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公開番号2020099185
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200625
出願番号2019219711
出願日20191204
発明の名称デバイス、装置及びシステム
出願人ネクスペリア ベー.フェー.
代理人一色国際特許業務法人
主分類H02P 25/022 20160101AFI20200529BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】半導体デバイスをウエハから目標位置に移動させるためのシステムの提供。
【解決手段】多相コイル配列を含み、複数のコイル又はコイルセットを備える固定子と、その回転軸の軸方向に移動可能であり、少なくとも1つの永久磁石をそれぞれ含む複数の極を有する回転子と、計算式によって、少なくとも上記複数のコイル又はコイルセットのコイル数又はコイルセット数と、回転子の回転角と、回転子の軸方向位置に応じたパラメータとに基づいて電流(Ir,Is,It)を決定するように動作する制御ユニットと、を備える。各電流(Ir,Is,It)は、トルクを生成する電流成分(I,I,I)と、軸力を生成する電流成分(Irx,Isx,Itx)とを有し、決定した電流を開ループで上記個数のコイル又はコイルセットに供給し、電流の合計はゼロであり、さらに、上記固定子と回転子のうちの少なくとも1つがバックアイアンを含む、デバイス。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項1】
多相コイル配列を含み、複数のコイル又はコイルセットを備える固定子と、
その回転軸の軸方向に移動可能であり、少なくとも1つの永久磁石をそれぞれ含む複数の極を有する回転子と、
計算式によって、少なくとも前記複数のコイル又はコイルセットのコイル数又はコイルセット数と、前記回転子の回転角と、前記回転子の軸方向位置に応じたパラメータとに基づいて電流(I

,I

,I

)を決定するように動作する制御ユニットと、
を備える直線・回転運動のための単一電気モータを備えるデバイスであって、
各電流(I

,I

,I

)は、トルクを生成する電流成分(I
rΦ
,I
sΦ
,I
tΦ
)と、軸力を生成する電流成分(I
rx
,I
sx
,I
tx
)とを有し、決定した電流を開ループで前記個数のコイル又はコイルセットに供給し、前記電流の合計はゼロであり、さらに、前記固定子と前記回転子のうちの少なくとも1つがバックアイアンを含む、デバイス。
続きを表示(約 2,100 文字)【請求項2】
前記単一電気モータは、外部回転子トポロジと内部回転子トポロジのうちの1つを含む、請求項1に記載のデバイス。
【請求項3】
前記回転角を検知し、それを前記制御ユニットに供給するよう構成された第1のセンサと、前記回転子の前記軸方向位置を検知し、それを前記制御ユニットに供給するよう構成された第2のセンサとを備えている、請求項1又は2に記載のデバイス。
【請求項4】
前記回転子を支え、前記回転軸に沿った線形自由度と前記回転軸周りの回転自由度を除くすべての自由度を制約するよう構成された軸受システムを備えている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項5】
前記軸受システムは、アクティブ磁気軸受システムを含む、請求項4に記載のデバイス。
【請求項6】
前記パラメータの変化は、前記軸方向位置に応じて反比例する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項7】
前記制御ユニットは、前記軸方向位置には依存しないさらなるパラメータにも基づいて前記電流を決定するよう構成されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項8】
前記制御ユニットは、
第1のコイル又はコイルセットの電流を


