JP2006325311A - Dc brushless motor apparatus and rotary vacuum pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、DCブラシレスモータ装置およびそのDCブラシレスモータ装置が搭載された回転真空ポンプに関する。 The present invention relates to a DC brushless motor device and a rotary vacuum pump equipped with the DC brushless motor device.
ターボ分子ポンプ(TMP)は、固定翼に対して回転翼が形成されたロータを高速回転することにより真空排気を行っている。ロータを回転駆動するモータとしては、DCブラシレスモータが知られている。一般的に、DCブラシレスモータでは、ロータの磁極を検知してロータの回転位置を検出するためにホール素子が用いられる。 The turbo molecular pump (TMP) performs evacuation by rotating at high speed a rotor on which rotor blades are formed with respect to fixed blades. A DC brushless motor is known as a motor for rotating the rotor. In general, in a DC brushless motor, a Hall element is used to detect the magnetic position of the rotor and detect the rotational position of the rotor.
ところが、ホール素子は耐放射線性能および耐熱性がポンプ本体の他の部品に比べて劣るため、ホール素子に代えてインダクタンスセンサを用いる技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この方式では、モータロータの磁極を直接検出する代わりに、回転軸に凹凸面を有するターゲットを装着し、その凹凸面と対向するようにインダクタンスセンサを配置して、ターゲットとの距離の変化を検出して回転位置を検出するようにしている。 However, since the Hall element is inferior in radiation resistance and heat resistance to other parts of the pump body, a technique using an inductance sensor instead of the Hall element has been proposed (for example, see Patent Document 1). In this method, instead of directly detecting the magnetic pole of the motor rotor, a target having a concavo-convex surface is mounted on the rotating shaft, and an inductance sensor is arranged so as to face the concavo-convex surface to detect a change in the distance to the target. To detect the rotational position.
しかしながら、上述したようなインダクタンスセンサ方式では、ターゲットを回転軸に固定する際に、モータロータの磁極位置とターゲットとの位相を正確に合わせる必要があり、組み立て作業に時間がかかるとともに、厳密に位相を一致させるのは困難であった。 However, in the inductance sensor method as described above, when the target is fixed to the rotating shaft, it is necessary to accurately match the phase of the magnetic pole position of the motor rotor and the target. It was difficult to match.
請求項1の発明は、モータロータの磁極位置情報である回転位置信号に基づいてモータ駆動信号を生成し、そのモータ駆動信号によりモータロータを磁極位置と同期して回転駆動するDCブラシレスモータ装置に適用され、モータロータの回転に同期した同期信号を生成する信号生成手段と、同期信号と回転位置信号との位相差情報が予め記憶される記憶手段と、同期信号に基づいてモータロータの回転速度情報を検出する回転速度検出手段と、モータロータの回転中に得られる同期信号を回転速度情報および記憶手段に記憶されている位相差情報に基づいて補正することにより、回転位置信号を算出する信号演算手段と、信号演算手段で算出された回転位置信号に基づいてモータ駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを備えたことを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載のDCブラシレスモータ装置において、信号生成手段には同期信号を出力するセンサが一つ設けられ、信号演算手段は、回転位置信号と同期してモータ駆動信号を生成する際に、その回転位置信号よりも過去に取得された回転位置信号の周期に基づいてモータ駆動信号を生成するものである。
請求項3の発明では、請求項1または2に記載のDCブラシレスモータ装置において、モータステータの少なくとも一つの相の逆起電圧に基づいて位相差情報を算出する位相差演算手段を備え、記憶手段は位相差演算手段により算出された位相差情報を記憶する。
請求項4の発明は、請求項3に記載のDCブラシレスモータ装置において、(a)モータロータが停止状態から所定回転速度となるまでは、回転位置信号に基づかない回転駆動信号を駆動信号生成手段により生成させてモータロータを非同期で回転駆動させ、(b)モータロータが所定回転速度となったならば、位相差演算手段により位相差情報を算出してその算出結果を記憶手段に記憶させ、(c)算出結果の記憶後は、記憶手段に記憶された位相差情報に基づいて信号演算手段に回転位置信号を算出させ、(d)算出した回転位置信号に基づくモータ駆動信号を駆動信号生成手段により生成してモータロータを同期回転駆動するモータ始動制御手段を備えたことを特徴とする。
請求項5の発明の発明による回転真空ポンプは、請求項1〜4のいずれか一項に記載のDCブラシレスモータ装置を、ポンプロータの回転駆動手段として備えることを特徴とする。
The invention of
According to a second aspect of the present invention, in the DC brushless motor device according to the first aspect, the signal generating means is provided with one sensor for outputting a synchronizing signal, and the signal calculating means is driven by the motor in synchronization with the rotational position signal. When generating the signal, the motor drive signal is generated based on the period of the rotational position signal acquired in the past from the rotational position signal.
