CN103973184B - 真空泵用电机驱动装置及真空泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种真空泵用电机驱动装置及真空泵，能够缩减成本并且快速解决启动时的电机反转。一种真空泵用电机驱动装置包括：逆变器、第一运算部、电流指令设定部、驱动指令产生部和脉宽调制信号产生部。一种真空泵包括：泵转子、电机和所述的真空泵用电机驱动装置。在真空泵用电机驱动装置中，Id、Iq设定部(402)在泵启动时，当转动速度(ω)为表示正转动状态的正值时，设定加速驱动的q轴电流指令，当转动速度(ω)为表示逆转动状态的负值时，始终设定减速驱动的q轴电流指令。这样一来，通过变更以往所具备的Id、Iq设定部(402)中的处理，而使电机在逆转动时必然被减速，从而可快速转移到正常的泵启动运行。

Description

真空泵用电机驱动装置及真空泵
技术领域
本发明涉及一种真空泵用电机驱动装置、及具备该电机驱动装置的真空泵。
背景技术
涡轮分子泵(turbo molecular pump)等轴流式真空泵是使具有转动叶片(movingvane)的转子(rotor)高速转动，以进行真空排气。此时，一边对稀薄气体进行压缩工作一边进行排气，所以转子仅单向地转动(将该转动方向设为正转动)。因此，轴流式真空泵通常是在静止状态与正转动区域之间进行加速·减速运转，以及在正转动下进行稳态转动。
以往是基于转动传感器(sensor)的检测信号，获取转动速度信息及电机转子(motor rotor)的磁极位置信息，作为使转子转动的电机驱动所需的信息。例如，利用电感式间隙传感器检测设置在转子的目标(target)(具有阶差)的方式的真空泵，难以仅利用转动传感器，侦测转动方向。因此，一般通过研究电机驱动时(尤其产生逆转动可能性相对高的起动时)的控制顺序来解决所述情况(例如，参照专利文献1)。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利4692891号公报
但是，存在如下问题：当将转子从静止状态开始转动(起动)时，存在激励开始时出现逆转动的情况，虽通过研究控制顺序来解决这种情况，但存在相应地启动时间变长的问题。
而且，在将涡轮分子泵等轴流式真空泵装载在大型真空腔室的情况下，当将腔室从真空状态迅速恢复为大气压状态时，气体从泵侧向腔室侧逆流，同时成为大气压，所以，因逆流的气体作用而转子逆转动的情况较为罕见。在这种情况下，为防止在逆转动状态下启动，而必须等待泵再启动开始运转，直到转子从逆转动状态变为静止状态为止。
有鉴于上述现有的真空泵用电机驱动装置及真空泵存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的真空泵用电机驱动装置及真空泵，能够改进一般现有的真空泵用电机驱动装置及真空泵，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的真空泵用电机驱动装置及真空泵存在的缺陷，而提供一种新型结构的真空泵用电机驱动装置及真空泵，所要解决的技术问题是使其启动时间变短和防止在逆转动状态下启动，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的优选实施方式的真空泵用电机驱动装置包括：逆变器，具有多个开关元件，驱动电机；第一运算部，基于有关电机相电压(motor phase voltage)的信息及有关电机相电流(motorphase current)的信息，算出电机转子的转动速度及磁极电转角；电流指令设定部，基于转动速度与目标转动速度的差值，设定转动坐标dq系中的d轴电流指令及q轴电流指令；驱动指令产生部，基于d轴电流指令、q轴电流指令、转动速度及所述磁极电转角，产生正弦波驱动指令；以及脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号产生部，基于正弦波驱动指令，产生用来对多个开关元件进行开关控制的PWM控制信号；且电流指令设定部在泵启动时，当转动速度ω为表示正转动状态的正值时，设定加速驱动的q轴电流指令，当转动速度ω为表示逆转动状态的负值时，始终设定减速驱动的q轴电流指令。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
在进而优选的实施方式中，第一运算部包括：反向电压(reverse voltage)运算部，基于有关电机相电压的信息及有关电机相电流的信息，运算固定坐标αβ系中的第一反向电压；第一转换部，被反馈(feedback)输入磁极电转角，且基于该磁极电转角，将第一反向电压转换成转动坐标dq系中的第二反向电压；第二运算部，将第二反向电压的矢量(vector)相位角设为Ψ时，当转动速度为正时，以Ψ-π／2收敛为零的方式算出磁极相位偏差，当转动速度为负时，以Ψ+π／2收敛为零的方式算出磁极相位偏差；第三运算部，基于第一反向电压算出转动速度；以及第四运算部，算出由第三运算部算出的转动速度的积分值；且第一运算部将磁极相位偏差与积分值之和作为磁极电转角输出，电流指令设定部在转动速度为负的情况下，始终将q轴电流指令设定为正，进行减速驱动。
在进而优选的实施方式中，第一运算部包括：反向电压运算部，基于有关电机相电压的信息及有关电机相电流的信息，运算固定坐标αβ系中的第一反向电压；第一转换部，反馈输入有磁极电转角，且基于该磁极电转角，将第一反向电压转换为转动坐标dq系中的第二反向电压；第二运算部，将第二反向电压的矢量相位角设为Ψ时，以Ψ-π／2收敛为零的方式算出磁极相位偏差；第三运算部，基于第一反向电压算出转动速度；及第四运算部，算出由第三运算部算出的转动速度的积分值；且第一运算部将磁极相位偏差与所述积分值之和作为磁极电转角输出，电流指令设定部在转动速度为负的情况下，始终将q轴电流指令设定为负，进行减速驱动。
在进而优选的实施方式中，第三运算部包括：第二转换部，反馈输入有将所述和符号反转所算出的电转角，且基于该电转角，将第一反向电压转换成转动坐标dq系中的第三反向电压；以及转动速度运算部，基于第二反向电压的矢量成分相位、及第三反向电压的矢量成分相位，算出转动速度。
在进而优选的实施方式中，转动速度运算部基于以规定时间间隔获取的第二反向电压的矢量成分相位的差值与以所述规定时间间隔获取的第三反向电压的矢量成分相位的差值的平均值，算出转动速度。
而且，转动速度运算部也可能够以规定时间间隔获取第二反向电压的矢量成分相位与第三反向电压的矢量成分相位的平均值，且基于以规定时间间隔获取到的所述平均值的差值，算出转动速度。
