KR100477122B1

KR100477122B1 - Stopping device and method of motor with magnetic bearing

Info

Publication number: KR100477122B1
Application number: KR1019970008405A
Authority: KR
Inventors: 히로유끼 시노자끼; 히로노부 야마자끼; 가스나리 나사
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 2005-07-11
Also published as: DE69714631T2; KR970067608A; DE69714631D1

Abstract

본 발명은 자기 베어링을 가진 모터의 정지 장치와 그 방법에 관한 것으로서, 접촉없이 자기 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된 로우터를 가지고, 주전원으로부터의 전력에 의해 동작 가능한 권선을 갖는 모터를 정지시키는 본 발명에 따른 방법은, 주전원 차단시 자기 베어링을 계속적으로 작동하기 위해 전력을 배터리전원으로부터 자기 베어링에 공급하는 단계와; 타이머에 의해 제어되는 각각의 시간에 상기 배터리 전원으로부터 상기 권선에 전력을 공급하여 상기모터를 제동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a stopper and a method for stopping a motor with a magnetic bearing, the invention having a rotor rotatably supported by a magnetic bearing without contact and for stopping a motor having a winding operable by electric power from a main power source. The method according to the present invention comprises the steps of: supplying power from a battery power source to a magnetic bearing to continuously operate the magnetic bearing when the main power is interrupted; And braking the motor by powering the windings from the battery power source at each time controlled by a timer.

Description

Stopping method and method of motor with magnetic bearing

본 발명은 자기 베어링을 가진 모터의 정지 장치와 그 방법에 관한 것으로서, 특히 동력공급이 차단된 경우 등의 위급한 경우에, 접촉 없는 자기 베어링에 의해 회전 가능하게 부양되고 지지되는 로우터를 가진 모터의 정지 장치와 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stopper and a method of a motor with a magnetic bearing, and more particularly to a motor having a rotor rotatably supported and supported by a magnetic bearing without contact, in case of emergency, such as when power supply is cut off. A stop device and a method thereof.

상술된 모터는 반도체 웨이퍼용 스핀 드라이어, 먼지 없는 반도체 웨이퍼의 회전도구가 채용하고 있는 CVD(화학증기침착)장치와 같은 반도체 제조장치에 주로 사용된다. 또한, 상기와 같은 모터는 예를 들면, 터보-분자펌프, 압축기, 터빈, 기계도구의 주축(spindle)의 회전기구에 바람직하게 활용된다.The motors described above are mainly used in semiconductor manufacturing apparatuses such as spin dryers for semiconductor wafers and chemical vapor deposition (CVD) apparatuses employing rotary tools for dust-free semiconductor wafers. In addition, such a motor is preferably utilized in, for example, a rotating mechanism of a spindle of a turbo-molecular pump, a compressor, a turbine, and a tool.

최근, 전자석의 자기 인력 하에서 모터의 로우터를 접촉 없이 부양하고 지지하는 자기 베어링의 광범위한 사용이 알려져 있다. 로우터가 자기 베어링으로 지지된 모터는 베어링의 보수가 필요 없고, 높은 속도로 회전할 수 있고, 로우터에 접촉 없는 상태가 유지되어 베어링의 마모가 없기 때문에 소음이 적고, 윤활유를 필요로 하지 않는다.Recently, widespread use of magnetic bearings for supporting and supporting the rotor of a motor without contact under the magnetic attraction of the electromagnet is known. The motor, in which the rotor is supported by the magnetic bearing, requires no maintenance of the bearing, can rotate at high speed, remains in contact with the rotor, and there is no wear of the bearing, so it is low in noise and does not require lubricant.

이와 같은 자기 베어링은 상업용 AC 전원(주전원)이 차단되는 위급한 경우에 사용하기 위하여 배터리 전원을 주로 장착한다. 상업용 AC 전원이 AC 전력 공급에 실패할 경우, 로우터를 접촉 없이 부양하고 지지하는 자기 베어링을 계속적으로 작동하기 위해 배터리 전원이 켜진다.Such magnetic bearings are mainly equipped with battery power for use in emergency cases where commercial AC power (main power) is interrupted. If commercial AC power fails to supply AC power, the battery power is turned on to continuously operate the magnetic bearings that support and support the rotor without contact.

만일 로우터가 자기 베어링에 의해 회전 가능하게 부양되고 지지된 모터가 유도모터(induction motor)라면, 모터의 권선은, 3상 상업용 AC전원으로부터 3상 AC 동력을 공급받는 인버터등과 같은 주파수/전압 변환기로부터 AC 전력을 공급받는다. 인버터는 3상 AC 전력을 DC 전력으로 정류한 후, DC 전력으로부터 AC 전력을 발생시키고, AC 전력을 모터의 권선으로 공급한다. 지금까지는, 3상 상업용 AC 전원이 고장난 경우, 대개 3상 상업용 AC 전원에서 배터리 전원으로 전환하여, 배터리로부터 공급되는 AC 전력으로 유도모터를 계속 동작시킬 수 있도록 인버터에 에너지를 공급해왔다. 많은 경우에, AC 전력으로부터 인버터에 의해 생성된 DC 전력은 배터리 전원의 DC 전압에 가까운 DC 전압을 갖는다.If the rotor is rotatably supported by a magnetic bearing and the supported motor is an induction motor, the windings of the motor are frequency / voltage converters, such as inverters that receive three-phase AC power from a three-phase commercial AC power source. AC power is supplied from the The inverter rectifies the three-phase AC power into DC power, generates AC power from the DC power, and supplies AC power to the windings of the motor. Until now, in the event of a three-phase commercial AC power failure, the inverter has usually been energized to switch from three-phase commercial AC power to battery power and continue to operate the induction motor with AC power supplied from the battery. In many cases, the DC power generated by the inverter from AC power has a DC voltage close to the DC voltage of the battery power source.

