JP5622206B2

JP5622206B2 - 三相モータ駆動制御装置

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Publication number: JP5622206B2
Application number: JP2011278366A
Authority: JP
Inventors: 竹内　晃; 晃竹内; 敏晃加藤; 威志増原
Original assignee: Kyoto Denkiki Co Ltd
Current assignee: Kyoto Denkiki Co Ltd
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: JP2013132099A

Description

本発明は三相モータを駆動する三相モータ駆動制御装置に関し、さらに詳しくは、三相モータの内部配線や当該装置と三相モータとを接続する配電線路の断線を検知する断線検知機能を有する三相モータ駆動制御装置に関する。

例えばスパッタリング装置などの半導体製造装置等においてはチャンバ内を高真空雰囲気にするためにターボ分子ポンプが利用される。ターボ分子ポンプでは、ポンプモータとして最高で８００Hz程度又はそれ以上の高速回転が可能な三相モータが利用される。こうした三相モータにおいて内部の巻線やモータと駆動制御装置とを接続する配電線路に断線が生じている場合にはモータが動作せず、真空ポンプとして機能しないことになる。

上記のような断線、即ち三相出力の欠相を検知する様々な技術が従来知られている。例えば、通常使用時に三相モータの回転速度を或る速度まで上昇させることを前提として、起動時点から所定時間が経過した時点で所定の回転速度まで速度が上昇しているか否かを検知することにより、結果的に断線の検知を可能とした装置がある。しかしながら、上述したようなターボ分子ポンプではその回転速度をかなり緩慢に上昇させてゆくため、モータが正常であっても所定の回転速度まで回転速度が上がるには時間が掛かる。そのため、断線の有無の検知結果が出るまでに時間を要し、断線があった場合にはそれまでの起動からの時間が無駄になるという問題がある。

また特許文献１に記載の装置では、インバータ回路の三相の出力線路上にそれぞれ交流電流検出手段を設け、その検出信号に基づいて断線の有無を判断している。しかしながら、交流電流検出手段として鉄芯と銅線を巻回した巻線とを備える高価なカレントトランスを用いる必要があり、しかも三相のそれぞれにカレントトランスを設けなければならないため、コストがかなり高いものとなるという問題がある。

また特許文献２に記載の装置では、三相モータの起動に先立ち、三相ブリッジ構成のうちの任意の一相（例えばＲ相）の高電圧側のスイッチング素子と他の二相（例えばＳ相及びＴ相）の低電圧側のスイッチング素子をオンする一方、他の３個のスイッチング素子をいずれもオフし、その状態で直流／直流変換回路から三相インバータ回路に直流電圧を印加してこれにより流れる直流電流を検出する。このときに電流が流れていれば高電圧側のスイッチング素子をオンした相の欠相はないと判断する。そして、三相全てについて欠相の有無を判断し、一つでも欠相があれば三相モータの起動を停止して異常を報知するようにしている。この断線検知方法では、交流電流検知用のカレントトランスを用いることなく断線を確実に検知することができる。

しかしながら、この方法では、断線検知動作の際には三相モータに対する三相交流駆動を停止する必要があるため、三相モータの回転駆動中に連続的に断線検知を行うことはできない。上述したターボ分子ポンプが使用される半導体製造装置は無人運転されることもよくあるが、オペレータが気付かない間にモータ回転に異常が生じて真空度が下がってしまうと大きな損失を発生するため、こうした事態が生じないような対策を施す必要がある。

