以產生預定的轉子力矩，該控制器被程式化，如此則非零相位電流在零力矩的馬達輸出下提供給每個相位線圈。
  42. 如申請專利範圍第41項的無刷電力機器，其中提供給每個相位線圈的該非零相位電流實現了實質等於零的淨力矩。
  43. 如申請專利範圍第41項的無刷電力機器，其中 該非零相位電流實現了該無刷電力機器的動態回應時間減少(亦即回應速度增加)。
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