JP2017145726A - Dry vacuum pump device, control method for the same and control program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ドライ真空ポンプ装置、その制御方法および制御プログラムに係り、特に1秒以下程度の短時間に発生する停電を指す、「瞬停」等の停電後、真空ポンプの速度を直ちに定格状態に復帰できるドライ真空ポンプ装置、その制御方法および制御プログラムに関するものである。 The present invention relates to a dry vacuum pump apparatus, a control method thereof, and a control program, and particularly refers to a power failure that occurs in a short time of about 1 second or less. The present invention relates to a dry vacuum pump apparatus capable of returning to the above, a control method thereof, and a control program.
半導体デバイス、液晶、太陽光パネル、LED等の生産ラインにおいて、各種処理を行うチャンバ内を真空排気するためにドライ真空ポンプ装置が広く使用されている。ドライ真空ポンプ装置が、1秒以下程度の短時間に発生する停電を指す、「瞬停」等の停電によってポンプ運転制御が停止すると、真空ポンプの排気によって実現されていたチャンバの内圧が上昇し、チャンバ内のプロセス条件変化が発生する事で製造処理を続行することができず、生産ラインが停止する。停電によるドライ真空ポンプ装置のポンプ運転制御停止時間が長引くほど、甚大な被害につながるため、復電後は直ちにドライ真空ポンプ装置を再起動することが望まれる。また、停電によりチャンバの真空が破壊されると、チャンバ内で処理中であった製品を破損してしまうため、停電があってもチャンバ内圧への影響を軽微に抑えることが望まれる。 In production lines for semiconductor devices, liquid crystals, solar panels, LEDs, and the like, dry vacuum pump apparatuses are widely used for evacuating the inside of chambers for various processes. When the pump operation control is stopped by a power failure such as “instantaneous power failure”, which indicates a power failure that occurs in a short time of about 1 second or less, the internal pressure of the chamber realized by exhausting the vacuum pump increases. When the process conditions in the chamber change, the manufacturing process cannot be continued and the production line is stopped. The longer the pump operation control stop time of the dry vacuum pump device due to a power failure, the more serious damage is caused. Therefore, it is desirable to restart the dry vacuum pump device immediately after power recovery. In addition, if the vacuum in the chamber is broken due to a power failure, the product being processed in the chamber is damaged. Therefore, it is desirable to minimize the influence on the chamber internal pressure even if a power failure occurs.
一般的に、ドライ真空ポンプ装置は、ドライ真空ポンプと、ドライ真空ポンプを駆動するモータと、モータの回転速度(回転周波数)を制御するインバータと、インバータの動作を制御する制御装置とを備え、モータに可変周波数の交流電力を供給することにより、ドライ真空ポンプの運転速度を制御するようにしている。 Generally, a dry vacuum pump device includes a dry vacuum pump, a motor that drives the dry vacuum pump, an inverter that controls the rotational speed (rotational frequency) of the motor, and a control device that controls the operation of the inverter. The operation speed of the dry vacuum pump is controlled by supplying AC power of variable frequency to the motor.
上述したインバータを備えたドライ真空ポンプ装置において、停電によってインバータ装置から真空ポンプ駆動モータへの電力供給が停止するため、真空ポンプとしては運転停止状態になり、ポンプ駆動モータは減速状態となる。
その後、入力電源が復電すると、直後にインバータ装置の出力制御は機能回復する。しかし、特にロータ側に永久磁石を用いた、直流無整流子電動機の場合、このポンプモータが回転状態にある時、インバータ出力を再開しようとすると、あたかもこのモータ自身がインバータ出力端子側に電力を供給する発電機であるかのごとく、大きな回生電力が発生する。
In the dry vacuum pump apparatus provided with the inverter described above, the power supply from the inverter apparatus to the vacuum pump drive motor is stopped due to a power failure, so that the operation of the vacuum pump is stopped and the pump drive motor is decelerated.
Thereafter, when the input power is restored, the output control of the inverter device recovers its function immediately after. However, especially in the case of a DC non-commutator motor that uses a permanent magnet on the rotor side, when this pump motor is in a rotating state, if the inverter output is resumed, it is as if the motor itself supplies power to the inverter output terminal side. Large regenerative power is generated as if it were a generator to be supplied.
該回生電力によってインバータがダメージを受けるのを回避するために、一般的な手法では回生電力消費用の回生抵抗を設け、回生分の電力をこの抵抗により熱放散させる方法や、回生抵抗を設けずに、回生電力を電源側(入力側)に戻す制御を行う方法、或いは、モータが所定の回転数以下になるまで、インバータ制御は復帰せず、回生電力をモータ減速より自然減衰させる方法が提唱されている。 In order to avoid damage to the inverter due to the regenerative power, a general method is to provide a regenerative resistor for consuming regenerative power, and a method for dissipating heat from the regenerative power by this resistor, or a regenerative resistor is not provided. In addition, a method of performing control to return the regenerative power to the power supply side (input side) or a method of spontaneously attenuating the regenerative power from the motor deceleration without returning to the inverter control until the motor reaches a predetermined rotation speed or less is proposed. Has been.
