JP2009092044A - Control device and control method of vacuum pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空ポンプの制御装置及び制御方法に関し、特に2段式の真空ポンプにおいて定常運転中に発生した回生エネルギーを有効に利用することのできる真空ポンプの制御装置及び制御方法に関する。 The present invention relates to a control device and a control method for a vacuum pump, and more particularly to a control device and a control method for a vacuum pump that can effectively use regenerative energy generated during steady operation in a two-stage vacuum pump.
ターボ分子ポンプ等の真空ポンプは、スクリューロータが高速回転することにより排気を行い、接続されたチャンバ等を真空状態とする。
このような真空ポンプにおいて、例えば高速状態のロータの回転を停止しようとすると、減速に伴い回生エネルギーが発生する。この回生エネルギーは、ロータの回転を急停止しようとしたときに、モータ制御を行うインバータ出力(周波数)よりもモータの実速度が速い状態となることにより生じる。
すなわち回生とは、モータが発電機として作用し、それにより生じたエネルギーをインバータに返そうとする状態をいう。
A vacuum pump such as a turbo molecular pump evacuates when a screw rotor rotates at a high speed, and puts a connected chamber or the like in a vacuum state.
In such a vacuum pump, for example, when it is attempted to stop the rotation of the rotor in a high speed state, regenerative energy is generated along with deceleration. This regenerative energy is generated when the actual speed of the motor becomes faster than the inverter output (frequency) for controlling the motor when the rotation of the rotor is stopped suddenly.
That is, regeneration refers to a state in which the motor acts as a generator and attempts to return the energy generated thereby to the inverter.
また、この回生エネルギーは、従来から真空ポンプにおいて、例えば電気エネルギーに変換され、磁気浮上式ターボ分子ポンプの磁気軸受、排気室加熱ヒータ及び潤滑油ポンプの補助電源として利用されている(特許文献1乃至特許文献4)。
ところで図6に示す2段式真空ポンプの構成において、ブースタポンプBPに急激なプロセスガスの流入が生じると、メインポンプMPにおいて、回生電力が生じる。
即ち、図4のフロー並びに図5のグラフを用いて説明すると、定常運転中(ステップS1)に、プロセスガスの流れ込み増加等により急激な負荷変動が発生した場合(ステップS2)、前段にあるブースタポンプBPでは負荷が増加し、スクリューロータ51を回転させるモータ52の回転数が減少する(ステップS3)。
By the way, in the configuration of the two-stage vacuum pump shown in FIG. 6, when a sudden inflow of process gas occurs in the booster pump BP, regenerative power is generated in the main pump MP.
4 and the graph of FIG. 5, when a sudden load fluctuation occurs due to an increase in the flow of process gas during the steady operation (step S1) (step S2), the booster in the previous stage In the pump BP, the load increases, and the rotational speed of the
ブースタポンプBPでは、低下したモータ52の回転数を定格回転数に戻すために加速状態となり、これにより所定以上の大きな電力消費が発生した場合(ステップS4)、過負荷トリップ状態となり(ステップS5)、電力消費が所定の許容値以内であれば、定常運転となる(ステップS6)。
The booster pump BP is in an accelerated state in order to return the reduced number of rotations of the
一方、メインポンプMPでは、ブースタポンプBPへのガスの流れ込み増大により過大な負荷変動が発生すると(ステップS2)、ブースタポンプBPからのガスの流れ込みが増加する。このため、ブースタポンプBPとメインポンプMPとを結ぶ中間配管65内の圧力と、メインポンプMP内の圧力差が小さくなり、メインポンプMPの負荷が減少する。負荷が減少すると、それまでの負荷に対応してモータ制御がなされていたため、瞬間的にスクリューロータ53を回転させるモータ54の回転数が増加する(ステップS7)。
On the other hand, in the main pump MP, when an excessive load fluctuation occurs due to an increase in gas flow into the booster pump BP (step S2), gas flow from the booster pump BP increases. For this reason, the pressure in the
これによりインバータ回路はメインポンプMPのモータ54を減速制御するが、そこで回生電力が発生し、その値が許容内であれば通常運転に戻り(ステップS6)、所定の許容値を超えていれば過電圧トリップ発生状態となる(ステップS9)。
このように、2段式真空ポンプの場合、停止制御時だけでなく、運転中においてもプロセスガスをブースタポンプ(BP)で大量に吸引した際にメインポンプ(MP)で回生エネルギーが発生していた。
しかしながら、その回生エネルギーは有効に利用されることなく熱エネルギーに変換され消費されていた。
As a result, the inverter circuit controls the
Thus, in the case of a two-stage vacuum pump, regenerative energy is generated in the main pump (MP) when a large amount of process gas is sucked in by the booster pump (BP) not only during stop control but also during operation. It was.
