JP2021093774A - Vacuum pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空ポンプに関する。 The present invention relates to a vacuum pump.
ターボ分子ポンプなどの軸流式真空ポンプは、真空排気するためにポンプロータを高速回転させる。このとき、稀薄ガスに対して圧縮仕事を行いながら排気するので、ポンプロータは一方向のみの回転となる。したがって、ポンプロータは、通常は、静止状態と正回転領域との間で加速・減速や、定常回転が行われる。 Axial-flow vacuum pumps, such as turbomolecular pumps, rotate the pump rotor at high speeds for vacuum exhaust. At this time, since the lean gas is exhausted while performing compression work, the pump rotor rotates in only one direction. Therefore, the pump rotor is usually accelerated / decelerated or constantly rotated between the stationary state and the normal rotation region.
ポンプロータを回転駆動するモータとしては、例えば、回転子に永久磁石を備えた永久磁石同期モータが用いられる。永久磁石同期モータでは、マグネットトルクを利用して回転力を得ているため、固定子コイルに適切なタイミングで電流を流して回転磁界を生成する必要がある。適切なタイミングを得るために、従来はホール素子などの回転位置センサを用いてタイミングを生成している。しかし、最近ではコスト面への配慮から、特許文献1に記載のような回転位置センサを省略したセンサレスの3相ブラシレスモータが提案されている。 As the motor for rotationally driving the pump rotor, for example, a permanent magnet synchronous motor having a permanent magnet in the rotor is used. In a permanent magnet synchronous motor, a rotating force is obtained by using magnet torque, so it is necessary to pass a current through the stator coil at an appropriate timing to generate a rotating magnetic field. Conventionally, in order to obtain an appropriate timing, a rotation position sensor such as a Hall element is used to generate the timing. However, recently, in consideration of cost, a sensorless three-phase brushless motor that omits the rotation position sensor as described in Patent Document 1 has been proposed.
特許文献1に記載のセンサレスブラシレスモータでは、固定子コイルに発生する誘起電圧を用いて回転位置を取得するようにしており、回転子が停止した状態において、固定子コイルにより所望の方向に回転する回転磁界を非同期で生成し、回転子の回転速度を誘起電圧が取得可能な回転数まで上昇させるようにしている。しかしながら、例えばロータ重量が大きい場合等において、始動できない可能性があった。 In the sensorless brushless motor described in Patent Document 1, the rotation position is acquired by using the induced voltage generated in the stator coil, and when the rotor is stopped, the stator coil rotates in a desired direction. The rotating magnetic field is generated asynchronously, and the rotation speed of the rotor is increased to the number of rotations at which the induced voltage can be obtained. However, for example, when the rotor weight is large, there is a possibility that the engine cannot be started.
本発明の第1の態様による真空ポンプは、ポンプロータと、前記ポンプロータを回転駆動するモータと、前記モータをセンサレス駆動するモータ制御部と、を備える真空ポンプにおいて、前記モータは、モータロータに永久磁石が設けられた同期モータであって、 前記モータ制御部は、第1の固定磁極位相でq軸電流を流す第1の通電制御を実行し、その後に、前記第1の固定磁極位相と異なる第2の固定磁極位相でq軸電流を流す第2の通電制御を実行するモータ始動動作を行う。 The vacuum pump according to the first aspect of the present invention is a vacuum pump including a pump rotor, a motor that rotationally drives the pump rotor, and a motor control unit that drives the motor sensorlessly. The motor is permanently attached to the motor rotor. A synchronous motor provided with a magnet, the motor control unit executes a first energization control in which a q-axis current is passed in a first fixed magnetic pole phase, and then is different from the first fixed magnetic pole phase. A motor starting operation is performed to execute a second energization control in which a q-axis current is passed in the second fixed magnetic pole phase.
本発明によれば、真空ポンプにおける始動失敗の発生を防止することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of a start failure in the vacuum pump.
