KR101552747B1 - 모터 드라이버 회로 및 그 모터 드라이버 회로를 탑재한 진공 펌프 - Google Patents

Abstract

용랑이 큰 회생 저항이나 히트싱크를 채용하거나, 보다 풍량이 큰 팬을 사용하지 않아도 회생 저항의 발열을 사양 온도 범위로 억제할 수 있고, 적정한 브레이크 시간을 얻으면서, 컴팩트하고 낮은 비용의 모터 드라이버 회로 및 그 모터 드라이버 회로를 탑재한 진공 펌프를 제공한다. 회생의 초기 단계에서는 모터 속도에 따라 속도 특성이 b의 경사로부터 조금씩 a의 경사에 근접하도록 회생 전류를 제어한다. 그리고, 이 한편으로 회생 전류가 최대 브레이크 전류치 I_{set _brake_max}에 도달한 경우에는, 그 이상의 전류가 흐르지 않도록 리미트를 건다. 이와 같이, 브레이크 동작시, 최대 정격 회전수에서의 초기 브레이크 전류치를 낮게 설정하고, 감속되어 가는 회전 속도에 따라 브레이크 전류를 증가시키도록 제어한다.

Description

모터 드라이버 회로 및 그 모터 드라이버 회로를 탑재한 진공 펌프{MOTOR DRIVER CIRCUIT AND VACUUM PUMP EQUIPPED WITH MOTOR DRIVER CIRCUIT}

본 발명은 모터 드라이버 회로 및 그 모터 드라이버 회로를 탑재한 진공 펌프에 관련된 것으로, 특히 용량이 큰 회생 저항이나 히트싱크를 채용하거나, 보다 풍량이 큰 팬을 사용하지 않아도, 회생 저항의 발열을 사양 온도 범위로 억제할 수 있고, 적정한 브레이크 시간을 얻으면서, 콤팩트하고 저비용인 모터 드라이버 회로 및 그 모터 드라이버 회로를 탑재한 진공 펌프에 관한 것이다.

최근의 전자의 발전에 따라, 메모리나 집적 회로와 같은 반도체의 수요가 급격하게 증대하고 있다.

이들 반도체는, 매우 순도가 높은 반도체 기판에 불순물을 도프하여 전기적 성질을 부여하거나, 반도체 기판 상에 미세한 회로 패턴을 형성하고, 이를 적층하는 등으로 하여 제조된다.

그리고, 이들 작업은 공기 중의 먼지 등에 의한 영향을 피하기 위해서 고진공 상태의 챔버 내에서 행해질 필요가 있다. 이 챔버의 배기에는, 일반적으로 진공 펌프가 이용되고 있는데, 특히 잔류 가스가 적고, 보수가 용이한 등의 점에서 진공 펌프 중의 하나인 터보 분자 펌프가 많이 이용되고 있다.

또한, 반도체의 제조 공정에서는, 다양한 프로세스 가스를 반도체의 기판에 작용시키는 공정이 수없이 많고, 터보 분자 펌프는 챔버 내를 진공으로 할뿐만 아니라, 이들 프로세스 가스를 챔버 내로부터 배기하는데도 사용된다.

또한, 터보 분자 펌프는, 전자 현미경 등의 설비에 있어서, 분진 등의 존재에 의한 전자 빔의 굴절 등을 방지하기 위해서, 전자 현미경 등의 챔버 내의 환경을 고도의 진공 상태로 하는데도 이용되고 있다.

이러한 터보 분자 펌프는, 반도체 제조 장치나 전자 현미경 등의 챔버로부터 가스를 흡인 배기하기 위한 터보 분자 펌프 본체와, 이 터보 분자 펌프 본체를 제어하는 제어 장치로 구성되어 있다.

여기에서, 터보 분자 펌프 본체의 종단면도를 도 8에 도시한다.

도 8에 있어서, 터보 분자 펌프 본체(100)는, 원통형상의 외통(127)의 상단에 흡기구(101)가 형성되어 있다. 외통(127)의 내측방에는, 가스를 흡인 배기하기 위한 터빈 블레이드로서의 복수의 회전날개(102a, 102b, 102c, …)를 둘레부에 방사형상 또한 다단으로 형성한 회전체(103)를 구비한다.

이 회전체(103)의 중심에는 로터 축(113)이 부착되어 있고, 이 로터 축(113)은, 예를 들면, 소위 5축 제어의 자기 베어링에 의해 부상 지지 또한 위치 제어되어 있다.

상측 직경방향 전자석(104)은, 4개의 전자석이 상호 직행하는 X축과 Y축에 쌍을 이루고 로터 축(113)을 끼고 대향 배치되어 있다. 이 X축과 Y축은, 로터 축(113)이 자기 베어링의 제어 목표의 위치에 있을 때의 로터 축(113)의 축심에 대하여 직각인 평면 상에 상정되어 있다. 또한, 이 상측 직경방향 전자석(104)의 4개의 전자석의 근방에는, 각각의 전자석에 대응하여 회전체(103)를 끼고 대향 배치된 4개의 코일로 이루어지는 상측 직경방향 센서(107)가 구비되어 있다. 이 상측 직경방향 센서(107)는 회전체(103)의 직경방향 위치를 검출하고, 그 신호를 제어 장치로 보내도록 구성되어 있다.

로터 축(113)은, 고투자율재(철 등) 등에 의해 형성되고, 상측 직경방향 전자석(104)의 자력에 의해 흡인되도록 되어 있다.