在进而优选的实施方式中，第三运算部具备第三转换部，所述第三转换部反馈输入有将转动速度进行积分所得的电转角，且基于该积分值电转角，将第一反向电压转换成转动坐标dq系中的第四反向电压；且第三运算部基于第四反向电压的矢量成分相位，算出转动速度。
在进而优选的实施方式中，第三运算部基于由反向电压运算部运算的第一反向电压的矢量成分相位，算出转动速度。
在进而优选的实施方式中，第一运算部包括：反向电压运算部，基于有关电机相电压的信息及有关电机相电流的信息，运算固定坐标αβ系中的第一反向电压；磁极电转角运算部，基于第一反向电压算出磁极电转角；及转动速度运算部，基于由磁极电转角运算部算出的磁极电转角，算出转动速度；且磁极电转角运算部在从转动速度运算部反馈输入的转动速度为正时，通过θ=tan-1(-Eα／Eβ)算出磁极电转角，在从转动速度运算部反馈输入的转动速度为负时，通过θ=tan-1(Eα／-Eβ)算出磁极电转角，电流指令设定部在转动速度为负时，始终将q轴电流指令设定为正，进行减速驱动。
在进而优选的实施方式中，第一运算部包括：反向电压运算部，基于有关电机相电压的信息及有关电机相电流的信息，运算固定坐标αβ系中的反向电压成分Eα、Eβ；磁极电转角运算部，当磁极电转角设为θ时，通过θ=tan-1(-Eα／Eβ)算出磁极电转角；及转动速度运算部，基于由磁极电转角运算部算出的磁极电转角，算出转动速度；且电流指令设定部在转动速度为负的情况下，始终将q轴电流指令设定为负，进行减速驱动。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的优选实施方式的真空泵包括形成有排气功能部的泵转子、转动驱动泵转子的电机、及所述真空泵用电机驱动装置中的任一者。
发明的效果
借由上述技术方案，本发明至少具有可一面缩减成本，一面快速解决启动时的电机反转的优点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是表示本实施方式的真空泵中的泵单元1的构成的图。
图2是表示控制单元的概略构成的框图。
图3是表示有关电机M的电机驱动控制系统的图。
图4是说明正弦波驱动控制部400的框图。
图5是说明d轴及q轴的方向的图。
图6是表示转动速度·磁极位置估计部407的详情的图。
图7(a)、图7(b)是说明反向电压E(Eα、Eβ)与磁极方向(磁极位置)的关系的图。
图8是表示第二实施方式中的转动速度·磁极位置估计部407的图。
图9是表示转动速度运算部4078中的估计运算的一例的框图。
图10(a)、图10(b)是说明转动坐标dq系中的相位偏移的图。
图11是表示第三实施方式中的转动速度·磁极位置估计部407的图。
图12是表示第四实施方式中的转动速度·磁极位置估计部407的图。
图13是表示第五实施方式中的转动速度·磁极位置估计部407的详情的图。
【主要元件符号的说明】
1：泵单元 4：泵转子
5：轴 4a：转动翼
4b：圆筒部 10：电机定子
11：电机转子 40：AC／DC转换器
41：DC／DC转换器 42：DC电源
43：逆变器 44：控制部
45：激励放大器 46：电磁铁
50：电流侦测部 51：电压侦测部
60：底座 60a：排气口
61：泵壳 61a：吸气口
61b：卡止部 61c：固定凸缘
62：固定翼 63：隔离环
64：螺杆定子 65：排气孔
66a、66b：机械轴承 67、68、69：磁力轴承
400：正弦波驱动控制部 401：速度控制部
402：Id、Iq设定部 403：等效电路电压转换部
404：dq-两相电压转换部 405：两相-三相电压转换部
406：PWM信号产生部 407：转动速度·磁极位置估计部
409、410：低通滤波器 441、442：PWM控制信号
443：有关电机M的信号 444：有关磁力轴承的信号
4071、4072：三相-两相转换部 4073：等效电路电压转换部
4074：反向电压运算部 4075、4110：两相-dq电压转换部
4076、4111：相位角运算部 4077：校正量Δφ运算部
4078：转动速度运算部 4079：积分运算部
4100：相位角运算部 4101：转动速度估计部
4112：转动速度偏移校正部 4113、4114：差值运算部
4115：ω产生部 4116：符号反转部
4300：栅极驱动电路 D1～D6：续流二极管
Eα、Eβ、Ed、Eq、E1d、E1q、Emd、Emq：反向电压
I、Id、Iq：电流指令 M：电机
R：转动体单元 SW1～SW6：开关元件
Vd、Vq：电压指令 iα、iβ：电流信号
iv、iu、iw：三相电流侦测信号 Vα、Vβ：两相电压指令
Vu、Vv、Vw：三相电压指令 vα′、vβ′：两相电压信号
vα、vβ：电压信号 vv、vu、vw：相电压侦测信号
θ、θm、θ1：磁极电转角 ω：转动速度
ωi：目标转动速度 ∫ωdt：积分值
Ψ、Ψ1：相位角 Ψm：相位
ΔΨ、ΔΨm：差值
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种真空泵用电机驱动装置及真空泵其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
-第一实施方式-
图1是表示本实施方式的真空泵的泵单元(pump unit)1的构成的图。真空泵包括图1所示的泵单元1、以及驱动泵单元1的控制单元(control unit)(未图示)。另外，图1所示的真空泵是磁悬浮式涡轮分子泵。
泵单元1具有包括转动翼4a和固定翼62的涡轮泵段、及包括圆筒部4b和螺杆定子(screw stator)64的牵引泵(drag pump)段(螺纹槽泵)。此处，在螺杆定子64侧形成有螺纹槽，但也可以在圆筒部4b侧形成螺纹槽。作为转动侧排气功能部的转动翼4a及圆筒部4b是形成在泵转子4。泵转子4是紧固在轴(shaft)5。转动体单元R包含泵转子4及轴5。
多段的固定翼62是相对于轴方向而与转动翼4a交替地配置。各固定翼62是隔着隔离环(spacer ring)63载置在底座(base)60上。若利用螺钉(bolt)将泵壳(pump casing)61的固定凸缘(flange)61c固定在底座60，则经叠层的隔离环63被夹在底座60与泵壳61的卡止部61b之间，从而将固定翼62定位。
轴5由设置在底座60的磁力轴承(magnetic bearing)67、68、69非接触支撑。各磁力轴承67、68、69包括电磁铁及位移传感器。利用位移传感器来检测轴5的悬浮位置。另外，构成轴方向的磁力轴承69的电磁铁是以在轴方向上夹住设置在轴5下端的转盘(rotordisk)55的方式配置。轴5是由电机M转动驱动。
