JP2020184872A - 永久磁石同期モータのための制動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ又はポンプのスイッチを切った後、速く停止に至ることができる、センサレス永久磁石同期モータの制動方法を提供する。【解決手段】開放制御回路の場合で制動するために、永久磁石同期モータが、回転電圧ベクトルによってのみ制御される。その際、この制動方法が同期ステップ（この同期ステップでは、永久磁石同期モータが一定振幅及び一定回転周波数の回転同期電圧ベクトルで制御されている）と時間的に続く制動ステップ（この制動ステップでは、回転制動電圧ベクトルを有する永久磁石同期モータが、値ゼロまで時間的に減少する回転周波数で制御されている）とを含む。パルス幅変調に基づくセンサレス永久磁石同期モータを制御するための装置も提供されている。特に、制動方法及び装置は、真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプのそれぞれの駆動の為に適応可能である。【選択図】図９

Description

本発明は、パルス幅変調に基づく空間ベクトル変調によって操作可能なセンサレス永久磁石同期モータ、特に真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプの永久磁石同期モータを制動するための方法に関する。更に、本発明は、パルス幅変調に基づくセンサレス永久磁石同期モータを制御するための装置、並びに一つのそのような装置によって制御可能なセンサレス永久磁石同期モータを有する真空ポンプ、特にターボ分子ポンプに関する。

例えばターボ分子ポンプのような真空ポンプは、それぞれのプロセスのために必要な真空を提供するために、様々な分野の技術で使用される。ターボ分子ポンプは、ロータ軸線の方向に前後して配置されている複数のステータディスクを有する１つのステータと、ステータに対して相対的にロータ軸線を中心として回転可能に支承されている１つのロータとを含む。このロータは、１つのロータシャフトと、このロータシャフト上に配置され、軸方向に連続し且つステータディスク間に配置された複数のロータディスクとを含む。その際、これらのステータディスクとこれらのロータディスクとは、それぞれのポンプ作用構造を有する。

空間ベクトル変調とは、パワーエレクトロニクスにおいて、パルス幅変調に基づく回転電気機械を制御するための方法である。この変調方式に基づいて、多相交流システムが、三相交流機の技術分野のために必要になるような複数の電子経路を模倣することが可能である。空間ベクトル表示により、機械内の磁束密度の分布を設定するためには、２つの変数である空間ベクトルの角度とこの空間ベクトルの絶対値又は実数部及び／又は虚数部とで十分である。三相システムを模倣するために、１つのハーフブリッジが、３つの相のそれぞれの相に必要とされる。このハーフブリッジによって、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の出力電圧が、正の及び負の中間回路電位に印加される。

センサレスモータ制御は、ロータの一定の回転数以上のみ機能する。ロータ停止までの低回転数域内において、モータはスイッチを切った場合に制御されない。非常に小さな逆起電力（ＥＭＫ：起電力（独語：ＥｌｅｋｔｒｏＭｏｔｏｒｉｓｃｈｅ Ｋｒａｆｔ））を考慮すると、三相短絡は役に立たない。モータは注気なしで運転し続けるが、主に二つの欠点を伴う：まず一方で、モータのロータが停止に至るまでに非常に長い時間がかかる。他方で、その間にモータ若しくはポンプの電源を再投入するようなことがあれば、ロータが回転しているので速度上昇（独語：Ｈｏｃｈｓｃｈｌｅｐｐｅｎ）又は起動が、確実にできないという問題が発生する。場合によっては、ロータが許容回転数まで正常に速度上昇するまで、いくつかのトライを実施しなければならない。

本発明は、前述の欠点を排除した、冒頭で述べた種類の真空ポンプと、制御装置と、制動方法とを提供することを課題とする。その際、センサレス永久磁石同期モータのロータは、モータ若しくはポンプのそれぞれのスイッチを切った後、速く停止に至り、及びそれぞれのスイッチを再び入れた後にモータ若しくはポンプの誤った速度上昇の危険が最小限に縮小されるということが、可能なかぎり簡単な且つ信頼できる方法で、特に達成されるべきである。

本発明によれば、この課題は、請求項１に記載の特徴を有する方法、請求項１１に記載の特徴を有する装置、及び請求項１２に記載の特徴を有する真空ポンプによって解決される。本発明による方法の好ましい実施形態は、従属請求項、本明細書及び図面に記載されている。

パルス幅変調に基づく空間ベクトル変調によって操作可能なセンサレス永久磁石同期モータ、特に真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプの永久磁石同期モータを制動するための本発明による方法は、開放制御回路の場合で制動するために永久磁石同期モータが回転電圧ベクトルによってのみ制御され、及び制動方法は同期ステップ（この同期ステップでは、永久磁石同期モータが一定振幅及び一定回転周波数の回転同期電圧ベクトルで制御されている）と、時間的に後続の制動ステップ（この制動ステップでは、永久磁石同期モータが回転制動電圧ベクトルによって、値ゼロまで時間的に減少する回転周波数で制御されている）とを含むことを特徴とする。