또한, 하측 직경방향 전자석(105) 및 하측 직경방향 센서(108)가, 상측 직경방향 전자석(104) 및 상측 직경방향 센서(107)와 동일하게 배치되고, 하측 직경방향 센서(108)가, 로터 축(113)의 하측의 직경방향 위치를 검출하고, 그 신호를 제어 장치로 이송하도록 구성되어 있다. 그리고, 로터 축(113)의 상측과 하측의 직경방향 위치가, 제어 장치의 자기 베어링 피드백 제어 수단에 의해 조정되어 있다.

또한, 축방향 전자석(106A, 106B)이, 로터 축(113)의 하부에 구비한 원판형상의 금속 디스크(111)를 상하로 끼고 배치되어 있다. 금속 디스크(111)는, 철 등의 고투자율재로 구성되어 있다. 회전체(103)의 축방향 위치를 검출하기 위해서 축방향 센서(109)가 구비되고, 그 축방향 위치 신호가 제어 장치로 보내지도록 구성되어 있다.

축방향 전자석(106A)은, 자력에 의해 금속 디스크(111)를 상방으로 흡인하고, 축방향 전자석(106B)은, 금속 디스크(111)를 하방으로 흡인한다.

이와 같이, 제어 장치에서는, 자기 베어링 피드백 제어 수단에 의해, 축방향 전자석(106A, 106B)이 금속 디스크(111)에 미치는 자력을 적절히 조절하고, 로터 축(113)을 축방향으로 자기 부상시켜, 공간에 비접촉으로 유지한다.

모터(121)는, 그 회전자측에 로터 축(113)을 둘러싸도록 둘레형상으로 배치된 복수의 영구 자석의 자극을 구비하고 있다. 그리고, 이들 영구 자석은, 모터(121)의 고정자측인 전자석으로부터, 로터 축(113)을 회전시키는 토크가 가해지도록 되어 있고, 회전체(103)가 회전 구동되도록 되어 있다.

또한, 모터(121)에는, 도시하지 않은 회전수 센서 및 모터 온도 센서가 부착되어 있고, 이들 회전수 센서 및 모터 온도 센서의 검출 신호를 받아, 제어 장치에 있어서 로터 축(113)의 회전이 제어되어 있다.

회전 날개(102a, 102b, 102c, …)와 미소 공극을 두고 복수매의 고정 날개(123a, 123b, 123c, …)가 설치되어 있다. 회전 날개(102a, 102b, 102c, …)는, 각각 배기 가스의 분자를 충돌에 의해 하측 방향으로 이송하므로, 로터 축(113)의 축선에 수직인 평면으로부터 소정의 각도만큼 경사져 형성되어 있다.

또한, 고정 날개(123)도, 마찬가지로 로터 축(113)의 축선에 수직인 평면으로부터 소정의 각도만큼 경사져 형성되고, 또한 외통(127)의 내측방을 향해서 회전 날개(102)의 단과 번갈아 설치되어 있다.

그리고, 고정 날개(123)의 일단은, 복수의 단 적층된 고정 날개 스페이서(125a, 125b, 125c, …)의 사이에 끼워져 삽입된 상태로 지지되어 있다.

고정 날개 스페이서(125)는 링형상의 부재이며, 예를 들면 알루미늄, 철, 스테인리스, 구리 등의 금속, 또는 이들 금속을 성분으로서 포함하는 합금 등의 금속에 의해 구성되어 있다.

고정 날개 스페이서(125)의 외주에는, 미소 공극을 두고 외통(127)이 고정되어 있다. 외통(127)의 저부에는 베이스부(129)가 설치되고, 고정 날개 스페이서(125)의 하부와 베이스부(129)의 사이에는 나사 부착 스페이서(131)가 설치되어 있다.

이 베이스부(129) 중의 나사 부착 스페이서(131)의 하부에는 배기구(133)가 형성되어 있다. 그리고, 배기구(133)에는, 도시하지 않은 드라이 펌프 통로가 접속되어 있고, 배기구(133)는, 이 드라이 펌프 통로를 통하여, 도시하지 않은 드라이 펌프와 접속되어 있다.

나사 부착 스페이서(131)는, 알루미늄, 구리, 스테인리스, 철, 또는 이들 금속을 성분으로 하는 합금 등의 금속에 의해 구성된 원통형상의 부재이며, 그 내주면에 나선형상의 나사홈(131a)이 복수개 설치되어 있다.

나사홈(131a)의 나선의 방향은, 회전체(103)의 회전 방향으로 배기 가스의 분자가 이동했을 때에, 이 분자가 배기구(133) 쪽으로 이송되는 방향이다.

회전체(103)의 회전날개(102a, 102b, 102c, …)에 연속하는 최하부에는 원통부(102d)가 드리워져 있다. 이 원통부(102d)의 외주면은, 나사 부착 스페이서(131)의 내주면을 향해서 뻗어있고, 이 나사 부착 스페이서(131)의 내주면과 소정의 간극을 두고 근접되어 있다.

베이스부(129)는, 터보 분자 펌프 본체(100)의 기저부를 구성하는 원반형상의 부재이고, 일반적으로는 철, 알루미늄, 스테인리스 등의 금속에 의해 구성되어 있다. 베이스부(129)는 터보 분자 펌프 본체(100)를 물리적으로 유지함과 더불어, 열의 전도로의 기능도 겸비하고 있으므로, 철, 알루미늄이나 구리 등의 강성이 있고, 열전도율도 높은 금속이 사용되는 것이 바람직하다.

