(57)【要約】  ＳＥＭＩ−Ｆ４７に対応でき、小型、軽量、低コストのモータ制御装置を提供する。  交流電源を直流電源に変換するコンバータ部（２）と、直流電源と並列に接続される平滑コンデンサ（５）と、直流電源を交流電源に変換しモータを駆動するインバータ部（３）と、から成る主回路と、位置指令とモータ位置から速度指令を生成し、速度指令とモータ速度から第１トルク指令を生成する位置・速度制御部（１１）と、トルク指令を電流指令に変換し電流指令とモータ電流からＰＷＭゲート信号を生成するトルク制御部（１３）、とからなる制御回路と、を備えたモータ制御装置において、直流電源の直流電圧が所定電圧よりも低下したことを検出したら電圧不足ワーニング信号を生成し上位コントローラに出力する電圧検出部（１４）と、第１トルク指令を上位コントローラのトルク制限信号に制限して第２トルク指令を生成するトルク制限部（１２）と、を備えた。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を直流電源に変換するコンバータ部と、前記直流電源と並列に接続される平滑コンデンサと、前記直流電源を交流電源に変換しモータを駆動するインバータ部と、から成る主回路と、
位置指令とモータ位置から速度指令を生成し、前記速度指令とモータ速度から第１トルク指令を生成する位置・速度制御部と、前記トルク指令を電流指令に変換し電流指令とモータ電流からＰＷＭゲート信号を生成するトルク制御部、とからなる制御回路と、を備えたモータ制御装置において、
前記直流電源の直流電圧が所定電圧よりも低下したことを検出したら電圧不足ワーニング信号を生成し上位コントローラに出力する電圧検出部と、前記第１トルク指令を前記上位コントローラのトルク制限信号に制限して第２トルク指令を生成するトルク制限部と、を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記上位コントローラは、不足電圧ワーニング信号を入力したら所定のトルク制限信号を生成しモータ制御装置に出力することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記電圧検出部は、前記直流電圧が所定電圧よりも低下したことを検出したら電圧不足ワーニング信号を生成し前記上位コントローラに出力するとともに、トルク制限信号を生成しトルク制限部に出力することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
外部要因により負荷が加わる場合は前記トルク制限信号を保持トルク以上にすることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記トルク制限信号は、前記直流電圧を任意のＮ段階（Ｎ＝１、２、３、・・・）のレベルに分け、前記直流電圧のレベルに対応してトルク制限レベルとトルク制限時間を設けることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源が瞬時停電をしても運転が継続できるモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置には、ＳＥＭＩ−Ｆ４７という規格がある。ＳＥＭＩ−Ｆ４７は、瞬時停電や入力電源電圧が低下しても機器やシステムが正常に動作する能力に関する規格で、入力電源電圧が低下しても停止することなく、従って復旧動作を必要とせずに稼動しつづけることを要求している。
図５は、そのＳＥＭＩ−Ｆ４７に関する電源電圧と稼動継続時間を示す図である。図５において、縦軸は定格電圧の比（％）、横軸はモータを稼動しつづける時間（秒）である。ＳＥＭＩ−Ｆ４７規格は、図５からわかるように入力電源電圧が低下してもモータを停止させずに稼動しつづけなければならない時間が定格電圧との比によって定められている。例えば、
（１） 電圧が定格比で５０〜７０％まで低下した場合は、少なくとも０．０５秒稼動させなければならない。
（２） 電圧が定格比で７０〜８０％まで低下した場合は、少なくとも０．２秒稼動させなければならない。
（３） 電圧が定格比で８０〜９０％まで低下した場合は、少なくとも１秒稼動させなければならない。
（４） 電圧が定格比で９０％以上の低下では、少なくとも１０秒稼動させなければならない。
と定められている。【０００３】
特許文献１に電源電圧低下に対処するモータ制御装置が開示されている。電動機運転中に瞬時停電あるいは異常電圧低下が発生した場合に制御装置やモータおよび負荷に衝撃を与えることなく停電前の状態に復帰させて安定したモータ運転を行うことができるようにしたものである。速度指令信号とモータ速度信号とを比較して電流指令信号を得、電流指令信号とモータ電流信号との比較出力信号の基づいてモータを可変速制御する。瞬時停電あるいは異常電圧低下が発生した場合は電源異常発生中は異常時間に応じて上記電流指令信号最大値を減少させる。また復電後は所定の時間、電流指令信号最大値を増加して異常発生前の状態に復帰させる。直流電源の出力を停電中（電源異常発生中）閉路するスイッチを通して入力抵抗に入力し、積分器の積分コンデンサの入力電流とする。また、積分器の出力信号は停電中は積分増加し、復電後は積分コンデンサの両端に設けられた復電で閉路するスイッチを通して放電抵抗を接続し、積分コンデンサ、放電抵抗によって決まる放電時定数により減少するように構成している。