しかしながら、回生電力を回生抵抗で消費するように構成する場合には、回生抵抗および回生抵抗に回生電流を流すためのスイッチング機構が必要となる。そのため、部品点数が多くなり、インバータ装置全体が大型化し且つコストが上昇するという課題点がある。
また、回生電力を電源側(入力側)に戻す制御を行う場合には、インバータ内のスイッチング素子等のパワーデバイスの制御が難しく、制御用回路を設けるコストも上昇するので、回生電力を入力側に返す制御にも課題点がある。
However, when the regenerative power is consumed by the regenerative resistor, a regenerative resistor and a switching mechanism for flowing a regenerative current through the regenerative resistor are required. Therefore, there are problems that the number of parts increases, the entire inverter device becomes larger, and the cost increases.
In addition, when performing control to return the regenerative power to the power supply side (input side), it is difficult to control power devices such as switching elements in the inverter, and the cost of providing a control circuit increases. There is also a problem in the control to return to
そこで、上述の問題点を解消し装置コストの上昇を避けるために、通常、ドライ真空ポンプ装置においては、停電時に、回生電力がインバータ側に返らないよう、ポンプ・モータが所定の回転数以下になるまで、インバータ制御は復帰せず、回生電力をモータ減速にて自然消費させ、ポンプ・モータが所定の回転数以下になった後、ドライ真空ポンプを再起動するようにしている。 Therefore, in order to eliminate the above-mentioned problems and avoid an increase in equipment cost, normally, in a dry vacuum pump device, the pump / motor is kept below a predetermined rotational speed so that regenerative power does not return to the inverter side at the time of a power failure. Until then, the inverter control does not return, the regenerative power is naturally consumed by the motor deceleration, and the dry vacuum pump is restarted after the pump / motor is below a predetermined number of revolutions.
一方で、ドライ真空ポンプの速度が低下すると、ポンプ性能が低下し、チャンバ内のガスの排気速度が低下するため、チャンバ内圧が上昇し、チャンバの真空が破壊され、チャンバ内で製造処理中の製品がダメージを受ける。
また、半導体製造装置に対して、ドライ真空ポンプを使用する場合、半導体製造装置業界標準として制定されているSEMI規格にて、瞬時停電に関する規定が有り、1秒以内の停電発生時には通常通りの運転継続と復電時には速やかなポンプ回転復帰が求められている。
したがって、半導体製造装置向けのドライ真空ポンプでは、停電発生復電後のポンプ速度の復帰に対する制御方法が、大きな課題となっている。
On the other hand, when the speed of the dry vacuum pump decreases, the pump performance decreases and the exhaust speed of the gas in the chamber decreases, so that the internal pressure of the chamber increases, the vacuum in the chamber is broken, and the manufacturing process is being performed in the chamber. The product is damaged.
When using a dry vacuum pump for semiconductor manufacturing equipment, the SEMI standard established as an industry standard for semiconductor manufacturing equipment has provisions for instantaneous power outages and normal operation when a power outage occurs within 1 second. There is a need for quick pump rotation recovery during continuation and power recovery.
Therefore, in a dry vacuum pump for semiconductor manufacturing equipment, a control method for returning the pump speed after a power failure occurs and power recovery is a major issue.
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、瞬時停電に起因する排気対象のチャンバの内圧の変動を極小にすることができるドライ真空ポンプ装置、その制御方法および制御プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a dry vacuum pump apparatus that can minimize fluctuations in the internal pressure of a chamber to be exhausted due to an instantaneous power failure, a control method thereof, and a control program. Objective.
本発明のドライ真空ポンプ装置の態様は、ドライ真空ポンプと、前記ドライ真空ポンプを駆動するモータと、前記モータに可変周波数の交流電力を供給しモータの回転速度を制御するインバータと、前記インバータを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、停電を検出する機能を具備し、前記制御装置は、停電から復帰した復電後に前記インバータがインバータ定格電流の1.5〜3.0倍の電流をモータに供給するように前記インバータを制御することを特徴とする。 An aspect of the dry vacuum pump apparatus of the present invention includes a dry vacuum pump, a motor that drives the dry vacuum pump, an inverter that supplies AC power of variable frequency to the motor and controls a rotation speed of the motor, and the inverter. A control device for controlling, the control device has a function of detecting a power failure, the control device is 1.5 to 3.0 times the rated current of the inverter after the power is restored from the power failure The inverter is controlled to supply current to the motor.
本発明の好ましい態様は、前記制御装置は、復電後に前記ドライ真空ポンプの速度が所定速度に復帰した時に、前記インバータがインバータ定格電流以下の電流をモータに供給するように前記インバータを制御することを特徴とする。 In a preferred aspect of the present invention, the control device controls the inverter so that when the speed of the dry vacuum pump returns to a predetermined speed after power recovery, the inverter supplies a current equal to or lower than an inverter rated current to the motor. It is characterized by that.
