(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位装置内のＤ／Ａ変換器からの正負出力である電流指令信号をディファレンシャル入力で受ける差動アンプと、電動機を駆動するための所望の電流を出力するためのＤＣゲイン、並びに、オフセット調整が可能なＯＰアンプ部と、前記電動機を駆動するための所望の電流を出力するための電流制御ループを構成するキャリア発生手段と電流検出手段と、前記電流指令に応じた電流を電動機に供給する電流増幅部と、を備えて前記電動機を制御する電動機制御装置において、
前記差動アンプのディファレンシャル入力端子とは異なる、ゲイン設定の選択可能な端子に、少なくともアナログスイッチおよび可変抵抗器を接続して構成した、前記電流指令信号を圧縮・伸長する差動アンプ部を備え、
前記差動アンプが、前記上位装置との整合性に応じて所望の電流指令信号の圧縮・伸長を調整できる前記可変抵抗器と、
前記電流指令信号が所定のしきい値をクロスすると上位装置からのゲイン切換信号により切替えることにより、前記可変抵抗器の調整に基づいた前記差動アンプのゲインを切替えて、前記電流指令信号を圧縮・伸長を切替える前記アナログスイッチと、を有することを特徴とする電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置分野で用いられる同期電動機を駆動する制御装置に係わり、特に、上位装置のＤ／Ａ変換器からのアナログ電流指令を受け、電流増幅部を介して同期電動機に電力を供給する電流制御アンプである電動機制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術を図に基いて説明する。図３は、従来技術の上位装置を含む電流制御アンプの概略ブロック図である。
上位装置１０は、例えば半導体製造装置をつかさどる駆動系の位置・速度制御を行なうものであり、制御演算に必要なＣＰＵを含む制御回路を有する。制御回路の一部であるＤ／Ａ変換器より同期電動機を駆動すべく、アナログ電流指令を出力する。２は差動アンプ、３はＯＰアンプ部、４はゲート信号発生手段、５はキャリア発生手段、６は電流増幅部、７は電流検出用の検出抵抗、８は電流検出手段、９は同期電動機である。
電流制御アンプ１は、上位装置１０からのアナログ電流指令を入力とし、上位装置１０からの指令に見合った駆動電流を同期電動機９に供給する。
上位装置が、高速・高加減速、かつ、一定速送り時精度が重要となる半導体製造装置である半導体露光装置のような場合、電流のダイナミックレンジが必要となる。すなわち、加減速時は大電流を出力でき、かつ、一定速送り時は小電流領域が十分に制御可能な電流分解能が必要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、単に上位装置からのアナログ電流指令を入力とし、上位装置の制御に見合った駆動電流を同期電動機に供給するため、前述する高分解能の電流制御を行なう場合、上位装置でのＤ／Ａ変換器には高ビット数のものが必要となり、それは高価なものとなるという問題がある。
また、高ビット数のＤ／Ａ変換器であっても、用途上で必要な最大電流、および、一定速送り時電流によっては、十分でないという問題がある。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上位装置でのＤ／Ａ変換器が、量産されている安価なＤ／Ａ変換器においても対応可能な電流のダイナミックレンジが大きな制御系を容易に実現することができる電動機制御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を達成するために、本発明は次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、上位装置内のＤ／Ａ変換器からの正負出力である電流指令信号をディファレンシャル入力で受ける差動アンプと、電動機を駆動するための所望の電流を出力するためのＤＣゲイン、並びに、オフセット調整が可能なＯＰアンプ部と、前記電動機を駆動するための所望の電流を出力するための電流制御ループを構成するキャリア発生手段と電流検出手段と、前記電流指令に応じた電流を電動機に供給する電流増幅部と、を備えて前記電動機を制御