用于無刷電機控制的方法和設(shè)備的制造方法
【專利摘要】一種可變磁阻馬達負載繪制設(shè)備包括：框架；界面，所述界面設(shè)置在構(gòu)造用于安裝可變磁阻馬達的框架上；靜態(tài)負載單元，所述靜態(tài)負載單元安裝至所述框架并且聯(lián)接至所述可變磁阻馬達；以及控制器，所述控制器可通信地聯(lián)接至所述靜態(tài)負載單元和所述可變磁阻馬達，所述控制器構(gòu)造為：選擇所述可變磁阻馬達的至少一個馬達相位、給所述至少一個馬達相位供能、以及從至少所述靜態(tài)負載單元接收馬達操作數(shù)據(jù)，用于繪制和生成一批馬達操作數(shù)據(jù)查閱表。
【專利說明】用于無刷電機控制的方法和設(shè)備
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用 本申請是于2013年11月13日提交的美國臨時專利申請第61/903, 745號的非臨時申請 案并且要求其權(quán)益，其全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0002] 1、技術(shù)領(lǐng)域 示例性實施例大體上涉及電機，并且更加具體地涉及電機的控制。
[0003] 2、相關(guān)發(fā)展簡介 通常，需找可變(或者開關(guān))磁阻馬達(VRM)來作為無刷直流馬達的成本有效替代。可變 磁阻馬達不需要磁鐵并且其機械構(gòu)造簡單，然而，由于例如相位電流、轉(zhuǎn)子電氣位置、扭矩 和幾何結(jié)構(gòu)之間的高度非線性關(guān)系，所以可變磁阻馬達用于精確控制的用途仍然具有挑戰(zhàn) 性。可變磁阻電機的精確控制的其中一個主要挑戰(zhàn)在于:在轉(zhuǎn)子的任何給定位置處提供平 穩(wěn)且無漣波的預先詳細說明扭矩。可變磁阻馬達內(nèi)在的扭矩漣波可以是由于建模不確定 性。因此，可變磁阻馬達的性能可以取決于使期望的扭矩與相位電流和位置相關(guān)的準確換 向模型的存在。此外，典型的反饋環(huán)路(如傳統(tǒng)的現(xiàn)成放大器中的）通常針對固定電感設(shè)計 且最佳地微調(diào)，可變磁阻馬達通常不具有固定電感。在可變磁阻馬達中，馬達線圈或者繞組 電感中的變化是期望的，這是因為這是可變磁阻馬達生成機械扭矩的主要機構(gòu)。
[0004] 例如，在機器人伺服應用中，伺服性能可以受到致動器或者馬達的動態(tài)響應的影 響。緩慢馬達響應可以限制伺服系統(tǒng)的響應速度。在機器人伺服應用中使用馬達作為致動 器，通常假設(shè)馬達響應比伺服環(huán)路快至少一個數(shù)量級并且在系統(tǒng)模型中通常忽視該馬達響 應，在無刷直流馬達中尤其是如此。然而，可變磁阻馬達具有相當緩慢的響應從而可以保證 對換向策略進行一定調(diào)節(jié)以便補償緩慢響應。這樣，可以需要對用于定位伺服應用的可變 磁阻馬達驅(qū)動器進行大體上的瞬時扭矩控制。瞬時扭矩控制可以通過例如數(shù)字電子控制器 來提供，數(shù)字電子控制器可以通過作為馬達位置和所需要的瞬時扭矩的函數(shù)的每個馬達相 位來控制電流。根據(jù)馬達位置和扭矩確定每個馬達相位中所需要的電流可以稱為電流換 向。在三相永磁無刷馬達(其中，三相位電流隔開120度）中，通過每個馬達繞組的電流是正 弦曲線并且是轉(zhuǎn)子位置和扭矩的獨特限定的函數(shù)。另一方面，可變磁阻馬達中的相位電流 不是正弦曲線，而是具有源自馬達扭矩曲線的形狀。馬達的馬達扭矩曲線是從馬達模型的 有限元分析測量出的或者確定出的。通常，對于開關(guān)磁阻馬達，扭矩可以是馬達位置以及每 個相位電流的函數(shù)。電流換向的目的是確定每個馬達相位中的作為馬達位置和馬達扭矩的 函數(shù)的所需電流。有利的是，在控制可變磁阻馬達時使扭矩漣波的效果最小化。同樣有利的 是提供最佳換向方案，該最佳換向方案提供方法來計算每個馬達相位中的電流從而完成一 個或多個最優(yōu)化準則。進一步有利的是提供控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)緩和針對可變磁阻馬達 的準確換向模式的依賴性。
【附圖說明】
[0005] 在下面的說明書中結(jié)合附圖對所公開的實施例的上述方面和其它特征進行了解 釋，在附圖中： 圖1A至圖1D是根據(jù)所公開的實施例的方面的基底處理工具的示意圖； 圖1E和圖1F是根據(jù)所公開的實施例的方面的可變磁阻馬達的部分的示意圖； 圖2示出了根據(jù)所公開的實施例的方面的示例性表； 圖3示出了根據(jù)所公開的實施例的方面的另一個示例性表； 圖4是根據(jù)所公開的實施例的方面的在圖1E和圖1F中示出的可變磁阻馬達的部分的示 意圖； 圖5是根據(jù)所公開的實施例的方面的等扭矩生成站的示意圖； 圖5A示出了根據(jù)所公開的實施例的方面的流程圖； 圖6示出了根據(jù)所公開的實施例的方面的等扭矩曲線表的部分； 圖7示出了根據(jù)所公開的實施例的方面的示例性對照表； 圖8A和圖8B示出了根據(jù)所公開的實施例的方面的關(guān)于轉(zhuǎn)子位置的示例性相位電流表； 圖9A和圖9B示出了根據(jù)所公開的實施例的方面的關(guān)于轉(zhuǎn)子位置的示例性馬達輸入功 率表； 圖10A和圖10B示出了根據(jù)所公開的實施例的方面的等扭矩曲線表的部分； 圖11A和圖11B是根據(jù)所公開的實施例的方面的可變磁阻馬達的部分的示意圖； 圖12和圖13示出了根據(jù)所公開的實施例的方面的運輸設(shè)備及其控制系統(tǒng)的示意圖； 圖14和圖15示出了根據(jù)所公開的實施例的方面的示例性對照表； 圖16示出了根據(jù)所公開的實施例的方面的示例性對照表;以及 圖17示出了根據(jù)所公開的實施例的方面的流程圖。
【具體實施方式】
[0006] 根據(jù)所公開的實施例的方面，由此提供了一種開關(guān)磁阻無刷電機或者馬達以及其 最佳換向方案或者策略。換向方案或者策略指的是根據(jù)馬達位置和期望扭矩確定每個馬達 相位中的電流。盡管將參照附圖對所公開的實施例的方面進行描述，但應理解，所公開的實 施例的方面可以以多種形式來體現(xiàn)。此外，可以使用任何適當尺寸、形狀或者類型的元件或 者材料。
[0007] 參照圖1A至圖1D，其示出了并入本文進一步公開的所公開實施例的方面的基底處 理設(shè)備或者工具的示意圖。
[0008] 參照圖1A和圖1B，示出了根據(jù)所公開的實施例的方面的處理設(shè)備，諸如例如半導 體工具站1090。盡管附圖中示出了半導體工具，但本文描述的所公開的實施例的方面可以 應用至采用機器人操縱器的任何工具站或者應用。在該示例中，工具1090示出為群簇工具， 然而，所公開的實施例的方面可以應用至任何適當?shù)墓ぞ哒荆T如例如線性工具站，諸如在 圖1C和圖1D中所示出的和在如下申請案中所描述的線性工具站：于2006年5月26日提交的 標題為 "Linearly Distributed Semiconductor Workpiece Processing Tool" 的美國專 利申請第11/442，511號，其全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。工具站1090通常包括大氣前 端1000、真空裝載鎖1010和真空后端1020。在其它方面中，工具站可以具有任何適當?shù)臉?gòu) 造。前端1000、裝載鎖1010和后端1020中的每一個的部件均可以連接至控制器1091，控制器 1091可以是任何適當?shù)目刂萍軜?gòu)的一部分，諸如例如群簇架構(gòu)控制器。控制系統(tǒng)可以是具 有主控制器、群簇控制器和自主式遠程控制器的閉合環(huán)路控制器，諸如在如下申請案中所 公開的控制器：于2005年7月11日提交的標題為"Scalable Motion Control System"的美 國專利申請第11/178，615號，其全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。在其它方面中，可以利 用任何適當?shù)目刂破骱?或控制系統(tǒng)。
[0009] 在一個方面中，前端1000通常包括裝載端口模塊1005和微環(huán)境1060,諸如例如，裝 備前端模塊(EFEM)。裝載端口模塊1005可以是:箱打開器/裝載器到工具標準(BOLTS)的界 面（其符合用于300 mm的裝載端口的SEMI標準E15.1、E47.1、E62、E19.5或E1.9)、前開口或 底開口箱/艙箱和盒。在其它方面中，裝載端口模塊可以構(gòu)造為200 _的晶圓界面或者任何 其它適合的基底界面，諸如例如，更大或者更小的晶圓或者平坦面板或者平坦面板顯示器。 盡管在圖1A中示出了兩個裝載端口模塊，但在其它方面中，可以將任何適當數(shù)量的裝載端 口模塊并入到前端1〇〇〇中。裝載端口模塊1005可以構(gòu)造為從高架運輸系統(tǒng)、自動引導車輛、 人員引導車輛、軌道引導車輛或者從任何其它適當?shù)倪\輸方法接收基底載具或者盒1050。 裝載端口模塊1005可以通過裝載端口 1040與微環(huán)境1060交界。裝載端口 1040可以允許基底 通過基底盒1050與微環(huán)境1060之間。微環(huán)境1060通常包括任何適當?shù)霓D(zhuǎn)移機器人1013,轉(zhuǎn) 移機器人1013可以并入本文描述的公開實施例的一個或多個方面。在一個方面中，機器人 1013可以是軌道安裝機器人，諸如例如，在美國專利第6,002,840號中描述的軌道安裝機器 人，其全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。微環(huán)境1060可以為多個裝載端口模塊之間的基底 轉(zhuǎn)移提供受控清潔區(qū)域。