この方法の形態に基づいて、センサレス永久磁石同期モータのロータは、モータ又はポンプのスイッチを切った後、速く停止に至ることが、簡単な、信頼できる方法で達成される。それによって、特に、モータ若しくはポンプのそれぞれのスイッチを再び入れた後でのモータ若しくはポンプの誤った速度上昇の危険も、最小限に縮小される。同期ステップは、磁界方向制御と制動プロセスの間の遷移として使用する。その同期ステップの間の一定回転電圧ベクトルは、ロータ回転が電圧ベクトルと同期するために使用する。それから、あらかじめ定義した時間の後、制動ステップが開始し、この制動ステップの場合には、電圧ベクトルの回転周波数が値ゼロまで減少する。

制動ステップの間、回転制動電圧ベクトルの振幅は、最終値＞０Ｖまで時間的に、好ましくは直線的に減少する。

回転制動電圧ベクトルの回転周波数は、制動ステップの間、好ましくは、少なくとも基本的に、回転同期電圧ベクトルの回転周波数から出発して、値ゼロまで時間的に減少する。

回転制動電圧ベクトルの振幅は、制動ステップの間、好ましくは、少なくとも基本的に、回転同期電圧ベクトルの振幅から出発して、最終値＞０Ｖまで時間的に直線的に減少する。

好ましくは、同期ステップは、永久磁石同期モータのロータが、回転同期電圧ベクトルと同期して回転するのに十分大きい、所定の同期時間周期に渡って、永久磁石同期モータの磁界方向制御と制動プロセスとの間の遷移ステップとして実施される。

それ故に、制動プロセスが開始する前に、ロータ速度が同期電圧ベクトルの回転周波数と同期されるということが保証されている。

本発明による制動方法の適切で実践的な一つの実施例は、回転制動電圧ベクトルの回転周波数が、制動ステップの間に、値ゼロまで時間的に直線的に減少することを特徴とする。

本発明による方法の代替的に有利な実施例に従って、回転制動電圧ベクトルの回転周波数は、制動ステップの間、時間セグメントにおいて、値ゼロまで時間的に減少する。その際、回転周波数はセグメントからセグメントへ徐々に縮小し、若しくは減少割合が縮小する。

その際、制動電圧ベクトルの回転周波数が、それぞれの時間セグメントにおいて、時間的に直線的に減少する時、特に有利である。

本発明による制動方法の、好ましい実践的な一つの実施例に従って、回転制動電圧ベクトルの回転周波数は、制動ステップの間、二つの連続した時間セグメントにおいて、値ゼロまで時間的に減少する。その際、この回転周波数が、時間的に同期ステップの直後の第一セグメントにおいて、後続のセグメントよりも速く減少する。

本発明による制動方法の代替的で適切な一つの実施例に従って、回転制動電圧ベクトルの回転周波数は、制動ステップの間、三つの連続した時間セグメントにおいて、値ゼロまで時間的に減少する。その際、この回転周波数は時間的に同期ステップの直後の第一のセグメントにおいて、後続の第二セグメントよりも速く減少し、及び第二セグメントにおいて、後続の第三セグメントよりも速く減少し、この第三セグメントにおいて、最終的に値ゼロに達する。

パルス幅変調に基づくセンサレス永久磁石同期モータを制御するための、特に真空ポンプ、好ましくは、ターボ分子ポンプのセンサレス永久磁石同期モータを制御するための本発明による装置は、これが三相インバータ、特に２レベル三相インバータ及び制御装置を含み、並びにセンサレス永久磁石同期モータを制動するために、三相インバータが、本発明による制御方法に応じて、制御装置によって制御可能であることを特徴とする。

一つのステータ及びステータに対して相対的にロータ軸線を中心として回転可能に支承されている一つのロータ並びに少なくとも一つの駆動装置を含む本発明による真空ポンプ、特にターボ分子ポンプは、駆動装置がセンサレス永久磁石同期モータを含み、この永久磁石同期モータが、本発明による装置によって及び／又は本発明による制動方法に応じて制御可能であることを特徴とする。

