三相电动机驱动控制装置的制作方法

专利名称：三相电动机驱动控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及驱动三相电动机的驱动控制装置，更详细来说，涉及具有断线探测功能的三相电动机驱动控制装置，其中，该断线探测功能是对三相电动机的内部布线、和连接该装置与三相电动机的配电线路的断线进行探测的功能。
背景技术：
在例如溅射装置等半导体制造装置等中，为了使腔室内成为高真空气氛而利用涡轮分子泵。在涡轮分子泵中，利用能够进行最高800Hz左右或其以上的高速旋转的三相电动机作为泵电动机。在这样的三相电动机中，在内部的线圈或对电动机和驱动控制装置进行连接的配电线路中产生断线的情况下，电动机不工作，不能发挥真空泵的作用。一直以来，已知有对上述这样的断线即三相电动机的断相(open phase)进行探测的各种技术。例如，存在以下装置，即，在通常使用时，将使三相电动机的旋转速度上升至某速度作为前提，通过探测速度是否在从启动时刻起经过了规定时间的时刻上升至规定的旋转速度，结果能够探测断线。但是，在上述这样的涡轮分子泵中，由于其旋转速度上升得相当缓慢，所以即使在电动机正常的情况下，旋转速度上升至规定的旋转速度也需要时间。由此，存在如下问题:到得出有无断线的探测结果为止需要时间，在存在断线的情况下会产生从启动开始到得出结果为止的时间浪费。此外，在专利文献I记载的装置中，分别在逆变器电路的三相的输出线路上设置有交流电流检测部件，基于其检测信号来判断有无断线。但是，需要使用具备铁芯和卷绕了铜线的线圈这样的高价变流器(current transformer)作为交流电流检测部件,并且必需在三相的每一个相设置变流器，所以存在成本相当高这样的问题。`此外，在专利文献2记载的装置中，在三相电动机启动之前，将三相桥式构成中的任意一相(例如R相)的高电压侧的开关元件和其他两相(例如S相以及T相)的低电压侧的开关元件设为接通，另一方面，将其他3个开关元件都设为断开，在该状态下从直流/直流转换电路向三相逆变器电路施加直流电压，由此来检测流动的直流电流。此时，如果电流流动，则判断为将高电压侧的开关元件设为接通的相没有断相。并且，针对三相的所有相判断有无断相，如果有一个相存在断相，则停止三相电动机的启动并报告异常。在该断线探测方法中，不使用交流电流探测用的变流器就能够可靠地探测到断线。但是，在该方法中，在进行断线探测动作之时，由于需要停止对三相电动机的三相交流驱动，所以不能在三相电动机的旋转驱动中连续地进行断线探测。使用上述涡轮分子泵的半导体制造装置经常是无人运转，而如果在操作者没有发现的期间，在电动机旋转中产生异常从而真空度下降，就会产生较大损失，所以需要实施不使这样的情况产生的对策。在先技术文献专利文献专利文献I JP特开2001-309669号公报专利文献2 JP特开2007-143244号公报

发明内容
本发明为了解决上述课题而作，其目的在于，提供一种三相电动机驱动控制装置，该三相电动机驱动控制装置，能够以低廉的成本在三相电动机的驱动中也大致连续地探测该三相电动机的内部布线和对该装置和三相电动机进行连接的配电线路的断线。为了解决上述课题而作的本发明是一种三相电动机驱动控制装置，该三相电动机驱动控制装置具备:交流/直流转换部件，其将商用交流电力转换为直流电力；逆变器部件，其具有为了将直流电力转换为三相交流电力而进行了三相桥式连接的开关元件；控制部件，其通过控制该逆变器部件的各相的高电压侧以及低电压侧的开关元件的接通/断开，从而对与上述逆变器部件连接的三相电动机进行通电；以及断线探测部件，其探测三相电动机的内部布线和向三相电动机的配电线路的断线，该三相电动机驱动控制装置的特征在于，上述断线探测部件具备:a)电流检测部件，其根据施加给上述逆变器部件的直流电压来检测在该逆变器部件中流动的直流电流；以及b)断相判定部件，其在对上述三相电动机进行旋转驱动的状态下，通过上述电流检测部件来检测直流电流，并基于其检测结果，通过直接或间接地检测在与上述三相电动机的规定旋转相当的期间中反复出现的电流波形的波峰的数目的变化，来判断有无断相。在通过逆变器部件向三相电动机供给三相交流电力并旋转驱动该电动机时，在与三相电动机的I次旋转相当的期间中出现6个电流波形的波峰。