KR101461707B1

KR101461707B1 - 3 상 모터 구동 제어 장치

Info

Publication number: KR101461707B1
Application number: KR1020120055237A
Authority: KR
Inventors: 아키라 다케우치; 도시아키 가토; 다케시 마스하라
Original assignee: 교토덴키키 가부시키가이샤
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2014-11-13
Also published as: JP2013123334A; JP5482773B2; CN103166566B; CN103166566A; KR20130066482A

Abstract

(과제) 간소하고 저렴한 구성에 의해, 3 상 모터의 단선 등의 결상을 그 3 상 모터의 회전 구동 중에 정확하게 검지한다.
(해결 수단) 3 상 모터 (M) 를 구동시키기 위해 3 상 인버터 회로 (4) 로부터 그 모터 (M) 에 구동 전류를 공급하고 있을 때에, 제어부 (5) 는 션트 저항 (36) 에 흐르는 직류 전류를 검출한다. 단선 등의 결상이 없는 경우, 모터 (M) 의 1 회전 기간 중에 직류 전류 검지 신호에는 톱니파상의 6 개의 피크가 나타난다. 이에 반하여, 1 상이 결상되면, 1 회전 기간 중의 피크의 수는 2 로 감소된다. 여기서, 제어부 (5) 에서는 정상시의 6 개의 피크가 나타나는 타이밍에서 판독한 전류값 데이터를 이용하고, 소정 시간 되돌아간 시점에서의 값과 최신의 값을 비교함으로써, 피크 수의 감소 유무를 판정한다. 그 결과에 의해, 이상이 확인되면, 3 상 모터 (M) 의 구동을 정지시키고, 표시기 (6) 에 의해 이상을 알린다.

Description

3 상 모터 구동 제어 장치{THREE-PHASE MOTOR DRIVE CONTROL DEVICE}

본 발명은 3 상 모터를 구동시키는 구동 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3 상 모터의 내부 배선이나 당해 장치와 3 상 모터를 접속시키는 배전선로의 단선을 검지하는 단선 검지 기능을 갖는 3 상 모터 구동 제어 장치에 관한 것이다.

예를 들어, 스퍼터링 장치 등의 반도체 제조 장치 등에 있어서는 챔버 내를 고진공 분위기로 하기 위해서 터보 분자 펌프가 이용된다. 터보 분자 펌프에서는, 펌프 모터로서 최고로 800 ㎐ 정도 또는 그 이상의 고속 회전이 가능한 3 상 모터가 이용된다. 이러한 3 상 모터에 있어서 내부의 권선이나 모터와 구동 제어 장치를 접속시키는 배전선로에 단선이 발생한 경우에는 모터가 동작하지 않아, 진공 펌프로서 기능하지 않게 된다.

상기와 같은 단선, 즉 3 상 모터의 결상을 검지하는 여러 가지 기술이 종래 알려져 있다. 예를 들어, 통상 사용시에 3 상 모터의 회전 속도를 어느 속도까지 상승시키는 것을 전제로 하여, 기동 시점으로부터 소정 시간이 경과한 시점에서 소정의 회전 속도까지 속도가 상승되어 있는지의 여부를 검지함으로써, 결과적으로 단선의 검지를 가능하게 한 장치가 있다. 그러나, 상기 서술한 바와 같은 터보 분자 펌프에서는 그 회전 속도를 상당히 완만하게 상승시켜 가기 때문에, 모터가 정상이더라도 소정의 회전 속도까지 회전 속도가 오르려면 시간이 걸린다. 그 때문에, 단선 유무의 검지 결과가 나올 때까지 시간을 필요로 하고, 단선이 있는 경우에는 그 동안의 기동으로부터의 시간이 낭비된다는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 1 에 기재된 장치에서는, 인버터 회로의 3 상의 출력 선로 상에 각각 교류 전류 검출 수단을 형성하고, 그 검출 신호에 기초하여 단선의 유무를 판단하고 있다. 그러나, 교류 전류 검출 수단으로서 철심과 구리선을 감은 권선을 구비하는 고가의 커런트 트랜스를 사용할 필요가 있고, 또한 3 상의 각각에 커런트 트랜스를 형성해야 하기 때문에, 비용이 상당히 높은 것이 된다는 문제가 있다.

