JP4899891B2

JP4899891B2 - 真空ポンプ装置

Info

Publication number: JP4899891B2
Application number: JP2007016408A
Authority: JP
Inventors: 雅哉中村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2027-01-26
Also published as: JP2008184904A

Description

本発明は、ポンプユニットと電源ユニットとそれらの間を接続するケーブルとで構成され真空ポンプ装置ポンプに関する。

従来の磁気浮上型のターボ分子ポンプは、ポンプユニットと電源ユニットとそれらの間を接続するケーブルとで構成されている。磁気浮上型ターボ分子ポンプでは、モータへの動力供給系配線と磁気浮上系の信号制御系配線とが必要であるが、動力系と信号系のコネクタを分離して別々のケーブルとするとコストアップとなるため、それらの配線を一本のケーブルにまとめる従来技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

一般的に、規格品のコネクタにおいては、各コネクタピンは同一電流定格になっており、動力系と信号制御系とに応じて電流定格の異なるピンを一つのコネクタに用意しようとすると、特注品となってコストアップの要因となってしまう。そのため、コネクタの大型化・コスト高を招かないように信号制御系の電流定格に合わせたコネクタを選定し、動力系のラインを複数に分岐して複数のピンを使用することで、同一電流定格のピンで動力系と信号制御系のケーブルを一本にまとめる場合がある。

特開２００４−０５２７２７号公報

しかしながら、信号制御系に合わせた電流定格のコネクタピンに動力系ラインを分岐して並列接続した場合、並列配線の一部が断線したときに他の配線の電流が増加し、配線の定格を超えるおそれがある。

請求項１の発明は、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電源ユニットと、電源ユニットとポンプユニットとを接続するモータ駆動電力供給ラインおよび信号制御ラインと、を備える真空ポンプ装置であって、電源ユニットはモータ駆動電力の異なる複数種類のポンプユニットと接続可能であり、モータ駆動電力供給ラインを構成する配線の各々を、並列接続した複数の分岐配線で構成し、複数の分岐配線の各々の電力供給側に直列接続された複数の抵抗と、各分岐配線の抵抗よりもモータ側における電位に基づいて、複数の分岐配線のいずれか一つが断線していることを検出する断線検出回路と、断線検出回路の検出情報に基づいて、電源ユニットに警報動作を行わせる警報装置と、電源ユニットと接続するポンプユニットに搭載されるモータの駆動電力の大小を判別する判別手段とを備え、警報装置は、判別手段により判別されたモータの駆動電力が、複数の分岐配線のうち、断線していない配線の定格超過を生じない場合には警報を発生し、定格超過を生じる場合には停止動作を行わせることを特徴とする。

本発明によれば、断線検出回路により並列接続した複数の分岐配線の断線を検出することができるので、分岐配線の断線に対して適切に対処することができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明による真空ポンプ装置の一実施の形態を示す図であり、磁気浮上型ターボ分子ポンプの概略構成を示すブロック図である。ターボ分子ポンプは、ポンプユニット１と電源ユニット２とそれらを接続するケーブル１０とから構成されている。

ポンプユニット１には、回転翼が形成されたロータが設けられており、ロータは磁気軸受５により非接触支持されるとともにモータ６により回転駆動される。モータ６には、例えば３相モータが用いられる。ロータの回転状態は回転センサにより検出される。また、磁気軸受５によって磁気浮上されたロータの浮上位置は、変位センサにより検出される。なお、図１に示したセンサ類３には、上述した回転センサおよび変位センサの他に、温度センサや断線検出センサなどが含まれている。

一方、電源ユニット２には、モータ６に供給される駆動電力を制御するモータドライブ回路２０１と、ロータが所定浮上位置に支持されるように磁気軸受５に供給される励磁電流を制御する軸受ドライブ回路８と、センサ類３からのセンサ信号が入力されるセンサ回路９と、制御回路７とを備えている。モータドライブ回路２０１および軸受ドライブ回路８は、センサ回路９からの回転情報および浮上位置情報に基づいて、モータ駆動電流および励磁電流をそれぞれ制御する。ケーブル１０には、信号制御ラインを構成するセンサ信号ライン１０２および軸受制御ライン１０３と、モータ駆動電力供給ライン１０４とが設けられている。

図２は、モータ６に駆動電力を供給するモータ駆動電力供給ライン１０４の詳細を示す図である。モータ６のＵ相巻線，Ｖ相巻線およびＷ相巻線には、電源ユニット２に設けられたモータドライブ回路２０１から駆動電流ｉが供給される。Ｃ１およびＣ２はモータユニット１および電源ユニット２に設けられたコネクタであり、本実施の形態では、信号制御ライン１０２，１０３の電流に合わせた電流定格のコネクタピンが複数設けられている。

モータドライブ回路２０１からのＵ相ラインの配線は２つの配線UL1，UL2に分岐され、コネクタＣ２の２本のコネクタピンにそれぞれ接続されている。各配線UL1，UL2には、モニタ用の抵抗RMが設けられている。並列配線されたＵ相配線UL1，UL2間には比較回路２０２Ｕが設けられており、この比較回路２０２Ｕにより配線UL1，UL2が断線したときの抵抗RMの電圧ドロップを検出する。通常、モータドライブ回路２０１はプリント基板上に実装されるので、抵抗RMおよび比較回路２０２Ｕもそのプリント基板上に設けることが可能である。