本発明は、以下で添付の図面を参照しつつ一例に過ぎない有利な実施例に基づいて説明される。

ターボ分子ポンプの斜視図である。 図１のターボ分子ポンプの下面図である。 図２に示された切断線Ａ−Ａに沿ったターボ分子ポンプの断面図である。 図２に示された切断線Ｂ−Ｂに沿ったターボ分子ポンプの断面図である。 図２に示された切断線Ｃ−Ｃに沿ったターボ分子ポンプの断面図である。 センサレス永久磁石同期モータを本発明に従って制御するために使用可能である、例示的な三相インバータの概略図である。 空間ベクトル変調のための例示的な有効電圧ベクトルの概略図である。 直交座標系で示され、電圧ベクトルによって表す例示的な任意の電圧である。 本発明による制動方法の例示的な形態（この場合には、回転同期電圧ベクトルの回転周期は制御ステップの間、ゼロ数値まで線形に減少する）に従った、制動ステップ若しくは同期ステップの間の、回転制動電圧ベクトル及び回転同期電圧ベクトルの回転周波数の時間経過である。 本発明による制動方法の例示的な形態（この場合には、回転同期電圧ベクトルの振幅は制御ステップの間、最終値＞０Ｖまで時間的に直線的に減少する）に従った制動ステップ若しくは同期ステップの間、回転制動電圧ベクトル及び回転同期電圧ベクトルの振幅の時間経過である。 本発明による制動方法の例示的な形態（この場合には、回転同期電圧ベクトルの回転周波数が、制御ステップの間に、二つの連続した時間セグメントで異なる速度でもって減少する）に従った制動ステップ若しくは同期ステップの間、回転制動電圧ベクトル及び回転同期電圧ベクトルの回転周波数の時間経過である。 本発明による制動方法の例示的な形態（この場合には、回転同期電圧ベクトルの回転周波数が、制御ステップの間に、三つの連続した時間セグメントで異なる速度でもって減少する）に従った制動ステップ若しくは同期ステップの間、回転制動電圧ベクトル及び回転同期電圧ベクトルの回転周波数の時間経過である。

図１に示されたターボ分子ポンプ１１１は、インレットフランジ１１３に取り囲まれたポンプインレット１１５を有する。そのポンプインレットには、既知の方法で図示されていないレシーバーを接続することができる。レシーバーからのガスは、ポンプインレット１１５を介してレシーバーから吸引し得、及びポンプを通ってポンプアウトレット１１７へと搬送することができる。ポンプアウトレットに、例えばロータリーベーンポンプのような予真空ポンプを接続することができる。

インレットフランジ１１３は、図１の真空ポンプの向きにおいては真空ポンプ１１１のハウジング１１９の上側の端部を形成する。ハウジング１１９は、下部分１２１を含み、その側面にエレクトロニクスハウジング１２３が配置されている。エレクトロニクスハウジング１２３内には、例えば真空ポンプに配置されている電動モータ１２５を駆動するための、真空ポンプ１１１の電子的及び／又は電気的コンポーネントが収容されている。エレクトロニクスハウジング１２３には、アクセサリの為の複数の接続部１２７が設けられている。その上、例えばＲＳ４８５スタンダードに従うデータインターフェース１２９、及び電源供給接続部１３１がエレクトロニクスハウジング１２３に配置されている。

ターボ分子ンポンプ１１１のハウジング１１９には、特にフローバルブの形式のフローインレット１３３が設けられており、これを介して真空ポンプ１１１をフローすることができる。その上、下部分１２１の領域内には、シールガスコネクタ１３５（このシールガスコネクタは、フラッシュガスコネクタとも称される）が配置されている。これを介して、フラッシュガスが、ポンプが搬送するガスに対する電動モータ１２５（例えば図３参照）を保護するために、モータ室１３７（この中に真空ポンプ１１１の電動モータ１２５が組み込まれている）内へと運ぶことができる。下部分１２１内には、更に二つの冷却媒体コネクタ１３９が配置されている。その際、この冷却媒体コネクタの一方は、冷却媒体の為のインレットとして、そして他方の冷却媒体コネクタは冷却媒体の為のアウトレットとして設けられている。この冷却媒体は、冷却目的のために真空ポンプ内に導くことができる。

真空ポンプの下面１４１は、起立面として使用することができるので、真空ポンプ１１１が下側１４１で起立して作動することができる。しかし、真空ポンプ１１１は、インレットフランジ１１３を介してレシーバーに固定することもでき、それ故にいわば吊架されて作動することもできる。その上、真空ポンプ１１１は、図１に示されたものと異なった向きとされているときにも、作動することもできるよう形成することができる。下面１４１は下向きではなく、横向き、又は上向きに配置することができる場合の真空ポンプの実施例もまた実現可能である。

図２に図示されている下面１４１には、更にいくつかのねじ１４３が配置されており、これらによってここでは別に特定されていない真空ポンプの構造部材が互いに固定されている。例えば軸受カバー１４５は、下面１４１に固定されている。

