JP2012010499A - Motor drive device for vacuum pump and pump system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive device for a vacuum pump, capable of reducing a harmonic component of motor current.SOLUTION: The motor drive device for a turbo molecular pump that performs exhaust by rotatingly driving a rotor part formed with a rotating blade and a screw rotor as an exhaust function part by a motor includes: an inverter 43 that drives the motor; a DC-DC converter 41 as a DC voltage source having a different plural setting voltages for an inverter input voltage of the inverter 43; and a motor control circuit 44 as voltage switching means that switches a setting voltage of the DC-DC converter 41 according to motor load information. The motor control circuit 44 is configured to PWM control the inverter 43 by setting a duty ratio of a PWM signal so that the rotational speed of the motor is maintained at a predetermined target rotational speed.

Description

本発明は、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプに用いられる真空ポンプ用モータ駆動装置、およびその真空ポンプ用モータ駆動装置を備えたポンプシステムに関する。   The present invention relates to a motor driving device for a vacuum pump used for a vacuum pump such as a turbo molecular pump, and a pump system including the motor driving device for the vacuum pump.

ターボ分子ポンプでは回転翼が形成されたロータをモータで回転駆動し、この回転翼を固定翼に対して高速回転させることにより気体分子を排気している。そのようなターボ分子において、モータをPWM(Pulse Width Modulation)制御により回転駆動するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   In a turbo molecular pump, a rotor on which rotor blades are formed is driven to rotate by a motor, and gas molecules are exhausted by rotating the rotor blades at high speed with respect to fixed blades. Among such turbomolecules, there is known one that rotationally drives a motor by PWM (Pulse Width Modulation) control (see, for example, Patent Document 1).

特開2007−82370号公報JP 2007-82370 A

ところで、従来のターボ分子ポンプでは、インバータ入力電圧がモータ最大負荷に対応した最大電圧値に固定されており、PWM制御によりモータ電流を制御するようにしている。そのため、モータ負荷が軽負荷となった時にPWM信号のデューティ比が極めて小さくなり、モータ電流の高調波成分の割合が大きくなる。その結果、高調波成分による渦電流損の割合が増加し、電力ロスの増大や、ロータ温度の上昇を招くという問題があった。   By the way, in the conventional turbo molecular pump, the inverter input voltage is fixed to the maximum voltage value corresponding to the motor maximum load, and the motor current is controlled by PWM control. Therefore, when the motor load is light, the duty ratio of the PWM signal becomes extremely small, and the ratio of harmonic components of the motor current increases. As a result, there is a problem that the ratio of eddy current loss due to harmonic components increases, leading to an increase in power loss and an increase in rotor temperature.

請求項1の発明は、排気機能部が形成されたロータをモータで回転駆動して排気を行う真空ポンプに用いられる真空ポンプ用モータ駆動装置であって、モータを駆動するインバータと、インバータのインバータ入力電圧として異なる複数の設定電圧を有する直流電圧源と、モータ負荷情報に応じて直流電圧源の設定電圧を切り換える電圧切換手段と、モータの回転数が所定の目標回転数に維持されるようにPWM信号のデューティ比を設定し、インバータをPWM制御するモータ制御回路と、を備えたことを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載の真空ポンプ用モータ駆動装置において、複数の設定電圧はそれぞれ異なるモータ負荷領域に対応付けられて設けられ、かつ、高負荷側のモータ負荷領域ほどより大きな設定電圧が対応付けられていることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項2に記載の真空ポンプ用モータ駆動装置において、モータ電流値およびデューティ比のいずれか一方と電圧切換手段によって設定されている設定電圧とに基づいて、モータ負荷情報としてのモータ負荷を演算する演算手段を備え、第1モータ負荷領域と該負荷領域の低負荷側に隣接する第2モータ負荷領域との境界負荷値に関して、モータ負荷が前記境界負荷値よりも大きい場合には第1モータ負荷領域に対応付けられた第1設定電圧に切り換え、モータ負荷が境界負荷値よりも小さい場合には第2モータ負荷領域に対応付けられた第2設定電圧に切り換えるようにしたものである。
請求項4の発明は、請求項1に記載の真空ポンプ用モータ駆動装置において、モータ負荷情報としてのデューティ比が所定値以下か否かを判定する判定手段を備え、判定手段により所定値以下と判定された場合には設定電圧をより小さな設定電圧に切り換えることを特徴とする。
請求項5の発明によるポンプシステムは、排気機能部が形成されたロータをモータで回転駆動して排気を行う真空ポンプと、請求項1乃至4に記載の真空ポンプ用モータ駆動装置と、を備えることを特徴とする。
A first aspect of the present invention is a vacuum pump motor drive device used in a vacuum pump that performs exhaust by rotating a rotor formed with an exhaust function portion with a motor, and an inverter for driving the motor, and an inverter for the inverter DC voltage source having a plurality of different set voltages as input voltage, voltage switching means for switching the set voltage of the DC voltage source according to motor load information, and so that the rotational speed of the motor is maintained at a predetermined target rotational speed And a motor control circuit for setting the duty ratio of the PWM signal and performing PWM control of the inverter.
According to a second aspect of the present invention, in the motor driving device for a vacuum pump according to the first aspect, the plurality of set voltages are provided in association with different motor load regions, respectively, and the motor load region on the higher load side is more It is characterized in that a large set voltage is associated.
According to a third aspect of the present invention, in the motor driving device for a vacuum pump according to the second aspect, the motor load information is based on one of the motor current value and the duty ratio and the set voltage set by the voltage switching means. As a boundary load value between the first motor load region and the second motor load region adjacent to the low load side of the load region, the motor load is larger than the boundary load value. If the motor load is smaller than the boundary load value, switch to the second set voltage associated with the second motor load region. It is a thing.
According to a fourth aspect of the present invention, in the vacuum pump motor driving device according to the first aspect, the apparatus includes a determination unit that determines whether the duty ratio as the motor load information is equal to or less than a predetermined value. When it is determined, the set voltage is switched to a smaller set voltage.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a pump system comprising: a vacuum pump that performs exhaust by rotating a rotor formed with an exhaust function portion with a motor; and a motor driving device for a vacuum pump according to any one of the first to fourth aspects. It is characterized by that.

本発明によれば、モータ電流の高調波成分を低減することができる。   According to the present invention, the harmonic component of the motor current can be reduced.

ターボ分子ポンプのポンプユニット1を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the pump unit 1 of a turbo-molecular pump. モータ駆動制御部のブロック図である。It is a block diagram of a motor drive control part. インバータ43を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an inverter 43. 励磁シーケンスを説明する図である。It is a figure explaining an excitation sequence. PWM制御時のPWM電圧波形とモータ電流波形とを示す図である。It is a figure which shows the PWM voltage waveform and motor current waveform at the time of PWM control. デューティ比の設定方法を説明する図である。It is a figure explaining the setting method of a duty ratio. インバータ入力電圧およびデューティ比の制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining control of an inverter input voltage and a duty ratio. モータ駆動開始後のデューティ比、インバータ入力電圧および回転数の時間的変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the time change of the duty ratio after a motor drive start, an inverter input voltage, and rotation speed. モータ負荷とデューティ比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a motor load and a duty ratio. インバータ入力電圧を3段階で切り換える場合の一例を示す図である。It is a figure which shows an example in the case of switching an inverter input voltage in 3 steps.