According to a third aspect of the present invention, in the DC brushless motor device according to the first or second aspect, the DC brushless motor device further comprises phase difference calculation means for calculating phase difference information based on a back electromotive voltage of at least one phase of the motor stator, and storage means. Stores the phase difference information calculated by the phase difference calculation means.
According to a fourth aspect of the present invention, in the DC brushless motor device according to the third aspect of the present invention, (a) until the motor rotor reaches a predetermined rotational speed from the stopped state, a rotational drive signal not based on the rotational position signal is generated by the drive signal generating means. (B) When the motor rotor is rotated asynchronously, (b) when the motor rotor reaches a predetermined rotational speed, the phase difference information is calculated by the phase difference calculation means, and the calculation result is stored in the storage means. After the calculation result is stored, the signal calculation unit calculates the rotation position signal based on the phase difference information stored in the storage unit, and (d) the drive signal generation unit generates a motor drive signal based on the calculated rotation position signal. And motor starting control means for synchronously driving the motor rotor.
A rotary vacuum pump according to a fifth aspect of the invention is characterized in that the DC brushless motor device according to any one of the first to fourth aspects is provided as a rotational drive means of a pump rotor.
本発明によれば、モータロータの回転と同期して得られる同期信号を、回転速度情報および位相差情報に基づいて補正することにより回転位置信号を算出し、その回転位置信号によりモータ駆動信号を生成するようにしているので、モータロータの磁極位置と同期信号との間に位相差があっても同期駆動が可能となる。したがって、組立時において位相合わせを厳密に行う必要がなく、組み立て作業が簡素化される。 According to the present invention, the rotation position signal is calculated by correcting the synchronization signal obtained in synchronization with the rotation of the motor rotor based on the rotation speed information and the phase difference information, and the motor drive signal is generated from the rotation position signal. Thus, synchronous driving is possible even if there is a phase difference between the magnetic pole position of the motor rotor and the synchronization signal. Therefore, it is not necessary to perform phase alignment strictly at the time of assembly, and the assembly work is simplified.
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第1の実施の形態−
図1は、本発明によるDCブラシレスモータ装置の第1の実施の形態を示す図であり、DCブラシレスモータ装置が組み込まれた磁気軸受式ターボ分子ポンプの概略構成を示すブロック図である。ターボ分子ポンプはポンプ本体1と電源装置2とから構成されている。図1に示す例では、ポンプ本体1と電源装置2とをケーブルで接続するような構成としているが、ポンプ本体1と電源装置2とを一体で構成する場合もある。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