本発明の好ましい態様は、前記インバータのスイッチング素子の定格電流は、前記インバータ定格電流の1.5〜3.0倍であることを特徴とする。 In a preferred aspect of the present invention, the rated current of the switching element of the inverter is 1.5 to 3.0 times the rated current of the inverter.
本発明のドライ真空ポンプ装置の制御方法の態様は、ドライ真空ポンプと、前記ドライ真空ポンプを駆動するモータと、前記モータに可変周波数の交流電力を供給しモータの回転速度を制御するインバータとを備えたドライ真空ポンプ装置の制御方法において、停電からの復電後に前記インバータがインバータ定格電流の1.5〜3.0倍の電流をモータに供給するように前記インバータを制御することを特徴とする。 The aspect of the control method of the dry vacuum pump apparatus of the present invention includes a dry vacuum pump, a motor that drives the dry vacuum pump, and an inverter that supplies AC power of variable frequency to the motor and controls the rotational speed of the motor. In the control method of the dry vacuum pump apparatus provided, the inverter is controlled so that the inverter supplies a current of 1.5 to 3.0 times the rated current of the inverter to the motor after power is restored from a power failure. To do.
本発明の好ましい態様は、前記復電後に前記ドライ真空ポンプの速度が所定速度に復帰した時に、前記インバータがインバータ定格電流以下の電流をモータに供給するように前記インバータを制御することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記インバータのスイッチング素子の定格電流は、前記インバータ定格電流の1.5〜3.0倍であることを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, when the speed of the dry vacuum pump returns to a predetermined speed after the power recovery, the inverter controls the inverter so that a current equal to or lower than an inverter rated current is supplied to the motor. To do.
In a preferred aspect of the present invention, the rated current of the switching element of the inverter is 1.5 to 3.0 times the rated current of the inverter.
本発明のドライ真空ポンプ装置の制御プログラムの態様は、ドライ真空ポンプと、前記ドライ真空ポンプを駆動するモータと、前記モータに可変周波数の交流電力を供給しモータの回転速度を制御するインバータとを備えたドライ真空ポンプ装置の制御プログラムであって、前記制御プログラムにより、前記ドライ真空ポンプ装置は、停電からの復電後に前記インバータがインバータ定格電流の1.5〜3.0倍の電流をモータに供給するように前記インバータが制御されることを特徴とする。 The aspect of the control program of the dry vacuum pump apparatus of the present invention includes a dry vacuum pump, a motor that drives the dry vacuum pump, and an inverter that supplies AC power of variable frequency to the motor and controls the rotational speed of the motor. The dry vacuum pump device includes a control program for the dry vacuum pump device, wherein the inverter causes the inverter to drive a current 1.5 to 3.0 times the inverter rated current after power is restored from a power failure. The inverter is controlled so as to be supplied to the inverter.
本発明の好ましい態様は、前記制御プログラムにより、前記ドライ真空ポンプ装置は、前記復電後に前記ドライ真空ポンプの速度が所定速度に復帰した時に、前記インバータがインバータ定格電流以下の電流をモータに供給するように前記インバータが制御されることを特徴とする。 According to a preferred aspect of the present invention, the control program causes the dry vacuum pump device to supply the motor with a current equal to or lower than the inverter rated current when the speed of the dry vacuum pump returns to a predetermined speed after the power recovery. Thus, the inverter is controlled.
本発明によれば、瞬時停電を検出して、瞬時停電から復帰したら、インバータからインバータ定格電流の数倍の大電流をモータに供給することによって、停電によって低下したポンプ速度を直ちに復帰させることができる。従って、ドライ真空ポンプによって排気されるチャンバの内圧の変動を極小にすることができる。 According to the present invention, when an instantaneous power failure is detected and recovered from the instantaneous power failure, the pump speed reduced by the power failure can be immediately recovered by supplying a large current several times the inverter rated current from the inverter to the motor. it can. Therefore, fluctuations in the internal pressure of the chamber exhausted by the dry vacuum pump can be minimized.