[0010] 真空裝載鎖1010可以位于微環(huán)境1060與后端1020之間并且連接至微環(huán)境1060和 后端1020。應注意，本文使用的術(shù)語"真空"可以表示諸如ΚΓ 5 Torr或更小的高真空，基底在 該高真空中進行處理。裝載鎖1010通常包括大氣和真空狹槽閥。狹槽閥可以提供環(huán)境隔離， 環(huán)境隔離用于在從大氣前端裝載基底之后退離裝載鎖以及用于當以諸如氮氣的惰性氣體 給鎖通氣時保持運輸室中的真空。裝載鎖1010還可以包括校準器1011，該校準器1011用于 使基底的基準點與期望的處理位置對齊。在其它方面中，真空裝載鎖可以位于處理設(shè)備的 任何適當位置中并且具有任何適當?shù)臉?gòu)造。
[0011]真空后端1020通常包括運輸室1025、一個或多個處理站1030以及任何適當?shù)霓D(zhuǎn)移 機器人1014,該轉(zhuǎn)移機器人1014可以包括本文描述的公開實施例的一個或多個方面。轉(zhuǎn)移 機器人1014將在下文進行描述并且可以位于運輸室1025內(nèi)以運輸裝載鎖1010與多個處理 站1030之間的基底。處理站1030可以通過多種沉積、蝕刻或其它類型的處理方式在基底上 操作以便在該基底上形成電路或者其它期望的結(jié)構(gòu)。典型的處理包括但不限于使用真空的 薄膜處理，諸如等離子蝕刻或者其它蝕刻處理、化學氣相沉積（CVD)、等離子氣相沉積 (PVD )、諸如離子注入等注入、計量、快速熱處理(RTP )、干法剝離原子層沉積(ALD )、氧化/擴 散、形成氮化物、真空光刻、外延生長(EPI)、引線接合器和蒸發(fā)或者使用真空壓力的其它薄 膜處理。處理站1030連接至運輸室1025,以便允許將基底從運輸室1025傳遞至處理站1030， 并且反之亦然。
[0012] 現(xiàn)在參照圖1C，示出了線性基底處理系統(tǒng)2010的示意平面圖，其中，工具界面段 2012安裝至運輸室模塊3018，以便使界面段2012通常面向（例如，朝內(nèi)）運輸室3018的縱軸X 但與其偏移。運輸室模塊3018可以通過將其它運輸室模塊3018A、3018I、3018J附接至如在 美國專利申請第11/442,511號中描述的界面2050、2060、2070而在任何適當?shù)姆较蛏涎由欤?上述申請案在前面以引用的方式并入了本文。每個運輸室模塊3018、3019六、30181、3018了包 括任何適當?shù)幕走\輸2080，基底運輸2080可以包括本文描述的公開實施例的一個或多個 方面，用于在整個處理系統(tǒng)2010中運輸基底并且將該基底運輸?shù)嚼缣幚砟KPM中以及從 其運輸出去。如可以實現(xiàn)的，每個室模塊均能夠保持隔離或者受控的大氣環(huán)境(例如，N2、清 潔空氣、真空）。
[0013] 參照圖1D，示出了示例性處理工具410的示意正視圖，諸如可以是沿著線性運輸室 416的縱軸X截取。在圖1D中示出的公開實施例的方面中，工具界面段12可以代表性地連接 至運輸室416。在該方面中，界面段12可以限定工具運輸室416的一端。如在圖1D中看到的， 運輸室416可以具有另一個工件入口/出口站412,例如，在界面站12的相對端。在其它方面 中，可以提供用于從運輸室插入/移除工件的其它入口 /出口站。在一個方面中，界面段12和 入口 /出口站412可以允許從工具上裝載和卸載工件。在其它方面中，工件可以從一端裝載 到工具上并且從另一端移除。在一個方面中，運輸室416可以具有一個或多個轉(zhuǎn)移室模塊 18B和18i。每個室模塊均能夠保持隔離或者受控的大氣環(huán)境(例如，N2、清潔空氣、真空）。如 前面所提到的，運輸室模塊18B和18i、裝載鎖模塊56A和56B以及形成在圖1D中示出的運輸 室416的工件站的構(gòu)造/布置均僅是示例性的，并且在其它方面中，運輸室可以具有以任何 期望的模塊化布置來設(shè)置的更多或者更少的模塊。在所示出的方面中，站412可以是裝載 鎖。在其它方面中，裝載鎖模塊可以位于端部入口/出口站(類似于站412)之間，或者毗鄰的 運輸室模塊(類似于模塊18i)可以構(gòu)造為作為裝載鎖來操作。如前面還提到的，運輸室模塊 18B和18i具有位于其中的一個或多個對應的運輸設(shè)備26B和26i，該對應的運輸設(shè)備26B和 26i可以包括本文描述的公開實施例的一個或多個方面。各個運輸室模塊18B和18i的運輸 設(shè)備26B和26i可以協(xié)作以提供在運輸室中線性地分布的工件運輸系統(tǒng)420。在該方面中，運 輸設(shè)備26B可以具有普通SCARA臂構(gòu)造(盡管在其它方面中，運輸臂可以具有任何其它期望 的布置，諸如蛙形腿構(gòu)造、伸縮構(gòu)造、雙向?qū)ΨQ構(gòu)造等）。在圖1D中示出的公開實施例的方面 中，運輸設(shè)備26B的臂可以布置為提供可以稱作快速交換布置的布置，該布置允許運輸迅速 地與拾取/放置位置交換晶圓，下文也將對該拾取/放置位置作進一步描述。運輸臂26B可以 具有適合的驅(qū)動段，諸如下文所描述的驅(qū)動段，以便為每個臂提供任何適當數(shù)量的自由度 (例如，通過Z軸運動繞著肩部和肘部關(guān)節(jié)獨立地旋轉(zhuǎn)）。如在圖1D中看到的，在該方面中，模 塊56A、56、30 i可以填隙地位于轉(zhuǎn)移室模塊18B和18 i之間并且可以限定出適當?shù)奶幚砟K、 裝載鎖、緩沖站、計量站或者任何其它期望的站。例如，諸如裝載鎖56A和56以及工件站30i 等填隙模塊可以分別具有固定工件支架/架565、5651、5652、3051、3052或者工件，該固定工 件支架/架565、5651、5652、3051、3052可以與運輸臂協(xié)作以便實現(xiàn)運輸，該工件沿著運輸室 的線性軸X通過運輸室的長度方向。舉例來說，工件可以通過界面段12裝載到運輸室416中。 可以通過使用界面段的運輸臂15將工件放置在裝載鎖模塊56A的支架上。在裝載鎖模塊56A 中，工件可以通過模塊18B中的運輸臂26B而在裝載鎖模塊56A與裝載鎖模塊56之間移動，并 且以相似和連續(xù)地方式，通過使用臂26i(在模塊18i中）而在裝載鎖56與工件站30i之間移 動以及通過使用模塊18i中的臂26i而在站30i與站412之間移動。該過程可以完全顛倒或者 部分顛倒以便朝著相反的方向移動工件。因此，在一個方面中，工件可以沿著軸X在任何方 向上移動并且沿著運輸室移動至任何位置，并且可以裝載到與運輸室相連通的任何期望的 模塊(處理或者其它）以及從該任何期望的模塊卸載。在其它方面中，可以不在運輸室模塊 18B和18i之間提供具有靜態(tài)工件支架或者架的填隙運輸室模塊。在這些方面中，毗鄰運輸 室模塊的運輸臂可以使工件直接從端部執(zhí)行器通過或者一個運輸臂傳遞至另一個運輸臂 的端部執(zhí)行器從而使工件移動通過運輸室。處理站模塊可以通過多種沉積、蝕刻或者其它 類型的處理方式在基底上操作以便在該基底上形成電路或者其它期望的結(jié)構(gòu)。處理站模塊 連接至運輸室模塊，以便允許將基底從運輸室傳遞至處理站并且反之亦然。美國專利申請 序列號11/442, 511中描述了與圖1D中示出的處理設(shè)備具有相似的一般特征的處理工具的 適合示例，上述申請案的全部內(nèi)容在之前以引用的方式并入了本文。
[0014]本文描述的最佳換向方案是如下方案:該方案提供方法來計算無刷電機的每個相 位中的電流從而完成一個或多個最優(yōu)化準則。在所公開的實施例的方面中，最佳換向方案 可以使遭受到某種約束的扭矩大體上最大化，下文將更加詳細地描述該約束。本文描述的 換向方案可以適用于任何馬達類型，但為了示例性目的，在本文中是參照例如可變磁阻馬 達進行示出的。圖1E和圖1F示出了根據(jù)所公開的實施例的方面的具有無源轉(zhuǎn)子的無刷電機 的部分。在圖1E和圖1F中示出的直接驅(qū)動無刷電機的示例性構(gòu)造是具有旋轉(zhuǎn)構(gòu)造的這種機 器的代表，并且用于便于描述本文的實施例的方面。應注意，下文進一步描述的實施例的方 面以相似的方式應用至線性無刷電機。在一個方面中，如上文提到的，具有無源轉(zhuǎn)子的無刷 電機可以是連接至任何適當?shù)目刂破?00的可變或者開關(guān)磁阻馬達100,如本文中描述的， 該控制器400構(gòu)造為控制馬達100的操作。在一個方面中，控制器400可以具有分布式架構(gòu)， 其大體上類似于標題為"Scalable Motion Control System"的美國專利第7，904，182號 中描述的分布式架構(gòu)，該專利的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。