与此相对，例如若由于断线等而使得一个相欠缺则实质上成为与单相驱动相同的状态，所以在与三相电动机的I次旋转相当的期间中出现的电流波形的波峰减为2个。因此，在本发明涉及的三相电动机驱动控制装置中，断相判定部件通过检测上述这样的在电流波形中反复出现的波峰的数目的减少本身或伴随该减少而产生的现象，从而识别产生了欠缺。因此，该断相的判定与三相电动机的通常的旋转驱动并行地实施。另外，根据本发明的断相判定的原理，所谓上述规定旋转典型为I次旋转，但是，可以例如是1/2次旋转等，不必限于I次旋转。作为本发明涉及的三相电动机驱动控制装置的一个方式，上述断相判定部件能够构成为，在与三相电动机的规定旋转相当的期间中，在没有断相的情况下(即正常时)应该出现电流波形的波峰的规定的定时获取反映了直流电流的电流值的信号，并将其与在回溯规定时间的时刻得到的针对相同定时的信号进行比较，基于其比较结果来判断有无断相。另外，三相电动机的旋转驱动时的上述直流电流的变化与从控制部件向逆变器部件供给的开关元件的接通/断开控制信号同步，所以该控制部件能够设定上述规定的定时。在上述构成中，在将由电流检测部件检测到的信号转换为数字值后，可以全部进行数字处理，所以能够在通用微型计算机中进行处理。由此，能够抑制成本，并且能够容易地对应断相判定的条件变更。此外，作为本发明涉及的三相电动机驱动控制装置的其他方式，上述断相判定部件能够构成为，包括:脉冲化部件，其将由上述电流检测部件得到的信号与规定的阈值进行比较，并将其转换为脉冲信号；以及计数部件，其在与三相电动机的I次旋转相当的期间中对上述脉冲信号进行计数，上述断相判定部件基于该计数部件的计数结果来判断有无断相。这里，上述规定的阈值能够设为通过对由电流检测部件得到的信号进行规定时间的积分而得到的信号电平。在上述构成中，能够例如由包括比较器等在内的模拟电路构成脉冲化部件，并在通用微型计算机中进行计数部件的处理。由此，虽然需要附加模拟电路，但是微型计算机的程序与上述方式相比更简单。发明效果根据本发明涉及的三相电动机驱动控制装置，在三相电动机的稳定运转时或使旋转速度上升至稳定运转的过程中等，能够不对该旋转造成影响而大致连续地探测断线。由此，能够迅速且可靠地探测在三相电动机的旋转驱动中产生的断线，停止驱动或者进行警告报告。因此，如果在半导体制造装置的真空排气用涡轮分子泵的驱动中利用本发明涉及的三相电动机驱动控制装置，则能够探查由于断线而导致真空度降低的危险性，从而无延迟地采取停止生产线等适当的对应。此外，在本发明涉及的三相电动机驱动控制装置中，能够与作为驱动对象的三相电动机的种类和规格无关地探测起因于断线等的断相。因此，即使变更作为驱动对象的三相电动机，也不必变更用于断相判定的条件等，能够提高该装置的通用性。此外，不需要用于检测在三相电动机中流动的交流电流的变流器，能够将成本的增加抑制到最小限度。


图1是本发明的一实施例的三相电动机驱动控制装置的主要部分的方框构成图。图2是图1中的旋转时断线探测程序执行时实现的功能方框图。图3是表示正常时以及异常(一个相断相)时的直流电流检测信号的实例的图。图4是本发明的其他实施例的三相电动机驱动控制装置中的断线探测部的方框构成图。图5是用于说明图4的断线探测部的动作的波形图。
具体实施例方式以下，参照图1 图3，说明本发明的一实施例的三相电动机驱动控制装置。图1是本实施例的三相电动机驱动控制装置的主要部分的方框构成图。作为本实施例的三相电动机驱动控制装置的概略构成，从单相200V (或100V)的商用交流电源I供给的交流电力通过整流电路2转换为直流电力，并进一步在直流/直流转换电路3中转换为规定电压的直流电力。并且，将该直流电力通过三相逆变器电路4转换为向三相电动机M的R、S、T各相供给的交流电力。更详细来说明，整流电路2包括未图示的二极管桥式电路和平滑用电解电容器等，输出规定的直流电压。在直流/直流转换电路3中，将变压器32的一次线圈与功率FET等开关元件31串联连接，通过来自后述的控制部5的控制信号将开关元件31接通后，直流电流在变压器32的一次线圈中流过，在二次线圈的两端产生电压。该电压通过包括二极管33、34、电容器35、串联连接的2个电阻形成的输出电压检测部37等在内的电路而输出。