特開２００１−３０９６６９号公報特開２００７−１４３２４４号公報

本発明は上記課題を解決するために成されたもので、その主たる目的は、低廉なコストで、三相モータの回転駆動中にもほぼ連続的に該三相モータの内部配線や当該装置と三相モータとを接続する配電線路の断線を検知することで、断線の発生を遅滞なく且つ正確に検知することができる三相モータ駆動制御装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明は、商用交流電力を直流電力に変換する交流／直流変換手段と、該直流電力を三相交流電力に変換するために三相ブリッジ接続されたスイッチング素子を有するインバータ手段と、該インバータ手段の各相の高電圧側及び低電圧側のスイッチング素子のオン・オフを制御することで前記インバータ手段に接続された三相モータに三相駆動電流を供給し該三相モータを動作させる制御手段と、を具備する三相モータ駆動制御装置において、
a)前記インバータ手段に印加される直流電圧により該インバータ手段に流れる直流電流を検出する電流検出部、及び、前記三相モータに三相駆動電流を供給している状態で前記電流検出部により直流電流を検出し、その検出結果に基づいて、前記三相モータの１回転に相当する期間中に繰り返し現れる電流波形のピークの数の変化を直接的又は間接的に検出することにより欠相の有無を判断する駆動時欠相判定部と、を含む第１断線検知手段と、
b)前記三相モータに三相駆動電流を供給しない状態で、前記インバータ手段に含まれる任意の一相の高電圧側のスイッチング素子をオンし他の二相の低電圧側のスイッチング素子をオンするとともにそれ以外のスイッチング素子をオフするという駆動パターンに従ったスイッチング素子の駆動を各相について順次実行する、又は、前記インバータ手段に含まれる互いに異なる相の高電圧側のスイッチング素子と低電圧側のスイッチング素子をオンするとともにそれ以外のスイッチング素子をオフするという駆動パターンに従ったスイッチング素子の駆動を二種以上の駆動パターンについて順次実行する断線検知用制御部、及び、該断線検知用制御部により異なる駆動パターンで以てスイッチング素子がオン・オフされる毎に前記電流検出部により電流が流れているか否かを判定し、電流が流れない駆動パターンが存在する場合に欠相があると判断する非駆動時欠相判定部と、を含む第２断線検知手段と、
を備え、前記三相モータに三相駆動電流を供給している状態で前記第１断線検知手段により欠相があると判定されたとき、該三相モータへの駆動電流の供給を一旦停止し、該三相モータが惰性によって回転している間に、前記第２断線検知手段により欠相の有無の判定を実行することで前記三相モータの内部配線や該三相モータへの配電線路の断線を検知して、該第２断線検知手段により欠相が無いと判定されたならば前記三相モータへの駆動電流の供給を再開することを特徴としている。

即ち、本発明に係る三相モータ駆動制御装置は、三相モータを回転駆動している状態でその駆動と並行して断線等による欠相を検知する第１断線検知手段と、実質的に三相モータを回転駆動していない状態で正確に欠相を検知し、欠相が生じている相まで特定した検知が可能である第２断線検知手段と、を併せ持つ。そして、三相モータの加速中や定常運転中に、第１断線検知手段により繰り返し欠相の有無を判定し、欠相があると判定されると三相モータの回転駆動を一旦停止して、第２断線検知手段により欠相の有無の判定を実施する。第２断線検知手段によって欠相がないと判断されたならば、三相モータの回転駆動を再開する。三相モータの回転駆動が停止されてもすぐにモータ自体の回転が停止するわけではなく慣性によって回転しているため、三相モータの回転駆動の再開時は慣性回転中の再開になり、実質的に三相モータの駆動を一時停止したことの影響は殆どない。

インバータ手段により三相モータに三相交流電力を供給して該モータを駆動する際には、三相モータの１回転に相当する期間中に電流波形のピークが六つ現れる。それに対し、例えば断線等により一つの相が欠損すると実質的には単相駆動と同じ状態となるため、三相モータの１回転に相当する期間中に現れる電流波形のピークは二つに減じる。そこで、第１断線検知手段において駆動時欠相判定部は、上記のような電流波形に繰り返し現れるピークの数の減少それ自体又はその減少に伴って生じる現象を検出することで、欠損が発生したことを認識する。

より具体的には、前記駆動時欠相判定部は、三相モータの所定回転に相当する期間において、欠相が無い場合に（つまりは正常時に）電流波形のピークが現れる筈の所定のタイミングで直流電流の電流値を反映した信号を取得し、これを所定時間だけ遡った時点で得られた同タイミングに対する信号と比較し、その比較結果に基づいて欠相の有無を判断する構成とすることができる。なお、三相モータの回転駆動時における上記直流電流の変化は制御手段からインバータ手段に供給されるスイッチング素子のオン・オフ制御信号に同期するから、該制御手段が上記所定のタイミングを設定することができる。なお、本発明における欠相判定の原理から、上記所定回転とは典型的には１回転であるが、例えば１／２回転等、必ずしも１回転に限るものではない。

上記構成では、電流検出部で検出された信号をデジタル値に変換した後に全てデジタル的に処理することが可能であるから、汎用マイクロコンピュータで処理することができる。それにより、コストを抑えることができるとともに、欠相判定の条件変更に容易に対応可能である。

一方、三相モータを回転駆動しない状態で実施される第２断線検知手段による欠相の有無判定は、上記の特許文献２に記載の手法を用いたものである。即ち、三相モータに２種以上の異なる駆動パターンで直流電流を供給し、一相ずつ又は二相ずつ直流電流が流れるか否かを判定する。これにより、単に欠相が生じたか否かのみならず、欠相の数や欠相が生じている相を識別し、ユーザに知らせることが可能となる。