各配線UL1，UL2は、コネクタピンを介してケーブル１０の配線UC1，UC2に接続される。また、ケーブル１０の配線UC1，UC2は、コネクタＣ１の２本のコネクタピンを介しポンプユニット１各の配線UP1，UP2に接続されている。ケーブル１０の配線UC1，UC2は、長さに応じた抵抗値Rcを有している。配線UP1，UP2はポンプユニット１内で１本にまとめられ、モータ６のＵ相巻線に電流ｉを供給するようになっている。他のＶ相ラインおよびＷ相ラインもＵ相ラインと同様の構成を有しており、それぞれ比較回路２０２Ｖ，２０２Ｗおよびモニタ用抵抗RMを備えている。

比較回路２０２Ｕ，２０２Ｖ，２０２Ｗから出力される比較結果はＣＰＵ２０３に入力され、モータ駆動制御等のポンプ制御に利用される。ＣＰＵ２０３には警報部２０４が接続されており、Ｕ，ＶおよびＷ相ラインのいずれかに断線が検出されたならば、警報部２０４により警報を発する。例えば、電源ユニット２に設けられている表示装置に異常警告表示を表示したり、電源ユニット２の外部に異常警告信号を出力したりする。

図３はＵ相の断線判定を説明する図であり、（ａ）は断線がない場合を説明する図であり、（ｂ）は断線が発生した場合を説明する図である。ここでは、Ｕ相からＶ相へ電流を流す際のＵ相を例に説明する。ここでは、Ｕ相ラインの配線UL1，UL2，UC1，UC2と同様に、Ｖ相ラインに関する配線をそれぞれVL1，VL2，VC1，VC2とする。また、配線UL1，UL2，VL1，VL2に設けられるモニタ用抵抗RMをそれぞれRMU1，RMU2，RMV1，RMV2とし、配線UC1，UC2，VC1，VC2の抵抗をRCU1，RCU2，RCV1，RCV2とする。

断線がない場合のドライブ電流をｉ、図３（ａ）のＡ点での電圧をＶとすると、配線UL1のＢ点での電圧は、モニタ用抵抗RMU1による電圧降下がRMU1×ｉ／２なので、Ｖ−ｉ・RMU1／２になる。RMU1=RMU2と設定すれば、Ｂ点とＣ点とは同電位となる。また、Ｄ点の電位は抵抗RCU1による電圧降下により、Ｖ−ｉ・（RMU1＋RCU1）／２となり、Ｅ点も同電位である。

一方、図３（ｂ）に示すようにＣ点のすぐ下流が断線した場合、抵抗RMU1で電圧降下はｉ・RMU1になるので、Ｂ点の電圧はＶ−ｉ・RMU1となる。また、Ｄ点での電圧はＶ−ｉ・（RMU1＋RCU1）となる。また、Ｃ点近くの下流での断線発生により、モニタ抵抗RMU2には電流が流れず電圧降下が生じないので、Ｃ点の電位はＡ点の電位と同じＶになる。このように、断線がない場合にはＢ点とＣ点との間に電位差は生じないが、断線時にはｉ・RMU1の電位差が生じるため、その電位差を比較回路２０２Ｕで検出することで断線検出が可能となる。

なお、Ｃ点より上流の回路はプリント基板上に構成されるので、断線は生じにくいと考えることができる。また、Ｃ点の近くの下流で断線が発生した場合を例に説明したが、ケーブル１０中で断線が生じたり、Ｅ点のようなポンプユニット１内部の箇所に断線が生じたりした場合でも、同様に断線判定を行うことができる。

このような断線検出のための電位差の検出には、比較回路２０２として図４に示すようにコンパレータ回路を使用することが考えられる。使用電圧が高電圧の場合には、コンパレータに信号として直接取り込むことはできないので、分圧をして信号レベルの電圧に変換する。そして、コンパレータ２０２Ｕで検出信号を作成し、直接ＣＰＵ２０３に取り込めるレベルに変換するようにしている。

Ｃ点のすぐ下流で断線した場合、Ｂ点での電圧は、Ｖ−ｉ・RMU1＝100−10×0.2＝98（Ｖ）となる。Ｃ点の電位は、電圧降下が生じないので１００（Ｖ）である。Ｆ点では、１Ｍ（Ω）と４７ｋ（Ω）の抵抗を用いて分圧するので、Ｆ点の電位は98×47k／（47k＋1M）＝4.4（Ｖ）となる。同様に、Ｇ点の電位は100×47k／（47k＋1M）＝4.5（Ｖ）となる。Ｆ点とＧ点の電位差をコンパレータ２０２Ｕで検出し、それを断線信号としてＣＰＵ２０３に取り込む。ＣＰＵ２０３は、コンパレータ２０２Ｕからの断線信号に基づいて、以下のような制御動作を行う。

