JP7073489B2 - 異なる制御機構を必要とする極低温装置を単一の動作プラットフォーム上に統合する為の汎用制御装置 - Google Patents

Description

関連出願

本出願は、２０１７年１０月２９日に出願された、「Universal Controller for a Cryogas Compressor for Simultaneously Driving Different Types of Cryogenic Pumps」という名称の米国仮特許出願６２/５７８，４９８の優先権を主張するものであり、同様に、２０１８年３月５日に出願された、「Protocol Translator for Compressor for Simultaneous Use in Multiple Different Types of Cryogenic Pumps」という名称の米国仮出願６２/６３８，６７２の優先権を主張するものであり、これらの出願は参照されることにより、本出願に援用される。

本発明は、包括的には、極低温システムに関し、より詳しくは、制御装置、クライオポンプ、及び極低温装置を含む極低温システムに関する。

「クライオポンプ」は、通常－１５０℃以下であると認められる極低温度を達成又は維持する為に、極低温冷凍システムに使用されるポンプである。「低温ガス圧縮機(cryogas compressor)」は、１以上の「低温ガス」、即ち極低温用途のガス、例えばヘリウムをポンプで送り込むクライオポンプに電力を供給し、極低温冷凍システムの他のコンポーネントを極低温度に配置又は維持する。

最も一般的な極低温冷凍システムは、商用アプリケーションに使用され、約１０ｋＷまでの入力電力を有し、ＧＭ（ギフォード－マクマホン）サイクルで動作する。ＧＭ冷凍システムは圧縮機を有し、圧縮機が、１）膨張機とは分離しており、２）圧縮機及び膨張機間の供給及び戻りガスラインを有し、３）圧縮機及び膨張機間の通信及び電力を提供する為の圧縮機及び膨張機間の１以上の電線を有することを特徴とする。

さらに、中央制御装置を有する処理ツールにインストールされる時、クライオポンプは、ネットワーク制御装置又は直接処理ツール制御装置に接続された追加の通信ラインを有し、それにより、クライオポンプの状態を処理ツールに通信することが可能になる。

低温ガス圧縮機は、外部電源から電力を受信し、通常、圧縮機モータ、膨張機モータ、センサ、ソレノイド、ヒータ等に電力を供給するコンポーネントを含む電気容器を有する。

最も一般的なクライオポンプは、－２５３．１５℃及び－１９３．１５℃より低い温度でクライオパネルを冷却する２段膨張機を有する。これらの温度において、空気及び他のガスの成分は凍結又は吸収され、非常に清浄な高真空環境が生成され、高真空環境は、半導体製造、塗布及び研究開発に広く使用される。

通常、クライオポンプ及び／又は低温ガス圧縮機の各製造業者は、（１）クライオポンプに電力を供給するこれらのシステム独自の電源及び制御装置レジメンを使用し、そして、必要な時に、（２）クライオポンプが、処理ツール制御装置と直接、又はネットワーク制御装置を介して、通信することを可能にする独自の通信プロトコル（Ｉ／Ｏ）を使用する。

基板上の共通プラットフォーム（即ち、制御システム）は存在せず、又は、特定の製造者のクライオポンプ又は低温ガス圧縮機と組み合わせて、（１）異なる制御システムを使用する異なる製造業者製のクライオポンプのモータを動作させ、また、（２）異なる通信プロトコルを使用する異なる製造業者のクライオポンプが、所定の製造業者の処理ツール制御装置と直接、又はネットワーク制御装置を介して、通信することを可能にする共通の通信プロトコル（Ｉ／Ｏ）も存在しない。本明細書において、制御システム及び通信プロトコルは少なくとも、クライオポンプ及び／又は低温ガス圧縮機及び関連する処理ツール制御装置及びネットワークに関連する低温ガス供給システム、１以上の電気供給システム、及び／又は通信システムを組み合わせた供給能力、入力／出力（Ｉ／Ｏ）制御、及びフィードバックを意味する。

クライオポンプの各製造業者は、クライオポンプ内のモータに電力を供給する為に、クライオポンプ及び／又は低温ガス圧縮機に内蔵された独自の制御及び電力供給システムを使用する。その結果、同じアプリケーション上で、異なる電源設計及び通信プロトコルを使用する異なる製造業者により製造されたクライオポンプ及び／又は低温ガス圧縮機を容認可能に交換又は混合して、適切に動作させることは困難であり、不可能である。このことは、クライオポンプを使用する処理ツールが、クライオポンプが処理ツールの処理制御システムと直接、又はネットワーク制御装置を介して、通信することを必要とする時に、特に事実である。

クライオポンプへの電圧、位相及びＩ／Ｏ入力の為の各製造業者の仕様にしたがって、クライオポンプ及び低温ガス圧縮機間の制御システムが適切に動作しない時に、クライオポンプ内の膨張機に電力を供給するモータは動かず、クライオポンプが、クライオポンプの製造業者により設定された設計パラメータ内で極低温度を生成できない。複数圧縮機－複数クライオポンプを適用する大きな処理ツールにおいて、複数の製造業者の装置の交換又は混合を試みると、追加の通信Ｉ／Ｏ及び低温ガス供給圧力管理問題をもたらし、クライオポンプ及びネットワーク制御装置又は処理ツール制御装置間の通信プロトコル及びクライオポンプ膨張機への電力供給の為の各製造業者の設計プラットフォームの仕様による追加の動作不適合性の原因となる。

この互換性の欠如は、クライオポンプ及び低温ガス圧縮機のユーザに単一の製造業者の特定のクライオポンプ及び低温ガス圧縮機を使用するよう制限し、それにより、ユーザは、現在使用している製造業者以外の製造業者から利用可能であるが、異なる設計の電気、通信、又はガス供給プラットフォーム上で動作する、新技術、改善された性能、改善された価格、競争優位性、供給及びサポートの利用を制限される。

ここに記載の実施形態は、上記の先行技術の欠点を克服する。ここに記載の実施形態は、２つのコンポーネント、即ち、高度に設定可能な電力供給素子(Power Supply Element)（ＰＳＥ）及びプロトコルトランスレータ素子(Protocol Translator Element)（ＰＴＥ）を有する。各コンポーネントは、エンドユーザにより望まれている装置の互換性及び所望の動作能力を提供する為に、別々に使用することもでき、互いに組み合わせて使用することもできる。

