(57)【要約】  複数の交流モータを１台のモータ駆動装置で駆動する場合、電気的に並列接続した各交流モータの動力ケーブルが断線や、地絡した場合に簡単にそれらの異常を検出し、各交流モータ駆動システムの異常を検出し保護することを目的とする。  モジュール化した複数の交流モータから構成される交流モータ部と、前記複数の交流モータの各電機子巻線と電気的に並列接続して１台で前記交流モータ部を駆動するモータ駆動装置とを備えた交流モータ駆動システムにおいて、３相のうちの任意の１相に少なくとも１つの直流電流検出器を備え、二組の交流モータの同相ケーブルを前記直流電流検出器の磁界が相殺されるように前記二組の交流モータの同相ケーブルの電流極性を逆方向にして電流検出器の検出電流が零となるように接続し、前記検出電流が予め設定した所定値よりも大きいか否かを判定する異常検出部を備えたものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール化した複数の交流モータから構成される交流モータ部と、前記複数の交流モータの各電機子巻線と電気的に並列接続して１台で前記交流モータ部を駆動するモータ駆動装置とを備えた交流モータ駆動システムにおいて、
３相のうちの任意の１相に少なくとも１つの直流電流検出器を備え、二組の交流モータの同相ケーブルを前記直流電流検出器の磁界が相殺されるように前記二組の交流モータの同相ケーブルの電流極性を逆方向にして電流検出器の検出電流が零となるように接続し、
前記検出電流が予め設定した所定値よりも大きいか否かを判定する異常検出部を備えたことを特徴とする交流モータ駆動システム。
【請求項２】
前記直流電流検出器は保護回路を組めるように接点出力を備えたＤＣＣＴであることを特徴とする請求項１記載の交流モータ駆動システム。
【請求項３】
前記異常検出部を前記モータ駆動装置の筐体内に内蔵したことを特徴とする請求項１記載の交流モータ駆動システム。
【請求項４】
前記異常検出部の出力信号に基づいて前記交流モータシステムを非常停止する非常停止部を備えることを特徴とする請求項１記載の交流モータ駆動システム。
【請求項５】
異常検出部の異常判定出力信号又は接点出力回路からの出力信号である非常停止信号に基づき前記モータ駆動装置の主回路トランジスタのベースブロック又は前記モータ駆動装置の入力側か出力側に設けた電源遮断器により電源を遮断することを特徴とする請求項１記載の交流モータ駆動システム。
【請求項６】
前記交流モータは交流リニアモータであることを特徴とする請求項１記載の交流モータ駆動システム。
【請求項７】
前記交流モータ駆動システムを液晶露光ステージ駆動システム、レチクルステージ駆動システム、ウエハステージ駆動システムのいずれかに適用することを特徴とする請求項１記載の交流モータ駆動システム。
【請求項８】
モジュール化した複数の交流モータから構成される交流モータ部と、前記複数の交流モータの各電機子巻線と電気的に並列接続して１台で前記交流モータ部を駆動するモータ駆動装置とを備えた交流モータ駆動システムの異常検出方法において、
３相のうちの任意の１相に少なくとも１つの直流電流検出器を備え、二組の交流モータの同相ケーブルを前記直流電流検出器の磁界が相殺されるように前記二組の交流モータの同相ケーブルの電流極性を逆方向にして電流検出器の検出電流が零となるように接続し、
前記検出電流が予め設定した所定値よりも大きい場合に異常検出と判定することを特徴とする交流モータ駆動システムの異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１台のサーボドライバで複数のリニアモータなどの交流モータを制御するシステムにおいてその交流モータの動力ケーブルの断線、地絡などの異常を検出するシステムとその異常検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１台のリニアモータ用コイルの正常運転中の絶縁劣化診断をする技術に特公平７−２８５１３がある（特許文献１）。
また、特開２００４−２１２２０１においては、モータ停止状態で動力ケーブルを経由してモータコイルに電流を流して地絡を検出しているものもある（特許文献２）。
上記特許文献はいずれも、モータコイルの地絡を検出しているものであり、１台のサーボドライバで複数のリニアモータを制御するシステムにおいて動作中のモータ動力ケーブルが地絡せずに断線した場合に断線を検出することが出来ないため、断線しなかった正常なモータが故障してしまうことになる。【０００３】