-First embodiment-
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a DC brushless motor device according to the present invention, and is a block diagram showing a schematic configuration of a magnetic bearing type turbo molecular pump in which the DC brushless motor device is incorporated. The turbo molecular pump includes a
ポンプ本体1には、後述する回転翼が形成されたロータ4が設けられており、ロータ4は磁気軸受5により非接触支持されるとともにモータ6により回転駆動される。モータ6にはDCブラシレスモータが用いられる。一方、電源装置2には、DCブラシレスモータを駆動するモータ制御部7と、ロータ4が所定浮上位置に支持されるように磁気軸受5に供給される励磁電流を制御する軸受制御部8とを備えている。
The
図2はポンプ本体1の詳細を示す断面図である。ポンプ本体1のケーシング10の内部に配設されたロータ4には、複数段の回転翼41およびネジロータ部42が形成されている。上下に並んだ回転翼41の各段の間には、固定翼43が交互に配設されている。また、ベース3には、回転するネジロータ部42と対向するようにネジステータ部44が配設されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing details of the
ロータ4のシャフト部45にはDCブラシレスモータ6のモータロータ62が装着されており、モータロータ62には永久磁石が内蔵されている。一方、ベース3側には、回転磁界を形成するためのU相巻線,V相巻線およびW相巻線を有するモータステータ61が設けられている。シャフト部45の下端にはセンサターゲット46が設けられており、センサターゲット46と対向する位置には回転位置センサ47が設けられている。
A
回転位置センサ47は、センサターゲット46との距離を検出する距離センサであり、本実施の形態ではインダクタンスセンサが用いられている。回転位置センサ47としては、ロータ回転と同期した信号を出力するものであれば上述したものに限らない。
The
図3は、センサターゲット46と回転位置センサ47との位置関係を示す図であり、(a)は回転位置センサ47をセンサターゲット46のアキシャル方向に配設した場合を示し、(b)は回転位置センサ47をセンサターゲット46のラジアル方向に配設した場合を示す。図3(a)の場合、センサーターゲット46の下面は段差hを有する凹凸面となっており、凸面46aおよび凹面46bはそれぞれ回転角度に関して180度ずつに振り分けられている。
3A and 3B are diagrams showing the positional relationship between the
一方、図3(b)のようにラジアル方向に回転位置センサ47a〜47cを配設する場合には、センサ対向面であるセンサターゲット46の外周面に、段差hの凸面46aおよび凹面46bが形成されている。いずれの場合も、これらの面46a,46bと対向するように3つの回転位置センサ47a,47b,47cが配設されている。各回転位置センサ47a,47b,47cは、回転の軸Jの回りに120度間隔で配設されている。各回転位置センサ47a〜47cの出力信号が面46a,46bと対向した時の距離は、それらが凸面46aと対向するか凹面46bと対向するかによって異なるので、そのときの出力信号も異なることになる。
On the other hand, when the
ロータ4を非接触支持する磁気軸受5(図1参照)は、図2に示すようにラジアル磁気軸受を構成する電磁石51,52とアキシャル磁気軸受を構成する電磁石53とを有し、これらは5軸制御形磁気軸受を構成している。これらのラジアル電磁石51,52とアキシャル電磁石53に対応して、ロータ4の位置を検出するためのラジアル変位センサ55,56およびアキシャル変位センサ57が設けられている。11,12は非常用のメカニカルベアリングであり、13はポンプ本体1と電源装置2とを接続するケーブルが接続されるコネクタである。
The magnetic bearing 5 (see FIG. 1) for supporting the
図4は、DCブラシレスモータ装置を構成するモータステータ61,モータロータ62,センサターゲット46,回転位置センサ47a,47b,47cおよびモータ制御部7の概略構成を示すブロック図である。なお、図4では、回転位置センサ47a〜47cがセンサターゲット46のラジアル方向に配設される場合(図3(b))を例に示した。モータステータ61に設けられたU相巻線,V相巻線およびW相巻線には、電源71に接続されたモータ駆動波形生成回路72により駆動電圧が印加される。
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the
回転位置センサ47a,47b,47cから出力される信号G1〜G3は、上述したように回転位置センサ47a〜47cとセンサターゲット46とのギャップに対応した信号にである。センサターゲット46をシャフト部45(図2参照)に固定する際には、センサターゲット46の段差部46cの位置がモータロータ62のN極とS極との境界面の位置と一致するように組み立てられるが、図4に示す例では、組み立て誤差によって角度θだけずれている。そのため、これらのギャップ信号G1〜G3をそのまま回転位置信号としてモータ駆動波形生成回路72に入力することができず、本実施の形態ではギャップ信号G1〜G3はいったん信号遅延部73に入力される。
The signals G1 to G3 output from the
