JP2008014599A - 圧縮機用電源 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧縮機用電源への電源が瞬断しても、安定して、動作する圧縮機制御用電源を提供することを目的とする。
【解決手段】交流電源の少なくとも周波数を変換するインバータ回路34と、直流電源回路36とを有し、インバータ回路34は、冷媒を圧縮する圧縮機のモータ40に交流電源を供給し、直流電源回路36、37は、インバータ回路を制御する制御回路38に直流電源を供給するクライオポンプに用いられる圧縮機の電源装置において、インバータ回路34は、AC−DC変換回路及びDC−AC変換回路を有し、インバータ回路34のAC−DC変換回路は、該AC−DC変換回路の出力側に、AC−DC変換回路により変換されたDC電源を蓄積するコンデンサを有し、該コンデンサに蓄積されているDC電源を、直流電源回路36に供給する電源装置。
【選択図】 図3
【解決手段】交流電源の少なくとも周波数を変換するインバータ回路34と、直流電源回路36とを有し、インバータ回路34は、冷媒を圧縮する圧縮機のモータ40に交流電源を供給し、直流電源回路36、37は、インバータ回路を制御する制御回路38に直流電源を供給するクライオポンプに用いられる圧縮機の電源装置において、インバータ回路34は、AC−DC変換回路及びDC−AC変換回路を有し、インバータ回路34のAC−DC変換回路は、該AC−DC変換回路の出力側に、AC−DC変換回路により変換されたDC電源を蓄積するコンデンサを有し、該コンデンサに蓄積されているDC電源を、直流電源回路36に供給する電源装置。
【選択図】 図3
Description
本発明は、電源装置に係り、特に、インバータ回路と直流電源回路とを有するクライオポンプに用いられる圧縮機の電源装置に関する。
従来、LSIや超LSIを製造する際等に、オイルレスの清浄な真空を形成するために用いられる真空ポンプとして多段式クライオポンプが用いられている。クライオポンプは、真空容器内に極低温面を設置し、物理吸着を利用して容器内の気体分子を凝縮又は吸着させて捕捉し、排気する溜め込み式のポンプである。オイルフリーでクリーンな真空が得られ、ほとんどの気体に対し大きな排気速度を持っている。水(水蒸気)の排気速度が大きいのも特長である(特許文献1参照)。
図1に、特許文献1に示されているクライオポンプを示す。図1のクライオポンプは、極低温冷凍機、例えば、2段式GM(ギフォード・マクマホン)サイクル冷凍機1(以下、「冷凍機1」という)と、冷凍機1にガス管31,32を介して接続されたヘリウム圧縮機2とを備えており、クライオポンプ
には、真空容器12が連結される。
には、真空容器12が連結される。
冷凍機1は、第1段冷却ステージ4と第2段冷却ステージ5を有している。第1段冷却ステージ4には、第1のクライオパネルとして機能する上端が開放したほぼ筒状の放射シールド6が取り付けられている。第2段冷却ステージ5には、第2のクライオパネル8が取り付けられる。放射シールド6は、第2段冷却ステージ5及び第2のクライオパネル8を取り囲むように形成されており、その開放端側には、第2のクライオパネル8と間隔をおいてその上方に位置するシェブロンバッフル10が取り付けられている。
第1段及び第2段冷却ステージ4,5、放射シールド6、第2のクライオパネル8は、断熱真空外筒11により囲まれる。この断熱真空外筒11と真空容器12との間にはゲートバルブ13が設けられている。
第2段冷却ステージ5のシリンダの先端には、断面ほぼコ字状の下端が開放した筒状の伝熱板7が締結手段によって締結されている。伝熱板7は、その筒状部7aが、第2段冷却ステージ5を囲むように配置されている。伝熱板7の筒状部7aの外周には、その外周を一周するように配置された傘状のクライオパネル板8a,8b,8cが上下に間隔をおいて放射状に複数枚取り付けられている。これらクライオパネル板8a,8b,8cが冷却パネルである第2のクライオパネル8を形成する。
クライオパネル板8a,8b,8cの下面には、水素、ヘリウム等の吸着剤として、熱伝導率が0.01w/cmK程度以上の活性炭9が貼付される。活性炭は、通常、数mm径、3〜10mm長さの円柱状のものが使用され、クライオパネル板8a,8b,8cの表面に薄く接着剤を塗布し、その接着剤層に多数の活性炭が横倒し姿勢の状態で並べて接着される。このように、クライオパネル板8a,8b,8cの表面に活性炭を並べて貼付すれば、吸着剤の再生作業を短時間でかつ効率よく行うことができる。