可動子のストロークが異常に長いリニアモ−タを半導体製造装置に適用する場合に、イナーシャが小さくて高速動作に適し、制御性が良く、小型化が可能なリニアモータを提供する技術に本出願人による特開２００３−２４４９２９（特許文献３）がある。この技術は永久磁石を設けた可動子と、移動磁界を発生させるコイルを設けた固定子とより構成されるリニアモータである。固定子はその長手方向に向かって単位当たりの長さに分割された複数のモジュールを連結したもので構成される。モータの位置制御を行うためのサーボドライバ装置を介して上位コントローラから当該各々のモジュールに指令を送ることにより、この従来技術は可動子を連続して走行位置決めする。また、分割されたモジュールは、サーボドライバをも一体化したものである。つまり分割された複数のモジュールはリニアモータとそれを駆動するサーボドライバ（モータ駆動装置）とで構成している。
【特許文献１】特公平７−２８５１３号公報（日本国）
【特許文献２】特開２００４−２１２２０１号公報（日本国）
【特許文献３】特開２００３−２４４９２９号公報（日本国）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来は、１台のサーボドライバで複数のリニアモータを制御するシステムにおいてモータ動力ケーブルの断線を検出する方法が確立されていなかった。そのため、複数のリニアモータの内１台でも動力ケーブルが断線、または、モータ故障により内部の巻線コイルが断線や、地絡した時に、正常なモータに過剰な電流が流れ込み、正常なモータまでも故障していた。【０００５】
特許文献１は、１台のリニアモータ用コイルの正常運転中の絶縁劣化診断技術である。特許文献２は、モータを実際に作動させない状態でモータ巻線の地絡を検出する技術である。特許文献１、２はいずれも地絡を検出する技術であり、１台のサーボドライバで複数のリニアモータを制御するシステムにおいて動作中のモータ動力ケーブルが地絡せずに断線した場合の断線を検出することができなかった。【０００６】
特許文献３はリニアモータを複数のモジュールにした点で本願発明のシステムと共通する。特許文献３は各々のリニアモータのモジュールを駆動する駆動装置であるサーボドライバをリニアモータのモジュール毎に備えている点で本願発明のシステム構成と相違する。本願発明システム構成は、モジュール化した複数のリニアモータを備えるが、それらを駆動制御する駆動装置は１台のみである。このため駆動装置自身では電気的に並列接続した複数のリニアモータの内のいずれかひとつの巻線が断線、地絡などの異常を起こした場合、リニアモータを的確に過電流から保護ができなかった。【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、複数の交流モータを１台のモータ駆動装置で駆動する場合、電気的に並列接続した各交流モータの動力ケーブルが断線や、地絡した場合に簡単にそれらの異常を検出し、保護できる交流モータ駆動システムとその異常検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するため本発明は、モジュール化した複数の交流モータから構成される交流モータ部と、前記複数の交流モータの各電機子巻線と電気的に並列接続して１台で前記交流モータ部を駆動するモータ駆動装置とを備えた交流モータ駆動システムにおいて、
３相のうちの任意の１相に少なくとも１つの直流電流検出器を備え、二組の交流モータの同相ケーブルを前記直流電流検出器の磁界が相殺されるように前記二組の交流モータの同相ケーブルの電流極性を逆方向にして電流検出器の検出電流が零となるように接続し、前記検出電流が予め設定した所定値よりも大きいか否かを判定する異常検出部を備えたことを特徴とするものである。【０００９】
また請求項１において前記直流電流検出器は保護回路を組めるように接点出力を備えたＤＣＣＴであることを特徴とするものである。
また請求項１において前記異常検出部を前記モータ駆動装置の筐体内に内蔵したことを特徴とするものである。
また請求項１において前記異常検出部の出力信号に基づいて前記交流モータシステムを非常停止する非常停止部を備えることを特徴とするものである。
また請求項１において異常検出部の異常判定出力信号又は接点出力回路からの出力信号である非常停止信号に基づき前記モータ駆動装置の主回路トランジスタのベースブロック又は前記モータ駆動装置の入力側か出力側に設けた電源遮断器により電源を遮断することを特徴とするものである。