本発明に係る三相モータ駆動制御装置によれば、三相モータの定常運転時や定常運転に至るまで回転速度を上げてゆく途中などにおいて、その回転に影響を及ぼすことなくほぼ連続的に断線を検知することができる。それにより、三相モータの回転中に発生した断線も速やかに且つ確実に検知して、駆動を停止したり警告報知を行ったりすることができる。また、三相モータを回転駆動しながらの断線検知処理において断線していないにも拘わらず断線していると誤検知された場合であっても、駆動を停止した状態でのより確度の高い断線検知処理によって欠相の有無が再確認されるため、誤検知による不所望のモータの運転停止を避けることができる。さらにまた、欠相が発生している場合にはその相の箇所や数も判別されるため、故障に関してユーザにより有用な情報を提供することができる。これにより、本発明に係る三相モータ駆動制御装置を半導体製造装置の真空排気用ターボ分子ポンプの駆動に利用すれば、断線によって真空度が低下する危険性を迅速且つ確実に検知して製造ラインを停止する等の適切な対応を遅滞なく採ることが可能となる。

なお、第２断線検知手段は三相モータを回転駆動していない状態で断線検知が可能であるから、好ましくは、三相モータ起動時に該起動に先立って前記第２断線検知手段による欠相の有無の判定を実行し、欠相がないと判断されたならば三相モータの起動を行う構成とするとよい。これにより、起動時点ですでに断線がある場合に起動前にその断線を検知することができるので、無駄な起動をなくしてモータの交換や断線箇所の修理などの対応の迅速化を図ることができる。

本発明の一実施例である三相モータ駆動制御装置の要部のブロック構成図。本実施例の三相モータ駆動制御装置における三相モータ駆動時の制御フローチャート。三相モータの回転速度の変化を示す概略図。第１断線検知プログラム実行時に実現される機能ブロック図。正常時及び異常（一相欠相）時の直流電流検出信号の実例を示す図。第２断線検知処理のフローチャート。第２断線検知処理時の制御方法の説明図。三相インバータ回路及び三相モータにおける第２断線検知処理時の直流電流の流れを示す図。三相インバータ回路に供給される直流電流の時間的変化を示す図。本発明の他の実施例である三相モータ駆動制御装置での第２断線検知処理時の制御方法の説明図。図１０に示した断線検知処理時の電流の流れを示す図。本発明の他の実施例である三相モータ駆動制御装置における断線検知部のブロック構成図。図１２の断線検知部の動作を説明するための波形図。

以下、本発明の一実施例である三相モータ駆動制御装置について図１〜図９を参照して説明する。図１は本実施例の三相モータ駆動制御装置の要部のブロック構成図である。

本実施例の三相モータ駆動制御装置の概略的な構成としては、単相２００Ｖ（又は１００Ｖ）の商用交流電源１から供給される交流電力が整流回路２により直流電力に変換され、さらに直流／直流変換回路３において所定電圧の直流電力に変換される。そして、この直流電力が三相インバータ回路４により三相モータＭのＲ、Ｓ、Ｔ各相に供給される交流電力に変換される。

より詳しく説明すると、整流回路２は図示しないもののダイオードブリッジ回路や平滑用電解コンデンサなどを含み、所定の直流電圧を出力する。直流／直流変換回路３において、トランス３２の一次巻線には電力用ＦＥＴ等のスイッチング素子３１が直列に接続され、後述の制御部５からの制御信号によりスイッチング素子３１がオンするとトランス３２の一次巻線に直流電流が流れて二次巻線の両端に電圧が発生する。この電圧はダイオード３３、３４、コンデンサ３５、直列接続された２個の抵抗による出力電圧検出部３７などを含む回路を通して出力される。また、この直流／直流変換回路３の低電圧側の線路には直流電流検出用のシャント抵抗３６が設けられている。

三相インバータ回路４は、６個の電力用ＦＥＴ等のスイッチング素子４１、４２、４３、４４、４５、４６が三相ブリッジ接続されたスイッチング部と制御部５からの指示に基づいてこれらスイッチング素子４１〜４６をそれぞれ独立にオン又はオフさせるインバータ駆動部４７とを含み、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の各相において高電圧側のスイッチング素子４１、４３、４５と低電圧側のスイッチング素子４２、４４、４６との直列接続部から出力が取り出され、三本の配電線路を通して三相モータＭの各相端子に接続されている。

直流／直流変換回路３や三相インバータ回路４を制御する制御部５は、ＣＰＵ５１を含むマイクロコンピュータを中心に構成されている。ＣＰＵ５１は例えばＲＯＭ等の記憶装置に格納された制御プログラムに従って所定の処理を実行するが、ここでは、大別して、駆動制御用プログラム５２、第１断線検知用プログラム５３、第２断線検知用プログラム５４、及び異常時対応プログラム５５、を有している。駆動制御用プログラム５２は三相モータＭの起動や定常運転など一般的な動作のためのプログラムである。一方、第１及び第２断線検知用プログラム５３、５４は本実施例に特徴的な断線検知処理を実行するためのプログラムであり、異常時対応プログラム５５は断線が検知されたときの装置の動作を司るプログラムである。また、制御部５には、運転状態などを表示するための表示器６が接続されている。