以下、本発明に係るドライ真空ポンプ装置、その制御方法および制御プログラムの実施形態を図1乃至図5を参照して説明する。図1乃至図5において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図1は、本発明に係るドライ真空ポンプ装置の全体構成を示す模式図である。図1に示すように、ドライ真空ポンプ装置は、ドライ真空ポンプ1と、ドライ真空ポンプ1を回転駆動するモータ2と、モータ2の回転速度を制御するモータドライバ3と、モータドライバ3の動作を制御する制御装置4とを備えている。モータドライバ3は、ブレーカ6を介して商用電源等のAC電源7に接続されている。ドライ真空ポンプ1の吸気口は半導体製造装置等のチャンバ5に接続されており、チャンバ5内をドライ真空ポンプ1により真空排気するように構成されている。
Hereinafter, embodiments of a dry vacuum pump device, a control method thereof, and a control program according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a dry vacuum pump apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the dry vacuum pump device includes a
モータドライバ3は、AC電源7から供給された交流電力を直流電力に変換するコンバータ10と、変換された直流電力を所望の周波数を有する交流電力に変換するインバータ11と、インバータ11のスイッチング素子S1〜S6のON−OFF動作を指令するゲートドライブ信号をインバータ11に送るドライバ制御部12とを備えている。コンバータ10には、電圧を平滑化するためのコンデンサC1が備えられている。
The
ドライバ制御部12は、ドライ真空ポンプ1の運転指令速度等に基づいてPWM信号を生成し、これをインバータ11に送信する。制御装置4は、ドライバ3全体の動作を制御し、さらに外部の上位機器との通信をするように構成されている。ドライバ制御部12は、モータ2の運転情報として、モータドライバ3からモータ2に供給される電流値を受け取り、この電流値からモータ2の回転速度を算出し、予め定められた目標回転速度と算出された回転速度との差に基づいてPWM信号を生成し、これをモータドライバ3のインバータ11に送信する。インバータ11はPWM信号に従ってスイッチング素子S1〜S6を駆動し、モータ2を目標回転速度で回転させるための入力電圧をモータ2に印加する。さらに、制御装置4は、ユーザの操作に従ってドライ真空ポンプ1の起動信号および停止信号をドライバ制御部12に送信するように構成されている。
The
図1に示すように構成されたドライ真空ポンプ装置において、瞬停等の停電時には、ドライ真空ポンプ1が運転停止になるが、この運転停止時の減速に伴い、モータ2において回生電力が発生する。この回生電力はインバータ11に返ってくる。
本発明においては、停電後の復電時に制御装置4からモータドライバ3にドライ真空ポンプ1の起動信号を送信、或いは停電最中も起動信号を送信し続け、AC電源7からインバータ11にモータ駆動用電力を供給するように構成しているため、インバータ11にはモータ2からの回生電力とAC電源7から供給されるモータ駆動用電力とが重畳されることになる。すなわち、インバータ11には、モータ2からの回生電流とAC電源7からのモータ駆動用電流とが重畳されることになるため、この重畳される大きな電流にインバータ11が耐えられるようにする必要がある。そのため、本発明においては、インバータのスイッチング素子の定格電流について、汎用インバータの定格電流よりも大きい定格電流の専用インバータを用いている。
In the dry vacuum pump apparatus configured as shown in FIG. 1, the
In the present invention, at the time of power recovery after a power failure, the controller 4 transmits a start signal for the
汎用インバータの定格電力と、使用するスイッチング素子の定格電流仕様の関係は、インバータメーカ各社で独自の計算方法を採用しているが、表1は、その一例と、本発明で用いる専用インバータとの比較対比表である。
このように、インバータ11を大電流に耐えられるスイッチング素子を有するインバータで構成することにより、停電時にモータ側で発生する回生電力をインバータ11のパワーデバイスで消費しつつAC電源7から電力をインバータ11に供給することにより、1秒以内の短時間の停電発生、復電後は直ちにドライ真空ポンプ1を再起動することが可能である。
In this way, by configuring the
図2(a),(b)は、従来技術によるドライ真空ポンプ装置の制御と本発明の一態様におけるドライ真空ポンプ1の制御を対比して示すグラフであり、図2(a)は従来技術によるドライ真空ポンプ装置の制御を示し、図2(b)は本発明の一態様におけるドライ真空ポンプ装置1の制御を示す。図2(a),(b)において、横軸は時間(t)を示し、1秒は1sで示す。縦軸は、インバータへの入力電圧(V)、インバータ出力、ポンプ回転数(rpm)およびチャンバ内圧を示す。
図2(a)に示すように、従来技術においては、瞬停によってインバータへの入力電圧がOFFになると、インバータ出力もOFFになる。瞬停後に復電しても、モータの回転数が低下し、回生電力が発生しない、もしくは、発生する回生電力が十分に小さくなるのを待つため、インバータ出力OFFの状態は1秒近く継続する。インバータ出力がOFFの間に、ポンプ回転数は低下し、チャンバ内圧は上昇する。図2(a)においては瞬停の時間が短い場合と、やや長い場合と、中間の場合の三つの態様が示されているが、瞬停の時間の長短に拘わらずインバータ出力は約1秒間OFFとなり、いずれの態様においてもポンプ回転数の低下度合およびチャンバ内圧の上昇度合は概略同一である。
2 (a) and 2 (b) are graphs showing the control of the dry vacuum pump apparatus according to the prior art and the control of the
As shown in FIG. 2A, in the prior art, when the input voltage to the inverter is turned off due to momentary power interruption, the inverter output is also turned off. Even if power is restored after a momentary power failure, the inverter output OFF state continues for almost 1 second in order to wait for the motor speed to decrease and regenerative power not to be generated or to be sufficiently reduced. . While the inverter output is OFF, the pump rotation speed decreases and the chamber internal pressure increases. In FIG. 2 (a), three modes are shown for the case where the instantaneous stop time is short, slightly longer, and intermediate, but the inverter output is about 1 second regardless of the short stop time. In any aspect, the degree of decrease in the pump speed and the degree of increase in the chamber internal pressure are substantially the same.
