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特許7013438ブラシレス電気機械および可変リラクタンスモータロードマッピング装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-21
(45)【発行日】2022-01-31
(54)【発明の名称】ブラシレス電気機械および可変リラクタンスモータロードマッピング装置
(51)【国際特許分類】
H02P 25/098 20160101AFI20220124BHJP
【ＦＩ】
H02P25/098
【請求項の数】
24
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2019229581
(22)【出願日】2019-12-19
(62)【分割の表示】P 2016531066の分割
【原出願日】2014-11-13
(65)【公開番号】P2020054229
(43)【公開日】2020-04-02
【審査請求日】2019-12-19
(31)【優先権主張番号】61/903,745
(32)【優先日】2013-11-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】14/540,077
(32)【優先日】2014-11-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】505047094
【氏名又は名称】ブルックス オートメーション インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001896
【氏名又は名称】特許業務法人朝日奈特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】モウラ、ジャイロ ティー
(72)【発明者】
【氏名】スパイカー、ナーザン
(72)【発明者】
【氏名】ゴーリク、アーロン
(72)【発明者】
【氏名】クリシュナサミー、ジャヤラマン
【審査官】大島 等志
(56)【参考文献】
【文献】特開平２－２０６３８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２１９１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平９－２３８４３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平８－９６７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２５５２２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１０１０３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平２－２０６３９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－９４５７７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｐ ２５／０９８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つのロータ極を有するパッシブロータと、少なくとも１つのステータ極および前記少なくとも１つのステータ極のそれぞれに関連付けられる相コイルを有するステータと、を備えるモータ、並びに、所定のロータトルクを生成するために各相コイルへの電流を制御するように構成されるコントローラを備えるブラシレス電気機械であって、
前記相コイルは、前記ロータおよびステータが所定の電気機械フォームファクタを規定する前記ロータとステータとの間の磁気回路内に磁束を作りだすように構成され、
前記コントローラは、少なくとも、所定の定トルク値、並びに、各相コイルについての相電流値および隣接する相コイルについての相電流値の組み合わせとして前記所定の定トルク値に対応する対応組み合わせ相電流値についてプログラムされ、それにより、前記コントローラが、前記所定の定トルク値、並びに各相コイルおよび前記隣接する相コイルについての前記対応組み合わせ相電流値に基づいて、各要求ロータトルクの生成のために各相コイルについての前記電流を決定し、
前記所定の定トルク値、並びに各相コイルおよび隣接する相コイルについての対応組み合わせ相電流は、無トルクから最大に値するトルクまでの前記モータの各要求ロータトルク間の関係を確定的に規定するように前記コントローラにプログラムされる、ブラシレス電気機械。
【請求項2】
前記所定の定トルク値および前記対応組み合わせ相電流値が、実験的に生成された値である請求項１記載のブラシレス電気機械。
【請求項3】
前記ブラシレス電気機械の前記所定の定トルク値および前記対応組み合わせ相電流値が、数値モデル解析または有限要素解析の１つを含むシステムモデル解析から生成される請求項１記載のブラシレス電気機械。
【請求項4】
前記パッシブロータおよび前記ステータが、回転構造またはリニア構造のいずれかの可変リラクタンスモータを形成する請求項１記載のブラシレス電気機械。
【請求項5】
前記パッシブロータおよび前記ステータが、真空環境で動作するように構成される可変リラクタンスモータを形成する請求項１記載のブラシレス電気機械。
【請求項6】
前記パッシブロータがコイルの無い、かつ、磁石の無いロータである請求項１記載のブラシレス電気機械。
【請求項7】
前記対応組み合わせ相電流値が相電流値の配列であり、各相電流ベクトルが、相電流値の前記配列に共通の前記所定の定トルク値をもたらす、請求項１記載のブラシレス電気機械。
【請求項8】
前記コントローラが、前記所定の定トルク値の各々に関連付けられた最小電力値でプログラムされる請求項１記載のブラシレス電気機械。
【請求項9】
前記所定の定トルク値および関連する電力値および相電流値が、前記所定の電気機械フォームファクタと同様のフォームファクタを有するすべての電気機械と交換可能である請求項８記載のブラシレス電気機械。
【請求項10】
前記対応組み合わせ相電流値が予め測定された電流値である請求項１記載のブラシレス電気機械。
【請求項11】
トルク、ロータ位置、およびモータ相の相電流の大きさに関連する１つまたは２つ以上の転換表が、前記定トルク値および関連する相電流値から生成される請求項１記載のブラシレス電気機械。
【請求項12】
少なくとも１つのロータ極を有するパッシブロータと、少なくとも１つのステータ極、および、前記少なくとも１つのステータ極のそれぞれに関連付けられる相コイルを有するステータと、
所定のロータトルクを生成するために各相コイルへの電流を制御するように構成されるコントローラ
とを備えるブラシレス電気機械であって、
前記相コイルは、前記ロータおよびステータが所定の電気機械フォームファクタを規定する前記ロータとステータとの間の磁気回路内に磁束を作りだすように構成され、
前記コントローラは、ゼロトルクのモータ出力で各相コイルにゼロではない相電流が供給されるように、各相コイルを作動させるように構成され、
各相コイルへの前記ゼロではない相電流は、前記ブラシレス電気機械の動的応答を高めるべく、前記パッシブロータに適用される可変バイアストルクを生成する、ブラシレス電気機械。
【請求項13】
各相コイルに供給される前記ゼロではない相電流が、ゼロにほぼ等しい正味トルクをもたらす請求項１２記載のブラシレス電気機械。
【請求項14】
前記ゼロではない相電流が前記ブラシレス電気機械の前記ロータの動的応答時間の減少をもたらす、請求項１２記載のブラシレス電気機械。
【請求項15】
フレームと、可変リラクタンスモータを取り付けるように構成された、前記フレーム上に配置されたインターフェースと、
前記フレームに取り付けられ、前記可変リラクタンスモータに結合された静的ロードセルと、
前記静的ロードセルおよび前記可変リラクタンスモータに通信可能に結合されたコントローラ
とを備え、
前記コントローラは、前記可変リラクタンスモータの少なくとも１つのモータ相を選択し、前記少なくとも１つのモータ相を励磁し、並びに、前記少なくとも１つのモータ相のセクションに対応する前記静的ロードセルにおける静的モータートルクを前記コントローラに登録するように構成されており、動作中の前記可変リラクタンスモータのモーターロータ位置および前記選択された少なくとも１つのモータ相それぞれについての各相電流に関して、前記静的モータートルクの値の間の関係を特徴付ける、可変リラクタンスモータロードマッピング装置。
【請求項16】
少なくとも前記静的ロードセルは、モータ操作データルックアップテーブルをマッピングおよび生成するために、前記静的モータートルク、前記少なくとも１つの各モータ相それぞれについての各相電流、および前記モーターロータ位置の少なくとも１つを含むモータ操作データを生成する、請求項１５記載の装置。
【請求項17】
前記コントローラは、前記モータ操作データルックアップテーブルをマッピングおよび生成するために、少なくとも前記静的ロードセルから前記モータ操作データを受け取る、請求項１６記載の装置。
【請求項18】
前記コントローラは、前記静的ロードセルおよび前記可変リラクタンスモータからモータ操作データを受け取るように構成されており、前記モータ操作データは、前記静的モータートルク、前記少なくとも１つの各モータ相それぞれについての各相電流、および前記モーターロータ位置の少なくとも１つを含んでいる、請求項１５記載の装置。
【請求項19】
前記コントローラが、モータ操作データから、前記モーターロータ位置および隣接するモータ相の相電流の関数として定トルク値を生成するように構成されている、請求項１５記載の装置。
【請求項20】
前記コントローラが、各定トルク値に関連付けられた最小電力値を生成し、ルックアップテーブルにおいて前記最小電力値を提供するように構成されている、請求項１９記載の装置。
【請求項21】
前記コントローラが、モータ操作データルックアップテーブルを生成するように構成され、各モータ操作データルックアップテーブルが、定トルク値および所定のロータ位置についての対応する相電流の配列を含む、請求項１５記載の装置。
【請求項22】
前記コントローラが、各所定のモーターロータ位置に対応する所定のモーターロータ位置の配列のために、隣接するモータ相を所定の電流の組み合わせの配列で励磁し、前記静的ロードセルから前記所定の電流の組み合わせの各々について得られた静的トルクを受け取るように構成されている請求項１５記載の装置。
【請求項23】
前記コントローラが、各所定のモーターロータ位置および所定の第１モータ相電流のために、追加のモータ相電流または追加の相電流の任意の適切な組み合わせを変化させるように構成されている請求項２２記載の装置。
【請求項24】
