CN110677081B - 用于无刷电机控制的方法和设备 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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”的发明申请的分案申请。

背景技术

1、技术领域

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“Linearly Distributed Semiconductor Workpiece Processing Tool”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“Scalable Motion Control System”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300 mm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200 mm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。装载端口模块1005可以通过装载端口1040与微环境1060交界。装载端口1040可以允许基底通过基底盒1050与微环境1060之间。微环境1060通常包括任何适当的转移机器人1013，转移机器人1013可以并入本文描述的公开实施例的一个或多个方面。在一个方面中，机器人1013可以是轨道安装机器人，诸如例如，在美国专利第6,002,840号中描述的轨道安装机器人，其全部内容以引用的方式并入本文。微环境1060可以为多个装载端口模块之间的基底转移提供受控清洁区域。

真空装载锁1010可以位于微环境1060与后端1020之间并且连接至微环境1060和后端1020。应注意，本文使用的术语“真空”可以表示诸如10^-5Torr或更小的高真空，基底在该高真空中进行处理。装载锁1010通常包括大气和真空狭槽阀。狭槽阀可以提供环境隔离，环境隔离用于在从大气前端装载基底之后退离装载锁以及用于当以诸如氮气的惰性气体给锁通气时保持运输室中的真空。装载锁1010还可以包括校准器1011，该校准器1011用于使基底的基准点与期望的处理位置对齐。在其它方面中，真空装载锁可以位于处理设备的任何适当位置中并且具有任何适当的构造。

真空后端1020通常包括运输室1025、一个或多个处理站1030以及任何适当的转移机器人1014，该转移机器人1014可以包括本文描述的公开实施例的一个或多个方面。转移机器人1014将在下文进行描述并且可以位于运输室1025内以运输装载锁1010与多个处理站1030之间的基底。处理站1030可以通过多种沉积、蚀刻或其它类型的处理方式在基底上操作以便在该基底上形成电路或者其它期望的结构。典型的处理包括但不限于使用真空的薄膜处理，诸如等离子蚀刻或者其它蚀刻处理、化学气相沉积（CVD）、等离子气相沉积（PVD）、诸如离子注入等注入、计量、快速热处理（RTP）、干法剥离原子层沉积（ALD）、氧化/扩散、形成氮化物、真空光刻、外延生长（EPI）、引线接合器和蒸发或者使用真空压力的其它薄膜处理。处理站1030连接至运输室1025，以便允许将基底从运输室1025传递至处理站1030，并且反之亦然。

现在参照图1C，示出了线性基底处理系统2010的示意平面图，其中，工具界面段2012安装至运输室模块3018，以便使界面段2012通常面向（例如，朝内）运输室3018的纵轴X但与其偏移。运输室模块3018可以通过将其它运输室模块3018A、3018I、3018J附接至如在美国专利申请第11/442,511号中描述的界面2050、2060、2070而在任何适当的方向上延伸，上述申请案在前面以引用的方式并入了本文。每个运输室模块3018、3019A、3018I、3018J包括任何适当的基底运输2080，基底运输2080可以包括本文描述的公开实施例的一个或多个方面，用于在整个处理系统2010中运输基底并且将该基底运输到例如处理模块PM中以及从其运输出去。如可以实现的，每个室模块均能够保持隔离或者受控的大气环境（例如，N2、清洁空气、真空）。

参照图1D，示出了示例性处理工具410的示意正视图，诸如可以是沿着线性运输室416的纵轴X截取。在图1D中示出的公开实施例的方面中，工具界面段12可以代表性地连接至运输室416。在该方面中，界面段12可以限定工具运输室416的一端。如在图1D中看到的，运输室416可以具有另一个工件入口/出口站412，例如，在界面站12的相对端。在其它方面中，可以提供用于从运输室插入/移除工件的其它入口/出口站。在一个方面中，界面段12和入口/出口站412可以允许从工具上装载和卸载工件。在其它方面中，工件可以从一端装载到工具上并且从另一端移除。在一个方面中，运输室416可以具有一个或多个转移室模块18B和18i。每个室模块均能够保持隔离或者受控的大气环境（例如，N2、清洁空气、真空）。如前面所提到的，运输室模块18B和18i、装载锁模块56A和56B以及形成在图1D中示出的运输室416的工件站的构造/布置均仅是示例性的，并且在其它方面中，运输室可以具有以任何期望的模块化布置来设置的更多或者更少的模块。在所示出的方面中，站412可以是装载锁。在其它方面中，装载锁模块可以位于端部入口/出口站（类似于站412）之间，或者毗邻的运输室模块（类似于模块18i）可以构造为作为装载锁来操作。如前面还提到的，运输室模块18B和18i具有位于其中的一个或多个对应的运输设备26B和26i，该对应的运输设备26B和26i可以包括本文描述的公开实施例的一个或多个方面。各个运输室模块18B和18i的运输设备26B和26i可以协作以提供在运输室中线性地分布的工件运输系统420。在该方面中，运输设备26B可以具有普通SCARA臂构造（尽管在其它方面中，运输臂可以具有任何其它期望的布置，诸如蛙形腿构造、伸缩构造、双向对称构造等）。在图1D中示出的公开实施例的方面中，运输设备26B的臂可以布置为提供可以称作快速交换布置的布置，该布置允许运输迅速地与拾取/放置位置交换晶圆，下文也将对该拾取/放置位置作进一步描述。运输臂26B可以具有适合的驱动段，诸如下文所描述的驱动段，以便为每个臂提供任何适当数量的自由度（例如，通过Z轴运动绕着肩部和肘部关节独立地旋转）。如在图1D中看到的，在该方面中，模块56A、56、30i可以填隙地位于转移室模块18B和18i之间并且可以限定出适当的处理模块、装载锁、缓冲站、计量站或者任何其它期望的站。例如，诸如装载锁56A和56以及工件站30i等填隙模块可以分别具有固定工件支架/架56S、56S1、56S2、30S1、30S2或者工件，该固定工件支架/架56S、56S1、56S2、30S1、30S2可以与运输臂协作以便实现运输，该工件沿着运输室的线性轴X通过运输室的长度方向。举例来说，工件可以通过界面段12装载到运输室416中。可以通过使用界面段的运输臂15将工件放置在装载锁模块56A的支架上。在装载锁模块56A中，工件可以通过模块18B中的运输臂26B而在装载锁模块56A与装载锁模块56之间移动，并且以相似和连续地方式，通过使用臂26i（在模块18i中）而在装载锁56与工件站30i之间移动以及通过使用模块18i中的臂26i而在站30i与站412之间移动。该过程可以完全颠倒或者部分颠倒以便朝着相反的方向移动工件。因此，在一个方面中，工件可以沿着轴X在任何方向上移动并且沿着运输室移动至任何位置，并且可以装载到与运输室相连通的任何期望的模块（处理或者其它）以及从该任何期望的模块卸载。在其它方面中，可以不在运输室模块18B和18i之间提供具有静态工件支架或者架的填隙运输室模块。在这些方面中，毗邻运输室模块的运输臂可以使工件直接从端部执行器通过或者一个运输臂传递至另一个运输臂的端部执行器从而使工件移动通过运输室。处理站模块可以通过多种沉积、蚀刻或者其它类型的处理方式在基底上操作以便在该基底上形成电路或者其它期望的结构。处理站模块连接至运输室模块，以便允许将基底从运输室传递至处理站并且反之亦然。美国专利申请序列号11/442,511中描述了与图1D中示出的处理设备具有相似的一般特征的处理工具的适合示例，上述申请案的全部内容在之前以引用的方式并入了本文。