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。図1は、真空ポンプの概略構成を説明する図であり、ターボ分子ポンプのポンプ本体1の断面を示す図である。ターボ分子ポンプは、図1に示すポンプ本体1と、ポンプ本体1を駆動するコントローラ(不図示)とを備えている。図1に示すターボ分子ポンプは磁気浮上式ターボ分子ポンプであり、ポンプ本体1には、シャフト5に締結されたポンプロータ4と、シャフト5を磁気浮上支持する磁気軸受67,68,69と、シャフト5を回転駆動するモータMとが設けられている。なお、磁気軸受67,68,69が作動していない状態では、シャフト5はメカニカルベアリング66a,66bによって支持される。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a vacuum pump, and is a diagram showing a cross section of a pump body 1 of a turbo molecular pump. The turbo molecular pump includes a pump body 1 shown in FIG. 1 and a controller (not shown) for driving the pump body 1. The turbo molecular pump shown in FIG. 1 is a magnetically levitated turbo molecular pump, and the pump body 1 includes a
モータMはセンサレスの永久磁石同期モータであって、モータロータ11には永久磁石が設けられている。モータMのモータステータ10および磁気軸受67〜69は、ベース60に設けられている。ポンプロータ4には、複数段の回転翼4aと一つの円筒部4bとが形成されている。複数段の回転翼4aは、ポンプケーシング61内に設けられた複数段の固定翼62と共にターボポンプ段を構成している。複数段の回転翼4aに対して軸方向に交互に設けられた複数段の固定翼62は、複数のスペーサリング63によって位置決めされている。円筒部4bは、ベース60に固定されたポンプステータ64と共にドラッグポンプ段(ネジ溝ポンプ)を構成している。ここではポンプステータ64側にネジ溝が形成されているが、円筒部4b側にネジ溝を形成しても構わない。ベース60に形成された排気口60aには排気ポート65が設けられ、この排気ポート65に補助ポンプが接続される。
The motor M is a sensorless permanent magnet synchronous motor, and the
図2は、ターボ分子ポンプのコントローラの概略構成を示すブロック図である。外部からのAC入力は、コントローラに設けられたAC/DCコンバータ40によってDC出力(DC電圧)に変換される。AC/DCコンバータ40から出力されたDC電圧はDC/DCコンバータ41に入力され、DC/DCコンバータ41によって、モータM用のDC電圧と磁気軸受用のDC電圧とが生成される。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a controller of a turbo molecular pump. The AC input from the outside is converted into a DC output (DC voltage) by the AC /
モータM用のDC電圧はインバータ43に入力される。磁気軸受用のDC電圧は磁気軸受用のDC電源42に入力される。磁気軸受67〜69は図1に示すように5軸磁気軸受を構成しており、ラジアル側の磁気軸受67,68は各々2対の電磁石46を有し、アキシャル側の磁気軸受69は1対の電磁石46を有している。5対の電磁石46、すなわち10個の電磁石46には、それぞれに対して設けられた10個の励磁アンプ45から個別に電流が供給される。
The DC voltage for the motor M is input to the
制御部44はモータおよび磁気軸受の制御を行うデジタル演算器であり、例えば、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、及び入出力インタフェース( I/O インタフェース)を備えたマイクロコンピュータやFPGA(Field Programmable Gate Array)等で構成される。制御部44は、インバータ43に対しては、インバータ43に含まれる複数のスイッチング素子をオンオフ制御するためのPWM制御信号441を出力し、各励磁アンプ45に対しては、各励磁アンプ45に含まれるスイッチング素子をオンオフ制御するためのPWM制御信号442をそれぞれ出力する。また、制御部44には、後述するようにモータMに関する信号(相電圧や相電流に関する信号)443が入力されると共に、磁気軸受に関する信号(励磁電流信号や変位信号)444が入力される。
The
図3は、モータMに関するモータ駆動制御系を示す図である。モータ駆動制御系は、制御部44に設けられたモータ制御部400、電流検知器50および電圧検知器51等を含む。図示しないが、インバータ43は、複数のスイッチング素子と、それらをオンオフ駆動するためのゲートドライブ回路とを備えている。モータステータ10のU,V,W相コイルに流れる電流は電流検知器50によってそれぞれ検出され、検出結果としての電流検知信号はローパスフィルタ409を介してモータ制御部400の回転速度ω・磁極位置θ推定部(以下では、ω,θ推定部と呼ぶことにする)407に入力される。また、U,V,W相コイルの各端子および中性点の電圧は電圧検知器51によって検出され、検出結果としての電圧検知信号はローパスフィルタ410を介してモータ制御部400のω,θ推定部407に入力される。