図2(b)に示すように、本発明の一態様においては、瞬停によってインバータへの入力電圧がOFFになるとインバータ出力もOFFになるが、復電すると、モータの回転数低下によって発生する回生電力が低下するのを待つことなく、直ちにインバータ出力はONになる。図2(b)においても、瞬停の時間が短い場合と、やや長い場合と、中間の場合の三つの態様が示されているが、いずれの態様においても復電すると直ちにインバータ出力はONになる。このように、復電後にインバータ出力が直ちにONになるために、ポンプ回転数の低下およびチャンバ内圧の上昇は抑制される。 As shown in FIG. 2 (b), in one aspect of the present invention, when the input voltage to the inverter is turned off due to a momentary power failure, the inverter output is also turned off. The inverter output is turned on immediately without waiting for the regenerative power to drop. In FIG. 2 (b), three modes are shown: a case where the momentary power interruption is short, a case where it is slightly long, and an intermediate case. In any case, the inverter output immediately turns ON when power is restored. Become. As described above, since the inverter output is immediately turned ON after the power recovery, the decrease in the pump rotation speed and the increase in the chamber internal pressure are suppressed.
図3(a),(b)は、従来技術によるドライ真空ポンプ装置の制御と本発明の一態様におけるドライ真空ポンプ装置1の制御を示すグラフであり、図3(a)は従来技術によるドライ真空ポンプ装置の制御を示し、図3(b)は本発明の一態様におけるドライ真空ポンプ装置1の制御を示す。図3(a),(b)において、横軸は時間(t)を示し、1秒は1sで示す。縦軸は、インバータへの入力電圧(V)、インバータ出力、ポンプ回転数(rpm)およびチャンバ内圧を示す。
図3(a)に示すように、従来技術においては、短時間の間に瞬停が繰返し起こると(図では、瞬停が1秒おきに三回繰返し起こった場合を示す)、最初の瞬停でインバータへの入力電圧がOFFになると、インバータ出力はOFFとなり、その後一時的に復電しても、発生する回生電力の低下を待つため次の瞬停までにインバータ出力がONになることはなく、インバータ出力は最後の瞬停までOFF状態が続く。最後の瞬停後に復電すると時間遅れをもってインバータ出力はONとなる。このように、短時間の間に瞬停が繰返し起こると、インバータ出力は、かなり長い時間(図示例では3秒)に亘ってOFF状態になる。その間、ポンプ回転数は低下し続け0rpmまで低下する。そのため、チャンバ内圧は最高レベル(High)まで上昇する。
3A and 3B are graphs showing the control of the dry vacuum pump apparatus according to the prior art and the control of the dry
As shown in FIG. 3 (a), in the prior art, if a momentary power failure occurs repeatedly in a short time (the figure shows a case where the power failure occurs repeatedly three times every 1 second), When the input voltage to the inverter is turned off due to a stop, the inverter output is turned off. After that, even if power is temporarily restored, the inverter output will be turned on until the next momentary power failure to wait for the regenerative power to decrease. No, the inverter output remains off until the last momentary power failure. When power is restored after the last momentary power failure, the inverter output is turned on with a time delay. As described above, when the instantaneous power failure repeatedly occurs in a short time, the inverter output is turned off for a considerably long time (3 seconds in the illustrated example). In the meantime, the pump rotation speed continues to decrease to 0 rpm. Therefore, the chamber internal pressure rises to the highest level (High).
図3(b)に示すように、本発明の一態様においては、短時間の間に瞬停が繰返し起こると(図では、瞬停が1秒おきに三回繰返し起こった場合を示す)、インバータへの入力電圧がその都度OFFになり、インバータ出力はその都度OFFになるが、回生電力が低下するのを待つことがないため、復電するとインバータ出力は、瞬停の時間の長短に拘わらずいずれの場合も直ちに回復してONになる。瞬停が起こるとポンプ回転数はその都度僅かに低下するが、復電すると直ちにインバータ出力が回復するため、ポンプ回転数の低下度合は少なく、またチャンバ内圧の上昇度合も僅かである。そのため、インバータ出力の回復とともにチャンバ内圧は最低レベル(Low)に直ちに到達する。このように本発明によれば、停電によってインバータ出力がOFFになっても、復電後直ちにインバータ出力をONにすることが可能であり、真空ポンプの回転数が定格回転数にわずかな時間で回復するため、チャンバ内圧の変動を抑制することができる。 As shown in FIG. 3 (b), in one aspect of the present invention, when an instantaneous interruption occurs repeatedly in a short time (in the figure, the case where the instantaneous interruption occurs three times every 1 second) The input voltage to the inverter is turned off each time, and the inverter output is turned off each time, but there is no need to wait for the regenerative power to drop, so when the power is restored, the inverter output is not related to the duration of the instantaneous power failure. In either case, it immediately recovers and turns ON. When a momentary power failure occurs, the pump rotational speed slightly decreases each time, but when the power is restored, the inverter output immediately recovers. Therefore, the pump rotational speed decreases little and the chamber internal pressure increases slightly. Therefore, the chamber internal pressure immediately reaches the lowest level (Low) as the inverter output recovers. As described above, according to the present invention, even if the inverter output is turned off due to a power failure, the inverter output can be turned on immediately after power is restored, and the rotation speed of the vacuum pump can be reduced to the rated rotation speed in a short time. In order to recover, fluctuations in the chamber internal pressure can be suppressed.