本文描述的最佳换向方案是如下方案：该方案提供方法来计算无刷电机的每个相位中的电流从而完成一个或多个最优化准则。在所公开的实施例的方面中，最佳换向方案可以使遭受到某种约束的扭矩大体上最大化，下文将更加详细地描述该约束。本文描述的换向方案可以适用于任何马达类型，但为了示例性目的，在本文中是参照例如可变磁阻马达进行示出的。图1E和图1F示出了根据所公开的实施例的方面的具有无源转子的无刷电机的部分。在图1E和图1F中示出的直接驱动无刷电机的示例性构造是具有旋转构造的这种机器的代表，并且用于便于描述本文的实施例的方面。应注意，下文进一步描述的实施例的方面以相似的方式应用至线性无刷电机。在一个方面中，如上文提到的，具有无源转子的无刷电机可以是连接至任何适当的控制器400的可变或者开关磁阻马达100，如本文中描述的，该控制器400构造为控制马达100的操作。在一个方面中，控制器400可以具有分布式架构，其大体上类似于标题为“Scalable Motion Control System”的美国专利第7, 904, 182号中描述的分布式架构，该专利的全部内容以引用的方式并入本文。

此处，可变磁阻马达100包括：壳体101、设置在该壳体内的至少一个定子103、以及与至少一个定子103中的每一个相对应的至少一个转子102。至少一个定子103中的每一个可以具有任何适当数量的定子凸极103P（例如，没有磁铁），每个定子凸极103P具有马达绕组或者线圈104。至少一个转子102中的每一个也可以具有任何适当数量的转子凸极102P，从而转子构造为与定子一起形成闭合的磁通量回路。仅仅为了示例性目的，将可变磁阻马达100示出为具有六个转子极和八个定子极的四相马达，但在其它方面中，可变磁阻马达可以具有任何适当数量的马达相位、任何适当数量的转子极以及任何适当数量的定子极。此处，至少一个转子102设置在相应定子103内或者在其它方面大体上由相应定子103包围，但在其它方面中，定子可以设置在相应转子内或者在其它方面大体上由相应转子包围。同样，在该方面中，一个或多个定子/转子对可以布置在堆栈中（例如，沿着可变磁阻马达100的旋转轴彼此轴向地间隔隔开），然而，在其它方面中，定子/转子对可以布置为嵌套构造，其中，每个定子/转子对径向地嵌套或者在其它方面大体上由另一个定子/转子对包围。可变磁阻马达100可以构造为在大气环境和/或真空环境中操作，其中，马达的固定部件与真空条件隔离，例如，如在如下专利申请案中所描述的：于2013年11月13日提交的标题为“SealedRobot Drive”的具有的代理人案号为390P014939-US (-#1)的美国临时专利申请案，其全部内容以引用的方式并入本文。可变磁阻马达还可以包括如在如下专利申请案中描述的特征：于2013年11月13日提交的标题为“Axial Flux Motor”的美国临时专利申请第390P014680-US(-#1)号，其全部内容以引用的方式并入本文。

如可以实现的，至少一个转子102中的每一个可以联接至任何适当的驱动轴组件110的相应驱动轴。在该方面中，将驱动轴组件110示出为具有两个驱动轴的同轴驱动轴组件，但在其它方面中，可以具有多于或者少于两个的驱动轴，其中，每个驱动轴与无刷电机的相应转子和定子对（例如，马达）相对应。在其它方面中，驱动轴组件可以包括并排布置的单个驱动轴或者同轴驱动轴。如可以实现的，驱动轴组件110可以连接至任何适当的装置，诸如机器人运输装置111。该机器人运输装置111可以是例如任何适当的运输臂，包括但不限于：双向对称机器人臂组件、SCARA型机器人臂组件、伸缩机器人臂组件、具有空动开关的机器人臂组件、或者包括一个或多个机器人臂且利用同轴或者并排驱动轴的任何其它适当的机器人臂组件。现在参照图2和图3，示出了根据所公开的实施例的方面的、针对单个马达相位上的不同电流强度的扭矩与位置曲线。在一个方面中，同样参照图1E和图1F，每个马达相位可以包括两个线圈104，这两个线圈104串联的连线并且定位为彼此直径地相对，然而，在其它方面中，每个马达相位可以包括任何适当数量的线圈，该线圈以任何适当的方式连线并且相对于彼此位于任何适当的位置。通常，可以给其中两个马达相位供能以便生成期望的或者在其它方面预定的扭矩大小和方向，除了在例如如下电气位置中之外：在该位置中，仅有一个马达相位贡献于马达扭矩，如图3中所示出的，其中，当例如转子约为0度、15度和30度时仅给单个马达相位供能。应理解，约为0度、15度和30度的马达位置仅仅是示例性的，并且在其它方面中，仅仅给单个马达相位供能的转子位置可以是任何适当的转子位置，这取决于定子极和转子极的数量以及其它马达构造因素。