図1のクライオポンプは、次のように動作する。冷凍機1の第1段冷却ステージ4及び第2段冷却ステージ5は、ヘリウムガスの膨張作用により低温となったヘリウムガスにより冷却される。
冷凍機1の運転を開始する際は、ゲートバルブ13を適当な時期に開いた状態とする。第1のクライオパネルとして機能する放射シールド6は、シェブロンバッフル10とともに、80〜100k程度に冷却され、それらが真空容器12中の水蒸気、炭酸ガス等の沸点の比較的高いガスを吸着、凝縮する。また、第2のクライオパネル8は、10〜20kに冷却され、第2のクライオパネル8の表面に真空容器12中の窒素、アルゴン等の低沸点のガスを吸着、凝縮する。さらに、最も沸点の低い水素、ネオン、ヘリウム等のガスは、第2のクライオパネル8に接着した活性炭9によって、確実にかつ効率よく吸着される。その後、活性炭9の吸着能力(第2のクライオパネル8の排気能力)がなくなると、その再生作業を行う。なお、第2のクライオパネル8の吸着面は、第2のクライオパネル8自身の表面と、活性炭の吸着面を含む。
このようにして、図1のクライオポンプでは、ヘリウムガスの圧縮器2は、ガス管31を介して冷凍機1から膨張したヘリウムガスを受け入れて(リターン)、膨張したヘリウムガスを圧縮し、圧縮したヘリウムガスをガス管32を介して冷凍機1に供給(サプライ)する。これにより、冷却された放射シールド6並びにクライオパネル8によって、真空容器12中の各種のガスを排気して高真空を作ることができる。
図1のクライオポンプでは、ヘリウムガスの圧縮器2に、圧縮機用モータ(コンプレッサモータ)が用いられる。
ところで、1台の圧縮機で、複数のクライオポンプに対して、圧縮されたヘリウムガスの圧縮を供給する場合、圧縮機の電源にインバータ回路が用いられることがある。図2に、インバータ回路を用いた従来の圧縮機用電源回路の例を示す。
図2の圧縮機用電源回路は、インバータ回路11、スイッチングレギュレータ12、制御基板13及びコントローラ14から構成されている。
200ボルトの3相の交流電源が、インバータ回路11及びスイッチングレギュレータ12に供給される。インバータ回路11は、200ボルトの3相の交流電源を任意の周波数の3相の交流(U、V、W)に変換して、圧縮機用モータ15に供給する。
スイッチングレギュレータ12は、200ボルトの3F相の交流電源から、DC電圧を生成して、制御基板13に供給する。
制御基板13は、制御信号をインバータ回路11に供給し、圧力センサ等の信号を検出する。
図2の圧縮機用電源回路により、制御基板13からの制御信号に基づいて、インバータ回路11が制御され、その結果、圧縮機用モータ15の回転数が制御される。
特開2005−54689号公報
ところで、圧縮機へ供給する電源が瞬断される場合が生じる。例えば、電源が1秒程度、遮断されれば、停電として、圧縮機は休止してしまう。
本発明は、上記問題点に鑑みて、これらの問題を解消するために発明されたものであり、圧縮機用電源への電源が瞬断しても、安定して、動作する圧縮機制御用電源を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の電源装置は、交流電源の少なくとも周波数を変換するインバータ回路と、直流電源回路とを有し、前記インバータ回路は冷媒を圧縮する圧縮機のモータに交流電源を供給し、前記直流電源回路は、前記インバータ回路を制御する制御回路に直流電源を供給するクライオポンプに用いられる圧縮機の電源装置において、前記インバータ回路は、AC−DC変換回路及びDC−AC変換回路を有し、前記インバータ回路のAC−DC変換回路は、該AC−DC変換回路の出力側に、AC−DC変換回路により変換されたDC電源を蓄積するコンデンサを有し、該コンデンサに蓄積されているDC電源を、前記直流電源回路に供給するように構成することができる。
これにより、圧縮機用電源への電源が瞬断しても、安定して、動作する圧縮機制御用電源を提供することができる。