However, the regenerative energy was converted into heat energy and consumed without being effectively used.
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、2段式の真空ポンプにおいて、定常運転中に発生した回生エネルギーを有効利用し、過負荷トリップ並びに過電圧トリップの発生を抑制することのできる真空ポンプの制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made under the circumstances as described above, and in a two-stage vacuum pump, regenerative energy generated during steady operation is effectively used to suppress the occurrence of overload trips and overvoltage trips. An object of the present invention is to provide a control device and a control method for a vacuum pump.
前記した課題を解決するために、本発明に係る真空ポンプの制御装置は、第1のポンプの排気を第2のポンプにより吸気し排気する2段式真空ポンプにおいて、各ポンプのスクリューロータを夫々回転させる第1のモータ及び第2のモータの制御を行う真空ポンプの制御装置であって、前記第1のモータを駆動する第1のモータ駆動手段と、前記第2のモータを駆動する第2のモータ駆動手段と、前記第1のモータ駆動手段または前記第2のモータ駆動手段に生じた回生電力を抽出する回生電力抽出手段と、前記第1のモータ駆動手段及び第2のモータ駆動手段の動作制御を行う制御手段とを備え、前記第1のモータ駆動手段と前記第2のモータ駆動手段とは、前記回生電力抽出手段に対し並列に接続され、前記制御手段は、前記回生電力抽出手段が前記第1のモータ駆動手段と前記第2のモータ駆動手段のいずれか一方から抽出した回生電力を他方のモータ駆動手段に供給するよう制御を行うことに特徴を有する。 In order to solve the above-described problems, a vacuum pump control device according to the present invention is a two-stage vacuum pump in which exhaust from a first pump is sucked and exhausted by a second pump. A control device for a vacuum pump for controlling a first motor and a second motor to be rotated, the first motor driving means for driving the first motor, and the second for driving the second motor. Motor driving means, regenerative power extracting means for extracting regenerative power generated in the first motor driving means or the second motor driving means, the first motor driving means, and the second motor driving means. Control means for performing operation control, wherein the first motor driving means and the second motor driving means are connected in parallel to the regenerative power extraction means, and the control means includes the regenerative power extraction means. It means having features that performs control so as to supply to the other motor driving means regenerative power extracted from one of said first motor drive means the second motor drive means.
例えば、第1のポンプに急激なプロセスガスの流入により急激な負荷が生じた場合、低下した第1のモータの回転数を定格回転数に戻すために加速状態となり、これにより所定の電力が必要となる。一方、第2のポンプでは、瞬間的に負荷が小さくなるために第2のモータの回転数が上昇し、これにより回生電力が発生する。
しかしながら、本発明に係る構成によれば、第1のモータ駆動手段と前記第2のモータ駆動手段とは、前記回生電力抽出手段に対し並列に接続されているため、第1のポンプに急激な負荷が生じた場合等に、第2のモータ駆動手段において発生した前記回生電力が第1のモータ駆動手段において必要な電力として消費される。
よって、急激な負荷変動の発生に拘わらず、第1のモータ駆動手段及び第2のモータ駆動手段の電圧は略一定に維持され、従来のように過負荷トリップ或いは過電圧トリップといった現象を回避することができる。
For example, when an abrupt load is generated due to an inflow of process gas to the first pump, an acceleration state is brought about in order to return the reduced speed of the first motor to the rated speed, thereby requiring a predetermined power. It becomes. On the other hand, in the second pump, since the load is instantaneously reduced, the rotation speed of the second motor is increased, thereby generating regenerative power.
However, according to the configuration of the present invention, the first motor driving means and the second motor driving means are connected in parallel to the regenerative power extracting means, so that the first pump When a load is generated, the regenerative power generated in the second motor driving unit is consumed as necessary power in the first motor driving unit.