また、図６にＳＥＭＩ−Ｆ４７に対処するモータ制御装置のブロック図を示す。
図６において、１は３相交流電源、２はコンバータ部、３はインバータ部、４はモータ、５は平滑コンデンサで、主回路を構成している。また、１１は位置・速度制御回部、１２はトルク制限部、１３はトルク制御部、１４は電圧検出部、１４は電流検出器で、制御回路を構成している。
また、２０は上位コントローラである。上位コントローラ２０は、制御時間ごとに位置指令を生成してモータ制御装置に出力する。位置・速度制御回路部１１の位置制御部は位置指令とモータ位置信号から速度信号を生成する。また、位置・速度制御回路部１１の速度制御部は、速度指令とモータ速度信号から第１トルク指令を生成する。トルク制限部１２は、第１トルク指令を設定可能な最大トルクで制限し、第２トルク制限信号を生成する。トルク制御部１３は、第２トルク指令を電流指令に変換し、電流指令とモータ電流信号から電圧指令を生成し、電圧指令からＰＷＭゲート信号を生成する。ＰＷＭゲート信号はインバータ部３のパワーデバイスを駆動してモータ４に電圧を供給する。電流検出器１５は、モータ４の電流を検出し、モータ電流信号を生成する。【０００４】
次に、モータ制御装置６０の電源異常時の動作について説明する。
図７は図６のモータ制御装置の動作を説明するタイムチャートである。図７において、入力電源（Ａ）は時刻Ｔ０では正常で、時刻Ｔ１で瞬時遮断され、時刻Ｔ６で復帰したとする。ＳＥＭＩ−Ｆ４７に対応する前の例では、コンバータ部２が生成する直流電圧は時刻Ｔ１では２８０Ｖで時刻Ｔ１から徐々に降下し、時刻Ｔｓｔｏｐで１６５Ｖになり、上位コントローラにアラーム信号Ｓ１５を出力し制御を停止していた。
しかし、モータ制御装置６０をＳＥＭＩ−Ｆ４７に対応させるため、平滑コンデンサの容量を小さい容量Ｃ１から大きい容量Ｃ２（Ｃ１＜Ｃ２）に替えて、電圧降下を緩和し時刻Ｔ６でもモータを停止させないようにしていた。図７で説明すると、直流電圧は平滑コンデンサがＣ１のときは急勾配α１で降下して１６５Ｖに到達して制御停止となり、Ｃ２のときは緩勾配α３で降下し時刻Ｔ６でも１６５Ｖには到達せず運転続行が可能となり、ＳＥＭＩ−Ｆ４７を満足する。
【特許文献１】特開昭５８−５８８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来のＳＥＭＩ−Ｆ４７対応のモータ制御装置によれば電源電圧が低下してもモータを停止させずに運転を続行することができるが、大容量の平滑コンデンサが必要であり、装置が大型で、重量が重くなり、コスト高になるという課題があった。
本発明は、これらの課題を解決するためになされたもので、大容量の平滑コンデンサを使用しなくとも電源電圧の低下時にモータを停止させずに運転を続行することができ、小型で、軽量で、低コストのモータ制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、次のように構成した。
請求項１記載の発明は、交流電源を直流電源に変換するコンバータ部と、前記直流電源と並列に接続される平滑コンデンサと、前記直流電源を交流電源に変換しモータを駆動するインバータ部と、から成る主回路と、位置指令とモータ位置から速度指令を生成し、前記速度指令とモータ速度から第１トルク指令を生成する位置・速度制御部と、前記トルク指令を電流指令に変換し電流指令とモータ電流からＰＷＭゲート信号を生成するトルク制御部、とからなる制御回路と、を備えたモータ制御装置において、前記直流電源の直流電圧が所定電圧よりも低下したことを検出したら電圧不足ワーニング信号を生成し上位コントローラに出力する電圧検出部と、前記第１トルク指令を前記上位コントローラのトルク制限信号に制限して第２トルク指令を生成するトルク制限部と、を備えることを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記上位コントローラは、不足電圧ワーニング信号を入力したら所定のトルク制限信号を生成しモータ制御装置に出力することを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記電圧検出部は、前記直流電圧が所定電圧よりも低下したことを検出したら電圧不足ワーニング信号を生成し上位コントローラに出力するとともに、トルク制限信号を生成しトルク制限部に出力することを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、外部要因により負荷が加わる場合は前記トルク制限信号を保持トルク以上にすることを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記トルク制限信号は、前記直流電圧を任意のＮ段階のレベルに分け、前記直流電圧のレベルに対応してトルク制限時間を設けることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