电机M是同步电机，且例如使用永久磁铁同步电机。电机M包括配置在底座60的电机定子(motor stator)10、及设置在轴5的电机转子11。电机转子11中设置着永久磁铁。在磁力轴承未运行时，轴5由用于紧急情况的机械轴承(mechanical bearing)66a、66b支撑。
在底座60的排气口60a设置排气孔(port)65，且在该排气孔65连接有前级泵(backpump)。通过使转动体单元R一边磁悬浮一边被电机M高速转动驱动，而将吸气口61a侧的气体分子向排气孔65侧排出。
图2是表示控制单元的概略构成的框图。来自外部的交流(Alternating Current，AC)输入由设置在控制单元的交流／直流(Alternating Current／Direct Current，AC／DC)转换器(converter)40转换成DC输出(DC电压)。从AC／DC转换器40输出的DC电压被输入到DC／DC转换器41，且利用DC／DC转换器41产生电机M用的DC电压及磁力轴承用的DC电压。
电机M用的DC电压是输入到逆变器43。磁力轴承用的DC电压是输入到磁力轴承用的DC电源42。磁力轴承67、68、69构成五轴磁力轴承，且磁力轴承67、68各具有两对电磁铁46，磁力轴承69具有一对电磁铁46。从相对于五对电磁铁46即十个电磁铁46而设置的十个激励放大器(amplifier)45单独地对该五对电磁铁46即十个电磁铁46供给电流。
控制部44是对电机及磁力轴承进行控制的数字(digital)运算器，且例如使用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等。控制部44对逆变器43输出用来对逆变器43中所含的多个开关元件进行开关控制的PWM控制信号441，且分别对各激励放大器45输出用来对各激励放大器45中所含的开关元件进行开关控制的PWM控制信号442。而且，对于控制部44如下所述地输入有关电机M的信号(有关相电压或相电流的信号)443。而且，对于控制部44输入有关磁力轴承的信号(激励电流信号或移位信号)444。
图3是表示有关电机M的电机驱动控制系统的图。电机驱动控制系统包括正弦波驱动控制部400及逆变器43。逆变器43包括多个开关元件SW1～开关元件SW6、及用来开关驱动开关元件SW1～开关元件SW6的栅极驱动(gate drive)电路4300。开关元件SW1～开关元件SW6中可使用金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor FieldEffect Transistor，MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)等功率半导体元件。另外，各开关元件SW1～开关元件SW6中并列连接着续流二极管(freewheeling diode)D1～续流二极管D6。
在电机定子10的U相线圈、V相线圈、W相线圈中流动的电流分别由电流侦测部50检测，且将作为检测结果的电流侦测信号通过低通滤波器(low-pass filter)409输入到控制部44的正弦波驱动控制部400。而且，U相线圈、V相线圈、W相线圈的各端子及中性点的电压由电压侦测部51进行检测，且将作为检测结果的电压侦测信号通过低通滤波器410输入到正弦波驱动控制部400。
正弦波驱动控制部400基于由低通滤波器409、410去除噪声的电流侦测信号及电压侦测信号，产生用来对开关元件SW1～开关元件SW6进行开关控制的PWM控制信号。栅极驱动电路4300基于PWM控制信号，产生栅极驱动信号，从而将开关元件SW1～开关元件SW6导通断开。由此，将调变为正弦波且经PWM化的电压分别施加至U相线圈、V相线圈、W相线圈。
本实施方式是基于电机电流侦测信号及电机电压侦测信号，估计转动速度、磁极位置。另外，在如本实施方式那样不具有检测电机转子11的转动位置的转动传感器的无传感器电机的情况下，通常基于电机电流侦测信号及电机电压侦测信号来估计转动速度、磁极位置。
图4是说明正弦波驱动控制部400的框图。虽也在图3中进行说明，但在电机M中流动的三相电流由电流侦测部50检测，且将经检测的电流侦测信号输入到低通滤波器409。另一方面，电机M的三相电压由电压侦测部51检测，且将经检测的电压侦测信号输入到低通滤波器410。
已通过低通滤波器409的电流侦测信号及已通过低通滤波器410的电压侦测信号分别被输入到转动速度·磁极位置估计部407。详情将在下文叙述，但转动速度·磁极位置估计部407是基于电流侦测信号及电压侦测信号来估计电机M的转动速度ω及磁极位置(电转角θ)。另外，磁极位置是利用电转角θ表示，所以，下面将磁极位置称作磁极电转角θ。将所算出的转动速度ω输入到速度控制部401、Id、Iq设定部402、及等效电路电压转换部403。而且，将已算出的磁极电转角θ输入到dq-两相电压转换部404。
速度控制部401基于已输入的目标转动速度ωi与估计的当前转动速度ω的差值，进行PI(proportion integral)控制(比例控制及积分控制)或者P(proportion)控制(比例控制)，且将电流指令I输出。详情将在下文叙述，但Id、Iq设定部402基于电流指令I，设定转动坐标dq系中的电流指令Id、Iq。如图5所示，转动坐标dq系的d轴是将正在转动的电机转子11的N极设为正方向的坐标轴。q轴是相对于d轴超前90度所得的直角方向的坐标轴，且其朝向成为正转动时的反向电压方向。
等效电路电压转换部403使用基于由转动速度·磁极位置估计部407算出的转动速度ω及电机M的电子等效电路常数的下式(1)，将电流指令Id、Iq转换成转动坐标dq系中的电压指令Vd，Vq。另外，等效电路分为电机线圈的电阻成分r及电感成分L。r、L的值是从电机规格等中获得，并且预先存储在存储部(未图示)。
[数1]
dq-两相电压转换部404基于转换后的电压指令Vd、Vq及从转动速度·磁极位置估计部407输入的磁极电转角θ，将转动坐标dq系中的电压指令Vd、Vq转换成固定坐标αβ系的电压指令Vα、Vβ。两相-三相电压转换部405将两相电压指令Vα、Vβ转换成三相电压指令Vu、Vv、Vw。PWM信号产生部406基于三相电压指令Vu、Vv、Vw，产生用来将设置在逆变器43中的六个开关元件SW1～开关元件SW6导通断开(接通或断开)的PWM控制信号。逆变器43基于从PWM信号产生部406输入的PWM控制信号，将开关元件SW1～开关元件SW6导通断开，从而对电机M施加驱动电压。