=I
rΦ
+I
rx
=Asin(n(Φ−θ))+Bcos(n(Φ−θ))として、
第2のコイル又はコイルセットの電流を


=I
sΦ
+I
sx
=Asin(n(Φ−θ)−(2π/3n))+Bcos(n(Φ−θ)−(2π/3n))として、そして
第3のコイル又はコイルセットの電流を


=−I

−I

=I
tΦ
+I
tx
=Asin(n(Φ−θ)+(2π/3n))+Bcos(n(Φ−θ)+(2π/3n))として
決定するよう構成され、ここで
Aは前記軸方向位置に応じたパラメータ、nは磁極対数、Φは前記回転角、θは0と2π/nとの間のアライメント角、Bは追加パラメータである、請求項1〜7のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項9】
前記電気モータは、直流電気モータである、請求項1〜8のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項10】
半導体デバイスをウエハから目標位置に移送する装置であって、
請求項1〜9のいずれか一項に記載のデバイスと、
回転移送アセンブリの回転軸を中心に回転して半導体デバイスをピックアップ位置から移送位置に移送し、その回転面に対して軸方向に移動可能な移送ヘッドを備えた回転移送アセンブリと、
を備え、
前記移送ヘッドの回転及び/又は軸方向の移動は、前記デバイスによって行われる、
装置。
【請求項11】
前記回転移送アセンブリは、その前記移送ヘッドを前記ピックアップ位置まで回転させ、前記移送ヘッドを前記移送位置まで回転させるよう動作する、請求項10に記載の装置。
【請求項12】
前記移送位置は前記目標位置を含み、
及び/又は、必要に応じて、
前記目標位置は、キャリア構造上への載置のために前記半導体デバイスが配置される位置を含み、
及び/又は、必要に応じて、
前記目標位置は、キャリアテープ上への載置のために半導体デバイスが配置される位置を含み、
又は、必要に応じて、
前記目標位置は、リードフレーム上への載置のために半導体デバイスが配置される位置を含む、請求項10又は11に記載の装置。
【請求項13】
前記回転移送アセンブリは、前記移送位置での前記半導体デバイスの移送と同時に前記軸方向に移動可能である、請求項10〜12のいずれか一項に記載の装置。
【請求項14】
基板のアライメントを行う装置であって、
請求項1〜9のいずれか一項に記載のデバイスと、
処理位置で前記基板の処理を行うため、基板を搬送方向に搬送するように動作する基板搬送装置と、
前記基板上のインデックス要素の位置を検出するように動作する基板位置検出器と、
前記インデックス要素の検出位置が、処理が発生する可能性のある上記処理位置の所望の位置と一致するかどうかを判断するように動作するミスアライメント検出器と、
を備え、
前記検出位置と前記所望の位置とのミスアライメントの判断に応じて、前記デバイスは、前記インデックス要素の位置が前記所望の位置と一致するよう、前記搬送方向及び/又は前記搬送方向に対して横方向に前記基板の位置を調整するように動作する、装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、概して、単一モータによって回転・並進運動を可能にするデバイスに関する。また、本発明は、そのデバイスを組み込んだ装置、及び、その装置を組み込んだ、半導体デバイスをウエハから目標位置に移動させるためのシステムに関する。
続きを表示(約 12,000 文字)【背景技術】
【0002】
従来のブラシレス永久磁石アイアンレス回転モータ又は他の種類の回転モータは、トルクしか伝達できない、つまり、回転運動しか実行できない。ただし、多くの用途では、回転・並進運動が必要になる場合がある。通常、このような回転・並進運動は、2つのモータによって、又は、複雑な電子機器と制御技術を備えた特別に設計されたモータによって行われる。
【0003】
特許文献1には、修正されたブラシレス直流(DC)モータを使用する回転モータとリニアモータを組み合わせたものが開示されている。このモータは、とりわけ、回転子、モータケーシング、モータケーシングの内部円筒面に取り付けられた半径方向に等間隔の3つのコイルを備えている。回転子の角度位置θ及びその回転軸(z軸)に沿った直線位置zは、それぞれ命令値θ

、z

に従って制御される。これは、それに応じてコイルを駆動することにより実現される。コイルに供給される電流I

、I

、I

は、とりわけ、電流I

、I

を検知する電流センサ、ならびに、比例積分(PI)コントローラを含むフィードバックループによって決定される。
【0004】
特許文献1には、コイルに供給される電流I

