密封式开关磁阻电机的制作方法

密封式开关磁阻电机的制作方法
【专利摘要】一种电机包括：密封的转子，其具有至少一个凸出的转子磁极；以及定子，其包括至少一个凸出的定子磁极，所述至少一个凸出的定子磁极具有与之相关联的励磁绕组，并且与所述至少一个凸出的转子磁极对接，以在所述至少一个凸出的定子磁极和所述至少一个凸出的转子磁极之间实现轴向通量回路。
【专利说明】密封式开关磁阻电机
[0001] 相关申请的交叉引用 本申请为2013年11月13日提交的美国临时专利申请号61 /903，792的非临时申请，并且 要求该美国临时专利申请的权益，该美国临时专利申请的公开内容通过引用整体地结合于 本文中。
【背景技术】
[0002] 1.技术领域 示例性实施例一般涉及用于真空或腐蚀性环境中的电机，例如，用于衬底处理设备中 的电机。
[0003] 2.相关发展的简要说明 一般而言，用于例如半导体制造之类的应用中的电机通常被构造为无刷DC电机。用于 这些应用的转子一般可包括采用稀土材料的若干永磁体。可能需要特别的固定装置将所述 永磁体结合到转子。例如，当直接驱动装置的磁体、结合的部件、密封件和腐蚀性材料暴露 于超高真空和/或侵蚀和腐蚀性的环境时，例如将永磁体电机用于促动并且将光学编码器 用于位置感测的现有的直接驱动技术具有相当大的限制。为了在腐蚀性或高真空的环境下 继续使用，永磁体一般需要被封装和密封，以便避免磁体退化。
[0004] 用于这些应用的定子通常由具有复杂的槽形状、多个相位和重叠的线圈的层状的 铁磁性材料构成。常规的层状定子的构造需要若干复杂的制造步骤，以便保证适当的组装、 层压合、线圈缠绕和安装以及适当的加工，以满足严格的公差。
[0005] 将有利的是提供如下转子，即：所述转子是真空相容的、耐腐蚀的、非层状的，并且 所述转子不利用稀土材料。还将有利的是，使用具有简化构造的非层状的定子。进一步将有 利的是，提供具有较短的磁通路径的电机，所述较短的磁通路径导致较低的涡电流和铁损， 并且提供较高的扭矩能力。
【附图说明】
[0006] 结合附图，在以下描述中解释所公开的实施例的前述方面和其他特征，附图中： 图1A-1D示出了根据所公开的实施例的一些方面的衬底处理设备或工具的示意图； 图2图示了根据所公开的实施例的一些方面的示例性电机； 图3A图示了根据所公开的实施例的一些方面的示例性转子； 图3B图示了根据所公开的实施例的一些方面的示例性定子； 图4示出了根据所公开的实施例的一些方面的线圈元件； 图5示出了根据所公开的实施例的一些方面的线圈元件和相关联的定子磁极； 图6示出了根据所公开的实施例的一些方面的转子、定子和线圈元件的示例性组件； 图7A-7C示出了根据所公开的实施例的一些方面的不同的示例性转子； 图8示出了根据所公开的实施例的一些方面的集成(或整合)到机器人驱动器中的转 子、定子和线圈元件； 图9示出了根据所公开的实施例的一些方面的线圈元件的示例性连接； 图10示出了根据所公开的实施例的一些方面的示例性轴向磁通电机； 图11示出了根据所公开的实施例的一些方面的轴向磁通电机的局部剖视图； 图12A和图12B示出了根据所公开的实施例的一些方面的常规的径向磁通机和轴向磁 通机中的磁通流； 图13图示了根据所公开的实施例的一些方面的示例性轴向磁通电机； 图14示出了根据所公开的实施例的一些方面的定子磁极； 图15图示了根据所公开的实施例的一些方面的定子模块、转子和隔离壁； 图16示出了根据所公开的实施例的一些方面的示例性轴向磁通机的另一方面； 图17A示出了根据所公开的实施例的一些方面的示例性转子； 图17B示出了根据所公开的实施例的一些方面的示例性转子； 图18A示出了根据所公开的实施例的一些方面的示例性换向序列（commutation sequence)的一个步骤中的一组示例性定子绕组和转子的顶视图；以及 图18B-18H图示了根据所公开的实施例的一些方面的示例性换向序列。
【具体实施方式】
[0007] 参照图1A-1D，其示出了结合如本文进一步公开的所公开的实施例的一些方面的 衬底处理设备或工具的示意图。
[0008] 参照图1A和图1B，根据所公开的实施例的一个方面示出了例如半导体工具站1090 之类的处理设备。尽管在附图中示出了半导体工具，但本文所述的所公开的实施例的各方 面能够适用于采用机器人操纵器(robotic manipulator)的任何工具站或应用。在此示例 中，工具1090被示出为组合设备工具(cluster tool)，然而，所公开的实施例的各方面可以 被应用于任何合适的工具站，例如，线性工具站，例如在图1C和图1D中示出并且在2006年5 月26 日提交的标题为 "Linearly Distributed Semiconductor Workpiece Processing Tool"的美国专利申请号11/442,511中描述的线性工具站，该美国专利申请的公开内容通 过引用整体地结合于本文中。工具站1090-般包括大气前端1000、真空装载锁1010和真空 后端1020。在其他方面，工具站可以具有任何合适的配置。前端1000、装载锁1010和后端 1020中的每一个的部件可以被连接到控制器1091，所述控制器1091可以是例如集群架构控 制之类的任何合适的控制架构的一部分。控制系统可以是具有主控制器、群集控制器和自 主远程控制器的闭环控制器，例如在2011年3月8日授权的标题为"Scalable Motion Control System"的美国专利号7,904,182中公开的那些控制器，该美国专利的公开内容通 过引用整体地结合于本文中。在其他方面，可以利用任何合适的控制器和/或控制系统。