これらの利点及び他の利点は、極低温システムにおいて、異なる電力供給要件を有し、異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置を駆動し、複数の極低温装置と通信するように構成された汎用制御装置により提供される。汎用制御装置は、単相及び単調を有する入力電圧を提供する電源と、前記電源に接続され、異なる電力供給要件を有する複数の極低温装置を同時に駆動するように構成された電力供給素子と、前記電源に接続され、互換性のない異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置間の通信を可能にするように構成されたプロトコルトランスレータ素子と、を有する。前記電力供給素子は、それぞれが位相を有する複数の電力供給出力を含むことができ、前記電力供給出力は、第１の電力供給要件を有する第１の型の極低温装置に第１相で第１の出力電圧を提供する第１の電力供給出力と、第２の電力供給要件を有する第２の型の極低温装置に第２相で第２の出力電圧を提供する第２の電力供給出力と、を含み、前記第２の出力電圧は前記第１の出力電圧と異なり、前記第２相は前記第１相と異なり、そして、前記第２の電力供給要件は前記第１の電力供給要件と異なる。前記プロトコルトランスレータ素子は、複数のプロトコルにおける極低温装置の通信を受信及び送信する複数の通信入力／出力と、前記複数の通信入力／出力に通信可能に接続され、極低温装置の通信を受信して互換性のある異なる通信プロトコルに変換して出力するプロセッサと、を含み、前記プロセッサは、第１の型の極低温装置から通信を受信して第１の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、第１の型の極低温装置から／への通信は第１の極低温装置の通信プロトコルであり、そして、第２の型の極低温装置から通信を受信して第２の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、第２の型の極低温装置から／への通信は第１の極低温装置の通信プロトコルとは異なる第２の極低温装置の通信プロトコルである。前記プロセッサは、第１の型の極低温装置から送信された通信を第１の極低温装置の通信プロトコルから第２の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、そして、第２の型の極低温装置から送信された通信を第２の極低温装置の通信プロトコルから第１の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、第１の型の極低温装置及び第２の型の極低温装置が互いに通信することを可能にする。いくつかの実施形態において、第１及び第２の極低温装置の通信プロトコルは異なるが、第２の電力供給要件は第１の電力供給要件と同じである。同様に、いくつかの実施形態において、第２の電力供給要件は第１の電力供給要件と異なるが、第１及び第２の極低温装置の通信プロトコルは同じである。また、いくつかの実施形態において、第２相は第１相と同じであるが、第２の出力電圧は第１の出力電圧と異なる。いくつかの実施形態において、第２の出力電圧は第１の出力電圧と同じであるが、第２相は第１相と異なる。

これらの利点及び他の利点は、極低温システムにおいて、異なる電力供給要件を有し、異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置を駆動し、複数の極低温装置と通信する方法により提供される。前記方法は入力電圧を受信し、単一入力電圧が、単相及び単調を有し、異なる電力供給要件を有する複数の極低温装置を同時に駆動する、ことを含み、前記駆動が、第１相で第１の出力電圧を第１の電力供給要件を有する第１の型の極低温装置へ出力し、第２相で第２の出力電圧を第２の電力供給要件を有する第２の型の極低温装置へ出力することを含み、第２の出力電圧は第１の出力電圧と異なり、第２相は第１相と異なり、第２の電力供給要件は第１の電力供給要件と異なる。そして、前記方法は、第１の極低温装置の通信プロトコルにおける第１の型の極低温装置からの通信を受信し、第１の極低温装置の通信プロトコルとは異なる第２の極低温装置の通信プロトコルにおける第２の型の極低温装置からの通信を受信し、第１の型の極低温装置から受信した通信を第１の極低温装置の通信プロトコルから第２の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、そして、第１の型の極低温装置から受信して第２の極低温装置の通信プロトコルへ変換された通信を第２の型の極低温装置へ送信して、互換性のない異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置間の通信を可能にする、ことを含む。

また、これらの利点及び他の利点は、極低温システムにおいて、異なる電力供給要件を有する複数の極低温装置を駆動するように構成された装置により提供される。前記装置は、単相及び単調を有する単一入力電圧を提供する電源と、前記電源に接続され、異なる電力供給要件を有する複数の極低温装置を同時に駆動するように構成された電力供給素子と、を含む。電力供給素子は、それぞれが位相を有する複数の電力供給出力を含むことができ、電力供給出力は、第１の電力供給要件を有する第１の型の極低温装置に第１相で第１の出力電圧を提供する第１の電力供給出力と、第２の電力供給要件を有する第２の型の極低温装置に第２相で第２の出力電圧を提供する第２の電力供給出力と、を含み、第２の出力電圧は第１の出力電圧と異なり、第２相は第１相と異なり、そして、第２の電力供給要件は第１の電力供給要件と異なる。

さらに、これらの利点及び他の利点は、極低温システムにおいて、異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置と通信するように構成された汎用制御装置により提供される。前記汎用制御装置は、単相及び単調を有する単一入力電圧を提供する電源と、前記電源に接続され、互換性のない異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置間の通信を可能にするように構成されたプロトコルトランスレータ素子と、を含む。前記プロトコルトランスレータ素子は、複数のプロトコルにおける極低温装置通信を受信及び送信する複数の通信入力／出力と、複数の通信入力／出力と通信可能に接続され、極低温装置通信を受信して互換性のある異なる通信プロトコルに変換して送信するプロセッサと、を含む。プロセッサは、第１の型の極低温装置から通信を受信して第１の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、第１の型の極低温装置から／への通信は第１の極低温装置の通信プロトコルであり、そして、第２の型の極低温装置から通信を受信して第２の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、第２の型の極低温装置から／への通信は第１の極低温装置の通信プロトコルとは異なる第２の極低温装置の通信プロトコルであり、プロセッサは、第１の型の極低温装置により送信された通信を第１の極低温装置の通信プロトコルから第２の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、第２の型の極低温装置により送信された通信を第２の極低温装置の通信プロトコルから第１の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、第１の型の極低温装置及び第２の型の極低温装置が互いに通信することを可能にする。