[0015] 此處，可變磁阻馬達100包括:殼體101、設(shè)置在該殼體內(nèi)的至少一個定子103、以及 與至少一個定子103中的每一個相對應的至少一個轉(zhuǎn)子102。至少一個定子103中的每一個 可以具有任何適當數(shù)量的定子凸極103P(例如，沒有磁鐵），每個定子凸極103P具有馬達繞 組或者線圈104。至少一個轉(zhuǎn)子102中的每一個也可以具有任何適當數(shù)量的轉(zhuǎn)子凸極102P， 從而轉(zhuǎn)子構(gòu)造為與定子一起形成閉合的磁通量回路。僅僅為了示例性目的，將可變磁阻馬 達100示出為具有六個轉(zhuǎn)子極和八個定子極的四相馬達，但在其它方面中，可變磁阻馬達可 以具有任何適當數(shù)量的馬達相位、任何適當數(shù)量的轉(zhuǎn)子極以及任何適當數(shù)量的定子極。此 處，至少一個轉(zhuǎn)子102設(shè)置在相應定子103內(nèi)或者在其它方面大體上由相應定子103包圍，但 在其它方面中，定子可以設(shè)置在相應轉(zhuǎn)子內(nèi)或者在其它方面大體上由相應轉(zhuǎn)子包圍。同樣， 在該方面中，一個或多個定子/轉(zhuǎn)子對可以布置在堆棧中（例如，沿著可變磁阻馬達100的旋 轉(zhuǎn)軸彼此軸向地間隔隔開），然而，在其它方面中，定子/轉(zhuǎn)子對可以布置為嵌套構(gòu)造，其中， 每個定子/轉(zhuǎn)子對徑向地嵌套或者在其它方面大體上由另一個定子/轉(zhuǎn)子對包圍。可變磁阻 馬達100可以構(gòu)造為在大氣環(huán)境和/或真空環(huán)境中操作，其中，馬達的固定部件與真空條件 隔離，例如，如在如下專利申請案中所描述的：于2013年11月13日提交的標題為"Sea 1 ed Robot Drive"的具有的代理人案號為390P014939-US (-#1)的美國臨時專利申請案，其全 部內(nèi)容以引用的方式并入本文。可變磁阻馬達還可以包括如在如下專利申請案中描述的特 征：于2013年11月13日提交的標題為"Axial Flux Motor"的美國臨時專利申請第 390P014680-US (-#1)號，其全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。
[0016] 如可以實現(xiàn)的，至少一個轉(zhuǎn)子102中的每一個可以聯(lián)接至任何適當?shù)尿?qū)動軸組件 110的相應驅(qū)動軸。在該方面中，將驅(qū)動軸組件110示出為具有兩個驅(qū)動軸的同軸驅(qū)動軸組 件，但在其它方面中，可以具有多于或者少于兩個的驅(qū)動軸，其中，每個驅(qū)動軸與無刷電機 的相應轉(zhuǎn)子和定子對(例如，馬達)相對應。在其它方面中，驅(qū)動軸組件可以包括并排布置的 單個驅(qū)動軸或者同軸驅(qū)動軸。如可以實現(xiàn)的，驅(qū)動軸組件110可以連接至任何適當?shù)难b置， 諸如機器人運輸裝置111。該機器人運輸裝置111可以是例如任何適當?shù)倪\輸臂，包括但不 限于:雙向?qū)ΨQ機器人臂組件、SCARA型機器人臂組件、伸縮機器人臂組件、具有空動開關(guān)的 機器人臂組件、或者包括一個或多個機器人臂且利用同軸或者并排驅(qū)動軸的任何其它適當 的機器人臂組件。現(xiàn)在參照圖2和圖3,示出了根據(jù)所公開的實施例的方面的、針對單個馬達 相位上的不同電流強度的扭矩與位置曲線。在一個方面中，同樣參照圖1E和圖1F，每個馬達 相位可以包括兩個線圈104,這兩個線圈104串聯(lián)的連線并且定位為彼此直徑地相對，然而， 在其它方面中，每個馬達相位可以包括任何適當數(shù)量的線圈，該線圈以任何適當?shù)姆绞竭B 線并且相對于彼此位于任何適當?shù)奈恢谩Ｍǔ＃梢越o其中兩個馬達相位供能以便生成期 望的或者在其它方面預定的扭矩大小和方向，除了在例如如下電氣位置中之外:在該位置 中，僅有一個馬達相位貢獻于馬達扭矩，如圖3中所示出的，其中，當例如轉(zhuǎn)子約為0度、15度 和30度時僅給單個馬達相位供能。應理解，約為0度、15度和30度的馬達位置僅僅是示例性 的，并且在其它方面中，僅僅給單個馬達相位供能的轉(zhuǎn)子位置可以是任何適當?shù)霓D(zhuǎn)子位置， 這取決于定子極和轉(zhuǎn)子極的數(shù)量以及其它馬達構(gòu)造因素。
[0017] 大體上已經(jīng)提出了幾種方法來限定期望的相位電流或者期望的換向策略，以便針 對任何給定時間和轉(zhuǎn)子位置來實現(xiàn)期望的扭矩量。這些方法試圖通過如下方式來使扭矩漣 波最小化:假定可以通過諸如圖2中示出的測量值的測量值來獨立地量化每個相位扭矩貢 獻。然而，這些方法通常忽視了一旦給鄰近相位供能時該鄰近相位的效果。例如，隨著給鄰 近線圈供能，其中一個有源線圈的電感就會改變。這樣，例如在圖2和圖3中示出的扭矩曲線 的形狀可以取決于鄰近相位的電流而改變。如不考慮當給鄰近線圈供能時有源線圈的電感 的變化，則這可以導致可變磁阻馬達100的扭矩漣波。
[0018] 在所公開的實施例的一個方面中，提供了用于獲得換向策略的方法，該方法可以 自然而然地捕獲互感的效果(例如，當給相鄰線圈供能時，對一個線圈的電感的效果)并且 因此大體上使可變磁阻馬達的換向中的扭矩漣波的效果最小化。現(xiàn)在參照圖4和圖5,在一 個方面中，換向策略包括:提供一種設(shè)備，例如，扭矩值生成站510,可變磁阻馬達100連接至 該設(shè)備（圖5A，框550)。該站或者設(shè)備提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于根據(jù)經(jīng)驗來表征無刷電機 的電流、位置和期望的扭矩(或者力）（例如，如可以應用的旋轉(zhuǎn)或者線性馬達布置)三者之 間的關(guān)系。可變磁阻馬達100可以以任何適當?shù)姆绞皆谝慌辔浑娏魃线\轉(zhuǎn)（例如，一個或 多個相位換向相位電流發(fā)生變化以產(chǎn)生預定扭矩）（圖5A，框551)和/或在一批轉(zhuǎn)子電氣位 置處運轉(zhuǎn)（例如，針對不同扭矩在不同轉(zhuǎn)子位置處測量相位電流）（圖5A，框552)，該一批相 位電流和該一批轉(zhuǎn)子電氣位置表示可變磁阻馬達100的操作范圍。記錄所測量的電流、扭矩 和轉(zhuǎn)子電氣位置（圖5A，框553)并且可以通過任何適當?shù)目刂破?00'來記錄和/或繪制預定 電氣位置處的扭矩曲線(例如，值)和相位電流組合(例如，針對給定轉(zhuǎn)子位置生成一批扭矩 電流表）（圖5A，框554)。在一個方面中，扭矩值生成站510可以包括任何適當?shù)目蚣?20,任 何適當?shù)呢撦d單元500和可變磁阻馬達100安裝至該框架520。在一個方面中，負載單元500 可以是靜態(tài)負載單元。可變磁阻馬達100可以以任何適當?shù)姆绞铰?lián)接至負載單元500以便向 可變磁阻馬達100提供操作電阻。可變磁阻馬達100和/或輔助單元500可以通信地連接至例 如控制器400'，該控制器400'用于操作可變磁阻馬達100以及記錄/繪制馬達扭矩，并且更 加具體地，用于使任何適當數(shù)量的位置足以描述整個轉(zhuǎn)子循環(huán)或者周期(例如，360度的電 氣位置）中在等扭矩曲線、對應相位電流和轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系。這些值的格式可以以任何 適合于編程控制器的方式表示，諸如例如，如下文將進一步描述的查閱表。應注意，根據(jù)另 一個方面，可以通過使用諸如數(shù)值方法或者有限元建模等建模技術(shù)來生成數(shù)據(jù)或者值，這 些數(shù)據(jù)或者值表征期望的形式和特征的可變磁阻馬達的所生成的扭矩(力）、電流和位置之 間的關(guān)系。
[0019] 在該方面中，可變磁阻馬達100的定子103在圖4中示出。此處，示意性地示出了定 子線圈和定子線圈的示例性接線方式，并且為了清晰已經(jīng)省略了轉(zhuǎn)子。如上文所描述的，每 個馬達相位A至D包括串聯(lián)連線的兩個直徑地相對的線圈。例如，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，以及馬達 相位D包括線圈104D1和104D2。此外，在其它方面中，馬達可以具有以任何適當?shù)姆绞讲贾?和接線的多于或者少于四個的相位。每個馬達相位的終端引線可以接線至任何適當?shù)南鄳?電流源，諸如例如，關(guān)于相位A和相位B的IjPI 2。在一個方面中，每個電流源可以獨立的設(shè)置 (例如，通過任何適當?shù)目刂破?00'）以通過其相應的相位生成期望的電流。在給定轉(zhuǎn)子位 置處，以預定電流給相位A和相位B供能并且負載單元500記錄合成的靜態(tài)扭矩。在每個轉(zhuǎn)子 位置處且在給定相位A中的電流^寸，相位B中的電流1 2在例如0至任何適當?shù)念A定最大電流 值之間變化。在一個方面中，預定最大電流值可以是可變磁阻馬達100的操作范圍的最壞條 件。該過程(例如，使相位B針對轉(zhuǎn)子位置和相位A電流的恒定值發(fā)生變化)針對一批電流 和1 2以及一批轉(zhuǎn)子電氣位置重復，例如，表示可變磁阻馬達100的操作范圍的一批電流和一 批轉(zhuǎn)子電氣位置。例如，操作范圍可以在約〇電角度至約360電角度之間。在一批電流和一批 轉(zhuǎn)子電氣位置中的每個點處，均關(guān)于對應轉(zhuǎn)子電氣位置和對應相位電流組合測量和繪制靜 態(tài)扭矩，以便形成一批等扭矩曲線（圖5A，框553)。如之前所提到的，在其它方面中，馬達的 特征數(shù)據(jù)可以通過建模或者模擬而生成。等扭矩曲線(例如，在轉(zhuǎn)子的給定電氣位置處的恒 定扭矩的曲線）的示例性繪制或者表在圖6中示出。應注意，盡管這里使用術(shù)語"曲線"來描 述和示出等扭矩曲線，但其例述僅僅是示例性的目的，并且在其它方面中，可以以任何適當 的表格形式來表不使相位電流與扭矩和轉(zhuǎn)子位置相關(guān)的等扭矩曲線，該表格形式包括相位 電流值、扭矩值和轉(zhuǎn)子位置值。在圖6中，等扭矩曲線與5度的轉(zhuǎn)子電氣位置相對應，但應理 解，等扭矩曲線可以由多于一個轉(zhuǎn)子電氣位置生成。
[0020] 應注意，上文描述的等扭矩表的生成可重復地用于任何給定馬達或者馬達族(例 如，兩個或者更多個馬達，其具有大體上相同的操作特征，諸如定子極數(shù)量、轉(zhuǎn)子極數(shù)量、定 子極與轉(zhuǎn)子極之間的氣隙等）。照此，可以針對具有任何適當?shù)念A定操作特征的任何適當?shù)?馬達生成上文描述的等扭矩表，并且本文關(guān)于所公開實施例的方面描述的換向方案可以應 用至任何這些適當?shù)鸟R達。