その上、下面１４１には、複数の固定孔部１４７が配置されており、これらを介してポンプ１１が例えば載置面に固定することができる。

図２から５には、冷却媒体導管１４８が図示されており、この中では冷却媒体コネクタ１３９を介して導入及び導出される冷却媒体が循環し得る。

図３から５の断面図が示すように、真空ポンプは、ポンプインレット１１５に存在するプロセスガスをポンプアウトレット１７７へ搬送する為の複数のプロセスガスポンプ段を有する。

ハウジング１１９内にはロータ１４９が配置されており、これは、回転軸線１５１を中心として回転可能なロータシャフト１５３を有する。

ターボ分子ポンプ１１１は、ポンプ作用を奏する、互いに直列に接続された複数のターボ分子ポンプ段を有する。これは、ロータシャフト１５３に固定された半径方向の複数のロータディス１５５を有し、ロータディスク１５５間に配置され、ハウジング１１９内に固定されたステータディスク１５７を有する。この場合、一つのロータディスク１５５と隣接する一つのステータディスク１５７は、各々一つのターボ分子的ポンプ段を形成する。ステータディスク１５７は、スペーサリング１５９によって互いに所望の軸方向間隔に保持されている。

その上、真空ポンプは半径方向において互いに入れ子式に配置され、及びポンプ作用を奏する、互いに直列に接続された複数のホルベックポンプ段を有する。ホルベックポンプ段のロータは、ロータシャフト１５３に配置されたロータハブ１６１とロータハブ１６１に固定され、そしてこれによって担持されるシリンダー側面形状の二つのホルベックロータスリーブ１６３，１６５を有する。これらは、回転軸線１５１に対して同軸に向けられており、及び半径方向において互いに入れ子式に接続されている。更に、シリンダー側面形状の二つのホルベックステータスリーブ１６７，１６９が設けられている。これらは同様に回転軸線１５１に対して同軸に向けられており、半径方向でみて入れ子式に接続されている。

ホルベックポンプ段のポンプ作用表面は、カバー面によって、つまりホルベックロータスリーブ１６３，１６５とホルベックステータスリーブ１６７，１６９の半径方向内側面及び／又は外側面によって形成されている。外側のホルベックステータスリーブ１６７の半径方向内側面は、外側のホルベックロータスリーブ１６３の半径方向外側面と、半径方向のホルベック間隙１７１を形成しつつ向き合っており、そしてこれと共にターボ分子ポンプに続く第一のホルベックポンプ段を形成する。外側のホルベックロータスリーブ１６３の半径方向内側面は、内側のホルベックステータスリーブ１６９の半径方向外側面と、半径方向のホルベック間隙１７３を形成しつつ向かい合っており、そしてこれと共に第二のホルベックポンプ段を形成する。内側のホルベックステータスリーブ１６９の半径方向内側面は、内側のホルベックロータスリーブ１６５の半径方向外側面と、半径方向のホルベック間隙１７５を形成しつつ向き合っており、そしてこれと第三のホルベックポンプ段を形成する。

ホルベックロータスリーブ１６３の下側の端部には、半径方向に延びるチャネルを設けることができる。これを介して半径方向外側に位置するホルベック間隙１７１が中央のホルベック間隙１７３と接続されている。更に、内側のホルベックステータスリーブ１６９の上側の端部には、半径方向に延びるチャネルを設けることができる。これを介して中央のホルベック間隙１７３が半径方向内側に位置するホルベック間隙１７５と接続されている。これによって、入れ子式に接続された複数のホルベックポンプ段が直列に互いに接続される。半径方向内側のホルベックロータスリーブ１６５の下側の端部には、更に、アウトレット１１７への接続チャネル１７９を設けることができる。

ホルベックステータスリーブ１６３，１６５の上述したポンプ作用表面は、各々、スパイラル形状に回転軸線１５１の周りを軸方向へと推移する複数のホルベック溝を有している。他方で、ホルベックロータスリーブ１６３，１６５の向き合った側面形状は滑らかに形成されており、そしてガスが真空ポンプ１１１を作動するために、ホルベック溝内で前進させる。

ロータシャフト１５３の回転可能に支承するのため、ポンプアウトレット１１７の領域に転がり軸受１８１が、そしてポンプインレット１１５の領域に永久磁石軸受１８３が設けられている。

転がり軸受１８１の領域には、ロータシャフト１５３に、転がり軸受１８１の方に向かって増加する外直径を有する円すい形のスプラッシュナット１８５が設けられている。スプラッシュナット１８５は、作動媒体貯蔵部の少なくとも一つのスキマーと滑らかに接触している。作動媒体貯蔵部は、互いに積重ねられた吸収性の複数のディスク１８７を有している。これらは、転がり軸受１８１の為の作動媒体、例えば潤滑媒体を染み込ませられている。