Therefore, the voltage of the first motor driving means and the second motor driving means is maintained substantially constant regardless of the occurrence of a sudden load fluctuation, and a phenomenon such as overload trip or overvoltage trip as in the prior art is avoided. Can do.
また、前記した課題を解決するために、本発明に係る真空ポンプの制御方法は、第1のポンプの排気を第2のポンプより吸気し排気する2段式真空ポンプにおいて、各ポンプのスクリューロータを夫々回転させる第1のモータ及び第2のモータの制御を行う真空ポンプの制御方法であって、前記第1のモータを駆動する第1のモータ駆動手段と、前記第2のモータを駆動する第2のモータ駆動手段のいずれか一方に生じた回生電力を抽出し、前記抽出された回生電力を他方のモータ駆動手段に供給することに特徴を有する。 In order to solve the above-described problems, a method for controlling a vacuum pump according to the present invention is a two-stage vacuum pump that sucks and exhausts exhaust from a first pump from a second pump. A vacuum pump control method for controlling a first motor and a second motor that respectively rotate the motor, wherein the first motor driving means for driving the first motor and the second motor are driven. It is characterized in that the regenerative electric power generated in one of the second motor driving means is extracted and the extracted regenerative electric power is supplied to the other motor driving means.
例えば、第1のポンプに急激なプロセスガスの流入により急激な負荷が生じた場合、低下した第1のモータの回転数を定格回転数に戻すために加速状態となり、これにより所定の電力が必要となる。一方、第2のポンプでは、瞬間的に負荷が小さくなるために第2のモータの回転数が上昇し、これにより回生電力が発生する。
しかしながら、本発明に係る制御方法によれば、例えば第1のポンプに急激な負荷が生じた場合等に、第2のモータ駆動手段において発生した前記回生電力が第1のモータ駆動手段において必要な電力として消費される。
よって、急激な負荷変動の発生に拘わらず、第1のモータ駆動手段及び第2のモータ駆動手段の電圧は略一定に維持され、従来のように過負荷トリップ或いは過電圧トリップといった現象を回避することができる。
For example, when an abrupt load is generated due to an inflow of process gas to the first pump, an acceleration state is brought about in order to return the reduced speed of the first motor to the rated speed, thereby requiring a predetermined power. It becomes. On the other hand, in the second pump, since the load is instantaneously reduced, the rotation speed of the second motor is increased, thereby generating regenerative power.
However, according to the control method of the present invention, for example, when a sudden load is generated in the first pump, the regenerative power generated in the second motor driving unit is required in the first motor driving unit. Consumed as electric power.
Therefore, the voltage of the first motor driving means and the second motor driving means is maintained substantially constant regardless of the occurrence of a sudden load fluctuation, and a phenomenon such as overload trip or overvoltage trip as in the prior art is avoided. Can do.
本発明によれば、2段式の真空ポンプにおいて、定常運転中に発生した回生エネルギーを有効利用し、過負荷トリップ並びに過電圧トリップの発生を抑制することのできる真空ポンプの制御装置及び制御方法を提供することができる。 According to the present invention, in a two-stage vacuum pump, there is provided a control device and a control method for a vacuum pump capable of effectively utilizing regenerative energy generated during steady operation and suppressing occurrence of an overload trip and an overvoltage trip. Can be provided.
以下、本発明に係る真空ポンプの制御装置の実施の形態について図面に基づき説明する。図1は本発明に係る真空ポンプの制御装置の実施の形態を模式的に示す断面図である。
尚、図1に示す真空ポンプの制御装置100は、既に図6に示したような2段式真空ポンプ200に適用することができる。
Embodiments of a vacuum pump control apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view schematically showing an embodiment of a vacuum pump control apparatus according to the present invention.