또한, 베이스부(129)에는, 커넥터(160)가 설치되어 있고, 이 커넥터(160)에는, 터보 분자 펌프 본체(100)와 제어 장치를 전기적으로 접속하는 케이블이 접속되어 있다.

이러한 구성에 있어서, 회전 날개(102)가 로터 축(113)과 함께 모터(121)에 의해 구동되어 회전하면, 회전 날개(102)와 고정 날개(123)의 작용에 의해, 흡기구(101)를 통하여, 도시하지 않은 챔버로부터 배기 가스가 흡기된다.

흡기구(101)로부터 흡기된 배기 가스는, 회전 날개(102)와 고정 날개(123)의 사이를 통과하여, 베이스부(129)로 이송된다. 그리고, 베이스부(129)에 이송되어 온 배기 가스는, 나사 부착 스페이서(131)의 나사홈(131a)으로 안내되면서 배기구(133)로 보내진다.

여기에서, 도 9에 모터(121)를 구동하는 모터 드라이버 회로의 블록도를 도시한다. 모터 드라이버 회로(200)는, 모터(121)의 스테이터의 U상 권선, V상 권선, W상 권선에 대하여 각각 도 10의 플로우챠트에 따른 3상 전류를 흐르게 하기 위해, V18, V19, V20, V21, V22, V23의 6개의 FET 소자로 이루어지는 3상 브릿지 회로(210)를 구비하고 있다. 그리고, 예를 들면 섹션 1에서는, V18과 V21을 ON하여 U상으로부터 V상 방향으로 전류를 흐르게 한다. 또한, 섹션 2에서는, V18과 V23을 ON하여 U상으로부터 W상 방향으로 전류를 흐르게 한다. 이하, 섹션 3이후도 순차적으로 플로우챠트를 따라서 FET 소자를 전환함으로써 회전 자계가 발생하도록 되어 있다.

이 3상 브릿지 회로(210)의 일단은 단락 보호 소자(201)를 통하여 콘덴서(203)의 일단과 접속되어 있다. 한편, 3상 브릿지 회로(210)의 타단은 모터 전류 검출 회로(205)를 통하여 콘덴서(203)의 타단과 접속되어 있다. 콘덴서(203)의 일단은 다시 회생 저항(207)의 일단 및 전원의 양극(209)에 접속되어 있다. 콘덴서(203)의 타단은 회생 저항 구동 FET(211)를 통하여 회생 저항(207)의 타단에 접속됨과 더불어 전원의 음극(213)에 접속되어 있다. 회생 저항(207)의 양단에는 이 회생 저항(207)과 병렬로 다이오드(215)가 접속되어 있다.

펌프 가속 시, 도시하지 않은 드라이버 제어용 CPU는, 모터 전류 검출 회로(205)에 의해 검출된 모터(121)에 통전되는 전류치가 소정의 일정 전류치가 되도록 3상 브릿지 회로(210)의 각 FET를 PWM 제어하면서, 도시하지 않은 회전수 센서에 의해 도 10의 타이밍에 따라, 각 상을 전류(轉流)시켜서 소정의 회전수가 되도록 제어한다. 또한 브레이크 시는, 소정의 전류치가 되도록 3상 브릿지 회로(210)의 FET를 PWM 제어하고, 상기 가속 타이밍과 역방향으로 각 상을 전류시키면서, 모터(121)로부터의 회생 전력을 회생 저항(207)에 의해 열 에너지 소비시키기 위해, 회생 저항 구동 FET(211)를 ON·OFF시킨다.

또한 회생 저항(207)은, 보다 큰 에너지 소비를 시키기 위해서, 대용량(대형)의 타입을 이용하거나, 히트싱크 상에 실장하고, 공냉 팬으로 냉각하고 있다.

그런데, 종래, 이 회생 저항에서의 에너지 소비가 안전한 범위에서 행해지도록 하기 위해서, 회생 에너지를 계산하고, 소정의 회생 에너지를 넘지않도록 복수대의 모터에 대하여 각각 회생 제동을 행할지 여부를 자동 선택할 수 있도록 한 기술이 개시되어 있다(특허문헌 1).

특허문헌 1 : 일본국 특허공개 2006-194094호 공보

그러나, 특허문헌 1에서는 복수대의 모터로부터의 회생 제동을 제어함으로써 회생 저항에서의 에너지 소비가 안전한 범위에서 행해지는 것을 목적으로 하고 있고, 각 모터 각각에 있어서의 회생 저항의 발열을 억제하거나 브레이크 시간을 단축하는 것은 아니다.

이 각 모터 단체(單體)에 있어서, 브레이크 시간을 짧게 하기 위해서, 발생하는 회생 에너지를, 회생 저항(207)으로 임시로 상시 통전시키면, 회생 저항(207)의 발열이 커지고, 그 온도가 상승한다. 이 때문에, 열용량이 큰 회생 저항(207)을 사용하거나, 히트싱크를 붙이고, 풍량이 큰 팬을 사용하여 냉각할 필요가 있다. 그러나 이들 부품의 사용은, 비용 증대를 초래하는 외, 컨트롤러의 칫수가 커지는 문제가 있다.

한편, 회생 저항(207)에의 통전량을 작게 함으로써, 회생 저항(207)의 발열을 억제할 수 있는데, 브레이크 시간이 증대한다고 하는 성능 상의 문제가 발생한다.