信号遅延部73は、ギャップ信号G1〜G3に対して遅延処理を施して正しい回転位置信号S1〜S2を生成し、その回転位置信号S1〜S3をモータ駆動波形生成回路72へと出力するものである。図5は、ギャップ信号G1〜G3,回転位置信号S1〜S3およびU相巻線,V相巻線およびW相巻線に印加される電圧の各波形パターン(タイムチャート)を示したものである。回転位置センサ47a,47b,47cがセンサターゲット46の凸面46aに対向するとギャップ信号G1〜G3はHigh状態となり、逆に凹面46bに対向するとギャップ信号G1〜G3はLow状態となる。
The
回転位置センサ47a,47b,47cは120度毎に配設されているので、ギャップ信号G2はギャップ信号G1に対して120度だけ位相がずれており、同様に、ギャップ信号G3はギャップ信号G2に対して120度だけ位相がずれている。モータ駆動波形生成回路72に入力されるべき正しい回転位置信号S1の立ち上がりとギャップ信号G1の立ち上がりとの間の時間差、すなわち遅延時間は図4に示した角度ズレである位相角度θに起因して発生する。この遅延時間Δtは、ロータ回転周波数fと角度θを用いて次式(1)で算出することができる。
Δt=(1/f)・(θ/360) …(1)
Since the
Δt = (1 / f) · (θ / 360) (1)
図4において、回転速度検出部74は、回転位置センサ47aのギャップ信号G1に基づいてモータロータ62の回転周波数fを演算し、演算された回転周波数fを遅延時間演算部75に出力する。また、位相差記憶部76には予め位相角度θが記憶されている。遅延時間演算部75は、回転速度検出部74で算出された回転周波数fと位相差記憶部76に記憶されている位相角度θとに基づいて、式(1)により遅延時間Δtを算出する。信号遅延部73は、入力された遅延時間Δtとギャップ信号G1〜G3とに基づいて正しい回転位置信号S1〜S3を算出し、モータ駆動波形生成回路72へと出力する。
In FIG. 4, the
モータ駆動波形生成回路72では、回転位置信号S1〜S3に基づく論理演算を行うことにより、図5に示すようなU相,V相およびW相の電圧波形パターンをそれぞれ生成する。なお、回転始動時のようにロータ4が停止状態にある場合には、回転周波数fが算出できない。そのため、始動時においては、図5に示すような電圧波形パターンU,V,Wをモータロータ62の磁極位置とは非同期で生成し、その周期を順次短くすることによりロータ4を所定の回転速度まで加速する。そして、ロータ回転速度が、回転速度検出部74による回転周波数fが取得可能な所定回転速度となったならば、回転周波数fを検出し、信号遅延部73による位相角度θに対応する位相補正を行って同期運転に移行する。
The motor drive
上述したように、回転位置センサ47a〜47cから出力されるギャップ信号G1〜G3を、回転周波数fおよび位相角度θから算出される遅延時間Δtにより補正して正しい回転位置信号S1〜S3を算出し、その回転位置信号S1〜S3によりモータ駆動信号U,V,Wを生成するようにしているので、モータロータの磁極位置と同期信号との間に位相角度θがあっても同期駆動が可能となる。そのため、センサターゲット46をシャフト部45に固定する際に、段差部46cの位置をモータロータ62のN極とS極との境界面の位置と正確に一致させる必要がなく、組み立て作業の効率化を図ることができる。
As described above, the correct rotation position signals S1 to S3 are calculated by correcting the gap signals G1 to G3 output from the
本実施の形態では2極モータを例に説明したが、他の極数のモータに対しても、回転位置センサの数および配置を変更することにより同様に本発明を適用することができる。なお、位相差記憶部76に予め記憶される位相角度θの求め方としては、例えば、角度ずれを実際に測定しても良いし、ロータ4を外的駆動力(例えば、手で回転させても良い)により回転させ、そのときに各相に誘起される逆起電圧を利用して求めても良い。得られた位相角度θは、出荷前に予め位相差記憶部76に記憶させておく。
In the present embodiment, a two-pole motor has been described as an example. However, the present invention can be similarly applied to motors having other numbers of poles by changing the number and arrangement of rotational position sensors. As a method of obtaining the phase angle θ stored in advance in the phase
−第2の実施の形態−
図6は本発明によるDCブラシレスモータ装置の第2の実施形態を示す図であり、上述した図4と同様のブロック図である。上述した第1の実施の形態では、図4に示したように3つの回転位置センサ47a〜47cを用いたが、第2の実施の形態では一つの回転位置センサ47aを用いてモータ回転制御を行う。回転位置センサ47aから出力されるギャップ信号G1は、第1の実施の形態と同様に信号遅延部73および回転速度検出部74に入力される。
-Second Embodiment-
FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the DC brushless motor device according to the present invention, and is a block diagram similar to FIG. 4 described above. In the first embodiment described above, the three