制御部５は上記シャント抵抗３６の両端の電位を検出し、その電位差に基づいてシャント抵抗３６に流れる電流ｉの値を電圧値として検出する。また、出力電圧検出部３７により入力される電圧値に基づいて三相インバータ回路４に印加される直流電圧を認識する。

以下、本実施例の三相モータ駆動制御装置において特徴的な断線検知処理を含むモータ駆動制御について説明する。図２は本実施例の三相モータ駆動制御装置における三相モータ駆動時の制御フローチャート、図３は三相モータの回転速度の変化を示す概略図である。

図示しないスイッチの操作等により三相モータＭの起動指示が与えられると（ステップＳ１）、制御部５は起動に先立ち第２断線検知用プログラム５４に従って第２断線検知処理を実行する（ステップＳ２）。この第２断線検知処理は後述の第１断線検知処理とは異なり、三相インバータ回路４により三相モータＭが回転するように駆動が実行されていない状態で断線検知を行うものである。

以下、第２断線検知処理について、図６に示す詳細な制御フローチャートに従って説明する。第２断線検知処理が開始されるとまず、後述する断線検知用のフラグＦ１、Ｆ２、Ｆ３を“０”にリセットし（ステップＳ２０１）、Ｒ線断線検知駆動パターン（図７（ａ））に従って各スイッチング素子４１〜４６がオン又はオフするようにインバータ駆動部４７に制御信号を送る（ステップＳ２０２）。具体的には、図７（ａ）に示すように、Ｒ相の高電圧側スイッチング素子４１とＳ相及びＴ相の低電圧側スイッチング素子４４、４６をオンさせ、他の３個のスイッチング素子４２、４３、４５はオフさせる。

上記のように各スイッチング素子４１〜４６がそれぞれオン・オフされ、直流／直流変換回路３から三相インバータ回路４に所定の直流電圧が印加されるとき、三相インバータ回路４及び三相モータＭには図８（ａ）に示すような経路で電流が流れる筈である。この場合、Ｓ相又はＴ相の配電線路のいずれか一方に断線があったとしても、Ｓ相又はＴ相の配電線路の他方を通して電流が流れるため、シャント抵抗３６には電流ｉが流れる。換言すれば、シャント抵抗３６に電流ｉが流れないとすると、それはＲ相の配電線路が断線している場合である。

そこで、制御部５はＲ線断線検知駆動パターンを設定して三相モータＭに通電を行う状態で、シャント抵抗３６に電流ｉが流れているか否かを判定し（ステップＳ２０３）、電流ｉが流れていると判定されたならばそのままステップＳ２０５に進む。一方、ステップＳ２０３で電流ｉが流れていないと判定された場合には、Ｒ相の配電線路（Ｒ線と称す）の断線を示すＲ線断線フラグＦ１を“１”にセット（ステップＳ２０４）した上でステップＳ２０５に進む。

なお、三相モータＭの巻線に最大定格を超えるような過大な直流電流が流れると焼損するおそれがある。そこで、上記のように三相インバータ回路４の各スイッチング素子４１〜４６をオン・オフした状態で急激に大きな直流電圧を三相インバータ回路４に印加するのではなく、図９に示すように電圧値が規定値まで徐々に増加するようにしている。これは、制御部５がスイッチング素子３１に与えるオン・オフ制御信号のデューティ比を適宜に変化させることにより達成される。

いずれの配電線路にも断線がない場合、上記のような印加電圧の変化に伴って直流電流も図９中に示すように徐々に増加するが、その最大値は三相モータＭの最大定格電流よりも小さくなるように抑える必要がある。ここでは、三相モータＭとして様々な定格のものが使用されることを考慮し、その中で最大定格が最も小さなモータより小さくなるように直流電流の最大値を約１[Ａ]としている。もちろん、この値は適宜に変更することが可能であり、またモータＭの巻線の抵抗値などから直流電圧印加時に流れる電流が最大定格を超えないことが分かっている場合には必ずしも上記のように電圧を徐々に増加させる必要はない。