FIG. 3 is a diagram showing a motor drive control system related to the motor M. The motor drive control system includes a
ω,θ推定部407は、電流検知信号および電圧検知信号に基づいて、モータロータ11の回転速度ωおよび磁極位置(電気角θ)を推定する。なお、モータロータ11の磁極位置は電気角θで表されるので、以下では、磁極位置のことを磁極電気角θと呼ぶことにする。算出された回転速度ωは速度制御部401,Id・Iq設定部402および等価回路電圧変換部403に入力される。また、算出された磁極電気角θはdq−2相電圧変換部404に入力される。
The ω,
速度制御部401は、入力された目標回転速度ωiと推定された現在の回転速度ωとの差分に基づいて、PI 制御(比例制御および積分制御)あるいはP制御(比例制御)を行い、電流指令Iを出力する。Id・Iq設定部402は、電流指令Iに基づき、回転座標dq系における励磁電流ベクトル成分(以下ではq軸電流と呼ぶ)Iqおよびトルク電流ベクトル成分(以下ではd軸電流と呼ぶ)Idを設定する。図4に示すように、回転座標dq系のd軸は、回転しているモータロータ11のN極を正方向とする座標軸である。q軸はd軸に対してπ/2[rad]進みの直角方向の座標軸で、その向きは正回転時の逆起電圧方向となる。
The speed control unit 401 performs PI control (proportional control and integral control) or P control (proportional control) based on the difference between the input target rotation speed ωi and the estimated current rotation speed ω, and performs a current command. Output I. The Id /
一般に、ターボ分子ポンプにおけるモータ制御においては、d軸電流IdはId=0のように制御される。等価回路電圧変換部403は、予め記憶されている回転センサレス制御のパラメータKe[V0-pk/(rad/t)]、r[Ω]、L[mH]に基づいて、次式(1),(2)で表される回転座標dq系における電圧指令Vd,Vqを求め、dq-2相電圧変換部404に入力する。ここで、rはモータ線全体の巻き線抵抗、Keは逆起電力定数、ωモータの角周波数である。
Vd=−ω×L×Iq …(1)
Vq=r×Iq +Ke×ω …(2)
Generally, in motor control in a turbo molecular pump, the d-axis current Id is controlled as Id = 0. The equivalent circuit
Vd = −ω × L × Iq… (1)
Vq = r × Iq + Ke × ω… (2)
dq-2相電圧変換部404は、電圧指令Vd,Vqとω,θ推定部407から入力された磁極電気角θとに基づいて、回転座標dq系における電圧指令Vd,Vqを固定座標αβ系の電圧指令Vα,Vβに変換する。2相-3相電圧変換部405は、2相の電圧指令Vα,Vβを3相電圧指令Vu,Vv,Vwに変換する。PWM信号生成部406は、3相電圧指令Vu,Vv,Vwに基づいて、インバータ43に設けられたスイッチング素子をオンオフ(導通または遮断)するためのPWM制御信号を生成する。インバータ43は、PWM信号生成部406から入力されたPWM制御信号に基づいてスイッチング素子をオンオフし、モータMに駆動電圧を印加する。
The dq-2 phase
(従来の始動動作)
従来の始動動作としては、例えば、固定磁極位相でq軸電流Iqを流し、モータロータ11が回り始めるきっかけを与える方法が知られている。一般に真空ポンプにおいては、通常のロータ回転時には、磁極電気角θ(磁極位置)に対して回転方向にπ/2[rad]だけ進み位相の電流ベクトル、すなわちロータ回転(回転速度ω)に同期して回転するdq軸のq軸方向の電流ベクトル(Id=0、Iq>0)が与えられる。しかし、センサレスの同期モータの場合、モータロータ11が停止している状態では逆起電圧が生成されないので、モータロータ11の磁極電気角θ(磁極位置)を検出することが出来ない。そのため、磁極電気角θ(磁極位置)が検知できない始動時においては、固定座標αβ系において一定方向を向いた電流ベクトルを与えて始動する。
(Conventional starting operation)
As a conventional starting operation, for example, a method is known in which a q-axis current Iq is passed in a fixed magnetic pole phase to give a trigger for the
例えば、図4においてα軸正方向(U相方向)の電流ベクトルを与えて、回転する磁束ではなくα軸正方向(U相方向)の磁束φ1を形成する。図4ではU相方向(α軸正方向)を基準(θ=0)として磁極電気角θを設定しているので、モータロータ11のN極がβ軸負方向を向いたタイミングにおけるq軸電流Iqを流すことになる。すなわち、モータロータ11の磁極位置すなわち磁極電気角θがθ=−π/2[rad]であると仮定して、固定磁極位相θ=−π/2[rad]でq軸電流Iqを流すことになる。