[0021] 再次參照圖1E，控制器400可以包括位置控制環(huán)路（圖12和圖13)，該位置控制環(huán)路 將在下文進行描述，該位置控制環(huán)路可以構(gòu)造為:在給定的轉(zhuǎn)子電氣位置和時間詳細說明 期望的或者在其它方面預定的扭矩量。任何適當?shù)膿Q向算法(諸如，下文所描述的換向算 法)可以詳細說明相位A至相位D中的一個中的電流。表(諸如上文所生成的表，該表的一部 分在圖6中示出）可以位于存儲器中，該存儲器可由控制器400訪問或者包含在控制器400 中，以便給控制器400提供額外相位的相應電流。例如，換向算法可以詳細說明相位A的相位 電流ii，并且控制器可以構(gòu)造為從表中獲得相位B的針對任何給定扭矩和轉(zhuǎn)子的電角度的 相應相位電流i 2,從而減小可變磁阻馬達的扭矩漣波。圖7示出了針對傳統(tǒng)的未補償扭矩漣 波馬達換向以及補償扭矩漣波馬達換向（例如，根據(jù)所公開的實施例的方面)的扭矩與轉(zhuǎn)子 位置的示例性對照圖。如可從圖7中看到的，根據(jù)所公開的實施例的方面的對扭矩漣波進行 補償(見曲線700)大體上減小了扭矩漣波的效果(其性質(zhì)來自同時被供能的相鄰相位的相 互效果，如在圖7中所證明的，其中，當僅僅給一個相位供能時，兩條曲線的扭矩相等）。 [0022]根據(jù)所公開的實施例的方面，再次參照圖1E和圖1F且如本文所描述的，馬達100的 扭矩可以是馬達位置以及每個相位電流的函數(shù)。同樣，針對給定扭矩，可以不具有唯一的相 位電流組(見例如圖6中的表），該表示出了可能的相位電流值的大體上無窮個組合數(shù)量以 便實現(xiàn)給定扭矩。同樣參照圖8A，示出了例如處于恒定扭矩的馬達100的相位A和相位B的相 位電流變化的示例。轉(zhuǎn)子位置中的間隔在〇度至15度的范圍中，僅僅給相位A和相位B供能并 且相位C和相位D中的電流（同樣見圖4)大體上為零。此處，由于相位A驅(qū)動轉(zhuǎn)子102,所以可 以將其稱為顯性相位，并且可以將相位B稱為潛伏相位，隨著轉(zhuǎn)子在定子極103P之間移動， 相位B的電流不斷增加或者升高以驅(qū)動該轉(zhuǎn)子。當轉(zhuǎn)子極經(jīng)過給定定子極103P時，相位B變 為顯性相位并且相位A變?yōu)闈摲辔唬瑥亩辔籄中的相位電流減小或者下降。如可以從圖 8A中看到的，在一個方面中，當驅(qū)動轉(zhuǎn)子102時，相位電流的升高和/或下降可以提供為線性 形狀函數(shù)以便使電流的改變是線性的。在其它方面中，參照圖8B，使相位電流發(fā)生變化的另 一個可能的方案示出為轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)以便產(chǎn)生恒定扭矩。此處，相位電流的升高和/或下 降提供為二次形狀函數(shù)。如可以實現(xiàn)的，相位電流的升高和下降可以提供為任何適當?shù)男?狀函數(shù)。如同樣可以實現(xiàn)的，用于使相位電流升高的形狀函數(shù)可以與用于使相位電流下降 的形狀函數(shù)不同。
[0023]仍然參照圖4、圖8A和圖8B，如上文所指出的，示出了當轉(zhuǎn)子102從約0度轉(zhuǎn)動至約 15度時，在恒定扭矩下相位A和相位B中的相位電流變化的示例。在其它示例中，轉(zhuǎn)子可以在 任何適當?shù)慕嵌然蛘呋《戎g轉(zhuǎn)動。如同樣在上文指出的，在從約0度至與15度之間的該間 隔中，相位C和相位D的相位電流大體上為零。在一個方面中，針對馬達100,相位電流信號可 以是周期性的，大約每15度的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個周期，并且可以針對約0度至約15度的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 間隔而生成相位電流。如可以從圖中看到的，在約0度至約15度間隔中，相位A和相位B是有 源的，并且在約15度至約30度的間隔中，相位B和相位C是有源的，等等。在約15度至約30度 間隔中，相位B中的電流的曲線可以大體上類似于圖8A和圖8B中針對相位A所示出的曲線 (例如，在約0度至約15度間隔中），并且在約15度至約30度間隔中，相位C中的相位電流的曲 線可以大體上類似于圖8A和圖8B中針對相位B所示出的曲線。如可以實現(xiàn)的，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動 時，大體上相同的周期性關(guān)系適用于其它相位對B-C、C-D和D-A。在其它方面中，可以為該相 位對提供任何適當?shù)闹芷谛躁P(guān)系。在該方面中，在任何給定的轉(zhuǎn)子位置處，最多兩個相位是 有源的并且剛好處于約15度間隔處，其中一個相位變?yōu)闊o源并且新相位變?yōu)橛性础?br>[0024]在一個方面中，本文描述的換向方案可以使用一個或多個扭矩表，諸如上文參照 圖6所描述的扭矩表，其針對任何適當?shù)鸟R達間隔（諸如，上文提到的約0度至約15度間隔） 將馬達扭矩制作為相位電流iA和i B以及馬達位置Θ的函數(shù)。在一個方面中，扭矩表可以解析 地表示為： r 您 f_'-) ai 其中，扭矩τ是取決于位置的。在其它方面中，扭矩表可以通過實驗來測量的（例如，如 上文參照扭矩曲線生成站510所描述的）。在其它方面中，扭矩表可以通過例如馬達模型的 有限元分析來計算。在其它方面中，扭矩表可以以任何適當?shù)姆绞缴伞⒁猓M管本文 描述的換向方案將關(guān)于上文所提到的約15度的間隔來描述，但在其它方面中，本文描述的 換向方案可以應用至任何適當?shù)拈g隔。
[0025]參照約15度的周期性(其在其它方面中可以是任何適當?shù)拈g隔），相位電流iA和iB 的恰當邊界條件可以建立為： iA=0在 θ=15度 [2] 以及 iB=0在 θ=〇度 [3] 為了解答在例如圖3Α和圖3Β中示出的兩個相位電流，可以將該約15度的間隔大體上劃 分為兩半或者子間隔，一半為約〇度至約7.5度，并且另一半為約7.5度至約15度。在每個子 間隔中，其中一個相位電流由例如如上文所描述的任何適當?shù)男螤詈瘮?shù)限定，并且余下的 相位電流可以從例如諸如圖6中示出的任何適當扭矩表來確定。
[0026]參照圖9Α和圖9Β，由供能相位(在該示例中，給相位Α和相位Β供能）消耗的總電功 率Pc示出為以任何適當轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子，在該示例中作為示例性目的，該轉(zhuǎn)數(shù)為約60 rpm。圖9A中的功率曲線與圖8A中的相位電流相對應，并且圖9B中的功率曲線與圖8B中的相 位電流相對應。此處，為了示例性目的，可以在馬達的可用功率上放置約束以便該可用功率 為約540 W。在其它方面中，該功率可以約束為任何適當?shù)闹担T如例如，馬達的額定功率由 本文中所描述的方案來換向。扭矩可以調(diào)節(jié)為使得峰值功率消耗落在約540 W功率約束之 下。如可以在圖9A和圖9B中看到的，在該示例中，在約60 rpm時，與約540 W的功率約束相對 應的扭矩對于圖8A的線性形狀函數(shù)為約7.1 Nm并且對于圖8B的二次形狀函數(shù)為約7.2 Nm。 應注意，在一個方面中，形狀函數(shù)的斜率也可以被約束，諸如，針對如將在下文描述的向相 位供電的總線的電壓。
[0027]在所公開的實施例的一個方面中，可以提供一種方法來檢測相位電流，該相位電 流使針對輸入功率的給定限制的馬達扭矩最大化，其中，上文參照圖8A和圖8B所描述的形 狀函數(shù)由馬達功率消耗的約束代替。通常，馬達的單個相位上的電壓降可以書寫為： ?δ?： ->>>>>>>>>>>>>'. ? ：?^ ? 其中，V是相位上的電壓，i是相位電流，R是相位電阻，并且^^是針對馬達角位置θ 和電流i的通量匝鏈速率。同樣， Mf, I) is? Ι)：? in 其中，L(0，i)是電感。這樣，相位上的電壓可以改寫為： V您_ '您.蠢..冬您?' γ ? 并且用電流i乘以方程式[6]的兩側(cè)則得到功率等式：
...m. 這樣，基于例如方程式[7]，可以針對相位電流iA和iB、相位電阻R、和通量匝鏈 %! 和分別將馬達功率消耗或者總功率的約束書寫為：
1:8:)... 其中，"表示馬達的機械功率輸出（τ是馬達扭矩并且I是角速度），1#歎和知2較 表示馬達繞組或者線圈中的電阻功率損失，并且
表示儲存在馬達中 的磁場能。應注意，在一個方面中，扭矩可以由例如如在如下申請案中描述的運輸裝置111 (圖1)的運動分析來詳細說明：于20 12年8月30日提交的標題為"Time-Optimal Trajectories for Robotic Transfer Devices" 的國際專利第PCT/US2012/052977號（TO 公開號2013/033289)以及于2012年9月13日提交的標題為"Method for Transporting a Substrate with a Substrate Transport"的美國專利申請第13/614,007號，其全部內(nèi)容 以引用的方式并入本文。在其它方面中，扭矩（和/或角速度)可以由馬達傳感器實時地獲 得，并且功率可以由例如控制器400調(diào)節(jié)，以便總功率大體上保持在P max之下。給定馬達的扭 矩，就可以從上文描述的等扭矩表來確定相位電流iA和iB。在其它方面中，相位電流可以以 任何適當?shù)姆绞絹泶_定。在一個方面中，約束方程式[8]可以與等扭矩表以及方程式[2]和 [3]的相位電流邊界條件一起來確定在例如約0度至約15度的轉(zhuǎn)子位置(或者任何其它適當 的轉(zhuǎn)子位置）中的相位電流i A和iB(或者上文提到的相位電流對的任何其它適當?shù)南辔浑?流)。