また請求項１において前記交流モータは交流リニアモータであることを特徴とするものである。
また請求項１において前記交流モータ駆動システムを液晶露光ステージ駆動システム、レチクルステージ駆動システム、ウエハステージ駆動システムのいずれかに適用することを特徴とするものである。【００１０】
また、モジュール化した複数の交流モータから構成される交流モータ部と、前記複数の交流モータの各電機子巻線と電気的に並列接続して１台で前記交流モータ部を駆動するモータ駆動装置とを備えた交流モータ駆動システムの異常検出方法において、３相のうちの任意の１相に少なくとも１つの直流電流検出器を備え、二組の交流モータの同相ケーブルを前記直流電流検出器の磁界が相殺されるように前記二組の交流モータの同相ケーブルの電流極性を逆方向にして電流検出器の検出電流が零となるように接続し、前記検出電流が予め設定した所定値よりも大きい場合に異常検出と判定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数の交流モータ（リニアモータ）を１台のモータ駆動装置（サーボドライバ）で駆動する場合、電気的に並列接続した各交流モータ（リニアモータ）の動力ケーブルが断線や、地絡した場合に簡単にそれらの異常を検出し、各交流モータ（リニアモータ）を保護することができる。
また本発明は交流モータを実運転する前にその動力ケーブルの断線や、地絡の異常を検出できる特徴がある。したがって、超高精度位置決めを求められる液晶露光ステージ駆動システム、レチクルステージ駆動系及びウエハステージ駆動系の各リニアモータシステムに適用することができる。
また本発明は連結する交流モータのモジュール数が２台、３台の場合に用いる異常検出用のＤＣＣＴの数を各々１台、２台と少なくすることができる。
また本発明は単に電流値を測定して保護するのではなく、電流のアンバランスを検知するので電流検出器の電流定格容量を小さくできシステムの誤作動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の方法を適用する多連結リニアモータシステムの構成を示す図
【図２】本発明の方法を適用するリニアモータが２台の場合の検出回路構成を示す図
【図３】本発明の方法を適用するリニアモータが３台の場合の検出回路構成を示す図
【図４】本発明の方法を適用する検出回路のブロック図
【図５】リニアモータが２台の場合の本発明の検出回路構成を示す図である。
【図６】リニアモータが３台の場合の本発明の検出回路構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１３】
１  サーボドライバ（モータ駆動装置）
２  リニアモータ１（交流モータ）
３  リニアモータ２（交流モータ）
４  リニアモータ３（交流モータ）
５  マグネット
６  モータ動力ケーブル
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ  電流検出器（ＤＣＣＴ）
８  異常検出回路
９  接点出力回路
１０  非常停止回路
１１  リニアスケール
１２  ポールセンサ
１３  シリアルコンバータ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の多連結リニアモータシステムの構成を示す図である。図において１はリニアサーボモータを駆動するためのモータ駆動装置であるサーボドライバである。２、３は各々サーボドライバで駆動される交流モータであるリニアモータ１（２）、同じくリニアモータ２（３）である。５はリニアモータ用のマグネット、６はリニアモータ動力ケーブルである。１１は移動子の位置を検出する位置センサであるリニアスケール、１２は移動子の磁極位置を検出するポールセンサ、１３はリニアスケールとホールセンサからの信号をシリアルデータに変換してサーボドライバ１へ出力するシリアルコンバータである。