For example, in FIG. 4, a current vector in the α-axis positive direction (U-phase direction) is given to form a magnetic flux φ1 in the α-axis positive direction (U-phase direction) instead of a rotating magnetic flux. In FIG. 4, since the magnetic pole electric angle θ is set with reference to the U-phase direction (α-axis positive direction) (θ = 0), the q-axis current Iq at the timing when the N pole of the
そのようなq軸電流Iqを与えた場合、モータロータ11の磁極電気角θが0〜+π[rad]の場合には時計回り(逆転方向)のトルクがモータロータ11に作用し、磁極電気角θが0〜−π[rad]の場合には反時計回り(正転方向)のトルクがモータロータ11に作用する。そのため、図4のようにモータロータが停止している場合、反時計回りのトルクがモータロータ11に作用し、逆転方向に回り始めるきっかけが与えられる。しかしながら、θ=0でモータロータ11が停止している場合、モータロータ11のN極がU相方向に引き付けられて停止状態が維持されるため、回り始めのきっかけを与えることが出来ず始動に失敗してしまう。
When such a q-axis current Iq is given, when the magnetic pole electric angle θ of the
(本実施形態の始動動作)
図5は、制御部44で実行される始動動作処理を説明するフローチャートである。モータ起動指令によりモータ制御が開始されると、ステップS10において予め設定された固定磁極位相でq軸電流Iq=10[A]を流し、計時を開始する。これは、従来の場合と同様に回転のきっかけを与えるための動作である。始動時のq軸電流Iqの電流値としては、モータMに供給可能な最大電流値とするのが好ましい。ステップS20では、モータロータ11の回転速度ωがω=0であるか否か、すなわち、停止しているか否かを判定し、ω=0と判定された場合にはステップS30へ進む。一方、ω≠0と判定された場合には、そのときに発生するモータ逆起電圧から回転速度ωが推定可能なので、ステップS70へ進んでベクトル制御を開始する。
(Starting operation of this embodiment)
FIG. 5 is a flowchart illustrating a start operation process executed by the
ステップS20でω=0と判定されてステップS30へ進んだ場合には、ステップS30において、ステップS10で計時開始してからの経過時間が予め設定した時間Tset1を経過したか否かを判定する。ステップS30で(経過時間)<Tset1と判定された場合にはステップS20へ戻り、(経過時間)≧Tset1と判定された場合にはステップS40へ進んでq軸電流IqをステップS10の場合とは逆符号のIq=−10[A]に切り替える。 When it is determined in step S20 that ω = 0 and the process proceeds to step S30, in step S30, it is determined whether or not the elapsed time from the start of timing in step S10 has passed the preset time Tset1. If it is determined in step S30 that (elapsed time) <Tset1, the process returns to step S20, and if it is determined that (elapsed time) ≥ Tset1, the process proceeds to step S40 and the q-axis current Iq is set to step S10. Switch to Iq = -10 [A] with the opposite sign.
ステップS50では、ステップS10で計時開始してからの経過時間が時間Tset2を経過したか否かを判定する。ステップS50で(経過時間)<Tset2と判定された場合にはステップS20へ戻り、(経過時間)≧Tset2と判定されるとステップS60へ進む。ステップS60では、計時時間をクリアしてステップS10へ戻る。すなわち、再びq軸電流IqをIq=10[A]に切り替えて、計時を開始する。 In step S50, it is determined whether or not the elapsed time from the start of timekeeping in step S10 has passed the time Tset2. If it is determined in step S50 that (elapsed time) <Tset2, the process returns to step S20, and if it is determined that (elapsed time) ≥ Tset2, the process proceeds to step S60. In step S60, the time counting time is cleared and the process returns to step S10. That is, the q-axis current Iq is switched to Iq = 10 [A] again, and the timing is started.