ここで、インバータ自体の定格電流は、ポンプに求められるスペック(排気速度や排気時間、許容ガス流量等)に応じて実験的に選定される。インバータの定格電流とは、インバータが連続的に出力可能な最大電流値である。インバータ内部のスイッチング素子やその他の部品、冷却機構などは、インバータがインバータの定格電流値を連続的に出力しても問題ないように設計される。ここで、本発明においては、インバータのスイッチング素子の定格電流は、インバータの定格電流の1.5〜3.0倍とする。スイッチング素子の定格電流に比較してインバータの定格電流を低く抑えることにより、インバータのスイッチング素子以外の部品や冷却機構を低い電流に対応したものとすることができ、インバータの大型化を回避し、コストダウンが可能になる。 Here, the rated current of the inverter itself is experimentally selected according to specifications required for the pump (exhaust speed, exhaust time, allowable gas flow rate, etc.). The rated current of the inverter is the maximum current value that the inverter can continuously output. Switching elements, other components, cooling mechanisms, and the like inside the inverter are designed so that there is no problem even if the inverter continuously outputs the rated current value of the inverter. Here, in the present invention, the rated current of the switching element of the inverter is 1.5 to 3.0 times the rated current of the inverter. By keeping the rated current of the inverter low compared to the rated current of the switching element, parts other than the switching element of the inverter and the cooling mechanism can be adapted to the low current, avoiding the enlargement of the inverter, Cost reduction is possible.
図1の制御装置4には記憶媒体読取装置が接続されるコネクタ(図示せず)が設けられており、必要に応じて記憶媒体読取装置を接続して制御プログラムやデータを外部の記憶媒体から読み取ることが可能となっている。そして、上述したように、停電から復電すると、モータから回生電力が低下するのを待つことなく、直ちにインバータ出力をONとする制御を行うための制御プログラムを格納した記憶媒体を用意し、その記憶媒体から制御プログラムを読み取って制御装置4にインストールすることにより、既存の真空ポンプ装置において本発明を実行することが可能になる。 The control device 4 of FIG. 1 is provided with a connector (not shown) to which a storage medium reading device is connected. If necessary, the storage medium reading device is connected to transfer a control program and data from an external storage medium. It can be read. As described above, when power is restored from a power failure, a storage medium storing a control program for immediately turning on the inverter output without waiting for the regenerative power to decrease from the motor is prepared. By reading the control program from the storage medium and installing it in the control device 4, the present invention can be executed in the existing vacuum pump device.
図2(b)および図3(b)に示す本発明においては、瞬停後の復電時に、インバータ11からモータ2に供給されるインバータ出力電流は、インバータ11の定格電流以下に制御している。
本発明者らは、瞬停後の復電時にインバータ11からモータ2に供給するインバータ出力電流をインバータ11の定格電流以下に制御しているため、モータ出力が制限されて真空ポンプの回転速度が制限される結果、理想的な状態に比べるとチャンバ内圧の上昇度合いが大きく、上昇時間が長い場合があることに注目した。
そこで、本発明の一態様では、瞬停後の復電時に、インバータ11からモータ2に供給するインバータ出力電流を、インバータ11の定格電流の数倍とするものである。これにより、瞬停時のチャンバの圧力変動をさらに小さくすることができる。以下、この態様を図4および図5を参照して説明する。
In the present invention shown in FIGS. 2B and 3B, the inverter output current supplied from the
Since the present inventors control the inverter output current supplied from the
Therefore, in one aspect of the present invention, the inverter output current supplied from the
図4は、本発明のインバータ制御方法の一態様を示すグラフである。図4において、横軸は時間(t)を示し、縦軸は、電源電圧(V)、ポンプ回転速度(rpm)、チャンバ内圧、およびインバータ出力電流(A)を示す。
図4に示すように、瞬時停電が起こると、電源電圧が失われ、インバータ出力電流はOFFとなる。これにより、真空ポンプの回転速度は徐々に低下する。瞬時停電が復帰して復電後、インバータ11は、インバータ定格電流の1.5〜3.0倍、さらに望ましくは2.0〜3.0倍のインバータ電流をモータ2に出力する。このように、復電後にインバータ11は、インバータ定格電流の1.5〜3.0倍の大電流をモータ2に供給するため、モータ出力が大きくなり、図4に示すようにポンプ回転速度は急速に上昇して短時間で規定の回転速度に戻る。そのため、瞬時停電後にチャンバ内圧はわずかに上昇するが、復電後の真空ポンプの回転速度の急上昇によって、チャンバ内圧は元の圧力まで速やかに復帰する。したがって、チャンバの圧力変動は微小である。真空ポンプの回転速度が規定速度に復帰したら、インバータ出力電流をインバータ定格電流以下まで低下させる。インバータ出力電流をインバータ定格電流以下に下げる制御においては、インバータ11は、需要側すなわちチャンバ側における真空圧から要求される真空ポンプの回転速度に見合ったインバータ電流を出力することになる。
FIG. 4 is a graph showing one embodiment of the inverter control method of the present invention. In FIG. 4, the horizontal axis represents time (t), and the vertical axis represents power supply voltage (V), pump rotation speed (rpm), chamber internal pressure, and inverter output current (A).