또, 특허문헌 2 에 기재된 장치에서는, 3 상 모터의 기동에 앞서, 3 상 브릿지 구성 중 임의의 1 상 (예를 들어 R 상) 의 고전압측의 스위칭 소자와 다른 2 상 (예를 들어 S 상 및 T 상) 의 저전압측의 스위칭 소자를 온으로 하는 한편, 다른 3 개의 스위칭 소자를 모두 오프로 하고, 그 상태에서 직류/직류 변환 회로로부터 3 상 인버터 회로에 직류 전압을 인가하고, 이로 인해 흐르는 직류 전류를 검출한다. 이 때에 전류가 흐르고 있으면 고전압측의 스위칭 소자를 온으로 한 상의 결상은 없다고 판단한다. 그리고, 3 상 모두에 대해 결상의 유무를 판단하고, 1 개라도 결상이 있으면 3 상 모터의 기동을 정지시켜 이상을 알리도록 하고 있다. 이 단선 검지 방법에서는, 교류 전류 검지용 커런트 트랜스를 사용하지 않고 단선을 확실하게 검지할 수 있다.

그러나, 이 방법으로는, 단선 검지 동작시에는 3 상 모터에 대한 3 상 교류 구동을 정지시킬 필요가 있기 때문에, 3 상 모터의 회전 구동 중에 연속적으로 단선 검지를 실시할 수 없다. 상기 서술한 터보 분자 펌프가 사용되는 반도체 제조 장치는 무인 운전되는 경우도 자주 있는데, 오퍼레이터가 모르는 사이에 모터 회전에 이상이 발생하여 진공도가 떨어지면, 큰 손실을 발생시키기 때문에, 이러한 사태가 발생하지 않도록 대책을 마련할 필요가 있다.

일본 공개특허공보 2001-309669호 일본 공개특허공보 2007-143244호

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 저렴한 비용으로, 3 상 모터의 구동 중에도 거의 연속적으로 그 3 상 모터의 내부 배선이나 당해 장치와 3 상 모터를 접속시키는 배전선로의 단선을 검지할 수 있는 3 상 모터 구동 제어 장치를 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 본 발명은, 상용 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 교류/직류 변환 수단과, 직류 전력을 3 상 교류 전력으로 변환하기 위해서 3 상 브릿지 접속된 스위칭 소자를 갖는 인버터 수단과, 그 인버터 수단의 각 상의 고전압측 및 저전압측의 스위칭 소자의 온·오프를 제어함으로써 상기 인버터 수단에 접속된 3 상 모터에 통전을 실시하는 제어 수단과, 3 상 모터의 내부 배선이나 3 상 모터로의 배전선로의 단선을 검지하는 단선 검지 수단을 구비하는 3 상 모터 구동 제어 장치에 있어서,

상기 단선 검지 수단은,

a) 상기 인버터 수단에 인가되는 직류 전압에 의해 그 인버터 수단에 흐르는 직류 전류를 검출하는 전류 검출 수단과,

b) 상기 3 상 모터를 회전 구동시키고 있는 상태에서 상기 전류 검출 수단에 의해 직류 전류를 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여, 상기 3 상 모터의 소정 회전에 상당하는 기간 중에 반복적으로 나타나는 전류 파형의 피크의 수의 변화를 직접적 또는 간접적으로 검출함으로써 결상의 유무를 판단하는 결상 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

인버터 수단에 의해 3 상 모터에 3 상 교류 전력을 공급하여 그 모터를 회전 구동시킬 때에는, 3 상 모터의 1 회전에 상당하는 기간 중에 전류 파형의 피크가 6 개 나타난다. 그에 대하여, 예를 들어 단선 등에 의해 1 개의 상이 결손되면 실질적으로는 단상 구동과 동일한 상태가 되기 때문에, 3 상 모터의 1 회전에 상당하는 기간 중에 나타나는 전류 파형의 피크는 2 개로 줄어든다. 그래서, 본 발명에 관련된 3 상 모터 구동 제어 장치에 있어서 결상 판정 수단은, 상기와 같은 전류 파형에 반복적으로 나타나는 피크의 수의 감소 그 자체 또는 그 감소에 수반하여 발생되는 현상을 검출함으로써, 결손이 발생된 것을 인식한다. 따라서, 이 결상의 판정은 3 상 모터의 통상적인 회전 구동과 병행하여 실시된다. 또한, 본 발명에 있어서의 결상 판정의 원리로부터, 상기 소정 회전이란 전형적으로는 1 회전인데, 예를 들어 1/2 회전 등, 반드시 1 회전에 한정하는 것은 아니다.