図5に示す始動処理では、ω≠0となって回転のきっかけが与えられるまでは、図6のように、Iq=10[A]の通電状態Aが時間Tset1だけ継続されるパターンと、Iq=−10[A]の通電状態Bが時間(Tset2−Tset1)だけ継続されるパターンとを繰り返し実行する。もちろん、繰り返しを行わなくも構わないが、通電状態AおよびBを繰り返し実行することで、確実に始動を行わせることができる。なお、通電状態Aの継続時間をTset1、通電状態Aの継続時間と通電状態Bの継続時間との合計時間Tset2の設定値としては任意であるが、例えば、Tset2=10秒、Tset1=8秒のように設定される。もちろん、Tset1およびTset2の値はこれらに限定されるものではなく、例えば、ロータ重量の大小に応じて合計時間Tset2の長短を設定したり、通電状態A,Bの継続時間の比を変えたりしても良い。 In the starting process shown in FIG. 5, a pattern in which the energized state A of Iq = 10 [A] is continued for the time Tset1 and Iq until ω ≠ 0 and a trigger for rotation is given, as shown in FIG. = The pattern in which the energized state B of -10 [A] is continued for a period of time (Tset2-Tset1) is repeatedly executed. Of course, it is not necessary to repeat the process, but by repeatedly executing the energized states A and B, the start can be reliably performed. The duration of the energized state A is Tset1, and the total time of the duration of the energized state A and the duration of the energized state B is arbitrary as the set value of Tset2. For example, Tset2 = 10 seconds and Tset1 = 8 seconds. Is set as. Of course, the values of Tset1 and Tset2 are not limited to these, and for example, the length of the total time Tset2 can be set according to the size of the rotor weight, or the ratio of the durations of the energized states A and B can be changed. You may.
次に、図4、図7等を参照して、図5に示した始動動作を定性的に説明する。ステップS10における予め設定された固定磁極位相は任意であり、ここでは、U相方向(α軸正方向)の磁束φ1が形成されるような固定磁極位相でq軸電流Iq=10[A]を流すものとする。モータロータ11が、例えば、図4のような状態で停止していた場合、磁束φ1によってモータロータ11もN極がU相に近づくように時計回りに回転する。その結果、ステップS20においてω≠0と判定されてベクトル制御が開始される(ステップS70)。
Next, the starting operation shown in FIG. 5 will be qualitatively described with reference to FIGS. 4, 7, and the like. The preset fixed magnetic pole phase in step S10 is arbitrary, and here, the q-axis current Iq = 10 [A] is set at the fixed magnetic pole phase such that the magnetic flux φ1 in the U-phase direction (α-axis positive direction) is formed. It shall be shed. When the
一方、図7に示すように、磁極電気角θ=0でモータロータ11が停止している場合には、固定磁極位相θ1=−π/2でq軸電流Iqを流したときに形成される磁束φ1の方向と、モータロータ11の磁束の方向とが一致することになる。そのため、q軸電流Iq=10[A]を流しても、モータロータ11を回転させるようなトルクが発生しない。よって、ステップS20でω=0と判定されてステップS30へと進む。経過時間がTset1未満の場合にはステップS30からステップS20へと戻るので、ステップS20→ステップS30の処理が繰り返されて、通電状態Aが図6の0秒〜Tset1のように維持される。
On the other hand, as shown in FIG. 7, when the
ステップS10でIq=10[A]に設定されてからの経過時間がTset1に達すると、ステップS30からステップS40へと進んでq軸電流Iqが10[A]から−10[A]へと切り替えられて、図6のように通電状態Bに変化する。通電状態Bでは、通電状態Aと同一の固定磁極位相で通電状態Aの場合と反対符号のq軸電流Iqを流すことになり、図7に示すように磁束φ1と逆向きの磁束φ2が形成されることになる。言い換えると、通電状態Bは、固定磁極位相θ2(θ2=+π/2[rad])でq軸電流Iq=10[A]を流す状態である。 When the elapsed time from when Iq = 10 [A] is set in step S10 reaches Tset1, the process proceeds from step S30 to step S40, and the q-axis current Iq switches from 10 [A] to -10 [A]. Then, it changes to the energized state B as shown in FIG. In the energized state B, the q-axis current Iq having the opposite sign to that in the energized state A flows in the same fixed magnetic pole phase as in the energized state A, and as shown in FIG. 7, a magnetic flux φ2 opposite to the magnetic flux φ1 is formed. Will be done. In other words, the energized state B is a state in which the q-axis current Iq = 10 [A] flows in the fixed magnetic pole phase θ2 (θ2 = + π / 2 [rad]).