As shown in FIG. 4, when an instantaneous power failure occurs, the power supply voltage is lost and the inverter output current is turned off. Thereby, the rotational speed of the vacuum pump gradually decreases. After the instantaneous power failure is restored and power is restored, the
本発明のスイッチング素子の定格電流は、インバータの定格電流の1.5〜3.0倍であるため、瞬停時の復電後にインバータ11は、インバータ定格電流の1.5〜3.0倍の大電流をモータ2に供給することができる。
Since the rated current of the switching element of the present invention is 1.5 to 3.0 times the rated current of the inverter, the
なお、瞬時停電が起きて、電源電圧が失われても、ドライバ制御部12等の制御回路が生きていて、コンデンサC1に電荷が溜まっていればインバータ11は電流を出力することができる。停電中にコンデンサC1の電力が消費され、モータ2への電力供給ができなくなった場合に本発明は有効となる。
Even if an instantaneous power failure occurs and the power supply voltage is lost, the
上述した説明においては、ドライ真空ポンプがルーツ型ドライ真空ポンプ等の回転型ポンプの場合を説明したが、ドライ真空ポンプが往復型ポンプの場合には、モータの回転がポンプの往復動に変換されるためにポンプの回転速度をポンプの往復動の速度に置き換えればよい。 In the above description, the dry vacuum pump is a rotary pump such as a roots type dry vacuum pump. However, when the dry vacuum pump is a reciprocating pump, the rotation of the motor is converted into the reciprocating motion of the pump. Therefore, the rotational speed of the pump may be replaced with the reciprocating speed of the pump.
図5は、本発明のインバータの制御フローを示す図である。図5に示すように、インバータ11の動作が開始されると、AC電源7の電源電圧を測定し、電源電圧と規定電圧とを比較し、電源電圧が規定電圧より低い場合(Yesの場合)には停電と判断し、インバータ11は出力しない(インバータ出力OFF)。電源電圧が規定電圧より高い場合(Noの場合)には電源電圧測定のステップに戻る。インバータ出力OFF後、再び、電源電圧を測定し、電源電圧が規定電圧より高い場合(Yesの場合)には復電と判断し、インバータ出力電流(インバータ制限電流)をインバータ定格電流の1.5〜3.0倍に上げる。ここで、インバータ制限電流とは、制御装置4からモータドライバ3に指令される、インバータ11が出力する最大電流制限値である。電源電圧が規定電圧より低い場合(Noの場合)には電源電圧測定のステップに戻る。上記インバータ出力電流を上げるステップの後、ポンプ速度と所定の速度とを比較し、ポンプ速度が所定の速度より大きい場合(Yesの場合)には瞬停復帰動作は終了と判断し、インバータ出力電流(インバータ制限電流)をインバータ定格電流以下の通常値に復帰させ、制御フローを終了する。ポンプ速度が所定の速度より小さい場合(Noの場合)にはインバータ出力電流を上げるステップに戻る。ここで、所定の速度とは、ポンプ定格速度の90%〜99%の範囲内の速度である。
FIG. 5 is a diagram showing a control flow of the inverter of the present invention. As shown in FIG. 5, when the operation of the
上記電源電圧の測定については、制御装置4をAC電源側に接続し、電源電圧を測定できる構成にするか、あるいはドライバ制御部12をAC電源側に接続し、電源電圧を測定できる構成にする。
Regarding the measurement of the power supply voltage, the control device 4 is connected to the AC power supply side so that the power supply voltage can be measured, or the
なお、停電からの復電後にインバータ11がインバータ定格電流の1.5〜3.0倍の電流をモータに供給するようにインバータ11を制御するための制御プログラムを格納した記憶媒体を用意し、前述のように記憶媒体読取装置を介して制御プログラムを制御装置4にインストールすることにより、既存の真空ポンプ装置において本発明を実行することが可能になる。
In addition, a storage medium storing a control program for controlling the
なお、図4に示される本発明においては、瞬時停電からの復電中のインバータ出力電流が瞬時停電からの復帰中の制限電流に到達しているが、本発明はインバータの出力電流が必ず制限電流に到達することを意味しない。チャンバの圧力変動の程度によっては、瞬時停電からの復帰中にインバータの出力電流が通常のインバータ定格電流値を超えるが、制限電流に到達せずに復帰動作が終了する場合もある。 In the present invention shown in FIG. 4, the inverter output current during recovery from an instantaneous power failure has reached the limit current during recovery from an instantaneous power failure, but the present invention always limits the output current of the inverter. Does not mean reaching current. Depending on the degree of pressure fluctuation in the chamber, the output current of the inverter exceeds the normal inverter rated current value during recovery from an instantaneous power failure, but the return operation may end without reaching the limit current.