본 발명에 관련된 3 상 모터 구동 제어 장치의 일 양태로서, 상기 결상 판정 수단은, 3 상 모터의 소정 회전에 상당하는 기간에 있어서, 결상이 없는 경우에 (요컨대 정상시에) 전류 파형의 피크가 나타나는 소정의 타이밍에서 직류 전류의 전류값을 반영한 신호를 취득하고, 이것을 소정 시간만큼 되돌아간 시점에서 얻어진 동타이밍에 대한 신호와 비교하고, 그 비교 결과에 기초하여 결상의 유무를 판단하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 3 상 모터의 회전 구동시에 있어서의 상기 직류 전류의 변화는 제어 수단으로부터 인버터 수단에 공급되는 스위칭 소자의 온·오프 제어 신호에 동기되기 때문에, 그 제어 수단이 상기 소정의 타이밍을 설정할 수 있다.

상기 구성에서는, 전류 검출 수단에 의해 검출된 신호를 디지털값으로 변환한 후에 모두 디지털적으로 처리하는 것이 가능하기 때문에, 범용 마이크로 컴퓨터로 처리할 수 있다. 이로써, 비용을 억제할 수 있음과 함께, 결상 판정의 조건의 변경에 용이하게 대응 가능하다.

또한, 본 발명에 관련된 3 상 모터 구동 제어 장치의 다른 양태로서, 상기 결상 판정 수단은, 상기 전류 검출 수단에 의해 얻어지는 신호를 소정의 임계값과 비교하여 펄스 신호로 변환하는 펄스화 수단과, 3 상 모터의 1 회전에 상당하는 기간 중에 상기 펄스 신호를 계수하는 계수 수단을 포함하고, 그 계수 수단에 의한 계수 결과에 기초하여 결상의 유무를 판단하는 구성으로 할 수 있다. 여기서, 상기 소정의 임계값은, 전류 검출 수단에 의해 얻어지는 신호를 소정 시간 적분함으로써 얻어지는 신호 레벨로 할 수 있다.

상기 구성에서는, 예를 들어, 펄스화 수단을 컴퍼레이터 등을 포함하는 아날로그 회로로 구성하고, 계수 수단에 의한 처리를 범용 마이크로 컴퓨터로 실시하도록 할 수 있다. 그로 인해, 아날로그 회로를 부가할 필요는 있지만, 마이크로 컴퓨터의 프로그램은 상기 양태에 비해 보다 간단한 것이어도 된다.

본 발명에 관련된 3 상 모터 구동 제어 장치에 의하면, 3 상 모터의 정상 운전시나 정상 운전에 이를 때까지 회전 속도를 올려 가는 도중 등에 있어서, 그 회전에 영향을 미치지 않고, 거의 연속적으로 단선을 검지할 수 있다. 그로 인해, 3 상 모터의 회전 구동 중에 발생된 단선도 신속하고 또한 확실하게 검지하여, 구동을 정지시키거나 경고 알림을 실시하거나 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 관련된 3 상 모터 구동 제어 장치를 반도체 제조 장치의 진공 배기용 터보 분자 펌프의 구동에 이용하면, 단선에 의해 진공도가 저하될 위험성을 찰지하여, 제조 라인을 정지시키는 등의 적절한 대응을 지체없이 취하는 것이 가능해진다.

또, 본 발명에 관련된 3 상 모터 구동 제어 장치에서는, 구동 대상인 3 상 모터의 종류나 사양과는 관계없이, 단선 등에서 기인하는 결상을 검지할 수 있다. 따라서, 구동 대상인 3 상 모터가 변경되어도 결상 판정을 위한 조건 등을 변경할 필요가 없고, 당해 장치의 범용성을 높일 수 있다. 또, 3 상 모터에 흐르는 교류 전류를 검출하는 커런트 트랜스는 불필요하여, 비용의 증가도 최소한으로 억제할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시예인 3 상 모터 구동 제어 장치의 주요부의 블록 구성도이다.
도 2 는, 도 1 중의 회전시 단선 검지 프로그램 실행시에 실현되는 기능 블록도이다.
도 3 은, 정상시 및 이상 (1 상 결상) 시의 직류 전류 검출 신호의 실례를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 본 발명의 다른 실시예인 3 상 모터 구동 제어 장치에 있어서의 단선 검지부의 블록 구성도이다.
도 5 는, 도 4 의 단선 검지부의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.