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。ターボ分子ポンプは、ポンプシステムとして、真空排気を行うポンプユニットと、ポンプユニットを駆動制御するコントロールユニット(不図示)とを備えている。図1は、ポンプユニット1の概略構成を示す断面図である。図1に示したターボ分子ポンプは磁気軸受式のポンプであり、ロータ30は、5軸磁気軸受を構成する電磁石37,38によって非接触支持される。磁気軸受によって回転自在に磁気浮上されたロータ30は、モータ36により高速回転駆動される。モータ36には、例えば、DCブラシレスモータが用いられる。ロータ30の回転数は回転数センサ23によって検出される。回転数センサ23には、例えばインダクタンス式のセンサが用いられる。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The turbo molecular pump includes, as a pump system, a pump unit that performs evacuation and a control unit (not shown) that drives and controls the pump unit. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the pump unit 1. The turbo molecular pump shown in FIG. 1 is a magnetic bearing type pump, and the rotor 30 is supported in a non-contact manner by electromagnets 37 and 38 constituting a 5-axis magnetic bearing. The rotor 30 magnetically levitated by the magnetic bearings is driven to rotate at high speed by the motor 36. For example, a DC brushless motor is used as the motor 36. The rotational speed of the rotor 30 is detected by the rotational speed sensor 23. For example, an inductance type sensor is used as the rotation speed sensor 23.

ロータ30には、排気機能部として、複数段の回転翼32と円筒状のネジロータ31とが形成されている。一方、固定側には、排気機能部として、軸方向に対して回転翼32と交互に配置された複数段の固定翼33と、ネジロータ31の外周側に設けられたネジステータ39が設けられている。各固定翼33は、それぞれ一対のスペーサリング35によって軸方向上下から挟持されるように積層され、ベース20上に載置されている。吸気口フランジ21が形成されたポンプケーシング34をベース20に固定すると、積層されたスペーサリング35がベース20とポンプケーシング34との間に挟持され、各固定翼33が位置決めされる。   The rotor 30 is formed with a plurality of stages of rotating blades 32 and a cylindrical screw rotor 31 as an exhaust function unit. On the other hand, on the fixed side, a plurality of stages of fixed blades 33 arranged alternately with the rotary blades 32 in the axial direction and a screw stator 39 provided on the outer peripheral side of the screw rotor 31 are provided as exhaust function units. . The fixed wings 33 are stacked so as to be sandwiched from above and below in the axial direction by a pair of spacer rings 35 and placed on the base 20. When the pump casing 34 in which the inlet flange 21 is formed is fixed to the base 20, the stacked spacer ring 35 is sandwiched between the base 20 and the pump casing 34, and each fixed blade 33 is positioned.

ベース20には排気ポート22が設けられ、この排気ポート22にバックポンプが接続される。ロータ30を磁気浮上させつつモータ36により高速回転駆動することにより、吸気口21側の気体分子は排気ポート22側へと排気される。   The base 20 is provided with an exhaust port 22, and a back pump is connected to the exhaust port 22. By rotating the rotor 30 at a high speed by the motor 36 while magnetically levitating, the gas molecules on the intake port 21 side are exhausted to the exhaust port 22 side.

ポンプユニットに接続されるコントロールユニットには、磁気軸受制御部、モータ36を回転駆動するためのモータ駆動制御部等が備えられている。図2はモータ駆動制御部ブロック図である。外部からのAC200V電源は整流器を含む力率改善回路40に入力される。力率改善回路40から出力された直流電圧はDC/DCコンバータ41により所望の直流電圧に変換される。   The control unit connected to the pump unit includes a magnetic bearing control unit, a motor drive control unit for rotating the motor 36, and the like. FIG. 2 is a block diagram of the motor drive control unit. An external AC 200V power supply is input to a power factor correction circuit 40 including a rectifier. The DC voltage output from the power factor correction circuit 40 is converted into a desired DC voltage by the DC / DC converter 41.

DC/DCコンバータ41からインバータ43に入力される直流電圧(以下、インバータ入力電圧と称する)の電圧値は、電圧センサ42により検出される。検出された電圧値はモータ制御回路44に入力される。後述するように、本実施の形態では、DC/DCコンバータ41はインバータ入力電圧に関して複数の設定電圧を備えており、モータ制御回路44からの電圧指令によって、それらの設定電圧を切り換えることができる。   A voltage value of a DC voltage (hereinafter referred to as an inverter input voltage) input from the DC / DC converter 41 to the inverter 43 is detected by the voltage sensor 42. The detected voltage value is input to the motor control circuit 44. As will be described later, in the present embodiment, the DC / DC converter 41 includes a plurality of set voltages with respect to the inverter input voltage, and these set voltages can be switched by a voltage command from the motor control circuit 44.

インバータ43には、DC/DCコンバータ41からの直流電圧を3相交流電圧に変換するためのスイッチング素子が複数備えられている。インバータ43に設けられた複数のスイッチング素子のオンオフは、モータ制御回路44からのPWM(Pulse Width Modulation)指令により制御される。電流指令として出力しているPWM信号のデューティ比を変えてモータ電流を変化させることにより、モータ電力の制御を行っている。モータ電流の値は電流センサ45によって検出される。電流センサ45によって検出された電流値、および、回転数センサ23によって検出された回転数は、モータ制御回路44に入力される。   The inverter 43 is provided with a plurality of switching elements for converting the DC voltage from the DC / DC converter 41 into a three-phase AC voltage. On / off of the plurality of switching elements provided in the inverter 43 is controlled by a PWM (Pulse Width Modulation) command from the motor control circuit 44. The motor power is controlled by changing the motor current by changing the duty ratio of the PWM signal output as the current command. The value of the motor current is detected by the current sensor 45. The current value detected by the current sensor 45 and the rotation speed detected by the rotation speed sensor 23 are input to the motor control circuit 44.

図3は、インバータ43を示す図である。インバータ43には、複数のスイッチング素子Tr1〜Tr6が設けられている。スイッチング素子Tr1〜Tr6には、MOSFETやIGBTなどのパワー半導体素子が用いられる。361はモータ36のモータステータである。回転数センサ23の回転情報に基づいてスイッチング素子Tr1〜Tr6を所定のタイミングでオンオフすることにより、モータステータ361のU,V,W相コイルに電流を供給してモータ36を回転駆動する。   FIG. 3 is a diagram showing the inverter 43. The inverter 43 is provided with a plurality of switching elements Tr1 to Tr6. Power semiconductor elements such as MOSFETs and IGBTs are used for the switching elements Tr1 to Tr6. Reference numeral 361 denotes a motor stator of the motor 36. Based on the rotation information of the rotation speed sensor 23, the switching elements Tr1 to Tr6 are turned on and off at a predetermined timing, thereby supplying current to the U, V, and W phase coils of the motor stator 361 to drive the motor 36 to rotate.