真空ポンプ１１１の作動中には、作動媒体が毛細管作用によって作動媒体貯蔵部からスキマーを介して回転するスプラッシュナット１８５へと伝達され、及び遠心力によってスプラッシュナット１８５に沿って、スプラッシュナット１８５の大きくなる外直径の方向へ、転がり軸受１８１に向かって搬送され、そこで例えば潤滑機能を発揮する。転がり軸受１８１と作動媒体貯蔵部は、槽形状のインサート１８９と軸受カバー１４５によって真空ポンプ内にはめ込まれている。

永久磁石軸受１８３は、ロータ側の軸受半部１９１とステータ側の軸受半部１９３を有する。これらは、軸方向に互いに積層されたいくつかの永久磁石の複数のリング１９５，１９７からなる各一つのリング積層部を有する。リングマグネット１９５，１９７は、半径方向の軸受間隙１９９を形成しつつ向かい合っており、その際、ロータ側のリングマグネット１９５は半径方向外側に、及びステータ側のリングマグネット１９７は半径方向内側に配置されている。軸受間隙１９９内に存在する磁場は、ロータシャフト１５３の半径方向の支承を行うリングマグネット１９５，１９７の間に磁気的反発力を引き起こす。ロータ側のリングマグネット１９５は、リングマグネット１９５を半径方向外側で取り囲んでいるロータシャフト１５３の担持部分２０１によって担持されている。ステータ側のリングマグネット１９７は、リングマグネット１９７を通って延在しており、及びハウジング１１９の半径方向の支柱２０５に懸架されているステータ側の担持部分２０３によって担持されている。回転軸線１５１に対して平行に、ロータ側のリングマグネット１９５は、担持部分２０３と連結されたカバー要素２０７によって固定されている。ステータ側のリングマグネット１９７は、回転軸線１５１に対して平行に、一方の方向では、担持部分２０３と接続された固定リング２０９並びに担持部分２０３と接続された固定リング２１１によって固定されている。固定リング２１１とリングマグネット１９７の間には、更に、さらばね２１３を設けることができる。

磁石軸受の内部には、ロータ１４９の為の半径方向のストッパーを形成するために、真空ポンプ１１１の通常の作動では非接触で空転し、及びロータ１４９がステータに対して過剰に半径方向に変位した際に干渉する緊急用若しくは安全用軸受２１５が設けられている。その場合に、ロータ側の構造がステータ側の構造と衝突するのが防止される。安全用軸受２１５は非潤滑式の転がり軸受として形成されており、並びにロータ１４９及び／又はステータと半径方向の間隙を形成する。この間隔は、安全用軸受２１５が通常のポンプ作動中は作用しないことに供する。安全用軸受２１５が作用するに至る半径方向の変位は、安全用軸受２１５が真空ポンプの通常の作動中、干渉が発生しないよう十分大きく寸法どられており、そして同時に、ロータ側の構造のステータ側の構造との衝突があらゆる状況で防止されるよう十分小さく寸法どられている。

真空ポンプ１１１は、ロータ１４９を回転駆動するための電動モータ１２５を有する。電動モータ１２５のアンカーは、ロータ１４９によって形成されており、そのロータシャフト１５３は、モータステータ２１７を通って延びている。モータステータ２１７を通って延在するロータシャフト１５３の部分には、永久磁石装置が半径方向外側に、又は埋め込まれて設けることができる。モータステータ２１７とモータステータ２１７を通って延在するロータ１４９の部分の間には、半径方向のモータ間隙を有する中間空間２１９が配置されており、モータ間隙を介してモータステータ２１７と永久磁石装置が、駆動トルクを伝達するために磁気的に影響し得る。

モータステータ２１７は、ハウジング内において、電動モータ１２５の為に設けられたモータ空間１３７の内部に固定されている。シールガスコネクタ１３５を介してシールガス（これはフラッシュガスとも称され、及び空気又は窒素であることが可能である）がモータ室１３７に至ることが可能である。シールガスを介して電動モータ１２５はプロセスガス、例えば腐食作用のプロセスガスの部分から保護することができる。モータ室１３７は、ポンプアウトレット１１７を介しても真空引きされることができ、即ちモータ室１３７内は少なくとも近似的に、ポンプアウトレット１１７に接続される予真空ポンプによって引き起こされる真空圧となる。

その上、ロータハブ１６１とモータ室１３７を画成する壁部２２１の間には、特に、半径方向外側に位置するホルベックポンプ段に対するモータ室２１７のより良好なシールを達成するために、それ自体公知のいわゆるラビリンスシール２２３を設けることができる。