上述したように、本実施の形態では、モータ６に駆動電力を供給する動力系ラインの各配線（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）を、２本の配線に分岐し２本のコネクタピンに接続するようにして、信号制御系の電流定格に合わせて設定されたコネクタピンの定格より小さくなるようにしたので、コネクタの大型化およびコストアップを抑制することができる。さらに、２つに分岐された配線間に比較回路２０２Ｕ，２０２Ｖ，２０２Ｗを設けて、その差分信号により断線の判定を行うことで、一部の配線の断線によるコネクタピンの定格電流超過の発生や、配線の定格を超えた使用を防止することができる。例えば、比較回路２０２Ｕ，２０２Ｖ，２０２Ｗの信号に基づいて、配線やコネクタピンの定格を超過しないようにモータ駆動電流を制限したり、警報部２０４による警報の発生を行わせたりする。

ターボ分子ポンプの場合、一般的に、容量の異なる複数種類のポンプユニット１に対して同一タイプの電源ユニットが用いられる。そのため、大型のポンプユニットを使用した場合、１本でも断線が発生すると残りの配線が定格超過となってしまうが、本実施の形態によればモータ駆動電流を制限したり、モータ駆動を停止したりするとともに、異常発生をユーザに知らせることで適切な対応を迅速に行うことができる。

また、接続されたポンプユニットの大きさの違いをソフトで判別して、断線発生時のアラーム制御動作をポンプユニットに応じて変えるようにしてもよい。例えば、モータ駆動電力の大きなポンプユニットの場合は停止動作を行い、断線が発生してもコネクタピンの定格に対して余裕があるモータ駆動電力の小さなポンプユニットの場合には、警報のみを発生する。

上述した実施の形態では、各相の出力を２つの配線に分岐する場合について説明したが、３以上に分岐する場合も同様である。例えば、４つの配線に分岐する場合には、図５に示すように比較回路２０２ａ〜２０２ｃを多段構成とすることで、配線UL1 〜 UL4 の断線を検出することができる。一般に、ｎ本の配線に分岐する構成でｋ本目（モニタ用抵抗RMUk）の配線が断線した場合、断線のない場合との電位差はｉ・RMUk・（n − 1）／ n と表せる。

なお、上述した実施の形態では、動力供給系配線と信号制御系配線とを有する真空ポンプ装置として磁気浮上型のターボ分子ポンプを例に説明したが、例えば、磁気浮上型のドラッグポンプのような真空ポンプ装置にも本発明は適用できる。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、センサ信号ライン１０２および軸受制御ライン１０３は信号制御ラインを、配線UL1〜UL4，VL1，VL2，UC1，UC2，VC1，VC2，UP1，UP2は分岐配線を、比較回路２０２Ｕ，２０２Ｖ，２０２Ｗ，２０２ａ〜２０２ｃは断線検出回路をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。

本発明による真空ポンプ装置の一実施の形態を示す図であり、磁気軸受式ターボ分子ポンプの概略構成を示すブロック図である。モータ６に駆動電力を供給するモータ駆動電力供給ライン１０４の詳細を示す図である。Ｕ相の断線判定を説明する図であり、（ａ）は断線がない場合を示し、（ｂ）は断線が発生した場合を示す。比較回路２０２Ｕの具体例を示す図である。４つの配線UL1〜UL4に分岐する場合の比較回路の構成を示す図である。

符号の説明

１：ポンプユニット、２：電源ユニット、３：センサ類、５：磁気軸受、６：モータ、８：軸受ドライブ回路、９：センサ回路、１０：ケーブル、１０２：センサ信号ライン、１０３：軸受制御ライン、１０４：モータ駆動電流供給ライン、２０１：モータドライブ回路、２０２Ｕ，２０２Ｖ，２０２Ｗ，２０２ａ〜２０２ｃ：比較回路、２０３：ＣＰＵ、２０４：警報部、UL1〜UL4，VL1，VL2，UC1，UC2，VC1，VC2，UP1，UP2：配線

Claims

真空排気を行うポンプユニットと、
前記ポンプユニットを駆動制御する電源ユニットと、
前記電源ユニットと前記ポンプユニットとを接続するモータ駆動電力供給ラインおよび信号制御ラインと、を備える真空ポンプ装置であって、
前記電源ユニットはモータ駆動電力の異なる複数種類の前記ポンプユニットと接続可能であり、
前記モータ駆動電力供給ラインを構成する配線の各々を、並列接続した複数の分岐配線で構成し、
前記複数の分岐配線の各々の電力供給側に直列接続された複数の抵抗と、
前記各分岐配線の前記抵抗よりもモータ側における電位に基づいて、前記複数の分岐配線のいずれか一つが断線していることを検出する断線検出回路と、
前記断線検出回路の検出情報に基づいて、前記電源ユニットに警報動作を行わせる警報装置と、
前記電源ユニットと接続する前記ポンプユニットに搭載されるモータの駆動電力の大小を判別する判別手段とを備え、
前記警報装置は、前記判別手段により判別されたモータの駆動電力が、前記複数の分岐配線のうち、断線していない配線の定格超過を生じない場合には警報を発生し、定格超過を生じる場合には停止動作を行わせることを特徴とする真空ポンプ装置。