通電状態Bの場合には、モータロータ11の永久磁石により形成される磁束の方向と磁束φ2の方向とが逆向きになるので、モータロータ11のN極とステータ側のN極とが対向して反発する不安定状態となる。その結果、モータロータ11は正転方向または逆転方向に動き出すことになり、ステップS20でω≠0(NO)と判定されてベクトル制御が開始される。
In the energized state B, the direction of the magnetic flux formed by the permanent magnet of the
なお、ステップS40でIq=−10[A]と設定してもω≠0と判定されず始動しない場合には、Iq=−10[A]の通電状態Aが(Tset2−Tset1)継続された時点(0秒からの継続時間がTset2となった時点)でステップS50→ステップS60→ステップS10と進み、再び通電状態A(Iq=10[A])および計時が再開される。そして、ステップS20でω≠0と判定されるまで、通電状態Aと通電状態Bとが交互に繰り返し実行される。 If ω ≠ 0 is not determined and the engine does not start even if Iq = -10 [A] is set in step S40, the energized state A of Iq = -10 [A] is continued (Tset2-Tset1). At a time point (when the duration from 0 seconds becomes Tset2), the process proceeds in the order of step S50 → step S60 → step S10, and the energized state A (Iq = 10 [A]) and timing are restarted again. Then, the energized state A and the energized state B are alternately and repeatedly executed until it is determined in step S20 that ω ≠ 0.
上述したように、本実施の形態では、ステップS10において固定磁極位相θ1(θ1=−π/2)でq軸電流Iq(Iq=10[A])を流す通電状態Aを所定時間(8秒間)維持することで、モータロータ11の磁極電気角(磁極位置)がq軸電流Iqの固定磁極位相θ1とほぼ一致した状態を確実に得ることができる。そして、固定磁極位相θ1とは異なる位相の固定磁極位相θ2(θ2=+π/2)でq軸電流Iq(Iq=10[A])を流す通電状態Bに切り替えることで、モータロータ11に対してトルクを確実に発生させることができる。その結果、真空ポンプにおける回転始動の失敗を防止することができる。
As described above, in the present embodiment, in step S10, the energized state A in which the q-axis current Iq (Iq = 10 [A]) is passed at the fixed magnetic pole phase θ1 (θ1 = −π / 2) is kept for a predetermined time (8 seconds). By maintaining), it is possible to surely obtain a state in which the magnetic pole electric angle (magnetic pole position) of the
(変形例)
上述した実施の形態では、固定磁極位相θ1でq軸電流Iq=10[A]を流す通電状態Aから、電流値の符号をマイナスに切り替えて固定磁極位相θ2がθ2=+π/2でq軸電流Iq=10[A]を流す通電状態Bとした。しかし、通電状態Aを形成して図7のように磁極電気角θ=0に停止させたモータロータ11に、回転のきっかけとなるトルクを発生させることができる通電状態Bであれば、固定磁極位相θ2はθ2=+π/2に限定されない。原理的にはθ2≠−π/2であればトルクが発生することになるが、ロータ慣性に対する発生トルクの大きさを考慮すると現実的には0≦θ2≦π程度に設定するのが良い。また、通電状態A,Bにおける電流値の大きさも、上述した供給可能な最大電流値でなくても良いし、通電状態Aと通電状態Bとで電流値を異ならせても構わない。
(Modification example)
In the above-described embodiment, the sign of the current value is switched to minus from the energized state A in which the q-axis current Iq = 10 [A] flows at the fixed magnetic pole phase θ1, and the fixed magnetic pole phase θ2 is θ2 = + π / 2 and the q-axis. The energized state B in which the current Iq = 10 [A] was passed was set. However, if the
上述した例示的な実施の形態および変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。 It will be understood by those skilled in the art that the above-described exemplary embodiments and modifications are specific examples of the following embodiments.