본 발명은 이러한 종래의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 특히 용량이 큰 회생 저항이나 히트싱크를 채용하거나, 보다 풍량이 큰 팬을 사용하지 않아도, 회생 저항의 발열을 사양 온도 범위로 억제할 수 있고, 적정한 브레이크 시간을 얻으면서, 콤팩트하고 저비용인 모터 드라이버 회로 및 그 모터 드라이버 회로를 탑재한 진공 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해 본 발명(청구항 1)의 모터 드라이버 회로는, 모터와, 그 모터를 구동하는 모터 구동 회로와, 상기 모터의 모터 속도를 검출하는 모터 속도 검출 수단과, 상기 모터 구동 회로에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 수단과, 상기 모터의 브레이크 동작 시에 상기 모터 속도 검출 수단으로 검출한 모터 속도에 따라서 상기 모터의 구동 전류 설정치를 연산하는 모터 구동 전류 설정치 연산 수단과, 상기 전류 검출 수단으로 검출한 전류가 그 모터 구동 전류 설정치 연산 수단으로 연산한 구동 전류 설정치가 되도록 구동 전류를 조정하는 구동 전류 조정 수단과, 상기 모터 구동 회로에서는 그 구동 전류 조정 수단으로 조정한 구동 전류에 의거하여 상기 모터가 구동되는 것을 특징으로 한다.

모터의 브레이크 동작 시에 모터 속도에 따라서 모터의 구동 전류 설정치를 연산함으로써, 고속 회전시는 회생 에너지의 소비를 작게 하고, 감속함에 따라서 회생 에너지의 소비를 크게 할 수 있다.

또한, 본 발명(청구항 2)의 모터 드라이버 회로는, 상기 모터의 브레이크 동작 시에 상기 모터 구동 회로로부터 회생된 전류가 흐르는 전원에 대하여 병렬로 배치된 회생 저항과, 그 회생 저항에 대하여 직렬 접속되고, 전류를 흐르게할지 여부를 제어하는 제어 소자와, 상기 모터 구동 회로의 전압을 검출하는 전압 검출 수단과, 그 전압 검출 수단으로 검출한 전압이 설정 전압치 이하가 되도록 상기 제어 소자를 ON, OFF 구동하는 제어 소자 구동 수단을 구비하여 구성했다.

또한, 본 발명(청구항 3)의 모터 드라이버 회로는, 상기 모터 구동 전류 설정치 연산 수단으로 연산되는 구동 전류 설정치는, 상기 모터의 최대 정격 회전수에 있어서의 초기 전류치가 작게 설정되고, 감속되어 가는 모터 속도에 따라서 크게 설정되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라 회생 저항의 에너지가 모터 속도에 따라서 조절된다. 따라서, 회생 저항의 허용 온도를 넘지 않는 최대한의 범위에서 단시간에 있어서의 감속이 가능하게 된다. 따라서, 용량이 큰 회생 저항이나 히트싱크를 채용하거나, 보다 풍량이 큰 팬을 사용하지 않아도, 회생 저항의 발열을 사양 온도 범위로 억제할 수 있어, 적정한 브레이크 시간을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명(청구항 4)의 모터 드라이버 회로는, 상기 구동 전류 설정치는 소정치 이상이 되지 않도록 리미트가 걸린 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명(청구항 5)의 모터 드라이버 회로는, 모터와, 그 모터를 구동하는 모터 구동 회로와, 상기 모터의 브레이크 동작 시에 그 모터 구동 회로로부터 회생된 전류가 흐르는 전원에 대하여 병렬로 배치된 회생 저항과, 그 회생 저항에 대하여 직렬 접속되고, 전류를 흐르게할지 여부를 제어하는 제어 소자와, 상기 회생 저항의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 그 온도 검출 수단으로 검출한 온도가 소정치 이하가 되도록 상기 모터의 구동 전류 지령치를 연산하는 구동 전류 지령치 연산 수단과, 상기 모터 구동 회로의 전압을 검출하는 전압 검출 수단과, 그 전압 검출 수단으로 검출한 전압이 설정 전압치 이하가 되도록 상기 제어 소자를 ON, OFF 구동하는 제어 소자 구동 수단을 구비하여 구성했다.

회생 저항의 온도를 직접 검출하면서, 이 회생 저항의 발열을 사양 온도 범위로 억제하기 위해서, 회생 저항의 허용 온도를 넘지 않는 최대한의 범위에서 단시간에 있어서의 감속이 가능하다.

또한, 본 발명(청구항 6)의 모터 드라이버 회로는, 모터와, 그 모터를 구동하는 모터 구동 회로와, 상기 모터의 브레이크 동작시에 그 모터 구동 회로로부터 회생된 전류가 흐르는 전원에 대하여 병렬로 배치된 회생 저항과, 회생 저항에 대하여 직렬 접속되고, 전류를 흐르게할지 여부를 제어하는 제어 소자와, 상기 모터의 모터 속도를 검출하는 모터 속도 검출 수단과, 상기 모터 구동 회로에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 수단과, 모터 속도와 상기 제어 소자의 ON, OFF 신호의 듀티 사이클의 관련을 규정한 테이블과, 그 테이블에서 상기 모터의 브레이크 동작시에 상기 모터 속도 검출 수단으로 검출한 모터 속도에 따른 상기 제어 소자의 ON, OFF 신호의 듀티 사이클을 산출하는 듀티 사이클 산출 수단과, 그 듀티 사이클 산출 수단으로 산출한 듀티 사이클에 의거하여 상기 제어 소자를 ON, OFF 제어하는 제어 소자 제어 수단을 구비하여 구성했다.