[0009] 在一个方面，前端1000-般包括装载端口模块1005和微环境1060,例如设备前端 模块(EFEM)。装载端口模块1005可以是用于300mm的装载端口、前部开口或底部开口的箱/ 容器和盒的对于符合SEMI标准E15.1、E47.1、E62、E19.5或E1.9的工具标准(BOLTS)接口的 开箱器/装载器。在其他方面，装载端口模块可以被构造为200mm的晶圆接口或任何其他合 适的衬底接口，例如较大或较小的晶圆或用于平板显示器的平板。尽管图1A中示出了两个 装载端口模块，但在其他方面，任何合适数量的装载端口模块都可以被结合到前端1000中。 装载端口模块1005可以被构造成从高架输送系统、自动引导的车辆、人引导的车辆、轨道引 导的车辆或由任何其他合适的输送方法接收衬底载体或盒1050。装载端口模块1005可以通 过装载端口 1040与微环境1060接口。装载端口 1040可允许衬底在衬底盒1050和微环境1060 之间传递。微环境1060-般包括任何合适的传送机器人1013,其可以结合本文所述的所公 开的实施例的一个或多个方面。在一个方面，机器人1013可以是轨道安装的机器人，诸如在 例如美国专利6，002，840中描述的机器人，该美国专利的公开内容通过引用整体地结合于 本文中。微环境1060可以提供用于多个装载端口模块之间的衬底传送的受控的干净区域。
[0010] 真空装载锁1010可以位于微环境1060和后端1020之间并且连接到二者。值得注意 的是，如本文所用的术语"真空"可以表示其中处理衬底的例如10-5 Torr或之下的高真空。 装载锁1010-般包括大气和真空槽阀。所述槽阀可以提供环境隔离，所述环境隔离用于在 从大气前端装载衬底之后排空装载锁，并且当利用例如氮气之类的惰性气体给锁排气时维 持输送室中的真空。装载锁1010还可以包括用于将衬底的基准对准到用于处理的期望的位 置的对准器1011。在其他方面，真空装载锁可以位于处理设备的任何合适的位置，并且具有 任何合适的构造。
[0011] 真空后端1020-般包括输送室1025、一个或多个处理站1030以及任何合适的传送 机器人1014,所述传送机器人1014可以包括本文所述的所公开的实施例的一个或多个方 面。传送机器人1014将在下文中描述，并且可以位于输送室1025内，以在装载锁1010和各处 理站1030之间输送衬底。处理站1030可以通过各种沉积、蚀刻或其他类型的过程对衬底进 行操作，以在衬底上形成电子电路或其他期望的结构。典型的过程包括但不限于使用真空 的薄膜过程，例如，等离子体刻蚀或其他蚀刻过程、化学气相沉积(CVD)、等离子体汽相沉积 (PVD)、例如离子注入之类的注入法、度量衡学(metrology)、快速热处理(RTP)、干式剥离原 子层沉积(ALD)、氧化/扩散、形成氮化物、真空光刻、外延(EPI)、引线接合和蒸发或使用真 空压力的其他薄膜过程。处理站1030被连接到输送室1025,以允许衬底从输送室1025传递 到处理站1030,并且反之亦然。
[0012]现在参照图1C，其示出了线性衬底处理系统2010的示意性平面图，其中，工具接口 部段2012被安装到输送室模块3018,使得接口部段2012大致面向（例如，向内）输送室3018， 但与输送室3018的纵向轴线X偏置。如先前通过引用结合于本文中的美国专利申请号11/ 442,511中所描述的，通过将其他输送室模块30184、30181、30181附接到接口2050、2060、 2070,输送室模块3018可以沿任何合适的方向延伸。每个输送室模块3018、3019A、3018I、 3018J包括任何合适的衬底输送装置2080,所述衬底输送装置2080可以包括本文所述的所 公开的实施例的一个或多个方面，所述衬底输送装置2080用于在整个处理系统2010中输送 衬底，并且将衬底输送到例如处理模块PM中和从所述处理模块PM中向外输送。如可认识到 的，每个室模块可以有能力保持隔离的或受控的气氛(例如，N2、洁净空气、真空等）。