本発明の実施形態は、以下の図面を参照することにより理解されるものである。

処理ツールが、クライオポンプＩ／Ｏを処理ツールの制御システムに統合する制御システム又はネットワークを有していない場合の、主要コンポーネント間の接続及び設備電力を示す処理ツール上の典型的な単一の製造業者（Ａ）製の極低温設備の高レベル傍観概略図である。 処理ツールが、クライオポンプＩ／Ｏを処理ツールの制御システムに統合する制御システム又はネットワークを有しておらず、（ライセンシング、自家商標又は私的複製により）異なる製造業者製のクライオポンプのモータが互換性のある位相及び電圧を有し、接続及び設備電力を示す処理ツール上に複数の製造業者（Ａ及びＢ）製のクライオポンプが設置された場合の、典型的な極低温設備の高レベル傍観概略図である。 処理ツールが、クライオポンプＩ／Ｏを処理ツールの制御システムに統合する制御システム又はネットワークを有しておらず、異なる製造業者製のクライオポンプのモータが互換性のある位相及び電圧を有し、接続及び設備電力を示す処理ツール上に複数の製造業者（Ａ及びＢ）製のクライオポンプが設置され、さらに、異なる位相及び電圧を有する第３の製造業者（Ｃ）製のクライオポンプが統合され、製造業者Ａ又はＢ製の電力供給素子（ＰＳＥ）を備えた低温ガス圧縮機が製造業者Ａ、Ｂ及びＣ製のクライオポンプを駆動することができる場合の、典型的な極低温設備の高レベル傍観概略図である。 処理ツールが、クライオポンプＩ／Ｏを処理ツールの制御システムに統合する制御システムを有しておらず、異なる製造業者（Ａ及びＢ）製のクライオポンプのモータが互換性のある位相及び電圧を有し、さらに、異なる位相及び電圧を有する第３の製造業者（Ｃ）製のクライオポンプが統合され、接続及び設備電力を示す処理ツール上に複数の製造業者（Ａ、Ｂ及びＣ）製のクライオポンプが設置され、製造業者Ｃ製の電力供給素子（ＰＳＥ）を備えた低温ガス圧縮機が製造業者Ａ、Ｂ及びＣ製のクライオポンプを駆動することができる場合の、典型的な極低温設備の高レベル傍観概略図である。 処理ツールが、クライオポンプＩ／Ｏを処理ツールの制御システムに統合する制御システム統合を必要とする場合の、全ての主要コンポーネント間の接続及び設備電力を示す典型的な単一の製造業者製の極低温設備の高レベル傍観概略図である。 位相及び電圧は互換性があり、製造業者Ｂのプロトコルが製造業者Ａのプロトコルと互換性がないので、処理ツールが、プロトコルトランスレータを介して、クライオポンプＩ／Ｏを処理ツールの制御システムに統合する制御システム統合を必要とする場合の、複数の製造業者製のクライオポンプ及び低温ガス圧縮機を使用する極低温設備の高レベル傍観概略図である。 位相及び電圧は互換性があるが、製造業者Ａ及び製造業者Ｂの装置間の通信プロトコルは互換性がなく、処理ツールが、クライオポンプＩ／Ｏを処理ツールの制御システムに統合する制御システム統合を必要とする場合の、複数の製造業者製のクライオポンプ及び低温ガス圧縮機を使用する極低温設備の高レベル傍観概略図である。 処理ツールが、クライオポンプＩ／Ｏを処理ツールの制御システムに統合する制御システム統合を必要とし、位相及び電圧は互換性が無い場合の、複数の製造業者製のクライオポンプを統合する電力供給素子（ＰＳＥ）及びプロトコルトランスレータ素子（ＰＴＥ）を使用する極低温設備の高レベル傍観概略図である。 製造業者Ｂのクライオポンプ制御装置内に統合され、製造業者Ａのネットワーク端末及び処理ツール制御装置との通信を可能にするプロトコルトランスレータの概略図である。 クライオポンプの動作に必要な汎用制御装置電力供給素子（ＰＳＥ）及び低温ガス圧縮機のブロック概略図である。 ２相クライオポンプモータ電力生成の為の移相ネットワークを提供する汎用制御装置電力供給素子（ＰＳＥ）を使用するクライオポンプモータ供給及び２０８／２４０ＶＡＣ（交流電圧）３相入力電圧選択を示す低温ガス圧縮機のブロック概略図である。 ２相クライオポンプモータ電力生成の為の汎用制御装置電力供給素子（ＰＳＥ）変圧器装置を使用するクライオポンプモータ供給及び２０８／２４０ＶＡＣ（交流電圧）３相入力電圧選択を有する低温ガス圧縮機のブロック概略図である。 ２相クライオポンプモータ電力生成の為の内部ＤＣ（直流）電圧及び移相変換器を提供する汎用制御装置電力供給素子（ＰＳＥ）を介したＡＣ／ＡＣ（交流／交流）を使用するクライオポンプモータ供給及び２０８／２４０ＶＡＣ（交流電圧）３相入力電圧選択を示す低温ガス圧縮機のブロック概略図である。 圧縮低温ガス及び電力を複数の製造業者のクライオポンプに同時に提供する汎用制御装置電力供給素子（ＰＳＥ）を使用するホスト低温ガス圧縮機の概略図である。各製造業者のクライオポンプ電力要件（電圧、電流及び位相）は固有であり、各製造業者の為の分離したヒータ、モータ及び電力供給装置が必要である。 クライオポンプに正しい電圧、電流及び位相を独立して提供することができるトリプル出力スイッチ／インバータ電力供給を提供する汎用制御装置電力供給素子（ＰＳＥ）を使用するホスト低温ガス圧縮機の概略図である。この装置は、２０８～４８０ボルトの範囲の単相及び３相電力を含む追加の設備電力を受け入れる。 独立したＡＣ（交流）出力電力モジュールを有するように設計された汎用制御装置電力供給素子（ＰＳＥ）に供給される３つの独立電力を置換する汎用制御装置電力供給素子（ＰＳＥ）構成の費用削減ステップ及びホスト低温ガス圧縮機の概略図である。 各製造業者のクライオポンプ毎に１つ備えられた複数の電力モジュールを提供する汎用制御装置電力供給素子（ＰＳＥ）構成を有するホスト低温ガス圧縮機の概略図である。 汎用制御装置電力供給素子（ＰＳＥ）変圧器ベース設計の実施形態の略概略図である。 疑似無変圧器トリプルＡＣ（交流）出力電力モジュールを有する汎用制御装置電力供給素子（ＰＳＥ）の実施形態の概略図である。 ホスト低温ガス圧縮機とは異なる製造業者により製造されたクライオポンプを駆動するように構成され、ホスト低温ガス圧縮機の為の電力及びＩ／Ｏ接続及びＰＳＥ容器上の電力及びＩ／Ｏ接続を示す上部統合汎用制御装置電力供給素子（ＰＳＥ）容器及びホスト低温ガス圧縮機の前面図である。 水素担持能力及び冷却時間に関して処理には不十分である製造業者Ａのクライオポンプ及び処理には十分な性能を有するロードロック・クライオポンプを示すブロック図である。 図８Ａに図示された製造業者Ａのクライオポンプの性能を示す表である。 製造業者Ｂのホスト低温ガス圧縮機が製造業者Ｂのクライオポンプを駆動し、汎用制御装置電力供給素子（ＰＳＥ）が残りの製造業者Ａのロードロック・クライオポンプを駆動し、製造業者Ａの処理クライオポンプをより高い性能を有する製造業者Ｂのクライオポンプに置換することを示したブロック図である。 図８Ｃに図示された製造業者Ｂのクライオポンプの性能を示す表である。 ３つの製造業者Ａの低温ガス圧縮機の汎用制御装置により作動される２つの製造業者Ｂの低温ガス圧縮機への置換、及び製造業者Ｂの低温ガス圧縮機への実施形態による汎用制御装置の追加を図示するブロック図である。 ３つの製造業者Ａの低温ガス圧縮機の汎用制御装置により作動される２つの製造業者Ｂの低温ガス圧縮機への置換、及び製造業者Ｂの低温ガス圧縮機への実施形態による汎用制御装置の追加を図示するブロック図である。 汎用制御装置プロトコルトランスレータ素子（ＰＴＥ）の実施形態の動作を示すフローチャートである。 汎用制御装置プロトコルトランスレータ素子（ＰＴＥ）の実施形態のハードウェア及びソフトウェアコンポーネントを図示するブロック図である。