リニアモータ部はモジュール化した複数のリニアモータ１、リニアモータ２、・・・から構成される。サーボドライバ１は、複数のリニアモータ１、リニアモータ２、・・・の電機子巻線と電気的に並列接続され、これら電機子巻線へ電圧を印加し、リニアモータを駆動する。リニアモータ用マグネット５は複数のリニアモータ１、リニアモータ２、・・・の各マグネット部分（界磁極）をリニアモータの移動方向と一直線上になるように連結し配置する（以下タンデムタイプという）。このように所定の定格トルク、定格電力を備えたモジュールを連結配置することで定格トルク、定格電力の大きなリニアモータを構成する。図１ではリニアモータ１、リニアモータ２・・・をリニアモータの移動方向と沿うように一直線上に配置しているが、ガントリータイプのように駆動軸を異なる２軸を門形に連結（リニアモータの移動方向に対して平行にリニアモータ１、リニアモータ２を配置する）して駆動しても良い。通常はリニアモータの電機子巻線を固定子側とし、界磁用のマグネット５を移動子側とする。リニアモータは移動範囲が限定されているため、通常とは逆にリニアモータの電機子巻線を移動子側とし、界磁用のマグネット５を固定子側とすることもできる。【００１６】
図１に示す複数の小定格容量のリニアモータのモジュール移動子を電気的に並列に接続し（多連結リニアモータ移動子という）、給電することで容量の大きなモータ制御装置システムを構築できる。この多連結リニアモータ移動子の特徴は大きな容量までリニアモータのラインナップを持たずに簡単に大容量リニアモータ駆動システム（例：射出成型、液晶露光ステージ、半導体露光装置）を構築できる点である。【００１７】
図２はリニアモータ２台がタンデムタイプ又はガントリータイプで連結している例である。図２では２台のリニアモータの動力線がサーボドライバ１から電気的に互いに並列に接続されている様子を示している。７は電流検出器である。この電流検出器としては直流から数十キロ（Ｈｚ）までの高周波を測定できる直流電流検出器（Direct Current Current Transformer以下ＤＣＣＴという）を用いる。ＤＣＣＴは測定する電線をトロイダルコア(Troidal Core)中に通し、その電線が作る磁界の強さを検出して電流を測定するものである。ここでトロイダルコアとは磁性体の粉をドーナツ状に固めて、焼いて固めたものです。このため電流を電気的に非接触で検出できる特徴がある。サーボドライバ１の三相出力（Ｕ、Ｖ、Ｗ）が各々リニアモータ１、リニアモータ２の三相入力（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）、（Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２）へ各々接続される。その際３相のうちの任意の１相、例えばＵ相にＤＣＣＴを設置する。この場合ＤＣＣＴの磁界が相殺されるようにＵ１とＵ２相の電流極性を逆方向にしてＤＣＣＴの検出電流が零となるようにする。ＤＣＣＴ中の二つの矢印はＵ１とＵ２相の電流極性が逆方向であることを示している。【００１８】
交流モータであるリニアモータ1（２）と、リニアモータ２（３）の動力ケーブルの同相を互い違いの向きに７のＤＣＣＴに通す事で、正常時は検出電流がゼロとなっているが、ケーブル断線時には片側ケーブルにだけ電流が流れる為７のＤＣＣＴで電流が検出される。電流が検出されたことでケーブル断線または、地絡と判断し、図４の断線検出ブロック図によって多連結リニアモータシステムのサーボドライバへの駆動電源を遮断する非常停止回路を操作することで正常なモータに過剰な電流が流れてモータが故障してしまうことを保護することが可能となる。【００１９】
ここで使用しているＤＣＣＴ（７）は、直流成分の検出が可能なものを選定する必要がある。リニアモータがネジのかみこみ等、何らかの外部要因で動けなくなった時には、モータへは直流成分の電流が流れつづける為、このようなケースに於いても正常に検出回路を動作させる為には、ＤＣＣＴ（７）は、直流成分の検出が可能なものを選定する必要がある。また、リニアサーボモータへの適用のため、ＤＣＣＴ（７）は、検出電流が高周波数であっても破損しない物である必要がある。【００２０】
図３は、リニアモータが３台の場合の構成例である。図３が図２と異なる部分は、４のリニアモータ３とＶ相に電流検出器（７ｂ）を追加した部分である。２のリニアモータ1と、３のリニアモータ２をＤＣＣＴ（７ａ）に通し、３のリニアモータ２と４のリニアモータ３をＤＣＣＴ（７ｂ）に通す事で、リニアモータが何台つながっても同じ考えで検出回路を構成することが出来る。ＤＣＣＴ（７ｂ）への電線の取付け方は上述の図２のＤＣＣＴ（７）と同様にＤＣＣＴ（７ｂ）の磁界が相殺されるようにＶ１とＶ２相の電流極性を逆方向にしてＤＣＣＴ（７ｂ）の検出電流が零となるようにする。
ＤＣＣＴに通している動力ケーブルが２本とも同時に断線した場合には、サーボドライバ１から出力される１相が断線したことと等価になるため、サーボドライバ１の方で図４に示す異常検出回路（８）が動作する。