모터의 성능을 향상시키기 위해, 예를 들어, 모터가 가속되는 비율을 증가시키기 위해서는, 전원을 공급받는 모터의 전압을 증가시키는 편이 바람직하다. 일반적으로, 때로는 상업용 전원 전압에 상당하는 전압을 모터에 인가하기도 했다. 범용 인버터는 대체로 전원차단의 경우를 대비하여 모터를 백업하는 기능을 갖지 않는다.In order to improve the performance of the motor, for example, to increase the rate at which the motor is accelerated, it is desirable to increase the voltage of the powered motor. In general, sometimes a voltage corresponding to a commercial supply voltage was applied to a motor. General-purpose inverters usually do not have the ability to back up the motor in case of a power failure.

첨부된 도면의 도 1은 자기 베어링을 가진 모터로 전력을 공급하는 종래의 일반적인 장치를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 자기 베어링 케이블(3)과 모터 케이블(5)은, 로우터가 자기 베어링에 의해 회전 가능하게 부양되고 지지된 유도모터(1)에 연결되어 있다. 자기 베어링케이블(3)과 모터케이블(5)은 제어콘솔(7)을 통해 3상의 200-V 상업용 AC 전원에 연결되어 있다. 제어콘솔(7)은 상업용 AC 전원에 연결된 자기 베어링제어기(2)를 가지고 있고, 이 제어기는 목표지점에서 로우터에 접촉하지 않고 로우터를 부양하고 지지하는 자기 베어링을 제어하기 위해 자기 베어링케이블(3)을 통해 자기 베어링 제어전류를 공급한다. 제어콘솔(7) 또한 상업용 AC전원에 연결된 범용 인버터등과 같은 주파수/전압 변환기를 구비한 모터구동기(4)를 가지고 있다. 모터구동기(4)는 소정의 속도로 모터(1)를 동작시키기 위해, 소정의 주파수/전압 을 가진 전력을 모터케이블(5)을 통해 공급한다. 자기 베어링 제어기(2)는 48-V, 2.2-Ahr 배터리 같은 배터리전원(DC 전원)(6)에 의해 백업되어 있다. 상업용 AC전원이 차단될 때, 배터리전원(6)은 자기 베어링제어기(2)가 계속적으로 자기 베어링을 동작시킬 수 있도록 자기 베어링제어기(2)에 DC 전력을 공급한다.1 of the accompanying drawings shows a conventional general apparatus for powering a motor with a magnetic bearing. As shown in FIG. 1, the magnetic bearing cable 3 and the motor cable 5 are connected to an induction motor 1 in which the rotor is rotatably supported and supported by the magnetic bearing. The magnetic bearing cable (3) and motor cable (5) are connected to a three-phase 200-V commercial AC power supply via a control console (7). The control console (7) has a magnetic bearing controller (2) connected to a commercial AC power source, which controls the magnetic bearing cable (3) to control the magnetic bearings that support and support the rotor without contacting the rotor at the target point. Supply the magnetic bearing control current through The control console 7 also has a motor driver 4 with a frequency / voltage converter such as a general-purpose inverter connected to a commercial AC power source. The motor driver 4 supplies electric power having a predetermined frequency / voltage through the motor cable 5 to operate the motor 1 at a predetermined speed. The magnetic bearing controller 2 is backed up by a battery power source (DC power source) 6 such as a 48-V, 2.2-Ahr battery. When the commercial AC power is cut off, the battery power supply 6 supplies DC power to the magnetic bearing controller 2 so that the magnetic bearing controller 2 can continuously operate the magnetic bearing.

만일 유도모터(1)가 동작하는 동안 상업용 AC 전원이 차단되더라도 자기 베어링은 배터리 전원(6)에서 공급되는 DC 전원에 의해 계속적으로 작동된다. 그러나, 모터구동기(4)가 더 이상 상업용 AC 전원으로부터 AC 동력을 공급받지 못하기 때문에, 유도모터(1)의 로우터는 자주상태(free running condition)에서 회전한다. 자기 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된 로우터는 일반적으로 적어도 수천 rpm의 높은 속도로 회전한다. 로우터가 자기 베어링과 접촉 없이 자기적으로 지지되기 때문에, 로우터는 어떤 마찰력이나 감속됨을 받지 않는다. 따라서, 로우터가 정지하기까지는, 때로는 수 십분의 긴 시간이 요구된다. 이러한 로우터의 계속된 회전은, 전원차단에 기인한 모터부하의 셧다운(shutdown)에 관계없이, 2차 사고를 가져올 가능성도 있다.If the commercial AC power is cut off while the induction motor 1 is operating, the magnetic bearing is continuously operated by the DC power supplied from the battery power 6. However, since the motor driver 4 is no longer supplied with AC power from a commercial AC power source, the rotor of the induction motor 1 rotates in a free running condition. Rotors rotatably supported by magnetic bearings generally rotate at high speeds of at least thousands of rpm. Since the rotor is magnetically supported without contact with the magnetic bearings, the rotor is not subject to any friction or deceleration. Therefore, sometimes a few tens of minutes are required before the rotor stops. Such continuous rotation of the rotor may lead to secondary accidents regardless of the shutdown of the motor load due to power interruption.

본 발명의 목적은 자기 베어링을 가진 모터를, 모터에 전기 에너지를 공급하는 상업용 AC 전원이 차단된 직후 비교적 짧은 시간 이내에 정지시키는 방법과 장치를 마련하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for stopping a motor with magnetic bearings within a relatively short time immediately after the commercial AC power supplying electrical energy to the motor is shut off.

