用于无刷电机控制的方法和设备技术

一种可变磁阻马达负载绘制设备包括：框架；界面，所述界面设置在构造用于安装可变磁阻马达的框架上；静态负载单元，所述静态负载单元安装至所述框架并且联接至所述可变磁阻马达；以及控制器，所述控制器可通信地联接至所述静态负载单元和所述可变磁阻马达，所述控制器构造为：选择所述可变磁阻马达的至少一个马达相位、给所述至少一个马达相位供能、以及从至少所述静态负载单元接收马达操作数据，用于绘制和生成一批马达操作数据查阅表。

Methods and equipment for control of BLDCM

【技术实现步骤摘要】
用于无刷电机控制的方法和设备本申请是申请日为2014年11月13日、申请号为201480073094.3、名称为“用于无刷电机控制的方法和设备”的专利技术申请的分案申请。
技术介绍
1、
示例性实施例大体上涉及电机，并且更加具体地涉及电机的控制。2、相关发展简介通常，需找可变（或者开关）磁阻马达（VRM）来作为无刷直流马达的成本有效替代。可变磁阻马达不需要磁铁并且其机械构造简单，然而，由于例如相位电流、转子电气位置、扭矩和几何结构之间的高度非线性关系，所以可变磁阻马达用于精确控制的用途仍然具有挑战性。可变磁阻电机的精确控制的其中一个主要挑战在于：在转子的任何给定位置处提供平稳且无涟波的预先详细说明扭矩。可变磁阻马达内在的扭矩涟波可以是由于建模不确定性。因此，可变磁阻马达的性能可以取决于使期望的扭矩与相位电流和位置相关的准确换向模型的存在。此外，典型的反馈环路（如传统的现成放大器中的）通常针对固定电感设计且最佳地微调，可变磁阻马达通常不具有固定电感。在可变磁阻马达中，马达线圈或者绕组电感中的变化是期望的，这是因为这是可变磁阻马达生成机械扭矩的主要机构。例如，在机器人伺服应用中，伺服性能可以受到致动器或者马达的动态响应的影响。缓慢马达响应可以限制伺服系统的响应速度。在机器人伺服应用中使用马达作为致动器，通常假设马达响应比伺服环路快至少一个数量级并且在系统模型中通常忽视该马达响应，在无刷直流马达中尤其是如此。然而，可变磁阻马达具有相当缓慢的响应从而可以保证对换向策略进行一定调节以便补偿缓慢响应。这样，可以需要对用于定位伺服应用的可变磁阻马达驱动器进行大体上的瞬时扭矩控制。瞬时扭矩控制可以通过例如数字电子控制器来提供，数字电子控制器可以通过作为马达位置和所需要的瞬时扭矩的函数的每个马达相位来控制电流。根据马达位置和扭矩确定每个马达相位中所需要的电流可以称为电流换向。在三相永磁无刷马达（其中，三相位电流隔开120度）中，通过每个马达绕组的电流是正弦曲线并且是转子位置和扭矩的独特限定的函数。另一方面，可变磁阻马达中的相位电流不是正弦曲线，而是具有源自马达扭矩曲线的形状。马达的马达扭矩曲线是从马达模型的有限元分析测量出的或者确定出的。通常，对于开关磁阻马达，扭矩可以是马达位置以及每个相位电流的函数。电流换向的目的是确定每个马达相位中的作为马达位置和马达扭矩的函数的所需电流。有利的是，在控制可变磁阻马达时使扭矩涟波的效果最小化。同样有利的是提供最佳换向方案，该最佳换向方案提供方法来计算每个马达相位中的电流从而完成一个或多个最优化准则。进一步有利的是提供控制系统，该控制系统缓和针对可变磁阻马达的准确换向模式的依赖性。附图说明在下面的说明书中结合附图对所公开的实施例的上述方面和其它特征进行了解释，在附图中：图1A至图1D是根据所公开的实施例的方面的基底处理工具的示意图；图1E和图1F是根据所公开的实施例的方面的可变磁阻马达的部分的示意图；图2示出了根据所公开的实施例的方面的示例性表；图3示出了根据所公开的实施例的方面的另一个示例性表；图4是根据所公开的实施例的方面的在图1E和图1F中示出的可变磁阻马达的部分的示意图；图5是根据所公开的实施例的方面的等扭矩生成站的示意图；图5A示出了根据所公开的实施例的方面的流程图；图6示出了根据所公开的实施例的方面的等扭矩曲线表的部分；图7示出了根据所公开的实施例的方面的示例性对照表；图8A和图8B示出了根据所公开的实施例的方面的关于转子位置的示例性相位电流表；图9A和图9B示出了根据所公开的实施例的方面的关于转子位置的示例性马达输入功率表；图10A和图10B示出了根据所公开的实施例的方面的等扭矩曲线表的部分；图11A和图11B是根据所公开的实施例的方面的可变磁阻马达的部分的示意图；图12和图13示出了根据所公开的实施例的方面的运输设备及其控制系统的示意图；图14和图15示出了根据所公开的实施例的方面的示例性对照表；图16示出了根据所公开的实施例的方面的示例性对照表；以及图17示出了根据所公开的实施例的方面的流程图。