ステップＳ２０６では、図７（ｂ）に示すようなＳ線断線検知駆動パターンに従って各スイッチング素子４１〜４６がオン又はオフするようにインバータ駆動部４７に制御信号を送る。このときには、三相インバータ回路４及び三相モータＭに図８（ｂ）に示すような経路で電流が流れる筈であり、Ｓ相の配電線路が断線していると、シャント抵抗３６に電流ｉが流れない。そこで、制御部５はＳ線断線検知駆動パターンを設定して三相モータＭに通電を行う状態で、シャント抵抗３６に電流ｉが流れているか否かを判定し（ステップＳ２０６）、電流ｉが流れていると判定されたならばそのままステップＳ２０８に進む。一方、ステップＳ２０６で電流ｉが流れていないと判定された場合には、Ｓ相の配電線路（Ｓ線と称す）の断線を示すＳ線断線フラグＦ２を“１”にセット（ステップＳ２０７）した上でステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０８では、図７（ｃ）に示すようなＴ線断線検知駆動パターンに従って各スイッチング素子４１〜４６がオン又はオフするようにインバータ駆動部４７に制御信号を送る。このときには、三相インバータ回路４及び三相モータＭに図８（ｃ）に示すような経路で電流が流れる筈であり、Ｔ相の配電線路が断線していると、シャント抵抗３６に電流ｉが流れない。そこで、制御部５はＴ線断線検知駆動パターンを設定して三相モータＭに通電を行う状態で、シャント抵抗３６に電流ｉが流れているか否かを判定し（ステップＳ２０９）、電流ｉが流れていると判定されたならばそのままステップＳ２１１に進む。一方、ステップＳ２０９で電流ｉが流れていないと判定された場合には、Ｔ相の配電線路（Ｔ線と称す）の断線を示すＴ線断線フラグＦ３を“１”にセット（ステップＳ２１０）した上でステップＳ２１１に進む。

上記のようにＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の断線検知を一通り終了した後、Ｒ線断線フラグＦ１、Ｓ線断線フラグＦ２、Ｔ線断線フラグＦ３が全て初期状態の“０”であるか否かを判定し（ステップＳ２１１）、もし全てが“０”であれば断線無しと判断し（ステップＳ２１２）、フラグＦ１、Ｆ２、Ｆ３の少なくとも一つが“１”であると判定されると断線が有るものと判断する（ステップＳ２１３）。

いずれか一つの断線検知駆動パターンでのみ断線が検知された場合には、前述したようにＲ相、Ｓ相、Ｔ相のいずれで断線が生じているのかが判明する。一方、二相（又は三相全部）の配電線路が同時に断線している場合には、どの断線検知駆動パターンであっても三相モータＭに電流は流れない。これにより、断線が一相であるか二相以上であるかも判断可能である。

なお、相毎に三相モータＭに直流電流を流す時間はたかだか１００ms程度の期間でよく、長くても１秒以内に三相全部の配電線路の断線の有無の結果が判明する。したがって、起動前に断線検知処理を実行しても実質的に三相モータＭの起動時間には殆ど影響を与えない。また、Ｒ、Ｓ、Ｔのいずれかの相に断線（欠相）があることを検知するためには、上述したような三つの断線検知駆動パターンを実行する必要はなく、理論的には、後述するように、二つの断線検知駆動パターンを実行すれば十分である。

図２中のステップＳ２において上記のように第２断線検知処理を実行した結果、異常あり（断線あり）と判定されると（ステップＳ３でＹｅｓ）、制御部５は起動を実行することなく（ステップＳ１１）、表示器６により異常を報知する（ステップＳ１２）。もちろん、表示と同時にブザーなどの鳴動により使用者の注意を喚起してもよい。一方、ステップＳ３で異常なし（断線無し）と判定されたときに三相モータＭの駆動を開始し、三相インバータ回路４から三相モータＭに三相駆動電流を供給する（ステップＳ４）。その結果、図３に示すように、三相モータＭの回転速度は徐々に上昇する。図３中にｉで示す期間がステップＳ２の処理が実行されている期間である。

三相モータＭの回転駆動中に制御部５は、第１断線検知用プログラム５３に従って第１断線検知処理を実行する（ステップＳ５）。図４は第１断線検知プログラム５３の実行時に実現される機能ブロック図、図５は正常時及び異常（一相欠相）時の直流電流検出信号の実例を示す図である。

三相インバータ回路４から三相モータＭに駆動電流が供給されているとき、断線つまり欠相がない正常な状態であれば、図５（ａ）に示すように、三相モータＭが１回転する期間中にシャント抵抗３６により得られる直流電流検出信号には略三角形状（鋸波形状）のピークが六つ（ピークＰ_１〜Ｐ_６）現れる。シャント抵抗３６に流れる直流電流は三相インバータ回路４中の各スイッチング素子４１〜４６がそれぞれオンしたことにより三相モータＭに供給された交流電流によるものであるから、電流波形のピークの発生位置は、制御部５の指示の下でインバータ駆動部４７から各スイッチング素子４１〜４６に供給されるオン／オフ駆動信号に同期する。したがって、駆動状態が正常である場合には、オン／オフ駆動信号つまりは制御部５からの制御信号に同期する所定のタイミングで直流電流検出信号を読み込めば、各ピークＰ_１〜Ｐ_６の例えば最大値（ピーク値）を取得することができる。また、商用交流電源１からの交流電圧がほぼ一定であれば、三相モータＭの各回転期間における直流電流検出信号のピーク値の変動も殆どない。これは図５（ａ）に示した実測波形からも確認できる。