此夕卜，在该直流/直流转换电路3的低电压侧的线路中设置有直流电流检测用的分流电阻36。三相逆变器电路4包括:将6个功率FET等的开关元件41、42、43、44、45、46进行三相桥式连接而形成的开关部；和基于来自控制部5的指示分别独立地将这些开关元件41 46设为接通或断开的逆变器驱动部47，在R相、S相、T相各相中，从高电压侧的开关元件41、43、45和低电压侧的开关元件42、44、46的串联连接部取出输出，通过三条配电线路而与三相电动机M的各相端子连接。对直流/直流转换电路3和三相逆变器电路4进行控制的控制部5以包括CPU51在内的微型计算机为中心来构成。如众所周知的那样，CPU51例如按照保存在ROM等存储装置中的控制程序来执行规定的处理，这里，大致区分有通常驱动控制用程序52、断线探测用程序53、以及异常时对应程序54。通常驱动控制用程序52是用于三相电动机M的启动和稳定运转等一般的动作的程序。另一方面，断线探测用程序53是用于在本实施例中执行特征性的断线探测处理的程序，异常时对应程序54是管理探测到断线时的装置的动作的程序。此外，将控制部5与用于显示运转状态等的显示器6连接。控制部5检测上述分流电阻36的两端的电位，基于其电位差将在分流电阻36中流动的电流i的值作为电压值来检测。此外，基于由输出电压检测部37输入的电压值来识别施加给三相逆变器电路4的直流电压。在本实施例的三相电动机驱动控制装置中，在三相电动机M为通常运转状态时，具体来说，在稳定运转时和从启动后到稳定运转为止的加速运转过程中，反复执行三相电动机M的内部布线和配电线路的断线的探测。除了图1以外，参照图2 图3来说明该断线探测动作。图2是图1中的旋转时断线探测程序执行时实现的功能方框图，图3是表示正常时以及异常(一个相断相)时的直流电流检测信号的实例的图。如图3(a)所示，在为了通常运转而从三相逆变器电路4向三相电动机M供给驱动电流时，如果是没有断线即断相的正常状态，则在三相电动机M进行I次旋转的期间中，在直流电流检测信号中出现6个大致三角形状(锯齿波形状)的波峰(波峰P1-P6)。在分流电阻36中流动的直流电流是基于将三相逆变器电路4中的各开关元件41 46分别设置为接通从而向三相电动机M供给的交流电流而形成的，所以电流波形的波峰的产生位置与在控制部5的指示下从逆变器驱动部47向各开关元件41 46供给的接通/断开驱动信号同步。因此，在驱动状态为正常的情况下，如果按照与接通/断开驱动信号即来自控制部5的控制信号同步的规定的定时来读入直流电流检测信号，则能够获取各波峰Pl P6的例如最大值(波峰值)。此外，如果来自商用交流电源I的交流电压大致固定，则三相电动机M的各旋转周期中的直流电流检测信号几乎没有波峰值的变动。这根据图3(a)所示的实际测量波形也能够确认。相对于此，如果三相电动机M的一个相断相，则该电动机M实质上由单相驱动，如图3(b)所示，在三相电动机M的I次旋转期间中在直流电流检测信号中出现的大致三角形状的波峰成为2个(波峰PA、PB)。该现象与三相电动机M的旋转速度无关，所以不仅在固定旋转速度时，而且在旋转速度正在上升的加速过程中也会产生同样的现象。在本实施例的三相电动机驱动控制装置中，通过捕捉这样的在三相电动机M的I次旋转期间中在直流电流检测信号中出现的大致三角形状的波峰的数目的减少，从而在三相电动机M驱动中探测断线。如后述的例子那样，也能够直接判定波峰数有无减少，但是在该实施例中，通过识别出在应当产生波峰的位置(定时)没有波峰，从而间接判定波峰数有无减少。
具体来说，如图2所示，通过执行旋转时断线探测程序53而实现的功能块包括:分别与在三相电动机M的I次旋转期间(严格来说，由控制部5控制三相电动机M旋转I次的期间，即相当于I次旋转的期间)中产生的6个波峰相对应的波峰值判定部100A 100F ；以及接受各波峰值判定部100A 100F的输出并最终判定是否断线的断线判定部110，断线判定部110中的异常(NG)判定结果被输入到通过执行异常时对应程序54而实现的异常处理部111。各波峰值判定部100A 100F分别包括:规定级数的延迟用寄存器部101 ;以及对该寄存器部101的输出值和输入值进行比较的比较部102。