実施形態は、２つのコンポーネント、即ちプロトコルトランスレータ素子及び高度に設定可能な電力供給素子から構成される汎用制御装置に関し、２つのコンポーネントは、結合又は分離して極低温システム内に統合され、１以上の以下の機能を提供する。
・電力供給素子（ＰＳＥ）が、極低温ポンプ、膨張機、冷却器、圧縮機及び他の極低温装置のような、１以上の極低温装置に同時に電力を供給し、各装置は、同じ又は異なる電気入力要件を有する。
・プロトコルトランスレータ素子（ＰＴＥ）が、クライオポンプ及びシステムネットワーク制御装置又は直接処理ツール制御装置間の通信プロトコル変換を可能にし、クライオポンプ及びシステムネットワーク又は処理ツール制御装置が、異なる通信プロトコル（Ｉ／Ｏ）に基づいている。
・ネットワーク制御装置又は処理ツール制御装置による通信プロトコル変換を提供することにより、処理ツール極低温システム内に統合されることを必要とし、そして、異なる電圧、位相及び通信プロトコルを必要とする複数の極低温ポンプに、ＰＳＥ及びＰＴＥが共に電力を供給して制御する。
・特に、実施形態は、クライオポンプ、ＭＲＩ磁石、及び他の極低温装置を冷却する為に使用される１以上の極低温膨張機に電力を入力することができるヘリウム圧縮機の為の高度に設定可能な電力供給素子に関し、そして、クライオポンプ及び極低温装置の通信を可能にするＩ／Ｏプロトコルトランスレータに関し、各クライオポンプ及び極低温装置は異なるＩ／Ｏプロトコルを使用することができるので、クライオポンプ及び極低温装置は、共通のネットワーク制御装置を介して、又は直接処理ツール制御装置により、単一の動作プラットフォーム上に統合することができる。

汎用制御装置の電力供給素子（ＰＳＥ）の実施形態は、好ましくはヘリウムにより動作するホスト低温ガス圧縮機に供給される電気及び通信コンポーネントを含み、ホスト低温ガス圧縮機が、同じアプリケーション上にいくつかの製造業者のクライオポンプを組み合わせて、又は製造業者による単一群における、複数のクライオポンプ製造業者のクライオポンプを、単独又は同時に動作させることを可能にする。

有利なことに、ＰＳＥは、他の製造業者の低温ガス圧縮機を極低温冷凍システムから除去し、ＰＳＥを内蔵した好ましいホスト低温ガス圧縮機を設置することを可能にする。そこで、好ましい置換ホスト低温ガス圧縮機は、より効率的で、より容易に維持でき、より確実で、又はより大きな寸法を有する利点をもたらすことができるので、異なる電圧、位相及びＩ／Ｏを必要とする異なる制御システムを有する異なる製造業者製のクライオポンプであっても、複数のクライオポンプがホスト低温ガス圧縮機により駆動される。

本発明の利点は、以下の実施例に示される。極低温システムの主要な製造業者は、主に半導体製造を支えており、極低温システムの少数の製造業者は、主に研究所及び小さなコーティング企業を支えている。２つの製造業者の装置は、異なる制御及びＩ／Ｏ要件により置換可能ではない。しかしながら、ＰＳＥが、これらの２つの製造業者の装置の置換を可能にし、主に磁気共鳴映像法を支えている第３の主要な製造業者の製品を追加することを可能にする。即ち、本発明は、各クライオポンプが異なる電圧、位相及びＩ／Ｏを必要とする異なる制御システムを有する、異なるクライオポンプをユーザが動作させることを可能にする。

汎用制御装置ＰＳＥは、複数の異なるクライオポンプ製造業者の為の複数の異なる電気的設計要件を駆動する為に必要な電圧、位相及び電流を変更する為に必要な電気ハードウェアを提供する。本発明は、全ての同じ製造業者のクライオポンプ、又は、同じアプリケーション上の異なる製造業者のクライオポンプの組み合わせを同時に駆動することができる。また、ＰＳＥの能力は、寿命に達した旧式の非効率的な製造業者の低温ガス圧縮機の除去を可能にし、そして、全ての他の製造業者のクライオポンプを駆動する為に新規なＰＳＥホスト低温ガス圧縮機上に本発明を設置することを可能にし、したがって、ユーザに代替低温ガス圧縮機源を提供する。ＰＳＥを使用するこの新規なホスト低温ガス圧縮機は、同じ製造業者の設計のクライオポンプ、又は、複数の製造業者の設計のクライオポンプの組み合わせを駆動することができる。他の圧縮機は、異なるクライオポンプモータの電圧、位相及びＩ／Ｏを必要とする複数の製造業者の複数のクライオポンプを駆動することはできない。

汎用制御装置のプロトコルトランスレータ素子（ＰＴＥ）の実施形態は、電気コンポーネント、ソフトウェア、ハードウェア、及び以下の追加のコンポーネントを含む。ＰＴＥは、既存の設置されている１組の極低温装置の通信プロトコルとは互換性のない通信プロトコルを有するクライオポンプが、直接設置されて、既存の設置されている１組の極低温装置の通信プロトコルと直接通信及び接続することを可能にし、したがって、システムネットワーク統合及び既存の製造業者のネットワーク、処理ツール及びドロップイン・ポンプ間の処理ツール通信を可能にする。

