JPH06165548A - 電動機制動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小容量のバックアップ用バッテリのみで停電
時においてもバックアップできる電動機制動装置を提供
する。 【構成】 インバータ制御による回生制動手段と、バッ
クアップ用バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータを介して
電動機に直流電流を流して直流制動を行う直流制動手段
と、回生制動から直流制動への切り換え手段とを設け
て、回生制動手段による制動能力が消失した後は直流制
動に切り換えて制動する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気浮上形ターボ分子
ポンプなど磁気軸受により支持される回転体を回転駆動
する電動機の制動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気浮上形ターボ分子ポンプなど磁気軸
受により支持される回転体を回転駆動するシステムにお
いては、駆動中に停電が発生して磁気軸受制御に必要な
電力の供給が停止してしまうと、高速回転中の回転体支
持が不完全となり、場合によっては回転体が周囲の物体
と接触して損傷するおそれがある。そのため、回転体が
停止するまでは磁気軸受制御機構に対して、必要な電力
を商用電源以外のバックアップ用バッテリから供給し続
けるようにしている。そして、できるかぎり早急に回転
を停止して磁気軸受制御を行わなくても安全な状態にも
っていく必要があるため、回転体の電動機に制動装置を
設けている。

【０００３】このような電動機の一般的な制動として
は、１）電動機の回転周波数より低い周波数をインバー
タから電動機に出力し、回転体の回転エネルギーを電気
エネルギーに変換するようにして発電し、その電力を制
御抵抗などで消費させることで回転を制動する回生制
動、２）電動機の固定子巻線に直流電流を流して回転磁
界を停止させることで制動する直流制動などがある。

【０００４】磁気浮上ターボ分子ポンプなどでは、通常
は回生制動を使用し、回生制動により発電された回生電
力を停電時のインバータ制御の電源として利用するよう
にしている。すなわち、回生制動により発生した電力の
すべてを抵抗によって熱に変換して消費するのでなく、
一部を電源としてインバータで消費するようにして有効
利用している。これにより、停電時に回転体が停止する
までバックアップしなければならない磁気軸受制御と、
制動のためのインバータ制御のうち、磁気軸受制御の電
力だけをバックアップ用バッテリから供給するようにし
て、インバータ制御に必要な電力を回生電力でまかなう
ことができバッテリの電力消費をできるだけ少なくする
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回生制
動で得られた回生電力を利用し、これを自らの回生制動
時のインバータ制御の電力とする方法では、取り出され
る回生電力が回転体の単位時間当たり回転数に概比例す
ることから、回転体が高速回転しているときは十分大き
い回生電力を取り出すことができるのであるが、やがて
回転数が減少するにつれて、得られる回生電力も減少し
てくる。そして制動のためのインバータ制御の維持に必
要な電力が取り出せなくなると、もはやインバータが作
動しなくなり、回生制動が利かなくなる。この後は、回
転体に加わる負荷抵抗や軸受部での摩擦抵抗のみによっ
て制動されるのであるが、磁気軸受自体は非接触であり
摩擦抵抗が小さいものである。しかも、ターボ分子ポン
プは真空領域で使用しているものであるからもともと負
荷抵抗となる気体が少なく、したがって負荷抵抗や摩擦
抵抗による制動力が小さいことから回転体が停止するま
でには長時間を要することとなった。このため、回転体
が停止するまで長時間磁気軸受制御を続ける必要があり
バックアップ用バッテリの必要容量が大きくなる原因と
なっていた。

【０００６】一方、停電が発生したときに、直流制動に
より回転を停止する方法もある。しかしながら直流制動
の場合は、高速回転時から停止するまでの間、磁気軸受
制御だけでなく直流制動自体に必要とする電力をすべて
バックアップ用バッテリから供給することになり、大容
量のバッテリが必要である。すなわち、停止までの制動
時間については前述の回生制動に比べて短縮されるので
磁気軸受制御により消費される電力量は減少するが、直
流制動自体にそれ以上の電力を消費することになるので
差引すると回生制動によるよりも大容量のバッテリが必
要となる。

【０００７】いずれの制動を利用するにせよ、停電対策
として大容量のバックアップ用バッテリを持っておく必
要があり、このことはシステムの小型化軽量化を図るの
に問題となるとともに、バッテリの充電に長時間かかる
原因にもなった。