[0028] 在所公開的實施例的另一個方面中，可以提供一種方法用于確定相位電流，該相 位電流使得針對輸入功率的給定限制的馬達扭矩最大化，其中，上文參照圖8A和圖8B所描 述的形狀函數(shù)由相位電壓V bus上的約束代替。例如，給定如上文在方程式[6]中所描述的相 位上的電壓，則每個相位(例如，在該示例中為相位A和相位B)中的電壓上的約束可以書寫 為：
其中，_.和:_|可以根據(jù)經(jīng)驗從例如等扭矩表、馬達模型、從馬達傳感器或者以任 何其它適當?shù)姆绞絹泶_定。在一個方面中，約束方程式[8]可以與等扭矩表以及方程式[2] 和[3]的相位電流邊界條件一起來確定在例如約0度至約15度的轉(zhuǎn)子位置(或者任何其它適 當?shù)霓D(zhuǎn)子位置）中的相位電流iA和i B(或者上文提到的相位電流對的任何其它適當?shù)南辔浑?流）。在一個方面中，約束方程式[9]和[10]可以與等扭矩表以及方程式[2]和[3]的相位電 流邊界條件一起來確定在例如約〇度至約15度的轉(zhuǎn)子位置(或者任何其它適當?shù)霓D(zhuǎn)子位置） 中的相位電流i A和iB(或者上文提到的相位電流對的任何其它適當?shù)南辔浑娏鳎?br>[0029] 在所公開的實施例的一個方面中，可以提供另一個換向方案，其中，實現(xiàn)了最小功 率Pmin，如下文所描述的。此處，期望的扭矩是從例如如上文提到的運輸裝置111 (圖1 )的位 置控制環(huán)路得知的。參照圖10A和圖10B，等扭矩表(其大體上類似于上文所描述的等扭矩 表)可以用于以任何適當?shù)姆绞结槍o定扭矩和馬達轉(zhuǎn)子位置來確定相位電流，諸如i A和 iB。例如，在一個方面中，可以沿著期望的等扭矩線路來識別唯一的相位電流組iA和iB(同樣 見圖6)，從而在相位A和相位B內(nèi)實現(xiàn)最小耗散功率。在其它方面中，可以根據(jù)經(jīng)驗通過數(shù)值 分析等來確定最小功率Pmin。一旦實現(xiàn)最小功率，則可以將針對給定期望扭矩并且在相應轉(zhuǎn) 子位置處的對應相位電流i A和iB記錄到諸如例如表中。上文的方程式[9]和[10]可以用于驗 證:與給定扭矩和扭矩位置的Pmin相關(guān)聯(lián)的相位電流i A和iB可以符合由總線電壓Vbus施加的 約束。
[0030]在所公開的實施例的另一個方面中，實時比較器換向方案可以用于操作馬達100。 例如，控制器400可以包括電流反饋環(huán)路，該電流反饋環(huán)路導致線圈電感在馬達100的實時 操作期間改變。該電流反饋環(huán)路可以允許扭矩補償，該扭矩補償處理馬達100中的扭矩漣波 的效果。例如，參照圖12和圖13，控制器400可以包括存儲器400M、位置環(huán)路模塊1200、換向 環(huán)路模塊1201、電流環(huán)路模塊、扭矩漣波估算器、以及電感模型模塊。馬達100可以包括馬達 相位系統(tǒng)模塊100M1和馬達磁回路系統(tǒng)模塊100M2。此處，例如，期望的軌線和實際狀態(tài)反饋 輸入到位置環(huán)路模塊1200中，該位置環(huán)路模塊1200構(gòu)造為計算待由馬達100施加的期望扭 矩。該期望扭矩輸入到換向環(huán)路模塊1201中，該換向環(huán)路模塊1201可以構(gòu)造為使用馬達的 實際位置和速度(如通過例如馬達傳感器所確定的）來計算待施加在馬達100中的期望相位 電流。該期望相位電流輸入到電流環(huán)路模塊1202中，該電流環(huán)路模塊1202可以將實際相位 電流作為反饋以計算在馬達100的相應線圈104的終端處的相位電壓。 陶]電感模型模塊塵(其中，電感模塊可以表示為麵）可以構(gòu)造為：導致馬 達100的電感針對例如馬達的實際位置和實際相位電流的變化，從而使電流環(huán)路模塊可以 更好地利用其控制增益來實現(xiàn)更加現(xiàn)實的電感并且更好地應對可變電感馬達中存在的電 感的較大變化。如可以實現(xiàn)的，由電流環(huán)路模塊1202生成的相位電壓可以導致一些扭矩漣 波。為了減弱該扭矩漣波，可以向相位電壓施加相位電壓校正信號。扭矩漣波估算器1203可 以使用估算電感、實際相位電流、通量匝鏈速率、實際位置、實際速度、和期望扭矩中的一個 或多個來實時地計算恰當?shù)南辔浑妷盒Ｕ谏蓪嶋H扭矩時，該恰當?shù)南辔浑妷盒Ｕ龑?導致馬達磁回路100M2的輸出中的扭矩漣波減小。
[0032]扭矩漣波估算器使用的通量匝鏈速率(其可以書寫為I;)可以以任何適當?shù)姆绞?進行測量，諸如通過使用圖11A和圖11B中示出的傳感器或者耦合線圈1100來測量，其可以 位于相應線圈上或者與相應線圈相鄰。在其它方面中，傳感器1100可以位于用于測量通量 匝鏈的任何適當位置處。傳感器1100可以是獨立線圈，其定位為：當給相位線圈104供能時 (例如，由于換向而進行的供能），就在傳感器1100中感應到在定子極103P內(nèi)生成的磁通量 匝鏈。通量匝鏈相對于線圈1100上的電阻、電流和終端電壓的改變速率由上面的方程式[4] 限定。通過將傳感器1100連接至高阻抗通道(諸如模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化器或者任何其它適當?shù)母?阻抗通道），可以忽略相關(guān)聯(lián)的電流并且剩下的就是終端電壓(見下文的方程式[11])，該終 端電壓大體上是所述定子極上的通量匝鏈的變化速率的直接測量值。， 每個馬達相位可以具有其自身的傳感器1100，該傳感器1100構(gòu)造為針對每個轉(zhuǎn)子位置 111] 提供通量匝鏈速率。
[0033]應注意，由扭矩漣波估算器執(zhí)行的扭矩漣波補償包括:對馬達輸出生成的實際扭 矩進行間接測量的能力。將該實際扭矩的間接測量與期望扭矩作比較，以便使扭矩漣波估 算器可以計算將使得實際扭矩接近期望扭矩的相位電壓校正。實際扭矩的間接測量可以源 自如下方程式：
…一 [12] 通過使用方程式[12]和通量匝鏈(見上文的方程式[5])，可以從如下方程式計算實際 扭矩的間接測量：
[13] 其中，通量匝鏈|如上文所描述那樣測量(見方程式[11 ])，電感| = 是根據(jù)經(jīng) 驗通過使用查閱表、模型或者以任何其它適當?shù)姆绞剿_定的，并且表達式|可以從例如 電流和速度反饋來計算或者以任何其它適當?shù)姆绞接嬎恪?br>[0034] 可以從更改的相位電壓（例如，在扭矩漣波估算器1203施加相位電壓校正之后更 改的相位電壓)生成合成相位電流，該合成相位電流又可以用于生成由馬達磁回路100M2提 供的實際扭矩。慣性設(shè)備1205(其可以大體上類似于上文描述的運輸裝置111)對通過生成 該慣性設(shè)備1205的相應加速度、速度和位置所施加的實際扭矩作出反應。該慣性設(shè)備的加 速度、速度和位置裝置接著反饋到如圖12和圖13中示出的恰當控制環(huán)路模塊。
[0035]在本文描述的公開實施例的方面中，扭矩-電流-位置關(guān)系反映出：例如，在期望扭 矩和轉(zhuǎn)子位置處于時間上固定的穩(wěn)態(tài)條件下，馬達扭矩是馬達位置和相位電流的函數(shù)。如 果扭矩或者轉(zhuǎn)子位置隨著時間變化，如在機器人應用中的情況一樣，則使用靜態(tài)扭矩關(guān)系 的有效性可以由馬達動力學的響應速度確定。馬達動力學的測量值是馬達的扭矩階躍響應 速度。圖14示出了命令為約3 Nm的扭矩的無刷DC馬達的扭矩輸出。馬達扭矩階躍響應（例 如，動態(tài)響應時間）可以以任何適當?shù)姆绞竭M行測量。圖14還示出了可變磁阻馬達(其具有 與無刷DC馬達相似的波形因子）的扭矩階躍響應。從圖14和圖15中可以看到的是，無刷DC馬 達具有比可變磁阻馬達更快的響應時間。應注意，可變磁阻馬達中的扭矩曲線可以始于大 體上的零斜率，而無刷DC馬達上的扭矩曲線可以始于非零斜率。這是因為在開關(guān)磁阻馬達 中，扭矩-電流的關(guān)系是二次關(guān)系，而在無刷DC馬達中的扭矩-電流關(guān)系是線性關(guān)系。因此， 可預期的是，與無刷DC馬達相比，傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻馬達在零電流和扭矩附近可以具有固有 的低響應時間。在所公開的實施例的一個方面中，系統(tǒng)和方法(諸如，可以以適當算法進行 體現(xiàn))允許開關(guān)磁阻馬達在接近零扭矩/電流范圍中響應得更快，如下文進一步所描述的。 根據(jù)所公開的實施例的方面，可變磁阻馬達的動態(tài)響應可以如接下來所指示那樣得到改 進。給宙加下方程忒，
?:Μ_1
??Β) 其中，τ?是可變(或者，開關(guān))磁阻馬達扭矩，"i"是相位電流，"θ"是轉(zhuǎn)子位置，并且"f (Θ)"表示對轉(zhuǎn)子位置的依賴性;接著從方程式[15]可知，可變磁阻馬達(諸如，馬達100)的 動態(tài)響應可以是相位電流的函數(shù);可變磁阻馬達(dT VRM/dt)的動態(tài)響應隨著相位電流的增 加而增加;并且當沒有電流通過線圈104時（圖1E和圖1F)，該動態(tài)響應大體上為零。
[0036] 在所公開的實施例的該方面中，再次參照圖1E和圖1F，換向方案是在零扭矩處具 有非零相位電流。非零相位電流可以在馬達的其它相位中產(chǎn)生"偏置扭矩"，從而馬達的動 態(tài)響應時間增加(例如，更快）（例如，梯度在T=0之間，并且需要的扭矩T d_nd改變）。在四相 位馬達(諸如，馬達100)中，給兩個相位供能(被供能的相位由馬達位置確定)在一個方向上 產(chǎn)生扭矩，并且給余下兩個相位供能在相反的方向上產(chǎn)生扭矩。名義上地，僅僅取決于扭矩 的方向給兩個相位供能。此處，換向方案給所有四個相位供能，以便當馬達需要的扭矩大體 上為零時，由于兩個相位A和B導致的正扭矩通過由于余下兩個相位C和D導致的負扭矩而達 到平衡，并且凈扭矩為零。以平衡的方式(例如，從而使得凈扭矩大體上為零或者達到平衡） 給所有四個相位A-D供能，這甚至在馬達100的零扭矩狀態(tài)下大體上提供非零電流并且改進 可變磁阻致動器(或者有效寬帶）的響應時間，如由方程式[15]所表述的。