前記コントローラが、モータ操作データルックアップテーブルの配列を形成するために、前記得られた静的トルクからトルク値を生成し、各所定のモーターロータ位置について、前記トルク値と、関連付けられた相電流の組み合わせとをマッピングするように構成されている請求項２２記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１３年１１月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／９０３，７４５号の利益を主張する通常出願であって、その開示内容の全ては、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１３年１１月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／９０３，７４５号の利益を主張する通常出願であって、その開示内容の全ては、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
［技術分野］
例示的な実施形態は、概して電気機械、特に、電気機械の制御に関する。
例示的な実施形態は、概して電気機械、特に、電気機械の制御に関する。
【背景技術】
【0003】
一般的に、可変（またはスイッチド）リラクタンスモータ（ＶＲＭ）は、費用対効果の高い、ブラシレス直流モータの代替物として求められている。可変リラクタンスモータは、磁石を必要とせず、その機械的な構造は単純であるが、精密制御用に可変リラクタンスモータを使用することは、たとえば、相電流と、ロータの電気的位置と、トルクと、ジオメトリとの間の高い非線形関係ゆえに挑戦的なままである。可変リラクタンスモータの精密制御における主な課題の一つは、ロータの任意の所定の位置において滑らかでリップルのない予め指定されたトルクを提供することである。可変リラクタンスモータに固有のトルクリップルは、モデリングの不確実性に起因し得る。その結果、可変リラクタンスモータの性能は、所望のトルクを相電流と位置に関連付ける正確な転換（commutation）モデルの存在に依存し得る。また、従来の既製の増幅器のような典型的なフィードバックループは、可変リラクタンスモータが一般的に持っていない固定インダクタンス用に一般的には設計され、最適に調整される。可変リラクタンスモータにおいては、モータコイルまたは巻線のインダクタンスは可変リラクタンスモータの機械的なトルク発生の主な機構であるので、このモータコイルまたは巻線のインダクタンスの変化が予想される。
【0004】
例えば、ロボットサーボアプリケーションにおいては、サーボ性能は、アクチュエータやモータの動的応答によって影響され得る。遅いモータ応答は、サーボシステムの応答速度を制限する可能性がある。モータをアクチュエータとして用いたロボットサーボアプリケーションでは、典型的には、モータの応答は、少なくともサーボループよりも速いオーダーの大きさであり、多くの場合、特に、ブラシレス直流モータの場合のシステムモデルでは無視されているものと考えられる。しかしながら、可変リラクタンスモータは、遅い応答を補償するために、転換方式に一定の調整を保証し得る比較的遅い応答を有する。このように、実質的に瞬間的なトルク制御は、位置サーボアプリケーションにおける可変リラクタンスモータ駆動の利用のために必要とされ得る。瞬間的なトルク制御は、例えば、モータ位置や必要とされる瞬間的なトルクの関数として各モータ相を通る電流を制御することができるデジタル電子コントローラを介して提供されてもよい。モータ位置およびトルクの関数として各モータ相において必要とされる電流の決定は、電流転換ということができる。三相の永久磁石ブラシレスモータ（三相電流は１２０度ずれている）の場合、モータの巻線を流れる電流は正弦波であり、ロータ位置およびトルクの一意的に定義された関数である。一方、可変リラクタンスモータにおける相電流は、正弦波ではなく、むしろ、モータトルク曲線から導出された形状を有している。モータのモータトルク曲線は、モータモデルの有限要素解析から測定または決定される。一般的には、スイッチドリラクタンスモータについては、トルクはモータ位置およびそれぞれの相電流の関数であってもよい。電流転換の目的は、モータ位置およびモータトルクの関数として、各モータ相で必要な電流を決定することである。
【発明の概要】
【0005】
可変リラクタンスモータの制御においてトルクリップルの影響を最小にすることが有利であろう。また、１つまたは２つ以上の最適化基準が達成されるように、各モータ相における電流演算へのアプローチを提供する最適な転換スキームを提供することが有利である。可変リラクタンスモータについて正確な転換モデルの依存性を軽減する制御システムを提供することがさらに有利であろう。
【0006】
開示される実施形態の、前述の態様および他の特徴が、添付の図面と関連して、以下の記載において説明される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】開示される実施形態の態様に従った、基板処理ツールの概略図である。
【図1B】開示される実施形態の態様に従った、基板処理ツールの概略図である。
【図1C】開示される実施形態の態様に従った、基板処理ツールの概略図である。
【図1D】開示される実施形態の態様に従った、基板処理ツールの概略図である。
【図1E】開示される実施形態の態様に従った、可変リラクタンスモータの部分の概略図である。
【図1F】開示される実施形態の態様に従った、可変リラクタンスモータの部分の概略図である。
【図2】開示される実施形態の態様に従った、例示的なテーブルを示す図である。
【図3】開示される実施形態の態様に従った、他の例示的なテーブルを示す図である。
【図5】開示される実施形態の態様に従った、等トルク値生成ステーションの概略図である。
【図5A】開示される実施形態の態様に従った、フローチャートである。
【図6】開示される実施形態の態様に従った、等トルク曲線テーブルの一部分を示す図である。
【図7】開示される実施形態の態様に従った、例示的な比較テーブルを示す図である。
【図8A】開示される実施形態の態様に従った、ロータ位置に関する例示的な相電流テーブルを示す図である。
【図8B】開示される実施形態の態様に従った、ロータ位置に関する例示的な相電流テーブルを示す図である。
【図9A】開示される実施形態の態様に従った、ロータ位置に関する例示的なモータ入力電力テーブルを示す図である。
【図9B】開示される実施形態の態様に従った、ロータ位置に関する例示的なモータ入力電力テーブルを示す図である。
【図10A】開示される実施形態の態様に従った、等トルク曲線テーブルの部分を示す図である。
【図10B】開示される実施形態の態様に従った、等トルク曲線テーブルの部分を示す図である。
【図11A】開示される実施形態の態様に従った、可変リラクタンスモータの一部分の概略図である。
【図11B】開示される実施形態の態様に従った、可変リラクタンスモータの一部分の概略図である。
【図12】開示される実施形態の態様に従った、搬送装置およびその制御システムの概略図である。
【図13】開示される実施形態の態様に従った、搬送装置およびその制御システムの概略図である。
【図14】開示される実施形態の態様に従った、例示的な比較テーブルを示す図である。
【図15】開示される実施形態の態様に従った、例示的な比較テーブルを示す図である。
【図16】開示される実施形態の態様に従った、例示的な比較テーブルを示す図である。
【図17】開示される実施形態の態様に従った、フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0008】
開示される実施形態の態様によれば、スイッチドリラクタンスブラシレス電気機械やモータおよびそれらの最適な転換スキームや方式が提供される。転換スキームや方式は、モータ位置と所望のトルクの関数としての各モータ相における電流の決定のことを指す。開示される実施形態の態様は、図面に関連して説明されるが、開示される実施形態の態様は、多くの形態で具体化され得ることが理解されるべきである。加えて、任意の適切なサイズ、形状、または種類の、要素または材料が使用され得る。
【0009】
図１Ａ～１Ｄを参照すると、本明細書においてさらに開示されるような、開示される実施形態の態様を組み込んだ基板処理装置またはツールの概略図が示されている。
【0010】
図１Ａおよび１Ｂを参照すると、たとえば、半導体ツールステーション１０９０などの処理装置が、開示される実施形態の態様に応じて示される。図中に半導体ツールが示されるが、本明細書で説明される、開示される実施形態の態様は、ロボットマニピュレータを使用する、いずれのツールステーションまたは応用例にも適用可能である。この例において、ツール１０９０はクラスターツールとして示されるが、開示される実施形態の態様は、たとえば、その開示内容の全てが、参照により本明細書に組み込まれる、２００６年５月２６日に出願された、「Linearly Distributed Semiconductor Workpiece Processing Tool」と題された、米国特許出願第１１／４４２，５１１号明細書に記載されたような、図１Ｃおよび１Ｄに示されるもののような線形ツールステーションなどの、任意のツールステーションに適用されてもよい。ツールステーション１０９０は、一般的に、大気フロントエンド１０００、真空ロードロック１０１０、および真空バックエンド１０２０を含む。他の態様では、ツールステーションは任意の適切な構成を有してもよい。フロントエンド１０００、ロードロック１０１０、バックエンド１０２０のそれぞれの構成要素は、たとえば、クラスタ化されたアーキテクチャ制御などの、任意の適切な制御アーキテクチャの一部であってもよいコントローラ１０９１に接続されてもよい。制御システムは、その開示内容の全てが、参照により本明細書に組み込まれる、２００５年７月１１日に出願された、「Scalable Motion Control System」と題された、米国特許出願第１１／１７８，６１５号明細書に記載されたもののような、主制御装置、クラスタ制御装置および自律型遠隔制御装置を有する閉ループ制御装置であってもよい。他の態様では、任意の適切な制御装置および／または制御システムが利用されてもよい。
【0011】
一態様では、フロントエンド１０００は、一般的に、ロードポートモジュール１００５および、たとえばイクイップメントフロントエンドモジュール（equipment front end module）（ＥＦＥＭ）などのミニエンバイロメント１０６０を含む。ロードポートモジュール１００５は、３００ｍｍロードポート、前開き型または底開き型ボックス／ポッドおよびカセットのためのＳＥＭＩ規格Ｅ１５．１、Ｅ４７．１、Ｅ６２、Ｅ１９．５またはＥ１．９に適合したボックスオープナー／ローダーツール標準（ＢＯＬＴＳ）インターフェースであってもよい。他の態様では、ロードポートモジュールは、２００ｍｍウェハインターフェースとして、または、たとえば、大型もしくは小型のウェハもしくは平面パネルディスプレイ用の平面パネルなどの、他の任意の適切な基板インターフェースとして構成されてもよい。図１Ａに２つのロードポートモジュールが示されるが、他の態様では、任意の適切な数のロードポートモジュールがフロントエンド１０００に組み込まれてもよい。ロードポートモジュール１００５は、オーバーヘッド型搬送システム、無人搬送車、有人搬送車、レール型搬送車、または他の任意の適切な搬送手段から、基板キャリアまたはカセット１０５０を受容するように構成されていてもよい。ロードポートモジュール１００５は、ロードポート１０４０を通じて、ミニエンバイロメント１０６０と接続してもよい。ロードポート１０４０は、基板カセット１０５０とミニエンバイロメント１０６０との間で、基板の通過を可能にしてもよい。ミニエンバイロメント１０６０は、一般的に、本明細書で説明される、開示される実施形態の１つまたは複数の態様を組み込んでもよい、任意の適切な移送ロボット１０１３を含む。ある態様では、ロボット１０１３は、たとえば、その開示内容の全てが、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，００２，８４０号明細書に記載されたもののような、走路搭載型ロボットであってもよい。ミニエンバイロメント１０６０は、複数のロードポートモジュール間での基板移送のための、制御されたクリーンゾーンを提供してもよい。