图6是表示转动速度·磁极位置估计部407的详情的图。从电压侦测部51输出的三相电压侦测信号vv、vu、vw是通过低通滤波器410被输入到三相-两相转换部4072。三相-两相转换部4072将三相电压信号转换成两相电压信号vα′、vβ′。转换后的电压信号vα′、vβ′被输入到反向电压运算部4074。
另一方面，从电流侦测部50输出的三相电流侦测信号iv、iu、iw是通过低通滤波器409输入到三相-两相转换部4071。三相-两相转换部4071将三相电流侦测信号iv、iu、iw转换成两相电流信号iα、iβ。转换后的电流信号iα、iβ是输入到等效电路电压转换部4073。
等效电路电压转换部4073使用基于电机M的电子等效电路常数的下式(2)，将电流信号iα、iβ转换成电压信号vα、vβ。转换后的电压信号vα、vβ是输入到反向电压运算部4074。另外，将等效电路分为电机线圈的电阻成分r及电感成分L。r、L的值是自电机规格等获得，并且预先存储在存储部(未图示)。
[数2]
反向电压运算部4074是根据基于电机三相电压的电压信号vα′、vβ′以及基于电机三相电流的电压信号vα、vβ，并使用下式(3)，算出反向电压Eα、Eβ。
[数3]
相位角运算部4076算出固定坐标αβ系的反向电压(Eα、Eβ)的矢量相位角θ。图7(a)、图7(b)是说明反向电压(Eα、Eβ)与磁极方向(磁极位置)的关系的图。转动坐标αβ系的反向电压矢量(Eα、Eβ)方向成为相对于磁极位置(磁极电转角)θr超前90deg(π／2rad)的方向。
图7(a)是表示转动速度ω为ω>0的情况(即，正转动的情况)，在此情况下，超前90deg的方向成为从磁极位置θr起逆时针方向转动(正转动方向)90deg后的位置。因此，近似于实际的磁极位置θr的估计磁极位置θ是应用四象限表现的反正切函数(four quadrantinverse tangent)并根据下式(4)算出。
[数4]
θ=tan-1(-Eα／+Eβ) …(4)
另一方面，在ω<0的情况(即、逆转动的情况)下，磁极位置θr与反向电压矢量(Eα、Eβ)的关系成为图7(b)所示。在逆转动的情况下，超前90deg方向成为从磁极位置θr起顺时针转动(逆转动方向)90deg的位置。因此，近似于实际的磁极位置θr的估计磁极位置θ是应用四象限表现的反正切函数并根据下式(5)算出。
[数5]
θ=tan-1(+Eα／-Eβ) …(5)
即，相位角运算部4076是在从下述转动速度运算部4078反馈输入的转动速度ω为ω>0的情况下，根据式(4)算出磁极电转角θ(反向电压(Eα、Eβ)的矢量相位角)，且在ω<0的情况下，根据式(5)算出磁极电转角θ。另外，反馈到相位角运算部4076的转动速度ω是在前次控制取样时间中算出的转动速度。
转动速度运算部4078是基于从相位角运算部4076输入的磁极电转角θ算出转动速度ω。转动速度ω是磁极电转角θ的变化率，所以通过微分运算或差值运算，算出转动速度ω。在应用差值的情况下，预先存储以控制取样时间T进行重复运算时本次算出的当前相位角θ1、及预先储存每隔T的自然数倍的规定时间T1算出的相位角θ1作为过去相位角，并根据当前相位角运算与过去(前次)相位角的差Δθ1。然后，通过将Δθ1除以差值间隔的时间T1，算出转动速度ω(=Δθ1／T1)。在Δθ>0的情况下，转动速度ω成为正转动(ω>0)，在Δθ<0的情况下，转动速度ω成为逆转动(ω<0)。顺带而言，即便转动速度处在0附近(几乎停止)，符号因误差而反转，不宜选择式(4)、式(5)的情况下，由式(4)、式(5)算出的各θ的变化率也相同，所以，转动速度算出中不会产生问题。
这样一来，通过相应于如式(4)、式(5)那样估计的转动速度ω的正负，切换磁极电转角9的算出式，而无论转动速度ω为正负，也能够获得适当的磁极电转角θ。其结果，从转动速度·磁极位置估计部407输出与转子转动方向的正负(正转动、逆转动)相应的转动速度ω及磁极电转角θ。在本实施方式中，Id、Iq设定部402是相应于从转动速度·磁极位置估计部407输入的转动速度ω的正负进行如下处理。
首先，考虑从转动速度·磁极位置估计部407输入的转动速度ω为ω≥0的情况、即电机转子为正转动状态或停止状态的情况。在此情况下，Id、Iq设定部402在加速控制时(ωi>ω)，将赋予电机转矩(torque)的q轴电流的电流指令Iq设定为Iq>0。由此，将正方向转动中的电机转子的转动加速。相反地，在减速控制时(ωi<ω)，Id、Iq设定部402将电流指令Iq设定为Iq<0，使正方向转动中的电机转子的转动减速。
另一方面，考虑转动速度ω为ω<0的情况、即电机转子逆转动的情况。在真空泵中，使电机M仅单向(正转动方向)地驱动。因此，当逆转动状态时，始终将电流指令Iq设为Iq>0。当Iq>0时，相对于电机转子在正转动方向(图7(a)中的ω方向)产生转矩，所以，必然使逆转动中的电机转子的转动减速。这样一来，如果产生正转动方向的转矩，则电机转子的逆转动将减速从而停止。若为泵启动时，则因输入到速度控制部401的目标转动速度ωi为ωi>0，所以电机转子在停止后被朝向正转动方向驱动。
这样一来，在本实施方式中，通过相应于转动速度ω的正负，切换磁极电转角θ的算出式(4)、式(5)，便可获得与转子转动方向的正负(正转动、逆转动)对应的转动速度ω及磁极电转角θ。可通过使用这些信息(ω、θ)，而适当地控制真空泵的电机转动方向。而且，Id、Iq设定部402在转动速度ω为ω<0的情况下，始终设定为Iq>0，所以，电机M在反转时将被快速地减速而不会被直接加速。
-第二实施方式-
图8、图9是表示第二实施方式的图。另外，三相-两相转换部4071、4072、等效电路电压转换部4073、及反向电压运算部4074的处理与图6的构成相同，故将至反向电压运算部4074为止的处理省略说明。
本实施方式是在由反向电压运算部4074算出反向电压Eα、Eβ后，如下所述地基于反向电压Eα、Eβ，算出转动速度ω及磁极相位偏移校正量Δφ，并根据这些估计θ。此时，分别独立地进行转动速度ω的运算及磁极相位偏移校正量Δφ的运算。
转动速度ω是与磁极电转角θ的周期性相关的量。另一方面，磁极相位偏移校正量Δφ是和实际的磁电转角θr与所估计的磁极电转角θ之间的相位偏移相关的量。然后，根据算出的转动速度ω及磁极相位偏移校正量Δφ，通过θ=∫ωdt+Δφ算出磁极电转角θ。
(磁极相位偏移校正量Δφ的运算)