図4は、120度通電でモータ36を駆動する場合の励磁シーケンスを示したものであり、各スイッチング素子Tr1〜Tr6のオンオフタイミング、および、U相電流,V相電流,W相電流を示したものである。丸で囲った1〜12の数字はステップ順を示している。スイッチング素子Tr1〜Tr6は、High信号でオンされ、Low信号でオフされる。例えば、ステップ1では、図3のスイッチング素子Tr1およびTr5がオンされ、U相コイルに正方向の電流が流れ、V相コイルに負方向の電流が流れる。続くステップ2では、スイッチング素子Tr1およびTr6がオンされ、U相コイルに正方向の電流が流れ、W相コイルには負方向の電流が流れる。   FIG. 4 shows an excitation sequence when the motor 36 is driven by energization at 120 degrees, and shows the on / off timings of the switching elements Tr1 to Tr6, the U-phase current, the V-phase current, and the W-phase current. Is. The numbers 1 to 12 surrounded by circles indicate the step order. The switching elements Tr1 to Tr6 are turned on by the High signal and turned off by the Low signal. For example, in step 1, switching elements Tr1 and Tr5 in FIG. 3 are turned on, a positive current flows through the U-phase coil, and a negative current flows through the V-phase coil. In the subsequent step 2, switching elements Tr1 and Tr6 are turned on, a positive current flows through the U-phase coil, and a negative current flows through the W-phase coil.

図4に示すような手順でスイッチング素子Tr1〜Tr6をオンオフすることにより、モータステータ361に回転磁界が形成され、その回転磁界によってモータロータが回転駆動される。モータロータの回転速度(すなわち回転数)は、スイッチングの周期を変えることにより可変とされる。また、図4に示すHigh信号の区間におけるPWM信号のデューティ比を変えることによって、モータ電流の制御、すなわちモータ電力の制御が行われる。デューティ比を大きくするとモータ電流は大きくなり、逆に、デューティ比を小さくするとモータ電流が小さくなる。   By turning on and off the switching elements Tr1 to Tr6 according to the procedure shown in FIG. 4, a rotating magnetic field is formed in the motor stator 361, and the motor rotor is rotationally driven by the rotating magnetic field. The rotational speed (that is, the rotational speed) of the motor rotor is made variable by changing the switching cycle. Further, by changing the duty ratio of the PWM signal in the High signal section shown in FIG. 4, the motor current, that is, the motor power is controlled. Increasing the duty ratio increases the motor current, and conversely, decreasing the duty ratio decreases the motor current.

上述のように、モータ回転速度(すなわち回転数)は図4に示すスイッチングの周期によって決まり、スイッチング周期を短くすれば回転速度は速くなり、逆に、スイッチング周期を長くすれば回転速度は遅くなる。しかし、ガス負荷等が加わってモータ負荷が増大した場合、そのときのモータ電力が小さいとスイッチング周期で決まる回転数を維持できなくなって、モータの回転数が減少する。   As described above, the motor rotation speed (that is, the rotation speed) is determined by the switching cycle shown in FIG. 4. If the switching cycle is shortened, the rotation speed is increased. Conversely, if the switching cycle is increased, the rotation speed is decreased. . However, when the motor load increases due to the addition of a gas load or the like, if the motor power at that time is small, the rotational speed determined by the switching cycle cannot be maintained, and the rotational speed of the motor decreases.

一般に、ターボ分子ポンプを使用する場合には、モータ回転が一定の目標回転数(通常は定格回転数)とされ、その目標回転数に維持できる程度の電力で回転駆動されている。そのため、ガス流入量ゼロの状態からガス流入が開始されてモータ負荷が増加した場合には、モータ電流を増加させてモータ回転数を定格回転数に維持するようにしている。すなわち、デューティ比を制御して定格回転数が維持されるようにしている。ガス流入が停止されて再び無負荷状態となると、モータ電力が大きいままだと回転数が上昇傾向となるので、回転数が一定に維持されるようにデューティ比を変化させる制御が働き、再びデューティ比は低下する。   In general, when a turbo molecular pump is used, the motor rotation is set to a constant target rotation speed (usually the rated rotation speed), and is driven to rotate with power sufficient to maintain the target rotation speed. Therefore, when the gas inflow is started from the state where the gas inflow amount is zero and the motor load increases, the motor current is increased to maintain the motor rotation speed at the rated rotation speed. That is, the rated speed is maintained by controlling the duty ratio. When the gas inflow is stopped and the motor is in a no-load state again, the motor speed tends to increase if the motor power remains large.Therefore, control is performed to change the duty ratio so that the motor speed remains constant. The ratio drops.

従来のターボ分子ポンプではインバータ入力電圧が一定値に固定されているため、上述したモータ電力の調整はPWM信号のデューティ比を変化させることで行っている。図5はPWM制御を行った場合のモータ電圧波形(PWM電圧波形)とモータ電流波形とを示したものである。図5(a),(b)はガス流量がゼロの無負荷定格回転(低負荷)の場合を示し、図5(c),(d)はモータ負荷が高負荷の場合を示す。高負荷の場合、モータ電流を大きくするようにデューティ比Dが大きな値に設定され、そのときのPWM電圧波形は図5(c)に示すようになる。図5(c)に示す例では、デューティ比DはD2=Δt2/Δtとなっている。図5(d)は、図5(c)に示すPWM電圧波形の場合のモータ電流波形を示す。   In the conventional turbo molecular pump, the inverter input voltage is fixed to a constant value, so that the motor power adjustment described above is performed by changing the duty ratio of the PWM signal. FIG. 5 shows a motor voltage waveform (PWM voltage waveform) and a motor current waveform when PWM control is performed. FIGS. 5A and 5B show the case of no-load rated rotation (low load) where the gas flow rate is zero, and FIGS. 5C and 5D show the case where the motor load is high. In the case of a high load, the duty ratio D is set to a large value so as to increase the motor current, and the PWM voltage waveform at that time is as shown in FIG. In the example shown in FIG. 5C, the duty ratio D is D2 = Δt2 / Δt. FIG. 5D shows a motor current waveform in the case of the PWM voltage waveform shown in FIG.

一方、無負荷定格回転時には、回転を維持するために必要なモータ電力は非常に小さくて済む。従来のターボ分子ポンプにおいては、インバータ入力電圧はモータの最大負荷に合わせた電圧に設定されている。そのため、無負荷定格回転時のデューティ比Dは、図5(a)に示すように小さな値D1(=Δt1/Δt)となる。その結果、高調波でない成分に対する高調波成分の比率が大きくなって鉄損(渦電流損)が割合的に多くなり、ロータ温度上昇などに起因する無駄な電流が流れることが問題である。   On the other hand, during no-load rated rotation, the motor power required to maintain the rotation can be very small. In the conventional turbo molecular pump, the inverter input voltage is set to a voltage that matches the maximum load of the motor. Therefore, the duty ratio D during no-load rated rotation is a small value D1 (= Δt1 / Δt) as shown in FIG. As a result, the ratio of the harmonic component to the non-harmonic component is increased, the iron loss (eddy current loss) is increased in proportion, and there is a problem that a wasteful current due to an increase in rotor temperature flows.