次に説明する本発明の実施例は、例えば、前述の図１から５に基づいて記載されているような真空ポンプと接続して使用することができる。

図６は、それぞれＵ，Ｖ，Ｗ相の出力電圧ｕ_Ｖ，ｕ_Ｕ，ｕ_Ｗを、正又は負の中間回路電位Ｕ_ｄｃに印加することができるように、３つの相ζ＝Ｕ，Ｖ，Ｗのそれぞれの相に対して１つのハーフブリッジを有する例示的な三相インバータ１０を概略図で示す。切替状態ｓ_ζ＝Ｈであるときに、それぞれの相ζの電圧電位ｕ_ζが、値Ｕ_ｄｃをとり、切替状態ｓ_ζ＝Ｌであるときに、それぞれの相ζの電圧電位ｕ_ζが、値０をとる。所定のデューティ比λ_ζε［０，１］の場合、電圧ｕ_ζ＝λ_ζ×Ｕ_ｄｃが、それぞれのζ相に対して生じる。

図７は、空間ベクトル変調のための例示的な有効電圧ベクトルを概略図で示す。この場合、これらの電圧ベクトル

は、複数の電圧ベクトルの実数部ｕ_αと虚数部ｕ_βとに対応する座標を有する直交座標系で示されている。それぞれの有効電圧ベクトル

は、３つの相の切替状態に依存する。その結果、以下の関係式：

に相当する。零ベクトル

は、関係式

によって定義されている。

図８は、直交座標系で示され、電圧ベクトルによって表される例示的な任意の電圧

を示す。同様に、電圧

の座標は、当該の電圧ベクトルの実数部ｕ_αと虚数部ｕ_βとに対応する。したがって、それぞれの電圧が、以下の関係式：

によって表すことができる。

本発明による制動方法の場合では、開放制御回路の場合に制動するために、パルス幅変調に基づく操作可能なセンサレス永久磁石同期モータのための例えば図６に記載されている３相インバータ１０、特に２レベル三相インバータが、回転電圧ベクトルによってのみ制御され、それは例えば、関係式

によって、定義することができ、この関係式においてｕ_ｖｅｃは回転電圧ベクトルの振幅、ｆ_ｖｅｃは回転電圧ベクトルの周波数、ｔは全制動プロセスの開始時における回転電圧ベクトルの時間、γ_０は全制動プロセスの開始時における開始角度を表す。その際、制動プロセスが、本発明による同期ステップＳ（この同期ステップでは、永久磁石同期モータが一定振幅（ｕ_ｖｅｃ＝ｕ_ｓｙｎｃ，図１０参照）及び一定回転数（ｆ_ｖｅｃ＝ｆ_ｓｙｎｃ，図９，１１及び１２参照）の特に前述の関係式に基づいて構成されている回転同期電圧ベクトルでもって制御される）、及び時間的に後続の制動ステップＢ（この制動ステップでは、永久磁石同期モータが、特に前述の関係式に基づいて構成されている回転制動電圧ベクトルと共に、値ゼロまで時間的に減少する回転周波数でもって制御されている（図９，１１及び１２参照））を含む。

永久磁石同期モータは、開放制御回路の場合で制動するために、関係式

に基づいた回転電圧ベクトルによって制御することができる。この回転電圧ベクトルは、同期ステップの間、一定振幅ｕ_ｓｙｎｃと、一定回転周波数ｆ_ｓｙｎｃの回転同期電圧ベクトルとして、及び制動ステップの間、値ゼロまで時間的に減少する回転周波数ｆ_ｖｅｃを有する回転制動電圧ベクトルとして実施される。

その際、回転制動電圧ベクトルの振幅ｕ_ｖｅｃは、制動ステップＢの間、最終値ｕ_ｅｎｄ＞０Ｖまで時間的に直線的に減少し得る（図１０参照）。

図９，１１及び１２からわかるように、制動電圧ベクトルの回転周波数ｆ_ｖｅｃは、制動ステップＢの間、同期電圧ベクトルの回転周波数ｆ_ｙｎｃから出発して値ゼロまで時間的に減少し得る。

同期ステップＳはそれぞれ時刻Ｔ_ｓｙｎｃで終了し、制動ステップＢはそれぞれ時刻Ｔ_ｅｎｄで終了する。

制動ステップＢの間に実施される回転制動電圧ベクトルの振幅Ｕ_ｖｅｃは、同期ステップＳの間に実施される同期電圧ベクトルの振幅Ｕ_ｓｙｎｃから出発して最終値Ｕ_ｅｎｄ＞０まで時間的に直線的に減少し得る（図１０参照）。

同期ステップＳは、永久磁石同期モータのロータが回転同期電圧ベクトルと同期して回転するのに十分大きい、所定の同期時間周期Ｔ_ｓｙｎｃに渡って、永久磁石同期モータの磁界方向制御と制動プロセスの間の遷移ステップとして実施される。