[0037] 作為示例，如果在給定馬達位置處，相位A和相位B產(chǎn)生正馬達扭矩，并且相位C和 相位D產(chǎn)生負馬達扭矩，并且期望扭矩是T，并且ΛΤ是選擇的偏置扭矩補償值，并且函數(shù)f表 示扭矩-電流-位置關(guān)系，則相位電流可以定義為：
11:11 1 if V 其中，iA、iB、ic和iD分別是相位A-D中的相位電流。此處，凈馬達扭矩可以大體上等于T 并且偏置扭矩補償值ΛΤ可以以任何適當?shù)姆绞竭x擇為任意較小值。偏置扭矩補償值ΛΤ可 以導致相位電流增加，該相位電流可以從換向關(guān)系(諸如上文所描述的那些換向關(guān)系)來確 定。圖16示出了響應于如下馬達的例如約3 Nm的命令扭矩的馬達扭矩階躍響應:無刷DC馬 達、沒有相位電流偏置的可變磁阻馬達(基本VRM)、具有恒定相位電流偏置的可變磁阻馬達 (例如，當產(chǎn)生非平衡扭矩（即，Td_ nd)時，偏置大體上不會隨著馬達的致動而改變）、以及具 有可變相位電流偏置的可變磁阻馬達(例如，當產(chǎn)生非平衡扭矩（即，T demand)時，偏置隨著馬 達的致動而改變）。圖16示出了不同馬達構(gòu)造的期望扭矩的響應曲線，以進行對比。圖中的 虛線部分表示穩(wěn)態(tài)操作條件的近似表現(xiàn)，并且包含進來是為了完整性，在其它方面其與本 文描述的特征的方面無關(guān)。如可以在圖16中看到的，具有恒定相位電流偏置的可變磁阻馬 達的響應(升高)時間比基本VRM(沒有扭矩偏置)減少得更多（即，更快速的響應），并且具有 可變相位電流偏置的可變磁阻馬達的響應時間比具有恒定相位電流偏置的可變磁阻馬達 的響應時間減少得更多。為了使馬達功率的損失最小化，可以根據(jù)應用的需要和確定將補 償扭矩設(shè)置為非零值。在一個方面中，可以施加非零相位電流以便在任何適當?shù)臅r間（例 如，在預定時段內(nèi)或者在要求需要的T de?and的期望時間之前的預定時間）產(chǎn)生補償扭矩（圖 17,框1700)(即，可以將補償扭矩當作剛好在要求該需要扭矩之前施加的預加扭矩），而不 是與需要扭矩一致地施加。同樣，如在圖16中示出的，時變扭矩補償曲線可以產(chǎn)生比恒定扭 矩補償更快的動態(tài)響應。在一個方面中，為了使例如機器人運輸應用中的動態(tài)響應更快，諸 如控制器400等控制器可以構(gòu)造為:在機器人操縱器(諸如，圖1E中的運輸裝置111)移動開 始時或者剛好在這之前(例如，利用預加扭矩命令以產(chǎn)生如上文描述的預加扭矩)使偏置扭 矩升高(例如，設(shè)置為預定起始值）（圖17,框1701)，并且在移動開始時和/或在達到需要或 者最大扭矩和/或加速度(例如，由運輸裝置運載的基底的加速度)之前使該偏置扭矩降低 (例如，減小到小于預定起始值的值)（圖17,框1702)。偏置扭矩的該升高和降低可以大體上 防止或者在其它方面則減少機器人操縱器針對期望的拾取或放置目標作出任何"過量行 動"（例如，移動超過）。在一個方面中，升高偏置扭矩曲線和降低偏置扭矩曲線可以選擇為 多個數(shù)量級，該多個數(shù)量級的持續(xù)時間比機器人操縱器的移動持續(xù)時間短(例如，與機器人 操縱器移動的持續(xù)時間相比，升高持續(xù)時間和降低持續(xù)時間可以忽略不計）。在其它方面 中，升高曲線和降低曲線可以具有任何適當?shù)某掷m(xù)時間。在一個方面中，升高偏置扭矩曲線 和降低偏置扭矩曲線在零扭矩處可以具有大體上的零斜率，并且升高持續(xù)時間和降低持續(xù) 時間可以由可用總線電壓和/或馬達線圈電感確定。如可以實現(xiàn)的，可以在機器人操縱器移 動的多于一個區(qū)域處提供偏置扭矩(例如，在移動開始處、在移動結(jié)束處和/或在移動開始 和結(jié)束之間的一個或多個點處）。在一個方面中，扭矩偏置的升高可以是偏置扭矩的逐漸增 加。在另一個方面中，偏置扭矩的下降可以取決于期望的動態(tài)響應時間。
[0038]如上文所描述的，控制器400(圖1E)可以具有分布式架構(gòu)，該分布式架構(gòu)包括類似 于在美國專利第7,904，182號(其全部內(nèi)容之前以引用的方式并入了本文）中描述的控制器 的高水平控制器和低水平控制器。在一個方面中，等扭矩表可以位于一個或多個高水平控 制器中，從而換向方案的方面(其可以包括任何適當?shù)挠嬎恪⒈容^、向可變磁阻馬達發(fā)送命 令、監(jiān)控可變磁阻馬達的操作特征、更改馬達的扭矩輸出等)可以由一個或多個低水平控制 器來執(zhí)行。
[0039] 如可以實現(xiàn)的，所公開的實施例的方面可以單獨地使用或者以任何適當?shù)慕M合使 用。
[0040] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，提供了一種可變磁阻馬達負載繪制設(shè) 備。該設(shè)備包括:框架;界面，該界面設(shè)置在構(gòu)造用于安裝可變磁阻馬達的框架上;靜態(tài)負載 單元，該靜態(tài)負載單元安裝至框架并且聯(lián)接至可變磁阻馬達；以及控制器，該控制器可通信 地聯(lián)接至靜態(tài)負載單元和可變磁阻馬達。該控制器構(gòu)造為:選擇可變磁阻馬達的至少一個 馬達相位、給該至少一個馬達相位供能、以及從至少靜態(tài)負載單元接收馬達操作數(shù)據(jù)，用于 繪制和生成一批馬達操作數(shù)據(jù)查閱表。
[0041] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，控制器構(gòu)造為從靜態(tài)負載單元和可變磁 阻馬達接收馬達操作數(shù)據(jù)，其中，馬達操作數(shù)據(jù)包括靜態(tài)馬達扭矩、用于至少相應馬達相位 的每個的相應相位電流、和馬達轉(zhuǎn)子位置中的至少一個。
[0042] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，控制器構(gòu)造為從馬達操作數(shù)據(jù)生成作為 轉(zhuǎn)子位置和相鄰的馬達相位的相位電流的函數(shù)的恒定扭矩值。
[0043] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，控制器構(gòu)造為生成與每個恒定扭矩值相 關(guān)聯(lián)的最小功率值并且將該最小功率值提供在查閱表中。
[0044] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，控制器構(gòu)造為生成馬達操作數(shù)據(jù)查閱 表，其中，每個馬達操作數(shù)據(jù)查閱表包括一批恒定扭矩值和給定轉(zhuǎn)子位置的相應相位電流。
[0045] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，控制器構(gòu)造為，針對與每個預定轉(zhuǎn)子位 置相對應的一批預定轉(zhuǎn)子位置，給一批預定電流組合處的相鄰馬達相位供能，并且從靜態(tài) 負載單元接收每個預定電流組合的合成靜態(tài)扭矩。
[0046] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，控制器構(gòu)造為，針對每個預定轉(zhuǎn)子位置 和預定第一馬達相位電流，使額外的馬達相位電流或者額外的相位電流的任何適當?shù)慕M合 發(fā)生變化。
[0047] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，控制器構(gòu)造為從合成靜態(tài)扭矩生成扭矩 值，并且繪制該扭矩值和每個預定轉(zhuǎn)子位置的相關(guān)聯(lián)的相位電流組合以便形成一批馬達操 作數(shù)據(jù)查閱表。
[0048] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，提供了一種方法，該方法用于表征確定 可變磁阻馬達的馬達負載的扭矩、電流和位置這三者之間的關(guān)系。該方法包括:提供靜態(tài)負 載單元;將可變磁阻馬達聯(lián)接至靜態(tài)負載單元;選擇該可變磁阻馬達的至少一個馬達相位； 給該至少一個馬達相位供能；通過使用控制器從至少一個靜態(tài)負載單元接收馬達操作數(shù) 據(jù)；以及通過使用該控制器來繪制和生成一批馬達操作數(shù)據(jù)查閱表。
[0049] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，該方法進一步包括:通過使用控制器從 靜態(tài)負載單元和可變磁阻馬達接收馬達操作數(shù)據(jù)，其中，馬達操作數(shù)據(jù)包括靜態(tài)馬達扭矩、 用于至少相應馬達相位的每個的相應相位電流、和馬達轉(zhuǎn)子位置中的至少一個。
[0050] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，該方法包括:通過使用控制器從馬達操 作數(shù)據(jù)生成作為相位電流和轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)的恒定扭矩值。
[0051 ]根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，控制器構(gòu)造為生成與每個恒定扭矩值相 關(guān)聯(lián)的最小功率值并且將該最小功率值提供在查閱表中。