이하, 본 발명의 일 실시예인 3 상 모터 구동 제어 장치에 대해 도 1 ∼ 도 3 을 참조하여 설명한다. 도 1 은 본 실시예의 3 상 모터 구동 제어 장치의 주요부의 블록 구성도이다.

본 실시예의 3 상 모터 구동 제어 장치의 개략적인 구성으로는, 단상 200 V (또는 100 V) 의 상용 교류 전원 (1) 으로부터 공급되는 교류 전력이 정류 회로 (2) 에 의해 직류 전력으로 변환되고, 또한 직류/직류 변환 회로 (3) 에 있어서 소정 전압의 직류 전력으로 변환된다. 그리고, 이 직류 전력이 3 상 인버터 회로 (4) 에 의해 3 상 모터 (M) 의 R, S, T 각 상에 공급되는 교류 전력으로 변환된다.

보다 상세하게 설명하면, 정류 회로 (2) 는 도시하지 않지만, 다이오드 브릿지 회로나 평활용 전해 콘덴서 등을 포함하고, 소정의 직류 전압을 출력한다. 직류/직류 변환 회로 (3) 에 있어서, 트랜스 (32) 의 1 차 권선에는 전력용 FET 등의 스위칭 소자 (31) 가 직렬로 접속되고, 후술하는 제어부 (5) 로부터의 제어 신호에 의해 스위칭 소자 (31) 가 온이 되면, 트랜스 (32) 의 1 차 권선에 직류 전류가 흘러 2 차 권선의 양단에 전압이 발생한다. 이 전압은 다이오드 (33, 34), 콘덴서 (35), 직렬 접속된 2 개의 저항에 의한 출력 전압 검출부 (37) 등을 포함하는 회로를 통해 출력된다. 또, 이 직류/직류 변환 회로 (3) 의 저전압측의 선로에는 직류 전류 검출용 션트 저항 (36) 이 형성되어 있다.

3 상 인버터 회로 (4) 는, 6 개의 전력용 FET 등의 스위칭 소자 (41, 42, 43, 44, 45, 46) 가 3 상 브릿지 접속된 스위칭부와 제어부 (5) 로부터의 지시에 기초하여, 이들 스위칭 소자 (41 ∼ 46) 를 각각 독립적으로 온 또는 오프시키는 인버터 구동부 (47) 를 포함하고, R 상, S 상, T 상의 각 상에 있어서 고전압측의 스위칭 소자 (41, 43, 45) 와 저전압측의 스위칭 소자 (42, 44, 46) 의 직렬 접속부로부터 출력이 취출되어, 3 개의 배전선로를 통해 3 상 모터 (M) 의 각 상 단자에 접속되어 있다.

직류/직류 변환 회로 (3) 나 3 상 인버터 회로 (4) 를 제어하는 제어부 (5) 는, CPU (51) 를 포함하는 마이크로 컴퓨터를 중심으로 구성되어 있다. 주지된 바와 같이 CPU (51) 는, 예를 들어 ROM 등의 기억 장치에 격납된 제어 프로그램에 따라 소정의 처리를 실행하는데, 여기서는, 크게 나누어, 통상 구동 제어용 프로그램 (52), 단선 검지용 프로그램 (53) 및 이상시 대응 프로그램 (54) 을 갖고 있다. 통상 구동 제어용 프로그램 (52) 은 3 상 모터 (M) 의 기동이나 정상 운전 등 일반적인 동작을 위한 프로그램이다. 한편, 단선 검지용 프로그램 (53) 은 본 실시예에 특징적인 단선 검지 처리를 실행하기 위한 프로그램이고, 이상시 대응 프로그램 (54) 은 단선이 검지되었을 때의 장치의 동작을 담당하는 프로그램이다. 또, 제어부 (5) 에는, 운전 상태 등을 표시하기 위한 표시기 (6) 가 접속되어 있다.

제어부 (5) 는 상기 션트 저항 (36) 의 양단의 전위를 검출하고, 그 전위차에 기초하여 션트 저항 (36) 에 흐르는 전류 (i) 의 값을 전압값으로서 검출한다. 또, 출력 전압 검출부 (37) 에 의해 입력되는 전압값에 기초하여 3 상 인버터 회로 (4) 에 인가되는 직류 전압을 인식한다.