【０００８】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、小容量のバックアップ用バッテリのみ
で停電時においてもバックアップできる電動機制動装置
を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
になされた本発明は、通常は商用電源から電力を供給し
て回転体を磁気浮上支持し、停電時はバックアップ用バ
ッテリから電力を供給して回転体を磁気浮上支持するシ
ステムで使用される前記回転体駆動用の電動機の制動装
置において、インバータ制御による回生制動手段と、前
記バックアップ用バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータを
介して電動機に直流電流を流して直流制動を行う直流制
動手段と、回生制動から直流制動への切り換え手段とを
備え、回生制動手段による制動能力が消失した後に直流
制動に切り換えるようにしたことを特徴とする。以下、
この構造の電動機制動装置ががどのように作用するかを
説明する。

【００１０】

【作用】本発明の構成としたことにより、停電が発生し
た場合、まず通常の回生制動が作動する。このとき発生
した回生電力を自らのインバータ制御のための電力源と
して利用することで、バックアップ用バッテリから供給
する電力量を低減させる。すなわち、バックアップ用バ
ッテリからの電力は磁気軸受制御にのみ使用される。回
生制動が働いて回転数が徐々に減少してくると、やが
て、回生電力が十分に供給されなくなりインバータが作
動しなくなって回生制動能力が消失する。この時点で回
生制動から直流制動への切り換え手段が働き、バックア
ップ用バッテリがＤＣ／ＤＣコンバータを介して電動機
に接続される。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータで適当な
電圧に変換された上で所定の直流電流が電動機の固定子
巻線に供給され、直流制動が働く。これにより、回生制
動に引き続いて直流制動が働くようになり、以後停止状
態になるまで直流制動が続く。直流制動が作動してから
は磁気軸受制御だけでなく、直流制動においてもバック
アップ用バッテリの電力が消費される。しかし、直流制
動が作動するのは回転数が減少してからであり、直流制
動による消費電力量は小量である。結局バックアップ用
バッテリで消費される電力量は全体として少なくなり、
停電対策用に必要なバックアップ用バッテリを小容量の
もので済ませることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。図１は本発明による一実施例を示した電動機制動装
置の結線図を示す。図において商用電源１は回転の制御
を行うインバータ２に接続され、インバータ２の出力側
には電動機３が接続される。また、商用電源１は磁気軸
受制御電源４にも接続されており、磁気軸受電源４には
停電時に切り換わるバックアップ用バッテリ５が取り付
けられている。この磁気軸受電源４の出力側は２つに分
岐しており、一方は磁気軸受コントローラ６、磁気軸受
７をモニタするセンサ８、磁気軸受制御用の電磁石９に
接続され、他方はリレー接点ＲＹ４ａ１（ａ接点）、Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ１０、リレー接点ＲＹ４ａ２（ａ接
点）を介して電動機３に接続される。また、商用電源１
の停電の有無を検出する電磁リレーＲＹ１、磁気軸受７
の制御状態から回転体１１が回転状態か否かを検出する
電磁リレーＲＹ２、インバータ２に電力が供給されてい
るか否かを検出する電磁リレーＲＹ３とが設けられ、こ
れらの信号により作動するリレー接点ＲＹ１ｂ（ｂ接
点）、ＲＹ２ａ（ａ接点）、ＲＹ３ｂ（ｂ接点）と、こ
れら接点の状態により直流制動を開始する信号を発する
リレーＲＹ４とが直列に接続される。

【００１２】次に、以上のように構成される電動機制動
装置の動作を説明する。商用電源１から電力が供給され
ているときは、インバータ２は電動機３を高速回転する
通常の回転駆動モードの制御を行っており、磁気軸受７
の方も磁気軸受電源４が商用電源１からの電力を受けて
磁気軸受コントローラ６を作動してセンサ８、電磁石９
を制御している。このとき停電の有無を検出する電磁リ
レーＲＹ１はＯＮ状態（商用電源通電中）でありリレー
接点ＲＹ１ｂが開いている。したがって直流制動を開始
させる電磁リレーＲＹ４はＯＦＦ状態である。なお、イ
ンバータ２に電力が供給されていることを検出する電磁
リレーＲＹ３はＯＮ状態（電力供給中）、回転中か否か
を検出する電磁リレーＲＹ２はＯＮ状態（回転中）であ
る。