大体上已经提出了几种方法来限定期望的相位电流或者期望的换向策略，以便针对任何给定时间和转子位置来实现期望的扭矩量。这些方法试图通过如下方式来使扭矩涟波最小化：假定可以通过诸如图2中示出的测量值的测量值来独立地量化每个相位扭矩贡献。然而，这些方法通常忽视了一旦给邻近相位供能时该邻近相位的效果。例如，随着给邻近线圈供能，其中一个有源线圈的电感就会改变。这样，例如在图2和图3中示出的扭矩曲线的形状可以取决于邻近相位的电流而改变。如不考虑当给邻近线圈供能时有源线圈的电感的变化，则这可以导致可变磁阻马达100的扭矩涟波。

在所公开的实施例的一个方面中，提供了用于获得换向策略的方法，该方法可以自然而然地捕获互感的效果（例如，当给相邻线圈供能时，对一个线圈的电感的效果）并且因此大体上使可变磁阻马达的换向中的扭矩涟波的效果最小化。现在参照图4和图5，在一个方面中，换向策略包括：提供一种设备，例如，扭矩值生成站510，可变磁阻马达100连接至该设备（图5A，框550）。该站或者设备提供一种系统，该系统用于根据经验来表征无刷电机的电流、位置和期望的扭矩（或者力）（例如，如可以应用的旋转或者线性马达布置）三者之间的关系。可变磁阻马达100可以以任何适当的方式在一批相位电流上运转（例如，一个或多个相位换向相位电流发生变化以产生预定扭矩）（图5A，框551）和/或在一批转子电气位置处运转（例如，针对不同扭矩在不同转子位置处测量相位电流）（图5A，框552），该一批相位电流和该一批转子电气位置表示可变磁阻马达100的操作范围。记录所测量的电流、扭矩和转子电气位置（图5A，框553）并且可以通过任何适当的控制器400’来记录和/或绘制预定电气位置处的扭矩曲线（例如，值）和相位电流组合（例如，针对给定转子位置生成一批扭矩电流表）（图5A，框554）。在一个方面中，扭矩值生成站510可以包括任何适当的框架520，任何适当的负载单元500和可变磁阻马达100安装至该框架520。在一个方面中，负载单元500可以是静态负载单元。可变磁阻马达100可以以任何适当的方式联接至负载单元500以便向可变磁阻马达100提供操作电阻。可变磁阻马达100和/或辅助单元500可以通信地连接至例如控制器400’，该控制器400’用于操作可变磁阻马达100以及记录/绘制马达扭矩，并且更加具体地，用于使任何适当数量的位置足以描述整个转子循环或者周期（例如，360度的电气位置）中在等扭矩曲线、对应相位电流和转子位置之间的关系。这些值的格式可以以任何适合于编程控制器的方式表示，诸如例如，如下文将进一步描述的查阅表。应注意，根据另一个方面，可以通过使用诸如数值方法或者有限元建模等建模技术来生成数据或者值，这些数据或者值表征期望的形式和特征的可变磁阻马达的所生成的扭矩（力）、电流和位置之间的关系。

在该方面中，可变磁阻马达100的定子103在图4中示出。此处，示意性地示出了定子线圈和定子线圈的示例性接线方式，并且为了清晰已经省略了转子。如上文所描述的，每个马达相位A至D包括串联连线的两个直径地相对的线圈。例如，马达相位A包括线圈104A1和104A2，马达相位B包括线圈104B1和104B2，马达相位C包括线圈104C1和104C2，以及马达相位D包括线圈104D1和104D2。此外，在其它方面中，马达可以具有以任何适当的方式布置和接线的多于或者少于四个的相位。每个马达相位的终端引线可以接线至任何适当的相应电流源，诸如例如，关于相位A和相位B的I₁和I₂。在一个方面中，每个电流源可以独立的设置（例如，通过任何适当的控制器400’）以通过其相应的相位生成期望的电流。在给定转子位置处，以预定电流给相位A和相位B供能并且负载单元500记录合成的静态扭矩。在每个转子位置处且在给定相位A中的电流I₁时，相位B中的电流I₂在例如0至任何适当的预定最大电流值之间变化。在一个方面中，预定最大电流值可以是可变磁阻马达100的操作范围的最坏条件。该过程（例如，使相位B针对转子位置和相位A电流的恒定值发生变化）针对一批电流I₁和I₂以及一批转子电气位置重复，例如，表示可变磁阻马达100的操作范围的一批电流和一批转子电气位置。例如，操作范围可以在约0电角度至约360电角度之间。在一批电流和一批转子电气位置中的每个点处，均关于对应转子电气位置和对应相位电流组合测量和绘制静态扭矩，以便形成一批等扭矩曲线（图5A，框553）。如之前所提到的，在其它方面中，马达的特征数据可以通过建模或者模拟而生成。等扭矩曲线（例如，在转子的给定电气位置处的恒定扭矩的曲线）的示例性绘制或者表在图6中示出。应注意，尽管这里使用术语“曲线”来描述和示出等扭矩曲线，但其例述仅仅是示例性的目的，并且在其它方面中，可以以任何适当的表格形式来表示使相位电流与扭矩和转子位置相关的等扭矩曲线，该表格形式包括相位电流值、扭矩值和转子位置值。在图6中，等扭矩曲线与5度的转子电气位置相对应，但应理解，等扭矩曲线可以由多于一个转子电气位置生成。

应注意，上文描述的等扭矩表的生成可重复地用于任何给定马达或者马达族（例如，两个或者更多个马达，其具有大体上相同的操作特征，诸如定子极数量、转子极数量、定子极与转子极之间的气隙等）。照此，可以针对具有任何适当的预定操作特征的任何适当的马达生成上文描述的等扭矩表，并且本文关于所公开实施例的方面描述的换向方案可以应用至任何这些适当的马达。

