JP2007089386A - 冗長回転速度モニタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の欠点を回避する、センサのない正弦波整流同期電動機の冗長回転速度モニタ装置を提供する。
【解決手段】本発明は、永久磁石で励起されるロータを備えたセンサのない正弦波整流同期電動機の冗長回転速度モニタ装置であって、第１の制御ユニットと、駆動最終段と、および複数の駆動相とを有する前記冗長回転速度モニタ装置に関するものである。回転速度センサの使用を回避するために、第２の制御ユニットが少なくとも１つの駆動相の電気変数をモニタリングし、および結線が第２の制御ユニットと駆動最終段との間に形成され、エラーのある回転速度状態が検出されたとき、第２の制御ユニットが結線を介して駆動最終段を遮断することが開示される。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石で励起されるロータを備えたセンサのない正弦波整流同期電動機の冗長回転速度モニタ装置であって、第１の制御ユニットと、駆動最終段と、および複数の駆動相とを有する前記冗長回転速度モニタ装置に関するものである。

永久磁石で励起されるロータを備えたセンサのない正弦波整流同期電動機の冗長回転速度モニタ装置は多数の用途において使用されてきている。例えばブロック整流駆動装置のような他の装置に対する利点の１つは、回転磁界により発生されるトルクのきわめて均等な経過にある。したがって、このタイプの駆動装置は本質的にほとんど振動を発生させず、このことが多くの用途において望ましくまたはこれがむしろ前提ともなっている。

これらの駆動装置は、しばしば、安全規定を満たさなければならない機械内において使用される。このために、一方で、回転速度がモニタリングされなければならず且つ最大値を超えてはならないことが必要である。他方で、このモニタリングは、モニタ・ユニットのエラー機能の影響を受けないものでなければならない。従来技術においては、回転速度のモニタリングを固有に設置された回転速度センサを介して実行することが通常である。これは、ブロック整流とは異なり、正弦波電流においては、各時点において全ての相に電流が流れていることにより条件とされている。ブロック整流においては、電流が流れていないそれぞれのコイル内に誘導された電圧が測定されることにより回転速度センサ（例えばホール・センサまたはホールＩＣ）の使用を回避することが可能であるが、正弦波電流においてはこの方法が使用できない。

これらのセンサの欠点は、第１に、駆動装置の範囲内に追加部品を必要とすることである。これは、特に、センサを評価可能にするために、ケーブルおよびコンセントが設けられなければならないことを意味する。第２の問題点は、このようなセンサは故障しやすいので、実際に確実なモニタリングを実行可能にするために、複数のセンサが設けられなければならないことである。さらに、センサ部品は化学的影響に敏感であり且つ電磁的影響または放射線の影響により故障しやすいものである。

したがって、前記欠点を回避する、センサのない正弦波整流同期電動機の冗長回転速度モニタ装置を提供することが本発明の課題である。

この課題は請求項１の特徴を有する装置により解決される。
第２の制御ユニットが少なくとも１つの駆動相の電気変数をモニタリングすることにより、いかなるタイプの回転速度センサも省略可能である。これは故障しやすい部品を排除し、これにより、それに対応して確実性が向上し且つさらにコストも節約可能である。

請求項２ないし５の特徴は本発明の有利な変更態様を示す。
第１の変更態様においては、モニタリングされる電気変数は、少なくとも１つの相において、駆動最終段によりモータに印加された電圧である。この電気変数の測定は特に簡単であり、このことが必要な費用を少なくしている。

他の変更態様においては、モニタリングされる電気変数は、当該駆動相内に設定された電流である。これは確かに前述の方法よりも費用を要するが、電流は最終段とモータそれ自身との相互作用に基づいて設定されるので、電流測定によりモータの影響もまた考慮されるという利点を有している。

他の実施形態は、電気変数の測定から第２の制御ユニットへの信号路に関するものである。測定信号を、第１の制御ユニット内に配置されている信号変換器により変換させ、信号変換器から信号が次に第２の制御ユニットに供給されることが有利である。変換はモータ・モデルの計算と同じ時間ベースで行われるので、異なる時間ベースによるエラーが回避され且つ時間ベースの調整は必要がなくなる。

センサがないことは、高速回転ロータを備えた真空ポンプ内に装置を使用するとき、特に有利に働く。このような真空ポンプは例えばターボ分子ポンプであり、ターボ分子ポンプはしばしば化学的および物理的に厳しい環境内で使用されることがある。この理由およびコスト的な理由から、真空ポンプ内部の電子部品の数を最小にすることが重要である。さらに、この真空ポンプにおいては、高速回転ロータ内にきわめて大きな運動エネルギーが蓄積されているので、確実な回転速度モニタリングが保証されていなければならない。エラー機能の場合にこの蓄積運動エネルギーが解放されなければならないとき、真空ポンプのハウジングはこのエネルギーを吸収しなければならない。エネルギーは回転速度の関数であるので、ハウジングを十分安全に構成可能にするために、回転速度が効果的且つ確実に最大値に制限されなければならない。

