JP2019504601A - ２つの周波数変換器を備える、真空ポンプの駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気モータの電力損失を低減するように簡単な方法で同期可能な２つの周波数変換器を備えた、真空ポンプの電動駆動装置を提供する。【解決手段】真空ポンプのロータを駆動する電気モータ１２と、電気モータ１２に接続された第１の周波数変換器であって、この電気モータ１２を駆動するためのモータ入力電圧を電源供給電圧から生成する第１の周波数変換器１６と、可変周波数のモータ入力電圧を、モータをこのモータ入力電圧の周波数で駆動させるために、電源供給電圧から生成する少なくとも１つの第２の周波数変換器１８とを備える。第２の周波数変換器１８には、第１の周波数変換器１６によって生成されたモータ入力電圧とこれに対応するモータ入力電流のいずれか一方または両方を測定するために設けられた測定装置２４が、この第２の周波数変換器１８を第１の周波数変換器１６と同期させるために、設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、真空ポンプの電動駆動装置に関する。

真空ポンプの電動駆動装置は、典型的に、電気モータを備える。当該電気モータは、当該モータに供給されるモータ入力電圧に従って、真空ポンプのロータを駆動するのに必要なトルクを生成する。可変の周波数及び電圧からなるそのモータ入力電圧は、電圧供給網から電源供給電圧を供給される周波数変換器によって生成される。

真空ポンプの電動駆動装置に対して、電気モータで生じる電力損失が、重要な設計基準となる。電力損失の大きさが、真空ポンプの性能を決める。ポンプの駆動装置の所与の構造体積あたりの電力損失が、できる限り低く抑えられ、モータの機械性能が最大限に高められることの実現が図られている。

この目的のために、ポンプの駆動装置の電気モータを、互いに同期される２つの周波数変換器を用いて動作させることが知られている。一方の周波数変換器はモータ巻線の一方の端部に接続されて、他方の周波数変換器は当該モータ巻線の反対側の端部に接続される。

これら２つの周波数変換器の同期のために当該２つの周波数変換器は、当該周波数変換器同士の同期に必要なデータのやり取りに用いる、相互に接続された制御部を有している。２つの周波数変換器を備えるこのような同期駆動装置は、例えば非特許文献１等に記載されている。

この他にも、２つの周波数変換器同士を、（両方の周波数変換器を制御する）単一の共通の制御部のみでこれら２つの周波数変換器を動作させることによって同期することが知られている。

"DTC of Open-End Winding Induction Motor Drive Using Space Vector Modulation With Reduced Switching Frequency", A. Kumar, B.G. Fernandes, K. Chatterjee, 2004 35th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference, Aachen, Germany, 2004

本発明の目的は、電気モータの電力損失を低減するように簡単な方法で同期可能な２つの周波数変換器を備えた、真空ポンプの電動駆動装置を提供することである。

本発明にかかる真空ポンプの駆動装置は、請求項１に記載の構成により定められる。

これによれば、第２の周波数変換器に、第１の周波数変換器によって生成された電気モータのモータ入力電圧および／または第１の周波数変換器によって生成された電気モータのモータ電流を検出するように構成された測定装置が設けられている。前記第２の周波数変換器は、前記第１の周波数変換器と同期して駆動されるために、前記測定装置によって測定された信号に従ってモータ入力電圧を生成するように構成されている。このため、本発明は、これら２つの周波数変換器によって生成されるモータ入力電圧同士の同期を、当該周波数変換器同士の同期のための直接的なデータリンクを２つの当該周波数変換器間に又は２つの当該周波数変換器のそれぞれの制御部間に必要とすることなく簡単に行うことができる。好ましくは、前記周波数変換器間には、当該周波数変換器同士の同期のためのそのようなデータリンクが存在していない。具体的に述べると、両方の周波数変換器を制御する共通の制御部が設けられていない。むしろ、各周波数変換器がそれ自体の制御部を有しており、かつ、当該制御部間ではこれら周波数変換器同士の同期のためのデータがやり取りされない。

前記第１の周波数変換器は、調節可能な周波数を有する可変なモータ入力電圧を生成する。前記電気モータは、このモータ入力電圧に従って、前記真空ポンプのロータを駆動するための駆動トルクを生成する。なお、前記第１の周波数変換器は、前記第２の周波数変換器の出力電圧についての情報を（これら周波数変換器間の接続ラインや、測定装置から）受け取らない。