する電動機制御装置において、前記差動アンプのディファレンシャル入力端子とは異なる、ゲイン設定の選択可能な端子に、少なくともアナログスイッチおよび可変抵抗器を接続して構成した、前記電流指令信号を圧縮・伸長する差動アンプ部を備え、前記差動アンプが、前記上位装置との整合性に応じて所望の電流指令信号の圧縮・伸長を調整できる前記可変抵抗器と、前記電流指令信号が所定のしきい値をクロスすると上位装置からのゲイン切換信号により切替えることにより、前記可変抵抗器の調整に基づいた前記差動アンプのゲインを切替えて、前記電流指令信号を圧縮・伸長を切替える前記アナログスイッチと、を有するものである。
本発明によれば、上位装置内のＤ／Ａ変換器での電流指令があるしきい値を越えると、すなわち、Ｄ／Ａ変換器で電流指令が出力できなくなると、上位装置から電流指令は１／ゲイン（圧縮）倍されるので、それを入力値とする電流制御アンプでは、差動アンプ部、あるいは、ＯＰアンプ部の入力信号をゲイン倍（伸張）する方に、上位装置からのゲイン切換信号によりアナログスイッチを切り換え、所望の電流指令に対応した信号に戻すため、上位装置が、同一のＤ／Ａ変換器を用いる場合は、電流制御分解能を上げることができ、同一の制御分解能でよい場合は、Ｄ／Ａ変換器のビット数が少ないより安価のＤ／Ａ変換器を用いることが容易にできる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、上位装置を含めた本発明の電動機制御装置の第１実施例の構成ブロック図である。後述する図２でのＯＰアンプ部３と同様な機能を差動アンプ部２にもたせた場合の実施例である。本発明の主要部である電流のダイナミックレンジを広げる手段については、図２を用いて詳述する。
図２は、電流のダイナミックレンジ広げる手段を図１のＯＰアンプ部３にもたせた場合の実施例２である。ＯＰアンプ部３の詳細を示しており、電動機９の１相分の回路を詳述している。
【０００６】
簡単のために、上位装置１０は、±１５ビット（±３２７６８）、±５Ｖ／フルスケール（以下、ＦＳとする）のＤ／Ａ変換器を±１３ビット（±８１９２）相当で用いるとし、電流制御アンプ１のＤＣゲインを１Ａ／Ｖ、ＯＰアンプ部３のゲイン比は、ゲインＨｉｇｈ：ゲインＬｏｗ＝１６：１とした例を示す。
同期電動機がリニア形同期電動機の場合、上位装置１０から出力する推力指令データが、８１９１より大きい時（以下、ゲインＨｉｇｈとする）、すなわち、±１３ビットのＤ／Ａ変換器で出力できなくなると、上位装置１０のＣＰＵ内で推力指令データを１／１６倍して、Ｄ／Ａ変換器より出力する。電流制御アンプ１では、その電流指令を差動アンプ部２で受け、ＯＰアンプ部３に入力する。この時、上位装置１０からはゲイン切換信号により、第１の系統３−４内のアナログスイッチを選択する。これにより、第１の系統３−４（ゲイン１６倍）が電流指令の流れとなる。なお、同期電動機９が回転形同期モータの場合は上位装置１０から出力されるのはトルク指令データとなる。
【０００７】
上位装置１０での推力指令データが８１９２の時、上位装置１０のＣＰＵ内の推力指令データは５１２（＝８１９２／１６）とされ、Ｄ／Ａ変換器の出力は７８．１２５ｍＶ（＝５Ｖ×５１２／３２７６８）、ＯＰアンプ部３の出力信号は１．２５Ｖ（＝７８．１２５ｍＶ×１６）となり、電流増幅部６でパワー変換された後、１．２５Ａ（＝１．２５Ｖ×１Ａ／Ｖ）の電流が同期電動機９に供給される。
上位装置１０での推力指令データが６５５３６の時、上位装置１０のＣＰＵ内の推力指令データは４０９６（＝６５５３６／１６）とされ、Ｄ／Ａ変換器の出力は６２５ｍＶ（＝５Ｖ×４０９６／３２７６８）、ＯＰアンプ部３の出力信号は１０Ｖ（＝６２５ｍＶ×１６）となり、電流増幅部６でパワー変換された後、１０Ａ（＝１０Ｖ×１）の定格電流が同期電動機９に供給される。
【０００８】
一方、上位装置１０での推力指令データが４０９６より小さい時（以下、ゲインローとする）、すなわち、±１３ビットのＤ／Ａ変換器で余裕を持って電流指令が出力できるようになると、上位装置１０のＣＰＵより推力指令データをそのまま、すなわち、１倍のままＤ／Ａ変換器に出力する。その際、上位装置１０からはゲイン切換信号により、第２の系統３−５内のアナログスイッチを選択する。これにより、第２の系統３−５（ゲイン１倍）が電流指令の流れとなる。