、I

、I

に関する明示式を開示されていない。電流I

、I

は、電流フィードバックによって得られるため、電流センサによって検知する必要がある。さらに、フィードバックループを実装するにはPIコントローラが必要となる。これらのPIコントローラは動的要素であり、動作させるには調整が必要である。つまり、PIパラメータを調整する必要がある。従って、特許文献1に記載されている回転モータとリニアモータの組み合わせを動作させるには、ある程度の電子部品及び/又はソフトウェアコンポーネントが必要である。
【0005】
特許文献2には、単一モータ、いわゆる「Nフォーサモータ(N−forcer motor)」によって回転・並進運動を可能にするデバイスが開示されている。このデバイスは、直線・回転運動用のアイアンレス電気モータを備え、複数のコイル又はコイルセットを含む多相コイル配列を有する固定子と、その回転軸の方向に沿って移動可能であり、それぞれ少なくとも1つの永久磁石を含む複数の極を有する回転子とを備えていてもよい。制御ユニットは、少なくとも上記複数のコイル又はコイルセット、回転子の回転角、回転子の軸方向位置に応じたパラメータに基づいて電流を決定し、決定された電流をコイル又はコイルセットに供給してもよい。
【0006】
従来、半導体デバイスは、このような回路の複数の行列からなるマトリックスで、ウエハとも呼ばれる円形平面基板上及びその中で製造され、通常はすべて同一であり、同じ寸法を有するが、これらは必須条件ではない。ウエハ製造後、ウエハの表面は柔軟なキャリア膜に接着される。そして、キャリア膜を切断せずにウエハを一方の面から反対側の面に切断することにより、それぞれの回路を物理的に互いに分離する。これにより、キャリア膜上に配置された複数の個々の半導体デバイス又は回路(以下「チップ」又は「ダイ」ともいう)が得られる。
【0007】
通常のチップ移送装置では、チップ移送ユニットとチップフリップユニットにより半導体ウエハから半導体チップをピックアップし、半導体チップの向きを反転させて、目標位置、例えば、キャリア構造上に載置する。例えば、チップ移送ユニットにより、ウエハから集積回路(IC)ダイをピックアップし、通常はチップ移送ユニットと目標位置の間に配置されているチップフリップユニットにそのICダイを移送することができる。チップフリップユニットにより、ICダイの向きを反転させ、その反転させたICダイを目標位置に載置することができる。例えば、ウエハは、通常、アクティブ側(バンプ側、上面又は前面ともいう)がチップ移送ユニットとチップフリップユニットに向くように配置される。チップフリップユニットによってバンプ側が下になるようにICダイを反転させる間に、チップ移送ユニットによってバンプ側のICダイをピックアップし、バンプ側が下に向いた状態でその反転させたICダイを目標位置に載置する。
【0008】
各チップは、チップ移送ユニットのチップピックアップ位置にある移送ヘッドと相互作用する針機構によってキャリア膜から機械的にピックアップされ、切り離される。各チップピックアップ処理の前に、ウエハを移動させることにより、チップをチップピックアップ位置に移動させる。ピックアップ後、チップは移送ヘッドによってリードフレームに移され、そこでチップボンディング位置にある移送ヘッドから外されて、リードフレームに固定的に取り付けられる(ボンディングされる)。次に、各チップのコンタクトパッドが、ワイヤボンディング処理においてリードフレームのコンタクトピンに電気的に接続される。チップを移送する他の処理では、ピックアップ後、チップは移送ヘッドによってキャリアテープ又はチップフリップユニット(チップを反転させる場合)に移送される。
【0009】
通常、チップ移送装置のチップ移送ユニットは、多数の移送ヘッドがその上に配置された回転ヘッドを備えている。各移送ヘッドは、真空でチップをピックアップするよう動作するコレット又は真空ピペットを備えている。従って、回転ヘッドの別の移送ヘッドがチップを目標位置、例えば、キャリア構造上に配置している間に、回転ヘッドの移送ヘッドがウエハからチップをピックアップすることができる。移送処理中は、チップのハンドオーバーが2回、すなわち、ウエハから移送ヘッドへのピックアップ時と、移送ヘッドから目標位置、例えば、リードフレームやキャリアテープなどのキャリア構造への配置時とに行われることが理解されよう。
【0010】
いわゆる「フリップチップ」構成では、第2のチップ移送ユニット(すなわち、チップフリップユニット)が設けられる。従って、チップ移送ユニットの移送ヘッドは、ウエハからチップをピックアップすることができる。チップを担持した移送ヘッドをピックアップ位置からハンドオーバー位置に移動させるように回転ヘッドを回転させることにより、チップをハンドオーバー位置、すなわち、チップをチップフリップユニットの移送ヘッドに渡す位置に移送する。このハンドオーバー位置において、チップは、チップフリップユニットの移送ヘッドに渡される。その後、チップフリップユニットが動作して、チップを、例えば、目標位置に載置するように別の場所に移動することができる。フリップチップ移送処理では、さらなるハンドオーバー、すなわち、第1のチップ移送ユニットからチップフリップユニットへのハンドオーバーが必要であることが理解されよう。従って、ウエハから移送ヘッドへのピックアップと、チップ移送ユニットの移送ヘッドからチップフリップユニットの移送ヘッドへのハンドオーバーと、チップフリップユニットの移送ヘッドから目標位置への配置とを含む3回のハンドオーバーがある。
【0011】
上記のような直線・回転運動用のアイアンレス電気モータを備えたデバイスで十分であり、特定の動作条件に関しても変わらず十分である場合があるが、発明者らが認識したところでは、単一の電気モータにバックアイアンを含めることが、高速動作が必要な機器、例えば上記の「ピックアンドプレース」型装置やチップ移送装置などでNフォーサモータの性能を向上させるのに有利となり得る。また、発明者らが認識したところでは、モータにバックアイアンを設けると、磁束密度および関連する力T、Fz(線形運動及び回転運動を実現する力)が増加し、同じ入力電力に対して、上記モータによってより大きな力とトルクが生成されることになり、スペースが限られた用途において、及び/又は、より高い生産性/速度を達成するのに有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
米国特許第6429611号明細書
欧州特許第2412086号明細書
【0013】
本発明は、上記を念頭に置いてなされたものである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明の一態様によれば、多相コイル配列を含み、複数のコイル又はコイルセットを備える固定子と、その回転軸の軸方向に移動可能であり、少なくとも1つの永久磁石をそれぞれ含む複数の極を有する回転子と、計算式によって、少なくとも上記複数のコイル又はコイルセットのコイル数又はコイルセット数と、回転子の回転角と、回転子の軸方向位置に応じたパラメータとに基づいて電流(I