また、上記目的を達成するために、本発明の電源装置は、前記圧縮機の入力側の圧縮される前記冷媒の圧力を計測するリターン圧力センサと、前記圧縮機の出力側の圧縮された前記冷媒の圧力を計測するサプライ圧力センサとを有し、前記制御回路は、前記サプライ圧力センサの測定値と、前記リターン圧力センサの測定値との差が一定となるように、前記インバータ回路を制御するように構成することができる。
このように、サプライ圧力センサの測定値と、リターン圧力センサの測定値との差が一定となるように、インバータ回路を制御することにより、省電力で、かつ、安定的に、クライオポンプへ冷媒を供給することができる。
本発明によれば、本発明の圧縮機用電源は、インバータ回路のAC−DC変換回路の出力側に設けられたコンデンサに蓄積されているDC電源を、制御回路の直流電源に供給するようにしたので、圧縮機用電源への電源が瞬断しても、安定して、動作する圧縮機制御用電源を提供することができる。
以下に、図3〜図5を用いて、本発明に係る圧縮機用電源の例を説明する。
図3の圧縮機用電源は、端子台29、漏洩遮断器31、零相リアクトル32、ノイズフィルタ33、インバータ回路34、ヒューズ35、スイッチング電源(直流電源回路)36、制御基板38及びDCリアクトル39から構成されている。
端子台29は、200ボルトで、50ヘルツ又は60ヘルツの商用3相電源が供給される端子である。端子台29には、3相電源のケーブルが接続され、アース線は、PEに接続されている。
端子台29に印加された3相電源は、漏洩遮断器31、零相リアクトル32及びノイズフィルタ33を介して、インバータ回路34に供給される。
ノイズフィルタ33は、入力側から侵入する外来ノイズからインバータ回路34を保護するため、又はインバータ回路34で発生するノイズを抑制するための回路である。
インバータ回路34は、端子R/L1、S/L2、T/L3、E、C、A及びBを有する。端子R/L1、S/L2、T/L3に供給された200ボルトの3相の電源を、コンプレッサモータの端子U、端子V及び端子Wに供給する3相の交流に変換して、コンプレッサモータ40に供給する。
なお、端子Eはアース端子であり、端子Cと端子A間には、高調波成分を減少させるためのDCリアクトル39が接続され、端子Aと端子B間には、ヒューズ35を介して、スイッチング電源36が接続されている。
なお、インバータ回路34は、図4を用いて後述するように、AC−DC変換回路及びDC−AC変換回路を有し、このAC−DC変換回路の出力側であって、DC−AC変換回路の入力側に、AC−DC変換回路により変換されたDC電源を蓄積するコンデンサを有している。端子Aと端子Bとの間には、このコンデンサが設けられている。
したがって、AC−DC変換回路により変換されたDC電源を蓄積するコンデンサに蓄積されているDC電源が、インバータ回路のDC−AC変換回路に供給されると共に、ヒューズ35を介して、スイッチング電源36に供給されていることになる。
スイッチング電源36は、所定のDC電源を生成して、制御基板38に供給する。
また、制御基板38は、コンプレッサモータ40の入力側における冷凍機から帰還した冷媒の圧力を計測するリターン圧力センサと、コンプレッサモータ40の出力側の圧縮した前記冷媒の圧力を計測するサプライ圧力センサとで計測された計測値を受信して、サプライ圧力センサの測定値と、前記リターン圧力センサの測定値との差が一定となるように、インバータ回路34を制御し、その結果、コンプレッサモータ40の回転数を制御する。本発明では、コンプレッサモータ40の回転数を測定して、ンプレッサモータ40の回転数を制御するのでなく、サプライ圧力センサの測定値と、リターン圧力センサの測定値との差が一定となるように、コンプレッサモータ40の回転数を制御している。
ところで、AC−DC変換回路の出力側であって、DC−AC変換回路の入力側に設けられているコンデンサの値が大きいので、端子台29に印加された3相電源が、瞬断しても、数秒間(例えば、5秒間)は、その値を維持するので、端子台29に印加された3相電源が、瞬断したとしても問題はない。
なお、通常は、端子台29に印加された3相電源がほぼ1秒を超えて、供給されない場合は、停電処理が取られる。
したがって、数秒間(例えば、5秒間)の瞬断に対する対策が施されれば、瞬断対策としては、十分である。
次に、図4に、図3のインバータ回路34の回路例を示す。