[0013]参照图1D，其示出了例如可沿线性输送室416的纵向轴线X取的示例性处理工具 410的示意性垂直投影图。在图1D中所示的所公开实施例的方面，工具接口部段12可以被有 代表性地连接到输送室416。在这方面，接口部段12可以限定工具输送室416的一个端部。如 在图1D中所见，输送室416例如在与接口站12相对的端部处可具有另一工件进入/离开站 412。在其他方面，还可以设置用于从输送室插入/移除工件的其他进入/离开站。在一个方 面，接口部段12和进入/离开站412可以允许工件从工具的装载和卸载。在其他方面，工件可 以从一端装载到工具中，并且从另一端移除。在一个方面，输送室416可具有一个或多个传 送室模块18B、18i。每个室模块可以有能力保持隔离的或受控的气氛(例如，N2、洁净空气、 真空等）。如前所述，形成图1D中所示的输送室416的输送室模块18B、18 i、装载锁模块56A、 56B和工件站的构造/布置结构仅是示例性的，并且在其他方面，输送室可以具有按照任何 期望的模块化布置结构设置的更多或更少的模块。在所示方面，站412可以是装载锁。在其 他方面，装载锁模块可以位于端部进入/离开站(相似于站412)之间，或邻接的输送室模块 (相似于模块18i)可以被构造成作为装载锁操作。还如前所述，输送室模块18B、18i具有位 于其中的一个或多个相对应的输送设备26B、26i，所述输送设备26B、26i可以包括本文所述 的所公开的实施例的一个或多个方面。相应的输送室模块18B、18 i的输送设备26B、26 i可以 协作，以在输送室中提供线性分布的工件输送系统420。在这方面，输送设备26B可以具有一 般的SCARA臂构造(不过在其他方面，输送臂可以具有任何其他期望的布置结构，例如，蛙腿 构造、伸缩式构造、双对称构造等）。在图1D中所示的所公开的实施例的方面，输送设备26B 的臂可以被布置成提供可称为快速交换布置结构的布置结构，所述布置结构允许输送装置 从拾取/放置位置迅速交换晶圆，如下文中还将进一步详细描述的。输送臂26B可具有合适 的驱动部段，例如下面描述的驱动部段，以便给每个臂提供任何合适数量的自由度(例如， 具有Z轴运动的绕肩部和肘关节的独立旋转）。如在图1D中所见，在这方面，模块56A、56、30i 可以间隙地位于传送室模块18B、18i之间，并且可以限定合适的处理模块、装载锁、缓冲站、 计量站或任何其他期望的站。例如，诸如装载锁56A、56和工件站30 i之类的间隙模块可以各 自具有固定的工件支撑件/架563、5631、5632、3031、3032，所述工件支撑件/架563、5631、 5652、3051、3052可以与输送臂协作，以实现工件沿输送室的线性轴线乂通过输送室的长度 的输送。作为示例，工件可以通过接口部段12被装载到输送室416中。工件可以利用接口部 段的输送臂15被定位在装载锁模块56A的支撑件上。在装载锁模块56A中，工件可以通过模 块18B中的输送臂26B在装载锁模块56A和装载锁模块56之间移动，并且以相似和连续的方 式，利用（模块18 i中的）臂26 i在装载锁56和工件站30 i之间移动以及利用模块18 i中的臂 26i在站30i和站412之间移动。该过程可以整体或部分地逆转，以沿相反的方向移动工件。 因此，在一个方面，工件可以沿轴线X在任何方向上移动，并沿输送室移动到任何位置，并且 可以被装载到与输送室连通的任何期望的模块以及从所述任何期望的模块卸载(处理或以 其他方式）。在其他方面，具有静态的工件支撑件或架的间隙的输送室模块可以不设置在输 送室模块18B、18i之间。在这样的方面，邻接的输送室模块的输送臂可以将工件直接从末端 执行器或一个输送臂传递到另一输送臂的末端执行器，以移动工件通过输送室。处理站模 块可以通过各种沉积、蚀刻或其他类型的过程对衬底进行操作，以在衬底上形成电子电路 或其他期望的结构。处理站模块被连接到输送室模块，以允许衬底从输送室传递到处理站， 并且反之亦然。先前通过引用整体地结合的美国专利申请序号11/442,511中描述了具有与 图1D中所描绘的处理设备相似的一般特征的处理工具的合适的示例。
[0014]图2示出了集成（或整合)到机器人驱动器2005中的示例性电机2000。机器人驱动 器2005可适于与任何直接驱动或机器人驱动应用一起使用，例如，传送机器人1013、传送机 器人1014、衬底输送装置2080或输送臂26B。电机2000可以包括至少一个定子磁极2010、线 圈元件2015和转子2020。在图2中所示的方面，定子磁极2010和相关联的线圈元件2015位于 与转子2020隔离的单独的环境2025中。转子2020可以位于高真空（例如，大约10-5 Torr或 更低）或腐蚀性环境中，并且可以通过非磁性隔离壁2030与定子磁极2010和线圈元件2015 分隔。定子磁极2010和线圈元件2015可以位于大气压力环境中。附图中所描绘的示例性实 施例具有可称为旋转驱动构造的构造，其被示出用于促进描述和如本文所示和所述的各方 面的特征的目的。如可认识到的，关于所述旋转驱动构造所图示的各方面的特征等同地适 用于线性驱动构造。