上位装置１０での推力指令データが４０９６の時、上位装置１０のＣＰＵ内の推力指令データは４０９６（＝４０９６×１）としてＤ／Ａ変換器に入力され、Ｄ／Ａ変換器の出力は６２５ｍＶ（＝５Ｖ×４０９６／３２７６８）、ＯＰアンプ部３の出力信号は６２５ｍＶ（＝６２５ｍＶ×１）となり、電流増幅部６でパワー変換された後、６２５ｍＡ（＝６２５ｍＶ×１）の電流が同期電動機９に供給される。
【０００９】
上位装置１０での推力指令データが最小値１の時、上位装置１０のＣＰＵ内の推力指令データは１（＝１×１）としてＤ／Ａ変換器に入力され、Ｄ／Ａ変換器の出力は０．１５ｍＶ（＝５Ｖ／３２７６８）、ＯＰアンプ部３の出力信号は０．１５ｍＶ（＝０．１５ｍＶ×１）となり、電流増幅部６でパワー変換された後、０．１５ｍＡ（＝０．１５ｍＶ×１）の電流が同期電動機９に供給される。
推力指令データがゲインハイとゲインローの中間の値（４０９７〜８１９１）のときは、指令切換ゲインは前の状態を維持し、この幅をヒステリシス幅としている。
【００１０】
よって、あるしきい値（本実施例では電流指令データ４０９６、８１９２）でゲインハイ：ゲインロー＝１６：１の比率で切換を行うことにより、電流制御範囲は、計算上、０．１５ｍＡ：１０Ａ＝１：６６６６６となる。なお、切換を行わない場合の電流制御範囲は、０．１５ｍＡ：１．２５Ａ＝１：８３３３である。ゲインハイ：ゲインローの比率は、ＯＰアンプ部３の抵抗比と上位装置１０内のソフトウェアにより、必要に応じて簡単に自由に設定でき、基本的に切換を行わない場合に比べてこの比率倍で電流制御範囲を広げることが可能である。
前述した第１実施例の差動アンプ部２は、第２実施例でのＯＰアンプ部３と同様なゲイン設定を有し、上位装置１０からのゲイン切換信号によりゲイン設定を選択できる機能を有する。
【００１１】
以上述べたように、本発明によれば、上位装置内のＤ／Ａ変換器からの正負出力である電流指令信号をディファレンシャル入力で受ける差動アンプと、電動機を駆動するための所望の電流を出力するためのＤＣゲイン、並びに、オフセット調整が可能なＯＰアンプ部と、前記電動機を駆動するための所望の電流を出力するための電流制御ループを構成するキャリア発生手段と電流検出手段と、前記電流指令に応じた電流を電動機に供給する電流増幅部と、を備えて前記電動機を制御する電動機制御装置において、前記差動アンプのディファレンシャル入力端子とは異なる、ゲイン設定の選択可能な端子に、少なくともアナログスイッチおよび可変抵抗器を接続して構成した、前記電流指令信号を圧縮・伸長する差動アンプ部を備え、前記差動アンプが、前記上位装置との整合性に応じて所望の電流指令信号の圧縮・伸長を調整できる前記可変抵抗器と、前記電流指令信号が所定のしきい値をクロスすると上位装置からのゲイン切換信号により切替えることにより、前記可変抵抗器の調整に基づいた前記差動アンプのゲインを切替えて、前記電流指令信号を圧縮・伸長を切替える前記アナログスイッチと、を有するようにしたので、同一のＤ／Ａ変換器を用いる場合は電流制御の分解能を上げることができ、電流制御の分解能が同じでよい場合はＤ／Ａ変換器のビット数が少ないより安価のＤ／Ａ変換器を用いることができ、電流のダイナミックレンジが大きな制御系を容易に実現した電動機制御装置を安価に提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の上位装置を含めた電動機制御装置の実施例１を示す概略ブロック図である。
【図２】本発明の実施例２を示し、特にＯＰアンプ部の詳述図である。
【図３】従来の電動機制御装置の構成図である。
【符号の説明】
１  電動機制御装置
２  差動アンプ部
３  ＯＰアンプ部
３−１  ＯＰアンプ部（Ｕ相）
３−２  ＯＰアンプ部（Ｖ相）
３−３  ＯＰアンプ部（Ｗ相）
３−４  ＯＰアンプ部（Ｕ相）第１の系統
３−５  ＯＰアンプ部（Ｕ相）第２の系統
４  ゲート信号発生手段
５  キャリア発生手段
６  電流増幅部
７  検出抵抗
８  電流検出手段
９  同期電動機
１０  上位装置
【図１】
0004013117.tif 000002
【図２】
0004013117.tif 000003
【図３】
0004013117.tif 000004