[0052]根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，每個馬達操作數(shù)據(jù)查閱表包括:一批恒 定扭矩值和針對給定轉(zhuǎn)子位置的相應相位電流。
[0053]根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，該方法包括:通過使用控制器給一批預 定轉(zhuǎn)子位置的一批預定電流組合處的馬達相位供能，并且從靜態(tài)負載單元接收針對預定電 流組合和對應轉(zhuǎn)子位置中的每一個的合成靜態(tài)扭矩。
[0054] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，該方法包括:通過使用控制器使額外的 馬達相位電流針對每個預定馬達位置和預定第一馬達相位電流發(fā)生變化。
[0055] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，該方法包括:通過使用控制器從合成靜 態(tài)扭矩生成扭矩值，并且繪制每個預定轉(zhuǎn)子位置的相關(guān)聯(lián)的相位電流組合和該扭矩值以便 形成一批馬達操作數(shù)據(jù)查閱表。
[0056] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，一種方法包括:將負載聯(lián)接至可變磁阻 馬達的輸出軸;通過使用可變磁阻馬達在輸出軸上生成一批靜態(tài)扭矩；調(diào)節(jié)可變磁阻馬達 的轉(zhuǎn)子位置；以及通過使用控制器記錄馬達數(shù)據(jù)，該馬達數(shù)據(jù)包括可變磁阻馬達的相鄰相 位的靜態(tài)扭矩值、轉(zhuǎn)子位置、和相位電流。
[0057] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，針對一批靜態(tài)扭矩中的每個靜態(tài)扭矩值 的相鄰相位，記錄一批相位電流組合。
[0058] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，針對一批轉(zhuǎn)子位置中的每個轉(zhuǎn)子位置生 成一批靜態(tài)扭矩。
[0059] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，該方法包括:通過使用控制器來繪制每 個轉(zhuǎn)子位置的相應相位電流組合和一批靜態(tài)扭矩以便形成數(shù)據(jù)查閱表。
[0060] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，該方法包括:通過使用控制器給一批預 定轉(zhuǎn)子位置的一批預定電流組合處的馬達相位供能，并且記錄針對預定電流組合和相應轉(zhuǎn) 子位置中的每一個的合成靜態(tài)扭矩。
[0061] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，該方法包括:通過使用控制器使額外的 馬達相位電流針對每個預定馬達位置和預定第一馬達相位電流發(fā)生變化。
[0062] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，提供了一種電機。無刷電機包括:無源轉(zhuǎn) 子，該無源轉(zhuǎn)子具有至少一個轉(zhuǎn)子極;定子，該定子具有至少一個定子極和與至少一個定子 極的每個相關(guān)聯(lián)的相位線圈，該相位線圈構(gòu)造為在位于轉(zhuǎn)子與定子之間的磁回路中建立通 量，其中，轉(zhuǎn)子和定子限定出預定電機波形因子；以及控制器，該控制器構(gòu)造為控制流向每 個相位線圈的電流以便生成預定轉(zhuǎn)子扭矩，該控制器編程有至少預定恒定扭矩值和相關(guān)相 位電流值，從而使該控制器基于該預定恒定扭矩值和相關(guān)相位電流值而確定用于生成需要 的轉(zhuǎn)子扭矩的每個相位線圈的電流。
[0063]根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，該預定恒定扭矩值和相關(guān)相位電流值是 根據(jù)經(jīng)驗生成的值。
[0064]根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，無刷電機的預定恒定扭矩值和相關(guān)相位 電流值是從系統(tǒng)建模分析生成的，該系統(tǒng)建模分析包括數(shù)值建模分析或者有限元分析中的 一個。
[0065] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，無刷電機包括旋轉(zhuǎn)構(gòu)造或者線性構(gòu)造的 可變磁阻馬達。
[0066] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，無刷電機包括可變磁阻馬達，該可變磁 阻馬達構(gòu)造用于在真空環(huán)境中操作。
[0067] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，無源轉(zhuǎn)子是無線圈和無磁鐵的轉(zhuǎn)子。
[0068] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，相關(guān)相位電流值是一批相位電流值，從 而每個相位電流矢量產(chǎn)生一批相位電流值所共用的預定恒定扭矩值。
[0069] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，控制器編程有與每個預定恒定扭矩值相 關(guān)聯(lián)的最小功率值。
[0070] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，預定恒定扭矩值和相關(guān)的功率值和相位 電流值對于具有與預定電機波形因子類似的波形因子的每個電機是可換向的。
[0071] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，相關(guān)相位電流值是預測量電流值。
[0072] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，恒定扭矩值和相關(guān)相位電流值形成涉及 扭矩、轉(zhuǎn)子位置和電機相位的相位電流強度的一個或多個換向表。
[0073] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，提供了一種可變磁阻馬達控制器。該控 制器包括:一個或多個傳感器，該一個或多個傳感器構(gòu)造為測量可變磁阻馬達的預定操作 特征；電流環(huán)路模塊，該電流環(huán)路模塊構(gòu)造為向可變磁阻馬達提供相位電壓；以及扭矩漣波 估算器，該扭矩漣波估算器構(gòu)造為基于預定操作特征生成大體上的實時相位電壓校正信號 并且將該實時相位電壓校正信號應用至相位電壓以便減弱可變磁阻馬達的扭矩漣波效果。
[0074] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，預定操作特征包括:馬達轉(zhuǎn)子位置、馬達 轉(zhuǎn)子角速度、每個馬達相位的相位電流、通量匝鏈速率、和每個相位的電感中的一個或多 個。
[0075] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，通量匝鏈速率是從測量值來確定。
[0076] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，一個或多個傳感器包括:在每個馬達相 位線圈處或者與每個馬達相位線圈相鄰的耦合線圈，該耦合線圈構(gòu)造為測量與相應馬達相 位線圈相關(guān)聯(lián)的通量匝鏈。
[0077]根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，電感是通過控制器從查閱表或者馬達模 型獲得的估算電感。
[0078] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，可變磁阻馬達控制器包括電感模塊，該 電感模塊構(gòu)造為確定馬達的電感相對于馬達轉(zhuǎn)子位置和相位電流的變化。
[0079] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，扭矩漣波估算器包括位于期望馬達扭矩 與實際馬達扭矩之間的實時比較器，從而相位電壓校正信號使得實際馬達扭矩接近期望的 馬達扭矩。
[0080] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，提供了一種無刷電機。無刷電機包括:無 源轉(zhuǎn)子，該無源轉(zhuǎn)子具有至少一個轉(zhuǎn)子極;定子，該定子具有至少一個定子極和與至少一個 定子極的每個相關(guān)聯(lián)的相位線圈，該相位線圈構(gòu)造為在位于轉(zhuǎn)子與定子之間的磁回路中建 立通量，其中，轉(zhuǎn)子和定子限定出預定電機波形因子；以及控制器，該控制器構(gòu)造為控制流 向每個相位線圈的電流以便生成預定轉(zhuǎn)子扭矩，該控制器編程為向零扭矩的馬達輸出處的 每個相位線圈提供非零相位電流。
[0081] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，提供至每個相位線圈的非零相位電流實 現(xiàn)大體上等于零的凈扭矩。
[0082] 根據(jù)所公開的實施例的一個或多個方面，非零相位電流使無刷電機的動態(tài)響應時 間實現(xiàn)減少(即，響應速度增加）。