具体实施方式根据所公开的实施例的方面，由此提供了一种开关磁阻无刷电机或者马达以及其最佳换向方案或者策略。换向方案或者策略指的是根据马达位置和期望扭矩确定每个马达相位中的电流。尽管将参照附图对所公开的实施例的方面进行描述，但应理解，所公开的实施例的方面可以以多种形式来体现。此外，可以使用任何适当尺寸、形状或者类型的元件或者材料。参照图1A至图1D，其示出了并入本文进一步公开的所公开实施例的方面的基底处理设备或者工具的示意图。参照图1A和图1B，示出了根据所公开的实施例的方面的处理设备，诸如例如半导体工具站1090。尽管附图中示出了半导体工具，但本文描述的所公开的实施例的方面可以应用至采用机器人操纵器的任何工具站或者应用。在该示例中，工具1090示出为群簇工具，然而，所公开的实施例的方面可以应用至任何适当的工具站，诸如例如线性工具站，诸如在图1C和图1D中所示出的和在如下申请案中所描述的线性工具站：于2006年5月26日提交的标题为“LinearlyDistributedSemiconductorWorkpieceProcessingTool”的美国专利申请第11/442,511号，其全部内容以引用的方式并入本文。工具站1090通常包括大气前端1000、真空装载锁1010和真空后端1020。在其它方面中，工具站可以具有任何适当的构造。前端1000、装载锁1010和后端1020中的每一个的部件均可以连接至控制器1091，控制器1091可以是任何适当的控制架构的一部分，诸如例如群簇架构控制器。控制系统可以是具有主控制器、群簇控制器和自主式远程控制器的闭合环路控制器，诸如在如下申请案中所公开的控制器：于2005年7月11日提交的标题为“ScalableMotionControlSystem”的美国专利申请第11/178,615号，其全部内容以引用的方式并入本文。在其它方面中，可以利用任何适当的控制器和/或控制系统。在一个方面中，前端1000通常包括装载端口模块1005和微环境1060，诸如例如，装备前端模块（EFEM）。装载端口模块1005可以是：箱打开器/装载器到工具标准（BOLTS）的界面（其符合用于300mm的装载端口的SEMI标准E15.1、E47.1、E62、E19.5或E1.9）、前开口或底开口箱/舱箱和盒。在其它方面中，装载端口模块可以构造为200mm的晶圆界面或者任何其它适合的基底界面，诸如例如，更大或者更小的晶圆或者平坦面板或者平坦面板显示器。尽管在图1A中示出了两个装载端口模块，但在其它方面中，可以将任何适当数量的装载端口模块并入到前端1000中。装载端口模块1005可以构造为从高架运输系统、自动引导车辆、人员引导车辆、轨道引导车辆或者从任何其它适当的运输方法接收基底载具或者盒1050本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无刷电机，其包括：/n无源转子，所述无源转子具有至少一个转子极；/n定子，所述定子具有至少一个定子极和与所述至少一个定子极的每个相关联的相位线圈；/n其中，所述相位线圈构造为在位于所述转子与定子之间的磁回路中建立通量，其中，所述转子和定子限定出预定电机波形因子；以及/n控制器，所述控制器构造为控制流向每个相位线圈的电流以生成预定转子扭矩，所述控制器编程有至少预定恒定扭矩值和针对与预定恒定扭矩值组合对应的每个相位线圈以及相邻的相位线圈的对应组合的相位电流值，从而使所述控制器基于所述预定恒定扭矩值和针对每个相位线圈以及相邻的相位线圈的对应组合的相位电流值而确定用于生成需要的转子扭矩的每个相位线圈的电流。/n