再次参照图1E，控制器400可以包括位置控制环路（图12和图13），该位置控制环路将在下文进行描述，该位置控制环路可以构造为：在给定的转子电气位置和时间详细说明期望的或者在其它方面预定的扭矩量。任何适当的换向算法（诸如，下文所描述的换向算法）可以详细说明相位A至相位D中的一个中的电流。表（诸如上文所生成的表，该表的一部分在图6中示出）可以位于存储器中，该存储器可由控制器400访问或者包含在控制器400中，以便给控制器400提供额外相位的相应电流。例如，换向算法可以详细说明相位A的相位电流i₁，并且控制器可以构造为从表中获得相位B的针对任何给定扭矩和转子的电角度的相应相位电流i₂，从而减小可变磁阻马达的扭矩涟波。图7示出了针对传统的未补偿扭矩涟波马达换向以及补偿扭矩涟波马达换向（例如，根据所公开的实施例的方面）的扭矩与转子位置的示例性对照图。如可从图7中看到的，根据所公开的实施例的方面的对扭矩涟波进行补偿（见曲线700）大体上减小了扭矩涟波的效果（其性质来自同时被供能的相邻相位的相互效果，如在图7中所证明的，其中，当仅仅给一个相位供能时，两条曲线的扭矩相等）。

根据所公开的实施例的方面，再次参照图1E和图1F且如本文所描述的，马达100的扭矩可以是马达位置以及每个相位电流的函数。同样，针对给定扭矩，可以不具有唯一的相位电流组（见例如图6中的表），该表示出了可能的相位电流值的大体上无穷个组合数量以便实现给定扭矩。同样参照图8A，示出了例如处于恒定扭矩的马达100的相位A和相位B的相位电流变化的示例。转子位置中的间隔在0度至15度的范围中，仅仅给相位A和相位B供能并且相位C和相位D中的电流（同样见图4）大体上为零。此处，由于相位A驱动转子102，所以可以将其称为显性相位，并且可以将相位B称为潜伏相位，随着转子在定子极103P之间移动，相位B的电流不断增加或者升高以驱动该转子。当转子极经过给定定子极103P时，相位B变为显性相位并且相位A变为潜伏相位，从而相位A中的相位电流减小或者下降。如可以从图8A中看到的，在一个方面中，当驱动转子102时，相位电流的升高和/或下降可以提供为线性形状函数以便使电流的改变是线性的。在其它方面中，参照图8B，使相位电流发生变化的另一个可能的方案示出为转子位置的函数以便产生恒定扭矩。此处，相位电流的升高和/或下降提供为二次形状函数。如可以实现的，相位电流的升高和下降可以提供为任何适当的形状函数。如同样可以实现的，用于使相位电流升高的形状函数可以与用于使相位电流下降的形状函数不同。

仍然参照图4、图8A和图8B，如上文所指出的，示出了当转子102从约0度转动至约15度时，在恒定扭矩下相位A和相位B中的相位电流变化的示例。在其它示例中，转子可以在任何适当的角度或者弧度之间转动。如同样在上文指出的，在从约0度至与15度之间的该间隔中，相位C和相位D的相位电流大体上为零。在一个方面中，针对马达100，相位电流信号可以是周期性的，大约每15度的转子转动一个周期，并且可以针对约0度至约15度的转子旋转间隔而生成相位电流。如可以从图中看到的，在约0度至约15度间隔中，相位A和相位B是有源的，并且在约15度至约30度的间隔中，相位B和相位C是有源的，等等。在约15度至约30度间隔中，相位B中的电流的曲线可以大体上类似于图8A和图8B中针对相位A所示出的曲线（例如，在约0度至约15度间隔中），并且在约15度至约30度间隔中，相位C中的相位电流的曲线可以大体上类似于图8A和图8B中针对相位B所示出的曲线。如可以实现的，当转子转动时，大体上相同的周期性关系适用于其它相位对B-C、C-D和D-A。在其它方面中，可以为该相位对提供任何适当的周期性关系。在该方面中，在任何给定的转子位置处，最多两个相位是有源的并且刚好处于约15度间隔处，其中一个相位变为无源并且新相位变为有源。

在一个方面中，本文描述的换向方案可以使用一个或多个扭矩表，诸如上文参照图6所描述的扭矩表，其针对任何适当的马达间隔（诸如，上文提到的约0度至约15度间隔）将马达扭矩制作为相位电流i_A和i_B以及马达位置θ的函数。在一个方面中，扭矩表可以解析地表示为：

其中，扭矩T是取决于位置的。在其它方面中，扭矩表可以通过实验来测量的（例如，如上文参照扭矩曲线生成站510所描述的）。在其它方面中，扭矩表可以通过例如马达模型的有限元分析来计算。在其它方面中，扭矩表可以以任何适当的方式生成。应注意，尽管本文描述的换向方案将关于上文所提到的约15度的间隔来描述，但在其它方面中，本文描述的换向方案可以应用至任何适当的间隔。

参照约15度的周期性（其在其它方面中可以是任何适当的间隔），相位电流i_A和i_B的恰当边界条件可以建立为：

i _A =0在θ=15度 [2]

以及

i _B =0在θ=0度 [3]

为了解答在例如图3中示出的两个相位电流，可以将该约15度的间隔大体上划分为两半或者子间隔，一半为约0度至约7.5度，并且另一半为约7.5度至约15度。在每个子间隔中，其中一个相位电流由例如如上文所描述的任何适当的形状函数限定，并且余下的相位电流可以从例如诸如图6中示出的任何适当扭矩表来确定。