【0012】
真空ロードロック１０１０は、ミニエンバイロメント１０６０とバックエンド１０２０との間に位置付して、ミニエンバイロメント１０６０とバックエンド１０２０とに接続されてもよい。本明細書において使用される真空という用語は、基板が処理される、１０-5Ｔｏｒｒ以下のような高真空を意味し得る。ロードロック１０１０は、一般的に大気および真空スロットバルブを含む。スロットバルブは、ロードした後に、大気フロントエンドから基板を搭載した後に、ロードロック内を排気するために使用され、および窒素などの不活性ガスを用いてロック内に通気するときに、搬送チャンバ内の真空を維持するために使用される環境隔離を提供する。ロードロック１０１０は、基板の基準を、処理に望ましい位置に揃えるためのアライナ１０１１を含んでいてもよい。他の態様では、真空ロードロックは、処理装置の任意の適切な位置に設置されていてもよく、および任意の適切な構成を有していてもよい。
【0013】
真空バックエンド１０２０は、一般的に、搬送チャンバ１０２５、１つまたは複数の処理ステーション１０３０、および、本明細書で説明される、開示される実施形態の１つまたは複数の態様を含み得る、任意の適切な移送ロボット１０１４を含む。移送ロボット１０１４は、以下において説明されるが、ロードロック１０１０と様々な処理ステーション１０３０との間で基板を搬送するために、搬送チャンバ１０２５内に位置され得る。処理ステーション１０３０は、様々な、成膜、エッチング、または他の種類の処理を通じて、基板上に電気回路または他の望ましい構造体を形成するために、基板に対して動作し得る。典型的な処理は、限定されないが、プラズマエッチングまたは他のエッチング処理、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ蒸着（ＰＶＤ）、イオン注入などの注入、測定、急速熱処理（ＲＴＰ）、乾燥細片原子層成膜（ＡＬＤ）、酸化／拡散、窒化物の形成、真空リソグラフィ、エピタキシ（ＥＰＩ）、ワイヤボンダ、および蒸着などの、真空を使用する薄膜処理、または他の真空圧を使用する薄膜処理を含む。搬送チャンバ１０２５から処理ステーション１０３０に、またはその逆に、基板を通過させることを可能にするために、処理ステーション１０３０は、搬送チャンバ１０２５に接続される。
【0014】
次に図１Ｃを参照すると、ツールインターフェースセクション２０１２が、概して搬送チャンバ３０１８の長手方向軸Ｘに（例えば内向きに）向くが、搬送チャンバ３０１８の長手方向軸Ｘからずれるように、ツールインターフェースセクション２０１２が、搬送チャンバモジュール３０１８に取り付けられている線形基板処理システム２０１０の概略平面図が示される。搬送チャンバモジュール３０１８は、すでに参照により本明細書に組み込まれた、米国特許出願第１１／４４２，５１１号明細書に記載されたように、他の搬送チャンバモジュール３０１８Ａ、３０１８Ｉ、３０１８Ｊを、インターフェースセクション２０５０、２０６０、２０７０に取り付けることによって、任意の適切な方向に延長されてもよい。各搬送チャンバモジュール３０１８、３０１９Ａ、３０１８Ｉ、３０１８Ｊは、基板を、処理システム２０１０の全体に亘って、および、たとえば処理モジュールＰＭの内外へ搬送するために、本明細書で説明される、開示される実施形態の１つまたは複数の態様を含んでもよい任意の適切な基板搬送部２０８０を含んでいる。理解できるように、各チャンバモジュールは、隔離された、または制御された雰囲気（たとえば、Ｎ２、清浄空気、真空）を維持することが可能であってもよい。
【0015】
図１Ｄを参照すると、線形搬送チャンバ４１６の長手方向軸Ｘに沿った、例示的な処理ツール４１０の概略的な立面図が示される。図１Ｄに示される、開示される実施形態の態様では、ツールインターフェースセクション１２は、典型的に、搬送チャンバ４１６に接続され得る。この態様では、インターフェースセクション１２は、ツール搬送チャンバ４１６の一方の端部を画定してもよい。図１Ｄに見られるように、搬送チャンバ４１６は、たとえば、接続ステーション１２から反対の端部に、別のワークピース進入／退出ステーション４１２を有していてもよい。他の態様では、搬送チャンバからワークピースを挿入／除去するための他の進入／退出ステーションが設けられてもよい。ある態様では、インターフェースセクション１２および進入／退出ステーション４１２は、ツールからのワークピースのロードの搭載および取出しを可能にしてもよい。他の態様では、ワークピースは、一方の端部からツールに搭載され、他方の端部から取り除かれてもよい。ある態様では、搬送チャンバ４１６は、１つまたは複数の搬送チャンバモジュール１８Ｂ、１８ｉを有していてもよい。各チャンバモジュールは、隔離された、または制御された雰囲気（たとえば、Ｎ２、清浄空気、真空）を維持することが可能であってもよい。既に述べられたように、図１Ｄに示される、搬送チャンバ４１６を形成する、搬送チャンバモジュール１８Ｂ、１８ｉ、ロードロックモジュール５６Ａ、５６Ｂ、およびワークピースステーションの構成／配置は例示的なものに過ぎず、他の態様では、搬送チャンバは、任意の望ましいモジュール配置で配置された、より多くのまたはより少ないモジュールを有してもよい。示された態様では、ステーション４１２はロードロックであってもよい。他の態様では、ロードロックモジュールは、（ステーション４１２に類似の）端部進入／退出ステーションの間に位置してもよく、または隣の（モジュール１８ｉに類似の）搬送チャンバモジュールは、ロードロックとして動作するように構成されてもよい。既に述べられたように、搬送チャンバモジュール１８Ｂ、１８ｉは、搬送チャンバモジュール１８Ｂ、１８ｉに位置し、本明細書で説明される、開示される実施形態の１つまたは複数の態様を含み得る、１つまたは複数の、対応する搬送装置２６Ｂ、２６ｉを有してもよい。それぞれの搬送チャンバモジュール１８Ｂ、１８ｉの搬送装置２６Ｂ、２６ｉは、搬送チャンバ内に線形に分散されたワークピース搬送システム４２０を提供するために連携してもよい。この態様では、搬送装置２６Ｂは、一般的なスカラ（ＳＣＡＲＡ）アーム（水平多関節ロボットアーム）構成を有してもよい（しかし他の態様では、搬送アームは、フロッグレッグ型の構成、伸縮型の構成、左右対称型の構成などの他の任意の望ましい配置を有してもよい）。図１Ｄに示される、開示される実施形態の態様では、以下においてより詳細に説明されるように、搬送装置２６Ｂのアームは、ピック／プレース位置から素早くウェハを交換する搬送を可能にする、いわゆる迅速交換配置（fast swap arrangement）を提供するように配置されてもよい。搬送アーム２６Ｂは、各アームに任意の適切な自由度（たとえば、Ｚ軸運動で、肩および肘関節部の周りの独立した回転）を提供するために、以下に説明されるような、適切な駆動部を有していてもよい。図１Ｄに見られるように、この態様では、モジュール５６Ａ、５６、３０ｉは、搬送チャンバモジュール１８Ｂと１８ｉとの間に介在して位置してもよく、適切な処理モジュール、１つまたは複数のロードロック、１つまたは複数のバッファステーション、１つまたは複数の測定ステーション、または他の任意の望ましい１つまたは複数のステーションを画定してもよい。たとえば、ロードロック５６Ａ、５６、およびワークピースステーション３０ｉなどの中間モジュールはそれぞれ、搬送チャンバの線形軸Ｘに沿った搬送チャンバの全長に亘って、ワークピースの搬送を可能にするために搬送アームと連携する静止型ワークピース支持部／棚５６Ｓ、５６Ｓ１、５６Ｓ２、３０Ｓ１、３０Ｓ２を有してもよい。例として、１つまたは複数のワークピースが、インターフェースセクション１２によって、搬送チャンバ４１６に搭載されてもよい。１つまたは複数のワークピースは、インターフェースセクションの搬送アーム１５を用いて、ロードロックモジュール５６Ａの１つまたは複数の支持部上に位置付けられてもよい。ロードロックモジュール５６Ａ内で、１つまたは複数のワークピースは、モジュール１８Ｂ内の搬送アーム２６Ｂによって、ロードロックモジュール５６Ａとロードロックモジュール５６との間で移動させられてもよく、同様の連続的な方法で、（モジュール１８ｉ内の）アーム２６ｉを用いて、ロードロック５６とワークピースステーション３０ｉとの間で、モジュール１８ｉ内のアーム２６ｉを用いて、ステーション３０ｉとステーション４１２との間で移動させられてもよい。１つまたは複数のワークピースを反対の方向に移動させるために、この処理は全体的に、または部分的に逆行されてもよい。したがって、ある態様では、ワークピースは、軸Ｘに沿って任意の方向に、および搬送チャンバに沿って任意の位置に移動させられてもよく、搬送チャンバと連通している、望ましいモジュール（処理モジュール、あるいは別のモジュール）に、または望ましいモジュールから、搭載または取り出されてもよい。他の態様では、静止型ワークピース支持部または棚を有する中間搬送チャンバモジュールは、搬送チャンバモジュール１８Ｂと１８ｉとの間には設けられない。そのような態様では、隣接する搬送チャンバモジュールの搬送アームは、搬送チャンバを通してワークピースを移動させるために、ワークピースを、１つの搬送アームのエンドエフェクタから直接、別の搬送アームのエンドエフェクタへ受け渡してもよい。処理ステーションモジュールは、様々な、成膜、エッチング、または他の種類の処理を通じて、基板上に電気回路または他の望ましい構造体を形成するために、基板に対し動作してもよい。基板が、搬送チャンバから処理ステーションに、またはその逆に、通過することを可能にするように、処理ステーションモジュールは、搬送チャンバモジュールに接続される。図１Ｄに示された処理装置と類似の一般的特徴を有する処理ツールの適切な例は、すでに参照により本明細書に全体が組み込まれた、米国特許出願第１１／４４２，５１１号明細書に記載されている。
【0016】