[0015] 本文所述的所公开实施例的各方面可以被用于真空或大气机器人应用，其中，转 子和其他移动部分与例如定子磁极和相关联的线圈元件之类的固定的电机部件隔离。一般 而言，所公开的实施例的各方面包括用于操作任何合适的直接驱动器或机器人驱动器的一 个或多个开关磁阻转子。直接或机器人驱动器的移动部分可以位于密封的或以其他方式隔 离的环境内，所述环境能够包括例如真空环境之类的受控环境，所述环境适于半导体处理， 例如在如本文进一步描述的半导体处理工具的输送室中可预期的。直接或机器人驱动器的 移动部分可以位于大气压力环境内。由任何合适的材料制成的非磁性分隔或隔离壁可以被 设置在例如转子的驱动器的移动部分和例如定子磁极和线圈元件的驱动器的固定部分之 间。
[0016] 图3图示了根据所公开的实施例的一个方面的转子100。尽管所公开的实施例的各 方面将参照附图来描述，但应当理解的是，所公开的实施例的各方面能够以许多形式来实 施。此外，能够使用元件或材料的任何合适的尺寸、形状或类型。
[0017] 本文所述的所公开实施例的各方面可以被用于真空或大气的电机应用，其中，转 子可以位于通过隔离壁与定子分隔的密封的隔离环境内。所述密封的环境可以是真空或大 气环境，并且所述隔离壁可由非磁性材料制成。
[0018] 图3A示出了示例性转子100,其具有绕转子的周界布置的至少一个凸出的转子磁 极105。图3B图示了示例性定子200,其具有至少一个凸出的定子磁极205。虽然转子100被示 出为具有6个凸极，并且定子200被示出具有8个凸极，但应当理解的是，转子100和定子200 可包括任何合适数量的凸极。
[0019] 转子100可以通过机加工、挤压、烧结、铸造或任何合适的过程制成，只要例如当经 受高真空环境时，适当的处理被用于避免除气。如果需要，例如通过以适于使转子可用在高 真空中的材料来涂覆，可以表面性地处理转子100。转子100-般可以具有非层状的构造，并 且可由一件实心的铁磁性材料构成，例如，软磁性的铁或钢，例如400系列的不锈钢。在至少 一个示例性方面，转子可由复合材料制成，例如将高导磁率和磁通密度与低导电率结合的 材料。这样的材料可在降低由于涡电流引起的芯损耗的影响方面是有效的，所述涡电流因 转子和定子磁极之间的磁通量的变化率而产生。应当注意的是，特别是当用于高真空环境 中时，可能需要合适的处理来防止通过转子除气。
[0020] 下面的表1示出了与例如碳和不锈钢之类的非复合材料相比，示例性复合材料以 及它们的相对导磁率和饱和磁通密度的表。
表1。
[0021] 在至少另一示例性方面，转子100可由具有至少一个凸出的转子磁极的非铁磁性 的芯构成，所述转子磁极由铁磁性材料构成。
[0022]定子200也可以具有非层状的构造，并且可以通过机加工、挤压、烧结、铸造或任何 合适的过程制成。在至少一个示例性方面，定子200也可由复合材料制成，例如，如上所述， 将高导磁率和磁通密度与低导电率结合的材料，所述材料的示例在表3中示出。
[0023]图4示出了适于与定子200-起使用的线圈元件400。线圈元件400被构建为个别缠 绕的元件，其提供独立于其他相绕组的相绕组。线圈元件400设有形状因子，其允许线圈元 件400与单个定子磁极205集成。
[0024]在图5中所示的方面，线圈元件400被构造成安装在相关联的定子磁极205上，或围 绕所述定子磁极205,并且为相关联的定子磁极205提供激励场。
[0025] 图6示出了转子100、定子200和线圈元件400的示例性组件600。在示例性组件600 中，转子100位于定子200内，其中，转子磁极105面向定子磁极205。
[0026]图7A-7C示出了适于与所公开的实施例一起使用的不同的示例性转子。图7A示出 了具有极705的实心的转子700,所述极705具有比转子主体710大的轴向尺寸。如可认识到 的，图7A-7C中所示的布置结构是示例性，并且在所公开实施例的替代性方面，图7B示出了 转子715,所述转子715具有相似的构造，但具有非铁磁性的芯720和由铁磁性材料构成的至 少一个凸出的转子磁极725。在另一方面，图7C示出了转子730,其具有层状的或可称为大致 梳状的极735,用于当经受相互作用的定子磁极的变化的磁场时最小化涡电流。凹槽740或 叠层可以具有任何合适的定向以最小化涡电流。在一个方面，定子磁极205也可以是梳状 的。
[0027]图8示出了集成（或整合)到机器人驱动器中的转子100、定子200和线圈元件400。 在图8中所示的方面，定子200和与每个定子磁极205相关联的线圈元件400位于与转子100 分隔的环境810中。转子100可位于通过非磁性隔离壁820与定子200和线圈元件400分隔的 超高真空或腐蚀性环境中。定子200和线圈元件400可位于大气压力环境中。