第２の製造業者とは無関係の第１の製造業者製の既存のクライオポンプ装置を有する、第２の製造業者のクライオポンプ及び制御装置のドロップイン使用は、処理ツールのユーザに装置の利用可能性を拡大する。ドロップイン使用とは、第１の製造業者の装置の制御装置、又は第１の製造業者の装置が設置されている設備の制御装置を調整及び／又は変更する必要なく、第２の製造業者の装置が機能的に利用可能であることを意味する。

例えば、プロトコルトランスレータは、第１の製造業者のネットワーク制御装置に接続し、それにより、イオン注入に使用される注入装置は、第１の製造業者のクライオポンプからの情報により満たされるように、第２の製造業者のクライオポンプからの同じ情報により満たされる。例えば、図１Ｈ及び図１Ｉ参照。

また、ホスト低温ガス圧縮機上のＰＳＥを介して異なる製造業者の選択を提供することにより、エンドユーザに利用可能になった極低温装置は、アプリケーションに最も適切にペアリングされる。例えば、長い稼働時間の極低温冷却を必要とする設備は、現在設置されている装置よりもメンテナンスまでの間がより長い間隔を有するクライオポンプを選択することができる。このことは、例えば、化学蒸着法（ＣＶＤ）の為の施設において生じる。また、プロトコルトランスレータを介して、複数の製造業者製の装置のネットワーク相互運用性を可能にすることは、施設を処理アプリケーションの必要性に最も適した極低温装置により経済的及び効率的にアップデートすることを可能にする。

ここで使用されている「制御システム」は、クライオポンプ及び／又は低温ガス圧縮機に関連する１以上の電気供給システム、通信システム、及び／又は低温ガス供給システムに関連する少なくとも入力／出力（Ｉ／Ｏ）制御、フィードバック、及び供給能力を意味する。

「駆動する」という動詞は、（ａ）１以上のクライオポンプ及び／又は低温ガス圧縮機の制御システムに接続及び／又は指示する１以上のデータ及び/又は電気信号を受信及び／又は送信すること、（ｂ）クライオポンプ及び／又は低温ガス圧縮機に関連する１以上の電気供給システム、通信システム、及び／又は低温ガス供給システムに関連する少なくとも入力／出力（Ｉ／Ｏ）制御、フィードバック、及び供給能力に接続及び／又は指示する１以上のデータ及び/又は電気信号を受信及び／又は送信すること、を意味する。

本開示における「演算装置」又は同じ意味の「ハードウェア」は、全ての目的の為に広義に解釈され、全ての使用、全ての装置、及び／又は全てのシステム及び／又は本開示のシステムの為に、少なくとも中央処理装置、データネットワークと接続する通信装置、一時的コンピュータ可読メモリ、及び／又は非一時的コンピュータ可読メモリ及び／又は媒体を含む装置として定義される。中央処理装置は、ここに記載の方法の１以上のステップの全て又は一部を達成する為に演算、論理演算、及び入力／出力操作を実行することにより、非一時的コンピュータ可読メモリ及び／又は媒体内の１以上のコンピュータプログラムの指令を実行する。

演算装置は、ここに記載の１以上の適切な機能の為に、直接及び／又は間接的に、能動及び／又は受動的に、１以上のユーザ又は他の演算装置により利用可能である。演算装置は、コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、タブレット・コンピュータ、スマートフォン、内蔵部品、装置内のコンポーネント、及び／又は他の適切な装置として具現化することができ、サーバー等のネットワーク上の演算装置とすることもできる。有益には、演算装置は好ましくは、コンピュータ・マウス及び／又はキーボードのような１以上の人入力装置、そして１以上のモニタのような１以上のヒューマン・インタフェースを含む。演算装置は、１以上のユーザに仮想現実経験を提供することに関連する任意の入力、出力、及び／又は計算装置を参照することができる。

１つの演算装置が示され、及び／又は記載されているが、複数の演算装置を使用してもよい。反対に、複数の演算装置が示され、及び／又は記載されている場合に、単一の演算装置を使用してもよい。

「コンピュータプログラム」又は同じ意味の「ソフトウェア」は、１以上の適切な機能を実行する為、及び／又は本開示の１以上の方法を実行する為の、非一時的コンピュータ可読メモリ又は非一時的コンピュータ可読媒体内に記憶された任意の組の指令を意味する。明示されてはいないが、本開示において、演算装置は、１以上の適切な機能を実行する為、及び／又は本開示の１以上の方法を実行する為の、非一時的コンピュータ可読メモリ又は非一時的コンピュータ可読媒体内に記憶された任意の組の指令を有するソフトウェアを含む。

「指示する」という動詞は、１以上のクライオポンプ及び／又は低温ガス圧縮機に１以上の所定の行動を引き起こさせる１以上のデータ表現、電気信号、及び／又は機械信号を意味する。

「接続する」という動詞は、１以上のクライオポンプ及び／又は低温ガス圧縮機の１以上の機能条件を示す１以上のデータ表現、電気信号、及び／又は機械信号を意味する。

「非一時的コンピュータ可読メモリ」又は同じ意味の「非一時的コンピュータ可読媒体」は、１以上のコンピュータプログラムを記憶する為のハードドライブ、ソリッドステートドライブ、ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブ等を意味する。

低温ガス圧縮機の為の汎用制御装置ＰＳＥは、様々な電気入力要件を有する極低温膨張機を好ましくは同時に駆動するが、必須ではない。例えば、汎用制御装置ＰＳＥは、クライオポンプ、ＭＲＩ磁石、及び他の極低温装置を冷却する為に使用される１以上の極低温膨張機に電力を入力することができるヘリウム圧縮機の為に使用される。汎用制御装置ＰＳＥ及び汎用制御装置ＰＳＥが直接又は間接的に制御する極低温装置又は極低温装置の駆動装置は、ＰＳＥがクライオポンプ動作をサポートするネットワーク上のシステムの一部として統合することができ、汎用制御装置プロトコルトランスレータは、極低温装置を制御して極低温装置を既存の通信ネットワークに統合する方法を実行する。（図１Ｈ参照。）

ＯＥＭ（相手先ブランド製造業者）の低温ガス圧縮機は、ＯＥＭにより製造された任意の必要なクライオポンプ、又は、ＯＥＭの電力及び制御のライセンシング、自家商標又は私的複製によりＯＥＭのクライオポンプの電圧及び位相要件に適合する任意の他の製造業者製のクライオポンプを駆動する為に使用することができる。（図１Ｂ参照。）