본 실시예의 3 상 모터 구동 제어 장치에서는, 3 상 모터 (M) 가 통상적인 운전 상태일 때, 구체적으로는, 정상 운전시나 기동하고 나서 정상 운전에 이를 때까지의 가속 운전 중에, 3 상 모터 (M) 의 내부 배선이나 배전선로의 단선의 검지가 반복적으로 실행되게 되어 있다. 이 단선 검지 동작에 대해 도 1 에 더하여, 도 2 ∼ 도 3 을 참조하여 설명한다. 도 2 는 도 1 중의 회전시 단선 검지 프로그램 실행시에 실현되는 기능 블록도, 도 3 은 정상시 및 이상 (1 상 결상) 시의 직류 전류 검출 신호의 실례를 나타내는 도면이다.

도 3(a) 에 나타내는 바와 같이, 통상 운전을 위해서 3 상 인버터 회로 (4) 로부터 3 상 모터 (M) 에 구동 전류가 공급되고 있을 때, 단선, 요컨대 결상이 없는 정상적인 상태이면, 3 상 모터 (M) 가 1 회전하는 기간 중에 직류 전류 검출 신호에는 대략 삼각 형상 (톱니파 형상) 의 피크가 6 개 (피크 P₁ ∼ P₆) 나타난다. 션트 저항 (36) 에 흐르는 직류 전류는 3 상 인버터 회로 (4) 중의 각 스위칭 소자 (41 ∼ 46) 가 각각 온이 됨으로써 3 상 모터 (M) 에 공급된 교류 전류에 의한 것이기 때문에, 전류 파형의 피크의 발생 위치는, 제어부 (5) 의 지시하에서 인버터 구동부 (47) 로부터 각 스위칭 소자 (41 ∼ 46) 에 공급되는 온/오프 구동 신호에 동기된다. 따라서, 구동 상태가 정상인 경우에는, 온/오프 구동 신호, 요컨대 제어부 (5) 로부터의 제어 신호에 동기되는 소정의 타이밍으로 직류 전류 검출 신호를 판독하면, 각 피크 P₁ ∼ P₆ 의, 예를 들어 최대값 (피크값) 을 취득할 수 있다. 또, 상용 교류 전원 (1) 으로부터의 교류 전압이 거의 일정하면, 3 상 모터 (M) 의 각 회전 주기에 있어서의 직류 전류 검출 신호의 피크값의 변동도 거의 없다. 이것은, 도 3(a) 에 나타낸 실측 파형으로부터도 확인할 수 있다.

이에 대하여, 3 상 모터 (M) 의 1 상이 결상되면, 그 모터 (M) 는 실질적으로 단상으로 구동되게 되고, 도 3(b) 에 나타내는 바와 같이, 3 상 모터 (M) 의 1 회전 기간 중에 직류 전류 검출 신호에 나타나는 대략 삼각 형상의 피크는 2 개 (피크 P_A, P_B) 가 된다. 이 현상은 3 상 모터 (M) 의 회전 속도와는 관계가 없기 때문에, 일정 회전 속도일 때뿐만 아니라, 회전 속도가 상승되고 있는 가속 중에서도 동일한 현상이 일어난다. 본 실시예의 3 상 모터 구동 제어 장치에서는, 이와 같은 3 상 모터 (M) 의 1 회전 기간 중에 직류 전류 검출 신호에 나타나는 대략 삼각 형상의 피크의 수의 감소를 파악함으로써, 3 상 모터 (M) 구동 중에 단선을 검지한다.

후술하는 예와 같이, 피크 수의 감소 유무를 직접적으로 판정할 수도 있지만, 이 실시예에서는, 피크가 발생해야 할 위치 (타이밍) 에 피크가 없는 것을 인식함으로써 간접적으로 피크 수의 감소 유무를 판정하고 있다.