参照图9A和图9B，由供能相位（在该示例中，给相位A和相位B供能）消耗的总电功率Pc示出为以任何适当转数（rpm）转动的转子，在该示例中作为示例性目的，该转数为约60rpm。图9A中的功率曲线与图8A中的相位电流相对应，并且图9B中的功率曲线与图8B中的相位电流相对应。此处，为了示例性目的，可以在马达的可用功率上放置约束以便该可用功率为约540 W。在其它方面中，该功率可以约束为任何适当的值，诸如例如，马达的额定功率由本文中所描述的方案来换向。扭矩可以调节为使得峰值功率消耗落在约540 W功率约束之下。如可以在图9A和图9B中看到的，在该示例中，在约60 rpm时，与约540 W的功率约束相对应的扭矩对于图8A的线性形状函数为约7.1 Nm并且对于图8B的二次形状函数为约7.2 Nm。应注意，在一个方面中，形状函数的斜率也可以被约束，诸如，针对如将在下文描述的向相位供电的总线的电压。

在所公开的实施例的一个方面中，可以提供一种方法来检测相位电流，该相位电流使针对输入功率的给定限制的马达扭矩最大化，其中，上文参照图8A和图8B所描述的形状函数由马达功率消耗的约束代替。通常，马达的单个相位上的电压降可以书写为：

其中，V是相位上的电压，i是相位电流，R是相位电阻，并且是针对马达角位置θ和电流i的通量匝链速率。同样，

其中，L(θ, i)是电感。这样，相位上的电压可以改写为：

并且用电流i乘以方程式[6]的两侧则得到功率等式：

这样，基于例如方程式[7]，可以针对相位电流i_A和i_B、相位电阻R、和通量匝链和分别将马达功率消耗或者总功率的约束书写为：

其中，“”表示马达的机械功率输出（T是马达扭矩并且是角速度），和表示马达绕组或者线圈中的电阻功率损失，并且和表示储存在马达中的磁场能。应注意，在一个方面中，扭矩可以由例如如在如下申请案中描述的运输装置111（图1）的运动分析来详细说明：于2012年8月30日提交的标题为“Time-OptimalTrajectories for Robotic Transfer Devices”的国际专利第PCT/US2012/052977号（WO公开号2013/033289）以及于2012年9月13日提交的标题为“Method for Transporting aSubstrate with a Substrate Transport”的美国专利申请第13/614,007号，其全部内容以引用的方式并入本文。在其它方面中，扭矩（和/或角速度）可以由马达传感器实时地获得，并且功率可以由例如控制器400调节，以便总功率大体上保持在P_max之下。给定马达的扭矩，就可以从上文描述的等扭矩表来确定相位电流i_A和i_B。在其它方面中，相位电流可以以任何适当的方式来确定。在一个方面中，约束方程式[8]可以与等扭矩表以及方程式[2]和[3]的相位电流边界条件一起来确定在例如约0度至约15度的转子位置（或者任何其它适当的转子位置）中的相位电流i_A和i_B（或者上文提到的相位电流对的任何其它适当的相位电流）。

在所公开的实施例的另一个方面中，可以提供一种方法用于确定相位电流，该相位电流使得针对输入功率的给定限制的马达扭矩最大化，其中，上文参照图8A和图8B所描述的形状函数由相位电压V_bus上的约束代替。例如，给定如上文在方程式[6]中所描述的相位上的电压，则每个相位（例如，在该示例中为相位A和相位B）中的电压上的约束可以书写为：

以及

其中，和可以根据经验从例如等扭矩表、马达模型、从马达传感器或者以任何其它适当的方式来确定。在一个方面中，约束方程式[8]可以与等扭矩表以及方程式[2]和[3]的相位电流边界条件一起来确定在例如约0度至约15度的转子位置（或者任何其它适当的转子位置）中的相位电流i_A和i_B（或者上文提到的相位电流对的任何其它适当的相位电流）。在一个方面中，约束方程式[9]和[10]可以与等扭矩表以及方程式[2]和[3]的相位电流边界条件一起来确定在例如约0度至约15度的转子位置（或者任何其它适当的转子位置）中的相位电流i_A和i_B（或者上文提到的相位电流对的任何其它适当的相位电流）。

在所公开的实施例的一个方面中，可以提供另一个换向方案，其中，实现了最小功率P_min，如下文所描述的。此处，期望的扭矩是从例如如上文提到的运输装置111（图1）的位置控制环路得知的。参照图10A和图10B，等扭矩表（其大体上类似于上文所描述的等扭矩表）可以用于以任何适当的方式针对给定扭矩和马达转子位置来确定相位电流，诸如i_A和i_B。例如，在一个方面中，可以沿着期望的等扭矩线路来识别唯一的相位电流组i_A和i_B（同样见图6），从而在相位A和相位B内实现最小耗散功率。在其它方面中，可以根据经验通过数值分析等来确定最小功率P_min。一旦实现最小功率，则可以将针对给定期望扭矩并且在相应转子位置处的对应相位电流i_A和i_B记录到诸如例如表中。上文的方程式[9]和[10]可以用于验证：与给定扭矩和扭矩位置的P_min相关联的相位电流i_A和i_B可以符合由总线电压V_bus施加的约束。

在所公开的实施例的另一个方面中，实时比较器换向方案可以用于操作马达100。例如，控制器400可以包括电流反馈环路，该电流反馈环路导致线圈电感在马达100的实时操作期间改变。该电流反馈环路可以允许扭矩补偿，该扭矩补偿处理马达100中的扭矩涟波的效果。例如，参照图12和图13，控制器400可以包括存储器400M、位置环路模块1200、换向环路模块1201、电流环路模块、扭矩涟波估算器、以及电感模型模块。马达100可以包括马达相位系统模块100M1和马达磁回路系统模块100M2。此处，例如，期望的轨线和实际状态反馈输入到位置环路模块1200中，该位置环路模块1200构造为计算待由马达100施加的期望扭矩。该期望扭矩输入到换向环路模块1201中，该换向环路模块1201可以构造为使用马达的实际位置和速度（如通过例如马达传感器所确定的）来计算待施加在马达100中的期望相位电流。该期望相位电流输入到电流环路模块1202中，该电流环路模块1202可以将实际相位电流作为反馈以计算在马达100的相应线圈104的终端处的相位电压。