本明細書に記載の最適な転換スキームは、１つまたは２つ以上の最適化基準が達成されるように、ブラシレス電気機械の各相における電流の計算へのアプローチを提供するスキームである。開示される実施形態の態様では、最適な転換スキームは、以下でより詳細に説明される特定の制約を受けがちなトルクを実質的に最大にすることができる。本明細書に記載の転換スキームは、任意の適切なモータタイプに適用可能であるが、例えば、例示目的の可変リラクタンスモータに関して本明細書に例示されている。図１Ｅおよび１Ｆは、開示される実施形態の態様による、パッシブロータを有するブラシレス電気機械の部分を示す。図１Ｅおよび図１Ｆに示す直流駆動のブラシレス電気機械の例示的な構造は、回転構造を有する機械の例であって、便宜上本明細書の実施形態の態様を説明するために使用する。さらに、下記に示す実施形態の態様は、リニアブラシレス電気機械に同様に適用されることに留意されたい。上述のように、一態様では、パッシブロータを有するブラシレス電気機械は、本明細書に記載のように、モータ１００の動作を制御するように構成され得る任意の適切なコントローラ４００に接続される可変またはスイッチドリラクタンスモータ１００であってもよい。一態様において、コントローラ４００は、「Scalable Motion Control System」と題する米国特許第７，９０４，１８２号明細書に記載のものと実質的に同様の分散形アーキテクチャを有することができ、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0017】
ここで、可変リラクタンスモータ１００は、ハウジング１０１と、ハウジング内に配置された少なくとも１つのステータ１０３と、少なくとも１つのステータ１０３のそれぞれに対応する少なくとも１つのロータ１０２とを備える。少なくとも１つのステータ１０３のそれぞれは、モータ巻線またはコイル１０４をそれぞれ有する任意の適切な数の突出した（例えば、無磁石の）ステータ極１０３Ｐを有し得る。少なくとも１つのロータ１０２の各々はまた、任意の適切な数の突出するローターポール１０２Ｐを有していてもよく、それにより、各ロータがステータと閉磁束回路を形成するように構成される。例示の目的のためにのみ、可変リラクタンスモータ１００は、６つのロータ極と８つのステータ極を有する４相モータとして示されているが、他の態様では、可変リラクタンスモータは、任意の適切な数のモータの相、任意の適切な数のロータ極および任意の適切な数のステータ極を有していてもよい。ここで少なくとも１つのロータ１０２は、それぞれのステータ１０３内に配置されるか、またはそうでなければ実質的にそれぞれのステータ１０３に囲まれて配置されるが、他の態様では、ステータが、それぞれのロータ内に配置されてもよいし、またはそうでなければ実質的にそれぞれのロータに囲まれて配置されてもよい。また、この態様において、１つまたは２つ以上のステータ／ロータのペアを積み重ねて配置され得る（例えば、可変リラクタンスモータ１００の回転軸に沿って軸方向に互いに隣りあって離間される）が、他の態様では、それぞれのステータ／ロータのペアは、各ステータ／ロータのペアが径方向に入れ子にされるか、そうでなければ、実質的に他のステータ／ロータのペアで囲まれる入れ子構造で配置されてもよい。可変リラクタンスモータ１００は、例えば、代理人整理番号３９０Ｐ０１４９３９－ＵＳ（－＃１）を有し、「Sealed Robot Drive」と題され、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１３年１１月１３日出願の米国仮特許出願に記載されているように、大気環境、および／または、モータの静止部分が真空雰囲気から隔離されている真空環境で動作するように構成されていてもよい。可変リラクタンスモータは、また、番号が３９０Ｐ０１４６８０－ＵＳ（－＃１）で、「Axial Flux Motor」と題され、２０１３年１１月１３日出願の米国仮特許出願に記載されるような特徴を備えていてもよく、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0018】
理解されるように、少なくとも１つのロータ１０２は、任意の適切な駆動軸アセンブリ１１０のそれぞれの駆動軸に結合されていてもよい。この態様では、駆動軸アセンブリ１１０は、２つの駆動軸を有する同軸駆動軸アセンブリとして示されているが、他の態様では、各駆動軸がブラシレス電気機械のそれぞれのロータとステータとのペア（例えば、モータ）に対応する、２つより多いかまたは少ない駆動軸があってもよい。さらに他の態様において、駆動軸アセンブリは、並べて配置された個々の駆動軸または同軸駆動軸を含んでいてもよい。理解されるように、駆動軸アセンブリ１１０は、ロボット搬送装置１１１などの任意の適切な装置に接続され得る。ロボット搬送装置１１１は、例えば、限定されないが、バイ－シンメトリック（by-symmetric）ロボットアームアセンブリ、スカラ型ロボットアームアセンブリ、テレスコープロボットアームアセンブリ、ロストモーションスイッチを有するロボットアームアセンブリ、または１つまたは２つ以上のロボットアームを備え、同軸または並置の駆動軸を利用する任意の他の適切なロボットアームアセンブリを含む任意の適切な搬送アームであってもよい。図２および図３を参照すると、それぞれのトルク／位置曲線が、開示される実施形態の態様に従う単一のモータ相を通る異なる電流の大きさに対して示されている。一態様では、また、図１Ｅおよび図１Ｆを参照すると、各モータ相は、直列に接続され、互いに直径の反対側に配置された二つのコイル１０４を含み得るが、他の態様では、各モータ相は、任意の適切な方法で配線され、互いに対して任意の適切な位置に配置された任意の適切な数のコイルを含んでいてもよい。例えばロータが約０、１５、３０度であるときに単一のモータ相のみが励磁される、例えば図３に示すような、１つのモータ相のみがモータトルクに寄与する電気的位置を除いて、一般に、モータの相の２つは、所望のまたはそうでなければ所定の大きさおよび方向のトルクを生成するように励磁され得る。約０、１５、３０度のロータ位置は単なる例示であり、他の態様では、単一のモータの相のみが励磁されるロータ位置は、ステータおよびロータ極の数と他のモータ構成要素とに依存し得る任意の適切なロータ位置でもよいことが理解されるべきである。
【0019】
一般的に、任意の所定の時間およびロータ位置に対してトルクの所望量を達成するために、所望の相電流または所望の転換方式を定義するためのいくつかのアプローチが提案されている。これらのアプローチでは、各相のトルクの寄与が、図２に示されるような測定によって独立して定量化することができると仮定することにより、トルクリップルの最小化が試みられている。しかしながら、これらのアプローチでは、一般的に、隣接する相が励磁されると、隣接する相の影響が無視される。例えば、隣接するコイルが励磁されると、アクティブコイルの１つのインダクタンスが変化する。このように、例えば、図２および図３に示されるトルク曲線の形状は、隣接する相の電流に応じて変化し得る。隣接するコイルが励磁されるときのアクティブコイルのインダクタンスの変化を考慮しないと、可変リラクタンスモータ１００のトルクリップルがもたらされる可能性がある。
【0020】
開示される実施形態の一態様では、相互インダクタンスの影響（例えば、隣接するコイルが励磁されるときの１つのコイルのインダクタンスに対する影響）を当然に得ることができ、従って可変リラクタンスモータの転換におけるトルクリップルの影響を実質的に最小限に抑える転換方式を得るためのアプローチが提供される。図４および図５を参照すると、一態様では、転換方式は、可変リラクタンスモータ１００が接続される装置、例えばトルク値生成ステーション５１０を、提供すること（図５Ａ、ブロック５５０）を含む。このステーションまたは装置は、ブラシレス電気機械の電流と、位置と、所望のトルク（または力）との関係（例えば、適用される回転モータまたはリニアモータの配置）を経験的に特徴づけるためのシステムを提供する。可変リラクタンスモータ１００は、相電流の配列（array）において（例えば、相電流を転換する１つまたは２つ以上の相が所定のトルクを生成するために変えられる）（図５Ａ、ブロック５５１）、および／または、可変リラクタンスモータ１００の動作範囲を表すロータの電気的位置の配列において（例えば、相電流が異なるロータ位置で異なるトルクについて測定される）（図５Ａ、ブロック５５２）、任意の適切な方法で駆動され得る。測定された電流、トルク、およびロータの電気的位置が記録され（図５Ａ、ブロック５５３）、所定の電気的位置でのトルク曲線（例えば値）と相電流との組み合わせが、任意の適切なコントローラ４００’によって記録および／またはマッピングされ得る（例えば、所定のロータ位置についてのトルク－電流テーブルの配列が生成される）（図５Ａ、ブロック５５４）。一態様では、トルク値生成ステーション５１０は、任意の適切なロードセル５００および可変リラクタンスモータ１００が搭載される任意の適切なフレーム５２０を含むことができる。一態様では、ロードセル５００は、静的ロードセルであってもよい。可変リラクタンスモータ１００は、可変リラクタンスモータ１００に動作抵抗を与えるために任意の適切な方法でロードセル５００に結合され得る。可変リラクタンスモータ１００および／またはロードセル５００は、可変リラクタンスモータ１００の動作およびモータトルクの記録／マッピングのために、より具体的には、全ロータサイクルまたは期間（例えば電気的位置の３６０度）に対する等トルク曲線と、対応する相電流と、ロータ位置との関係を記述するのに十分な任意の適切な数の場所のために、例えば、コントローラ４００’に通信可能に接続され得る。これらの値は、例えば、さらに後述されるルックアップテーブルのように、コントローラをプログラミングするのに適した任意の方法でフォーマットすることができる。別の態様によれば、所望の形状および特性の可変リラクタンスモータの生成されたトルク（力）と、電流と、位置との関係を特徴づけるデータまたは値が、数値法または有限要素モデリングなどのモデリング技術を用いて生成されてもよいことに留意されたい。
【0021】
この態様では、可変リラクタンスモータ１００のステータ１０３は、図４に示されている。ここで、ステータコイルと、ステータコイルの模式的な配線例とが示されており、ロータは、明確にするために省略されている。上述したように、各モータの相Ａ－Ｄは、直径方向の反対側に配置されて直列に接続された２つのコイルを含む。例えば、モータ相Ａは、コイル１０４Ａ１および１０４Ａ２を、モータ相Ｂは、コイル１０４Ｂ１および１０４Ｂ２を、モータ相Ｃは、コイル１０４Ｃ１および１０４Ｃ２を、およびモータ相Ｄは、コイル１０４Ｄ１および１０４Ｄ２を含む。再度、他の態様では、モータは、任意の適切な方法で配置され、配線された、４つより多くのまたは少ない相を有していてもよい。各モータ相の端子リードは、相ＡおよびＢに関して、例えば、Ｉ1およびＩ2などの任意の適切なそれぞれの電流源に配線され得る。一態様では、各電流源は、それぞれの相を通る所望の電流を生成するために、（例えば、任意の適切なコントローラ４００’を介して）独立して設定され得る。所定のロータ位置において、相ＡおよびＢは所定の電流で励磁され、ロードセル５００は、得られる静的トルクを登録する。相Ａにおける各ロータ位置で、および所定の電流Ｉ1で、相Ｂにおける電流Ｉ2は、例えば、約０から任意の適切な所定の最大電流値まで変化する。一態様では、所定の最大電流値は、可変リラクタンスモータ１００の最悪の場合の動作範囲であってもよい。この手順（例えば、ロータ位置および相Ａの電流の定常値に対して相Ｂの電流を変化させること）は、例えば、可変リラクタンスモータ１００の動作範囲を表すロータの電気的位置の配列はもちろん電流Ｉ1およびＩ2の配列に対しても繰り返される。例えば、動作範囲は、約０～約３６０の電気角度であってもよい。配列内の各点において、静的トルクが、等トルクカーブ（図５Ａ、ブロック５５３）の配列を形成するために、対応するロータの電気的位置および対応する相電流の組み合わせに対して測定され、マッピングされる。すでに述べたように、他の態様では、モータの特性データは、モデリングまたはシミュレーションによって生成されてもよい。等トルク曲線（すなわち、ロータの所定の電気的位置における一定トルクの曲線）の例示的なマッピングまたはテーブルは、図６に示されている。等トルク曲線が本明細書に記載され、示されているが、用語「曲線」の使用およびそれらの図は、例示的な目的のみのためのものであり、他の態様では、相電流をトルクやロータ位置に関連付ける等トルク曲線は、相電流値、トルク値およびロータ位置の値を含む任意の適切な表形式で表され得ることに留意されたい。図６において、等トルク曲線は５度のロータの電気的位置に対応するが、等トルク曲線は、ロータの複数の電気的位置のために生成され得ることが理解されるべきである。