首先，说明磁极相位偏移校正量Δφ的运算。电机转子11的转动速度是因转子转动惯性，而未在转动一周期内急剧变化，且至少几个周期后才缓慢变化，故可视为稳态响应。因此，两相-dq电压转换部4075通过式(6)所示的转换，将所输入的反向电压(Eα、Eβ)转换为转动坐标dq系中的反向电压(Ed、Eq)。另外，对式(6)中的θ在以规定时间间隔T(所述控制取样时间的间隔)进行的运算中，反馈前次运算时间中算出的磁极电转角θ。
[数6]
此处，若使用复数表示(complex notation)考虑坐标转换则如下所述。反向电压(Eα、Eβ)的α成分Eα及β成分Eβ在ω>0时，与E×exp(j(θr+π／2))的实部及虚部对应。而且，在ω<0时，Eα及Eβ与E×exp(j(θr-π／2))的实部及虚部对应。E为反向电压的大小，θr为实际的磁极电转角。
与此相对，应用估计的磁极电转角θ的两相-dq坐标转换是通过将复数表示的反向电压乘以exp(-jθ)而表示。因此，两相-dq坐标转换后的反向电压(Ed、Eq)在ω>0时，由E×exp(j(θr+π／2-θ))的实部及虚部表示。在ω<0时，由E×exp(j(θr-π／2-θ)的实部及虚部表示。
相位角运算部4076是应用四象限表现的反正切函数，通过Ψ=tan-1(Eq／Ed)算出转动坐标dq系中的反向电压(Ed、Eq)的矢量相位角Ψ。ω>0时的相位角Ψ成为Ψ=θr+π／2-θ，ω<0时成为Ψ=θr-π／2-θ。图10(a)、图10(b)是说明转动坐标dq系中的磁极相位偏移的图，图10(a)表示正转动(ω>0)的情况，图10(b)表示逆转动(ω<0)的情况。因此，在使所估计的磁极电转角θ收敛为实际的磁极电转角θr的情况下，当ω>0时以Ψ-π／2收敛为零的方式进行控制，当ω<0时以Ψ+π／2收敛为零的方式进行控制。
校正量Δφ运算部4077是运算用来校正所述磁极相位偏移的磁极相位偏移校正量Δφ。即，当正转动时，以Ψ-π／2收敛为零的方式进行对估计磁极电转角相加校正磁极相位偏移校正量Δφ的控制，当逆转动时，以Ψ+π／2收敛为零的方式进行对估计磁极电转角相加校正磁极相位偏移校正量Δφ的控制。
ω>0时的磁极相位偏移校正量Δφ是如式(7)所示，基于Ψ-π／2(rad)的值(正负变化的大小)乘以适当的增益(gain)g1(比例控制的增益或比例控制·积分控制的增益)而产生。根据式(7)，如图10(a)所示，在Ψ-π／2<0(即θr<θ)的情况下，成为Δφ<0。即，使相比实际的磁极电转角θr成为超前相位的磁极电转角θ接近于θr。
Δφ=g1×(Ψ-π/2)：Ψ-π/2≠0的情况
Δφ=0：Ψ-π/2=0的情况 (7)
ω<0时的磁极相位偏移校正量Δφ是以式(8)的方式设定。例如，在图10(b)所示的情况下，由于Ψ+π／2>0(即θr>θ)，所以成为Δφ>0，使相比实际磁极电转角θr成为延迟相位的磁极电转角θ接近于θr。
Δφ=g1×(Ψ+π／2)：Ψ+π／2≠0的情况
Δφ=0：Ψ+π／2=0的情况 (8)
(转动速度ω的运算)
另一方面，与所述磁极相位偏移校正量Δφ的运算不同地在转动速度运算部4078中进行转动速度ω的估计运算。并且，在积分运算部4079中进行转动速度ω的积分值∫ωdt处理。图9是表示转动速度运算部4078中的估计运算的一例的框图。
相位角运算部4100是基于从反向电压运算部4074输入的反向电压(Eα、Eβ)，通过下式(9)算出反向电压(Eα、Eβ)的相位角θ1。该相位角θ1表示图7(a)、图7(b)中的磁极方向(磁极位置)。
[数7]
θ1=tan-1(-Eα/Eβ) …(9)
在图7(a)、图7(b)所示的固定坐标αβ系中，由于磁极方向以转动速度ω转动，所以式(9)的相位角θ1也时间性地变化。转动速度估计部4101是通过运算如此变化的相位角θ1的微分或差值，而算出(估计)转动速度ω。顺带而言，此处仅算出转动速度ω，因此与转动速度ω的正负无关地使用同一式(式9)。在应用差值的情况下，预先存储以控制取样时间T进行重复运算时的本次算出的当前相位角θ1、及预先存储每隔T的自然数倍的规定时间T1算出的相位角θ1作为过去(前次)相位角，根据当前相位角运算与过去(前次)相位角的差Δθ1。然后，通过将Δθ1除以差值间隔的时间T1，而算出转动速度ω(=Δθ1／T1)。
以这种方式利用转动速度运算部4078算出的转动速度ω是输入到积分运算部4079及等效电路电压转换部4073，并且从转动速度·磁极位置估计部407中输出。积分运算部4079运算转动速度ω的积分值。如果使用所述控制取样时间T表示该积分值，则表示为积分值(下次)=积分值(当前值)+ω×T。并且，将该积分值与由校正量Δφ运算部4077算出的磁极相位偏移校正量Δφ之和(下式(10))作为从本次控制时间起经过时间T后的下次控制时间中的磁极电转角θ输入到两相-dq电压转换部4075，并且从转动速度·磁极位置估计部407输出。
θ(下次)=积分值(下次)+Δφ (10)
所述第二实施方式不仅发挥与第一实施方式相同的作用效果，而且发挥如下述记载的作用效果。即，可通过分别独立地进行转动速度ω的运算和磁极相位偏移校正量Δφ的运算，而减少转动速度ω的稳态偏差。其结果，可在无传感器的正弦波驱动中实现驱动稳定性的提高，从而可实现电机电流的脉动减少或驱动效率的提高。
-第三实施方式-
图11是表示第三实施方式中的转动速度·磁极位置估计部407的详情的图。与第二实施方式的图8、图9进行比较，转动速度运算部4078的构成不同，并且将由积分运算部4079算出的转动速度ω的积分值作为θ2反馈到转动速度运算部4078的部分不同。下面，以与第二实施方式不同的部分为中心进行说明。
转动速度运算部4078的两相-dq电压转换部4110是基于从反向电压运算部4074输入的反向电压(Eα、Eβ)及从积分运算部4079输出的积分值θ2，通过下式(11)算出转动坐标dq系中的反向电压(E1d、E1q)。此处使用的积分值(电转角)θ2是与两相-dq电压转换部4075中使用的磁极电转角θ不同，且未经磁极相位偏移校正量Δφ校正磁极相位偏移的状态的磁极电转角。
[数8]
接着，相位角运算部4111通过下式(12)算出相位角Ψ1。如图7(a)、图7(b)及图10(a)、图10(b)的说明所记载，在固定坐标αβ系中，反向电压矢量(Eα、Eβ)是以转动速度ω转动。另一方面，在实际磁极电转角θr与估计磁极电转角θ具有同一周期性的情况下，即便存在相位偏移，在转动坐标dq系中估计的转动速度ω也收敛为实际的转动速度ωr。其结果，经两相-dq电压转换的反向电压(E1d、E1q)的相位Ψ1成为固定值。相反地，如果未收敛，则相位Ψ1发生变化。
[数9]
ψ1=tan-1(E1q／E1d) …(12)