そこで、本実施の形態では、DC/DCコンバータ41の出力電圧、すなわちインバータ入力電圧を高電圧VHだけでなく、より低い低電圧VLにも調整できるように構成した。すなわち、電圧を高電圧VHと低電圧VLとの間で任意に設定できるようにした。そして、モータ制御回路44からの電圧指令により、高負荷時にはインバータ入力電圧を高電圧VHとし、低負荷時にはインバータ入力電圧を低電圧VLに変更するようにした。なお、高電圧VHと低電圧VLとの間で電圧を変更する場合には、過電流が流れないように徐々に電圧を変更するようにした。   Therefore, in this embodiment, the output voltage of the DC / DC converter 41, that is, the inverter input voltage is configured to be adjusted not only to the high voltage VH but also to a lower low voltage VL. That is, the voltage can be arbitrarily set between the high voltage VH and the low voltage VL. In accordance with a voltage command from the motor control circuit 44, the inverter input voltage is changed to the high voltage VH when the load is high, and the inverter input voltage is changed to the low voltage VL when the load is low. When changing the voltage between the high voltage VH and the low voltage VL, the voltage is gradually changed so that no overcurrent flows.

図6は、本実施の形態におけるデューティ比の設定方法を説明する図である。図6(a),(b)は高負荷時、例えばガス負荷が大きい場合におけるPWM電圧波形とモータ電流波形とを示したものである。一方、図6(c),(d)は低負荷時、例えばガス負荷が比較的小さい場合や無負荷時におけるPWM電圧波形とモータ電流波形とを示したものである。ここでは、無負荷定格回転時における状況を示した。   FIG. 6 is a diagram for explaining a duty ratio setting method in the present embodiment. FIGS. 6A and 6B show the PWM voltage waveform and the motor current waveform when the load is high, for example, when the gas load is large. On the other hand, FIGS. 6C and 6D show PWM voltage waveforms and motor current waveforms when the load is low, for example, when the gas load is relatively small or when there is no load. Here, the situation at the time of no-load rated rotation is shown.

高電圧VHは、従来のターボ分子ポンプにおけるインバータ入力電圧と同程度に設定される。そのため、図6(a)に示すように、高負荷時におけるデューティ比Dは図5(c)に示す場合のデューティ比D2の場合と同様に大きくなる。   The high voltage VH is set to the same level as the inverter input voltage in the conventional turbo molecular pump. Therefore, as shown in FIG. 6 (a), the duty ratio D at the time of high load becomes large as in the case of the duty ratio D2 in the case shown in FIG. 5 (c).

一方、低電圧VLは、無負荷定格回転時におけるデューティ比Dが、図5(a)に示す従来の無負荷定格回転時におけるデューティ比D1よりも大きくなるように設定されている。図5(a),(b)に示す状態から図6(c),(d)に示す状態に切り換える場合、低電圧VLとなった場合のデューティ比D3(=Δt3/Δt)は、モータに供給される電力がインバータ入力電圧の設定切換前後でほぼ等しくなるように、すなわち図5(a),(b)の場合の電力と図6(c),(d)に示す場合の電力とがほぼ等しくなるように設定される。言い換えると、無負荷時には、インバータ入力電圧が低電圧VLの場合にはデューティ比D1で定格回転数N0に維持され、インバータ入力電圧が高電圧VHの場合にはデューティ比D3で定格回転数N0に維持される。   On the other hand, the low voltage VL is set such that the duty ratio D during no-load rated rotation is larger than the duty ratio D1 during the conventional no-load rated rotation shown in FIG. When switching from the state shown in FIGS. 5A and 5B to the state shown in FIGS. 6C and 6D, the duty ratio D3 (= Δt3 / Δt) when the low voltage VL is reached The power supplied is approximately the same before and after the inverter input voltage setting is switched, that is, the power in the cases of FIGS. 5A and 5B and the power in the cases of FIGS. 6C and 6D. It is set to be approximately equal. In other words, at no load, when the inverter input voltage is a low voltage VL, the rated speed N0 is maintained at the duty ratio D1, and when the inverter input voltage is a high voltage VH, the rated speed N0 is maintained at the duty ratio D3. Maintained.

電圧切り換え後はインバータ入力電圧が低くなるので、デューティ比D3(=Δt3/ΔT)はデューティ比D1よりも大きな値となる。そのため、図6(d)に示すようにモータ電流波形の立ち上がりが緩やかになり、モータ電流に含まれる高調波成分が小さくなる。電圧切換前後の電力がほぼ同一となるように切り換えているので、切り換え後のデューティ比D3の大きさは低電圧VLの値によって決まってくる。そのため、低電圧VLは、デューティ比D3が高調波成分の影響が問題とならないような値となるように設定されている。   Since the inverter input voltage becomes lower after the voltage is switched, the duty ratio D3 (= Δt3 / ΔT) is larger than the duty ratio D1. For this reason, as shown in FIG. 6D, the motor current waveform rises gently, and the harmonic component included in the motor current is reduced. Since the power before and after the voltage switching is switched so as to be substantially the same, the magnitude of the duty ratio D3 after the switching is determined by the value of the low voltage VL. Therefore, the low voltage VL is set so that the duty ratio D3 is a value that does not cause the influence of the harmonic component.

図7は、本実施の形態におけるインバータ入力電圧およびデューティ比の制御を説明するフローチャートである。図7に示す制御は、ロータ30が磁気浮上され、モータ回転指令がモータ制御回路44に入力されるとスタートする。ステップS110では、インバータ入力電圧Vを高電圧VHに設定し、モータ駆動を開始する。   FIG. 7 is a flowchart for explaining control of the inverter input voltage and the duty ratio in the present embodiment. The control shown in FIG. 7 starts when the rotor 30 is magnetically levitated and a motor rotation command is input to the motor control circuit 44. In step S110, the inverter input voltage V is set to the high voltage VH, and motor driving is started.

ステップS110の処理によりモータ駆動を開始したならばステップS120に進み、モータ回転数を定格回転数N0まで上昇させる加速制御が開始される。すなわち、回転数センサ23により検出された回転数に基づいて、モータ回転数が目標回転数である定格回転数N0となるように、検出された回転数をフィードバックしてPWM信号のデューティ比Dを設定する。   If the motor drive is started by the process of step S110, the process proceeds to step S120, and acceleration control for increasing the motor speed to the rated speed N0 is started. That is, based on the rotational speed detected by the rotational speed sensor 23, the detected rotational speed is fed back and the duty ratio D of the PWM signal is adjusted so that the motor rotational speed becomes the rated rotational speed N0 that is the target rotational speed. Set.