図4のインバータ回路34は、整流回路(AC−DC変換回路)41、DCリアクトル39、電解コンデンサを含むコンデンサ42、スイッチング回路(DC−AC変換回路)43、端子G/E、R/L1、S/L2、T/L3、A、B、U、V及びWを有する。
この構成により、端子R/L1、S/L2、T/L3、G/Eに供給された200ボルトの3相の電源を、所定の周波数の3相交流に変換して、変換された3相交流を、それぞれ、端子U、端子V及び端子Wに供給する。なお、端子U、端子V及び端子Wには、コンプレッサモータ40の駆動コイルが接続されている。
ダイオードブリッジで構成されている整流回路41は、端子R/L1、S/L2、T/L3に供給された200ボルトの3相の電源を、整流し、コンデンサ42に蓄積する。
コンデンサ42は、インバータ回路34が、200ボルトの3相の入力電源で、7.5KWの場合であれば、例えば、4000〜5000μFの値のものが用いられる。
整流回路41とコンデンサ42との間には、コンデンサ42に供給される電流の高調波成分を減少させるためのDCリアクトル39が挿入されている。
スイッチング回路43は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)で構成され、コンプレッサモータの駆動回路として機能する。スイッチング回路43において、それぞれの各トランジスタTR1〜TR6のベース電極には、電源ドライブ部45の出力が供給され、電源ドライブ部45によって、それぞれのオン・オフが制御される。トランジスタTR1〜TR6のオン・オフに基づいて、3相のコンプレッサモータのそれぞれの励磁コイルへの電流の流れ始めるタイミングと、電流の流れる向き及び期間が制御される。これにより、コンプレッサモータの回転が制御される。
なお、インバータ回路34には、インバータ回路34を制御する制御部44、スイッチング回路43を制御する電源・ドライブ部45等を有する。
コンデンサ42には、整流回路41で整流された電流が蓄積される。コンデンサ42に蓄積された電荷による電圧が、コンデンサ42の両端に発生する。このDC電圧が、スイッチング回路43に供給される。
電源・ドライブ部45は、トランジスタTR1〜TR6のオン・オフする信号を生成して、トランジスタTR1〜TR6のベース電極に供給し、スイッチング回路43が3相の交流回路として機能するように制御する。
図5を用いて、1台の圧縮機が複数のクライオポンプに対して、膨張したヘリウムガスを圧縮し、この圧縮したヘリウムガスを供給する場合に関して説明する。
図5では、1つのコンプレッサユニット100が、複数のクライオポンプ1101・・・1102、1103に対して、管路105を介し圧縮したヘリウムガスを供給する。各クライオポンプ1101・・・1102、1103は、インバータ回路115とクライオポンプモータ116とクライオポンプ本体117とを有する。なお、各クライオポンプ1101・・・1102、1103で膨張したヘリウムガスは、管路106を介して、コンプレッサユニット100に帰還する。
図5のコンプレッサユニット100は、制御基板101、インバータ回路102、コンプレッサモータ103、スイッチング電源104、サプライ圧力センサPH及びリターン圧力センサPLから構成されている。
制御基板101は、図3の制御基板38に対応して101の入力側には、スイッチング電源104が設けられている。
インバータ回路102は、図3のインバータ回路34に対応している。インバータ回路102から、制御基板に約300VのDC電源を供給し、更に、コンプレッサモータ103の3相モータコイルに、所定の周波数の3相交流を供給する。
スイッチング電源104は、図3のスイッチング電源(直流電源回路)36に対応している。
なお、インバータ回路102は、制御基板101からの制御信号に基づいて、出力する駆動パルスを制御して、コンプレッサモータ103の回転数を制御する。この発明では、制御基板101は、コンプレッサモータに供給される冷媒の圧力と、コンプレッサモータから供給される冷媒の圧力との差に基づいて、コンプレッサモータ103の回転数を制御する。
具体的に言えば、サプライ圧力センサPHでコンプレッサモータから供給される冷媒の圧力を検出する。通常は、2.0〜2.2MPaである。また、リターン圧力センサPLでコンプレッサモータに帰還される冷媒の圧力を検出する。通常は、0.5〜0.7MPaである。