转动速度偏移校正部4112是基于相位Ψ1的变化ΔΨ1，算出用来校正转动速度偏移的校正量Δω(=ω(下次)-ω(当前值))。校正量Δω是如式(13)所示基于ΔΨ1的值(正负变化的大小)乘以适当的增益g2(比例控制的增益或比例控制·积分控制的增益)而产生。相位Ψ1的变化是与转动速度的偏移(ωr-ω)成正比，所以当ωr>ω时成为ΔΨ1>0，校正量Δω发挥作用以使转动速度增加。
Δω=g2×ΔΨ1：ΔΨ1≠0的情况
Δω=0：ΔΨ1=0的情况 (13)
进而，转动速度偏移校正部4112通过将已算出的校正量Δω与当前使用的转动速度ω(当前值)相加，而算出下次时间的转动速度ω(下次)(式(14))。可通过在每个取样周期中使用式(14)进行逐次校正，而收敛为真实的转动速度ωr。这种收敛的过程成为使稳态偏差(offset)为零的控制，所以可将以往成为问题的稳态偏差改善为最小限度。
ω(下次)=ω(当前值)+Δω (14)
积分运算部4079是基于从转动速度偏移校正部4112输出的转动速度ω，运算积分值∫ωdt。通过将该积分值∫ωdt与由校正量Δφ运算部4077算出的磁极相位偏移校正量Δφ相加而获得磁极电转角(下次)θ。而且，将积分值∫ωdt作为电转角θ2反馈输入到两相-dq电压转换部4110。
在本实施方式中，为防止因误差增大导致稳定性变差，而在磁极相位偏移校正量Δφ的运算中，应用磁极电转角θ(=∫ωdt+Δφ)，且在转动速度ω的运算中，应用不含磁极相位偏移校正量Δφ的磁极电转角θ2(=∫ωdt)。其原因在于转动速度ω的运算是基于相位角Ψ1的差值或微分，所以包含周期性信息即可。
-第四实施方式-
图12是表示第四实施方式中的转动速度·磁极位置估计部407的详情的图。图12所示的转动速度·磁极位置估计部407与所述第三实施方式的不同之处是在转动速度运算部4078中设置差值运算部4113、4114、及将θ符号反转后的电转角θm反馈到两相-dq转换部。下面，说明与第三实施方式不同的部分。
转动速度运算部4078的两相-dq电压转换部4110是基于从反向电压运算部4074输入的反向电压(Eα、Eβ)及从符号反转部4116输出的电转角θm，根据下式(15)算出转动坐标dq系中的反向电压(Emd、Emq)。另外，符号反转部4116是对估计磁极电转角θ(=∫ωdt+Δφ)乘以(-1)，并将其结果作为电转角θm(=-θ)输出。
[数10]
接着，相位角运算部4111通过下式(16)算出相位角Ψm。如上所述，在固定坐标αβ系中，反向电压矢量(Eα、Eβ)是以转动速度ω转动。另一方面，在转动坐标dq系中，如果所估计的转动速度ω收敛为实际的转动速度ωr，则使用磁极电转角θm经两相-dq电压转换的反向电压(Emd、Emq)的相位Ψm成为固定值。相反地，若未收敛，则相位Ψm发生变化。
[数11]
ψm=tan-1(Emq／Emd) …(16)
差值运算部4113是运算相位Ψm的差值ΔΨm。在此情况下，预先存储以控制取样时间T进行重复运算时本次算出的当前相位角Ψm、及预先存储每隔T的自然数倍的规定时间T1算出的相位角Ψm作为过去(前次)相位角，并根据当前相位角运算与过去(前次)相位角的差ΔΨm。另一方面，差值运算部4114使用从相位角运算部4076输出的相位角Ψ，运算差值ΔΨ。另外，也可以进行微分运算而代替差值运算。
如第二实施方式记载，Ψ的值在ω>0时成为Ψ=θr+π／2-θ，且在ω<0时成为Ψ=θr-π／2-θ。但是，如果在规定时间T1间取得差值ΔΨ，则与转动方向(ω的正负)无关地表示为ΔΨ=Δθr-Δθ=(ωr-ω)T1。同样地，在Ψm情况下，表示为ΔΨm=Δθr-Δθm=Δθr+Δθ=(ωr+ω)T1。
如果在相加点将从差值运算部4113输出的差值ΔΨm与从差值运算部4114输出的差值ΔΨ相加，则成为ΔΨ+ΔΨm=2ωr·T1。ω产生部4115通过对所输入的ΔΨm+ΔΨ=2ωr·T乘以0.5，进而除以时间T1，而算出转动速度ω。ω产生部4115将运算结果作为估计角速度ω输出。从ω产生部4115输出的转动速度ω被输入到积分运算部4079、校正量Δφ运算部4077及等效电路电压转换部4073，并且从转动速度·磁极位置估计部407被输出。
如上所述，ω产生部4115成为以(ΔΨm+ΔΨ)／2T=ωr的方式撷取实际转动速度ωr的处理。但是，实际上ΔΨm及ΔΨ中含有误差，所以未必与ωr一致。但是，由于如此地成为撷取实际转动速度ωr之类的处理，所以，可精度更好地估计转动速度ω及其积分值∫ωdt。这种情况在转动速度小的时候或控制取样间隔T设定为长间隔的时候尤其有效。
-第五实施方式-
图13是表示第五实施方式中的转动速度·磁极位置估计部407的详情的图。所述第四实施方式是分别计算各相位角Ψ、Ψm的差值后求和，并使用该和算出转动速度ω。本实施方式是如图13所示，首先计算相位角Ψ与相位角Ψm之和后再求出差值，并基于该差值算出转动速度ω。其他构成因与第四实施方式相同，所以，下面以差值运算的部分为中心进行说明。另外，也可以与第四实施方式同样地使用微分运算而代替差值运算。
当ω>0时，成为Ψ=θr+π／2-θ及Ψm=θr+π／2-θm=θr+π／2+θ，所以这些的和(Ψ+Ψm)成为Ψ+Ψm=2θr。当ω<0时，也同样地成为Ψ+Ψm=2θr。由此，差值运算部4117的差值结果如果与转动方向(ω的正负)无关地使用规定的时间间隔T1，则表示为Δ(Ψ+Ψm)=2Δθr=2ωr·T1。ω产生部4115通过对已输入的Δ(Ψm+Ψ)=2ωr·T1乘以0.5进而除以时间T1，而算出转动速度ω。这样一来，本实施方式也可以与第四实施方式同样精度更好地进行转动速度ω的估计。
-第六实施方式-
在所述第一实施方式(图6、图7(a)、图7(b))中，相应于转动速度ω的正负，利用式(4)、式(5)切换θ式，算出磁极电转角θ，并且在转动开始时的转动速度ω为负时(逆转动时)，通过在Id、Iq设定部402中设定为Iq>0而进行减速。而且，第二实施方式(图8、图10(a)、图10(b))是相应于转动速度ω的正负，利用式(7)或式(8)算出磁极相位偏移校正量Δφ。当转动速度ω为负时(逆转动时)，以式(8)的方式设定磁极相位偏移校正量Δφ，并且通过设定为Iq>0而使逆转动减速。另一方面，第六实施方式是对于磁极电转角θ的设定，视作正转动进行运算，且当转动开始时的转动速度ω为ω<0时，通过将Id、Iq设定部402中的Iq设定为Iq<0，而必然进行减速运行。
最先说明图6的构成情况。第一实施方式是将转动速度ω反馈到相位角运算部4076，相应于转动速度ω的正负，利用式(4)或式(5)算出磁极电转角θ。另一方面，第六实施方式是与转动速度ω的正负无关(在此情况下，无需反馈转动速度ω)地使用式(4)算出磁极电转角θ。Id、Iq设定部402在来自转动速度运算部4078的转动速度ω为ω>0情况下，在加速时设定为Iq>0。