본 발명에 의하면, 로우터와 접촉하지 않는 자기 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된 로우터를 가지며 주전원으로부터의 전기력에 의해 일반적으로 전압을 가할 수 있는 권선을 구비하고 있는 모터를 정지시키는 방법을 제공하며, 이 방법은 주전원 차단상태에서도 자기 베어링을 계속적으로 동작시킬 수 있도록 배터리 전원에서 자기 베어링으로 전기력을 공급하는 단계와; 모터의 권선에서부터 주전원을 단절시키는 단계와; 배터리 전원에서 모터의 권선으로 전기력을 공급하는 모터를 정지시키기는 단계를 포함한다.According to the present invention, there is provided a method of stopping a motor having a rotor rotatably supported by a magnetic bearing that is not in contact with the rotor and having a winding capable of applying a voltage generally by an electric force from a mains power source. The method includes the steps of supplying electrical power from the battery power source to the magnetic bearing so that the magnetic bearing can be continuously operated even in the state of main power interruption; Disconnecting main power from the winding of the motor; Stopping the motor supplying electrical force from the battery power source to the windings of the motor.

주전원이 권선으로부터 끊기고 타이머에 의해 제어되는 각각의 시간에 배터리 전원에서 권선으로 전력이 공급된다.The mains power is disconnected from the windings and powered from the battery supply to the windings at each time controlled by a timer.

대안적으로, 주전원은 권선으로부터 끊기고 주전원의 차단을 나타내는 신호에 응답하여 스위칭제어기에 의해 전기력이 배터리 전원에서 권선으로 공급된다.Alternatively, the main power is disconnected from the windings and electrical power is supplied from the battery power to the windings by the switching controller in response to a signal indicative of the interruption of the main power.

배터리 전원에서 권선으로 공급되는 전기력의 전압은 배터리전원에 연결된 전압조정기에 의해 변화될 수 있다.The voltage of the electric force supplied from the battery power source to the winding can be changed by a voltage regulator connected to the battery power source.

본 발명에 의하면, 로우터와 접촉이 없고 통상적으로는 주전원에 의해 공급 받는 전기력에 의해 발생되는 제어전류에 의해 작동되는 자기 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된 로우터를 가지고 있고 주전원 차단시 주전원에 의해 동작 가능한 모터를 정지시키는 방법이 제공되는데, 상기 방법은 자기 베어링을 계속 동작시킬 수 있게 자기 베어링에 배터리 전력을 공급하는 단계와; 주전원을 모터의 권선에서부터 단절시키는 단계와; 배터리 전력을 모터의 권선으로 공급하여 모터를 정지시키는 단계를 포함한다.According to the present invention, there is a rotor which is rotatably supported by a magnetic bearing which is not in contact with the rotor and is normally operated by a control current generated by an electric force supplied by the main power source, and is operable by the main power source when the main power supply is cut off. A method is provided for stopping a motor, the method comprising: supplying battery power to a magnetic bearing such that the magnetic bearing can continue to operate; Disconnecting main power from the winding of the motor; Supplying battery power to the windings of the motor to stop the motor.

본 발명에 의하면, 로우터와 접촉하지 않는 자기 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된 로우터를 가지며 주전원으로부터의 전기력에 의해 정상적으로 에너지를 공급받는 권선을 구비하는 모터를 정지시키는 장치가 또 제공되는데, 상기 장치는 주전원으로부터의 전기력으로 모터의 권선에 에너지를 공급하기 위한 모터구동기와; 주동력 차단시 상기 모터 및 자기 베어링에 전기력을 공급하는 배터리전원과, 배터리 전원에서 모터의 권선과 자기 베어링으로 전기력을 공급하는 시간을 제어하는 스위칭제어기를 포함한다.According to the present invention there is further provided an apparatus for stopping a motor having a rotor rotatably supported by a magnetic bearing that does not contact the rotor and having a winding that is normally energized by an electrical force from a mains power source. A motor driver for supplying energy to the winding of the motor with electric force from the main power source; The battery power supply for supplying electric power to the motor and the magnetic bearing when the main power is interrupted, and a switching controller for controlling the time to supply the electric power to the winding and the magnetic bearing of the motor from the battery power.

스위칭제어기는 시간을 제어하기 위한 타이머를 가지고 있다.The switching controller has a timer to control the time.

대안적으로, 상기 장치는 또한 주동력차단을 검출하기 위한 검출기를 가지고 있으며, 스위칭제어기는 검출기로부터의 신호에 응답하는 시간을 제어하기 위한 수단을 포함한다.Alternatively, the apparatus also has a detector for detecting main power interruption, and the switching controller comprises means for controlling the time in response to the signal from the detector.

상기 장치는 또한 주전원의 차단시에 배터리전원으로부터 권선으로 공급되는 전력의 전압을 조절하기 위해 배터리전원에 연결된 전압조절기를 더욱 포함한다.The apparatus also further includes a voltage regulator coupled to the battery power source to regulate the voltage of the power supplied from the battery power source to the windings upon interruption of the main power source.

대개 상업용 AC 전원인 주전원이 차단되면, 배터리전원으로부터의 전기력이모터의 권선으로 공급된다. 직류가 권선을 따라 흐르기 때문에, 권선은 로우터에 제동력을 적용하는 DC 자기장을 발생한다. 따라서 로우터는 DC 제동모드에서 급정거를 가져올 수 있다.When the main power source, usually commercial AC power, is shut off, electric power from the battery power is supplied to the windings of the motor. Because direct current flows along the winding, the winding generates a DC magnetic field that applies a braking force to the rotor. Thus, the rotor can cause a sudden stop in DC braking mode.