これまで、スイッチング素子の定格電流が、インバータの定格電流の1.5〜3.0倍、さらに望ましくは2.0〜3.0倍であるインバータを用いて瞬時停電からの復帰動作を行うことについて述べたが、通常のインバータ、すなわちスイッチング素子の定格電流がインバータの定格電流と等しいか僅かに大きい程度のインバータを用いた場合であっても、本発明は適用できる。つまり、瞬時停電からの復電後の僅かな時間のみ、インバータの制限電流値をインバータ定格電流の1.5〜3.0倍に上げることにより、短時間スイッチング素子を流れる電流がスイッチング素子の定格電流を超えることがあっても支障がない場合は、本発明を適用することができる。これによっても、復電後の真空ポンプの回転速度の急上昇によって、チャンバ内圧を元の圧力まで速やかに復帰させることができる。 Up to now, using a inverter with a switching element rated current of 1.5 to 3.0 times, more preferably 2.0 to 3.0 times the rated current of the inverter, performing a recovery operation from an instantaneous power failure However, the present invention can be applied even when a normal inverter, that is, an inverter having a rated current of the switching element equal to or slightly larger than the rated current of the inverter is used. In other words, the current flowing through the switching element for a short period of time is increased by setting the inverter current limit to 1.5 to 3.0 times the inverter rated current only for a short time after power recovery from an instantaneous power failure. The present invention can be applied when there is no problem even if the current is exceeded. This also makes it possible to quickly return the chamber internal pressure to the original pressure due to the rapid increase in the rotation speed of the vacuum pump after power recovery.
なお、本発明は1秒以下程度の短時間に発生する停電時だけでなく、1秒以下程度の短時間電圧降下が生じた場合にも適用可能である。 The present invention can be applied not only when a power failure occurs in a short time of about 1 second or less, but also when a short-time voltage drop of about 1 second or less occurs.
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。 Although the embodiment of the present invention has been described so far, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention may be implemented in various different forms within the scope of the technical idea.
1 ドライ真空ポンプ
2 モータ
3 モータドライバ
4 制御装置
5 チャンバ
6 ブレーカ
7 AC電源
10 コンバータ
11 インバータ
12 ドライバ制御部
C1 コンデンサ
S1〜S6 スイッチング素子
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ドライ真空ポンプを駆動するモータと、
前記モータに可変周波数の交流電力を供給しモータの回転速度を制御するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、停電を検出する機能を具備し、
前記制御装置は、停電から復帰した復電後に前記インバータがインバータ定格電流の1.5〜3.0倍の電流をモータに供給するように前記インバータを制御することを特徴とするドライ真空ポンプ装置。 A dry vacuum pump,
A motor for driving the dry vacuum pump;
An inverter for supplying AC power of variable frequency to the motor to control the rotational speed of the motor;
A control device for controlling the inverter,
The control device has a function of detecting a power failure,
The control device controls the inverter so that the inverter supplies a current 1.5 to 3.0 times the rated current of the inverter to the motor after the power is restored after a power failure. .
停電からの復電後に前記インバータがインバータ定格電流の1.5〜3.0倍の電流をモータに供給するように前記インバータを制御することを特徴とするドライ真空ポンプ装置の制御方法。 In a control method of a dry vacuum pump apparatus comprising: a dry vacuum pump; a motor that drives the dry vacuum pump; and an inverter that supplies AC power of variable frequency to the motor and controls a rotation speed of the motor.
A control method for a dry vacuum pump device, comprising: controlling the inverter so that the inverter supplies a current 1.5 to 3.0 times the rated current of the inverter to the motor after power is restored from a power failure.
前記制御プログラムにより、前記ドライ真空ポンプ装置は、停電からの復電後に前記インバータがインバータ定格電流の1.5〜3.0倍の電流をモータに供給するように前記インバータが制御されることを特徴とするドライ真空ポンプ装置の制御プログラム。 A control program for a dry vacuum pump device comprising: a dry vacuum pump; a motor that drives the dry vacuum pump; and an inverter that supplies AC power of a variable frequency to the motor and controls a rotation speed of the motor,
According to the control program, the dry vacuum pump apparatus controls the inverter so that the inverter supplies a current of 1.5 to 3.0 times the rated current of the inverter to the motor after power is restored from a power failure. A control program for a dry vacuum pump device.
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