,I

,I

)を決定するように動作する制御ユニットとを備える、直線・回転運動のための単一モータを備えるデバイスであって、各電流(I

,I

,I

)は、トルクを生成する電流成分(I
rΦ
,I
sΦ
,I
tΦ
)と、軸力を生成する電流成分(I
rx
,I
sx
,I
tx
)とを有し、決定した電流を開ループで上記個数のコイル又はコイルセットに供給し、電流の合計はゼロであり、さらに、上記固定子と回転子のうちの少なくとも1つがバックアイアンを含む、デバイスが提供される。
【0015】
上記デバイスの単一電気モータにバックアイアンを設けることにより、バックアイアンのないモータよりも効率的なモータが提供され、同じ入力電力に対してより大きな力とトルクを生成することが可能となる。これは、スペースが限られた用途、及び/又は、高い生産性/速度を実現するのに有利となり得る。これにより、デバイスがチップ移送装置で用いられる場合に、チップに対して比較的高速のチップ移送装置やフリップチップ移送装置を提供し得る。
【0016】
必要に応じて、上記単一電気モータは、外部回転子トポロジと内部回転子トポロジのうちの1つを含んでいてもよい。
【0017】
必要に応じて、上記デバイスは、上記回転角を検知し、それを上記制御ユニットに供給するよう構成された第1のセンサと、上記回転子の上記軸方向位置を検知し、それを上記制御ユニットに供給するよう構成された第2のセンサとを備えていてもよい。
【0018】
必要に応じて、上記デバイスは、上記回転子を支え、上記回転軸に沿った線形自由度と上記回転軸周りの回転自由度を除くすべての自由度を制約するよう構成された軸受システムを備えていてもよい。
【0019】
必要に応じて、上記軸受システムは、アクティブ磁気軸受システムを備えてもよい。
【0020】
必要に応じて、上記パラメータの変化は、上記軸方向位置に応じて反比例してもよい。
【0021】
必要に応じて、上記制御ユニットは、上記軸方向位置には依存しないさらなるパラメータにも基づいて上記電流を決定するよう構成されていてもよい。
【0022】
必要に応じて、上記制御ユニットは、第1のコイル又はコイルセットの電流をI