주동력 차단시 배터리전원에서 모터의 권선으로 전력을 공급하는 것은 타이머에 의해 조절된다. 로우터가 정지한 이후, 모터의 권선은 배터리전원으로부터 즉시 단절되며, 배터리전원의 전력을 낭비하지 않고, 주동력으로 연결된다. 모터는 주전원이 회복될 때 즉시 가동될 수 있다.The supply of power from the battery source to the windings of the motor during main power interruption is controlled by a timer. After the rotor stops, the winding of the motor is immediately disconnected from the battery power source and connected to main power without wasting the power of the battery power source. The motor can be started immediately when main power is restored.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 본 발명을 예시하는 바람직한 실시예를 보여주는 첨부도면과 후술되는 설명을 통해 명백한 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments illustrating the present invention and the following description.

도 2는 본 발명이 적용된 자기 베어링을 갖는 모터에 전력을 공급하는 장치를 블록형태로 도시한다. Figure 2 shows in block form a device for powering a motor having a magnetic bearing to which the present invention is applied.

도 2에 도시된 바와 같이, 이 장치는 유도모터(1)와 제어콘솔(7)사이에 연결된 자기 베어링케이블(3)을 가지며, 모터케이블(5A)은 유도모터(1)와 스위칭제어기(10)사이에 연결되고, 모터케이블(5B)은 스위칭제어기(10)와 제어콘솔(7)사이에 연결된다. 유도모터(1)는 자기 베어링에 의해 로우터에 접촉없이 회전 가능하게 부양되고 자기적으로 지지된 로우터를 갖는다. 제어콘솔(7)은 3상 200-V 상업용 AC전원에 연결되며 자기베어링 케이블(3)을 통해 자기 베어링 제어전류를 공급하여 목표지점에서 접촉없이 로우터를 부양하고 지지하여 자기 베어링을 제어하는 자기 베어링제어기(2)를 갖는다. 제어콘솔(7)은 또한 상업용 AC 전원에 연결된 범용 인버터 등의 주파수/전압 변환기를 포함하는 모터구동기(4)를 갖는다. 모터구동기(4)는 모터케이블(5B)에 의해 스위칭제어기(10)에 연결되어 있다. 모터구동기(4)는 소정의 주파수/전압을 가진 전력을 공급하여 모터(1)를 소정의 속도로 동작시킨다. 자기 베어링제어기(2)는 48V, 2.2 Ahr 배터리등의 배터리전원(DC 전원)에 의해 백업되어 있다. 상업용 AC전원이 차단되면, 배터리전원(6)은 자기 베어링제어기(2)에 DC 전력을 공급하여 자기 베어링제어기(2)가 계속적으로 자기 베어링을 작동시키는 것을 가능하게 한다. 배터리전원(6)은 또한 케이블(12)에 의해 스위칭제어기(10)에 연결되어 있다. 전원차단검출신호선(11)은 자기 베어링제어기(2)와 스위칭제어기(10)사이에 연결되어 있다. 상업용 AC전원이 차단되면, 전원차단검출신호는 자기 베어링제어기(2)로부터 스위칭제어기(10)로 공급되어 케이블(12)을 상기 모터케이블(5A)에 연결하도록 상기 스위칭제어기(10)를 작동시킨다. 스위칭제어기(10)는 상업용 AC전원이 정상작동상태에 있는 동안 모터케이블(5A,5B)을 서로 연결한다.As shown in FIG. 2, the apparatus has a magnetic bearing cable 3 connected between the induction motor 1 and the control console 7, and the motor cable 5A has the induction motor 1 and the switching controller 10. ), And the motor cable 5B is connected between the switching controller 10 and the control console (7). The induction motor 1 has a rotor that is rotatably supported and magnetically supported without contacting the rotor by a magnetic bearing. The control console (7) is connected to a three-phase 200-V commercial AC power supply and supplies a magnetic bearing control current through the magnetic bearing cable (3) to support and support the rotor without contact at the target point to control the magnetic bearing. Has a controller 2. The control console 7 also has a motor driver 4 comprising a frequency / voltage converter such as a general-purpose inverter connected to a commercial AC power source. The motor driver 4 is connected to the switching controller 10 by a motor cable 5B. The motor driver 4 supplies electric power having a predetermined frequency / voltage to operate the motor 1 at a predetermined speed. The magnetic bearing controller 2 is backed up by a battery power supply (DC power supply) such as a 48V, 2.2 Ahr battery. When the commercial AC power is cut off, the battery power supply 6 supplies DC power to the magnetic bearing controller 2 so that the magnetic bearing controller 2 can continuously operate the magnetic bearing. The battery power source 6 is also connected to the switching controller 10 by a cable 12. The power interruption detection signal line 11 is connected between the magnetic bearing controller 2 and the switching controller 10. When the commercial AC power is cut off, a power cut detection signal is supplied from the magnetic bearing controller 2 to the switching controller 10 to operate the switching controller 10 to connect the cable 12 to the motor cable 5A. . The switching controller 10 connects the motor cables 5A and 5B to each other while the commercial AC power is in a normal operating state.

상업용 AC전원이 정상상태에 있는 동안, 자기 베어링제어기(2)는 상업용 AC 전원에서 공급된 AC 전력으로부터 자기 베어링을 제어하기 위해 제어전류를 발생시키고, 자기 베어링케이블(3)을 통해 제어전류를 자기 베어링으로 공급한다. 스위칭제어기(10)는 모터케이블 (5A,5B)을 서로 연결하기 때문에, 모터구동기(4)에 의해 발생된 변환된 주파수/전압을 갖는 AC 전력은 모터케이블(5B), 스위칭제어기(10) 및 케이블(5A)을 통해 유도모터(1)의 권선으로 공급된다.While the commercial AC power is in a steady state, the magnetic bearing controller 2 generates a control current to control the magnetic bearing from the AC power supplied from the commercial AC power, and generates a control current through the magnetic bearing cable 3. Supply to the bearing. Since the switching controller 10 connects the motor cables 5A and 5B to each other, the AC power having the converted frequency / voltage generated by the motor driver 4 is connected to the motor cable 5B, the switching controller 10 and It is supplied to the winding of the induction motor 1 via the cable 5A.