테이블에 의거하여 모터 속도에 따른 제어 소자의 ON, OFF 신호의 듀티 사이클을 산출가능하므로, 제어를 용이하게 행할 수 있다.

또한, 본 발명(청구항 7)의 모터 드라이버 회로는, 모터와, 그 모터를 구동하는 모터 구동 회로와, 상기 모터의 브레이크 동작 시에 그 모터 구동 회로로부터 회생된 전류가 흐르는 전원에 대하여 병렬로 배치된 회생 저항과, 그 회생 저항에 대하여 직렬 접속되고, 전류를 흐르게할지 여부를 제어하는 제어 소자와, 상기 회생 저항의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 그 온도 검출 수단으로 검출한 온도가 소정치 이하가 되도록 상기 제어 소자를 ON, OFF 제어하는 제어 소자 ON, OFF 제어 수단을 구비하여 구성했다.

또한, 본 발명(청구항 8)의 모터 드라이버 회로는, 상기 제어 소자 ON, OFF 제어 수단으로 제어되는 ON, OFF 신호의 듀티 사이클은, 상기 온도 검출 수단으로 검출한 온도가 높을 때에 통전 간격이 짧게 설정되고, 온도가 낮을 때에 통전 시간이 길게 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명(청구항 9)의 모터 드라이버 회로는, 상기 모터 구동 회로의 전압을 검출하는 전압 검출 수단과, 그 전압 검출 수단으로 검출한 전압이 설정 전압치 이하가 되도록 구동 전류를 조정하는 구동 전류 조정 수단과, 상기 모터 구동 회로에서는 그 구동 전류 조정 수단으로 조정한 구동 전류에 의거하여 상기 모터가 구동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명(청구항 10)의 진공 펌프는, 청구항 1∼9에 기재된 모터 드라이버 회로를 탑재한 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 모터의 브레이크 동작시에 모터 속도에 따라서 모터의 구동 전류 설정치를 연산하도록 구성했으므로, 고속 회전시는 회생 에너지의 소비를 작게 하고, 감속함에 따라서 회생 에너지의 소비를 크게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시 형태의 블록 구성도이다.
도 2는 모터에 공급하는 전류치와 모터 속도 및 정지 시간의 관계, 및 모터에 공급하는 전류치와 회생 저항의 온도의 관계이다.
도 3은 모터 전류치와 모터 속도, 정지 시간, 회생 저항의 온도의 관계이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태의 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태의 동작 플로우이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태의 블록 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제4실시 형태의 블록 구성도이다.
도 8은 터보 분자 펌프 본체의 종단면도이다.
도 9는 모터 드라이버 회로의 블록도이다.
도 10은 모터 구동 플로우챠트이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 발명의 제1실시 형태의 블록 구성도를 도 1에 도시한다. 또한, 도 9와 동일 요소에 대해서는 동일 부호를 붙여 설명은 생략한다.

도 1에 있어서, 모터 전류 검출 회로(205)로 검출한 모터 전류는 마이크로 프로세서(221) 및 3상 브릿지 제어 회로(225)에 입력되도록 되어 있다. 또한, 회전수 센서(223)에 의해 모터 속도가 검출되고, 마이크로 프로세서(221)에 입력되도록 되어 있다. 마이크로 프로세서(221)에서는, 입력된 모터 속도에 의거하여 소정의 연산이 행해지고, 전류 지령치가 구해지도록 되어 있다. 3상 브릿지 제어 회로(225)에서는, 모터 전류 검출 회로(205)로 검출한 모터 전류가 이 전류 지령치가 되도록 PID 보상 연산 등이 행해지고, 이 보상된 신호에 의거하여 3상 브릿지 회로(210)의 각 FET가 PWM 제어되도록 되어 있다.

또한, 드라이버부 직류 전압 검출 회로(227)에서는, 모터 드라이버 회로(200)의 전압을 콘덴서(203)의 양단의 전압을 기초로 검출하도록 되어 있다. 그리고, 이 드라이버부 직류 전압 검출 회로(227)로 검출된 직류 전압치가 소정치(예를 들면 135볼트)이하가 되도록, 회생 저항 구동 FET(211)가 ON, OFF 제어되도록 되어 있다.

다음에, 본 발명의 제1실시 형태의 동작을 설명한다.

도 2에는, 모터에 공급하는 전류치와 모터 속도 및 정지 시간의 관계, 및 모터에 공급하는 전류치와 회생 저항의 온도의 관계를 개념도로서 도시한다. 도 2의 좌측부의 모터 가속 영역에 있어서는, 모터에 공급하는 전류치를 소정치로 설정함으로써 모터 속도가 거의 선형으로 증가한다. 그리고, 일단 정격 운전에 이르렀을 때에는, 펌프가 진공상태로 부하가 잘 걸리지 않으므로 전류치도 매우 작은값이어도 된다.

그 후, 브레이크 영역(도면 중 우측부)으로 들어가는데, 이 때 회생 전류를 최대 브레이크 전류치 I_{set _brake_max}(예를 들면 15[A] 정도)로 이 브레이크 영역중 계속해서 흐르게한다고 가정하면, 속도 특성은 도면 중 a로 표시하는 바와같이 모터 속도는 이상적으로 빠르게 떨어트릴 수 있다. 그러나, 그 한편으로, 회생 에너지는 회생 저항(207)으로 급격하게 소비되므로, 도 2의 회생 저항의 온도 특성 중에 d로 표시하는 바와같이 한계 온도인 예를 들면 300도를 단시간 내에 훨씬 넘어버린다.