また、ＡＣリニアモータの３相電源の内、１相だけの電流を比較しておけば、電流検出器を設けていない他の相が断線した場合でも、アンバランス電流が電流検出器を設けた相へ流れるため上述した場合と同様に異常（断線、地絡）を検出できる。【００２１】
図４は、本発明の異常検出回路の構成図である。図において、８は異常検出回路、９は接点出力回路、１０は非常停止回路である。異常検出回路８は電流検出器７の出力信号を入力しその入力信号が事前に設定した所定値より大きい場合は異常と判定する。この所定値Ｉ０は理想的にはＩ０＞０（Ａ）を満たす場合であるが、実際的には各移動子（可動子）への動力ケーブル配線長の違いや、その他の誤差分により、僅かなアンバランス電流が生じる。この点を考慮に入れ所定値Ｉ０は（各移動子１個当たりの定格電流／２）以下とし、正常時に誤動作しない範囲でできる限り小さな値に設定する。電流検出器７は高速応答のものを用いる。各リニアモータの電機子巻線を過電流から保護するために、ＤＣＣＴはＤＣＣＴに保護回路を組めるように接点出力を備えたＤＣＣＴを用いる。この場合ＤＣＣＴの定格電流値内で、接点の動作電流範囲を設定できるものを選定する。【００２２】
接点出力回路（９）は異常検出回路（８）からの異常判定に基づいて非常停止回路（１０）に非常停止信号を与え、速やかにシステムを保護する。非常停止方法としては異常検出回路（８）の異常判定出力信号又は接点出力回路（９）の非常停止信号に基づきサーボドライバ１の主回路トランジスタをベースブロック、あるいはサーボドライバ（１）の入力側か出力側に設けた電源遮断器により電源を遮断する。また異常検出回路（８）である異常検出部をモータ駆動装置（サーボドライバ）の筐体内に内蔵してもよい。所定値Ｉ０はモータ駆動装置であるサーボドライバ（１）の図示しない制御部の不揮発メモリまたはサーボドライバ１の上位制御装置の不揮発メモリへ記憶する。異常検出回路（８）は電流検出器７のアナログ信号と所定値Ｉ０を使用してオペアンプで両者を比較するハードウェア(アナログ回路)で構成することができる。あるいは両信号をＡ／Ｄ変換してサーボドライバ１または上位制御装置のＣＰＵで比較処理することもできる。【００２３】
図５は、リニアモータが２台の場合の本発明の検出回路構成（基本形）を示す図である。図５が図２と異なる部分はＤＣＣＴを２台使用する点である。ＤＣＣＴを１台用いる図２はＤＣＣＴ自身の異常に対する保護ができない。これに対し、２相に各々ＤＣＣＴを用いる図５はＤＣＣＴ自身の異常保護ができ、図２よりもシステムの信頼性をより高めることができる。【００２４】
図６は、リニアモータが３台の場合の本発明の検出回路構成を示す図である。リニアモータが３台の場合の本発明の検出回路構成（基本形）を示す図である。図６が図３と異なる部分はＤＣＣＴを４台使用する点である。ＤＣＣＴを２台用いる図３はＤＣＣＴ自身の異常に対する保護ができない。これに対し、２相に各々ＤＣＣＴを２台（合計ＤＣＣＴ４台使用）用いる図６はＤＣＣＴ自身の異常保護ができ、図３よりもシステムの信頼性をより高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
半導体デバイスの製造工程においては、レチクル上に形成された所定の回路パターンをウエハに露光転写するリソグラフィ工程が含まれる。この露光転写には露光装置が使用される。露光装置においては、レチクルとウエハをそれぞれレチクルステージ、ウエハステージに固定し、これらレチクルステージ、ウエハステージをリニアモータにより同期して駆動しながら、露光転写を行うことが行われている。本発明は特に数十ナノミクロンオーダーの超高精度位置決めを求められるレチクルステージ駆動系及びウエハステージ駆動系や液晶露光ステージ駆動系の各リニアモータシステムに適用することができる。
【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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【国際調査報告】
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2009087915.tif 000010
2009087915.tif 000011
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