상업용 AC전원이 차단상태일 때, 전원차단검출기(7a)는 자기베어링제어기(2)에 전원차단검출신호를 보낸다. 상기 전원차단검출신호에 응답하여, 자기 베어링제어기(2)내의 제어박스는 상업용 전원에서 배터리 전원(6)으로 전환하여 자기 베어링을 계속적으로 작동시킨다. 전원차단검출신호는 또한 전원차단검출신호선(11)을 통해 자기 베어링제어기(2)로부터 스위칭제어기(10)로 보내진다. 전원차단검출신호에 응답하여, 스위칭제어기(10)는 모터케이블(5A)을 케이블(12)에 연결하고 모터케이블(5B)을 모터케이블(5A)로부터 연결을 끊는다. 따라서, 배터리전원(6)으로부터의 DC 전력은 케이블(12), 스위칭제어기(10) 및 모터케이블(5A)을 통해 유도모터(1)의 권선으로 공급된다.When the commercial AC power is cut off, the power cutoff detector 7a sends a power cut detection signal to the magnetic bearing controller 2. In response to the power cut detection signal, the control box in the magnetic bearing controller 2 switches from a commercial power source to a battery power source 6 to continuously operate the magnetic bearing. The power cutoff detection signal is also sent from the magnetic bearing controller 2 to the switching controller 10 via the power cutoff detection signal line 11. In response to the power cut detection signal, the switching controller 10 connects the motor cable 5A to the cable 12 and disconnects the motor cable 5B from the motor cable 5A. Therefore, DC power from the battery power source 6 is supplied to the winding of the induction motor 1 through the cable 12, the switching controller 10 and the motor cable 5A.

도 3은 스위칭제어기(10)의 내부구조를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스위칭제어기(10)는 스위칭릴레이(20, 21)를 갖는다. 스위칭릴레이(20)는 정상폐쇄형이고, 스위칭릴레이(21)는 정상개방형이다. 상업용 AC 전원이 정상작동상태에 있는 동안, 스위칭릴레이(20)는 폐쇄되며, 즉 모터케이블(5B)의 U, V, W 단자를 모터케이블(5A)의 각각의 U, V, W 단자에 연결한다. 따라서, 모터구동기(4)로부터의 AC 전력은 모터케이블(5B), 스위칭릴레이(20) 및 모터케이블(5A)을 통해 유도모터(1)의 권선으로 공급된다. 상업용 AC 전원이 차단상태일 때, 전원차단검출신호는 전원차단검출신호선(11)에서 제어박스(24)로 적용된다. 제어박스(24)는 신호선(22)을 통해 제어신호를 보내어 스위칭릴레이(20)를 개방하며, 즉 모터케이블(5B)의 각각의 U, V, W 단자로부터 모터케이블(5A)의 U, V, W 단자의 연결을 단절시킨다.3 shows the internal structure of the switching controller 10. As shown in FIG. 3, the switching controller 10 has switching relays 20 and 21. The switching relay 20 is normally closed, and the switching relay 21 is normally open. While the commercial AC power is in normal operation, the switching relay 20 is closed, i.e. connecting the U, V and W terminals of the motor cable 5B to the respective U, V and W terminals of the motor cable 5A. do. Therefore, AC power from the motor driver 4 is supplied to the winding of the induction motor 1 through the motor cable 5B, the switching relay 20 and the motor cable 5A. When the commercial AC power is cut off, the power cut detection signal is applied from the power cut detection signal line 11 to the control box 24. The control box 24 sends a control signal via the signal line 22 to open the switching relay 20, i.e., U, V of the motor cable 5A from each of the U, V, and W terminals of the motor cable 5B. Disconnect the W terminal.

스위칭릴레이(21)는 상업용 AC전원이 정상작동상태에 있는 동안 개방한다. 전원차단검출신호가 제어박스(24)에 적용될 때, 제어박스(24)는 신호선(23)을 통해 제어신호를 보내 스위칭릴레이(21)를 폐쇄하고, 모터케이블(5A)의 U, V, W 단자를 전압조정기(25)에 연결시킨다. 전압조정기(25)는 케이블(12)을 통해 배터리전원(6)으로부터의 DC 전력이 공급되고, 제어박스(24)에 의해 지시된 전압으로 상기 공급되는 DC 전력의 전압을 증감하며, 유도모터(1)에 대해 조정된 DC 전력을 스위칭릴레이(21)와 모터케이블(5A)를 통해 유도모터(1)의 권선으로 공급한다. DC 전력이 공급될 때, 유도모터(1)는 기술되는 바와 같이 제동된다.The switching relay 21 opens while the commercial AC power source is in a normal operating state. When the power cutoff detection signal is applied to the control box 24, the control box 24 sends a control signal through the signal line 23 to close the switching relay 21, and U, V, W of the motor cable 5A. The terminal is connected to the voltage regulator 25. The voltage regulator 25 is supplied with DC power from the battery power source 6 through the cable 12, increases or decreases the voltage of the supplied DC power to the voltage indicated by the control box 24, and induction motor ( DC power adjusted for 1) is supplied to the winding of the induction motor 1 through the switching relay 21 and the motor cable 5A. When DC power is supplied, the induction motor 1 is braked as described.