[1]一態様に係る真空ポンプは、ポンプロータと、前記ポンプロータを回転駆動するモータと、前記モータをセンサレス駆動するモータ制御部と、を備える真空ポンプにおいて、前記モータは、モータロータに永久磁石が設けられた同期モータであって、前記モータ制御部は、第1の固定磁極位相でq軸電流を流す第1の通電制御を実行し、その後に、前記第1の固定磁極位相と異なる第2の固定磁極位相でq軸電流を流す第2の通電制御を実行するモータ始動動作を行う。 [1] The vacuum pump according to one aspect is a vacuum pump including a pump rotor, a motor for rotationally driving the pump rotor, and a motor control unit for driving the motor sensorlessly. The motor is a permanent magnet on the motor rotor. Is a synchronous motor provided with the above, the motor control unit executes a first energization control in which a q-axis current is passed in the first fixed magnetic pole phase, and thereafter, a second different from the first fixed magnetic pole phase. A motor starting operation is performed to execute a second energization control in which a q-axis current is passed in the fixed magnetic pole phase of 2.
例えば、図7の通電状態A,Bはそれぞれ第1の通電制御、第2の通電制御に対応し、通電状態Aでは第1の固定磁極位相θ1=−π/2でq軸電流Iq(=10[A])を流し、通電状態Bでは第2の固定磁極位相θ2=+π/2でq軸電流Iq(=10[A])を流す。その結果、第1の通電制御を行うことでモータロータ11の磁極電気角(磁極位置)が第1の固定磁極位相θ1=−π/2に揃えられ、第2の通電制御において第1の固定磁極位相θ1=−π/2と異なる位相の第2の固定磁極位相θ2=+π/2でq軸電流Iqを流すので、モータロータ11の磁束φ1の方向とq軸電流Iqにより形成される磁束φ2の方向とを異ならせることができ、始動失敗の発生を防止することができる。
For example, the energized states A and B in FIG. 7 correspond to the first energized control and the second energized control, respectively. In the energized state A, the q-axis current Iq (=) at the first fixed magnetic pole phase θ1 = −π / 2. 10 [A]) is passed, and in the energized state B, the q-axis current Iq (= 10 [A]) is passed at the second fixed magnetic pole phase θ2 = + π / 2. As a result, the magnetic pole electric angle (magnetic flux position) of the
[2]上記[1]に記載の真空ポンプにおいて、前記第2の固定磁極位相は前記第1の固定磁極位相と位相がπ[rad]だけ異なり、かつ、前記第1および第2の通電制御におけるq軸電流の大きさは等しい値に設定される。このように設定することで、図7のように第2の通電制御においてq軸電流Iqにより形成される磁束φ2の向きを、モータロータ11の磁束φ1に対して逆向きとすることができる。その結果、磁束φ2の向きが逆向き以外の場合と比べて、発生するトルクを大きくすることができる。
[2] In the vacuum pump according to the above [1], the second fixed magnetic pole phase differs from the first fixed magnetic pole phase by π [rad], and the first and second energization controls are performed. The magnitudes of the q-axis currents in are set to equal values. By setting in this way, the direction of the magnetic flux φ2 formed by the q-axis current Iq in the second energization control as shown in FIG. 7 can be reversed with respect to the magnetic flux φ1 of the
[3]上記[1]に記載の真空ポンプにおいて、前記第2の固定磁極位相のモータ回転方向への位相進みΔθは、前記第1の固定磁極位相に対して0[rad]<Δθ<+π[rad]に設定される。第2の固定磁極位相をこのように設定することで、モータロータ11を正回転方向に始動させるトルクを発生させることができ、逆転発生の防止を図ることができる。
[3] In the vacuum pump according to the above [1], the phase advance Δθ of the second fixed magnetic pole phase in the motor rotation direction is 0 [rad] <Δθ <+ π with respect to the first fixed magnetic pole phase. Set to [rad]. By setting the second fixed magnetic pole phase in this way, it is possible to generate a torque for starting the
[4]上記[1]から[3]にまでのいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記第1および第2の通電制御におけるq軸電流の電流値は、前記モータに供給可能な最大電流値に設定される。それにより、始動時に発生するトルクをより大きくすることができ、始動失敗の防止効果をより向上させることができる。なお、モータに供給可能な最大電流値とはは、モータMに流すことが可能な最大電流値、および、モータMに対して電源(DC/DCコンバータ41)が供給できる最大の電流値の両方を意味する。 [4] In the vacuum pump according to any one of the above [1] to [3], the current value of the q-axis current in the first and second energization control is the maximum current value that can be supplied to the motor. Is set to. As a result, the torque generated at the time of starting can be made larger, and the effect of preventing starting failure can be further improved. The maximum current value that can be supplied to the motor is both the maximum current value that can be passed through the motor M and the maximum current value that can be supplied to the motor M by the power supply (DC / DC converter 41). Means.