前記測定装置は、前記第１の周波数変換器によって生成されたモータ入力電圧および／または前記第１の周波数変換器によって生成されたモータ入力電流を検出するように構成されている。なお、当該測定装置は前記第２の周波数変換器へと、好ましくは前記第２の周波数変換器の制御部へと、測定信号を当該第２の周波数変換器に送信するように電気的に又は電子的に又は光学的に接続されている。当該信号からは、前記第１の周波数変換器のモータ入力電圧又はモータ入力電流の周波数と大きさとが求められることができる。前記第２の周波数変換器、好ましくは前記第２の周波数変換器の制御部は、前記第１の周波数変換器によって生成されて且つ上記のようにして求められた出力電圧に従ってモータ入力電圧を生成するように構成されており、このモータ入力電圧の周波数及び大きさは、測定されたモータ電流に合わせられる（同期される）。

前記第１の周波数変換器によって生成されたモータ入力電圧は前記電気モータの電気巻線の一方の端部に印加され、同時に、前記第２の周波数変換器のモータ入力電圧は当該モータ巻線の反対側の端部に印加される。

具体的に述べると、本発明にかかる２つの周波数変換器は本発明にかかる測定装置と共に、複数の電気モータを駆動するように構成されてもよく、且つ、当該複数の電気モータに接続されていてもよい。また、前記第２の周波数変換器の他に少なくとも１つのさらなる周波数変換器が設けられて、当該さらなる周波数変換器も前記第２の周波数変換器の前記測定装置を介して前記第１の周波数変換器と同期されるという構成が考えられる。変形例として、それぞれのさらなる周波数変換器が、当該それぞれのさらなる周波数変換器ごとの測定装置を、前記第１の周波数変換器又は当該第１の周波数変換器とは別の周波数変換器との同期動作を可能にするように具備してもよい。なお、例えば、第３の周波数変換器を当該第３の周波数変換器自体の測定装置を介して前記第２の周波数変換器と同期させることが可能となる。

本発明の一実施形態の回路の概略図である。

以下では、本発明の実施形態について、図１を参照しながら詳細に説明する。

真空ポンプの駆動装置（ドライブ）の電気モータを、参照符号１２が付されたブロックとして概略的に図示する。図示では、電気モータ１２を示す当該ブロック内には、三相Ｕ，Ｖ，Ｗのモータ巻線が描かれている。

前記モータ巻線の一方の端部、すなわち、図１の左側の端部は、三相電気接続ライン１４を介して第１の周波数変換器１６に接続されている。前記モータ巻線の反対側の端部、すなわち、図１の右側の端部は、別の三相電気接続ラインを介して第２の周波数変換器１８に接続されている。２つの周波数変換器１６，１８はそれぞれ、制御部２０，２２を有している。２つの周波数変換器１６，１８間にも２つの制御部２０，２２間にも、データリンクは存在していない。

両方の周波数変換器１６，１８はそれぞれ、三つのモータ相Ｕ，Ｖ，Ｗのそれぞれに２個ずつ振り当てられた６個のトランジスタを有している。言い換えれば、２個の第１のトランジスタが第１のモータ相Ｕに電気的に接続されており、２個の第２のトランジスタが第２のモータ相Ｖに電気的に接続されており、２個の第３のトランジスタが第３のモータ相Ｗに電気的に接続されている。全てのトランジスタは、図示しない電源電圧網の供給電圧に電気的に接続されている。さらに、第１の周波数変換器１６の全てのトランジスタは制御部２０に接続されており、第２の周波数変換器１８の全てのトランジスタは第２の制御部２２に接続されている。

第１の周波数変換器１６と電気モータ１２の間の接続ライン１４には、測定装置２４が配置されている。当該測定装置は、第１の周波数変換器１６により生成されたモータ入力電圧を制御ライン１４上で、かつ／あるいは、第１の周波数変換器１６により生成されたモータ入力電流および／またはモータ入力電圧を電気接続ライン１４上で測定する。

測定装置２４は測定ライン２６を介して制御部２２へと、測定信号を第２の周波数変換器１８の当該制御部２２に送信するように接続されている。当該測定信号は、ライン１４上での前記モータ入力電圧および／または前記モータ電流の周波数と大きさとについての情報を含む。

制御部２２を有する周波数変換器１８は、モータ入力電圧を測定装置２４の前記測定信号に従って接続ライン１４上に生成するように構成されている。これにより、第２の周波数変換器１８と電気モータ１２との間の接続ライン１４上における、第２の周波数変換器１８のモータ入力電圧が、第１の周波数変換器１６と電気モータ１２の間の接続ライン１４上における、第１の周波数変換器１６のモータ入力電圧と同期される。