电感模型模块1204（其中，电感模块可以表示为）可以构造为：导致马达100的电感针对例如马达的实际位置和实际相位电流的变化，从而使电流环路模块可以更好地利用其控制增益来实现更加现实的电感并且更好地应对可变电感马达中存在的电感的较大变化。如可以实现的，由电流环路模块1202生成的相位电压可以导致一些扭矩涟波。为了减弱该扭矩涟波，可以向相位电压施加相位电压校正信号。扭矩涟波估算器1203可以使用估算电感、实际相位电流、通量匝链速率、实际位置、实际速度、和期望扭矩中的一个或多个来实时地计算恰当的相位电压校正，在生成实际扭矩时，该恰当的相位电压校正将导致马达磁回路100M2的输出中的扭矩涟波减小。

扭矩涟波估算器使用的通量匝链速率（其可以书写为）可以以任何适当的方式进行测量，诸如通过使用图11A和图11B中示出的传感器或者耦合线圈1100来测量，其可以位于相应线圈上或者与相应线圈相邻。在其它方面中，传感器1100可以位于用于测量通量匝链的任何适当位置处。传感器1100可以是独立线圈，其定位为：当给相位线圈104供能时（例如，由于换向而进行的供能），就在传感器1100中感应到在定子极103P内生成的磁通量匝链。通量匝链相对于线圈1100上的电阻、电流和终端电压的改变速率由上面的方程式[4]限定。通过将传感器1100连接至高阻抗通道（诸如模拟数字转化器或者任何其它适当的高阻抗通道），可以忽略相关联的电流并且剩下的就是终端电压（见下文的方程式[11]），该终端电压大体上是所述定子极上的通量匝链的变化速率的直接测量值。_，

每个马达相位可以具有其自身的传感器1100，该传感器1100构造为针对每个转子位置提供通量匝链速率。

应注意，由扭矩涟波估算器执行的扭矩涟波补偿包括：对马达输出生成的实际扭矩进行间接测量的能力。将该实际扭矩的间接测量与期望扭矩作比较，以便使扭矩涟波估算器可以计算将使得实际扭矩接近期望扭矩的相位电压校正。实际扭矩的间接测量可以源自如下方程式：

=转矩x [12]

通过使用方程式[12]和通量匝链（见上文的方程式[5]），可以从如下方程式计算实际扭矩的间接测量：

转矩= [13]

其中，通量匝链如上文所描述那样测量（见方程式[11]），电感是根据经验通过使用查阅表、模型或者以任何其它适当的方式所确定的，并且表达式可以从例如电流和速度反馈来计算或者以任何其它适当的方式计算。

可以从更改的相位电压（例如，在扭矩涟波估算器1203施加相位电压校正之后更改的相位电压）生成合成相位电流，该合成相位电流又可以用于生成由马达磁回路100M2提供的实际扭矩。惯性设备1205（其可以大体上类似于上文描述的运输装置111）对通过生成该惯性设备1205的相应加速度、速度和位置所施加的实际扭矩作出反应。该惯性设备的加速度、速度和位置装置接着反馈到如图12和图13中示出的恰当控制环路模块。

在本文描述的公开实施例的方面中，扭矩-电流-位置关系反映出：例如，在期望扭矩和转子位置处于时间上固定的稳态条件下，马达扭矩是马达位置和相位电流的函数。如果扭矩或者转子位置随着时间变化，如在机器人应用中的情况一样，则使用静态扭矩关系的有效性可以由马达动力学的响应速度确定。马达动力学的测量值是马达的扭矩阶跃响应速度。图14示出了命令为约3 Nm的扭矩的无刷DC马达的扭矩输出。马达扭矩阶跃响应（例如，动态响应时间）可以以任何适当的方式进行测量。图14还示出了可变磁阻马达（其具有与无刷DC马达相似的波形因子）的扭矩阶跃响应。从图14和图15中可以看到的是，无刷DC马达具有比可变磁阻马达更快的响应时间。应注意，可变磁阻马达中的扭矩曲线可以始于大体上的零斜率，而无刷DC马达上的扭矩曲线可以始于非零斜率。这是因为在开关磁阻马达中，扭矩-电流的关系是二次关系，而在无刷DC马达中的扭矩-电流关系是线性关系。因此，可预期的是，与无刷DC马达相比，传统的开关磁阻马达在零电流和扭矩附近可以具有固有的低响应时间。在所公开的实施例的一个方面中，系统和方法（诸如，可以以适当算法进行体现）允许开关磁阻马达在接近零扭矩/电流范围中响应得更快，如下文进一步所描述的。根据所公开的实施例的方面，可变磁阻马达的动态响应可以如接下来所指示那样得到改进。给定如下方程式：

其中，T_VRM是可变（或者，开关）磁阻马达扭矩，“i”是相位电流，“θ”是转子位置，并且“f(θ)”表示对转子位置的依赖性；接着从方程式[15]可知，可变磁阻马达（诸如，马达100）的动态响应可以是相位电流的函数；可变磁阻马达（dT_VRM/dt）的动态响应随着相位电流的增加而增加；并且当没有电流通过线圈104时（图1E和图1F），该动态响应大体上为零。

在所公开的实施例的该方面中，再次参照图1E和图1F，换向方案是在零扭矩处具有非零相位电流。非零相位电流可以在马达的其它相位中产生“偏置扭矩”，从而马达的动态响应时间增加（例如，更快）（例如，梯度在T=0之间，并且需要的扭矩T_demand改变）。在四相位马达（诸如，马达100）中，给两个相位供能（被供能的相位由马达位置确定）在一个方向上产生扭矩，并且给余下两个相位供能在相反的方向上产生扭矩。名义上地，仅仅取决于扭矩的方向给两个相位供能。此处，换向方案给所有四个相位供能，以便当马达需要的扭矩大体上为零时，由于两个相位A和B导致的正扭矩通过由于余下两个相位C和D导致的负扭矩而达到平衡，并且净扭矩为零。以平衡的方式（例如，从而使得净扭矩大体上为零或者达到平衡）给所有四个相位A-D供能，这甚至在马达100的零扭矩状态下大体上提供非零电流并且改进可变磁阻致动器（或者有效宽带）的响应时间，如由方程式[15]所表述的。