そして、遅延時間演算部75は、位相記憶部76に記憶されている位相角度θと回転速度検出部74で算出されたロータ回転周波数fとに基づいて遅延時間Δtを算出し、信号遅延部73に出力する。信号遅延部73は、ギャップ信号G1と算出された遅延時間Δtとに基づいて正しい回転位置信号S1を生成し、その回転位置信号S1をモータ駆動波形生成回路72に出力する。
Then, the delay
上述した、第1の実施の形態のように3つの回転位置センサ47a〜47cを備える装置の場合には、各回転位置センサ47a〜47cのギャップ信号G1〜G3を位相補正することにより、120度ずつ位相のずれた回転位置信号S1〜S3が得られた。そのため、回転位置信号S1〜S3を用いた論理演算により電圧波形パターンU,V,Wを生成することができた。
In the case of the apparatus including the three
ところが、本実施の形態では、図7に示すように一つの回転位置信号S1だけしか得られない。そこで、回転速度検出部74において回転周期T1=1/fを算出し、モータ駆動波形生成回路72では回転周期T1と回転位置信号S1とに基づいてU相,V相およびW相の電圧波形パターンを生成する。
However, in the present embodiment, only one rotational position signal S1 can be obtained as shown in FIG. Therefore, the rotation
図7はパターン生成方法を説明する図である。ここでは、1回前の回転速度データから1回転の時間を6分割して駆動パターン切り換え時間T1/6を生成し、そのタイミングで図5の電圧波形パターンU,V,Wと同様のパターンを生成するようにする。まず、ギャップ信号G1が取得されたならば、信号遅延部73は遅延時間演算部75で算出された遅延時間Δtに基づいて回転位置信号S1を生成する。回転位置信号S1の周期は、回転速度検出部74で算出されるギャップ信号S1の周期T1と同一である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a pattern generation method. Here, the drive pattern switching time T1 / 6 is generated by dividing the time of one rotation from the previous rotation speed data into six, and the same pattern as the voltage waveform patterns U, V, and W of FIG. To generate. First, when the gap signal G1 is acquired, the
次いで、2周期目の回転位置信号S1が生成されたならば、その信号立ち上がりと同期して電圧波形パターンU,V,Wの生成を開始する。そして、時間T1/6が経過する毎に生成される波形パターンを切り換える。一方、信号遅延部73においては2周期目の回転信号S1が生成され、モータ駆動波形生成回路72に入力される。2周期目の回転信号S1の周期はT2とする。加速時や減速時はロータ回転速度が変化するので、一般的にはT2≠T1である。
Next, when the rotation position signal S1 in the second cycle is generated, generation of the voltage waveform patterns U, V, and W is started in synchronization with the rise of the signal. And the waveform pattern produced | generated is switched whenever time T1 / 6 passes. On the other hand, in the
図7に示す例ではT2<T1(加速状態)となっている。上述したように、1周期目の電圧波形パターンU,V,Wは2周期目の回転信号S1の立ち上がりと同期して生成開始され、T1/6毎に波形の切り換えが行われる。すなわち、1周期目の電圧波形パターンU,V,Wは周期がT1であるとして生成される。しかし、2周期目の回転信号S1の立ち上がりは1周期目の電圧波形パターンU,V,Wが生成開始されてから時間T2後に発生するので、T1/6毎に形成される波形パターンの内の6番目の波形パターンの生成時間はT1/6よりも短くなる。 In the example shown in FIG. 7, T2 <T1 (acceleration state). As described above, generation of the voltage waveform patterns U, V, and W in the first cycle is started in synchronization with the rising edge of the rotation signal S1 in the second cycle, and the waveform is switched every T1 / 6. That is, the voltage waveform patterns U, V, and W in the first cycle are generated assuming that the cycle is T1. However, the rise of the rotation signal S1 in the second cycle occurs after time T2 from the start of generation of the voltage waveform patterns U, V, and W in the first cycle, and therefore, among the waveform patterns formed every T1 / 6. The generation time of the sixth waveform pattern is shorter than T1 / 6.