例えば、定格回転数N0と検出回転数Nとの差分(=N0−N)が所定値ΔN以上の場合にはデューティ比を増加させ、差分が−ΔN以下であった場合にはデューティ比を減少させる。そして、|差分|<ΔNの場合、すなわち定格回転数範囲内となった場合にはデューティ比を変化させず維持させるようにする。また、ステップS110の初期値D0を1とし、デューティ比D=1で加速を開始し、回転数Nが予め定めた回転数N1(<N0)よりも大きくなったならば、上述のように差分に応じてデューティ比制御を行うようにしても良い。   For example, when the difference (= N0−N) between the rated rotational speed N0 and the detected rotational speed N is equal to or larger than a predetermined value ΔN, the duty ratio is increased, and when the difference is smaller than −ΔN, the duty ratio is decreased. Let When | diff | <ΔN, that is, when the difference is within the rated speed range, the duty ratio is maintained without being changed. Further, if the initial value D0 in step S110 is set to 1, acceleration is started at the duty ratio D = 1, and if the rotational speed N becomes larger than a predetermined rotational speed N1 (<N0), the difference is as described above. The duty ratio may be controlled according to the above.

図8は、モータ駆動開始後のデューティ比D、インバータ入力電圧および回転数の時間的変化の一例を示したものである。時刻t1にモータの回転駆動を開始すると、デューティ比Dは初期値D0から徐々に増加する。図8に示す例では時刻t2の時点でD=1となる。その後、回転数Nが定格回転数N0に近付くとデューティ比Dは減少しはじめ、最終的には無負荷定格回転を維持できる値(ここではD1)まで減少する。デューティ比D1においてはモータ負荷とモータ供給電力とが釣り合って回転数(=定格回転数N0)が一定となる。図8に示す例では、デューティ比DがD1となった後に回転数Nが定格回転数N0に達しているが、デューティ比Dの制御の仕方によっては、いったん定格回転数N0を越えた後に減少してN=N0となる場合もある。   FIG. 8 shows an example of the temporal change of the duty ratio D, the inverter input voltage, and the rotation speed after the motor driving is started. When the rotational drive of the motor is started at time t1, the duty ratio D gradually increases from the initial value D0. In the example shown in FIG. 8, D = 1 at time t2. Thereafter, when the rotational speed N approaches the rated rotational speed N0, the duty ratio D starts to decrease, and finally decreases to a value that can maintain the no-load rated rotational speed (D1 here). At the duty ratio D1, the motor load and the motor supply power are balanced, and the rotation speed (= rated rotation speed N0) becomes constant. In the example shown in FIG. 8, the rotational speed N reaches the rated rotational speed N0 after the duty ratio D becomes D1, but depending on how the duty ratio D is controlled, the rotational speed N once decreases after exceeding the rated rotational speed N0. In some cases, N = N0.

図7のステップS130では、回転数センサ23により検出された回転数Nが定格回転数N0となったか否かを判定し、定格回転数N0と判定されるとステップS140へ進んで加速制御を停止する。続くステップS150では、回転数Nが定格回転数N0に維持されるようなデューティ比制御(速度フィードバック制御)を開始する。すなわち、検出される回転数Nが定格回転数N0よりも低下したならばデューティ比Dを増加させ、逆に、回転数Nが定格回転数N0よりも大きくなった場合にはデューティ比Dを減少させる。   In step S130 of FIG. 7, it is determined whether or not the rotational speed N detected by the rotational speed sensor 23 has reached the rated rotational speed N0. If it is determined that the rated rotational speed N0, the routine proceeds to step S140 and acceleration control is stopped. To do. In the following step S150, duty ratio control (speed feedback control) is started so that the rotational speed N is maintained at the rated rotational speed N0. That is, if the detected rotational speed N is lower than the rated rotational speed N0, the duty ratio D is increased. Conversely, if the rotational speed N is larger than the rated rotational speed N0, the duty ratio D is decreased. Let

ステップS160では、デューティ比Dが所定の値D4以下であるか否かを判定する。ここで、デューティ比D4はインバータ入力電圧を高電圧VHから低電圧VLへと切り替える閾値であって、モータ電流の高調波成分が問題となり始めるデューティ比D1よりもやや大きめに設定される。ステップS160においてデューティ比DがD4以下と判定されるとステップS170へ進み、インバータ入力電圧を高電圧VHから低電圧VLに切り替える動作を開始する。   In step S160, it is determined whether the duty ratio D is equal to or less than a predetermined value D4. Here, the duty ratio D4 is a threshold value for switching the inverter input voltage from the high voltage VH to the low voltage VL, and is set slightly larger than the duty ratio D1 at which the harmonic component of the motor current starts to become a problem. If it is determined in step S160 that the duty ratio D is equal to or less than D4, the process proceeds to step S170, and an operation of switching the inverter input voltage from the high voltage VH to the low voltage VL is started.

なお、インバータ入力電圧が変化すると電流値が変化して回転数が変化するが、上述したように、回転数Nが定格回転数N0に維持されるような速度フィードバック制御が行われているので、回転数を元に戻すようにデューティ比Dが変更される。そのため、ステップS170における高電圧VHから低電圧VLへの切り替えは、回転数の変化にデューティ比Dの変化が追従できる程度に徐々に変化させる。   When the inverter input voltage changes, the current value changes and the rotation speed changes. However, as described above, speed feedback control is performed so that the rotation speed N is maintained at the rated rotation speed N0. The duty ratio D is changed so that the rotational speed is restored. Therefore, the switching from the high voltage VH to the low voltage VL in step S170 is gradually changed so that the change in the duty ratio D can follow the change in the rotation speed.

図8に示す例では、ステップS130で回転数が定格回転数N0であると判定された時点では、既にデューティ比DはD1であってD4よりも小さくなっているので、ステップS160でD≦D4と判定されてインバータ入力電圧が低電圧VLに切り替えられる。切り替え前のPWM電圧波形およびモータ電流波形は図5(a),(b)に示す状態であるが、インバータ入力電圧が最終的に低電圧VLになると、図6(c),(d)に示すような状態となる。その結果、モータ電流波形の立ち上がりは緩やかになり、モータ電流中の高調波成分の比率が減少する。なお、図8においては、時刻t3においてデューティ比DがD1からD3へ変化するように記載されているが、実際には上述したように徐々に変化する。後述する、時刻t6,t8における切替の場合も同様である。   In the example shown in FIG. 8, when it is determined in step S130 that the rotational speed is the rated rotational speed N0, since the duty ratio D is already D1 and smaller than D4, D ≦ D4 in step S160. And the inverter input voltage is switched to the low voltage VL. The PWM voltage waveform and the motor current waveform before switching are in the states shown in FIGS. 5A and 5B, but when the inverter input voltage finally becomes a low voltage VL, the waveforms shown in FIGS. The state is as shown. As a result, the motor current waveform rises gradually, and the ratio of harmonic components in the motor current decreases. In FIG. 8, the duty ratio D is described so as to change from D1 to D3 at time t3, but actually changes gradually as described above. The same applies to switching at times t6 and t8, which will be described later.

図7のステップS180では、デューティ比Dが値D5(D3<D5≦1)以上となったか否かを判定し、D≧D5と判定されるとステップS190へ進む。ステップS190では、インバータ入力電圧を低電圧VLから高電圧VHへと切り替える。この場合も、ステップS170の場合と同様に、インバータ入力電圧を徐々に変化させる。ステップS190の処理が終了したら、ステップS160へ戻る。   In step S180 in FIG. 7, it is determined whether or not the duty ratio D is equal to or greater than the value D5 (D3 <D5 ≦ 1). If it is determined that D ≧ D5, the process proceeds to step S190. In step S190, the inverter input voltage is switched from the low voltage VL to the high voltage VH. Also in this case, the inverter input voltage is gradually changed as in step S170. When the process of step S190 is completed, the process returns to step S160.