구체적으로는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 회전시 단선 검지 프로그램 (53) 이 실행됨으로써 실현되는 기능 블록은, 3 상 모터 (M) 의 1 회전 기간 (엄밀하게는, 제어부 (5) 에서 3 상 모터 (M) 가 1 회전하도록 제어하고 있는 기간, 요컨대 1 회전에 상당하는 기간) 중에 발생하는 6 개의 피크에 각각 대응한 피크값 판정부 (100A ∼ 100F) 와, 각 피크값 판정부 (100A ∼ 100F) 의 출력을 받아 최종적으로 단선인지의 여부를 판정하는 단선 판정부 (110) 를 구비하고, 단선 판정부 (110) 에 있어서의 이상 (NG) 판정 결과는 이상시 대응 프로그램 (54) 이 실행됨으로써 실현되는 이상 처리부 (111) 에 입력되고 있다. 각 피크값 판정부 (100A ∼ 100F) 는 각각, 소정 단수 (段數) 의 지연용 레지스터부 (101) 와, 그 레지스터부 (101) 의 출력값과 입력값을 비교하는 컴퍼레이터부 (102) 를 포함한다.

각 피크값 판정부 (100A ∼ 100F) 에 있어서, 지연용 레지스터부 (101) 는 도시하지 않은 A/D 변환기에 의해 디지털값으로 변환된 직류 전류 검출 신호 (전류값 데이터) 를 상기 서술한 피크값을 취입 가능한 타이밍으로 새롭게 취입하고, 이미 취입되어 있던 전류값 데이터를 시프트한다. 따라서, 3 상 모터 (M) 의 1 회전 기간마다 새로운 전류값 데이터가 취입되고, 가장 오래된, 요컨대 소정 단수분만큼 과거에 취입된 피크값이 토출된다. 도 2 에 있어서, 예를 들어 피크값 판정부 (100A) 의 지연용 레지스터부 (101) 는 도 3(a) 중의 피크 P₁ 의 피크값을 취입 가능한 타이밍으로 새로운 피크값을 취입하고, 피크값 판정부 (100F) 의 지연용 레지스터부 (101) 는 피크 P₆ 의 피크값을 취입 가능한 타이밍으로 새로운 피크값을 취입한다.

컴퍼레이터부 (102) 는 새롭게 취입된 피크값과 소정 단수분만큼 과거에 취입된 피크값을 비교하여, 일치하는지의 여부의 판정 결과를 출력한다. 단, 교류 전압의 어느 정도의 변동 등을 고려하면, 어느 정도 시간을 둔 2 개의 피크값이 완전하게 일치하는 것은 생각하기 어렵기 때문에, 차이가 소정의 허용 범위 내에 들어가 있으면 일치하고 있는 것으로 간주하는 것으로 한다. 이로써, 1 회전 기간 중에 나타나야 할 6 개의 모든 피크 P₁ ∼ P₆ 에 대하여, 새롭게 얻어진 피크값과 소정 시간만큼 되돌아간 시점에서 얻어진 피크값의 일치/불일치가 각각 판정되게 된다. 또한, 3 상 모터 (M) 의 회전 속도가 변화하고 있을 때에는 1 회전 기간의 시간 자체가 변화하는데, 그것에 수반하여 지연용 레지스터부 (101) 에 피크값을 취입하는 타이밍도 변화하기 때문에, 2 개의 피크값의 비교 자체에는 아무런 영향도 주지 않는다.

이상적으로는, 정상 상태에 있어서는 3 상 모터 (M) 의 1 회전 기간 중의 모든 피크의 피크값이 일치할 것이다. 그러나, 실제로는 노이즈의 발생이나 그 밖의 여러 가지 요인에 의해, 단선이 발생하지 않은 경우라도 1 회전 기간 중의 일부 피크의 피크값이 불일치하게 되는 경우가 있다. 그 때문에, 한 번이라도 불일치가 있는 경우에 이상이라는 판정을 내리게 되면, 실제로는 정상임에도 불구하고 이상으로 판정될 가능성이 상당히 높아진다. 그래서, 단선 판정부 (110) 에서는, 예를 들어 1 회전 기간 중의 일부 피크에 피크값 불일치가 발생한 상태가 소정의 회전 주기수만큼 연속하여 발생했을 때에, 처음으로 이상이라고 판정한다. 이로써, 단선 검지의 정확성을 높일 수 있다. 또한, 이상 발생으로부터 이상 검지까지 약간의 지연이 발생하지만, 그 지연은 작고, 또한 터보 분자 펌프에서는 그 지연 동안에 실질적인 문제가 생기는 것은 아니기 때문에, 상기와 같은 검지의 지연은 허용할 수 있다.