[0028] 图9示出了线圈元件400可以如何被连接以实现用于驱动转子100的磁通场的一个 示例。在图9中所示的方面，线圈元件被构造为4对独立的线圈，其中，每对的构件彼此在直 径上对置。每对被定义为电机相(motor phase)，因此图5、图6和图8中所示的方面被构造为 4相机(4-phase machine)。应当理解的是，转子100和定子200可以构造有任何数量的极，并 且任何合适数量的线圈元件400可以被用于实现任何数量的相。
[0029] 图10示出了利用转子100的示例性轴向磁通电机1000。轴向磁通电机1000的定子 1005是绕转子100布置的独立模块1010的组件，所述独立模块1010各自包括定子磁极1015 和独立的相绕组1020。
[0030] 仅用于例示的目的，图10中的轴向磁通电机被构造成具有6极转子和8极定子，但 在其他方面，可以采用任何合适数量的转子和定子磁极。在至少一个方面，在直径上对置的 定子模块有线连接到相同的相。这些模块的包括相的相绕组可以串联或并联地缠绕。
[0031 ]图11中示出了轴向磁通电机的局部剖视图。定子模块1010可以具有定子磁极 1015,其可以包括从连接构件1035朝向转子径向延伸的端部构件1025、1030,并且可以与转 子磁极105的至少一部分重叠。定子磁极1015可由软磁性钢或如上所述的其他合适的材料 构成。如箭头1100所示，磁通路径从定子磁极915轴向通过转子磁极105。
[0032]图12A和图12B示出了相应地在常规的径向磁通机和轴向磁通机中的磁通线的流 动方面的差异。在径向磁通机中，通量径向流经转子的在直径上对置的极120U1202并且周 向流过定子，而在轴向磁通机中，通量轴向流动，并且磁通线被限制于定子模块1010和对接 (interfacing)的转子磁极 1205。
[0033] 根据至少一个方面，与其中通过绕组的磁通流是串行的径向磁通机对比，轴向磁 通电机的每个相中的总磁通流可以被划分成通过两个并行路径的流。并行的磁通流可以提 供较低的磁通密度水平，并且允许在磁通密度饱和水平以下的操作。当在不饱和的磁通密 度水平下操作时，扭矩能力一般作为电流的二次函数增加，而在饱和水平下，扭矩能力一般 作为电流的线性函数增加。因此，对于相同的电流水平，轴向机中较低的通量水平导致较高 的扭矩能力。此外，因为轴向磁通电机中的有效气隙沿轴向方向延伸，所以转子摆动在所述 气隙中不产生净变化，并且不导致扭矩波动(torque ripp 1 e)。
[0034] 图13中示出了具有3极转子1305和4极定子1310的示例性轴向磁通电机。在这方 面，每个定子相被限于单定子模块1315,这提供了较低的制造和组装成本以及更简单的线 路布置结构。
[0035]图14示出了根据所公开的实施例的定子磁极1405的另一方面。虽然定子磁极1015 在图10中被示出为矩形剖面，但定子磁极1405可带有具有圆形剖面的部分1410,以使得能 够易于绕定子磁极缠绕相线圈。具有矩形剖面的定子磁极可以带有具有大约0.6的填充因 子的绕组，但具有圆形剖面的定子磁极可以具有可超过大约0.8的填充因子的绕组。较高的 填充因子可导致较高的电机扭矩能力。图15图示了结合与上述方面相似的隔离壁1520的至 少一个定子模块1510和转子1515的使用。在一个方面，隔离壁1520提供用于分隔定子模块 1510和转子1515的环境的密封件。例如，转子1515可以位于超高真空或腐蚀性环境中，而定 子模块可以位于大气环境中。在一个方面，隔离壁提供了遵照处于定子磁极1525的延伸构 件1530、1535和转子1515之间的轮廓的密封件。在另一方面，隔离壁在围绕定子磁极1525的 延伸构件1530、1535中的一个或多个的分开的环境之间提供了密封部分1520'，或围绕定子 磁极自身。在其他方面，隔离壁可以与定子磁极集成(或整合）。合适的密封件可以包括静密 封件，例如，适于超高真空使用的密封衬垫或密封圈。2013年11月13日提交的标题为 "Sealed Robot Drive"的律师案卷号390P014939-US(-#1)中示出和描述了合适的密封件 的另外的方面，该律师案卷一致地提交并且通过引用整体地结合于本文中。
[0036]图16示出了示例性轴向磁通机1600的另一方面。轴向磁通机1600包括定子1605， 其由绕转子1615布置的独立的定子模块1610的组件构成。每个定子模块1610包括定子磁极 1620和独立的相绕组1625。转子1615包括至少一个凸出的转子磁极1630。在一个方面，凸出 的转子磁极1630可以包括朝向定子组件1605延伸的端部构件1635、1640。在至少一个方面， 定子和转子磁极的布置结构有利于转子的安装和移除，而不会干扰定子组件1605。根据一 个或多个方面，定子模块1610是独立的，例如，可以个别地添加或从定子上的任何合适的位 置移除。每个定子模块1610可以包括安装在一起作为一个单元的定子磁极和励磁线圈。定 子1605可以包括绕定子布置的可选择数量的定子模块1610,所述定子模块1610可以是彼此 之间可互换的。在至少一个方面，定子1605可以是通过选择待安装在定子上的定子模块 1610的数量而可配置的。