制御基板101では、サプライ圧力センサPHで検出した圧力値PHと、リターン圧力センサPLで検出した圧力値PLの差圧が、例えば、1.4〜1.5MPaになるように、コンプレッサモータ103の回転数を制御する。
このように、圧力値PHと圧力値PLとの差圧で、コンプレッサモータの回転数を制御している。その結果、例えば、クライオポンプの一つが、故障して、圧力の絶対値が上がったとしても、圧力値PHと圧力値PLとの差圧(相対値)で制御するので、制御には直接影響しない。
また、圧力値PHと圧力値PLとの差圧で、コンプレッサモータの回転数を制御するので、1台の圧縮機で、複数クライオポンプを制御するとき、上述したような効果を有するが、1台の圧縮機で、1台のクライオポンプを制御したとしても、省エネルギーの効果がある。
つまり、クライオポンプの運転台数が多ければ、コンプレッサモータの回転数を上げ、クライオポンプの運転台数が少なければ、コンプレッサモータの回転数を下げることができる。
なお、コンプレッサモータの回転数を上げれば、それだけ、エネルギーを消費することになる。
本発明では、コンプレッサモータの回転数を、負荷(クライオポンプ)に応じて、制御するので、コンプレッサモータの回転数を固定にした場合と比較して、省エネルギーの効果がある。
なお、各クライオポンプに設けられているインバータ回路115は、AC200Vの電源を、クライオポンプ用電源に変換して、クライオポンプモータ116に供給する。なお、各クライオポンプは、電動クランク機構などの往復駆動部と、膨張
冷却作用を行うための往復動作部とを有する膨張・冷却部を備えている。クライオポンプモータ116は、クライオポンプの膨張・冷却部を駆動するためのモータである。
冷却作用を行うための往復動作部とを有する膨張・冷却部を備えている。クライオポンプモータ116は、クライオポンプの膨張・冷却部を駆動するためのモータである。
以上、発明を実施するための最良の形態について説明を行ったが、本発明は、この最良の形態で述べた実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することが可能である。
34、102 インバータ回路
36 スイッチング電源
38、101 制御基板
39 DCリアクトル
40、103 コンプレッサモータ
41 整流回路(AC−DC変換回路)
42 コンデンサ
43 スイッチング回路(DC−AC変換回路)
44 制御部
45 電源・ドライブ部
100 コンプレッサユニット
110 クライオポンプ
PH サプライ圧力センサ
PL リターン圧力センサ
36 スイッチング電源
38、101 制御基板
39 DCリアクトル
40、103 コンプレッサモータ
41 整流回路(AC−DC変換回路)
42 コンデンサ
43 スイッチング回路(DC−AC変換回路)
44 制御部
45 電源・ドライブ部
100 コンプレッサユニット
110 クライオポンプ
PH サプライ圧力センサ
PL リターン圧力センサ
Claims (2)
- 交流電源の少なくとも周波数を変換するインバータ回路と、直流電源回路とを有し、前記インバータ回路は冷媒を圧縮する圧縮機のモータに交流電源を供給し、前記直流電源回路は、前記インバータ回路を制御する制御回路に直流電源を供給するクライオポンプに用いられる圧縮機の電源装置において、
前記インバータ回路は、AC−DC変換回路及びDC−AC変換回路を有し、
前記インバータ回路のAC−DC変換回路は、該AC−DC変換回路の出力側に、AC−DC変換回路により変換されたDC電源を蓄積するコンデンサを有し、
該コンデンサに蓄積されているDC電源を、前記直流電源回路に供給することを特徴とする電源装置。 - 前記圧縮機の入力側の圧縮される前記冷媒の圧力を計測するリターン圧力センサと、前記圧縮機の出力側の圧縮された前記冷媒の圧力を計測するサプライ圧力センサとを有し、
前記制御回路は、前記サプライ圧力センサの測定値と、前記リターン圧力センサの測定値との差が一定となるように、前記インバータ回路を制御することを特徴とする請求項1記載の電源装置。
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