これに対し、三相モータＭの一相が欠相すると、該モータＭは実質的に単相で駆動されることになり、図５（ｂ）に示すように、三相モータＭの１回転中に直流電流検出信号に現れる略三角形状のピークは二つ（ピークＰ_Ａ、Ｐ_Ｂ）になる。この現象は三相モータＭの回転速度とは無関係であるから、一定回転速度のときのみならず、回転速度が上昇している加速中でも同様の現象が起こる。第１断線検知処理実行時には、このように三相モータＭの１回転中に直流電流検出信号に現れる略三角形状のピークの数の減少を捉えることにより断線を検知する。

後述の例のように、ピーク数の減少の有無を直接的に判定することも可能であるが、この例では、ピークが発生するべき位置（タイミング）にピークが無いことを認識することによって間接的にピーク数の減少の有無を判定する。具体的には、図４に示すように、第１断線検知プログラム５３が実行されることで実現される機能ブロックは、三相モータＭの１回転期間（厳密には、制御部５で三相モータＭが１回転するように制御している期間、つまりは１回転に相当する期間）中に発生する六つのピークにそれぞれ対応したピーク値判定部１００Ａ〜１００Ｆと、各ピーク値判定部１００Ａ〜１００Ｆの出力を受けて最終的に断線であるか否かを判定する断線判定部１１０とを備え、断線判定部１１０における異常（ＮＧ）判定結果は異常時対応プログラム５４が実行されることで実現される異常処理部１１１に入力されている。各ピーク値判定部１００Ａ〜１００Ｆはそれぞれ、所定段数の遅延用レジスタ部１０１と、該レジスタ部１０１の出力値と入力値とを比較するコンパレータ部１０２と、を含む。

各ピーク値判定部１００Ａ〜１００Ｆにおいて、遅延用レジスタ部１０１は図示しないＡ／Ｄ変換器によりデジタル値に変換された直流電流検出信号（電流値データ）を上述したピーク値を取り込み可能なタイミングで新たに取り込み、すでに取り込まれていた電流値データをシフトする。したがって、三相モータＭが１回転する毎に新たな電流値データが取り込まれ、最も古い、つまりは所定段数分だけ過去に取り込まれたピーク値が吐き出される。図４において、例えばピーク値判定部１００Ａの遅延用レジスタ部１０１は図５（ａ）中のピークＰ_１のピーク値を取り込み可能なタイミングで新たなピーク値を取り込み、ピーク値判定部１００Ｆの遅延用レジスタ部１０１はピークＰ_６のピーク値を取り込み可能なタイミングで新たなピーク値を取り込む。

コンパレータ部１０２は新たに取り込まれたピーク値と所定段数分だけ過去に取り込まれたピーク値とを比較し、一致しているか否かの判定結果を出力する。ただし、交流電圧の或る程度の変動などを考慮すると或る時間を隔てた二つのピーク値が完全に一致することは考えにくいため、差異が所定の許容範囲内に収まっていれば一致しているとみなすものとする。これにより、１回転期間中に現れるべき六つの全てのピークＰ_１〜Ｐ_６について、新たに得られたピーク値と所定時間だけ遡った時点で得られたピーク値との一致／不一致がそれぞれ判定されることになる。なお、三相モータＭの回転速度が変化しているときには１回転期間の時間自体が変化するが、それに伴って遅延用レジスタ部１０１にピーク値を取り込むタイミングも変化するので、二つのピーク値の比較自体には何らの影響も与えない。

理想的には、正常状態においては１回転期間中の全てのピークのピーク値が一致する筈である。しかしながら、実際にはノイズの飛び込みやそのほかの様々な要因により、断線が生じていない場合であっても１回転期間中の一部のピークのピーク値が不一致となることがある。そのため、一度でも不一致があった場合に異常であるとの判定を下すようにしてしまうと、実際には正常であるにも拘わらず異常と判定される可能性がかなり高まる。そこで、断線判定部１１０では例えば、１回転期間中の一部ピークにピーク値不一致が生じている状態が所定の回転周期数だけ連続して発生したときに、初めて異常であると判定する。これにより、断線検知の正確性を高めることができる。なお、異常発生から異常検知までに若干の遅れが生じるものの、その遅れは小さく、またターボ分子ポンプではその遅れの間に実質的な問題が生じるわけではないので、上記のような検知の遅れは許容し得る。

断線等による欠相が生じ、図５（ｂ）に示したように直流電流検知信号の波形形状が変化すると、所定のタイミングで各遅延用レジスタ部１０１に新たに取り込まれる電流値データが大きく変化する。そのため、六個のピーク値判定部１００Ａ〜１００Ｆのうちの多くでピーク値不一致と判定されるようになり、断線判定部１１０は異常であると判定する。