=I
rΦ
+I
rx
=Asin(n(Φ−θ))+Bcos(n(Φ−θ))として、第2のコイル又はコイルセットの電流をI

=I
sΦ
+I
sx
=Asin(n(Φ−θ)−(2π/3n))+Bcos(n(Φ−θ)−(2π/3n))として、そして第3のコイル又はコイルセットの電流をI

=−I

−I

=I
tΦ
+I
tx
=Asin(n(Φ−θ)+(2π/3n))+Bcos(n(Φ−θ)+(2π/3n))として決定するよう構成されていてもよい。ここで、Aは軸方向位置に応じたパラメータ、nは磁極対数、Φは回転角、θは0と2π/nとの間のアライメント角、Bは追加パラメータである。
【0023】
必要に応じて、上記電気モータは、直流電気モータであってもよい。
【0024】
本発明の別の態様によれば、半導体デバイスをウエハから目標位置に移送する装置が提供される。この装置は、上記及び以下に示すデバイスと、回転移送アセンブリの回転軸を中心に回転して半導体デバイスをピックアップ位置から移送位置に移送し、その回転面に対して軸方向に移動可能な移送ヘッドを備えた回転移送アセンブリとを備え、移送ヘッドの回転及び/又は軸方向の移動は、上記装置によって行われる。
【0025】
必要に応じて、上記回転移送アセンブリは、その移送ヘッドを上記ピックアップ位置まで回転させ、移送ヘッドを上記移送位置まで回転させるよう動作する。
【0026】
必要に応じて、上記移送位置は上記目標位置を含み、及び/又は、必要に応じて、上記目標位置は、キャリア構造上への載置のために上記半導体デバイスが配置される位置を含み、及び/又は、必要に応じて、上記目標位置は、キャリアテープ上への載置のために半導体デバイスが配置される位置を含み、又は、必要に応じて、上記目標位置は、リードフレーム上への載置のために半導体デバイスが配置される位置を含む。
【0027】
必要に応じて、上記回転移送アセンブリは、上記移送位置での上記半導体デバイスの移送と同時に上記軸方向に移動可能であってもよい。
【0028】
本発明のさらなる態様によれば、基板のアライメントを行う装置が提供される。この装置は、上記及び以下に示すデバイスと、処理位置で上記基板の処理を行うため、基板を搬送方向に搬送するように動作する基板搬送装置と、上記基板上のインデックス要素の位置を検出するように動作する基板位置検出器と、そのインデックス要素の検出された位置が、処理が発生する可能性のある上記処理位置の所望の位置と一致するかどうかを判断するように動作するミスアライメント検出器とを備え、上記検出位置と上記所望位置とのミスアライメントの判断に応じて、上記デバイスは、上記インデックス要素の位置が上記所望位置と一致するよう、上記搬送方向及び/又は上記搬送方向に対して横方向に上記基板の位置を調整するように動作する。
【0029】
本発明の態様による1つ又は複数の特定の実施形態を、ほんの一例として、以下の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【0030】
図1は、本発明の1つ又は複数の実施形態に係るデバイスの配置を示す概略ブロック図である。
図2は、デバイス内のコイル及び極の構成を示す概略図である。
図3は、デバイスの軸受システムと回転子を示す概略断面図である。
図4は、第1の動作状態にあるデバイス内の電気モータを示す概略図である。
図5は、第2の動作状態にあるデバイス内の電気モータを示す概略図である。
図6は、デバイスの電気モータの断面を示す概略図であり、電気モータは、回転子バックアイアンを有する内部回転子トポロジを含む。
図7は、デバイスの電気モータの断面を示す概略図であり、電気モータは、固定子バックアイアンを有する内部回転子トポロジを含む。
図8は、デバイスの電気モータの断面を示す概略図であり、電気モータは、回転子バックアイアンと固定子バックアイアンを有する内部回転子トポロジを含む。
図9は、デバイスの電気モータの断面を示す概略図であり、電気モータは、回転子バックアイアンを有する外部回転子トポロジを含む。
図10は、デバイスの電気モータの断面を示す概略図であり、電気モータは、固定子バックアイアンを有する外部回転子トポロジを含む。
図11は、デバイスの電気モータの断面を示す概略図であり、電気モータは、回転子バックアイアンと固定子バックアイアンを有する外部回転子トポロジを含む。
図12は、本発明の1つ又は複数の実施形態に係るデバイスを含む装置を組み込んだ、半導体デバイスをウエハから目標位置に移動するシステムを示す概略ブロック図である。
図13は、半導体デバイスをウエハからターゲットに移送するシステムを概略的に示す図である。
図14は、システムにより実施されるアライメントチェック動作を概略的に示す図である。
図13に示すシステムのサイクルの例を示す図である。
図13に示すシステムのサイクルの例を示す図である。