図8では、時刻t3から時刻t4まではガス負荷=0であって無負荷定格回転状態なので、定格回転数N0に保つためにデューティ比DはD3のまま一定に保持される。そして、時刻t4においてガス流入量の比較的小さい低ガス負荷状態となると、その直後は回転数Nが低下するが、ステップS150の処理によって、回転数Nを定格回転数N0に維持するようにデューティ比Dが変更される。すなわち、図8に示すように、時刻t4直後にデューティ比Dが増加し、回転数Nが定格回転数N0になるとデューティ比Dは一定となる。   In FIG. 8, from time t3 to time t4, the gas load = 0 and the no-load rated rotational state, so the duty ratio D is kept constant at D3 in order to maintain the rated rotational speed N0. Then, when a low gas load state with a relatively small gas inflow amount is reached at time t4, the rotational speed N decreases immediately after that, but the duty of the rotational speed N is maintained at the rated rotational speed N0 by the processing of step S150. The ratio D is changed. That is, as shown in FIG. 8, the duty ratio D increases immediately after time t4, and the duty ratio D becomes constant when the rotational speed N becomes the rated rotational speed N0.

さらに、時刻t5においてガス流入量が増えて高ガス負荷状態となると、再び回転数Nが定格回転数N0に維持されるようにデューティ比Dを増加させる。その後、時刻t6にデューティ比DがD≧D5となると、図7のステップS190の処理によってインバータ入力電圧が低電圧VLから高電圧VHに切り替えられる。インバータ入力電圧切り替え後も、回転数Nが定格回転数N0となるようにデューティ比Dを増加させ、回転数Nが定格回転数N0となったところでデューティ比は一定とされる。   Further, when the gas flow rate increases at time t5 and a high gas load state is reached, the duty ratio D is increased so that the rotational speed N is maintained at the rated rotational speed N0 again. Thereafter, when the duty ratio D becomes D ≧ D5 at time t6, the inverter input voltage is switched from the low voltage VL to the high voltage VH by the process of step S190 in FIG. Even after switching the inverter input voltage, the duty ratio D is increased so that the rotational speed N becomes the rated rotational speed N0, and the duty ratio is made constant when the rotational speed N becomes the rated rotational speed N0.

その後、図8の時刻t7においてガス流入が停止されて無負荷状態となると、回転数Nが定格回転数N0に維持されるようにデューティ比Dを減少させる。デューティ比Dが減少して時刻t8にD≦D4となると、図7のステップS170の処理によりインバータ入力電圧が高電圧VHから低電圧VLに切り換えられる。切り替え後のデューティ比Dは上述したD3よりも大きくなるが、その後も回転数Nが定格回転数N0となるようにデューティ比Dの減少が継続され、無負荷定格回転N0におけるデューティ比D3となったところで、デューティ比Dは一定となる。   Thereafter, when the gas inflow is stopped at time t7 in FIG. 8 and no load is applied, the duty ratio D is decreased so that the rotational speed N is maintained at the rated rotational speed N0. When the duty ratio D decreases and D ≦ D4 at time t8, the inverter input voltage is switched from the high voltage VH to the low voltage VL by the process of step S170 in FIG. The duty ratio D after switching becomes larger than D3 described above, but thereafter, the duty ratio D continues to decrease so that the rotational speed N becomes the rated rotational speed N0, and becomes the duty ratio D3 at the no-load rated rotational NO. Incidentally, the duty ratio D is constant.

図9(a)は、図7,8で説明した電圧切り替えの場合の、モータ負荷とデューティ比Dとの関係を示す図である。横軸はモータ負荷であり、無負荷と記した位置はガス負荷がゼロとなる所である。ラインL1はインバータ入力電圧が高電圧VHの場合を示し、ラインL2はインバータ入力電圧が低電圧VLの場合を示す。無負荷状態(無負荷定格回転状態)では、ラインL1の場合にはデューティ比D1となり、ラインL2の場合にはデューティ比D3となる。   FIG. 9A is a diagram illustrating a relationship between the motor load and the duty ratio D in the case of the voltage switching described with reference to FIGS. The horizontal axis is the motor load, and the position marked as no load is where the gas load is zero. Line L1 shows the case where the inverter input voltage is the high voltage VH, and line L2 shows the case where the inverter input voltage is the low voltage VL. In the no-load state (no-load rated rotation state), the duty ratio D1 is obtained for the line L1, and the duty ratio D3 is obtained for the line L2.

インバータ入力電圧を高電圧VHから低電圧VLへと切り換える場合には、デューティ比DがD4以下となった時点で切り替わり、インバータ入力電圧を低電圧VLから高電圧VHへと切り換える場合には、デューティ比DがD5以上となった時点で切り替わる。すなわち、モータ負荷が減少する場合と上昇する場合とでは切換時のモータ負荷が異なっている。そのため、切り替わり点の近辺でモータ負荷が変動するようなことがあっても、高電圧VHと低電圧VLとの間で頻繁に切り替わるという不都合を避けることができる。   When the inverter input voltage is switched from the high voltage VH to the low voltage VL, it is switched when the duty ratio D becomes D4 or less, and when the inverter input voltage is switched from the low voltage VL to the high voltage VH, the duty is switched. It switches when the ratio D becomes D5 or more. That is, the motor load at the time of switching differs between when the motor load decreases and when it increases. For this reason, even if the motor load fluctuates in the vicinity of the switching point, it is possible to avoid the inconvenience of frequently switching between the high voltage VH and the low voltage VL.

図9(a)に示す例では、上述したようにモータ電流の高調波成分が問題となるデューティ比D1よりもやや大きなデューティ比D4において、インバータ入力電圧を高電圧VHから低電圧VLへと切り換えてデューティ比Dを大きくするようにした。一方、図9(b)に示す例では、モータ負荷を高負荷と低負荷とに区分し、モータ負荷がその境界を越えたときにインバータ入力電圧を切り換えるようにした。その境界におけるデューティ比Dは、ラインL1の場合にはD6となり、ラインL2の場合にはD7となる。D6はD3よりも大きいので、高負荷、低負荷にかかわらず、デューティ比DはD3以上となり、モータ電流の高調波成分の発生をより低減することができる。図9(b)の場合も、図9(a)に示すように切り換えの方向によってモータ負荷が異なる、いわゆるヒステリシスを設けるようにしても良い。   In the example shown in FIG. 9A, the inverter input voltage is switched from the high voltage VH to the low voltage VL at the duty ratio D4 that is slightly larger than the duty ratio D1 in which the harmonic component of the motor current becomes a problem as described above. Thus, the duty ratio D is increased. On the other hand, in the example shown in FIG. 9B, the motor load is divided into a high load and a low load, and the inverter input voltage is switched when the motor load exceeds the boundary. The duty ratio D at the boundary is D6 for the line L1 and D7 for the line L2. Since D6 is larger than D3, the duty ratio D becomes D3 or more regardless of whether the load is high or low, and the generation of harmonic components of the motor current can be further reduced. In the case of FIG. 9B as well, so-called hysteresis in which the motor load varies depending on the switching direction as shown in FIG. 9A may be provided.