図９からわかるように、回転制動電圧ベクトルの回転周波数ｆ_ｖｅｃは、制動ステップＢの間、値ゼロまで時間的に直線的に減少し得る。

これに対して、図１１と図１２は、本発明による制動方法の例示的な実施形態を示している。これらの場合では、回転制動電圧ベクトルの回転周波数ｆ_ｖｅｃは、制動ステップＢの間で、それぞれの時間セグメントにおいて、値ゼロまで時間的に減少する。その際、この回転周波数は、セグメントからセグメントへ徐々に縮小し、若しくは減少割合が縮小する。この場合、回転制動電圧ベクトルの回転周波数ｆ_ｖｅｃは、それぞれの時間セグメントにおいて時間的に直線的に減少する。

その際、図１１に記載されている実施例の場合において、回転制動電圧ベクトルの回転周波数ｆ_ｖｅｃは、制動ステップＢの間、二つの連続した時間セグメントにおいて値ゼロまで時間的に減少する。その際、この回転周波数は同期ステップＳの直後に続く第一のセグメントにおいて、後続のセグメントよりも速く減少する。

それに対して、図１２は本発明による制動方法の別の変形例を示す。これによれば、回転制動電圧ベクトルの回転周波数ｆ_ｖｅｃは、制動ステップＢの間に、三つの連続した時間セグメントにおいて、値ゼロまで時間的に減少する。その際、この回転周波数は、同期ステップＳの次にくる、時間的に直後の第一セグメントにおいて、後続の第二セグメントよりも速く減少し、及び第二セグメントにおいて、後続の第三セグメントよりも速く減少し、この第三セグメントでは、それが最終的に値ゼロに至る。

パルス幅変調に基づく一つのセンサレス永久磁石同期モータを制御するための本発明による一つの装置は、三相インバータ１０、特に２レベル三相インバータと制御装置とを含む。その際、本発明による装置の三相インバータ１０は、例えば図６に記載されている種類のインバータであることが可能である。本発明による装置の制御装置によって、三相インバータ１０が本発明による制動方法に応じて制御可能である。

特に、本発明による制動方法及び本発明による装置は、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプのそれぞれの駆動ユニットを制御するために、例えば図１〜図５に記載されている種類の真空ポンプ、特にターボ分子ポンプを制御するために使用可能である。

本発明による真空ポンプ、特にターボ分子ポンプは、一つのステータと、ステータに対して相対的にロータ軸線を中心として回転可能に支承された一つのロータと、少なくとも一つの駆動ユニットとを含む。その際、駆動ユニットは、特にセンサレス永久磁石同期モータを含み得、この永久磁石同期モータは本発明による装置によって及び本発明による制動方法に応じて制御可能である。その際、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプが例えば図１〜５に記載されている様式で実施することができる。

１０ 三相交流インバータ
１１１ ターボ分子ポンプ
１１３ インレットフランジ
１１５ ポンプインレット
１１７ ポンプアウトレット
１１９ ハウジング
１２１ 下部分
１２３ エレクトロニクスハウジング
１２５ 電動モータ
１２７ アクセサリ接続部
１２９ データインターフェース
１３１ 電源供給接続部
１３３ フローインレット
１３５ シールガス接続部
１３７ モータ室
１３９ 冷却媒体接続部
１４１ 下面
１４３ スクリュー
１４５ 軸受カバー
１４７ 固定穴
１４８ 冷却媒体配管
１４９ ロータ
１５１ 回転軸線
１５３ ロータシャフト
１５５ ロータディスク
１５７ ステータディスク
１５９ スペーサリング
１６１ ロータハブ
１６３ ホルベックロータスリーブ
１６５ ホルベックロータスリーブ
１６７ ホルベックステータスリーブ
１６９ ホルベックステータスリーブ
１７１ ホルベック間隙
１７３ ホルベック間隙
１７５ ホルベック間隙
１７９ 接続チャネル
１８１ 転がり軸受
１８３ 永久磁石軸受
１８５ スプラッシュナット
１８７ ディスク
１８９ インサート
１９１ ロータ側の軸受半部
１９３ ステータ側の軸受半部
１９５ リングマグネット
１９７ リングマグネット
１９９ 軸受間隙
２０１ キャリア部分
２０３ キャリア部分
２０５ 半径方向の支柱
２０７ カバー要素
２０９ 支持リング
２１１ 固定リング
２１３ さらばね
２１５ 緊急用又は安全用軸受
２１７ モータステータ
２１９ 中間空間
２２１ 壁部
２２３ ラビリンスシール
ｆ_ｓｙｎｃ 回転同期電圧ベクトルの一定回転周波数
ｆ_ｖｅｃ 回転電圧ベクトルの回転周波数
ｕ_ｓｙｎｃ 回転同期電圧ベクトルの一定振幅
ｕ_ｖｅｃ 回転電圧ベクトルの振幅
Ｂ 制御ステップ
Ｓ 同期ステップ
Ｔ_ｅｎｄ 同期ステップの終了時間
Ｔ_ｓｙｎｃ 同期時間周期