在各波峰值判定部100A 100F中，延迟用寄存器部101在能够取入上述波峰值的定时新取入通过未图示的A/D转换器转换为数字值的直流电流检测信号(电流值数据)，对已经取入的电流值数据进行移位(shift)。因此，按三相电动机M的每I次旋转期间来取入新的电流值数据，并吐出最早的、即在规定级数之前取入的波峰值。在图2中，例如波峰值判定部100A的延迟用寄存器部101在能够取入图3(a)中的波峰P1的波峰值的定时取入新的波峰值，波峰值判定部100F的延迟用寄存器部101在能够取入波峰P6的波峰值的定时取入新的波峰值。比较部102对新取入的波峰值和规定级数之前取入的波峰值进行比较，输出是否一致的判定结果。其中，由于如果考虑交流电压的某种程度的变动等则认为隔开某时间的2个波峰值难以完全一致，所以只要差异处于规定的容许范围内就视为一致。由此，对于应当在I次旋转期间中出现的全部6个波峰P1 P6,分别判定新获取的波峰值和在回溯规定时间的时刻得到的波峰值之间的一致/不一致。另外，在三相电动机M的旋转速度发生了变化时，虽然I次旋转期间的时间本身发生变化，但是伴随于此在延迟用寄存器部101中取入波峰值的定时也发生变化，所以对2个波峰值的比较本身没有造成什么影响。理想情况下，在正常状态下，三相电动机M的I次旋转期间中的全部波峰的波峰值应当一致。但是，实际上由于噪声的进入或者其他各种原因，即使在没有产生断线的情况下，有时I次旋转期间中的一部分的波峰的波峰值也会不一致。由此，如果在I次不一致的情况下就做出为异常的判定，则实际上虽然正常但也判定为异常的可能性相当高。因此，在断线判定部110中，例如，在I次旋转期间中的一部分波峰中产生了波峰值不一致的状态连续发生了规定的旋转周期数时，才判定为异常。由此，能够提高断线探测的正确性。另外，虽然从异常产生到探测出异常为止会产生一些延迟，但是由于该延迟较小，并且在涡轮分子泵中在该延迟期间不会产生实质的问题，所以能够允许上述这样的探测延迟。如果产生断线等导致的断相，如图3(b)所示直流电流探测信号的波形形状发生变化，则在规定的定时在各延迟用寄存器部101中新取入的电流值数据有大的变化。由此，6个波峰值判定部100A 100F中的大多数判定为波峰值不一致，断线判定部110将为异常的判定结果发送到异常处理部111。据此，异常处理部111在显示器6上进行异常产生显示，并且对逆变器驱动部47发送驱动停止的控制信号。由此，向三相电动机M的驱动电流被截断。当然，在显示的同时，也可以通过蜂鸣器等的鸣动来唤起使用者的注意。断线判定部110中的判定条件可以适当变更。例如，在不能允许上述这样的探测的延迟的目标下、即发生断线后立即引起较大问题这样的驱动对象的情况下，可以减少判定连续的波峰值不一致状态的旋转周期数，或者在I次旋转期间中探测到波峰值不一致状态就判断为异常。此外，也可以适当决定延迟用寄存器部101的级数、即获取被比较的2个波峰值的时间差。实际上，由于这些仅仅通过程序的变更就能够进行对应，所以变更也容易，且不需要较大的成本。另外，在上述说明中，虽然在正常时判定在直流电流探测信号中出现的各波峰的最大值的一致/不一致，但是当然不一定必须是最大值，也能够使用各波峰波形的任意位置的值。此外，如上所述，虽然在I次旋转期间中出现6个波峰，但是不一定必须判定该全部波峰的波峰值(或者其他的值)的一致/不一致。此外，在上述说明中，虽然判定I次旋转期间中的波峰的数目的减少，但是当然也可以利用不是I次旋转期间而是1/2次旋转期间、1/3次旋转期间等与I次旋转以外的旋转相当的期间中的波峰的数目。此外，在上述实施例中，基于直流电流探测信号的波峰的值的一致/不一致的结果来判断波峰数有无减少，但是判断波峰数有无减少的方法不限定于此。也可以不通过微型计算机上的程序的动作来实现，而由硬件电路(不管是模拟还是数字)来实现，还可以通过硬件电路和微型计算机上的处理的组合来实现。通过图4、图5来说明后者的一例。图4是本发明的其他实施例的三相电动机驱动控制装置中的断线探测部的方框构成图，图5是用于说明图4的断线探测部的动作的波形图。在该实施例中，断线探测部的功能由模拟电路和微型计算机上的处理来达成。即，在分流电阻36中得到的直流电流探测信号(电压信号)被由电阻器Rl及电容器Cl构成的具有规定的时间常数的RC滤波器200平滑化后被输入比较器201的一个输入端，并将直流电流探测信号直接输入另一个输入端。