【００１３】この状態で停電が発生すると、インバータ
２に商用電源１から電力が供給されなくなり、インバー
タ２は図示しない内蔵スイッチ素子により駆動停止モー
ドに切り換わりインバータ２内で回生制動回路が作動す
るようになる。すると、回転体１１の回転エネルギーか
ら電気エネルギーが取り出され、これがインバータ用電
力としてまかなわれるようになる。磁気軸受電源４は、
商用電源１からの電力供給が停止すると、図示しない内
蔵スイッチ素子により直ちに電力源がバックアップ用バ
ッテリ５に切り換わるので、その後はバックアップ用バ
ッテリの電力を消費して磁気軸受制御を行う。一方、停
電により電磁リレーＲＹ１がＯＦＦとなって、接点ＲＹ
１ｂが閉じるが、回生電力がインバータ２に供給されて
いるので電磁リレーＲＹ３がＯＮのままであり、リレー
接点ＲＹ３ｂが開いているので電磁リレーＲＹ４はＯＦ
Ｆ状態である。

【００１４】回生制動が利いて回転数が毎分数万回転か
ら３０００〜４０００回転にまで減少すると、やがて十
分な回生電力が取り出せなくなり、インバータ２を作動
するのに必要な電力が供給されなくなり、その結果イン
バータ２が作動しなくなって回生制動が働かなくなる。
このとき、インバータ２に電力が供給されていることを
検出する電磁リレーＲＹ３がＯＦＦとなり、接点ＲＹ３
ｂが閉じる。この結果ＲＹ１ｂ、ＲＹ２ａ、ＲＹ３ｂす
べてが閉じて、電磁リレーＲＹ４がＯＮになる。する
と、接点ＲＹ４ａ１、ＲＹ４ａ２が閉じてバックアップ
用バッテリ５とＤＣ／ＤＣコンバータ１０と電動機３と
が結線されるようになる。

【００１５】ＤＣ／ＤＣコンバータ１０はバックアップ
用バッテリ５からの直流入力電圧を、電動機３の固定子
巻線抵抗および固定子巻線に流し得る最大電流の積から
求めた電圧に変換するためのものでこれにより最大の制
動能力を発揮できるようにしている。このＤＣ／ＤＣコ
ンバータ１０を介してバックアップ用バッテリ５から電
動機３の巻き線に直流電流を供給することにより直流制
動が開始される。そして、電動機３が停止するまでバッ
クアップ用バッテリ５から電動機３に電流を供給し続
け、やがて電動機３が停止して同時に回転体１１が停止
したことを電磁リレーＲＹ２が検出すると、接点ＲＹ２
ａが開いて電磁リレーＲＹ４がＯＦＦとなり、接点ＲＹ
４ａ１、ＲＹ４ａ２が開いて直流制動が停止する。

【００１６】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の電動機制
動装置では、停電が発生した場合、まず通常の回生制動
が作動する。そして発生した回生電力を自らの電動機制
動回路への電力源として利用することにより、バックア
ップ用バッテリから供給する電力量が低減される。回生
制動が働いて回転数が徐々に減少してくると、やがて回
生電力が供給されなくなり回生制動が作動しなくなるが
この時点でバックアップ用バッテリの電力を使用して直
流制動が開始される。したがって、回生制動が消失した
後も停止するまで積極的な制動が行われるので、迅速に
停止状態に至らせることができる。しかも、これに必要
なバックアップ用のバッテリ容量を小さく済ませること
ができ、電動機を含むシステムの小型化軽量化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である電動機制動装置の結線
図。

【符号の説明】

１：商用電源 ２：インバータ ３：電動機 ４：磁気軸受電源 ５：バックアップ用バッテリ ６：磁気軸受コントローラ １０：ＤＣ／ＤＣコンバータ ＲＹ１〜４：電磁リレー ＲＹ２ａ、ＲＹ４ａ１、ＲＹ４ａ２：リレーａ接点 ＲＹ１ｂ、ＲＹ３ｂ：リレーｂ接点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】通常は商用電源から電力を供給して回転体
   を磁気浮上支持し、停電時はバックアップ用バッテリか
   ら電力を供給して回転体を磁気浮上支持するシステムで
   使用される前記回転体駆動用の電動機の制動装置におい
   て、 インバータ制御による回生制動手段と、 前記バックアップ用バッテリから電動機に直流電流を流
   して直流制動を行う直流制動手段と、 回生制動から直流制動への切り換え手段とを備え、 回生制動手段による制動能力が消失した後に直流制動に
   切り換えるようにしたことを特徴とする電動機の制動装
   置。