단선 등에 의한 결상이 발생하여, 도 3(b) 에 나타낸 바와 같이 직류 전류 검지 신호의 파형 형상이 변화하면, 소정의 타이밍으로 각 지연용 레지스터부 (101) 에 새롭게 취입되는 전류값 데이터가 크게 변화한다. 그 때문에, 6 개의 피크값 판정부 (100A ∼ 100F) 중 대부분에서 피크값 불일치로 판정되게 되어, 단선 판정부 (110) 는 이상이라는 판정 결과를 이상 처리부 (111) 에 보낸다. 이에 따라, 이상 처리부 (111) 는, 표시기 (6) 상에 이상 발생 표시를 실시함과 함께, 인버터 구동부 (47) 에 대해 구동 정지의 제어 신호를 보낸다. 이로써, 3 상 모터 (M) 에 대한 구동 전류는 차단되게 된다. 물론, 표시와 동시에 버저 등의 명동 (鳴動) 에 의해 사용자의 주의를 환기시켜도 된다.

단선 판정부 (110) 에 있어서의 판정 조건은 적절히 변경 가능하다. 예를 들어, 상기와 같은 검지의 지연을 허용할 수 없는 목적, 요컨대 단선이 일어나면, 바로 큰 문제를 일으키는 구동 대상인 경우에는, 연속적인 피크값 불일치 상태를 판정하는 회전 주기수를 줄이거나, 혹은 1 회전 기간에 있어서 피크값 불일치 상태를 검지한 것만으로 이상이라고 판단하면 된다. 또, 지연용 레지스터부 (101) 의 단수, 요컨대 비교되는 2 개의 피크값을 취득하는 시간차도 적절히 결정할 수 있다. 실제로는, 이들은 프로그램의 변경만으로 대응이 가능하기 때문에, 변경도 용이하고 높은 비용을 필요로 하지 않는다.

또한, 상기 설명에서는, 정상시에 직류 전류 검지 신호에 나타나는 각 피크의 최대값의 일치/불일치를 판정하고 있었지만, 반드시 최대값일 필요는 없고, 각 피크 파형의 어느 위치의 값을 사용할 수도 있다는 것은 분명하다. 또, 상기 서술한 바와 같이 1 회전 기간 중에는 6 개의 피크가 나타나는데, 반드시 그 모든 피크의 피크값 (또는 그 밖의 값) 의 일치/불일치를 판정할 필요도 없다. 또, 상기 설명에서는, 1 회전 기간 중의 피크의 수의 감소를 판정하고 있었지만, 1 회전 기간이 아니고 1/2 회전 기간, 1/3 회전 기간 등, 1 회전 이외의 회전에 상당하는 기간 중의 피크의 수를 이용해도 되는 것은 분명하다.

또 상기 실시예에서는, 직류 전류 검지 신호의 피크의 값의 일치/불일치의 결과에 기초하여 피크수의 감소 유무를 판단하고 있었지만, 피크수의 감소 유무를 판단하는 방법은 이것에 한정되지 않는다. 또한, 마이크로 컴퓨터 상의 프로그램의 동작에 의해 실현되는 것이 아니라, 하드웨어 회로 (아날로그, 디지털에 관계없음) 에 의해 실현될 수도 있고, 하드웨어 회로와 마이크로 컴퓨터 상의 처리의 조합에 의해 실현될 수도 있다.

후자의 일례를 도 4, 도 5 에 의해 설명한다. 도 4 는 본 발명의 다른 실시예인 3 상 모터 구동 제어 장치에 있어서의 단선 검지부의 블록 구성도, 도 5 는 도 4 의 단선 검지부의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.

이 실시예에서는, 단선 검지부의 기능은, 아날로그 회로와 마이크로 컴퓨터 상의 처리에 의해 달성된다. 즉, 션트 저항 (36) 에 있어서 얻어진 직류 전류 검지 신호 (전압 신호) 는, 저항기 (R1) 및 콘덴서 (C1) 로 이루어지는 소정의 시정수를 갖는 RC 필터 (200) 에 의해 평활화되어 컴퍼레이터 (201) 의 일방의 입력단에 입력되고, 그 타방의 입력단에는 직류 전류 검지 신호가 그대로 입력된다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, RC 필터 (200) 의 시정수를 매우 크게 해 둠으로써, 그 출력 Vref 는 톱니파 형상인 직류 전류 검지 신호의 평균값 부근에서 안정된다. 컴퍼레이터 (201) 는 이 출력 Vref 를 기준으로 하여 직류 전류 검지 신호의 대소를 판정하기 때문에, 톱니파 형상의 직류 전류 검지 신호는 2 값 펄스 신호로 변환되고, 그 각 펄스는 직류 전류 검지 신호의 피크에 대응한 것이 된다.