作为示例，如果在给定马达位置处，相位A和相位B产生正马达扭矩，并且相位C和相位D产生负马达扭矩，并且期望扭矩是T，并且△T是选择的偏置扭矩补偿值，并且函数f表示扭矩-电流-位置关系，则相位电流可以定义为：

以及

其中，i_A、i_B、i_C和i_D分别是相位A-D中的相位电流。此处，净马达扭矩可以大体上等于T并且偏置扭矩补偿值△T可以以任何适当的方式选择为任意较小值。偏置扭矩补偿值△T可以导致相位电流增加，该相位电流可以从换向关系（诸如上文所描述的那些换向关系）来确定。图16示出了响应于如下马达的例如约3 Nm的命令扭矩的马达扭矩阶跃响应：无刷DC马达、没有相位电流偏置的可变磁阻马达（基本VRM）、具有恒定相位电流偏置的可变磁阻马达（例如，当产生非平衡扭矩（即，T_demand）时，偏置大体上不会随着马达的致动而改变）、以及具有可变相位电流偏置的可变磁阻马达（例如，当产生非平衡扭矩（即，T_demand）时，偏置随着马达的致动而改变）。图16示出了不同马达构造的期望扭矩的响应曲线，以进行对比。图中的虚线部分表示稳态操作条件的近似表现，并且包含进来是为了完整性，在其它方面其与本文描述的特征的方面无关。如可以在图16中看到的，具有恒定相位电流偏置的可变磁阻马达的响应（升高）时间比基本VRM（没有扭矩偏置）减少得更多（即，更快速的响应），并且具有可变相位电流偏置的可变磁阻马达的响应时间比具有恒定相位电流偏置的可变磁阻马达的响应时间减少得更多。为了使马达功率的损失最小化，可以根据应用的需要和确定将补偿扭矩设置为非零值。在一个方面中，可以施加非零相位电流以便在任何适当的时间（例如，在预定时段内或者在要求需要的T_demand的期望时间之前的预定时间）产生补偿扭矩（图17，框1700）（即，可以将补偿扭矩当作刚好在要求该需要扭矩之前施加的预加扭矩），而不是与需要扭矩一致地施加。同样，如在图16中示出的，时变扭矩补偿曲线可以产生比恒定扭矩补偿更快的动态响应。在一个方面中，为了使例如机器人运输应用中的动态响应更快，诸如控制器400等控制器可以构造为：在机器人操纵器（诸如，图1E中的运输装置111）移动开始时或者刚好在这之前（例如，利用预加扭矩命令以产生如上文描述的预加扭矩）使偏置扭矩升高（例如，设置为预定起始值）（图17，框1701），并且在移动开始时和/或在达到需要或者最大扭矩和/或加速度（例如，由运输装置运载的基底的加速度）之前使该偏置扭矩降低（例如，减小到小于预定起始值的值）（图17，框1702）。偏置扭矩的该升高和降低可以大体上防止或者在其它方面则减少机器人操纵器针对期望的拾取或放置目标作出任何“过量行动”（例如，移动超过）。在一个方面中，升高偏置扭矩曲线和降低偏置扭矩曲线可以选择为多个数量级，该多个数量级的持续时间比机器人操纵器的移动持续时间短（例如，与机器人操纵器移动的持续时间相比，升高持续时间和降低持续时间可以忽略不计）。在其它方面中，升高曲线和降低曲线可以具有任何适当的持续时间。在一个方面中，升高偏置扭矩曲线和降低偏置扭矩曲线在零扭矩处可以具有大体上的零斜率，并且升高持续时间和降低持续时间可以由可用总线电压和/或马达线圈电感确定。如可以实现的，可以在机器人操纵器移动的多于一个区域处提供偏置扭矩（例如，在移动开始处、在移动结束处和/或在移动开始和结束之间的一个或多个点处）。在一个方面中，扭矩偏置的升高可以是偏置扭矩的逐渐增加。在另一个方面中，偏置扭矩的下降可以取决于期望的动态响应时间。

如上文所描述的，控制器400（图1E）可以具有分布式架构，该分布式架构包括类似于在美国专利第7,904,182号（其全部内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。在一个方面中，等扭矩表可以位于一个或多个高水平控制器中，从而换向方案的方面（其可以包括任何适当的计算、比较、向可变磁阻马达发送命令、监控可变磁阻马达的操作特征、更改马达的扭矩输出等）可以由一个或多个低水平控制器来执行。