【0022】
なお、上記の等トルクテーブルの生成は、任意の所定のモータやモータ群（例えば、ステータの極数、ロータの極数、ステータおよびロータの極間のエアギャップなどの実質的に同じ動作特性を有する２つ以上のモータ）のために反復可能であることに留意されたい。このように、上述した等トルクテーブルは、任意の適切な所定の動作特性を有する任意の適切なモータのために生成されてもよく、開示される実施形態の態様に関連した本明細書に記載の転換スキームは、これらの適切なモータのいずれに適用されてもよい。
【0023】
図１Ｅを再び参照すると、コントローラ４００は、以下に記載する位置制御ループ（図１２および１３）を含んでいてもよく、位置制御ループは、所定のロータの電気的位置および時間における所望の、またはそうでなければ所定の量のトルクを指定するように構成することができる。例えば、以下に記載されるような任意の適切な転換アルゴリズムは、相Ａ－Ｄのいずれか１つにおける電流を指定することができる。例えば、上記で生成されたもののようなテーブルは、かかるテーブルの一部分が図６に示されているが、追加の相のそれぞれの電流をコントローラ４００に提供するために、コントローラ４００によってアクセス可能なまたはコントローラ４００に含まれるメモリに常駐させることができる。例えば、転換アルゴリズムは相Ａの相電流ｉ1を指定することができ、コントローラは、可変リラクタンスモータのトルクリップルが低下するように、任意の所定のトルクとロータの電気角度に対する相Ｂの各相電流ｉ2をテーブルから得るように構成することができる。図７は、従来の非補償トルクリップルモータの転換および（例えば、開示される実施形態の態様に従う）補償トルクリップルモータの転換に関するトルク対ロータ位置の例示の比較プロットを示す。図７から分かるように、開示される実施形態の態様に従ってトルクリップルを補償する（曲線７００参照）ことは、トルクリップルの影響を実質的に低減する（その特性は、図７に明らかなように、同時に励磁される隣接する相の相互作用から来るもので、１つの相のみが励磁されたときに両方の曲線のトルクが同じである）。
【0024】
開示される実施形態の態様によれば、図１Ｅおよび１Ｆを再度参照すると、本明細書に記載のように、モータ１００のためのトルクは、モータ位置並びにそれぞれの相電流の関数であってもよい。また、所定のトルクを実現するために、可能な相電流値の組み合わせの実質的に無限の数を示す所定のトルクに対する相電流の固有のセット（例えば、図６のテーブルを参照）が存在しなくてもよい。また、図８Ａを併せて参照すると、例えば、一定のトルクでのモータ１００の相Ａおよび相Ｂにおける相電流の変化の一例が示されている。０度から１５度までの範囲のロータ位置の間では、相Ａおよび相Ｂのみが励磁され、相Ｃおよび相Ｄにおける電流は実質的にゼロである（図４も参照）。ここで、相Ａは、ロータ１０２を駆動するので、顕性相ということができ、相Ｂは、ロータがステータ極１０３Ｐの間で移動するにしたがって、ロータを駆動するために電流が増加または上昇する潜性相と呼ぶことができる。ロータ極が所定のステータ極１０３Ｐを通過するときに、相Ｂが顕性相となり、相Ａが潜性相になって、相Ａにおける相電流が減少し、または下降する。図８Ａから分かるように、一態様では、ロータ１０２を駆動するときの相電流の増加および／または減少が、電流の変化が線形になるように、直線状の関数として与えられ得る。他の態様では、図８Ｂを参照すると、相電流の変化に対する別の可能な解決策は、一定のトルクを生成するためのロータ位置の関数として示されている。ここで、相電流の増加および／または減少は、二次形状関数として与えられる。理解されるように、相電流の増加および減少は、任意の適切な形状関数として与えられ得る。また、理解されるように、相電流を増やすために使用される形状関数は、相電流を減らすために使用される形状関数と異なっていてもよい。
【0025】
さらに図４、図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、上記のように、ロータ１０２が約０～約１５度まで回転するときの、相ＡおよびＢでの一定トルクにおける相電流の変化の例が示されている。他の態様では、ロータは、任意の適切な角度または弧度の間で回転することができる。また、上述したように、相Ｃおよび相Ｄの相電流は、約０～約１５度のこの区間でほぼゼロである。一態様では、モータ１００に関しては、相電流特性（signature）は、約１５度のロータ回転毎に周期的であってもよく、相電流は、ロータ回転の約０度～約１５度の区間の間生成され得る。相Ａおよび相Ｂは、図から分かるように約０度～約１５度の間隔においてアクティブであり、約１５度～約３０度の間隔において相Ｂおよび相Ｃはアクティブであり、同様に続く。約１５度～約３０度の間隔における相Ｂの電流のプロファイルは、図８Ａおよび８Ｂ中の（例えば、約０～約１５度の間隔における）相Ａについて示されたものとほぼ同様であり得、約１５～約３０度の間隔における相Ｃでの相電流は、図８Ａおよび８Ｂ中の相Ｂについて示されたものとほぼ同様であり得る。理解されるように、ほぼ同じ周期性の関係は、ロータが回転した時に他の相のＢ－Ｃ、Ｃ－ＤおよびＤ－Ａ対に適用される。他の態様では、任意の適切な周期性の関係（複数可）が、相の対に対して与えられ得る。この態様では、任意の所定のロータ位置で、最大２つの相がアクティブであり、約１５度の間隔ごとに、相の１つが非アクティブになり、新しい相がアクティブになる。
【0026】
一態様では、本明細書に記載の転換スキームは、図６に関して上述したものなどの１つまたは２つ以上のトルクテーブルを使用してもよく、トルクテーブルは、上述した約０度～約１５度の間隔などの任意の適切なロータ区間に対する相電流ｉAとｉBおよびモータ位置θの関数としてモータトルクを表にしている。一態様ではトルクテーブルは、分析的に次のように表すことができる。
【0027】
【数1】
【0028】
式中、トルクＴは、位置に依存する。他の態様において、トルクテーブルは、実験的に測定することができる（例えば、トルク曲線生成ステーション５１０に関して上述したように）。さらに他の態様において、トルクテーブルは、例えば、モータモデルの有限要素解析によって計算することができる。さらに他の態様では、トルクテーブルは、任意の適切な方法で生成することができる。本明細書に記載の転換スキームは、上記の約１５度の区間に関して説明されるが、他の態様においては、本明細書に記載の転換スキームは、任意の適切な区間に適用され得ることに留意されたい。
【0029】
約１５度の周期性（他の態様では、任意の適当な間隔でもよい）に関しては、相電流ｉAおよびｉBについての適切な境界条件が、次のように定められてもよい。
および
【数2】
【数3】
【0030】
例えば、図３Ａおよび図３Ｂに示した２つの相電流について解析するために、約１５度の区間は、ほぼ半分に、またはサブ区間に分割されてもよく、一方の半分は、約０度～約７．５度であり、他の半分は、約７．５度～約１５度である。サブ区間のそれぞれにおいて、相電流の１つは、例えば、上述のような任意の適切な形状関数によって定義され、残りの相電流は、図６に示すもののような、例えば、任意の適切なトルクテーブルから決定され得る。
【0031】
図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、例示的な目的のこの例では約６０ｒｐｍである、任意の適切な回転数でロータが回転するときの、励磁された相（この例では、相Ａおよび相Ｂが励磁されている）による総電力消費Ｐｃが示されている。図９Ａにおける電力曲線は、図８Ａにおける相電流に対応し、図９Ｂにおける電力曲線は、図８Ｂにおける相電流に対応する。ここでは、例示の目的のために、利用可能な電力がほぼ５４０Ｗであるように、モータの利用可能な電力に制約がかけられ得る。他の態様では、電力は、例えば、本明細書に記載のスキームによって転換されたモータの定格電力などの任意の適切な値に制限され得る。トルクは、ピーク消費電力が約５４０Ｗの電力制約を下回るように調整されてもよい。図９Ａおよび図９Ｂに見られるように、この例では、約６０ｒｐｍで、約５４０Ｗの電力制約に対応するトルクは、図８Ａのリニア形状関数については約７．１Ｎｍで、図８Ｂの二次形状関数については約７．２Ｎｍである。一態様では、形状関数の勾配はまた、後述するように相へ電力を供給するバスの電圧に対して、制約され得ることに留意されたい。
【0032】
開示される実施形態の一態様では、入力電力の所定の制限に対してモータトルクを最大にする相電流を決定するアプローチが提供され得、図８Ａおよび図８Ｂに関する上記の形状関数は、モータの消費電力の制約（単数または複数）で置換されている。一般に、モータの単一の相の両端間の電圧降下は、次のように表すことができる。
【0033】
【数4】
【0034】
式中、Ｖは相の両端間の電圧であり、ｉは相電流、Ｒは相抵抗であり、
は、モータ角度位置θと電流ｉに対する磁束鎖交率である。また、
ここで、Ｌ（θ、ｉ）はインダクタンスである。このように、相の両端間の電圧は次のように書き換えることができ、
式［６］の両辺に電流ｉを乗算することにより、電力等式
が生成される。
【数5】
【数6】
【数7】
【0035】
このように、例えば式［７］に基づいて、モータの電力消費量または総電力の制約は、相電流ｉAとｉB、相抵抗Ｒ、鎖交磁束λA（ｉA、θ）とλB（ｉB、θ）それぞれに関して、
のように表すことができ、
式中、
はモータの機械的出力
を表し、ｉA
2ＲとｉB
2Ｒは、モータの巻線またはコイルにおけるそれぞれの抵抗電力損失を表し、
は、モータに保存された磁界エネルギーを表す。一態様では、たとえば、その開示内容の全てが、参照により本明細書に組み込まれる、２０１２年８月３０日に出願され、「Time-Optimal Trajectories for Robotic Transfer Devices」と題された国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０５２９７７号明細書（公開番号ＷＯ２０１３／０３３２８９号パンフレット）および２０１２年９月１３日に出願され、「Method for Transporting a Substrate with a Substrate Transport」と題された米国特許出願番号１３／６１４００７号明細書に記載のように、トルクは、例えば、搬送装置１１１（図１）の運動学的解析により特定されてもよいことに留意されたい。他の態様では、トルク（および／または角速度）が、実時間においてモータセンサによって得られてもよく、総電力が実質的にＰmax未満となるように、電力は、例えば、コントローラ４００によって調整されてもよい。モータのトルクが与えられると、相電流ｉAとｉBは、前述の等トルクテーブルから決定することができる。他の態様では、相電流は、任意の適切な方法で決定することができる。一態様では、例えば、約０～約１５度のロータ位置（または任意の他の適切なロータ位置）における相電流ｉAおよびｉB（または上記の相電流ペアのための任意の他の適切な相電流）を決定するために、制約式［８］は、等トルクテーブルならびに式［２］および［３］の相電流境界条件と組み合わされ得る。