The vacuum
図示するように、この真空ポンプの制御装置100は、商用(三相交流)の周波数帯域を有する交流電源101からモータ52(第1のモータ)並びにモータ54(第2のモータ)が所定の回転数を得るよう電力変換するインバータ回路1と、このインバータ回路110を制御する制御部20(制御手段)とで構成される。
尚、図6に示すように、モータ52は、ブースタポンプBP(第1のポンプ)のスクリューロータ51を回転させるモータであり、モータ54は、メインポンプMP(第2のポンプ)のスクリューロータ53を回転させるモータである。
As shown in the figure, this vacuum
As shown in FIG. 6, the
インバータ回路1は、交流電源101の電力を直流化する整流器2と、整流器2によって直流化された電流を所定の値に平滑化する直流平滑コンデンサ3とを備える。また、モータ52に接続され、このモータ52に所定の電力を供給するインバータユニット5(第1のモータ駆動手段)と、モータ54に接続され、このモータ54に所定の電力を供給するインバータユニット6(第2のモータ駆動手段)とを備えている。さらには、直流平滑コンデンサ3の出力とインバータユニット5、6の電圧値とに基づき、インバータユニット5、6の電圧が所定の値を超えているか否かを検出する過電圧検出回路4(回生電力抽出手段)を備えている。
尚、インバータユニット5とインバータユニット6とは、過電圧検出回路4に対し並列に接続されている。
The inverter circuit 1 includes a
The
続いて、このように構成された真空ポンプの制御装置1が制御する2段式真空ポンプ200(図6参照)において、過大な負荷が生じた場合の制御装置1の動作を図2のフロー並びに図3のグラフを用いて説明する。 Subsequently, in the two-stage vacuum pump 200 (see FIG. 6) controlled by the vacuum pump control device 1 configured as described above, the operation of the control device 1 when an excessive load occurs is shown in the flow chart of FIG. This will be described with reference to the graph of FIG.
定常運転中(ステップST1)に、プロセスガスの流れ込み増加等により急激な負荷変動が発生した場合(ステップST2)、前段にあるブースタポンプBPでは負荷が増加し、モータ52の回転数が減少する(ステップST3)。
ブースタポンプBPでは、低下したモータ52の回転数を定格回転数に戻すために加速状態となり、所定の消費電力が発生する(ステップST5)。
During a steady operation (step ST1), when a sudden load fluctuation occurs due to an increase in the flow of process gas or the like (step ST2), the load increases in the booster pump BP in the preceding stage, and the rotation speed of the
The booster pump BP is in an accelerated state in order to return the reduced rotational speed of the
一方、メインポンプMPでは、ブースタポンプBPへのガスの流れ込み増大により過大な負荷変動が発生すると(ステップST2)、ブースタポンプBPからのガスの流れ込みが増加する。
このため、ブースタポンプBPとメインポンプMPとを結ぶ中間配管65内の圧力と、メインポンプMP内の圧力差が小さくなり、メインポンプMPの負荷が減少する。負荷が減少すると、それまでの負荷に対応して制御部20によるモータ制御がなされていたため、瞬間的にモータ54の回転数が増加する(ステップST4)。
これによりインバータユニット6は、制御部20の制御によりメインポンプMPのモータ54を減速制御するが、減速により回生電力が発生する。
On the other hand, in the main pump MP, when an excessive load fluctuation occurs due to an increase in gas flow into the booster pump BP (step ST2), gas flow from the booster pump BP increases.
For this reason, the pressure in the
Thus, the inverter unit 6 controls the
ここでインバータユニット6は、図1に示すようにインバータユニット5に並列に接続されている。
このため、過電圧検出回路4によって検出されたインバータユニット6の回生電力は、制御部20の制御によりステップST5で必要となるインバータユニット5での電力消費に用いられる(ステップST5)。
したがって、インバータユニット6の電圧は、図3のグラフに示すように過大に上昇することなく定常運転が継続される(ステップST6)。
Here, the inverter unit 6 is connected in parallel to the
For this reason, the regenerative power of the inverter unit 6 detected by the overvoltage detection circuit 4 is used for power consumption in the
Accordingly, the steady operation is continued without excessively increasing the voltage of the inverter unit 6 as shown in the graph of FIG. 3 (step ST6).