如可以实现的，所公开的实施例的方面可以单独地使用或者以任何适当的组合使用。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，提供了一种可变磁阻马达负载绘制设备。该设备包括：框架；界面，该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，该静态负载单元安装至框架并且联接至可变磁阻马达；以及控制器，该控制器可通信地联接至静态负载单元和可变磁阻马达。该控制器构造为：选择可变磁阻马达的至少一个马达相位、给该至少一个马达相位供能、以及从至少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。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，控制器构造为从静态负载单元和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、用于至少相应马达相位的每个的相应相位电流、和马达转子位置中的至少一个。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，控制器构造为从马达操作数据生成作为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。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，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该最小功率值提供在查阅表中。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，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相应相位电流。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，控制器构造为，针对与每个预定转子位置相对应的一批预定转子位置，给一批预定电流组合处的相邻马达相位供能，并且从静态负载单元接收每个预定电流组合的合成静态扭矩。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，控制器构造为，针对每个预定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。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，控制器构造为从合成静态扭矩生成扭矩值，并且绘制该扭矩值和每个预定转子位置的相关联的相位电流组合以便形成一批马达操作数据查阅表。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，提供了一种方法，该方法用于表征确定可变磁阻马达的马达负载的扭矩、电流和位置这三者之间的关系。该方法包括：提供静态负载单元；将可变磁阻马达联接至静态负载单元；选择该可变磁阻马达的至少一个马达相位；给该至少一个马达相位供能；通过使用控制器从至少一个静态负载单元接收马达操作数据；以及通过使用该控制器来绘制和生成一批马达操作数据查阅表。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，该方法进一步包括：通过使用控制器从静态负载单元和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、用于至少相应马达相位的每个的相应相位电流、和马达转子位置中的至少一个。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，该方法包括：通过使用控制器从马达操作数据生成作为相位电流和转子位置的函数的恒定扭矩值。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，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该最小功率值提供在查阅表中。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，每个马达操作数据查阅表包括：一批恒定扭矩值和针对给定转子位置的相应相位电流。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，该方法包括：通过使用控制器给一批预定转子位置的一批预定电流组合处的马达相位供能，并且从静态负载单元接收针对预定电流组合和对应转子位置中的每一个的合成静态扭矩。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，该方法包括：通过使用控制器使额外的马达相位电流针对每个预定马达位置和预定第一马达相位电流发生变化。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，该方法包括：通过使用控制器从合成静态扭矩生成扭矩值，并且绘制每个预定转子位置的相关联的相位电流组合和该扭矩值以便形成一批马达操作数据查阅表。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，一种方法包括：将负载联接至可变磁阻马达的输出轴；通过使用可变磁阻马达在输出轴上生成一批静态扭矩；调节可变磁阻马达的转子位置；以及通过使用控制器记录马达数据，该马达数据包括可变磁阻马达的相邻相位的静态扭矩值、转子位置、和相位电流。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，针对一批静态扭矩中的每个静态扭矩值的相邻相位，记录一批相位电流组合。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，针对一批转子位置中的每个转子位置生成一批静态扭矩。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，该方法包括：通过使用控制器来绘制每个转子位置的相应相位电流组合和一批静态扭矩以便形成数据查阅表。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，该方法包括：通过使用控制器给一批预定转子位置的一批预定电流组合处的马达相位供能，并且记录针对预定电流组合和相应转子位置中的每一个的合成静态扭矩。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，该方法包括：通过使用控制器使额外的马达相位电流针对每个预定马达位置和预定第一马达相位电流发生变化。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，提供了一种电机。无刷电机包括：无源转子，该无源转子具有至少一个转子极；定子，该定子具有至少一个定子极和与至少一个定子极的每个相关联的相位线圈，该相位线圈构造为在位于转子与定子之间的磁回路中建立通量，其中，转子和定子限定出预定电机波形因子；以及控制器，该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，该控制器编程有至少预定恒定扭矩值和相关相位电流值，从而使该控制器基于该预定恒定扭矩值和相关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。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，该预定恒定扭矩值和相关相位电流值是根据经验生成的值。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，无刷电机的预定恒定扭矩值和相关相位电流值是从系统建模分析生成的，该系统建模分析包括数值建模分析或者有限元分析中的一个。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，无刷电机包括旋转构造或者线性构造的可变磁阻马达。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，无刷电机包括可变磁阻马达，该可变磁阻马达构造用于在真空环境中操作。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，无源转子是无线圈和无磁铁的转子。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，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一批相位电流值所共用的预定恒定扭矩值。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，控制器编程有与每个预定恒定扭矩值相关联的最小功率值。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，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。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，相关相位电流值是预测量电流值。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，恒定扭矩值和相关相位电流值形成涉及扭矩、转子位置和电机相位的相位电流强度的一个或多个换向表。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，提供了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号并且将该实时相位电压校正信号应用至相位电压以便减弱可变磁阻马达的扭矩涟波效果。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，预定操作特征包括：马达转子位置、马达转子角速度、每个马达相位的相位电流、通量匝链速率、和每个相位的电感中的一个或多个。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，通量匝链速率是从测量值来确定。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，一个或多个传感器包括：在每个马达相位线圈处或者与每个马达相位线圈相邻的耦合线圈，该耦合线圈构造为测量与相应马达相位线圈相关联的通量匝链。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，电感是通过控制器从查阅表或者马达模型获得的估算电感。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，可变磁阻马达控制器包括电感模块，该电感模块构造为确定马达的电感相对于马达转子位置和相位电流的变化。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，扭矩涟波估算器包括位于期望马达扭矩与实际马达扭矩之间的实时比较器，从而相位电压校正信号使得实际马达扭矩接近期望的马达扭矩。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，提供了一种无刷电机。无刷电机包括：无源转子，该无源转子具有至少一个转子极；定子，该定子具有至少一个定子极和与至少一个定子极的每个相关联的相位线圈，该相位线圈构造为在位于转子与定子之间的磁回路中建立通量，其中，转子和定子限定出预定电机波形因子；以及控制器，该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，该控制器编程为向零扭矩的马达输出处的每个相位线圈提供非零相位电流。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，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。

根据所公开的实施例的一个或多个方面，非零相位电流使无刷电机的动态响应时间实现减少（即，响应速度增加）。

应理解，上述说明书仅仅是对所公开实施例的方面进行的解释说明。本领域中的技术人员在不偏离所公开实施例的方面的条件下可以设想出多种替换和修改。相应地，所公开实施例的方面意在涵盖落在所附权利要求书的范围中的所有此替代、修改和变型。进一步地，在互不相同的从属权利要求或者独立权利要求中引述了的不同特征，这并不表示不可以有利地使用这些特征的组合，这些组合包含在本发明的方面的范围中。

Claims (28)

1.一种无刷电机，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，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，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。

15.一种用于无刷电机的方法，所述方法包括：

提供无源转子，所述无源转子具有至少一个转子极；

提供定子，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；

使用所述相位线圈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

利用控制器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。

16.根据权利要求15所述的方法，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。

17.根据权利要求15所述的方法，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。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述无刷电机包括旋转或者线性构造的可变磁阻马达。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，无刷电机包括构造为在真空环境中操作的可变磁阻马达。

20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述无源转子是无线圈和无磁铁的转子。

21.根据权利要求15所述的方法，其中，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。

22.根据权利要求15所述的方法，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。

23.根据权利要求22所述的方法，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。

24.根据权利要求15所述的方法，其中，相关相位电流值是预测量电流值。

25.根据权利要求15所述的方法，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。

26.一种用于无刷电机的方法，所述方法包括：

提供无源转子，所述无源转子具有至少一个转子极；

提供定子，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；

使用相位线圈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

使用控制器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。

27.根据权利要求26所述的方法，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。

28.根据权利要求26所述的方法，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。