【数8】
式中、
【0036】
開示される実施形態の別の態様では、入力電力への所定の制限に対してモータトルクを最大にする相電流を決定するためのアプローチが提供されてもよく、図８Ａおよび８Ｂに関して上述した形状関数が、相電圧Ｖbusへの制約（複数可）で置換される。例えば、式［６］で説明したように相の両端に電圧が与えられると、各相（例えば、この例では相ＡおよびＢ）における電圧への制約は、
および、
で表され、
式中、
は、例えば、等トルクテーブルもしくはモーターモデルから、または、経験的に、または、モータセンサから、または、他の任意の適切な方法で決定することができる。一態様では、制約式［８］は、例えば、約０度～約１５度のロータ位置（または任意の他の適切なロータ位置）における相電流ｉAとｉB（または上記の相電流対に対する他の任意の適切な相電流）を決定するために、等トルクテーブルならびに式［２］および［３］の相電流境界条件と組み合わされ得る。一態様では、制約式［９］および［１０］は、例えば、約０度～約１５度のロータ位置（または任意の他の適切なロータ位置）における相電流ｉAとｉB（または上記の相電流対に対する他の任意の適切な相電流）を決定するために、等トルクテーブルならびに式［２］および［３］の相電流境界条件と組み合わされ得る。
【数9】
【数10】
式中、
【0037】
開示される実施形態の一態様では、さらなる転換スキームを提供することができ、以下に記載されるように最小電力Ｐminが達成される。ここで、例えば、上述したような搬送装置１１１（図１）の位置制御ループから所望のトルクが分かる。図１０Ａおよび１０Ｂを参照すると、（上述したものほぼ類似の）等トルクテーブルは、所定のトルクとモータのロータ位置に対して、任意の適切な方法で、ｉAおよびｉBなどの相電流を決定するために使用され得る。例えば、一態様では、相電流ｉAおよびｉBの固有のセット（また、図６参照）は、最小消費電力が相Ａおよび相Ｂ内で達成されるように、所望の等トルク線に沿って同定することができる。他の態様では、最小電力Ｐminは、数値解析によって、経験から、などで決定することができる。最小電力が達成されると、対応する相電流ｉAおよびｉBは、例えば、所定の所望のトルクおよび各ロータ位置についての表などに記録され得る。上記の式［９］および［１０］は、所定のトルクとトルク位置に対するＰminに関連付けられた相電流ｉAとｉBがバス電圧Ｖbusによって課される制約に適合し得ることを確認するために使用され得る。
【0038】
開示される実施形態の別の態様では、リアルタイムコンパレータ転換スキームを、モータ１００を動作させるために使用することができる。例えば、コントローラ４００は、モータ１００のリアルタイム動作中のコイルインダクタンスの変化を報せる電流フィードバックループを含んでいてもよい。この電流フィードバックループは、モータ１００におけるトルクリップルの影響に対処するトルク補償を可能にし得る。例えば、図１２および図１３を参照すると、コントローラ４００は、メモリ４００Ｍ、位置ループモジュール１２００、転換ループモジュール１２０１、電流ループモジュール、トルクリップルエスティメータ（truque ripple estimator）、およびインダクタンスモデルモジュールを備え得る。モータ１００は、モータ相プラントモジュール１００Ｍ１とモータの磁気回路プラントモジュール１００Ｍ２とを備えていてもよい。ここで、例えば、所望の曲線と実際の状態フィードバックが、モータ１００によって適用される所望のトルクを算出するように構成されている位置ループモジュール１２００に入力される。所望のトルクは、モータ１００に課される所望の相電流を計算するために、（例えばモータセンサによって決定される）モータの実際の位置および速度を使用するように構成され得る転換ループモジュール１２０１に入力される。所望の相電流は、モータ１００の各コイル１０４の端子における相電圧を算出するためのフィードバックとして、実際の相電流を使用することができる電流ループモジュール１２０２に入力される。
【0039】
インダクタンスモデルモジュール１２０４
は、電流ループモジュールが、より現実的なインダクタンスのためにその制御ゲインをより良く活用し、可変リラクタンスモータ内に存在するインダクタンスの大きな変動により良く対応できるように、例えばモータの実際の位置と実際の相電流によって、モータ１００のインダクタンスの変化を報せるように構成され得る。理解することができるように、電流ループモジュール１２０２により生成された相電圧は、多少のトルクリップルをもたらすかもしれない。このトルクリップルを減衰させるために、相電圧補正信号を、相電圧に適用することができる。トルクリップルエスティエータ１２０３は、実際のトルクが生成されるモータ磁気回路１００Ｍ２の出力におけるトルクリップルを低減させる適切な相電圧補正をリアルタイムで計算するために、推定インダクタンス、実際の相電流、磁束錯交率、実際の位置、実際の速度、および所望のトルクの１つまたは２つ以上を使用し得る。
【0040】
トルクリップルエスティメータによって使用される磁束鎖交率
は、図１１Ａおよび１１Ｂに示す、各コイル上かまたは各コイルに隣接して配置され得るセンサまたはピックアップコイル１１００などを用いて任意の適切な方法で測定され得る。他の態様では、センサ１１００は、鎖交磁束を測定するための任意の適切な位置に配置され得る。センサ１１００は、（例えば、転換の結果として）相コイル１０４が励磁されるときに、ステータ極１０３Ｐ内に発生する磁束結合が、センサ１１００において誘導されるように配置された独立したコイルであってもよい。センサ１１００のコイルの両端の抵抗、電流および端子電圧による鎖交磁束の変化率は、上記式［４］によって定義される。センサ１１００を高インピーダンスチャネル（例えば、アナログ－デジタル変換器または任意の他の適切な高インピーダンスチャンネルなど）に接続することにより、関連する電流を無視することができ、残るものは、ステータ極の両端間の鎖交磁束の変化率の実質的に直接測定で得る大きさである端子電圧（以下の式［１１］を参照）である。
【0041】
各モータ相は、各ロータ位置についての磁束鎖交率を提供するように構成された、各モータ相自身のセンサ１１００を有していてもよい。
【0042】
【数11】
【0043】
トルクリップルエスティメータによって実行されるトルクリップル補償は、モータ出力によって生成される実際のトルクの間接的な基準を持ち得る能力を含むことに留意されたい。トルクリップルエスティメータが、実際のトルクを所望のトルクに近づかせる相電圧補正を計算することができるように、実際のトルクのこの間接的な基準は、所望のトルクと比較される。実際のトルクの間接的な基準は、以下の式
から導出され得る。
【数12】
【0044】
式［１２］と鎖交磁束（上記の式［５］を参照）の偏導関数を用いて、実際のトルクの間接的な基準は以下の式から算出され得る、
式中、鎖交磁束
は、上記のように（式［１１］を参照）測定され、インダクタンス
は、ルックアップテーブル、モデルを用いて、または、経験的に、または任意の他の適切な方法で決定され、および式
は、例えば、電流および速度のフィードバックから、または任意の他の適切な方法で計算され得る。
【数13】
【0045】
結果として生じる相電流は、変更された相電圧（例えば、相電圧補正がトルクリップルエスティメータ１２０３によって適用された後に変更された相電圧）から生成することができ、変更された相電圧は、次にモータ磁気回路１００Ｍ２によって提供される実際のトルクを生成するために使用され得る。（上述した搬送装置１１１とほぼ類似していてもよい）慣性プラント１２０５は、慣性プラント１２０５の加速度、速度および位置のそれぞれを生成することによって適用される実際のトルクに反応する。そして、慣性プラントの加速度、速度および位置の状態は、図１２および図１３に示すように、適切な制御ループモジュールにフィードバックされる。
【0046】
本明細書に記載の開示される実施形態の態様では、トルク－電流－位置の関係は、例えば、所望のトルクおよびロータ位置が時間的に固定されている定常状態下のモータ位置および相電流の関数としてのモータトルクを表す。ロボットアプリケーションの場合のように、トルクまたはロータ位置が時間と共に変化する場合、静的トルクの関係を使用することの有効性は、モータの動態の応答速度によって決定することができる。モータの動態の基準は、モータのトルクステップ応答の速度である。図１４は、約３Ｎｍのトルクへと命じられたブラシレスＤＣモータのトルク出力を示している。モータトルクステップ応答（例えば、動的応答時間）は、任意の適切な方法で測定され得る。図１４はまた、（ブラシレスＤＣモータと同様のフォームファクタを有する）可変リラクタンスモータのトルクステップ応答を示す。ブラシレスＤＣモータが可変リラクタンスモータよりも速い応答時間を有していることが図１４および１５から分かる。ブラシレスＤＣモータのトルク曲線がゼロではない勾配で始まってもよく、一方、可変リラクタンスモータのトルク曲線がほぼゼロの勾配で始まってもよいことに留意されたい。これは、ブラシレスＤＣモータのトルク－電流の関係が線形である一方、スイッチドリラクタンスモータでは、トルク－電流の関係は二次式であるためである。したがって、ブラシレスＤＣモータと比較して、従来のスイッチドリラクタンスモータは、ゼロ付近の電流およびトルクでは、本質的に遅い応答時間を有し得ると予測される。開示される実施形態の一態様では、（適切なアルゴリズムで具現化され得るような）システムおよび方法は、さらに以下に記載されるように、スイッチドリラクタンスモータがゼロ付近のトルク／電流範囲においてより速く応答することを可能にする。開示される実施形態の態様によれば、次に示されるように可変リラクタンスモータの動的応答が改善され得る。以下の式が与えられ、
式中、ＴVRMは、可変（または、スイッチド）リラクタンスモータのトルクであり、「ｉ」は相電流であり、「θ」はロータ位置であり、「ｆ（θ）」はロータ位置に対する依存性を表し、式［１５］から、モータ１００のような可変リラクタンスモータの動的応答は、相電流の関数となり得、可変リラクタンスモータの動的応答（ｄＴVRM／ｄｔ）は、相電流の増加と共に増加し、コイル１０４（図１Ｅおよび図１Ｆ）を通る電流が存在しない場合、動的応答がほぼゼロであることが解る。
【数14】
【数15】
【0047】