図13に示すシステムのサイクルの例を示す図である。
図18は、本発明の1つ又は複数の実施形態に係るデバイスを組み込んだ、半導体デバイスをウエハからキャリア構造に移送する装置を示す図である。
直線・回転運動のために電気モータを制御する方法の基本的なステップを示すフローチャートである。
図20は、この方法のソフトウェアベースの実装例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
図1は、1つ又は複数の実施形態に係るデバイス10の配置を示す概略ブロック図である。このデバイス10は、固定子14と回転子16を含む電気モータ12を備えていてもよく、その固定子14と回転子16の少なくとも一方にバックアイアンが配置される。このモータは、例えば、直流(DC)モータなどのほぼコギングフリーの電気モータである。固定子14は、複数の3つのコイル(3、6、9、…)を備えていてもよい。回転子16は、永久磁石回転子であってもよい。電気モータ12は、回転モータを含む。
【0032】
このデバイス10は、制御ユニット18、第1のセンサ20、第2のセンサ22をさらに備えていてもよい。制御ユニット18は、固定子14のコイル又はコイルセットに供給される電流を決定してもよい。第1のセンサ20は、回転子16の回転角を検知可能である。第2のセンサ22は、回転子16の軸方向位置や変位を検知可能である。
【0033】
図2は、本例のデバイス10のコイル及び極の構成を示す概略図である。このような描写は、軸に沿って片側で電気モータ12を切断して開くことにより得られる。固定子14は、多数のコイル又はコイルセットを含む多相コイル配列を有していてもよい。本例のデバイス10では、固定子14は、第1のコイル又はコイルセット24、第2のコイル又はコイルセット26、第3のコイル又はコイルセット28を備えていてもよい。図2では単一の第1〜第3コイル24、26、28が示されているが、それぞれのコイルセットであってもよい。本例のデバイス10の電気モータ12は三相モータであってもよく、複数の3つのコイルが設けられてもよい。
【0034】
回転子16は、多数の極30を有していてもよい。これらの極30は、それぞれ少なくとも1つの永久磁石を含んでいてもよい。図2に示す構成では、永久磁石をそれぞれ含む極が4つある。pで示される両矢印は、極30間のピッチ、すなわち、磁石ピッチを示す。これは、p=π/nとして表すことができ、nは磁極対数を示す。Φで示される矢印は、回転子16の回転角をラジアン(rad)で示す、すなわち、回転子16の角度位置又は円周に沿った変位を示す。xで示される矢印は、回転子16の回転軸に沿った変位を示し、回転軸の方向も示す。
【0035】
図3は、本例のデバイス10における軸受システム34と回転子16を示す概略断面図である。回転子16は、回転軸32を中心に回転可能である。回転子16は、軸受システム34によって支えられてもよい、すなわち、軸受システム34によってその回転軸32をガイド又は支持可能である。軸受システム34は、回転軸32に沿った線形自由度及び回転軸32を中心とした回転自由度を除くすべての自由度を制限してもよい。軸受システム34は、例えば、アクティブ磁気軸受システムであってもよい。
【0036】
図4は、第1の動作状態にある本例のデバイス10の電気モータ12を示す概略図である。図4に示すように、回転子16は、通常、3の倍数(3、6、9、…)である固定子14のコイルの中心に配置してもよい。このようにして、これらのコイルの端部効果を相殺可能である。
【0037】
図5は、第2の動作状態にある本例のデバイス10の電気モータ12を示す概略図である。図5に示すように、回転子16は、回転軸32に沿ってシフト可能である。その結果、コイルの端部効果はもはや相殺できなくなり、増加する可能性がある。通常の回転運動及び/又はトルクの場合、3つの相関電流を適切なコイルに印加することができる。異なる相関電流を印加することにより、コイルの端部効果による軸力が支配的になる場合がある。すなわち、回転子16の位置シフトは、例えば、復元力などのx力を与えることを可能にする。従って、トルク及び軸力は、互いにほぼ独立して制御し得る。これについては、以下でさらに詳しく説明する。
【0038】
上述したように、電気モータ12や他の三相モータには3つのコイル(又は3の倍数のコイル)24、26、28があってもよい。3つのコイル又はコイルセット24、26、28のそれぞれの電流は、回転子16の位置から導出することができる。すなわち、コイル又はコイルセット24、26、28に供給される電流は、制御ユニット18によって回転子16の回転角に基づいて決定してもよい。回転子16の回転角は、第1のセンサ20によって検知することができる。
【0039】
第1のコイル又はコイルセット24の電流は、I