汎用制御装置ＰＳＥを有するＯＥＭ低温ガス圧縮機（ホスト低温ガス圧縮機）は、ＯＥＭのホスト低温ガス圧縮機により提供される標準電力及び低電圧制御を維持する。しかしながら、汎用制御装置ＰＳＥは、ＯＥＭのクライオポンプの電圧及び位相と互換性のない、他の製造業者のクライオポンプへの電力及び低電圧の接続を可能にし、汎用制御装置ＰＳＥはこの目的の為に構成されている。これにより、１以上の追加の製造業者の製品を追加することができる（図１Ｃ及び１Ｄ参照。）。ホスト低温ガス圧縮機の低温ガス供給及び戻り回路は、他の製造業者のクライオポンプに個別に、又は低温ガス供給及び低温ガス戻り上のマニホールドを介して、組み合わせて接続される。

汎用制御装置ＰＳＥの能力は、ユーザが複数の製造業者製のクライオポンプを組み合わせ、ホスト低温ガス圧縮機のＯＥＭ製造業者により定義された特定の単一電気設計要件を駆動するように設計された１組の電気出力に加えて、（汎用制御装置ＰＳＥを介して）複数の電圧及び位相出力を生成して様々な異なるクライオポンプを制御するホスト低温ガス圧縮機を使用する同じクライオポンプ処理において同時に、複数のクライオポンプを個別に又は組み合わせて駆動することを可能にする。

ホスト低温ガス圧縮機が始動されると、単一又は複数の、様々なクライオポンプへと流れる圧縮低温ガスの必要な流れを提供し、汎用制御装置ＰＳＥは、クライオポンプのモータに電力を供給する為に、様々な電圧及び位相を提供し、そして、各クライオポンプの制御回路の為の低電圧電力も提供し、汎用制御装置ＰＳＥはこの目的の為に構成されている。

汎用制御装置ＰＳＥは、単一施設電圧及び位相、例えば２０８ＶＡＣ、３Ｐ、６０Ｈｚ、を受信し、異なる製造業者製のクライオポンプに電力を供給する為に必要な複数の異なる特定の出力電圧及び位相を生成する。各製造業者は、各製造業者のクライオポンプの為の規定の電圧及び位相要件を有し、そして、各製造業者は、各製造業者のクライオポンプを駆動する為に必要な特定の電圧及び位相を提供するように構成された電気出力を有する低温ガス圧縮機を有する。

クライオポンプが異なる電気要件を有する場合、１つの製造業者製の低温ガス圧縮機は、もう１つの製造業者製のクライオポンプに電力を供給することができない。なぜなら、低温ガス圧縮機は異なる電圧及び位相出力を有するからである。

汎用制御装置ＰＳＥは、１以上のクライオポンプを動作させる為に使用される。これらのクライオポンプは、動作の為の「同期モータ」を使用する。このモータは、スムーズな動作の為に９０度の位相角度を有する２相電力供給を必要とする。同期モータの使用は、クライオポンプだけに限定されない。異なる産業の多数の製品が、同期モータの周辺に設計される。汎用制御装置ＰＳＥにより、これらの産業は、機械的振動、ベアリング摩耗、及び騒音を減少する為に、汎用制御装置ＰＳＥの高品質の電源を使用することができる。また、汎用制御装置ＰＳＥは、それぞれが異なる電圧及び位相要件を有する複数の同期モータを駆動する為に使用することができる。汎用制御装置ＰＳＥは、３相膨張機モータを有する他の装置の為に、３相電力を供給することもできる。

目的のクライオポンプ・アプリケーションは、異なる電圧、電流、及び位相要件を有する３つの電源を必要とする。この目的のアプリケーションは、９０度の位相角度を有する２相電圧の正確な形成により、より低い機械的振動で動作する。他の低コストの手法は、より安価な抵抗器－コンデンサ移相回路を使用することであるが、それにより、より多くの振動をもたらす結果となり、それにより、騒音及びベアリング摩耗の増加につながる。汎用制御装置ＰＳＥを実施することは、より優れた手法である。

また、ネットワーク上のシステムの拡張アプリケーションの為に、クライオポンプに低電圧電力が提供され、それにより、クライオポンプが、プロトコルトランスレータを介して、クライオポンプの状態をネットワークに通信することが可能になり、それにより、クライオポンプの動作状態を処理ツールに通信する。（図１Ｈ参照。）

構造：汎用制御装置ＰＳＥ
汎用制御装置ＰＳＥの構造は、回路を格納してユーザを高電圧から保護する為の容器を必要とする。容器は、前面パネル表示器、ユーザによりアクセス可能な回路遮断器又はフューズ、外部コネクタ、及び外部／内部境界を横断するケーブルの為のグランド線を取り付ける為に必要なカットアウト及び特徴を有する。配線、停止、及び組立手続は電気規定（ＮＥＣ）に従い、安全評価コンポーネントを使用する。容器の寸法は、コンポーネントを格納するのに十分な大きさであり、十分な装置冷却の為に必要な空気分離並びに現場内診断及び修理の為のメンテナンス用アクセスを有する。

表示及び通信
汎用制御装置ＰＳＥは、前面パネルシステム動作表示システムを採用し、ユーザが物理的装置を前側から見ることを必要とする。汎用制御装置ＰＳＥは、ネットワーク接続監視ソリューションの為に構成され、局所性視認要件を除去し、汎用制御装置の動作状態をユーザが遠隔で監視することを可能にする。図７参照。この遠隔ネットワーク接続監視ソリューションは、履歴性能ログ記録も有する。このことは、イベント後の法医学的分析及び問題軽減を加速させる。

将来の配置は、異なる電力要件を使用する新規なクライオポンプ及び膨張機設計と、さらに異なる電力要件を有する非低温アプリケーションを含むが、限定するものではない。著しい開発努力を必要とすることなく、補助的電源又は既存の電源の改良を汎用制御装置ＰＳＥに加えることができる。追加の電源を容易に追加することができるこの能力は、複数の製造業者の装置を配置することを可能にし、単一供給源のシナリオを削除し、より低コストで競争力のあるソリューションをエンドユーザに提供する。現在の発明に追加することができる電源の容量の物理的制限はない。

特定分野のアプリケーションは、全ての目的電流クライオポンプ電源を必要とはしない。汎用制御装置のＰＳＥ電源は互いに結合されず、したがって、残りの電源動作に影響を与えることなく、任意の出力電源を除去することができる。電源の除去は、より低い材料表費用をもたらし、消費者の為のより低コスト製品へと変換される。