開示される実施形態のこの態様では、図１Ｅおよび図１Ｆを再び参照すると、転換スキームは、ゼロトルクで、ゼロではない相電流を有することになる。モータの動的応答時間が増加するように（例えば、高速化）（例えば、Ｔ＝０と、要求されるトルクＴdemandとの間の傾きが変えられる）、ゼロではない相電流は、モータの他の相で「バイアストルク」を生成し得る。モータ１００のような４相モータでは、２つの相（励磁される相はロータ位置により決定される）を励磁すると、一方向のトルクとなり、残る２相を励磁すると、反対方向のトルクとなる。名目上、２つの相だけがトルクの方向に応じて励磁される。ここでは、モータの要求されるトルクがほぼゼロであるときに、２相Ａ、Ｂによる正のトルクが、残りの２相Ｃ、Ｄによる負のトルクでバランスされ、正味のトルクがゼロとなるように、転換スキームは、４相すべてを励磁する。４相Ａ～Ｄすべてをバランスの取れた（例えば、正味トルクがほぼゼロまたは平衡する）方法で励磁すると、モータ１００のゼロトルク状態時でさえ、ゼロではない電流を実質的に提供し、式［１５］で表されるように、可変リラクタンスアクチュエータの応答時間（または有効帯域幅）を改善する。
【0048】
一例として、所定のモータ位置において、相Ａおよび相Ｂが正のモータトルクに寄与し、相ＣおよびＤが負のモータトルクに寄与し、そして所望のトルクがＴで、ΔＴが選択されたバイアストルクのオフセット値で、および関数ｆがトルク－電流－位置の関係を表す場合、相電流を次のように定義することができ、
式中、ｉA、ｉB、ｉCとｉDは、それぞれ相Ａ～Ｄにおける相電流である。ここで、正味のモータトルクは、実質的にＴと等しくなり得、バイアストルクオフセット値ΔＴは、任意に小さな値となるように、任意の適切な方法で選択され得る。バイアストルクオフセット値ΔＴは、上述したような転換の関連性から決定され得る相電流の増加をもたらし得る。図１６は、ブラシレスＤＣモータと、相電流バイアスの無い可変リラクタンスモータ（基本的なＶＲＭ）と、一定の相電流バイアス（例えば、非バランストルク、すなわちＴdemandが生成されたときにモータの駆動によりバイアスがほぼ変わらない）を有する可変リラクタンスモータと、可変相電流バイアス（例えば、非バランストルク、すなわちＴdemandが生成されたときにモータの駆動によりバイアスが変わる）を有する可変リラクタンスモータについての、例えば、約３Ｎｍの命じられたトルクに対するモータトルクステップ応答を示す。図１６は比較のため、異なるモータ構成の所望のトルクに対する応答プロファイルを示す。プロットの点線部分は、定常状態の動作状態に向かうおおよその性能を表し、完全性のために含められているが、そうでなければ、本明細書に記載の特徴の態様には無関係である。図１６から分かるように、一定の相電流バイアスを有する可変リラクタンスモータの応答（立ち上がり）時間は、（トルクバイアスの無い）基本的なＶＲＭよりも減少し（すなわち、より速い応答）、可変相電流バイアスを有する可変リラクタンスモータの応答時間は、一定の相電流バイアスを有する可変リラクタンスモータの応答時間よりも減少する。モータの電力の損失を最小限にするために、必要に応じておよびアプリケーションによって決定されるように、オフセットトルクをゼロではない値に設定することができる。一態様では、任意の適切な時点で（図１７、ブロック１７００）、所定時間内に、または、例えば、要求されたトルクと同時に印加されるよりもむしろ要求されたＴdemandが必要とされる予測時間よりも前の所定の時間に（すなわち、オフセットトルクは、要求されたトルクが必要とされる直前に適用されるプリトルクと考えることができる）、オフセットトルクを生成するために、ゼロではない相電流を適用することができる。また、図１６に示すように、時間的に変化するトルクオフセットプロファイルは一定のトルクオフセットより速い動的応答をもたらし得る。一態様では、例えば、ロボットの輸送アプリケーションにおいてより速い動的応答を可能にするために、コントローラ４００などのコントローラは、ロボットマニピュレータ（図１Ｅ中の搬送装置１１１など）の動作の開始時またはその直前に（例えば、上記のプリトルクを発生するためのプリトルクコマンドを用いて）、バイアストルクを増やし（例えば、所定の開始値に設定する）（図１７、ブロック１７０１）、また、動作が始まるときに、および／または、要求されたもしくは最大のトルクおよび／または加速度（例えば搬送装置によって運ばれる基板の加速度）に到達する前に減らす（例えば、所定の開始値よりも低い値に下げる）（図１７、ブロック１７０２）ように構成されてもよい。このバイアストルクの増加および減少は、所望の取得もしくは配置目標に対するロボットマニピュレータのいずれかの「オーバーシュート」（例えば通過）を実質的に防止、またはそうでなければ、減らし得る。一態様では、増加および減少バイアストルクのプロファイルは、ロボットマニピュレータの移動時間よりも持続時間が数桁短くなるように選択することができる（例えば、増加および減少の持続時間は、ロボットマニピュレータの移動の時間に対して無視し得る）。他の態様では、増加および減少プロファイルは、任意の適切な持続時間を有し得る。一態様では、増加および減少バイアストルクのプロファイルは、実質的にゼロトルクにおけるゼロ勾配を有しており、増加および減少の時間は、利用可能なバス電圧および／またはモータコイルのインダクタンスによって決定され得る。理解されるように、バイアストルクは、ロボットマニピュレータの移動の複数の領域（例えば、移動の開始時、移動の終わりに、および／または移動の開始と終了との間の１つまたは２つ以上のポイント）で与えられてもよい。一態様では、トルクバイアスの上昇は、バイアストルクの漸増となり得る。別の態様では、バイアストルクの減少は、所望の動的応答時間に依存し得る。
【数16】
【数17】
【0049】
上述のように、コントローラ４００（図１Ｅ）は、米国特許番号７，９０４，１８２号明細書（すでに、その全体が参照により本明細書に組み込まれている）に記載されたものと同様の高位のコントローラと、より低位のコントローラとを含む分散アーキテクチャを有し得る。一態様では、任意の適切な、計算、比較、可変リラクタンスモータへのコマンドの送信、可変リラクタンスモータの動作特性のモニタリング、モータのトルク出力の変更、などを含むことができる転換スキームの態様が、１つまたは２つ以上のより低位のコントローラによって実行され得るように、１つまたは２つ以上の高位のコントローラに常駐していてもよい。
【0050】
理解されるように、開示される実施形態の態様は、個別にまたは任意の適切な組み合わせで使用され得る。
【0051】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、可変リラクタンスモータロードマッピング装置が提供される。装置は、フレームと、可変リラクタンスモータを取り付けるように構成されたフレーム上に配置されたインターフェースと、フレームに取り付けられ、可変リラクタンスモータに結合された静的ロードセルと、静的ロードセルおよび可変リラクタンスモータに通信可能に結合されたコントローラとを備える。コントローラは、モータ操作データルックアップテーブルの配列をマッピングおよび生成するために、可変リラクタンスモータの少なくとも１つのモータ相を選択し、少なくとも１つのモータ相を励磁し、少なくとも静的ロードセルからモータ操作データを受け取るように構成されている。
【0052】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、コントローラは、静的ロードセルおよび可変リラクタンスモータからモータ操作データを受け取るように構成され、モータ操作データが、静的なモータトルク、少なくとも各モータ相のそれぞれの相電流およびモータのロータ位置の少なくとも１つを含む。
【0053】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、コントローラは、モータ操作データから、ロータ位置および隣接するモータ相の相電流の関数として定トルク値を生成するように構成されている。
【0054】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、コントローラは、各定トルク値に関連付けられた最小電力値を生成し、ルックアップテーブルにおいて最小電力値を提供するように構成されている。
【0055】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、コントローラは、モータ操作データルックアップテーブルを生成するように構成され、各モータ操作データルックアップテーブルが、定トルク値および所定のロータ位置についての対応する相電流の配列を含む。
【0056】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、コントローラは、各所定のロータ位置に対応する所定のロータ位置の配列のために、所定の電流の組み合わせの配列において隣接するモータ相を励磁し、静的ロードセルから所定の電流の組み合わせの各々に対して得られた静的トルクを受け取るように構成されている。
【0057】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、コントローラは、各所定のロータ位置および所定の第１のモータ相電流のために、追加のモータ相電流または追加の相電流の任意の適切な組み合わせを変化させるように構成されている。
【0058】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、コントローラは、モータ操作データルックアップテーブルの配列を形成するために、得られる静的トルクからトルク値を生成し、各所定のロータ位置について、トルク値と、関連付けられた相電流の組み合わせとをマッピングするように構成されている。
【0059】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、可変リラクタンスモータのモータ負荷を決定する、トルクと、電流と、位置との間の関係を特徴付けるための方法が提供される。方法は、静的ロードセルを提供し、可変リラクタンスモータを静的ロードセルに結合し、可変リラクタンスモータの少なくとも１つのモータ相を選択し、少なくとも１つのモータ相を励磁し、少なくとも静的ロードセルからのモータ操作データをコントローラで受け取り、モータ操作データルックアップテーブルの配列をコントローラでマッピングおよび生成することを含む。
【0060】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、方法は、静的ロードセルおよび可変リラクタンスモータからのモータ操作データをコントローラで受け取ることをさらに含み、モータ操作データは、静的なモータトルク、少なくとも各モータ相のそれぞれの相電流およびモータのロータ位置の少なくとも１つを含む。
【0061】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、方法は、コントローラを用いて、モータ操作データ一から、相電流およびロータ位置の関数として定トルク値を生成することを含む。
【0062】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、コントローラは、各定トルク値に関連付けられた最小電力値を生成し、ルックアップテーブル内において最小電力値を提供するように構成されている。