전압조정기(25)는 모터케이블(5A)의 V와 W 단자에 각각 연결될 수 있는 양과 음의 출력단자를 갖고, 양의 단자는 선(27)을 통해 케이블(5A)의 U 단자로 연결된다. 그러나 유도모터(1)는 선(27)이 없어도 충분히 제동될 수 있다. 만일 스위칭제어기(10)가 그것의 회로구성에 있어 단순화 되어야만 할 때에는, 선(27)은 없어도 된다.The voltage regulator 25 has a positive and negative output terminal that can be connected to the V and W terminals of the motor cable 5A, respectively, and the positive terminal is connected to the U terminal of the cable 5A through the line 27. However, the induction motor 1 can be sufficiently braked even without the line 27. If the switching controller 10 has to be simplified in its circuit configuration, the line 27 may be omitted.

도 4는 본 발명에 따른 일반적인 자주모드와 DC 제동모드의 전원차단시 자기베어링을 가진 모터의 정지방법을 도시하는 그래프이다. 도 4에 도시된 그래프는 전원차단으로부터 경과된 시간(초)을 나타내는 수평축과, 모터의 회전속도 N(rpm)을 나타내는 수직축을 갖는다. 곡선(a)은 일반적인 자주모드에서의 전원차단시 모터가 정지되는 방법을 나타낸다. 곡선(b)은 모터가 공급된 DC 전력에 의해 제동되는 DC 제동모드에서의 전원차단시 모터가 정지되는 방법을 나타낸다. 곡선(a)에 의해 지시된 자주모드에 따르면, 모터의 로우터는 접촉없이 자기 베어링에 지지되기 때문에, 로우터는 통상의 기계적인 베어링에 의해 가지는 마찰력 또는 미끄러짐힘을 받지 않는다. 따라서, 로우터는 자주상태에서 회전한다. 만일 전원차단전의 로우터의 회전속도가 예를들면 대략 20000rpm이면, 로우터가 정지하기 전까지는, 적어도 3000초 정도의 긴 시간이 걸린다. 곡선(b)에 의해 지시되는 DC 제동모드에 따르면, 모터의 권선은 전원차단이 검출될 때 DC 전력이 공급된다. DC 전류는 모터의 권선을 통해 흐르기 때문에, 모터의 제동력을 인가하는 DC 자기장을 발생시킨다. DC 제동모드에서, 예를들어 20000rpm 의 높은 속도의 회전으로부터, 약 30초 이내의 급정지를 할 수 있다.4 is a graph illustrating a method of stopping a motor having a magnetic bearing when a power supply is turned off in a general self-driving mode and a DC braking mode according to the present invention. The graph shown in FIG. 4 has a horizontal axis indicating the time (seconds) elapsed from the power cut off and a vertical axis indicating the rotational speed N (rpm) of the motor. Curve (a) shows how the motor is stopped when the power is turned off in the general autonomous mode. Curve (b) shows how the motor is stopped when the power is cut in the DC braking mode in which the motor is braked by the supplied DC power. According to the self-propelled mode indicated by the curve (a), since the rotor of the motor is supported by the magnetic bearing without contact, the rotor is not subjected to the frictional force or the sliding force which is obtained by a conventional mechanical bearing. Thus, the rotor rotates in an autonomous state. If the rotational speed of the rotor before power interruption is, for example, approximately 20000 rpm, it takes a long time of at least 3000 seconds before the rotor stops. According to the DC braking mode indicated by the curve b, the winding of the motor is supplied with DC power when a power cut is detected. Since the DC current flows through the windings of the motor, it generates a DC magnetic field that applies the braking force of the motor. In the DC braking mode, a sudden stop within about 30 seconds can be achieved, for example, from a high speed rotation of 20000 rpm.

도 5는 다양한 DC 전압의 DC 제동모드에서 전원고정시 자기 베어링을 가진 모터의 정지방법을 도시한다. 도 5에 도시된 그래프는 전원차단 후 경과된 시간(초)을 나타내는 수평축과, 모터의 회전속도 N(rpm)을 나타내는 수직축을 가진다. 전원차단은 로우터가 5000rpm의 속도로 회전하는 동안 발생한다. 전원차단시, 로우터는 DC 제동모드에서 모터의 권선에 적용되는 각각의 48V, 36V, 24V, 12V 의 DC 전압이 나타내는 곡선(a), (b), (c), (d) 에 따라 제동하여 정지한다. DC 전압이 적용되지 않을 때, 로우터는 곡선(e)이 지시하는 자주상태에서 활강하여 정지한다. 제 5도로부터 만일 전원차단시 스위칭제어기(10)에 있는 전압조정기(25)에 의해 유도모터(1)의 권선에 적용된 DC 전압이 변하게 된다면 유도모터(1)에서의 제동효과는 매우 다양하게 보일 수도 있다. 권선에 적용된 DC 전압이 48V로 높으면, 모터는 수천 rpm의 속도에서 10초 이내에 정지할 수 있게 된다. 이런 제동능력은 곡선(e)에 따라 자주모드에서 모터의 활강과는 매우 다르다.5 shows a method of stopping a motor with a magnetic bearing when the power is fixed in the DC braking mode of various DC voltages. The graph shown in FIG. 5 has a horizontal axis indicating a time elapsed after power off and a vertical axis indicating a rotational speed N (rpm) of the motor. Shutdown occurs while the rotor is rotating at 5000 rpm. When the power is turned off, the rotor is braked according to the curves (a), (b), (c) and (d) indicated by the DC voltages of 48V, 36V, 24V and 12V applied to the windings of the motor in the DC braking mode. Stop. When no DC voltage is applied, the rotor glides and stops in the free state indicated by curve e. From FIG. 5, if the DC voltage applied to the winding of the induction motor 1 is changed by the voltage regulator 25 in the switching controller 10 when the power is cut off, the braking effect in the induction motor 1 may be varied. It may be. If the DC voltage applied to the windings is as high as 48V, the motor can stop within 10 seconds at a speed of thousands of rpm. This braking capability is very different from the motor's sliding in autonomous mode according to curve (e).