使用例：汎用制御装置ＰＳＥ及びＰＴＥ
以下は、汎用制御装置ＰＳＥ及びＰＴＥ、並びに、異なるプラットフォームと接続することができるその能力により可能になる２つのアプリケーションである。それぞれの場合において、汎用制御装置は、エンドユーザが、異なる製造業者製のクライオポンプ及び低温ガス圧縮機を供給及び使用することを可能にし、それにより、生産上の問題を解決する為に既存の設置済のクライオポンプ及び／又は低温ガス圧縮機よりも優れた性能をもたらし、その上、全てのクライオポンプ及び／又は低温ガス圧縮機を異なる技術プラットフォームへ完全に変更する必要は無く、関係するクライオポンプ及び／又は低温ガス圧縮機のみを変更すればよいので、設備投資を最小化することができる。

実施例１：汎用制御装置ＰＳＥ
特定のアプリケーションにおいて、特に２００ｍｍ半導体ツール上のイオン注入において、製造業者Ａのクライオポンプは、再生が必要になる前に、１７～２０リットルまでの極低温水素を保持することができる。この水素量の制限は、水素の吸収領域が制限されていることによるものであり、そして、ヒータが故障した場合に再生時に発火源として作用することができる内部ヒータをクライオポンプは有しているので、製造業者Ａは水素保持量を制限することを好むからである。その結果、もし発火が発生した場合、クライオポンプ内の水素量が多いよりは、クライオポンプ内の水素量を少なくして再生を実施した方がより安全である。注入工程は通常３週間であり、製造業者Ａのクライオポンプの再生間隔は、通常２週間毎である。

クライオポンプは、上記の安全上の目的により、再生を実施する必要がある間、イオン注入工程の稼働サイクルは完了せず、製造業者Ａのクライオポンプが再生されて適切な極低温動作に戻るまでの間、イオン注入工程は停止される。追加の複雑化要因は、システム内のヘリウム流の低流量により、処理の初動がさらに遅延し、製造業者Ａのクライオポンプの冷却時間が過剰に長いことである。クライオポンプが再び動作し始めると、中断されたイオン注入工程が再び継続される。しかしながら、このイオン注入工程の中断は、イオン注入工程を欠陥製品が製造される可能性及び危険にさらし、そして、この欠陥は、この後にいくつか続く製造工程が完了するまで計測することができない。したがって、イオン注入工程を継続した場合、製造業者Ａのクライオポンプの再生要件には不十分であったことにより、数千単位の欠陥製品を処理してしまう危険がある。図８Ａ～８Ｂ参照。

均等な物理的寸法を有する製造業者Ｂのクライオポンプは、発火が発生する危険なく、３０～５０リットルの水素を保持することができる。なぜなら、製造業者Ｂのクライオポンプは、製造業者Ａのクライオポンプに比べて、広い水素吸収領域を有しており、そして、製造業者Ｂのクライオポンプは、内部ヒータを有しておらず、クライオポンプ容器の外側の外部ヒータを使用しているからである。製造業者Ｂのクライオポンプの内部には発火源が存在せず、そして、製造業者Ｂのクライオポンプは実質的により多くの水素を保持することができるので、クライオポンプの再生をサポートする為にイオン注入工程を中断する必要がない。その結果、クライオポンプは、通常３週間であるイオン注入工程サイクル全体をサポートすることができ、クライオポンプ再生後の製品の品質に関する多大な不確実性を削除することができる。追加の利点は、製造業者Ｂのクライオポンプは、実質的により早い冷却時間を有するので、３週間のツール処理期間終了後に再生される時に、ツールの回復がより早く、製造工程により早く戻ることができる。しかしながら、製造業者Ｂのクライオポンプは、製造業者Ａのクライオポンプに比べて、著しく異なる制御プラットフォーム、位相、及び電圧を必要とし、製造業者Ａの低温ガス圧縮機により駆動することはできない。

上記のアプリケーションは、イオン注入処理室に製造業者Ｂのクライオポンプを設置することを必要とするが、イオン注入装置上には製造業者Ａのクライオポンプが設置されたロードロック室も備えられている。製造業者Ａの低温ガス圧縮機は、処理室のクライオポンプ及びロードロック室のクライオポンプの両方を駆動する。ロードロック室の製造業者Ａのクライオポンプを置換する必要は無い。なぜなら、クライオポンプは十分に動作し、空気のみを処理し、そして、有害ガスが発火する危険もない。これらの問題を解決する為に、製造業者Ｂの低温ガス圧縮機は、汎用制御装置ＰＳＥを提供するように選択され、それにより、処理室の製造業者Ｂのクライオポンプを駆動し、そして、ロードロック室の製造業者Ａのクライオポンプも駆動する。（図８Ｃ～８Ｄ参照。）

しかしながら、製造業者Ｂのクライオポンプはさらに、製造業者Ａのクライオポンプとは異なる通信プロトコルを使用するので、製造業者Ａのネットワークをわたって通信することができない。その結果、製造業者Ｂのクライオポンプが製造業者Ａのネットワークをわたってイオン注入制御装置と通信することを可能にする為に、汎用制御装置プロトコルトランスレータ素子（ＰＴＥ）も設置される。（図８Ｃ～８Ｄ参照。）

汎用制御装置（ＰＳＥ及びＰＴＥ）の両方の素子を設置することにより、エンドユーザが、処理室の非効率的な製造業者Ａのクライオポンプを除去してより優れた製造業者Ｂのクライオポンプを処理室に設置し、製品のリスクを削減し、そして、設備投資を最小化することを可能にする。なぜなら、エンドユーザは、ロードロック室の製造業者Ａのクライオポンプをも置換する必要がないからである。製造業者Ｂのホスト低温ガス圧縮機は、汎用制御装置ＰＳＥを備え、処理室の製造業者Ｂのクライオポンプ及びロードロック室の製造業者Ａのクライオポンプの両方を駆動する。また、汎用制御装置プロトコルトランスレータは、製造業者Ｂのクライオポンプの状態を製造業者Ａのネットワークを介してイオン注入制御装置に通信することを可能にする。

或いは、汎用制御装置ＰＳＥは、製造業者Ａの低温ガス圧縮機に設置し、製造業者Ａの低温ガス圧縮機は、ロードロック室の製造業者Ａのクライオポンプを継続的に駆動し、その上、処理室の製造業者Ｂのクライオポンプを駆動可能にしてもよい。しかしながら、製造業者Ａの低温ガス圧縮機は、製造業者Ｂの低温ガス圧縮機に比べて、わずかに少ないヘリウムを供給するので、処理室の製造業者Ｂのクライオポンプによる改善された冷却時間は減少される。また、汎用制御装置ＰＴＥは、製造業者Ａのネットワークをわたる通信を可能にする為に、製造業者Ｂのクライオポンプ内に統合される必要がある。