另一方面，在来自转动速度运算部4078的转动速度ω为ω<0的情况下，Id、Iq设定部402将Iq设定为Iq<0。这样一来，第六实施方式是相应于转动速度ω的正负，切换Id、Iq设定部402中的Iq的正负，且当ω<0时始终设定为Iq<0，因此，当转动开始时的转动方向为逆转动时必然进行减速。即，可防止在逆转动的状态下转数上升，从而可快速地转移到正常的泵启动运行。
接着，说明图8的构成情况。第六实施方式是在转动速度·磁极位置估计部407中设定磁极相位偏移校正量Δφ时，与转动方向(ω的正负)无关地使用式(7)。而且，Id、Iq设定部402在从转动速度·磁极位置估计部407输入的转动速度ω为ω<0时设定为Iq<0。
与ω的正负无关地利用式(7)设定Δφ时，如果为正转动，则即便由Id、Iq设定部402设定为Iq>0，也将正常地进行加速，但在逆转动时，如果设定为Iq>0，则导致逆转动状态下被加速。变形例是与ω的正负无关地利用式(7)设定Δφ，但Id、Iq设定部402在判断为从转动速度·磁极位置估计部407输入的转动速度ω为ω<0时，将Iq与ω>0时相反地设为Iq<0。在此情况下，正在逆转动的电机转子11的转动被减速。另外，该控制方法并不限定于图8的构成情况，也可以适用于所述第三实施方式～第五实施方式的构成情况。
如以上说明那样，本发明的真空泵用电机驱动装置包括：逆变器43，具有多个开关元件，且驱动电机；转动速度·磁极位置估计部407，基于有关电机相电压的信息及有关电机相电流的信息，算出电机转子的转动速度ω及磁极电转角θ；Id、Iq设定部402，基于转动速度ω与目标转动速度ωi的差值，设定转动坐标dq系中的d轴电流指令及q轴电流指令；驱动指令产生部(等效电路电压转换部403、dq-两相电压转换部404、两相-三相电压转换部405)，基于d轴电流指令Id、q轴电流指令Iq、转动速度ω及磁极电转角θ，产生正弦波驱动指令；及PWM信号产生部406，基于正弦波驱动指令，产生用来对多个开关元件SW1～开关元件SW6进行开关控制的PWM控制信号；且Id、Iq设定部402在泵启动时，当转动速度ω为表示正转动状态的正值时，设定加速驱动的q轴电流指令，当转动速度ω为表示逆转动状态的负值时，设定减速驱动的q轴电流指令。这样一来，可通过变更以往一直具备的Id、Iq设定部402中的处理，而在电机为逆转动时被减速，从而可快速地转移到正常的泵启动运行。
进而，如图8所示，转动速度·磁极位置估计部407包括：反向电压运算部4074，基于有关电机相电压的信息及有关电机相电流的信息，运算固定坐标αβ系中的反向电压(Eα、Eβ)；两相-dq电压转换部4075，反馈输入有磁极电转角θ，且基于该磁极电转角θ，将反向电压(Eα、Eβ)转换为转动坐标dq系中的反向电压(Ed、Eq)；校正量Δφ运算部4077，将反向电压(Ed、Eq)的矢量相位角设为Ψ时，当转动速度ω为正时，以Ψ-π／2收敛为零的方式算出磁极相位偏移校正量Δφ，当转动速度ω为负时，以Ψ+π／2收敛为零的方式算出磁极相位偏移校正量Δφ；转动速度运算部4078，基于反向电压(Eα、Eβ)，算出转动速度ω；转动速度运算部4078，基于反向电压(Eα、Eβ)，算出转动速度ω；及积分运算部4079，算出由转动速度运算部4078算出的转动速度ω的积分值∫ωdt。
接着，当转动速度ω为负时，Id、Iq设定部402将q轴电流指令Iq设定为正。这样一来，即便以转动速度ω的符号，切换校正量Δφ运算部4077中的处理，代替变更以往一直具备的Id、Iq设定部402中的处理，也可以在电机反转的情况下进行减速，从而快速地转移到正常的泵启动运行。
而且，转动速度·磁极位置估计部407是独立地运算转动速度ω及磁极电转角θ，将磁极相位偏差Δφ与积分值∫ωdt之和作为磁极电转角θ输出，所以，可实现转动速度ω及磁极电转角θ的运算精度提高。其结果，可在无传感器的正弦波驱动中实现驱动稳定性提高。
另外，作为转动速度运算部4078的构成，也可以如图9所示，基于由反向电压运算部4074运算的反向电压(Eα、Eβ)的矢量成分相位θ1，算出转动速度ω。
而且，也可以如图12或图13的构成那样，基于使用磁极电转角θ转换所得的反向电压(Ed、Eq)的矢量成分相位Ψ、及使用磁极电转角θm=-θ转换所得的反向电压(Emd、Emq)的矢量成分相位Ψm，算出转动速度ω，由此，实现转动速度ω的运算精度提高。图12所示的构成是基于以规定时间间隔T1获取的反向电压(Ed、Eq)的矢量成分相位Ψ的差值ΔΨ、与以规定时间间隔T1获取的反向电压(Emd、Emq)的矢量成分相位Ψm的差值ΔΨm的平均值，算出转动速度ω。图13所示的构成是以规定时间间隔T1获取第二反向电压(Ed、Eq)的矢量成分相位Ψ与反向电压(Emd、Emq)的矢量成分相位Ψm的平均值，且基于所获取的平均值的差值，算出转动速度ω。
即便图11所示的构成情况下，也可以减小转动速度ω的稳态偏差。图11的转动速度·磁极位置估计部407是在转动速度运算部4078中，基于将转动速度ω进行积分所得的电转角θ2，将反向电压(Eα、Eβ)转换成转动坐标dq系中的反向电压(E1d、E1q)，并基于该反向电压(E1d、E1q)的矢量成分相位Ψ1，算出转动速度ω。
而且，也可以如图6所示，基于有关电机相电压的信息及有关电机相电流的信息，运算固定坐标αβ系中的反向电压成分Eα、Eβ，且当从转动速度运算部4078反馈输入的转动速度ω为正时，通过θ=tan-1(-Eα／Eβ)算出所述磁极电转角，当反馈输入的转动速度ω为负时，通过θ=tan-1(Eα／-Eβ)算出磁极电转角。接着，当转动速度ω为负时，将q轴电流指令设定为正，进行减速驱动。
或者，也可以通过θ=tan-1(-Eα／Eβ)算出磁极电转角θ，且基于算出的磁极电转角θ算出转动速度ω，且当转动速度ω为负时，将q轴电流指令设定为负。无论何种情况，均可在启动时电机为逆转动的情况下进行减速，从而快速的转移到正常的泵启动运行。
另外，在所述磁极相位偏移校正量Δφ的运算中，例如当ω>0时，相位角Ψ与π／2(rad)较大地偏离时(例如Ψ<0时)，为提高收敛性，也可以将Δφ设为相对较大的值(例如π／2)而代替使用式(7)、式(8)。
而且，在产生磁极转动角θ时，转动速度ω大致收敛为实际转动速度(与实际转动速度一致)成为前提。由此，在估计转动速度较大地背离实际转动速度，式(13)的ΔΨ1的绝对值大于规定阈值时，为促进磁极位置收敛性，也可以强制性地使磁极相位偏移校正量Δφ为零。