[5]上記[1]に記載の真空ポンプにおいて、前記モータ制御部は、第1の通電制御および第2の通電制御を繰り返し実行する。それにより、仮に一回目の第1の通電制御および第2の通電制御により始動させることができなかった場合でも、繰り返し第1の通電制御および第2の通電制御を実行することで、始動失敗を確実に防止することができる。 [5] In the vacuum pump according to the above [1], the motor control unit repeatedly executes the first energization control and the second energization control. As a result, even if the engine cannot be started by the first energization control and the second energization control, the start failure is caused by repeatedly executing the first energization control and the second energization control. It can be reliably prevented.
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.
1…ポンプ本体、4…ポンプロータ、10…モータステータ、11…モータロータ、44…制御部、400…モータ制御部、A,B…通電状態、M…モータ 1 ... Pump body, 4 ... Pump rotor, 10 ... Motor stator, 11 ... Motor rotor, 44 ... Control unit, 400 ... Motor control unit, A, B ... Energized state, M ... Motor
Claims (5)
前記ポンプロータを回転駆動するモータと、
前記モータをセンサレス駆動するモータ制御部と、を備える真空ポンプにおいて、
前記モータは、モータロータに永久磁石が設けられた同期モータであって、
前記モータ制御部は、第1の固定磁極位相でq軸電流を流す第1の通電制御を実行し、その後に、前記第1の固定磁極位相と異なる第2の固定磁極位相でq軸電流を流す第2の通電制御を実行するモータ始動動作を行う、真空ポンプ。 With the pump rotor
A motor that rotationally drives the pump rotor and
In a vacuum pump including a motor control unit that drives the motor sensorlessly.
The motor is a synchronous motor in which a permanent magnet is provided in a motor rotor.
The motor control unit executes the first energization control in which the q-axis current flows in the first fixed magnetic pole phase, and then applies the q-axis current in the second fixed magnetic pole phase different from the first fixed magnetic pole phase. A vacuum pump that performs a motor starting operation that executes a second energization control to flow.
前記第2の固定磁極位相は前記第1の固定磁極位相と位相がπ[rad]だけ異なり、かつ、前記第1および第2の通電制御におけるq軸電流の大きさは等しい値に設定される、真空ポンプ。 In the vacuum pump according to claim 1,
The second fixed magnetic pole phase differs from the first fixed magnetic pole phase by π [rad], and the magnitudes of the q-axis currents in the first and second energization controls are set to equal values. ,Vacuum pump.
前記第2の固定磁極位相のモータ回転方向への位相進みΔθは、前記第1の固定磁極位相に対して0[rad]<Δθ<+π[rad]に設定される、真空ポンプ。 In the vacuum pump according to claim 1,
A vacuum pump in which the phase advance Δθ of the second fixed magnetic pole phase in the motor rotation direction is set to 0 [rad] <Δθ <+ π [rad] with respect to the first fixed magnetic pole phase.
前記第1および第2の通電制御におけるq軸電流の電流値は、前記モータに供給可能な最大電流値に設定される、真空ポンプ。 In the vacuum pump according to any one of claims 1 to 3.
A vacuum pump in which the current value of the q-axis current in the first and second energization controls is set to the maximum current value that can be supplied to the motor.
前記モータ制御部は、第1の通電制御および第2の通電制御を繰り返し実行する、真空ポンプ。 In the vacuum pump according to any one of claims 1 to 4.
The motor control unit is a vacuum pump that repeatedly executes a first energization control and a second energization control.
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