なお、本実施の形態においても、上述した第1の実施の形態と同様に、非同期で始動し、回転速度検出部74によりロータ回転周波数が取得されるようになったならば、信号遅延部73による位相角度θに対応する位相補正を行って同期運転に移行する。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment described above, if the engine is started asynchronously and the rotational
このように、第2の実施の形態では、回転位置信号S1の立ち上がりに同期して各周期の電圧波形パターンU,V,Wの生成を開始し、それ以前に取得された回転周期を6分割した時間で波形パターンの切り換えを行う。上述した例では、1回目の回転位置信号S1の周期を用いたが、2回以上前に取得された回転位置信号S1の周期を用いても良い。本実施の形態では、第1の実施の形態と同様の効果を奏することができるとともに、さらに、回転位置センサの数を一つに減らすことでコスト削減を図ることができるとともに、センサ設置スペースが減少および設置自由度の向上を図ることができる。 As described above, in the second embodiment, generation of the voltage waveform patterns U, V, and W for each period is started in synchronization with the rising edge of the rotational position signal S1, and the rotation period acquired before that is divided into six. The waveform pattern is switched at the specified time. In the example described above, the cycle of the first rotation position signal S1 is used, but the cycle of the rotation position signal S1 acquired two or more times before may be used. In the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be achieved, and further, the cost can be reduced by reducing the number of rotational position sensors to one, and the sensor installation space can be reduced. Reduction and improvement of installation flexibility can be achieved.
−第3の実施の形態−
図8は、本発明によるDCブラシレスモータ装置の第3の実施形態を示すブロック図である。図8に示したブロック図は、差分演算部77および位相差測定部78を設けた点が上述した図6のブロック図と異なる。上述した第1及び2の実施の形態では位相角度θは位相差記憶部76に予め記憶されていたが、本実施の形態では、回転始動動作中に位相角度θを自動検出して位相差記憶部76に記憶させるようにした。
-Third embodiment-
FIG. 8 is a block diagram showing a third embodiment of the DC brushless motor apparatus according to the present invention. The block diagram shown in FIG. 8 differs from the block diagram of FIG. 6 described above in that a
以下では、位相角度θを自動検出する際の、検出動作について説明する。まず、上述した第1の実施の形態と同様に非同期で始動し、所定回転速度となったならばいったん駆動電圧をオフする。差分演算部77にはU相に誘起される逆起電圧と中性点の電圧とが入力され、そこで「(差分)=(逆起電圧)−(中性点電圧)」が算出される。図9(a)は差分信号の一例を示す図であり、周期的な差分信号の1周期分、すなわちロータ1回転分を示したものである。ここでは2極モータを例に説明しているので、1回転の間に差分信号の正負が1回ずつ現れている。
Hereinafter, a detection operation when the phase angle θ is automatically detected will be described. First, as in the first embodiment described above, the engine is started asynchronously, and once the rotation speed is reached, the drive voltage is turned off. The