또한, 브레이크 영역에 들어간 시점에서 I_{set _brake_ n0}(예를 들면 6[A] 정도)를 브레이크 기간중 계속해서 흐르게 한다고 가정하면, 회생 에너지는 회생 저항(207)으로 서서히 소비되므로, 도 2의 회생 저항의 온도 특성 중에 e로 표시하는 바와같이 한계 온도인 예를 들면 300도를 넘지 않는 회생을 행할 수 있는데, 그 한편으로, 속도 특성은 도면 중 b로 표시하는 바와같이 모터 속도가 떨어지기까지 장시간을 필요로 하게 된다.

여기에서, 이러한 문제를 회피하기 위해서, 본 실시 형태에서는, 회생의 초기 단계에서는 모터 속도에 따라서 속도 특성이 b의 경사로부터 조금씩 a의 경사에 근접하도록 회생 전류를 제어하기로 한 것이다. 그리고, 한편으로 회생 전류가 최대 브레이크 전류치 I_{set _brake_max}에 도달한 경우에는, 그 이상의 전류가 흐르지 않도록 리미트를 걸기로 한 것이다.

즉, 도면 중 우측부의 브레이크 영역에서는, 가속시와는 역방향으로 각 상을 전류(轉流)시키면서 전류를 회생시킨다. 이 때의 브레이크 동작 시의 회생 에너지는, 브레이크 전류 설정치 I_{set _brake}를 수식 1에 표시하는 바와같이 모터 속도에 따라서 감속시킴으로써 조절한다.

[수식 1]

여기에, I_{set _brake_ n0}는 초기 브레이크 전류치이며, n₀은 최대 정격 회전속도, n은 회전 속도이다.

브레이크 전류 설정치 I_{set _brake}는, 도 2에 도시하는 바와같이, 브레이크 영역에 들어간 시점에서는 초기 브레이크 전류치 I_{set _brake_ n0}가 설정된다. 그 후, 수식 1에 의거하여 모터 속도가 감속됨에 따라서 점차로 커지고, 최대 브레이크 전류치 I_{set_brake_max}에 도달한 경우에 그 이상 큰 전류치가 되지않도록 리미트가 걸린다. 이와 같이, 브레이크 동작시, 최대 정격 회전수에서의 초기 브레이크 전류치를 낮게 설정하고, 감속하는 회전 속도에 따라서 브레이크 전류를 증가시키도록 제어한다.

즉 고속 회전시는, 회생 저항에 의한 에너지 소비를 작게 하고, 감속함에 따라서 에너지 소비를 증가시키도록 한다.

도 1의 블록도에 의거하여 설명하면, 브레이크 영역에 들어갔을 때 마이크로 프로세서(221)에서는, 회전수 센서(223)로 검출한 감속 회전수에 따라서 회생되는 모터 전류 설정치의 크기를 수식 1에 의거하여 연산하여 출력한다. 3상 브릿지 제어 회로(225)에서는, 이 모터 전류 설정치를 모터 전류 검출 회로(205)에서 검출한 전류치와 비교하여, 편차가 0이 되도록 3상 브릿지 회로(210)의 게이트를 ON, OFF 제어한다. 이와 같이, 마이크로 프로세서(221)는 3상 브릿지 회로(210)를 전류 피드백으로 제어하면서, 드라이버부 직류 전압 검출 회로(227)로 검출된 직류 전압치가 예를 들면 135볼트 이하가 되도록, 회생 저항 구동 FET(211)를 ON, OFF시킨다. 이에 따라 회생 저항의 에너지가 모터 속도에 따라서 조절된다. 따라서, 회생 저항(207)의 허용 온도를 넘지 않는 최대한의 범위에서 단시간에 있어서의 감속이 가능해진다.

또한, 이상의 모델에 의거하여 실제로 실험한 결과를 도 3에 도시한다. 도 3에 있어서, g의 선은 모터 전류 설정치를 15[A] 일정하게 지정했을 때의 모터 속도―정지 시간의 특성을 나타내고, h의 선은 모터 전류 설정치를 6[A] 일정하게 지정했을 때의 모터 속도―정지 시간의 특성을 나타낸다. 그리고, i의 곡선은 수식 1에 의거하여 모터 속도에 따라서 모터 전류 설정치를 지정했을 때의 모터 속도―정지 시간의 특성을 나타낸다.

g와 같이, 모터 전류 설정치를 15[A] 일정하게 지정했을 때에는, 정지 시간의 경과에 따라 회생 저항(207)의 온도는 도면 중 j로 표시하는 바와같이 급격하게 상승하므로, 회생 저항(207)의 허용 온도를 단시간 내에 넘어버린다. 한편, h와 같이, 모터 전류 설정치를 6[A] 일정하게 지정했을 때에는, 정지 시간의 경과에 따른 회생 저항(207)의 온도는 도면 중 k로 표시하는 바와같이 완만하고, 또한 최대 온도라도 250도를 넘지 않는다. 그러나, 모터 정지까지 1400초 정도 요하게 된다. 이에 대하여, i와 같이 수식 1에 의거하여 브레이크 전류 설정치 I_{set _brake}를 지정했을 때에는 회생 저항(207)의 온도는 도면 중 l로 표시하는 바와같이 거의 최대 온도라도 280도 정도가 되어, 회생 저항(207)의 허용 온도 최대 내이면서 정지 시간은 800초 정도로 단축할 수 있다.