【技术特征摘要】
20131113 US 61/9037451.一种无刷电机，其包括：
无源转子，所述无源转子具有至少一个转子极；
定子，所述定子具有至少一个定子极和与所述至少一个定子极的每个相关联的相位线圈；
其中，所述相位线圈构造为在位于所述转子与定子之间的磁回路中建立通量，其中，所述转子和定子限定出预定电机波形因子；以及
控制器，所述控制器构造为控制流向每个相位线圈的电流以生成预定转子扭矩，所述控制器编程有至少预定恒定扭矩值和针对与预定恒定扭矩值组合对应的每个相位线圈以及相邻的相位线圈的对应组合的相位电流值，从而使所述控制器基于所述预定恒定扭矩值和针对每个相位线圈以及相邻的相位线圈的对应组合的相位电流值而确定用于生成需要的转子扭矩的每个相位线圈的电流。


2.根据权利要求1所述的无刷电机，其中，所述预定恒定扭矩值和相关相位电流值是根据经验生成的值。


3.根据权利要求1所述的无刷电机，其中，所述无刷电机的所述预定恒定扭矩值和相关相位电流值是从包括数值建模分析或者有限元分析中的一个的系统建模分析生成的。


4.根据权利要求1所述的无刷电机，其进一步包括旋转或者线性构造的可变磁阻马达。


5.根据权利要求1所述的无刷电机，其进一步包括构造为在真空环境中操作的可变磁阻马达。


6.根据权利要求1所述的无刷电机，其中，所述无源转子是无线圈和无磁铁的转子。


7.根据权利要求1所述的无刷电机，其中，所述相关相位电流值是一批相位电流值，从而每个相位电流矢量产生所述一批相位电流值所共用的预定恒定扭矩值。


8.根据权利要求1所述的无刷电机，其中，所述控制器编程有与每个所述预定恒定扭矩值相关联的最小功率值。


9.根据权利要求8所述的无刷电机，其中，所述预定恒定扭矩值和相关的功率值和相位电流值对于具有与所述预定电机波形因子类似的波形因子的每个电机是可换向的。


10.根据权利要求1所述的无刷电机，其中，所述相关相位电流值是预测量电流值。


11.根据权利要求1所述的无刷电机，其中，所述恒定扭矩值和相关相位电流值形成涉及扭矩、转子位置和马达相位的相位电流强度的一个或多个换向表。


12.一种无刷电机，其包括：
无源转子，所述无源转子具有至少一个转子极；
定子，所述定子具有至少一个定子极和与所述至少一个定子极的每个相关联的相位线圈；
其中，所述相位线圈构造为在位于所述转子与定子之间的磁回路中建立通量，其中，所述转子和定子限定出预定电机波形因子；以及
控制器，所述控制器构造为控制流向每个相位线圈的电流以便生成预定转子扭矩，所述控制器编程为向在零扭矩的马达输出处的每个相位线圈提供非零相位电流。


13.根据权利要求12所述的无刷电机，其中，提供至每个相位线圈的非零相位电流实现大体上等于零的净扭矩。


14.根据权利要求12所述的无刷电机，其中，所述非零相位电流实现所述无刷电机的动态响应时间的减小。


15.一种可变磁阻马达负载绘制设备，其包括：
框架；
界面，所述界面设置在构造用于安装可变磁阻马达的框架上；
静态负载单元，所述静态负载单元安装至所述框架并且联接至所述可变磁阻马达；以及
控制器，所述控制器可通信地联接至所述静态负载单元和所述可变磁阻马达，所述控制器构造为：选择所述可变磁阻马达的至少一个马达相位、给所述至少一个马达相位供能、以及使用该控制器记录在对应于至少一个马达相位的段的静态负载单元处的静态马达扭矩，以便相对于马达转子位置以及在操作中的可变磁阻马达的所选的至少一个马达相位的一个的相应相位电流来表征静态马达扭矩的值之间的关系。


16.根据权利要求15所述的设备，其中，至少静态负载单元生成马达操作数据，包括静态马达扭矩、用于每个至少一个相应马达相位的相应相位电流、和马达转子位置中的至少一个，以用于绘制和生成马达操作数据查阅表。


17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述控制器从至少静态负载单元接收马达操作数据，以用于绘制和生成马达操作数据查阅表。


18.根据权利要求15所述的设备，其中，所述控制器构造为从静态负载单元以及可变磁阻马达接收马达操作数据，其中，马达操作数据包括静态马达扭矩、用于每个至少一个相应马达相位的相应相位电流、和马达转子位置中的至少一个。


19.根据权利要求15所述的设备，其中，所述控制器构造为从马达操作数据生成作为马达转子位置和相邻的马达相位的相位电流的函数的恒定扭矩值。


20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述控制器构造为生成与每个恒定扭矩值相关联的最小功率值并且将所述最小功率值提供在查阅表中。


21.根据权利要求15所述的设备，其中，所述控制器构造为生成马达操作数据查阅表，其中，每个马达操作数据查阅表包括一批恒定扭矩值和给定转子位置的对应相位电流。


22.根据权利要求15所述的设备，其中，所述控制器构造为，针对与每个马达预定转子位置相对应的一批预定马达转子位置，给一批预定电流组合处的相邻马达相位供能，并且从所述静态负载单元接收每个所述预定电流组合的合成静态扭矩。


23.根据权利要求22所述的设备，其中，所述控制器构造为，针对每个预定马达转子位置和预定第一马达相位电流，使额外的马达相位电流或者额外的相位电流的任何适当的组合发生变化。


24.根据权利要求22所述的设备，其中，所述控制器构造为从所述合成静态扭矩生成扭矩值，并且绘制每个预定马达转子位置的相关联的相位电流组合和所述扭矩值以形成一批马达操作数据查阅表。


25.一种可变磁阻马达控制器，该控制器包括：
一个或多个传感器，该一个或多个传感器构造为测量可变磁阻马达的预定操作特征；
电流环路模块，该电流环路模块构造为向可变磁阻马达提供相位电压；以及
扭矩涟波估算器，该扭矩涟波估算器构造为基于预定操作特征生成大体上的实时相位电压校正信...

【专利技术属性】
技术研发人员：JT穆拉，N斯皮克，A高利克，J克里什纳萨米，
申请(专利权)人：布鲁克斯自动化公司，
类型：发明
国别省市：美国;US