上記のように第１断線検知処理を実行した結果、異常あり（断線あり）と判定されると（ステップＳ６でＹｅｓ）、制御部５は三相インバータ回路４から三相モータＭへの駆動電流の供給を一旦停止する（ステップＳ７）。但し、三相駆動電流の供給が停止されても三相モータＭ自体は直ちに停止するわけでなく慣性によって回転し続ける。その状態で、制御部５は第２断線検知用プログラム５４に従って上記ステップＳ２と同様の第２断線検知処理を実行する（ステップＳ８）。即ち、第１断線検知処理により断線ありと判定された場合にこれを確認するべく第２断線検知処理を実行するわけである。上述したように第２断線検知処理の実行時間は１秒程度であるから、この間に回転速度の低下は僅かである。

第１断線検知処理に続く第２断線検知処理を実行した結果でも、異常あり（断線あり）と判定されると（ステップＳ９でＹｅｓ）、三相インバータ回路４から三相モータＭへの駆動電流の供給を停止したまま、異常報知を実行する（ステップＳ１２）。やがて三相モータＭは停止する。

一方、第１断線検知処理に続く第２断線検知処理において異常なしと判定された場合には、実際には異常が無いにも拘わらず先の第１断線検知処理において何らかの要因により誤って異常ありとの誤検知がなされたものと判断し、三相インバータ回路４から三相モータＭへの駆動電流の供給を再開し（ステップＳ１０）ステップＳ４へと戻る。したがって、三相モータＭが通常の運転状態であるとき、具体的には、起動してから定常運転に至るまでの加速運転中や定常運転中に、第１断線実行処理は繰り返し実行されることになる。

なお、図４に示した断線判定部１１０における判定条件は適宜に変更可能である。例えば、上記のような検知の遅れが許容できないような目的、つまりは断線が起こると直ちに大きな問題を引き起こすような駆動対象である場合には、連続的なピーク値不一致状態を判定する回転周期数を少なくするか、或いは１回転期間においてピーク値不一致状態を検知しただけで異常であると判断するとよい。また、遅延用レジスタ部１０１の段数、つまりは比較される二つのピーク値を取得する時間差、も適宜に決めることができる。実際には、これらはプログラムの変更のみで対応が可能であるから、変更も容易であり大きなコストを要しない。

また、上記説明では、正常時に直流電流検知信号に現れる各ピークの最大値の一致／不一致を判定していたが、必ずしも最大値である必要はなく、各ピーク波形のいずれの位置の値を用いることもできることは明らかである。また、上述したように１回転期間中には六つのピークが現れるが、必ずしもその全てのピークのピーク値（又はそのほかの値）の一致／不一致を判定する必要もない。また、上記説明では、１回転期間中のピークの数の減少を判定していたが、１回転期間ではなく１／２回転期間、１／３回転期間等、１回転以外の回転に相当する期間中のピークの数を利用してもよいことも明らかである。

次に、第１及び第２断線検知処理の変形例を説明する。

図１０は第２断線検知処理の変形例である制御方法の説明図、図１１はこのときの電流の流れを示す図である。
図１０（ａ）に示すように駆動パターンを設定すれば図１１（ａ）に示すような経路で電流が流れる筈であるから、Ｒ相又はＳ相の配電線路に断線があった場合にはシャント抵抗３６に電流ｉが流れない。図１０（ｂ）に示すように駆動パターンを設定すれば図１１（ｂ）に示すような経路で電流が流れる筈であるから、Ｒ相又はＴ相の配電線路に断線があった場合にはシャント抵抗３６に電流ｉが流れない。したがって、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のいずれの配電線路が断線していても検知が可能である。もちろん、この場合には、駆動パターンは図６に記載した以外のいくつかのパターンが可能である。

図１２は第１断線検知処理の変形例によるブロック構成図、図１３は図１２の断線検知部の動作を説明するための波形図である。
この例では、断線検知部の機能は、アナログ回路とマイクロコンピュータ上の処理とにより達成される。即ち、シャント抵抗３６において得られた直流電流検知信号（電圧信号）は、抵抗器Ｒ１及びコンデンサＣ１からなる所定の時定数を有するＲＣフィルタ２００により平滑化されてコンパレータ２０１の一方の入力端に入力され、その他方の入力端には直流電流検知信号がそのまま入力される。ＲＣフィルタ２００の時定数を非常に大きくしておくことで、その出力Ｖrefは鋸波形状である直流電流検知信号の平均値付近に落ち着く。コンパレータ２０１はこの出力Ｖrefを基準として直流電流検知信号の大小を判定するから、鋸波形状の直流電流検知信号は二値パルス信号に変換され、その各パルスは直流電流検知信号のピークに対応したものとなる。