如图5所示，通过将RC滤波器200的时间常数设定得非常大，其输出Vref稳定在锯齿波形状的直流电流探测信号的平均值附近。比较器201将该输出Vref作为基准来判定直流电流探测信号的大小，因此锯齿波形状的直流电流探测信号被转换为二值脉冲信号，该各脉冲与直流电流探测信号的波峰相对应。因此，在没有断相的正常时，在三相电动机M的I次旋转期间中产生6个二值脉冲，在发生了断相的异常时在I次旋转期间中只产生2个二值脉冲。在微型计算机202中作为功能块而得到的计数部203对I次旋转期间中的二值脉冲的数目进行计数，将该计数结果发送至断线判定部204。断线判定部204与上述实施例的断线判定部110相同地，例如在探测到连续规定旋转次数计数值为2 (或者不是6)时判定为异常。由此，与上述实施例相同，能够在三相电动机M的驱动中探测由于断线等导致的断相。当然，在图4中，也可以由硬件电路来构成计数部203和断线判定部204。另外，上述实施例是本发明的一个例子，当然可以在本发明的宗旨的范围内进行适当变更、修正或者追加。符号说明:I商用交流电源2整流电路3直流/直流转换电路31开关元件32变压器33 二极管35电容器
36分流电阻37输出电压检测部4三相逆变器电路41、43、45高电压侧开关元件42、44、46低电压侧开关元件47逆变器驱动部5控制部51CPU52通常驱动控制用程序53断线探测用程序54异常时对应程序6显示器100A 100F波峰值判定部101延迟用寄存器部102比较部110断线判定部111异常处理部200RC 滤波器201比较器202微型计算机203计数部204断线判定部M三相电动机
权利要求
1.一种三相电动机驱动控制装置，具备: 交流/直流转换部件，其将商用交流电力转换为直流电力； 逆变器部件，其具有为了将直流电力转换为三相交流电力而进行了三相桥式连接的开关元件； 控制部件，其通过控制该逆变器部件的各相的高电压侧以及低电压侧的开关元件的接通/断开，从而对与上述逆变器部件连接的三相电动机进行通电；以及 断线探测部件，其探测三相电动机的内部布线和向三相电动机的配电线路的断线， 该三相电动机驱动控制装置的特征在于， 上述断线探测部件具备: 电流检测部件，其根据施加给上述逆变器部件的直流电压来检测在该逆变器部件中流动的直流电流；以及 断相判定部件，其在对上述三相电动机进行旋转驱动的状态下，通过上述电流检测部件来检测直流电流，并基于其检测结果，通过直接或间接地检测在与上述三相电动机的规定旋转相当的期间中反复出现的电流波形的波峰的数目的变化，来判断有无断相。
2.根据权利要求1所述的三相电动机驱动控制装置，其特征在于， 上述断相判定部件，在与上述三相电动机的规定旋转相当的期间中，在没有断相的情况下出现电流波形的波峰的规定的定时获取反映了直流电流的电流值的信号，并将其与在回溯规定时间的时刻得到的针对相同定时的信号进行比较，基于其比较结果来判断有无断相。
3.根据权利要求1所述的三相电动机驱动控制装置，其特征在于， 上述断相判定部件包括: 脉冲化部件，其将由上述电流检测部件得到的信号与规定的阈值进行比较，并将其转换为脉冲信号；以及 计数部件，其在与上述三相电动机的I次旋转相当的期间中对上述脉冲信号进行计数， 上述断相判定部件基于该计数部件的计数结果来判断有无断相。
全文摘要
本发明提供一种三相电动机驱动控制装置，通过简单廉价的构成，在三相电动机的旋转驱动中正确探测该三相电动机的断线等断相。在为了使三相电动机旋转而从三相逆变器电路向该电动机供给驱动电流时，控制部检测在分流电阻中流动的直流电流。在没有断线等断相的情况下，在电动机的1次旋转期间中在直流电流探测信号中出现锯齿波状的6个波峰。相对于此，如果一个相断相，则1次旋转期间中的波峰的数目减少为2。因此，在控制部中利用在正常时出现6个波峰的定时读入的电流值数据，对回溯规定时间的时刻的值和最新的值进行比较，由此判定波峰数有无减少。根据该结果若识别出异常，则停止三相电动机的驱动并通过显示器来报告异常。
文档编号H02P27/06GK103166566SQ20121030629
公开日2013年6月19日 申请日期2012年8月24日 优先权日2011年12月12日
发明者竹内晃, 加藤敏晃, 增原威志 申请人:京都电机器株式会社