位相差測定部78では、差分信号がゼロとなる点(ゼロクロス点)を検出する。このゼロクロス点Pと従来のホールセンサ等で検出される回転位置信号S1との間に30度の位相差があることは、従来から知られている。一方、位相差測定部78に入力されたギャップ信号G1(図9(c)参照)は、図9(a)の差分信号に対して位相がずれている。そこで、位相差測定部78は、ゼロクロス点Pが検出されるタイミングとギャップ信号G1の立ち上がりのタイミングとの時間差Tと、所定の位相差30度と、回転速度検出部74で検出される回転周期T1とに基づいて、次式(2)によりギャップ信号G1と回転位置信号S1との位相差θ(=位相角度θ)を算出する。
θ=(T/T1)×360−30 …(2)
The phase
θ = (T / T1) × 360-30 (2)
この位相差θは位相角度θとして位相差記憶部76に記憶される。いったん位相角θが取得された後は、上述した第2の実施の形態の場合と同様に、信号遅延部73により回転位置信号S1を生成し、モータロータ62の磁極位置に同期してモータ駆動を行う。なお、上述したゼロクロス点を求める方法は、従来のセンサレスモータに用いられている方法と同様のものであるが、本実施の形態ではモータ駆動電圧をオフにして逆起電圧を測定するようにしているので、PWM駆動時のスイッチングノイズ等が重畳されず、簡単な回路構成でゼロクロス点のタイミングを容易に取得することができる。
This phase difference θ is stored in the phase
すなわち、従来のセンサレス駆動方式に比べて回転位置センサ47aがコストアップ要因となるが、制御系が簡素化されるためトータルではコスト削減効果がある。また、制御そのものがセンサレスの場合より簡単になり、安定度も向上する。
That is, the
なお、上述した実施の形態では、U相の逆起電圧を利用したが、V相またはW相の逆起電圧を利用しても良い。また、U,V,W相の一つの相の逆起電圧を計測し、その最大値Vmaxと最低値Vmin(=0V)との中間電圧(Vmax−Vmin)/2を求め、その中間電圧と計測される逆起電圧とが一致するタイミングを上述したゼロクロス点の代わりに利用しても良い。その場合、位相差θは上記同様(2)式で算出される。
さらにまた、2つの相の逆起電圧の差分、例えばU相の逆起電圧とV相の逆起電圧との差分を利用しても良い。その場合には、位相差θは次式(3)により算出される。
θ=T/T1×360 …(3)
In the above-described embodiment, the U-phase counter electromotive voltage is used, but a V-phase or W-phase counter electromotive voltage may be used. Also, the counter electromotive voltage of one of the U, V, and W phases is measured, and an intermediate voltage (Vmax−Vmin) / 2 between the maximum value Vmax and the minimum value Vmin (= 0 V) is obtained. The timing at which the measured back electromotive voltage coincides may be used instead of the zero cross point described above. In that case, the phase difference θ is calculated by the equation (2) as described above.
Furthermore, a difference between the counter electromotive voltages of the two phases, for example, a difference between the U phase counter electromotive voltage and the V phase counter electromotive voltage may be used. In that case, the phase difference θ is calculated by the following equation (3).
θ = T / T1 × 360 (3)
なお、上述した実施の形態では、ターボ分子ポンプに搭載されたDCブラシレスモータ装置を例に説明したが、本発明によるDCブラシレスモータ装置は、ターボ分子ポンプに限らず回転真空ポンプのポンプロータの駆動装置として用いることができる。 In the above-described embodiment, the DC brushless motor apparatus mounted on the turbo molecular pump has been described as an example. However, the DC brushless motor apparatus according to the present invention is not limited to the turbo molecular pump, and drives a pump rotor of a rotary vacuum pump. It can be used as a device.