したがって、欠相がない正常時には三相モータＭの１回転期間中に六つの二値パルスが発生し、欠相が生じた異常時には１回転期間中に二つの二値パルスしか発生しない。マイクロコンピュータ２０２中に機能ブロックとして得られる計数部２０３は１回転周期中の二値パルスの数を計数し、その計数結果を断線判定部２０４に送る。断線判定部２０４は上記実施例の断線判定部１１０と同様に、例えば所定回転周期数だけ連続して計数値が二である（又は六でない）ことを検知したならば異常であると判定する。これにより、上記実施例と同様に、三相モータＭの駆動中に断線等による欠相を検知することができる。もちろん、図１２において計数部２０３や断線判定部２０４をハードウエア回路によって構成してもよい。

なお、上記実施例はいずれも本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲で、適宜に変更、修正又は追加を行えることは明らかである。

１…商用交流電源
２…整流回路
３…直流／直流変換回路
３１…スイッチング素子
３２…トランス
３３、３４…ダイオード
３５…コンデンサ
３６…シャント抵抗
３７…出力電圧検出部
４…三相インバータ回路
４１、４３、４５…高電圧側スイッチング素子
４２、４４、４６…低電圧側スイッチング素子
４７…インバータ駆動部
５…制御部
５１…ＣＰＵ
５２…駆動制御用プログラム
５３…第１断線検知用プログラム
５４…第２断線検知用プログラム
５５…異常時対応プログラム
６…表示器
１００Ａ〜１００Ｆ…ピーク値判定部
１０１…遅延用レジスタ部
１０２…コンパレータ部
１１０…断線判定部
１１１…異常処理部
２００…ＲＣフィルタ
２０１…コンパレータ
２０２…マイクロコンピュータ
２０３…計数部
２０４…断線判定部
Ｍ…三相モータ

Claims

商用交流電力を直流電力に変換する交流／直流変換手段と、該直流電力を三相交流電力に変換するために三相ブリッジ接続されたスイッチング素子を有するインバータ手段と、該インバータ手段の各相の高電圧側及び低電圧側のスイッチング素子のオン・オフを制御することで前記インバータ手段に接続された三相モータに三相駆動電流を供給し該三相モータを動作させる制御手段と、を具備する三相モータ駆動制御装置において、
a)前記インバータ手段に印加される直流電圧により該インバータ手段に流れる直流電流を検出する電流検出部、及び、前記三相モータに三相駆動電流を供給している状態で前記電流検出部により直流電流を検出し、その検出結果に基づいて、前記三相モータの所定回転に相当する期間中に繰り返し現れる電流波形のピークの数の変化を直接的又は間接的に検出することにより欠相の有無を判断する駆動時欠相判定部と、を含む第１断線検知手段と、
b)前記三相モータに三相駆動電流を供給しない状態で、前記インバータ手段に含まれる任意の一相の高電圧側のスイッチング素子をオンし他の二相の低電圧側のスイッチング素子をオンするとともにそれ以外のスイッチング素子をオフするという駆動パターンに従ったスイッチング素子の駆動を各相について順次実行する、又は、前記インバータ手段に含まれる互いに異なる相の高電圧側のスイッチング素子と低電圧側のスイッチング素子をオンするとともにそれ以外のスイッチング素子をオフするという駆動パターンに従ったスイッチング素子の駆動を二種以上の駆動パターンについて順次実行する断線検知用制御部、及び、該断線検知用制御部により異なる駆動パターンで以てスイッチング素子がオン・オフされる毎に前記電流検出部により電流が流れているか否かを判定し、電流が流れない駆動パターンが存在する場合に欠相があると判断する非駆動時欠相判定部と、を含む第２断線検知手段と、
を備え、前記三相モータに三相駆動電流を供給している状態で前記第１断線検知手段により欠相があると判定されたとき、該三相モータへの駆動電流の供給を一旦停止し、該三相モータが惰性によって回転している間に、前記第２断線検知手段により欠相の有無の判定を実行することで前記三相モータの内部配線や該三相モータへの配電線路の断線を検知して、該第２断線検知手段により欠相が無いと判定されたならば前記三相モータへの駆動電流の供給を再開することを特徴とする三相モータ駆動制御装置。
請求項１に記載の三相モータ駆動制御装置であって、
前記三相モータの起動時に該起動に先立って前記第２断線検知手段による欠相の有無の判定を実行し、欠相がないと判断されたならば該三相モータの起動を行うことを特徴とする三相モータ駆動制御装置。
請求項１又は２に記載の三相モータ駆動制御装置であって、
前記駆動時欠相判定部は、前記三相モータの所定回転に相当する期間において、欠相が無い場合に電流波形のピークが現れる所定のタイミングで直流電流の電流値を反映した信号を取得し、これを所定時間だけ遡った時点で得られた同タイミングに対する信号と比較し、その比較結果に基づいて欠相の有無を判断することを特徴とする三相モータ駆動制御装置。