２つの周波数変換器１６，１８間には、具体的に述べると当該２つの周波数変換器１６，１８の制御部２０，２２間には、直接の接続が存在していない。２つの周波数変換器１６，１８が、それぞれ、電気モータ１２の前記モータ巻線の対応する端部に、そのモータ入力電圧を生成する。なお、第１の周波数変換器１６は、第２の周波数変換器１８の出力電圧についての情報を有していない。しかし、第２の周波数変換器１８は、第１の周波数変換器１６により生成されたモータ入力電圧についての情報を、測定装置２４を介して有している。

２つの周波数変換器１６，１８が真空ポンプを駆動するために、本発明に従った様式で少なくとも１つの電気モータ１２に接続されて且つ当該少なくとも１つの電気モータ１２によって制御されることにより、当該電気モータで生じる電力損失を低減できる。電気モータ１２は、各周波数変換器１６，１８の所与の供給電圧で、従来の接続構成よりも高いモータ入力電圧が生成されるように接続されている。

周波数変換器１６は、電気モータを制御する従来の周波数変換器又はインバータであり、かつ、当該電気モータを制御又はフィードバック制御するための制御又はフィードバック制御構造を有している。

本発明の際立った特徴は、２つの制御部２０，２２間に、周波数変換器１６，１８の同期のためのデータリンクが存在していないという点である。存在し得るのは、他の目的の接続、例えばステータス検出、エラー処理等のための接続のみである。第１の周波数変換器１６の回転磁界との第２の周波数変換器１８の同期は、前記電気モータに接続された測定装置２４によって可能となる。なお、測定装置２４は、機械式の速度又は位置エンコーダではなく、電気モータ１２における接続ライン１４上での前記電圧および／または前記電流の実際の電気的値を測定する測定システムのみで形成されている。

２つの周波数変換器１６，１８の接続構成が本発明にかかる接続構成とされることで、同じ電源供給電圧で且つしかも標準的な部品（周波数変換器、測定装置２４）を用いて、当該２つの周波数変換器１６，１８の出力電圧を最大５７パーセント増加させることができる。これにより、同じ駆動電力でも、より高いモータ電圧を実現できるか又は電気モータ１２の電力損失を低減できる、電気モータ１２の設計が可能となる。

Claims (5)

1. 真空ポンプのロータを駆動する電気モータ（１２）と、
   前記電気モータ（１２）に接続された第１の周波数変換器であって、当該電気モータ（１２）を駆動するためのモータ入力電圧を電源供給電圧から生成するように構成された第１の周波数変換器（１６）と、
   前記モータを前記モータ入力電圧の周波数で駆動させるために、可変周波数モータ入力電圧を電源供給電圧から生成するように構成された少なくとも１つの第２の周波数変換器（１８）と、
   を備える、真空ポンプの駆動装置において、
   前記第２の周波数変換器（１８）には、前記第１の周波数変換器（１６）によって生成された前記モータ入力電圧とこれに対応するモータ入力電流のいずれか一方または両方を測定するために設けられた測定装置（２４）が、当該第２の周波数変換器（１８）を前記第１の周波数変換器（１６）と同期させるために、設けられていることを特徴とする、真空ポンプの駆動装置。
2. 真空ポンプの駆動装置において、２つの前記周波数変換器（１６，１８）間には、当該周波数変換器（１６，１８）の同期のためのデータリンクが存在していないことを特徴とする、真空ポンプの駆動装置。
3. 請求項１または２に記載の真空ポンプの駆動装置において、前記測定装置（２４）が、前記第１の周波数変換器（１６）と前記電気モータ（１２）との間の接続ライン（１４）上の電流と電圧のいずれか一方または両方を測定することを特徴とする、真空ポンプの駆動装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の真空ポンプの駆動装置において、前記周波数変換器（１６，１８）がそれぞれ、当該周波数変換器を制御する個別の制御部（２０，２２）を有し、当該周波数変換器（１６，１８）間には当該周波数変換器（１６，１８）の同期のための通信リンクが存在していないことを特徴とする、真空ポンプの駆動装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の真空ポンプの駆動装置において、前記第２の周波数変換器（１８）が、前記モータ入力電圧を、前記測定部の測定値に従って生成するように構成されていることを特徴とする、真空ポンプの駆動装置。

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