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、センサターゲット46および回転位置センサ47,47a〜47cは信号生成手段を、位相角度θは位相差情報を、回転周波数fは回転速度情報を、信号遅延部73および遅延時間演算部75は信号演算手段を、モータ駆動波形生成回路72は駆動信号生成手段を、モータ制御部7はモータ始動制御手段を、位相差測定部78は位相差演算手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
In the correspondence between the embodiment described above and the elements of the claims, the
1 ポンプ本体
2 電源装置
4 ロータ
6 モータ
7 モータ制御部
46 センサターゲット
47,47a〜47c 回転位置センサ
61 モータステータ
62 モータロータ
72 モータ駆動波形生成回路
73 信号遅延部
74 回転速度検出部
75 遅延時間演算部
76 位相差記憶部
77 差分演算部
78 位相差測定部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記モータロータの回転に同期した同期信号を生成する信号生成手段と、
前記同期信号と前記回転位置信号との位相差情報が予め記憶される記憶手段と、
前記同期信号に基づいて前記モータロータの回転速度情報を検出する回転速度検出手段と、
前記モータロータの回転中に得られる前記同期信号を前記回転速度情報および前記記憶手段に記憶されている位相差情報に基づいて補正することにより、前記回転位置信号を算出する信号演算手段と、
前記信号演算手段で算出された回転位置信号に基づいて前記モータ駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを備えたことを特徴とするDCブラシレスモータ装置。 In a DC brushless motor device that generates a motor drive signal based on a rotation position signal that is magnetic pole position information of a motor rotor, and rotates the motor rotor in synchronization with the magnetic pole position by the motor drive signal.
Signal generating means for generating a synchronization signal synchronized with the rotation of the motor rotor;
Storage means for storing in advance phase difference information between the synchronization signal and the rotational position signal;
Rotational speed detection means for detecting rotational speed information of the motor rotor based on the synchronization signal;
Signal calculating means for calculating the rotational position signal by correcting the synchronization signal obtained during rotation of the motor rotor based on the rotational speed information and the phase difference information stored in the storage means;
A DC brushless motor device comprising drive signal generation means for generating the motor drive signal based on the rotational position signal calculated by the signal calculation means.
前記信号生成手段には前記同期信号を出力するセンサが一つ設けられ、
前記信号演算手段は、前記回転位置信号と同期して前記モータ駆動信号を生成する際に、その回転位置信号よりも過去に取得された回転位置信号の周期に基づいて前記モータ駆動信号を生成することを特徴とするDCブラシレスモータ装置。 The DC brushless motor device according to claim 1,
The signal generating means is provided with one sensor that outputs the synchronization signal,
When generating the motor drive signal in synchronization with the rotational position signal, the signal calculation means generates the motor drive signal based on a period of the rotational position signal acquired in the past from the rotational position signal. A DC brushless motor device characterized by that.
モータステータの少なくとも一つの相の逆起電圧に基づいて前記位相差情報を算出する位相差演算手段を備え、前記記憶手段は前記位相差演算手段により算出された位相差情報を記憶することを特徴とするDCブラシレスモータ装置。 In the DC brushless motor device according to claim 1 or 2,
Phase difference calculation means for calculating the phase difference information based on a back electromotive voltage of at least one phase of the motor stator is provided, and the storage means stores the phase difference information calculated by the phase difference calculation means. DC brushless motor device.
(a)前記モータロータが停止状態から所定回転速度となるまでは、前記回転位置信号に基づかない回転駆動信号を前記駆動信号生成手段により生成させて前記モータロータを非同期で回転駆動させ、(b)前記モータロータが所定回転速度となったならば、前記位相差演算手段により位相差情報を算出してその算出結果を前記記憶手段に記憶させ、(c)前記算出結果の記憶後は、前記記憶手段に記憶された位相差情報に基づいて前記信号演算手段に回転位置信号を算出させ、(d)算出した回転位置信号に基づくモータ駆動信号を前記駆動信号生成手段により生成して前記モータロータを同期回転駆動するモータ始動制御手段を備えたことを特徴とするDCブラシレスモータ装置。 In the DC brushless motor device according to claim 3,
(A) Until the motor rotor reaches a predetermined rotational speed from a stopped state, a rotational drive signal not based on the rotational position signal is generated by the drive signal generation means to rotate the motor rotor asynchronously; (b) When the motor rotor reaches a predetermined rotational speed, the phase difference calculation means calculates phase difference information and stores the calculation result in the storage means. (C) After the calculation result is stored, the storage means stores the calculation result. Based on the stored phase difference information, the signal calculation means calculates a rotational position signal, and (d) a motor drive signal based on the calculated rotational position signal is generated by the drive signal generation means to synchronously drive the motor rotor. A DC brushless motor device comprising motor starting control means for performing
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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