【0063】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、各モータ操作データルックアップテーブルが、定トルク値および所定のロータ位置についての対応する相電流の配列を含む。
【0064】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、方法は、所定のロータ位置の配列のために、所定の電流の組み合わせの配列において、モータ相をコントローラで励磁し、静的ロードセルから所定の電流の組み合わせおよび対応するロータ位置の各々に対して得られた静的トルクを受け取ることを含む。
【0065】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、方法は、各所定のロータ位置および所定の第１モータ相電流のためにコントローラを用いて追加のモータ相電流を変化させることを含む。
【0066】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、方法は、モータ操作データルックアップテーブルの配列を形成するために、得られる静的トルクからコントローラを用いてトルク値を生成し、各所定のロータ位置について、トルク値と、関連付けられた相電流の組み合わせとをマッピングすることを含む。
【0067】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、方法は、可変リラクタンスモータの出力軸に負荷を結合し、可変リラクタンスモータにより出力軸上での静的トルクの配列を生成し、可変リラクタンスモータのロータの位置を調整し、静的トルク値、ロータ位置、および可変リラクタンスモータの隣接する相の相電流を含むモータデータをコントローラによって記録することを含む。
【0068】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、静的トルクの配列内の各静的トルク値に対して、隣接する相について相電流の組み合わせの配列が記録される。
【0069】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、ロータ位置の配列内の各ロータ位置に対して静的トルクの配列が生成される。
【0070】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、方法は、データルックアップテーブルを形成するために、各ロータ位置について、静的トルクの配列および各相電流の組み合わせをコントローラによってマッピングすることを含む。
【0071】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、方法は、所定のロータ位置の配列に対する所定の電流の組み合わせの配列でコントローラによってモータ相を励磁し、所定の電流の組合せおよび対応するロータ位置のそれぞれについて、得られた静的トルク値を記録することを含む。
【0072】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、方法は、各所定のロータ位置および所定の第１モータ相電流のためにコントローラを用いて追加のモータ相（複数可）電流を変化させることを含む。
【0073】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、電気機械が提供される。ブラシレス電気機械は、少なくとも１つのロータ極を有するパッシブロータと、少なくとも１つのステータ極、および、少なくとも１つのステータ極のそれぞれに関連付けられる相コイルを有するステータ、と、所定のロータトルクを生成するために各相コイルへの電流を制御するように構成されるコントローラとを備えており、前記相コイルは、ロータおよびステータが所定の電気機械フォームファクタを規定する、ロータとステータとの間の磁気回路内に磁束を作りだすように構成され、コントローラは、要求されたロータトルクの生成のためにコントローラが所定の定トルク値および関連する相電流値に基づいて各相コイルについての電流を決定するように、少なくとも所定の定トルク値および関連する相電流値でプログラムされる。
【0074】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、所定の定トルク値および関連する相電流値が経験的に生成された値である。
【0075】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、ブラシレス電気機械の所定の定トルク値および関連する相電流値が、数値モデル解析または有限要素解析の１つを含むシステムモデル解析から生成される。
【0076】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、ブラシレス電気機械は、回転構造またはリニア構造のいずれかの可変リラクタンスモータを備える。
【0077】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、ブラシレス電気機械は、真空環境で動作するように構成される可変リラクタンスモータを備える。
【0078】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、パッシブロータは、コイルの無い、かつ、磁石の無いロータである。
【0079】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、関連する相電流値は相電流値の配列であり、各相電流ベクトルが相電流値の配列に共通の所定の定トルク値を生成する。
【0080】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、コントローラは、所定の定トルク値の各々に関連付けられた最小電力値でプログラムされる。
【0081】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、所定の定トルク値および関連する電力値および相電流値が、所定の電気機械フォームファクタと同様のフォームファクタを有するすべての電気機械と交換可能である。
【0082】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、関連する相電流値が予め測定された電流値である。
【0083】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、定トルク値および関連する相電流値が、トルク、ロータ位置およびモータ相の相電流の大きさに関連する１つまたは２つ以上の転換表を形成する。
【0084】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、可変リラクタンスモータコントローラが提供される。コントローラは、可変リラクタンスモータの所定の動作特性を測定するように構成された１つまたは２つ以上のセンサと、可変リラクタンスモータに相電圧を供給するように構成された電流ループモジュールと、所定の動作特性に基づいて、ほぼリアルタイムの相電圧補正信号を生成して相電圧に適用し、可変リラクタンスモータのトルクリップルの影響を減ずるように構成されるトルクリップルエスティメータとを備える。
【0085】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、所定の動作特性は、モータのロータ位置、モータのロータの角速度、各モータ相の相電流、各相の磁束鎖交率およびインダクタンスのうちの１つまたは２つ以上を含む。
【0086】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、磁束鎖交率は、測定値から決定される。
【0087】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、１つまたは２つ以上のセンサは、各モータ相コイルに配置された、または各モータ相コイルに隣接して配置されたピックアップコイルを含み、ピックアップコイルは、それぞれのモータ相コイルに関連した鎖交磁束を測定するように構成されている。
【0088】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、インダクタンスは、ルックアップテーブルまたはモータモデルからコントローラによって得られた推定インダクタンスである。
【0089】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、可変リラクタンスモータコントローラは、モータのロータの位置および相電流に対するモータのインダクタンスの変化を決定するように構成されたインダクタンスモジュールを含む。
【0090】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、トルクリップルエスティメータは、相電圧補正信号が実際のモータトルクを所望のモータトルクに近付けるように、所望のモータトルクと実際のモータトルクとの間のリアルタイムコンパレータを含む。
【0091】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、ブラシレス電気機械が提供される。ブラシレス電気機械は、少なくとも１つのロータ極を有するパッシブロータと、少なくとも１つのステータ極、および、前記少なくとも１つのステータ極のそれぞれに関連付けられる相コイルを有するステータと、所定のロータトルクを生成するために各相コイルへの電流を制御するように構成されるコントローラとを備えており、相コイルは、ロータおよびステータが所定の電気機械フォームファクタを規定するロータとステータとの間の磁気回路内に磁束を作りだすように構成され、コントローラは、ゼロトルクのモータ出力で各相コイルにゼロではない相電流が供給されるようにプログラムされる。
【0092】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、各相コイルに供給されるゼロではない相電流は、ゼロにほぼ等しい正味トルクをもたらす。
【0093】
開示される実施形態の１つまたは２つ以上の態様によれば、ゼロではない相電流は、ブラシレス電気機械の動的応答時間の減少（すなわち、応答の高速化）をもたらす。
【0094】
上記記載は、開示される実施形態の態様の例示にすぎないことが理解されるべきである。当業者によって、様々な代替例および修正例が、開示される実施形態の態様から逸脱することなく案出され得る。従って、開示される実施形態の態様は、添付の請求の範囲に該当する、そのような代替例、修正例、および変形例のすべてを含むことを意図している。さらに、異なる特徴が、それぞれ異なる従属または独立請求項に詳述されるという一事実は、これらの特徴の組み合わせを有利に使用することができないということを意味せず、そのような組み合わせは、本発明の態様の範囲内に留まる。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図5A】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】