以上の構成により、主回路電源電圧の低下があっても、所定電圧に低下したことを検出してトルク制限をし、モータでのエネルギー消費を少なくするので、ＳＥＭＩ−Ｆ４７に対応でき大容量の平滑コンデンサを不要とし小型で、軽量で、低コストのモータ制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１に係るモータ制御装置のブロック図である。
【図２】実施例１に係るモータ制御装置の動作について説明するタイムチャートである。
【図３】本発明の実施例２に係るモータ制御装置のブロック図である
【図４】実施例２に係るモータ制御装置の動作について説明するタイムチャートである。
【図５】ＳＥＭＩ−Ｆ４７の内容を説明する線図である。
【図６】従来のモータ制御装置のブロック図である。
【図７】従来のモータ制御装置の動作について説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【０００９】
１  交流電源
２  コンバータ部
３  インバータ部
４  モータ
５  平滑コンデンサ
１０  本発明の実施例１に係るモータ制御装置
１１  位置・速度制御部
１２  トルク制限部
１３  トルク制御部
１４  電圧検出部
１５  電流検出器
１６  位置検出器
２０  上位コントローラ
１００  本発明の実施例２に係るモータ制御装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の実施例１および実施例２について図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
本発明の実施例１について図１および図２を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の実施例１に係るモータ制御装置のブロック図である。
図１において、１は３相交流電源、２はコンバータ部、３はインバータ部、４はモータ、５は平滑コンデンサで、主回路を構成する。１０は本発明に係るモータ制御装置で、主回路の他に制御回路を備えている。制御回路は、位置・速度制御１１、トルク制限図１２、トルク制御部１３、電圧検出部１４、電流検出器１５を備えている。なお、１６は位置検出器、２０は上位コントローラである。
電圧検出部１４は直流電圧の検出信号Ｓ１１を入力して電源を監視し、異常であれば異常検出信号Ｓ１２を上位コントローラ２０に出力する。また、不足電圧閾値である所定電圧をパラメータにより設定し、直流電圧が所定電圧以下に低下した場合は、不足電圧ワーニングＳ１２を生成して上位コントローラ２０に出力する。さらに、電圧検出部１４は、パラメータ設定により、不足電圧時のトルク制限を上位コントローラ２０が実行するか、サーボ制御装置１０が実行するか選択することができる。【００１２】
次に、位置・速度制御の概略動作を説明する。
動作制御上位コントローラ２０は、位置指令Ｓ１を生成してモータ制御装置に出力する。位置・速度制御回路部１１の位置制御部は位置指令Ｓ１とモータ位置信号Ｓ６から速度信号を生成する。また、位置・速度制御回路部１１の速度制御部は、速度指令とモータ速度信号から第１トルク指令Ｓ２を生成する。トルク制限部１２は、第１トルク指令Ｓ２を上位コントローラ２０のトルク制限信号Ｓ１３で制限し、第２トルク制限信号Ｓ３を生成する。トルク制御部１３は、第２トルク指令を電流指令に変換し、電流指令とモータ電流信号Ｓ５から電圧指令を生成し、電圧指令からＰＷＭゲート信号Ｓ４を生成する。ＰＷＭゲート信号はインバータ部３のパワーデバイスを駆動してモータ４に電圧を供給し電流を流す。電流検出器１５は、モータ４の電流を検出し、モータ電流信号Ｓ５を生成する。【００１３】
次に、実施例１にかかわるモータ制御装置の動作について説明する。
図２はモータ制御装置の動作を説明するタイムチャートである。