以上のように、本発明に係る実施の形態によれば、ブースタポンプBPに急激な負荷が生じた場合等には、インバータユニット6において回生電力が生じる一方、インバータユニット5において前記回生電力に応じた所定の電力がより必要となる。
しかしながら、本発明にかかる制御装置1においては、モータ52の駆動を行うインバータユニット5とモータ54の駆動を行うインバータユニット6とが、過電圧検出回路4に対し並列に接続されている。このため、インバータユニット6において発生した前記回生電力はインバータユニット5において必要な電力として消費される。
よって、急激な負荷変動の発生に拘わらず、インバータユニット5、6の電圧は略一定に維持され、従来のように過負荷トリップ或いは過電圧トリップといった現象を回避することができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, when an abrupt load is generated in the booster pump BP, etc., regenerative power is generated in the inverter unit 6, while the
However, in the control device 1 according to the present invention, the
Therefore, the voltages of the
尚、本願発明は特にブースタポンプとして容積圧縮し排気するスクリュー式真空ポンプを用いた場合に効果的である。
即ち、容積圧縮して排気するスクリュー式真空ポンプをブースタポンプとして用いた場合、メインポンプとしてのスクリュー式真空ポンプも小型となるので、プロセスガスの流れ込みの増加等によりメインポンプの排気が間に合わず、特に中間配管の圧縮が急激に上がり易いためである。
The present invention is particularly effective when a screw-type vacuum pump that compresses and exhausts a volume is used as a booster pump.
That is, when a screw type vacuum pump that compresses and exhausts volume is used as a booster pump, the screw type vacuum pump as the main pump is also small, so the exhaust of the main pump is not in time due to an increase in the flow of process gas, etc. This is because the compression of the intermediate pipe is particularly likely to increase rapidly.
本発明は、半導体製造工程等のプロセスガスを流す工程で使用するスクリューロータを備える真空ポンプに好適に用いることができる。 The present invention can be suitably used for a vacuum pump provided with a screw rotor used in a process gas flow process such as a semiconductor manufacturing process.
1 インバータ回路
2 整流器
3 直流平滑コンデンサ
4 過電圧検出回路(回生電流抽出手段)
5 インバータユニット(第1のモータ駆動手段)
6 インバータユニット(第2のモータ駆動手段)
20 制御部(制御手段)
51 スクリューロータ
52 モータ(第1のモータ)
53 スクリューロータ
54 モータ(第2のモータ)
65 中間配管
100 真空ポンプの制御装置
101 交流電源
200 2段式真空ポンプ
BP ブースタポンプ(第1のポンプ)
MP メインポンプ(第2のポンプ)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
5 Inverter unit (first motor drive means)
6 Inverter unit (second motor drive means)
20 Control unit (control means)
51
53
65 Intermediate piping 100 Vacuum
MP main pump (second pump)
Claims (2)
前記第1のモータを駆動する第1のモータ駆動手段と、前記第2のモータを駆動する第2のモータ駆動手段と、前記第1のモータ駆動手段または前記第2のモータ駆動手段に生じた回生電力を抽出する回生電力抽出手段と、前記第1のモータ駆動手段及び第2のモータ駆動手段の動作制御を行う制御手段とを備え、
前記第1のモータ駆動手段と前記第2のモータ駆動手段とは、前記回生電力抽出手段に対し並列に接続され、
前記制御手段は、前記回生電力抽出手段が前記第1のモータ駆動手段と前記第2のモータ駆動手段のいずれか一方から抽出した回生電力を他方のモータ駆動手段に供給するよう制御を行うことを特徴とする真空ポンプの制御装置。 In a two-stage vacuum pump that draws and exhausts exhaust from a first pump by a second pump, a vacuum pump control device that controls a first motor and a second motor that respectively rotate a screw rotor of each pump Because
Occurs in the first motor driving means for driving the first motor, the second motor driving means for driving the second motor, and the first motor driving means or the second motor driving means. Regenerative power extraction means for extracting regenerative power, and control means for controlling operation of the first motor drive means and the second motor drive means,
The first motor driving means and the second motor driving means are connected in parallel to the regenerative power extracting means,
The control means performs control so that the regenerative power extraction means supplies the regenerative power extracted from one of the first motor drive means and the second motor drive means to the other motor drive means. A vacuum pump control device.
前記第1のモータを駆動する第1のモータ駆動手段と、前記第2のモータを駆動する第2のモータ駆動手段のいずれか一方に生じた回生電力を抽出し、
前記抽出された回生電力を他方のモータ駆動手段に供給することを特徴とする真空ポンプの制御方法。 In a two-stage vacuum pump that exhausts the exhaust of the first pump from the second pump, and controls the first motor and the second motor that rotate the screw rotor of each pump, respectively. Because
Extracting regenerative electric power generated in one of the first motor driving means for driving the first motor and the second motor driving means for driving the second motor;
A method for controlling a vacuum pump, wherein the extracted regenerative power is supplied to the other motor driving means.
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