이로써, 용량이 큰 회생 저항이나 히트싱크를 채용하거나, 보다 풍량이 큰 팬을 사용하지 않아도, 회생 저항의 발열을 사양 온도 범위로 억제할 수 있다. 또한, 적정한 브레이크 시간을 얻으면서, 콤팩트하고 저비용의 모터 드라이버 회로를 실현할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제2실시 형태에 대해서 설명한다. 본 발명의 제2실시 형태의 블록 구성도를 도 4에 도시한다. 또한, 도 1과 동일 요소에 대해서는 동일 부호를 붙여 설명은 생략한다.

도 4에 있어서, 온도 검출 회로(231)는 회생 저항(207)의 온도를 검출하여 마이크로 프로세서(221)에 출력하도록 되어 있다. 마이크로 프로세서(221)에서는, 이 온도가 소정치 이하가 되도록 전류 지령치를 설정하도록 되어 있다. 3상 브릿지 제어 회로(225)에서는, 모터 전류 검출 회로(205)로 검출한 모터 전류가 이 전류 지령치가 되도록 PID 보상 연산 등이 행해지고, 이 보상된 신호에 의거하여 3상 브릿지 회로(210)의 각 FET가 PWM 제어되도록 되어 있다.

다음에, 본 발명의 제2실시 형태의 동작 플로우를 도 5를 기초로 설명한다.

도 5에 있어서, 단계 1(도면 중 S1로 약기한다. 이하 동일 취지)에서는, 마이크로 프로세서(221)가 온도 검출 회로(231)에서 검출한 회생 저항(207)의 온도가 소정치보다 높은지, 낮은지를 판단한다. 그리고, 낮은 경우에는, 단계 2에서 3상 브릿지 제어 회로(225)에 대한 전류 지령치를 증가시킨다. 이 전류 지령치에 의거하여 3상 브릿지 제어 회로(225)에서는 3상 브릿지 회로(210)의 각 FET에 대하여 ON, OFF 신호를 발한다. 이 결과, 단계 3에서 모터 드라이버 회로(200)의 전압이 증가한다. 이 때문에, 단계 4에서는, 마이크로 프로세서(221)는 이 전압이 소정치 이하가 되도록 회생 저항(207)에의 통전 시간 간격을 증가시킨다. 이에 따라, 단계 5에서는, 회생 저항(207)의 에너지 소비가 증가하여 회생 저항(207)의 온도가 높아진다.

한편, 단계 6과 같이, 온도 검출 회로(231)에서 검출한 회생 저항(207)의 온도가 소정치보다 높은 경우, 단계 7에서 3상 브릿지 제어 회로(225)에 대한 전류 지령치를 감소시킨다. 이 결과, 단계 8에서 모터 드라이버 회로(200)의 전압이 감소한다. 이 때문에, 단계 9에서는, 마이크로 프로세서(221)는 회생 저항(207)에의 통전 시간 간격을 감소시킨다. 이에 따라, 단계 10에서는, 회생 저항(207)의 에너지 소비가 감소하여 회생 저항(207)의 온도가 낮아진다.

이에 따라, 제1실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

다음에, 본 발명의 제3실시 형태에 대해서 설명한다. 본 발명의 제3실시 형태의 블록 구성도를 도 6에 도시한다. 또한, 도 1과 동일 요소에 대해서는 동일 부호를 붙여 설명은 생략한다.

도 6에 있어서, 마이크로 프로세서(221)에서는, 도시하지 않은 기억 영역에 미리 설정된 룩업 테이블이 보존되어 있다. 이 룩업 테이블은 모터 속도에 대한 회생 저항 구동 FET(211)의 ON/OFF 듀티 사이클을 규정한 것이다. 그리고, 마이크로 프로세서(221)는 회전수 센서(223)로 검출한 모터 속도에 따라서 룩 업 테이블를 참조하고, 해당하는 ON/OFF 듀티 사이클을 추출하고, 이 ON/OFF 듀티 사이클에 의거하여 회생 저항 구동 FET(211)의 게이트 신호를 구동하도록 되어 있다.

한편, 마이크로 프로세서(221)에서는, 드라이버부 직류 전압 검출 회로(227)로 검출된 직류 전압치가 소정치(예를 들면 135볼트) 이하가 되도록, 전류 지령치가 구해지도록 되어 있다. 3상 브릿지 제어 회로(225)에서는, 모터 전류 검출 회로(205)에서 검출한 모터 전류가 이 전류 지령치가 되도록 PID 보상 연산 등이 행해지고, 이 보상된 신호에 의거하여 3상 브릿지 회로(210)의 각 FET가 PWM 제어되도록 되어 있다.

다음에, 본 발명의 제3실시 형태의 동작을 설명한다.

룩 업 테이블을 설정하는데 있어서는, 회생 저항(207)의 온도가 사양 이하에서 최적의 에너지 소비를 하는 구동 패턴을 사전에 실험 등에 의해 평가·결정할 필요가 있다.

회생 저항(207)의 통전 패턴 이미지의 예로는 예를 들면 제1 실시 형태와 같이, 모터 속도가 높을 때에는, 회생 저항 구동 FET(211)의 게이트 신호의 통전 시간을 짧게 하고, 한편, 모터 속도가 낮을 때에는, 통전 시간을 길게 한다. 단, 드라이버부 직류 전압 검출 회로(227)에서 검출한 직류 전압이 소정치(예를 들면 125V) 이하로 된 경우는 회생 저항 구동 FET(211)의 게이트 신호의 구동을 OFF한다.