따라서, 결상이 없는 정상시에는 3 상 모터 (M) 의 1 회전 기간 중에 6 개의 2 값 펄스가 발생하고, 결상이 발생한 이상시에는 1 회전 기간 중에 2 개의 2 값 펄스밖에 발생하지 않는다. 마이크로 컴퓨터 (202) 중에 기능 블록으로서 얻어지는 계수부 (203) 는 1 회전 기간 중의 2 값 펄스의 수를 계수하고, 그 계수 결과를 단선 판정부 (204) 에 보낸다. 단선 판정부 (204) 는 상기 실시예의 단선 판정부 (110) 와 마찬가지로, 예를 들어 소정 회전 횟수만큼 연속하여 계수값이 2 인 (또는 6 이 아닌) 것을 검지했다면 이상이라고 판정한다. 이로써, 상기 실시예와 동일하게, 3 상 모터 (M) 의 구동 중에 단선 등에 의한 결상을 검지할 수 있다. 물론, 도 4 에 있어서 계수부 (203) 나 단선 판정부 (204) 를 하드웨어 회로에 의해 구성해도 된다.

또한, 상기 실시예는 본 발명의 일례로서, 본 발명의 취지의 범위에서, 적절히 변경, 수정 또는 추가를 실시할 수 있는 것은 명확하다.

1 … 상용 교류 전원
2 … 정류 회로
3 … 직류/직류 변환 회로
31 … 스위칭 소자
32 … 트랜스
33 … 다이오드
35 … 콘덴서
36 … 션트 저항
37 … 출력 전압 검출부
4 … 3 상 인버터 회로
41, 43, 45 … 고전압측 스위칭 소자
42, 44, 46 … 저전압측 스위칭 소자
47 … 인버터 구동부
5 … 제어부
51 … CPU
52 … 통상 구동 제어용 프로그램
53 … 단선 검지용 프로그램
54 … 이상시 대응 프로그램
6 … 표시기
100A ∼ 100F … 피크값 판정부
101 … 지연용 레지스터부
102 … 컴퍼레이터부
110 … 단선 판정부
111 … 이상 처리부
200 … RC 필터
201 … 컴퍼레이터
202 … 마이크로 컴퓨터
203 … 계수부
204 … 단선 판정부
M … 3 상 모터

Claims

터보 분자 펌프의 펌프 모터인 3 상 모터를 구동하는 제어 장치로서, 상용 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 교류/직류 변환 수단과, 직류 전력을 3 상 교류 전력으로 변환하기 위해서 3 상 브릿지 접속된 스위칭 소자를 갖는 인버터 수단과, 그 인버터 수단의 각 상의 고전압측 및 저전압측의 스위칭 소자의 온·오프를 제어함으로써 상기 인버터 수단에 접속된 3 상 모터에 통전을 실시하는 제어 수단과, 3 상 모터의 내부 배선이나 3 상 모터로의 배전선로의 단선을 검지하는 단선 검지 수단을 구비하는 터보 분자 펌프용 3 상 모터 구동 제어 장치에 있어서,
상기 단선 검지 수단은,
a) 상기 인버터 수단에 인가되는 직류 전압에 의해 그 인버터 수단에 흐르는 직류 전류를 검출하는 전류 검출 수단과,
b) 상기 3 상 모터를 기동하고 나서 정상 운전에 이를 때까지의 가속 운전 중에, 상기 전류 검출 수단에 의해 직류 전류를 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여, 상기 3 상 모터의 소정 회전에 상당하는 기간 중에 반복적으로 나타나는 전류 파형의 피크의 수의 변화를 직접적 또는 간접적으로 검출함으로써 결상의 유무를 판단하는 처리를 반복 실행하는 수단으로서, 상기 3 상 모터의 소정 회전에 상당하는 기간에 있어서, 결상이 없는 경우에 전류 파형의 피크가 나타나는 소정의 타이밍에서 직류 전류의 전류값을 반영한 신호를 취득하고, 이것을 소정 시간만큼 되돌아간 시점에서 얻어진 동타이밍에 대한 신호와 비교하고, 그 비교 결과에 기초하여 결상의 유무를 판단하는 결상 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 터보 분자 펌프용 3 상 모터 구동 제어 장치.
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