Claims (12)

1. パルス幅変調に基づく空間ベクトル変調によって操作可能なセンサレス永久磁石同期モータ、特に真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプの永久磁石同期モータを制動するための方法において、
   開放制御ループの場合で制動するために、永久磁石同期モータが、回転電圧ベクトル
   

   

   によってのみ制御され、
   制動方法は、永久磁石同期モータが一定振幅（ｕ_ｓｙｎｃ）及び一定回転周波数（ｆ_ｓｙｎｃ）の回転同期電圧ベクトルで制御されている、同期ステップ（Ｓ）と、及び永久磁石同期電動機が、値ゼロまで時間的に減少する回転周波数（ｆ_ｖｅｃ）の回転制動電圧ベクトルで制御されている、時間的に後続の制動ステップ（Ｂ）とを含む、当該方法。
2. 回転制動電圧ベクトルの振幅（ｕ_ｖｅｃ）は、制動ステップ（Ｂ）の間、最終値（ｕ_ｅｎｄ）＞０まで時間的に直線的に減少すること、を特徴とする請求項１に記載の制動方法。
3. 回転制動電圧ベクトルの回転周波数（ｆ_ｖｅｃ）は、制動ステップ（Ｂ）の間、少なくとも基本的に、回転同期電圧ベクトルの回転周波数（ｆ_ｓｙｎｃ）から出発して、値ゼロまで時間的に減少すること、を特徴とする請求項１又は２に記載の制動方法。
4. 回転制動電圧ベクトルの振幅（ｕ_ｖｅｃ）は、制動ステップ（Ｂ）の間、少なくとも基本的に、回転同期電圧ベクトルの振幅（ｕ_ｓｙｎｃ）から出発して、最終値（ｕ_ｅｎｄ）＞０Ｖまで時間的に直線的に減少すること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の制動方法。
5. 同期ステップ（Ｓ）は、永久磁石同期モータのロータが、回転同期電圧ベクトルと同期して回転するのに十分大きい、所定の同期時間周期（Ｔ_ｓｙｎｃ）に渡って、永久磁石同期モータの磁界方向制御と制動プロセスの間の遷移ステップとして実施されること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の制動方法。
6. 回転制動電圧ベクトルの回転周波数（ｆ_ｖｅｃ）は、制動ステップ（Ｂ）の間、値ゼロまで時間的に直線的に減少すること、を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の制動方法。
7. 回転制動電圧ベクトルの回転周波数（ｆ_ｖｅｃ）は、制動ステップ（Ｂ）の間、時間セグメントにおいて値ゼロまで時間的に減少し、その回転周波数はセグメントからセグメントへ徐々に縮小する、又は減少割合が縮小すること、を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の制動方法。
8. 回転制動電圧ベクトルの回転周波数（ｆ_ｖｅｃ）は、それぞれの時間セグメントにおいて時間的に直線的に減少すること、を特徴とする請求項７に記載の制動方法。
9. 回転制動電圧ベクトルの回転周波数（ｆ_ｖｅｃ）は、制動ステップ（Ｂ）の間、二つの連続した時間セグメントにおいて値ゼロまで時間的に減少し、この回転周波数が同期ステップ（Ｓ）の次にくる時間的に直後の第一のセグメントにおいて、後続のセグメントよりも速く減少すること、を特徴とする請求項７又は８のいずれか１項に記載の制動方法。
10. 回転制動電圧ベクトルの回転周波数（ｆ_ｖｅｃ）は、制動ステップ（Ｂ）の間、三つの連続した時間セグメントにおいて値ゼロまで時間的に減少し、この回転周波数が同期ステップ（Ｓ）の次にくる時間的に直後の第一セグメントにおいて後続の第二セグメントよりも速く減少し、及び第二セグメントにおいて後続の第三セグメントよりも速く減少し、このセグメントでは最終的に値ゼロに至ること、を特徴とする請求項７又は８のいずれか１項に記載の制動方法。
11. センサレス永久磁石同期モータを制動するための三相インバータ（１０）は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制動方法に応じて、制御装置によって制御可能であることを特徴とする、三相インバータ（１０）、特に２レベル三相インバータ及び制御装置を有する、パルス幅変調に基づきセンサレス永久磁石同期モータを制御するための、特に真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプのセンサレス永久磁石同期モータを制御するための装置。
12. 駆動ユニットは、センサレス永久磁石同期モータを含み、この永久磁石同期モータが請求項１１に従った装置によって及び／又は請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制動方法に応じて制御可能であることを特徴とする、ステータとステータに対して相対的にロータ軸線を中心として回転可能に支承されているロータ及び少なくとも一つの駆動装置とを有する真空ポンプ、特にターボ分子ポンプ。

Images