[0037] 图17A示出了根据所公开的实施例的另一方面的示例性转子1700。转子1700可以 被构造为开关磁阻电机，一般可以具有非层状的实心构造，并且可由铁磁性材料构成，例 如，软磁性的铁或钢。在一个方面，转子可由复合材料制成，例如将高导磁率和磁通密度与 低导电率结合的材料。在一个方面，转子1700可由具有至少一个凸出的转子磁极的非铁磁 性的芯构成，所述转子磁极由铁磁性材料构成。
[0038] 所述至少一个凸出的转子磁极1710可以包括一组轴向移位的子磁极X、Y。子磁极 Χ、Υ可以一定的电角度(electrical angle)偏置。子磁极Χ、Υ的布置结构允许将开关磁阻转 子1700与构造为DC无刷定子的定子一起使用。
[0039]图17B示出了另一示例性转子1715,其中，子磁极X、Y被安装在背衬(backing)1720 上。背衬1720还可以包括端部构件，所述端部构件径向延伸，以实现轴向磁通流，如上文中 针对轴向磁通机1610所论述。
[0040] 精确的位置控制可以通过给转子提供双向力来实现，例如，通过使用至少2组独立 供能的绕组，其中，每一个沿相反的方向产生吸引力。图18A示出了在示例性换向序列的第 一步骤中的一组示例性定子绕组1805和转子1700的顶视图，所述换向序列提供沿相反方向 的吸引力。图18B-18H图示了示例性序列的其余步骤2-8。
[0041] 对于示例性序列的每个步骤，下面的表2示出了示例性换向序列、近似的促动力以 及经受力的子磁极。
表2。
[0042] 定子可以包括独立的两组三相绕组ABC和DEF。每个三相绕组的组ABC、DEF可以相 似于常规的3相无刷电机的三相绕组来缠绕。在图18A中，两个3相绕组的组ABC、DEF绕定子 交替。转子子磁极的这种构造使得在任何转子位置处，在转子上产生的电磁推进力是双向 的。所述双向力提供了如上文提到的位置控制。位置控制可以通过如下方式来实现，即：通 过使定子电流换流(commutating)，使得在任何转子位置处，6个绕组相中的2个沿一个方向 对转子施加力，并且2个其他绕组相沿相反的方向对转子施加力。上文论述的轴向磁通流准 备最小化磁通回路中的磁阻，以便最大化流过绕组的场强。
[0043]应当注意的是，当定子绕组A和D串联连接时，B和E被串联连接，并且C和F被串联连 接，6相可变磁阻电机的定子表现得等同于3相DC无刷电机的定子。因此，相同的定子能够被 用于两种不同类型的电机中，即开关磁阻电机和DC无刷电机。
[0044] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，一种电机，包括:密封的转子，其具有至 少一个凸出的转子磁极;定子，其包括至少一个凸出的定子磁极，所述至少一个凸出的定子 磁极具有与之相关联的励磁绕组，并且与所述至少一个凸出的转子磁极对接，以在所述至 少一个凸出的定子磁极和所述至少一个凸出的转子磁极之间实现轴向通量回路。
[0045] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，每个凸出的转子磁极包括一组轴向移位 的子极。
[0046] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述至少一个凸出的转子磁极与所述至 少一个凸出的定子磁极隔离。
[0047] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述至少一个凸出的定子磁极具有子 极。
[0048] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，每个凸出的转子磁极包括以一定的电角 度偏置的一组子极。
[0049] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述密封的转子包括非磁性芯，并且所 述至少一个凸出的转子磁极是铁磁性的。
[0050] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述至少一个凸出的转子磁极被安装在 铁磁性的背衬上。
[0051]根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述铁磁性的背衬包括朝向所述至少一 个凸出的定子磁极径向延伸以实现轴向磁通流回路的构件。
[0052]根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述至少一个凸出的定子磁极被构造为 槽，所述至少一个凸出的转子磁极穿过所述槽，以实现所述轴向磁通流回路。
[0053]根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述至少一个凸出的转子磁极和所述至 少一个凸出的定子磁极构造有面对的端部构件，以实现所述轴向磁通流回路。