도 6은 스위칭제어기(10)안에 있는 제어박스(24)에서의 스위칭시간제어유닛을 블록형태로 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이 스위칭시간제어유닛은 도 3에 도시된 스위칭릴레이(20), (21)에 전압을 가하게 한다. 스위칭시간제어유닛은 전원차단검출신호선(11)에 연결된 입력단자를 가지고 있다. 스위칭시간제어유닛은 또한 아래 후술하는 바와 같이 스위칭릴레이(20), (21)의 개방과 폐쇄의 다양한 조합으로 작동하는 타이머(30), (31), (32)를 가지고 있다. 타이머(30)는 스위칭릴레이(21)에 연결된 릴레이(34)에 연결된 출력단자를 가지고 있는 AND게이트(33)의 입력단자에 연결되어 있는 출력단자를 가지고 있다. 타이머(31)는 인버터(37)를 통해 AND게이트(33)의 다른 입력단자에 연결된 출력단자를 가지고 있다. 타이머(32)는 스위칭릴레이(20)와 연결된 릴레이(38)에 연결된 출력단자를 가지고 있는 AND게이트(36)의 입력단자에 인버터(37)를 통하여 연결된 출력단자를 가지고 있다. 전원차단검출신호선(11)은 타이머(30),(31),(32)의 입력단자와 연결되어 있고 또한 AND게이트(36)의 또다른 입력단자와도 연결되어 있다.6 shows in block form the switching time control unit in the control box 24 in the switching controller 10. As shown in FIG. 6, the switching time control unit applies a voltage to the switching relays 20 and 21 shown in FIG. The switching time control unit has an input terminal connected to the power cutoff detection signal line 11. The switching time control unit also has timers 30, 31 and 32 which operate in various combinations of opening and closing of the switching relays 20 and 21 as described below. The timer 30 has an output terminal connected to an input terminal of an AND gate 33 having an output terminal connected to a relay 34 connected to the switching relay 21. The timer 31 has an output terminal connected to the other input terminal of the AND gate 33 through the inverter 37. The timer 32 has an output terminal connected through the inverter 37 to an input terminal of the AND gate 36 having an output terminal connected to the relay 38 connected to the switching relay 20. The power interruption detection signal line 11 is connected to the input terminals of the timers 30, 31 and 32, and is also connected to another input terminal of the AND gate 36.

도 7은 도 6에 도시된 스위칭시간제어유닛에 따른 스위칭시간패턴을 도시한다. 도 7의 도시된 바와 같이, "H"로 표시된 전원차단검출신호가 전원차단검출신호선(11)에서부터 입력되었을 때, 모든 타이머 (30), (31), (32)는 시간을 측정하기 시작하지만 꺼진 상태로 남아있는다. 전원차단검출신호와 인버터(37)로부터의 출력신호는 릴레이(38)를 작동하기 위한 출력신호를 AND게이트(36)로 하여금 인가하도록 하여, 모터구동기(4)로부터 모터케이블(5B)의 연결을 단절시킬 수 있도록 스위칭릴레이(20)를 개방한다. 전원차단검출신호가 입력된 후 타이머(30)가 제한시간에 도달하였을 때, 타이머(30)는 켜진다. 타이머(31)가 꺼진 상태로 남아있기 때문에, 타이머(30)로부터의 출력신호와 인버터(35)로부터의 출력신호는 AND게이트(33)로 하여금 릴레이(34)를 켜기 위한 출력신호를 인가하게 하고, 스위칭릴레이(21)를 폐쇄한다. 이제, 배터리전원(6)으로부터의 DC 전력은 전압조정기(25), 스위칭릴레이(21), 모터케이블(5A)을 통해 유도모터(1)의 권선으로 공급된다. 따라서, 유도모터(1)는 DC 제동모드에서 급정거로 제동된다. 유도모터(1)가 전원차단 같은 위급상황의 개시이후 최대한 10초 정도 이내에 정지될 수가 있으므로, 유도모터(1)를 포함하는 시설이나 공장설비의 안전은 증대될 수 있다.FIG. 7 shows a switching time pattern according to the switching time control unit shown in FIG. 6. As shown in Fig. 7, when the power cut detection signal indicated by " H " is input from the power cut detection signal line 11, all the timers 30, 31 and 32 start to measure time. Remains off The power cutoff detection signal and the output signal from the inverter 37 cause the AND gate 36 to apply an output signal for operating the relay 38 to disconnect the connection of the motor cable 5B from the motor driver 4. Open the switching relay 20 to be disconnected. When the timer 30 reaches the time limit after the power down detection signal is input, the timer 30 is turned on. Since the timer 31 remains off, the output signal from the timer 30 and the output signal from the inverter 35 cause the AND gate 33 to apply an output signal for turning on the relay 34. The switching relay 21 is closed. Now, DC power from the battery power source 6 is supplied to the winding of the induction motor 1 through the voltage regulator 25, the switching relay 21, the motor cable 5A. Therefore, the induction motor 1 is braked by sudden stop in the DC braking mode. Since the induction motor 1 can be stopped within a maximum of about 10 seconds after the start of an emergency such as a power cut off, the safety of the facility or the plant equipment including the induction motor 1 can be increased.