또한, 마이크로 프로세서(221)에서는, 드라이버부 직류 전압 검출 회로(227)에서 검출된 직류 전압치가 소정치(예를 들면 135볼트) 이하가 되도록, 전류 지령치가 구해지도록 되어 있다. 3상 브릿지 제어 회로(225)에서는, 모터 전류 검출 회로(205)에서 검출한 모터 전류가 이 전류 지령치가 되도록 PID 보상 연산 등이 행해지고, 이 보상된 신호에 의거하여 3상 브릿지 회로(210)의 각 FET가 PWM 제어되도록 되어 있다.

이에 따라, 제1실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

다음에, 본 발명의 제4실시 형태에 대해서 설명한다. 본 발명의 제4실시 형태의 블록 구성도를 도 7에 도시한다. 또한, 도 4와 동일 요소에 대해서는 동일 부호를 붙여 설명은 생략한다.

도 7에 있어서, 마이크로 프로세서(221)에서는, 온도 검출 회로(231)에서 검출한 온도가 소정치 이하가 되도록 회생 저항 구동 FET(211)의 게이트 신호를 구동하도록 되어 있다.

한편, 마이크로 프로세서(221)에서는, 드라이버부 직류 전압 검출 회로(227)에서 검출된 직류 전압치가 소정치(예를 들면 135볼트) 이하가 되도록, 전류 지령치가 구해지도록 되어 있다. 3상 브릿지 제어 회로(225)에서는, 모터 전류 검출 회로(205)에서 검출한 모터 전류가 이 전류 지령치가 되도록 PID 보상 연산 등이 행해지고, 이 보상된 신호에 의거하여 3상 브릿지 회로(210)의 각 FET가 PWM 제어되도록 되어 있다.

다음에, 본 발명의 제4실시 형태의 동작을 설명한다.

마이크로 프로세서(221)에서는, 구체적으로는, 검출한 온도가 높을 때에는, 회생 저항(207)에의 통전 시간 간격을 짧게 하고, 한편, 검출한 온도가 낮을 때에는, 회생 저항(207)에의 통전 시간 간격을 길게 한다. 단, 드라이버부 직류 전압 검출 회로(227)에서 검출한 직류 전압이 소정치(예를 들면 125V) 이하로 된 경우는 회생 저항 구동 FET(211)의 게이트 신호의 구동을 OFF한다.

이에 따라, 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

121 : 모터 200 : 모터 드라이버 회로
205 : 모터 전류 검출 회로 207 : 회생 저항
210 : 3상 브릿지 회로 211 : 회생 저항 구동 FET
221 : 마이크로 프로세서 223 : 회전수 센서
225 : 3상 브릿지 제어 회로 227 : 드라이버부 직류 전압 검출 회로
231 : 온도 검출 회로

Claims (10)

1. 모터(121)와,
   상기 모터(121)를 구동하는 모터 구동 회로(210)와,
   상기 모터(121)의 모터 속도를 검출하는 모터 속도 검출 수단(223)과,
   상기 모터 구동 회로(210)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 수단(205)과,
   상기 모터(121)의 브레이크 동작 시에 상기 모터 구동 회로(210)로부터 회생된 전류가 흐르는 회생 저항(207)과,
   상기 모터(121)의 브레이크 동작 시에, 상기 회생 저항(207)의 온도가 허용 온도를 넘지 않도록, 또한 고속 회전 시에는, 상기 회생 저항에 의한 에너지 소비를 작게 하고, 감속함에 따라서 에너지 소비를 증가시키도록 상기 모터 속도 검출 수단(223)으로 검출한 모터 속도에 따라서 상기 모터(121)의 구동 전류 설정치를 연산하는 모터 구동 전류 설정치 연산 수단(221)과,
   상기 전류 검출 수단(205)으로 검출한 전류가 상기 모터 구동 전류 설정치 연산 수단(221)으로 연산한 구동 전류 설정치가 되도록 구동 전류를 조정하는 구동 전류 조정 수단(225)과,
   상기 회생 저항(207)에 대하여 직렬 접속되고, 전류를 흐르게할지 여부를 제어하는 제어 소자(211)와,
   일단이 상기 회생 저항(207)의 일단에 접속되고, 타단이 상기 제어 소자(211)를 통하여 상기 회생 저항(207)의 타단에 접속되는 콘덴서(203)와,
   상기 모터 구동 회로(210)의 전압을 검출하는 전압 검출 수단(227)과,
   상기 전압 검출 수단(227)으로 검출한 전압이 설정 전압치 이하가 되도록 상기 제어 소자(211)를 ON, OFF 구동하는 제어 소자 구동 수단(221)을 포함하고,
   상기 모터 구동 회로(210)에서는 상기 구동 전류 조정 수단(225)으로 조정한 구동 전류에 의거하여 상기 모터(121)가 구동되는 것을 특징으로 하는 모터 드라이버 회로.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 모터 구동 전류 설정치 연산 수단(221)으로 연산되는 구동 전류 설정치는, 상기 모터(121)의 최대 정격 회전수에 있어서의 초기 전류치 I_{set_brake_n0}가 작게 설정되고, 감속되어 가는 모터 속도에 따라서 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 모터 드라이버 회로.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동 전류 설정치는 소정치 이상이 되지 않도록 리미트 I_{set_brake_max}가 걸린 것을 특징으로 하는 모터 드라이버 회로.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 구동 전류 설정치는 소정치 이상이 되지 않도록 리미트 I_{set_brake_max}가 걸린 것을 특징으로 하는 모터 드라이버 회로.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 모터 드라이버 회로를 탑재한 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
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