所述各实施方式是将电机电流检测及电机电压检测均设为三相输入进行说明，但也可以仅输入两相而根据其他两相算出剩余的一相。例如，当通过计算得到W相时，算出Iw=-Iu-Iv、Vw=-Vu-Vv。
另外，以上说明仅为一例，只要在不损及本发明的特征，则本发明并不受上述实施方式任何限定。例如，并不限定于两极电机，即便四极电机等多极电机，也可以通过多极对应地置换电转角而应用。而且，上述实施方式是以具有涡轮泵段及牵引泵段的涡轮分子泵为例进行了说明，但只要是利用电机转动驱动转动体的真空泵，也可以同样地应用。而且，上述各实施方式可分别单独或者组合使用。其原因在于可单独或增效地发挥各实施方式中的效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种真空泵用电机驱动装置，其特征在于包括：
逆变器，具有多个开关元件，且驱动仅使用正转动的电机；
第一运算部，基于有关电机相电压的信息及有关电机相电流的信息，算出电机转子的转动速度及磁极电转角；
电流指令设定部，基于所述转动速度与目标转动速度的差值而设定转动坐标dq系中的d轴电流指令及q轴电流指令；
驱动指令产生部，基于所述d轴电流指令、所述q轴电流指令、所述转动速度及所述磁极电转角，产生正弦波驱动指令；及
脉宽调制信号产生部，基于所述正弦波驱动指令，产生用来对所述多个开关元件进行开关控制的脉宽调制控制信号；
所述电流指令设定部是在所述电机转子的转动开始时，当所述转动速度为表示正转动状态的正值时，设定加速驱动的所述q轴电流指令，将正方向转动中的所述电机转子的转动加速，当所述转动速度为表示逆转动状态的负值时，设定减速驱动的所述q轴电流指令，将逆方向转动中的所述电机转子的转动减速。
2.根据权利要求1所述的真空泵用电机驱动装置，其特征在于其中所述第一运算部包括：
反向电压运算部，基于有关所述电机相电压的信息及有关所述电机相电流的信息，运算固定坐标αβ系中的第一反向电压；
第一转换部，反馈输入有所述磁极电转角，且基于该磁极电转角，将所述第一反向电压转换为所述转动坐标dq系中的第二反向电压；
第二运算部，将所述第二反向电压的矢量相位角设为Ψ时，当所述转动速度为正时，以Ψ-π/2收敛为零的方式算出磁极相位偏差，当所述转动速度为负时，以Ψ+π/2收敛为零的方式算出所述磁极相位偏差；
第三运算部，基于所述第一反向电压，算出所述转动速度；及
第四运算部，算出由所述第三运算部算出的所述转动速度的积分值；
所述第一运算部将所述磁极相位偏差与所述积分值之和作为所述磁极电转角输出，
所述电流指令设定部在所述转动速度为负时，将所述q轴电流指令设定为正，进行减速驱动。
3.根据权利要求1所述的真空泵用电机驱动装置，其特征在于其中所述第一运算部包括：
反向电压运算部，基于有关所述电机相电压的信息及有关所述电机相电流的信息，运算固定坐标αβ系中的第一反向电压；
第一转换部，反馈输入有所述磁极电转角，且基于该磁极电转角，将所述第一反向电压转换成所述转动坐标dq系中的第二反向电压；
第二运算部，将所述第二反向电压的矢量相位角设为Ψ时，以Ψ-π/2收敛为零的方式算出磁极相位偏差；
第三运算部，基于所述第一反向电压，算出所述转动速度；及
第四运算部，算出由所述第三运算部算出的所述转动速度的积分值；
所述第一运算部将所述磁极相位偏差与所述积分值之和作为所述磁极电转角输出，
所述电流指令设定部在所述转动速度为负时，将所述q轴电流指令设定为负，进行减速驱动。
4.根据权利要求2或3所述的真空泵用电机驱动装置，其特征在于其中所述第三运算部包括：
第二转换部，反馈输入有将所述积分值之和符号反转所算出的电转角，且基于该电转角，将所述第一反向电压转换成所述转动坐标dq系中的第三反向电压；及
转动速度运算部，基于所述第二反向电压的矢量成分相位、及所述第三反向电压的矢量成分相位，算出所述转动速度。
5.根据权利要求4所述的真空泵用电机驱动装置，其特征在于其中所述转动速度运算部基于以规定时间间隔获取的所述第二反向电压的所述矢量成分相位的差值与以所述规定时间间隔获取的所述第三反向电压的所述矢量成分相位的差值的平均值，算出所述转动速度。
6.根据权利要求4所述的真空泵用电机驱动装置，其特征在于其中所述转动速度运算部以规定时间间隔获取所述第二反向电压的所述矢量成分相位与所述第三反向电压的所述矢量成分相位的平均值，且基于以所述规定时间间隔获取到的所述平均值的差值，算出所述转动速度。
7.根据权利要求2或3所述的真空泵用电机驱动装置，其特征在于其中所述第三运算部包括第三转换部，该第三转换部反馈输入有将所述转动速度进行积分所得的电转角，且基于该进行积分所得的电转角，将所述第一反向电压转换成所述转动坐标dq系中的第四反向电压，且
所述第三运算部基于所述第四反向电压的矢量成分相位，算出所述转动速度。
8.根据权利要求2或3所述的真空泵用电机驱动装置，其特征在于其中所述第三运算部基于由所述反向电压运算部运算所得的所述第一反向电压的矢量成分相位，算出所述转动速度。
9.根据权利要求1所述的真空泵用电机驱动装置，其特征在于其中所述第一运算部包括：
反向电压运算部，基于有关所述电机相电压的信息及有关所述电机相电流的信息，运算固定坐标αβ系中的反向电压成分Eα、Eβ；
磁极电转角运算部，基于所述反向电压成分Eα、Eβ，算出所述磁极电转角；及
转动速度运算部，基于由所述磁极电转角运算部算出的所述磁极电转角，算出所述转动速度；
所述磁极电转角运算部在所述磁极电转角设为θ时，当从所述转动速度运算部反馈输入的所述转动速度为正时，通过θ＝tan-1(-Eα/Eβ)算出所述磁极电转角，当从所述转动速度运算部反馈输入的所述转动速度为负时，通过θ＝tan-1(Eα/-Eβ)算出所述磁极电转角，
所述电流指令设定部在所述转动速度为负时，将所述q轴电流指令设定为正，进行减速驱动。
10.根据权利要求1所述的真空泵用电机驱动装置，其特征在于其中所述第一运算部包括：
反向电压运算部，基于有关所述电机相电压的信息及有关所述电机相电流的信息，运算固定坐标αβ系中的反向电压成分Eα、Eβ；
磁极电转角运算部，将所述磁极电转角设为θ时，通过θ＝tan-1(-Eα/Eβ)算出所述磁极电转角；及
转动速度运算部，基于由所述磁极电转角运算部算出的磁极电转角，算出所述转动速度；
所述电流指令设定部在所述转动速度为负时，将所述q轴电流指令设定为负，进行减速驱动。
11.一种真空泵，其特征在于包括：
泵转子，形成有排气功能部；
电机，将所述泵转子转动驱动；及
根据权利要求1至10中任一项所述的真空泵用电机驱动装置，驱动所述电机。
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