[0054] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，一种电机，包括转子，其具有以一定的电 角度偏置的两组转子磁极，所述转子磁极构造成用于至少三相励磁。
[0055] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，一种电机，包括:转子，其构造为开关磁 阻转子;以及定子，其构造为通过密封的隔离物与所述转子分离的无刷定子。
[0056] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述转子和所述定子被构造成在所述电 机中产生轴向磁通流。
[0057]根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述转子包括至少一个凸出的转子磁 极。
[0058] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述至少一个凸出的转子磁极被安装在 铁磁性的背衬上，所述铁磁性的背衬包括朝向所述定子延伸以实现所述轴向磁通流的构 件。
[0059] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述转子包括至少一个凸出的转子磁 极，所述至少一个凸出的转子磁极包括一组轴向移位的子极。
[0060] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述定子包括至少三相绕组的独立组。
[0061] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述定子包括一组独立的定子模块，所 述定子模块各自包括定子磁极和励磁线圈。
[0062] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述电机包括构造成对所述转子施加吸 引力的转子磁极和定子磁极的布置结构。
[0063] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，一种电机，包括:包括多个极的转子;定 子，其包括绕所述转子布置的多个独立的定子模块，所述定子模块包括构建为分开的区段 的凸出的定子磁极。
[0064] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述转子磁极和所述定子磁极被布置成 实现轴向于所述转子的磁通流。
[0065] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述转子包括非磁性芯和铁磁性的转子 磁极。
[0066] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述转子包括朝向所述定子径向延伸以 实现轴向磁通流的构件。
[0067] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述定子区段被构造为槽，所述转子磁 极穿过所述槽，以实现轴向于所述转子的磁通流。
[0068] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，所述转子磁极和所述定子区段构造有面 对的端部构件，以实现轴向于所述转子的磁通流。
[0069] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，一种电机，包括:转子，其包括多个凸极； 以及定子，其包括至少一个可互换的定子模块，所述可互换的定子模块包括安装在一起作 为一个单元的定子磁极和励磁线圈。
[0070] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，一种电机，包括:转子，其包括多个凸极； 以及定子，其包括可选择数量的可互换的定子模块，所述可互换的定子模块各自限定了单 个定子磁极。
[0071] 根据所公开的实施例的一个或多个方面，一种电机，包括:转子，其包括多个凸极； 以及可配置的定子，其包括至少一个可互换的定子模块，所述可互换的定子模块包括安装 在一起作为一个单元的定子磁极和励磁线圈，其中，定子配置通过选择安装在所述定子上 的多个定子模块来实现。
[0072] 应当理解的是，前述描述仅说明所公开的实施例的各方面。本领域技术人员能够 设计出各种替代方案和修改，而不脱离所公开的实施例的各方面。因此，所公开的实施例的 各方面意在包含落入所附权利要求的范围内的所有这样的替代方案、修改和变型。此外，仅 仅不同的特征在相互不同的从属权利要求或独立权利要求中陈述这一事实不表示这些特 征的组合不能被有利地使用，这样的组合仍属于本发明的各方面的范围内。
【主权项】