上述した例では、インバータ入力電圧を高電圧VHと低電圧VLとの間で切り換える場合について説明したが、3種類の以上の設定電圧を設けて3段階以上で切り換える場合にも同様に適用することができる。図10に、インバータ入力電圧をV1,V2,V3の三種類に区分して、3段階で切り換える場合の一例を示した。ラインL11は高電圧V1の場合を、ラインL12は中電圧V2の場合を、ラインL13は低電圧V3の場合をそれぞれ示す。   In the above-described example, the case where the inverter input voltage is switched between the high voltage VH and the low voltage VL has been described. However, the same applies to the case where three or more kinds of setting voltages are provided and switching is performed in three or more stages. Can do. FIG. 10 shows an example in which the inverter input voltage is divided into three types V1, V2, and V3 and switched in three stages. Line L11 shows the case of high voltage V1, line L12 shows the case of medium voltage V2, and line L13 shows the case of low voltage V3.

ここでは、低負荷、中負荷および高負荷の区分は、電圧V1,V2,V3におけるデューティ比Dが等しい値D8となるように設定した。高電圧V1から中電圧V2へ切り換えるとデューティ比DはD8からD9へと大きくなり、中電圧V2から低電圧V3へ切り換えるとデューティ比DはD8からD10へと大きくなる。この例の場合には、デューティ比Dは、モータ電流の高調波成分が問題となるデューティ比D1よりも十分に大きなD8以上に設定されることになる。   Here, the low load, the medium load, and the high load are set such that the duty ratio D at the voltages V1, V2, and V3 is equal to the value D8. When the high voltage V1 is switched to the medium voltage V2, the duty ratio D increases from D8 to D9, and when the medium voltage V2 is switched to the low voltage V3, the duty ratio D increases from D8 to D10. In the case of this example, the duty ratio D is set to be not less than D8 which is sufficiently larger than the duty ratio D1 in which the harmonic component of the motor current becomes a problem.

上述したように、排気機能部としての回転翼32およびネジロータ31が形成されたロータ30をモータ36で回転駆動して排気を行う真空ポンプ(ターボ分子ポンプ)に用いられる真空ポンプ用モータ駆動装置において、モータ36を駆動するインバータ43と、インバータ43のインバータ入力電圧として異なる複数の設定電圧を有するDC/DCコンバータ41と、モータ負荷情報に応じてDC/DCコンバータ41の設定電圧を切り換える電圧切換手段としてのモータ制御回路44とを備え、モータ制御回路44は、モータ36の回転数が所定の目標回転数に維持されるようにPWM信号のデューティ比を設定し、インバータ43をPWM制御するようにした。モータ負荷情報としては、インバータ入力電圧とデューティ比Dとの組み合わせ、または、インバータ入力電圧と電流センサ42とにより検出されるモータ電量との組み合わせがある。これらの情報から、モータ負荷を推定することができる。また、ターボ分子ポンプが装着された真空装置側のコントローラからガス負荷情報がターボ分子ポンプのコントローラに入力されるような構成であった場合、入力されたガス負荷情報をモータ負荷情報として用いるようにしても良い。   As described above, in the vacuum pump motor drive device used in the vacuum pump (turbo molecular pump) that exhausts by rotating the rotor 30 formed with the rotor blades 32 and the screw rotor 31 as the exhaust function unit by the motor 36. The inverter 43 for driving the motor 36, the DC / DC converter 41 having a plurality of different set voltages as the inverter input voltage of the inverter 43, and the voltage switching means for switching the set voltage of the DC / DC converter 41 according to the motor load information The motor control circuit 44 sets the duty ratio of the PWM signal so that the rotation speed of the motor 36 is maintained at a predetermined target rotation speed, and performs PWM control of the inverter 43. did. The motor load information includes a combination of the inverter input voltage and the duty ratio D, or a combination of the inverter input voltage and the motor power detected by the current sensor 42. From these pieces of information, the motor load can be estimated. Further, when the gas load information is inputted to the turbo molecular pump controller from the controller on the vacuum device side where the turbo molecular pump is mounted, the inputted gas load information is used as the motor load information. May be.

その結果、モータ負荷に合わせてインバータ入力電圧を低くすることができる。そのため、モータ電流の高調波成分が低減し、渦電流損を低減することができ、省電力化やロータ発熱の低減が可能となる。また、モータの電磁力起因の振動発生およびノイズ発生を低減することができる。なお、設定電圧を切り換えた際に、切換前後でモータ電力がほぼ等しくなるようにデューティ比を設定するようにしたので、切換後の回転数の変化をほぼ防止することができる。   As a result, the inverter input voltage can be lowered according to the motor load. Therefore, the harmonic component of the motor current is reduced, eddy current loss can be reduced, and power saving and rotor heat generation can be reduced. Further, it is possible to reduce the occurrence of vibration and noise due to the electromagnetic force of the motor. Note that when the set voltage is switched, the duty ratio is set so that the motor power is approximately equal before and after switching, so that the change in the rotational speed after switching can be substantially prevented.

なお、設定電圧(すなわちインバータ入力電圧)を切り換えた際に、切換前後でモータ電力がほぼ等しくなるようにデューティ比を設定することにより、切り換え後に回転数が変化するのを防止することができる。   When the set voltage (that is, the inverter input voltage) is switched, the duty ratio is set so that the motor power is substantially equal before and after the switching, thereby preventing the rotation speed from changing after the switching.

また、図10の高負荷、中負荷および低負荷で示す領域のように、複数の設定電圧V1,V2,V3はそれぞれ異なるモータ負荷領域に対応付けられて設けられ、かつ、高負荷側のモータ負荷領域ほどより大きな設定電圧が対応付けられている。そして、高負荷の領域と低負荷側に隣接する中負荷の領域との境界負荷値に関して、モータ負荷が境界負荷値よりも大きい場合には高負荷の領域に対応付けられたインバータ入力電圧V1に切り換え、モータ負荷が境界負荷値よりも小さい場合には中負荷の領域に対応付けられたインバータ入力電圧V2に切り換えるようにした。   Further, like the regions indicated by high load, medium load, and low load in FIG. 10, the plurality of set voltages V1, V2, and V3 are provided in association with different motor load regions, and the motor on the high load side is provided. A larger set voltage is associated with the load region. When the motor load is larger than the boundary load value with respect to the boundary load value between the high load region and the middle load region adjacent to the low load side, the inverter input voltage V1 associated with the high load region is When the motor load is smaller than the boundary load value, the inverter input voltage V2 associated with the medium load region is switched.