実施例により本発明を説明し且つその利点を明らかにする。

全ての実施形態は図１により説明される構成要素を有し、他の図においてもこれがそのまま適用される。第１の制御ユニット１は本来の駆動制御ユニットを示す。第１の制御ユニット１内においていわゆるモータ・モデルが実行され、モータ・モデルはモータの物理的パラメータに基づいて整流を計算する。さらに、この制御ユニットは電流制御を実行し、電流制御において、制御ユニットは２つのモータ相の電流を複数のライン８を介して評価する。ここで、電流の測定は、簡単にするために点測定としてのみ示され、その他の回路の詳細は示されていない。第１の制御ユニットは、０回転速度から定格回転速度までモータの回転速度を上昇させる。第１の制御ユニット内においては第１の回転速度モニタリングが行われ、このモニタリングは、きわめて高いモータ回転速度を検出したとき、駆動装置を停止させる。モータ・モデルの使用は、永久磁石により励起される同期電動機のモータはモータ・コイルが発生する励起磁界が回転する回転速度でのみ回転可能であるという知見に基づいている。第１の制御ユニットは整流信号を駆動最終段２に与える。駆動最終段２において、電源により与えられる出力が、モータ・モデルにより計算された整流信号に応じて、個々のモータ相に加えられる。高速回転ロータ４およびポンプ・ステータ７を備えた真空ポンプ３が略図で示され、高速回転ロータ４およびポンプ・ステータ７は両方とも羽根を支持し、羽根は協働してポンプ作用を発生する。ロータは軸受６内に支持され且つ駆動装置５は永久磁石により励起される同期電動機（ＰＭＳＭ）として形成されている。他の構成部品として、装置は第２の制御ユニット９を有し、第２の制御ユニット９はロータ回転速度をモニタリングし、且つもはや許容可能ではない偏差が存在したとき、ライン１０を介して駆動最終段を遮断する。回転速度モニタリングは信号変換器から供給された情報に基づいている。

第１の実施形態においては、信号変換器は、ライン１２を介して、モータ相に印加された電圧の２つを測定する。
第２の実施形態においては、信号変換器は、ライン１２を介して、モータ相内に設定された電流の２つを測定する。

図２は他の実施例を示す。信号変換器１１は、２つの信号、即ち、一方で１つの相の電気変数（電圧または電流）を、および他方でライン１３を介して全ての相の合計電流を測定する。これは、共通基点に存在するはずである３つの正弦波電流の加算は決して定数を与えないことに基づいている。むしろリプルが残り、リプル内に、３つの正弦波信号の周波数したがってロータの回転周波数もまた存在している。一方、信号変換器１１は信号を第２の制御ユニット９に与え、第２の制御ユニット９は、回転速度偏差例えば最大回転速度の超過または実際回転速度の目標回転速度からの著しい偏差が存在した場合、駆動最終段２を遮断する。

図３に示されている実施例は特に信号変換器１５を有している。信号変換器１５は固有の部品であってもよいが、信号変換器１５を第１の制御ユニット１内に配置することが有利である。この信号変換器により、第１の制御ユニット、駆動最終段およびモータから構成されている駆動系と、第２の制御ユニットとの間の電位分離を行うことが特に容易に可能である。これは好ましいことであり、その理由は、駆動系は出力結合に基づき高い電位で駆動されるからである。変換信号は次に少なくとも１つのライン１６を介して第２の制御ユニットに供給される。

本発明の変更態様が考えられる。即ち、制御ユニットは、プログラム可能マイクロ・コントローラとしてのみならず制御ＩＣとして形成されていてもよい。後者の場合、モータ・モデルおよび他の機能は静的に形成されている。制御ユニット間にデータ交換が行われてもよく、データ交換においては、モータそれ自身、回転速度制限および実際値／目標値に関するデータが交換される。計算容量の負荷に応じてそれぞれ、第２の制御ユニットは、真空ポンプ３の周辺装置に関連する、例えばフィールド・バスまたは温度管理システムのチェックのような補足的役目を果たしてもよい。

第１の実施例の原理回路図である。 第２の実施例の原理回路図である。 第３の実施例の原理回路図である。

符号の説明

１ 第１の制御ユニット
２ 駆動最終段
３ 真空ポンプ
４ 高速回転ロータ
５ 駆動装置
６ 軸受
７ ポンプ・ステータ
８、１２、１３ ライン
９ 第２の制御ユニット
１０、１６ 結線（ライン）
１１、１５ 信号変換器

Claims (5)

1. 永久磁石で励起されるロータを備えたセンサのない正弦波整流同期電動機の冗長回転速度モニタ装置であって、第１の制御ユニット（１）と、駆動最終段（２）と、および複数の駆動相とを有する前記冗長回転速度モニタ装置において、
   第２の制御ユニット（９）が少なくとも１つの駆動相の電気変数をモニタリングし、および結線（１０）が第２の制御ユニットと駆動最終段との間に形成され、エラーのある回転速度状態が検出されたとき、第２の制御ユニットが結線（１０）を介して駆動最終段を遮断することを特徴とする冗長回転速度モニタ装置。
2. モニタリングされる電気変数が、当該駆動相に印加された電圧であることを特徴とする請求項１の装置。
3. モニタリングされる電気変数が、当該駆動相内に設定された電流であることを特徴とする請求項１の装置。
4. 電気変数に対応する測定信号が、第１の制御ユニット（１）内に配置されている信号変換器（１５）に供給され、および変換信号が結線（１６）を介して第２の制御ユニット（９）に供給されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの装置。
5. 装置が、高速回転ロータ（４）を備えた真空ポンプ（３）の駆動装置として働くことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの装置。

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