1. 一种电机，包括： 密封的转子，其具有至少一个凸出的转子磁极；以及 定子，其包括至少一个凸出的定子磁极，所述至少一个凸出的定子磁极具有与之相关 联的励磁绕组，并且与所述至少一个凸出的转子磁极对接，以在所述至少一个凸出的定子 磁极和所述至少一个凸出的转子磁极之间实现轴向通量回路。2. 如权利要求1所述的电机，其特征在于，每个凸出的转子磁极包括一组轴向移位的子 极。3. 如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述至少一个凸出的转子磁极与所述至少一 个凸出的定子磁极隔离。4. 如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述至少一个凸出的定子磁极具有子极。5. 如权利要求1所述的电机，其特征在于，每个凸出的转子磁极包括以一定的电角度偏 置的一组子极。6. 如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述密封的转子包括非磁性芯，并且所述至 少一个凸出的转子磁极是铁磁性的。7. 如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述至少一个凸出的转子磁极被安装在铁磁 性的背衬上。8. 如权利要求7所述的电机，其特征在于，所述铁磁性的背衬包括朝向所述至少一个凸 出的定子磁极径向延伸以实现轴向磁通流回路的构件。9. 如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述至少一个凸出的定子磁极被构造为槽， 所述至少一个凸出的转子磁极穿过所述槽，以实现所述轴向磁通流回路。10. 如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述至少一个凸出的转子磁极和所述至少 一个凸出的定子磁极构造有面对的端部构件，以实现所述轴向磁通流回路。11. 一种电机，包括： 转子，其具有以一定的电角度偏置的两组转子磁极，所述转子磁极构造成用于至少三 相励磁。12. -种电机，包括： 转子，其构造为开关磁阻转子；以及 定子，其构造为通过密封的隔离物与所述转子分离的无刷定子。13. 如权利要求12所述的电机，其特征在于，所述转子和所述定子被构造成在所述电机 中产生轴向磁通流。14. 如权利要求12所述的电机，其特征在于，所述转子包括至少一个凸出的转子磁极。15. 如权利要求14所述的电机，其特征在于，所述至少一个凸出的转子磁极被安装在铁 磁性的背衬上，所述铁磁性的背衬包括朝向所述定子延伸以实现所述轴向磁通流的构件。16. 如权利要求12所述的电机，其特征在于，所述转子包括至少一个凸出的转子磁极， 所述至少一个凸出的转子磁极包括一组轴向移位的子极。17. 如权利要求12所述的电机，其特征在于，所述定子包括至少三相绕组的独立组。18. 如权利要求12所述的电机，其特征在于，所述定子包括一组独立的定子模块，所述 定子模块各自包括定子磁极和励磁线圈。19. 如权利要求12所述的电机，还包括构造成对所述转子施加吸引力的转子磁极和定 子磁极的布置结构。20. -种电机，包括： 包括多个极的转子；以及 定子，其包括绕所述转子布置的多个独立的定子模块，所述定子模块包括构建为分开 的区段的凸出的定子磁极。21. 如权利要求20所述的电机，其特征在于，所述转子包括非磁性芯和铁磁性的转子磁 极。22. 如权利要求20所述的电机，其特征在于，所述转子磁极和所述定子磁极被布置成实 现轴向于所述转子的磁通流。23. 如权利要求22所述的电机，其特征在于，所述转子包括朝向所述定子径向延伸以实 现轴向磁通流的构件。24. 如权利要求22所述的电机，其特征在于，定子区段被构造为槽，所述转子磁极穿过 所述槽，以实现轴向于所述转子的磁通流。25. 如权利要求22所述的电机，其特征在于，所述转子磁极和所述定子区段构造有面对 的端部构件，以实现轴向于所述转子的磁通流。26. -种电机，包括： 转子，其包括多个凸极；以及 定子，其包括至少一个可互换的定子模块，所述可互换的定子模块包括安装在一起作 为一个单元的定子磁极和励磁线圈。27. -种电机，包括： 转子，其包括多个凸极；以及 定子，其包括可选择数量的可互换的定子模块，所述可互换的定子模块各自限定了单 个定子磁极。28. -种电机，包括： 转子，其包括多个凸极；以及 可配置的定子，其包括至少一个可互换的定子模块，所述可互换的定子模块包括安装 在一起作为一个单元的定子磁极和励磁线圈， 其中，定子配置通过选择安装在所述定子上的多个定子模块来实现。
【文档编号】H02K3/52GK105900319SQ201480073103
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月13日
【发明人】J.T.穆拉, J.克里什纳萨米
【申请人】布鲁克斯自动化公司