[0083]應理解，上述說明書僅僅是對所公開實施例的方面進行的解釋說明。本領(lǐng)域中的 技術(shù)人員在不偏離所公開實施例的方面的條件下可以設(shè)想出多種替換和修改。相應地，所 公開實施例的方面意在涵蓋落在所附權(quán)利要求書的范圍中的所有此替代、修改和變型。進 一步地，在互不相同的從屬權(quán)利要求或者獨立權(quán)利要求中引述了的不同特征，這并不表示 不可以有利地使用這些特征的組合，這些組合包含在本發(fā)明的方面的范圍中。
【主權(quán)項】
1. 一種可變磁阻馬達負載繪制設(shè)備，其包括： 框架； 界面，所述界面設(shè)置在構(gòu)造用于安裝可變磁阻馬達的框架上； 靜態(tài)負載單元，所述靜態(tài)負載單元安裝至所述框架并且聯(lián)接至所述可變磁阻馬達；以 及 控制器，所述控制器可通信地聯(lián)接至所述靜態(tài)負載單元和所述可變磁阻馬達，所述控 制器構(gòu)造為:選擇所述可變磁阻馬達的至少一個馬達相位、給所述至少一個馬達相位供能、 以及從至少所述靜態(tài)負載單元接收馬達操作數(shù)據(jù)，用于繪制和生成一批馬達操作數(shù)據(jù)查閱 表。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述控制器構(gòu)造為從所述靜態(tài)負載單元和所述可 變磁阻馬達接收馬達操作數(shù)據(jù)，其中，所述馬達操作數(shù)據(jù)包括靜態(tài)馬達扭矩、用于每個至少 相應馬達相位的相應相位電流、和馬達轉(zhuǎn)子位置中的至少一個。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述控制器構(gòu)造為從所述馬達操作數(shù)據(jù)生成作為 相鄰馬達相位的相位電流和轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)的恒定扭矩值。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述控制器構(gòu)造為生成與每個恒定扭矩值相關(guān)聯(lián) 的最小功率值并且將所述最小功率值提供在查閱表中。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述控制器構(gòu)造為生成馬達操作數(shù)據(jù)查閱表，其 中，每個馬達操作數(shù)據(jù)查閱表包括一批恒定扭矩值和給定轉(zhuǎn)子位置的對應相位電流。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述控制器構(gòu)造為，針對與每個預定轉(zhuǎn)子位置相 對應的一批預定轉(zhuǎn)子位置，給一批預定電流組合處的相鄰馬達相位供能，并且從所述靜態(tài) 負載單元接收每個所述預定電流組合的合成靜態(tài)扭矩。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述控制器構(gòu)造為，針對每個預定轉(zhuǎn)子位置和預 定第一馬達相位電流，使額外的馬達相位電流或者額外的相位電流的任何適當?shù)慕M合發(fā)生 變化。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述控制器構(gòu)造為從所述合成靜態(tài)扭矩生成扭矩 值，并且繪制每個預定轉(zhuǎn)子位置的相關(guān)聯(lián)的相位電流組合和所述扭矩值以形成一批馬達操 作數(shù)據(jù)查閱表。9. 一種方法，其包括： 將負載聯(lián)接至可變磁阻馬達的輸出軸； 在具有所述可變磁阻馬達的所述輸出軸上生成一批靜態(tài)扭矩； 調(diào)節(jié)所述可變磁阻馬達的轉(zhuǎn)子位置；以及 使用控制器記錄馬達數(shù)據(jù)，所述馬達數(shù)據(jù)包括所述可變磁阻馬達的相鄰相位的相位電 流、靜態(tài)扭矩值和轉(zhuǎn)子位置。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，針對所述一批靜態(tài)扭矩中的每個靜態(tài)扭矩值的 相鄰相位，記錄一批相位電流組合。11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，針對一批轉(zhuǎn)子位置中的每個轉(zhuǎn)子位置，生成一批 靜態(tài)扭矩。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進一步包括:使用所述控制器來繪制每個轉(zhuǎn)子位置 的相應相位電流組合和所述一批靜態(tài)扭矩以形成數(shù)據(jù)查閱表。13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其進一步包括:使用所述控制器來給處于一批預定轉(zhuǎn) 子位置的一批預定電流組合的馬達相位供能，并且記錄每個所述預定電流組合的合成靜態(tài) 扭矩值和相應的轉(zhuǎn)子位置。14. 一種無刷電機，其包括： 無源轉(zhuǎn)子，所述無源轉(zhuǎn)子具有至少一個轉(zhuǎn)子極； 定子，所述定子具有至少一個定子極和與所述至少一個定子極的每個相關(guān)聯(lián)的相位線 圈； 其中，所述相位線圈構(gòu)造為在位于所述轉(zhuǎn)子與定子之間的磁回路中建立通量，其中，所 述轉(zhuǎn)子和定子限定出預定電機波形因子；以及 控制器，所述控制器構(gòu)造為控制流向每個相位線圈的電流以生成預定轉(zhuǎn)子扭矩，所述 控制器編程有至少預定恒定扭矩值和相關(guān)相位電流值，從而使所述控制器基于所述預定恒 定扭矩值和相關(guān)相位電流值而確定用于生成需要的轉(zhuǎn)子扭矩的每個相位線圈的電流。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的無刷電機，其中，所述預定恒定扭矩值和相關(guān)相位電流值是 根據(jù)經(jīng)驗生成的值。16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的無刷電機，其中，所述無刷電機的所述預定恒定扭矩值和相 關(guān)相位電流值是從包括數(shù)值建模分析或者有限元分析中的一個的系統(tǒng)建模分析生成的。17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的無刷電機，其進一步包括旋轉(zhuǎn)或者線性構(gòu)造的可變磁阻馬 達。18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的無刷電機，其進一步包括構(gòu)造為在真空環(huán)境中操作的可變 磁阻馬達。19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的無刷電機，其中，所述無源轉(zhuǎn)子是無線圈和無磁鐵的轉(zhuǎn)子。20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的無刷電機，其中，所述相關(guān)相位電流值是一批相位電流值， 從而每個相位電流矢量產(chǎn)生所述一批相位電流值所共用的預定恒定扭矩值。21. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的無刷電機，其中，所述控制器編程有與每個所述預定恒定扭 矩值相關(guān)聯(lián)的最小功率值。22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的無刷電機，其中，所述預定恒定扭矩值和相關(guān)的功率值和相 位電流值對于具有與所述預定電機波形因子類似的波形因子的每個電機是可換向的。23. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的無刷電機，其中，所述相關(guān)相位電流值是預測量電流值。24. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的無刷電機，其中，所述恒定扭矩值和相關(guān)相位電流值形成涉 及扭矩、轉(zhuǎn)子位置和馬達相位的相位電流強度的一個或多個換向表。25. -種無刷電機，其包括： 無源轉(zhuǎn)子，所述無源轉(zhuǎn)子具有至少一個轉(zhuǎn)子極； 定子，所述定子具有至少一個定子極和與所述至少一個定子極的每個相關(guān)聯(lián)的相位線 圈； 其中，所述相位線圈構(gòu)造為在位于所述轉(zhuǎn)子與定子之間的磁回路中建立通量，其中，所 述轉(zhuǎn)子和定子限定出預定電機波形因子；以及 控制器，所述控制器構(gòu)造為控制流向每個相位線圈的電流以便生成預定轉(zhuǎn)子扭矩，所 述控制器編程為向在零扭矩的馬達輸出處的每個相位線圈提供非零電流。26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的無刷電機，其中，提供至每個相位線圈的非零相位電流實現(xiàn) 大體上等于零的凈扭矩。27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的無刷電機，其中，所述非零相位電流實現(xiàn)所述無刷電機的動 態(tài)響應時間的減小。
【文檔編號】H02P25/08GK105900332SQ201480073094
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年11月13日
【發(fā)明人】J.T.穆拉, N.斯皮克, A.高利克, J.克里什納薩米
【申請人】布魯克斯自動化公司