で示され得る。第2のコイル又はコイルセット26の電流は、I

で示され得る。第3のコイル又はコイルセット28の電流は、I

で示され得る。これらの各電流I

、I

、I

は、2つの各部分又は成分を含むことができる。すなわち、電流I

、I

、I

は、以下の式により決定又は計算してもよい。
【0040】


=I
rΦ
+I
rx
・・・(1)


=I
sΦ
+I
sx
・・・(2)


=I
tΦ
+I
tx
・・・(3)
【0041】

rΦ
、I
sΦ
、I
tΦ
は、トルク、つまりΦ方向の力F
Φ
を生成する電流成分であり、I
rx
、I
sx
、I
tx
は、軸力、すなわち、x方向の力F

を生成する電流成分である。これらの成分は、以下の式により決定又は計算可能である。
【0042】

rΦ
=Asin(n(Φ−θ))・・・(4)

sΦ
=Asin(n(Φ−θ)−2π/3n)・・・(5)

tΦ
=−I
rΦ
−I
sΦ
=Asin(n(Φ−θ)+(2π/3n)・・・(6)

rx
=Bcos(n(Φ−θ))・・・(7)

sx
=Bcos(n(Φ−θ)−2π/3n)・・・(8)

tx
=−I
rx
−I
sx
=Bcos(n(Φ−θ)+(2π/3n)・・・(9)
【0043】
上記式において、Aは、回転子16の軸方向位置xと必要なトルクに依存し、回転子16の回転角に依存しないパラメータであってもよい。すなわち、I
rΦ
=A(x)sin(n(Φ−θ))、I
sΦ
=A(x)sin(n(Φ−θ)−2π/3n)、I
tΦ
=A(x)sin(n(Φ−θ)+(2π/3n)が適用され得る。回転子16の軸方向位置は、第2のセンサ22により検知可能である。
【0044】
値nは、磁極対数を示す。値Φは、回転子16の回転角をラジアン(rad)で示す、すなわち、回転子16の角度位置又は円周に沿った変位を示すことができる。値θは、転流角を電気モータ12の磁気トラック内の磁場の磁気角と整列させるアライメント角を示していてもよい。このアライメント角は、0から2π/nの値を取ることができる。Bは、回転子16の軸方向位置とその回転角の両方に依存せず、かつ、必要な力に依存し得る追加パラメータであってもよい。
【0045】
式(4)〜(6)から分かるように、電流間の関係は、磁石ピッチpの2倍を磁極対数nの3倍で割った位相シフトであってもよい。アライメント処理後、ΦはF
Φ
が最大になる点でゼロであるといえる。この場合、F

はゼロになる可能性がある。角度位置と電流の関係が2

p/(n

4)を超えると、式(7)〜(9)により計算した電流が得られる。この場合、F
Φ
はゼロになる可能性があり、F

は最大になることがある。
【0046】
一方の式(4)〜(6)と他方の式(7)〜(9)で定められた電流セットを追加することができる(正弦及び余弦)。その結果、F
Φ
とF

が混在する場合がある。例えば、合力Fは、以下の式により決定又は計算することができる。
【0047】
F=CF
Φ
+DF

=CF
Φ
(I
rΦ
,I
sΦ
,I
tΦ
)+DF

(I
rx
,I
sx
,I
tx
) (10)
【0048】

Φ
とF

は、互いにほぼ独立して制御し得る。従って、電気モータ12は、トルクだけでなくその軸に沿った力も伝達することができ、トルクと軸力は互いに独立して設定することができる。そのために、さらなる整流を行うことができる。
【0049】
図6〜図11は、デバイス10の電気モータ12の断面を示す概略図であり、電気モータ12は異なるトポロジを含む。図6は、デバイス10の電気モータ12の断面を示す概略図であり、電気モータ12は、回転子バックアイアン42を有する内部回転子トポロジを含む。図7は、デバイス10の電気モータ12の断面を示す概略図であり、電気モータ12は、固定子バックアイアン44を有する内部回転子トポロジを含む。図8は、デバイス10の電気モータ12の断面を示す概略図であり、電気モータ12は、回転子バックアイアン42と固定子バックアイアン44を有する内部回転子トポロジを含む。図9は、デバイス10の電気モータ12の断面を示す概略図であり、電気モータ12は、回転子バックアイアン42を有する外部回転子トポロジを含む。図10は、デバイス10の電気モータ12の断面を示す概略図であり、電気モータ12は、固定子バックアイアン44を有する外部回転子トポロジを含む。図11は、デバイス10の電気モータ12の断面を示す概略図であり、電気モータ12は、回転子バックアイアン42と固定子バックアイアン44を有する外部回転子トポロジを含む。
【0050】
図6〜図11に示す電気モータ12では、電気モータ12は、冷却システム36、絶縁層38、固定子14と回転子16との間の空隙40を備えている。
(【0051】以降は省略されています)

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