그 후, 타이머(31)가 제한시간에 도달하면, AND게이트(33)를 켜고 끈다. 그러므로, 릴레이(34)는 꺼지고, 전압조정기(25)로부터 모터케이블(5A)의 연결을 끊는 스위칭릴레이(21)를 개방한다. DC제동모드는 취소된다. 타이머(31)는 모터의 완전정지에 도달하기 전에 켜질 수도 있다. 타이머(32)가 차후에 제한시간에 도달할 때, 스위칭릴레이(20)를 폐쇄하는 릴레이(38)를 켜고 끈다. 모터구동기(4)로부터의 모터케이블(5B)은 이제 유도모터(1)에 연결된 모터케이블(5A)에 연결되어 있다. 상업용 AC 전원이 후속회복된 결과, 유도모터(1)는 즉시 가동될 수 있다After that, when the timer 31 reaches the time limit, the AND gate 33 is turned on and off. Therefore, the relay 34 is turned off and opens the switching relay 21 which disconnects the motor cable 5A from the voltage regulator 25. DC braking mode is canceled. The timer 31 may be turned on before reaching a complete stop of the motor. When the timer 32 subsequently reaches the time limit, the relay 38 closing and closing the switching relay 20 is turned on and off. The motor cable 5B from the motor driver 4 is now connected to the motor cable 5A connected to the induction motor 1. As a result of the subsequent recovery of commercial AC power, the induction motor 1 can be started immediately.

위의 실시예에서, DC 제동모드에서 정지한 자기 베어링을 가진 모터는 유도모터로 서술되었다. 그러나, 본 발명의 원리는 또한 자기저항이나 영구자석 형태의 동기모터에도 적용될 수 있다. 비록 상기 실시예에서는 자기 베어링을 위한 배터리전원이 위급상황에서는 모터의 정지를 위한 배터리전원으로 사용되었으나, 자기 베어링을 위한 배터리 전원에 더하여 별도의 배터리 전원이 사용될 수도 있다. 더 나아가, 스위칭릴레이의 개방과 폐쇄를 제어하는데에는 타이머 대신 마이크로 컴퓨터나 다른 제어회로가 사용될 수도 있다.In the above embodiment, a motor with a magnetic bearing stopped in DC braking mode is described as an induction motor. However, the principles of the present invention can also be applied to synchronous motors in the form of magnetoresistance or permanent magnets. Although the battery power for the magnetic bearing is used as the battery power for stopping the motor in an emergency in the above embodiment, a separate battery power may be used in addition to the battery power for the magnetic bearing. Furthermore, a microcomputer or other control circuitry may be used in place of a timer to control the opening and closing of the switching relay.

본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상술하였으나, 첨부된 청구범위내에서 다양한 변화와 수정이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.While preferred embodiments of the invention have been described above, it will be appreciated that various changes and modifications can be made within the scope of the appended claims.

도 1은 자기 베어링을 가진 모터에 전력을 공급하는 종래위 일반적인 장치의 블록도,1 is a block diagram of a conventional apparatus for powering a motor having a magnetic bearing;

도 2는 자기 베어링을 가진 모터에 전력을 공급하는, 본 발명이 적용된 장치의 블록도, 2 is a block diagram of an apparatus to which the present invention is applied, which supplies electric power to a motor having a magnetic bearing;

도 3은 도 2에 도시된 장치의 스위칭제어기의 내부구조를 보여주는 개략도,3 is a schematic diagram showing the internal structure of the switching controller of the apparatus shown in FIG.

도 4는 본 발명에 따른 전원차단시의 일반적인 자주모드(free running mode)와 DC 제동모드에서의 자기 베어링을 가진 모터가 정지되는 방법을 보여주는 그래프,FIG. 4 is a graph showing a method of stopping a motor having a magnetic bearing in a general free running mode and a DC braking mode at power off according to the present invention; FIG.

도 5는 다양한 DC 전압의 DC 제동모드에서의 전원차단시 자기 베어링을 가진 모터가 정지되는 방법을 보여주는 그래프,5 is a graph showing how a motor with a magnetic bearing is stopped when the power is turned off in a DC braking mode of various DC voltages;

도 6은 도 3에 도시된 스위칭제어기에서 제어박스안에 있는 스위칭 시간제어유닛의 블록도,6 is a block diagram of a switching time control unit in a control box in the switching controller shown in FIG.

도 7은 도 6에 도시된 스위칭 시간제어유닛에 따른 스위칭시간패턴의 시간차트이다.FIG. 7 is a time chart of switching time patterns according to the switching time control unit shown in FIG. 6.

Claims

In a method of stopping a motor having a rotor rotatably supported by a magnetic bearing without contact and typically having a winding operable by electric power from a mains power source,

Supplying power from the battery power source to the magnetic bearing to continuously operate the magnetic bearing when the main power is cut off;

And stopping the motor by supplying power from the battery power to a winding of the motor at each time controlled by a timer.

The method of claim 1,

And a main power supply is disconnected from the winding, and power from the battery power supply is supplied to the winding by a switching controller in response to a signal indicating the main power is cut off.

The method of claim 1,

And a voltage of the power supplied from the battery power source to the winding is changeable by a voltage regulator connected to the battery power source.

A stopper of a motor having a rotor rotatably supported by a magnetic bearing without contact, usually having a winding operable by electric power from a main power source;

A motor driver for operating the winding of the motor with electric power from the main power source;

A battery power source for supplying power to the windings and the magnetic bearings of the motor when the main power is cut off;

And a switching controller for controlling a time for supplying power from the battery power source to the winding of the motor.

The method of claim 4, wherein

And a detector for detecting a mains power cutoff, wherein said switching controller comprises means for controlling a power supply from a battery power source to said winding of a motor in response to a signal from said detector.

The method of claim 4, wherein

And a voltage regulator connected to the battery power source for adjusting a voltage of power supplied from the battery power source to the winding when the main power is cut off.

Semiconductor manufacturing equipment having said device as claimed in claim 4.

A semiconductor manufacturing equipment having the device as claimed in claim 5.

A semiconductor manufacturing equipment having the device as claimed in claim 6.