その結果、負荷が低下してデューティ比Dが低下して閾値であるD8を下回るような負荷状況においても、インバータ入力電圧をV1からV2に切り換えることによりデューティ比DをD8よりも大きく維持することができ、モータ電流の高調波成分の増加という問題を防止することができる。   As a result, the duty ratio D is maintained higher than D8 by switching the inverter input voltage from V1 to V2 even in a load situation in which the load decreases and the duty ratio D decreases and falls below the threshold value D8. And the problem of an increase in the harmonic component of the motor current can be prevented.

また、図9に示すように、モータ負荷情報としてのデューティ比Dが所定値D4以下と判定された場合に、設定電圧を電圧値VHからより低い電圧値VLに切り換えるようにしても良い。   Further, as shown in FIG. 9, when it is determined that the duty ratio D as the motor load information is equal to or less than the predetermined value D4, the set voltage may be switched from the voltage value VH to a lower voltage value VL.

なお、上述した図7の説明では、デューティ比Dが閾値D4以下となったときにインバータ入力電圧を切り換えるようにしたが、指令値であるデューティ比Dに代えて、PWM制御の結果としてのモータ電流値を用いて制御する用にしても良い。すなわち、検出されるモータ電流値が電流閾値以下となった場合には、インバータ入力電圧をVHからVLへ切り換える。   In the description of FIG. 7 described above, the inverter input voltage is switched when the duty ratio D becomes equal to or less than the threshold value D4. However, instead of the duty ratio D as a command value, the motor as a result of the PWM control is changed. You may use for control using an electric current value. That is, when the detected motor current value is equal to or less than the current threshold, the inverter input voltage is switched from VH to VL.

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。   Each of the embodiments described above may be used alone or in combination. This is because the effects of the respective embodiments can be achieved independently or synergistically. In addition, the present invention is not limited to the above embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired.

例えば、磁気浮上式のターボ分子ポンプを例に説明したが、もちろん磁気浮上式でないターボ分子ポンプにも適用可能である。また、上述のターボ分子ポンプでは回転数センサ23によりモータ回転数を検出するようにしているが、本発明はセンサレスのターボ分子ポンプにも適用できる。さらには、ロータを高速回転するモータをPWM制御する真空ポンプであれば、ターボ分子ポンプ以外の真空ポンプにも適用することができる。   For example, although a magnetic levitation type turbo molecular pump has been described as an example, it can be applied to a turbo molecular pump that is not a magnetic levitation type. In the turbo molecular pump described above, the motor rotation speed is detected by the rotation speed sensor 23, but the present invention can also be applied to a sensorless turbo molecular pump. Furthermore, any vacuum pump other than the turbo molecular pump can be applied as long as it is a vacuum pump that PWM-controls a motor that rotates the rotor at a high speed.

1:ポンプユニット、23:回転数センサ、30:ロータ、31:ネジロータ、32:回転翼、33:固定翼、36:モータ、39:ネジステータ、41:DC/DCコンバータ、42:電圧センサ、43:インバータ、44:モータ制御回路、Tr1〜Tr6:スイッチング素子   1: pump unit, 23: rotational speed sensor, 30: rotor, 31: screw rotor, 32: rotary blade, 33: fixed blade, 36: motor, 39: screw stator, 41: DC / DC converter, 42: voltage sensor, 43 : Inverter, 44: Motor control circuit, Tr1 to Tr6: Switching elements

Claims (5)

排気機能部が形成されたロータをモータで回転駆動して排気を行う真空ポンプに用いられる真空ポンプ用モータ駆動装置であって、
前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータのインバータ入力電圧として異なる複数の設定電圧を有する直流電圧源と、
モータ負荷情報に応じて前記直流電圧源の設定電圧を切り換える電圧切換手段と、
前記モータの回転数が所定の目標回転数に維持されるようにPWM信号のデューティ比を設定し、前記インバータをPWM制御するモータ制御回路と、を備えたことを特徴とする真空ポンプ用モータ駆動装置。
A motor driving device for a vacuum pump used for a vacuum pump that exhausts by rotating a rotor formed with an exhaust function part with a motor,
An inverter for driving the motor;
DC voltage sources having a plurality of different set voltages as the inverter input voltage of the inverter;
Voltage switching means for switching a set voltage of the DC voltage source according to motor load information;
A motor drive for a vacuum pump, comprising: a motor control circuit that sets a duty ratio of a PWM signal so that the rotation speed of the motor is maintained at a predetermined target rotation speed and performs PWM control of the inverter apparatus.
請求項1に記載の真空ポンプ用モータ駆動装置において、
前記複数の設定電圧はそれぞれ異なるモータ負荷領域に対応付けられて設けられ、かつ、高負荷側のモータ負荷領域ほどより大きな設定電圧が対応付けられていることを特徴とする真空ポンプ用モータ駆動装置。
The motor driving device for a vacuum pump according to claim 1,
The plurality of set voltages are provided so as to be associated with different motor load regions, respectively, and a higher set voltage is associated with a motor load region on the higher load side. .
請求項2に記載の真空ポンプ用モータ駆動装置において、
モータ電流値および前記デューティ比のいずれか一方と前記電圧切換手段によって設定されている設定電圧とに基づいて、前記モータ負荷情報としてのモータ負荷を演算する演算手段を備え、
前記電圧切換手段は、第1モータ負荷領域と該負荷領域の低負荷側に隣接する第2モータ負荷領域との境界負荷値に関して、前記モータ負荷が前記境界負荷値よりも大きい場合には前記第1モータ負荷領域に対応付けられた第1設定電圧に切り換え、前記モータ負荷が前記境界負荷値よりも小さい場合には前記第2モータ負荷領域に対応付けられた第2設定電圧に切り換えることを特徴とする真空ポンプ用モータ駆動装置。
The motor driving device for a vacuum pump according to claim 2,
Based on one of the motor current value and the duty ratio and the set voltage set by the voltage switching means, the calculation means for calculating the motor load as the motor load information,
When the motor load is greater than the boundary load value with respect to the boundary load value between the first motor load region and the second motor load region adjacent to the low load side of the load region, the voltage switching means Switching to a first set voltage associated with one motor load region, and switching to a second set voltage associated with the second motor load region when the motor load is smaller than the boundary load value. A motor drive device for a vacuum pump.
請求項1に記載の真空ポンプ用モータ駆動装置において、
前記モータ負荷情報としての前記デューティ比が所定値以下か否かを判定する判定手段を備え、
前記電圧切換手段は、前記判定手段により所定値以下と判定された場合には前記設定電圧をより小さな設定電圧に切り換えることを特徴とする真空ポンプ用モータ駆動装置。
The motor driving device for a vacuum pump according to claim 1,
Determination means for determining whether the duty ratio as the motor load information is a predetermined value or less;
The motor driving device for a vacuum pump, wherein the voltage switching unit switches the set voltage to a smaller set voltage when the determination unit determines that the voltage is not more than a predetermined value.
排気機能部が形成されたロータをモータで回転駆動して排気を行う真空ポンプと、
請求項1乃至4に記載の真空ポンプ用モータ駆動装置と、を備えるポンプシステム。
A vacuum pump that exhausts by rotating a rotor formed with an exhaust function unit with a motor;
A pump system comprising: the vacuum pump motor drive device according to claim 1.
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