図２において、入力電源（Ａ）は時刻Ｔ０では正常で、時刻Ｔ１で瞬時遮断され、時刻Ｔ６で復帰したとする。コンバータ部２が生成する直流電圧は時刻Ｔ１では２８０Ｖで時刻Ｔ１から徐々に降下し、２００Ｖをきった時刻Ｔ２で不足電圧ワーニング信号Ｓ１２を生成し、上位コントローラ２０に出力する。上位コントローラ２０は不足電圧ワーニング信号を受け取ると時刻Ｔ３で不足電圧ワーニング状態モードに入り、時刻Ｔ４でトルク制限信号をモータ制御装置へ出力する。トルク制限部はトルク制限信号を受け取ると第１トルク指令をトルク制限信号で制限して第２トルク指令を生成する。トルク制限がかかるとモータの消費エネルギーは少なくなり、急勾配α１で降下していた直流電圧は時刻Ｔ５からは緩勾配α２で（α１＞α２）で降下し、時刻Ｔ６でも１６５Ｖ以下に下がることはなくアラームで制御停止することはない。時刻Ｔ６になると電源が正常状態に復帰するので直流電圧も上昇し時刻Ｔ７で２００Ｖ以上になると不足電圧ワーニング信号の出力を停止する。上位コントローラ２０は時刻Ｔ８で不足電圧ワーニング状態モードから脱し、時刻Ｔ９でトルク制限信号の解除を行う。モータ制御装置は、トルク制限信号が解除されると正常な運転状態に復帰する。制御電源は、無停電電源装置から供給されるので電源異常時も異常になることはない。また、電圧の検出の機能上、電源１サイクルの遅れを考慮することが望ましい。さらに、垂直軸においては、落下現象を防ぐためにブレーキの保持トルク未満にトルクを制限しないように注意すべきである。【００１４】
このように、本発明によれば、主回路直流電圧の降下する勾配はモータの出力パワーで決まることに着目して、電圧低下時にトルク制限をかけてモータ出力パワーを下げることで、勾配をゆるやかにし、モータ停止の１６５Ｖに達するまでの時間を長くできるようにした。従って、モータを停止させずに低トルクで運転を続けることが簡単かつ低コストで可能になり、ＳＥＭＩ−Ｆ４７対応ができるようになる。しかも、電源異常時のためにだけ大容量の平滑コンデンサを使用する必要がなくなり、装置が大型になったり、高重量になったり、高コストになったりすることを防ぐことができる。
また、半導体製造のユーザには、電源電圧が低下した場合にモータが一旦停止してしまうと復旧に時間がかかるだけではなく高価な材料をだめにしてしまうのでぜひ避けたいという要望が強い。従って、モータの出力パワーを少々落としてもモータを回転しつづけるシステムの開発が望まれており、本発明はこの要望に簡単かつ低コストで応えることができる。
【実施例２】
【００１５】
次に、本発明の実施例２について図３および図４を用いて説明する。
図３において、図１と同じ符号は同じ機能を有するブロックであるので、重複説明は省略する。実施例２が実施例１と異なるのは、実施例１では、上位コントローラ２０がトルク制限信号Ｓ１３を生成していたのに対し、実施例２では電圧検出部１４でトルク制限信号Ｓ１４を生成することである。電圧検出部１４は直流電圧が所定値以下に低下したら不足電圧ワーニング信号Ｓ１２を生成し上位コントローラ２０に出力すると同時にトルク制限信号Ｓ１４を生成しトルク制限部１２に出力する。一方、電圧不足ワーニング信号Ｓ１２を受けた上位コントローラ２０はモータ制御装置に電力を消費するような位置指令を与えないようにしたり、もしくは減速指令を出してモータの電力をモータ制御装置に回生させ主電源電力を消費しないようにする。【００１６】
次に、実施例２に係るモータ制御装置の動作について図４に基づいて説明する。
入力電源（Ａ）は時刻Ｔ０では正常で、時刻Ｔ１で瞬時遮断され、時刻Ｔ６で復帰したとする。コンバータ部２が生成する直流電圧は時刻Ｔ１では２８０Ｖで時刻Ｔ１から徐々に降下する。電圧検出部１４は２００Ｖをきった時刻Ｔ２で不足電圧ワーニング信号Ｓ１２を生成し上位コントローラ２０に出力すると同時に、トルク制限信号Ｓ１４を生成しトルク制限部１２に出力する。後の動作は実施例１と同様である。【００１７】
以上のように、実施例２によれば、電源電圧低下時にトルク制限を行うことでモータを停止させずに低トルクで運転を続けさせることが上位コントローラなしでも可能である。しかも、簡単かつ低コストで、ＳＥＭＩ−Ｆ４７に対応ができるようになる。したがって、電源遮断時のために大容量の平滑コンデンサを使用する必要がなくなり、装置が大型、高重量、高コストになることを防ぐことができる。
【実施例３】
【００１８】
直流電圧の低下レベルに応じてトルク制限信号を任意のＮ段階（Ｎ＝１、２、３、・・・）のレベルを設けてトルク制限をかけることも可能である。さらには、直流電圧のレベルに応じてＮ段階のレベルのトルク制限信号と、速度制限信号を設けてトルク制限、速度制限をかけることも可能である。電源の状態に応じて、上位システムと連動して、システムの動作速度を下げ、運転を続行することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明によると、主回路電源電圧の低下があっても、所定電圧に低下したことを検出してトルク制限をし、モータでのエネルギー消費を少なくする。瞬時停電が発生しても運転続行可能であるので、半導体産業以外の一般産業用途にも適用が可能である。また、ライン速度を緩めることが許される用途では、回転速度を下げれば効果はさらに高まる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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