実施例２：汎用制御装置ＰＳＥ及びＰＴＥ
製造業者は、各処理室に製造業者Ａのクライオポンプを含む多室（５室）処理ツールを有する。製造業者Ａの低温ガス圧縮機は、ヘリウム圧縮能力の欠如により各クライオポンプの内の２つのみを駆動することができる。その結果、そのようなシステムは、処理ツールの５つのクライオポンプをサポートする為に３つの圧縮機を備える必要がある。また、製造業者Ａの低温ガス圧縮機は、老朽化しており、置換する必要がある。製造業者Ｂの低温ガス圧縮機はより効率的であり、追加のヘリウム冷却能力をもたらすことができるので、３つの製造業者Ａのクライオポンプを駆動することができる。しかしながら、製造業者Ｂの低温ガス圧縮機は、製造業者Ａのクライオポンプを駆動する為に必要な制御プラットフォーム、位相、及び電圧を有していない。製造業者Ｂの低温ガス圧縮機への汎用制御装置ＰＳＥの追加が、製造業者Ａの各クライオポンプの３つを駆動することを可能にし、それにより、５つのクライオポンプを完全にサポートする為に、製造業者Ａの低温ガス圧縮機を３つ購入する代わりに、製造業者Ｂの低温ガス圧縮機を２つ購入するだけでよくなる。また、エンドユーザは、製造業者Ａのクライオポンプはメンテナンスを行う又はリタイアさせる必要があるので、確実により優れた性能の為に、多室処理ツールに製造業者Ｂのクライオポンプを統合するオプションも有する。（図８Ｅ～８Ｆ参照。）

最後に、処理ツールがクライオポンプの動作状態のアップデートを必要とした場合、ＰＴＥの追加が、製造業者Ｂのクライオポンプが製造業者Ａのネットワーク制御装置をわたって通信することを可能にする。

特定の実施
汎用制御装置電力供給素子：変圧器ベース
図２Ｃは、電圧及び位相変換の為の複数の変圧器ベースの電力供給を有する汎用制御装置のブロック図である。図５は、この特定の実施の概略図であり、特に、変圧器ベースの設計の概略図である。

主要な電力供給素子（ＰＳＥ）の概略図が図５に図示されている。入力２相電力及び施設アース接続が、４つのターミナルブロック１で終わる。その後、施設アースは、ＰＳＥシャーシに接続する。３相電力ラインが、それぞれのターミナルブロック１を通って、第１の保護コンポーネントである回路遮断器２まで継続する。回路遮断器２は、作業者により前面パネルからアクセス可能である。その後、これらの遮断器保護電力ラインは、さらに３つの拡張ターミナルブロック３に接続し、プロトコルトランスレータ素子（ＰＴＥ）の４つの側面、即ちクライオポンプヒータ電力、相検出／電圧レベルリレー、低電圧電力、及びクライオポンプモータ電力に電力を供給する。

２つの単相ワイヤは、２つの追加の回路遮断器４を通り、最終的に３つのマルチピン後方取付コネクタ１５で終わる。このサブ回路が、クライオポンプの再生ヒータコイルに電力を供給する。

３相全てが、ターミナルブロック３から多機能リレー８まで継続する。機能は、位相配向正当性及び電圧レベル閾値である。これらの機能は、それぞれが露出した接点を有する２つの内部リレー８Ａ及び８Ｂを駆動する。クライオポンプの同期モータのスピン回転は、位相配向正当性を必要とする。クライオポンプのモータを逆方向に動作させることは、損傷、修理及びシステム中断時間をもたらす。下部リレー８Ｂを通電する為には２つの条件、即ち正しい位相配向及び３つ全ての入力電圧が調節可能な最小閾値を超えることが必要である。下部リレー８Ｂは２つの回路の１つに接触する。条件が満たされていないと、前面パネル表示器１１Ａは照明して作業者に「位相エラー」を表示する。条件が満たされると、下部リレー８Ｂが通電し、常開接点を閉じ、もう１つのリレー１０Ｂを通電する。このリレーの動作を以下に説明する。多機能リレー８は、調節可能な過電圧閾値機能も実装する。入力電圧レベルが過電圧閾値より低い場合、他の内部リレー８Ａが通電される。入力電圧レベルが過電圧閾値より高い場合、他の内部リレー８Ａが内部リレー８Ｂの通電を切る。過電圧状態において、この内部リレー８Ａの常開接点が３つの追加回路リレー、即ち回路リレー９、１０Ａ及び１０Ｂに電力を供給する。これらの機能性を以下に記載する。

回路は、センタータップを有する単相２４～２８ＶＡＣの範囲の低電圧電力をクライオポンプに供給する変圧器を含む。この変圧器は、単一の一次コイルと、２つの出力電圧レベルを提供する２組の出力タップと、を有する。この変圧器の回転率は、２つの特定入力電圧レベルから選択される。例えば、米国において一般的な３相工業電力電圧は、２０８～２４０ＶＡＣである。２０８ＶＡＣで動作している場合、巻線の二次対の１つは２６ＶＡＣまでの電圧を提供する。２４０ＶＡＣで動作している場合、巻線の二次対の他の１つは２６ＶＡＣまでの電圧を提供する。低電圧選択リレー９は、これらの対のいずれかを選択し、リレーを通して回路まで続くように接続する。この低電圧選択リレー９は、もう１つの回路リレー８接点を通電し／又は通電を切り、この動作は上記において説明されている。

クライオポンプは、一般的に２つの型のモータ、即ち２相又は３相ＡＣオプションを提供する。２相モータは、９０度のリード／ラグを必要とし、３相モータは、位相間で１２０度の位相角度を必要とする。位相角度選択スイッチ５は、２つの変圧器７の一次巻線接続を入力電力に変更する。１つの位置において、この３ＰＤＴスイッチ５は、これらの２つの変圧器７をＳｃｏｔｔ－Ｔ構成に接続し、２相９０度の位相角度出力電力を生成する。スイッチ５は、他の位置において、これら２つの変圧器７の一次巻線を接続し、３相出力、１２０度の位相角度とする。位相選択スイッチ５及びこれらの２つの変圧器７の組み合わせは、２相又は３相出力を提供することができるが、両方を同時に提供することはできない。これらの変圧器７は、低電圧変圧器６と同様に、２対の出力巻線も有する。高電圧選択リレー１０Ａは、対の出力巻線間のどちらかを選択する。多機能リレー８の内部過電圧リレー８Ａは、高電圧選択リレー１０Ａに接触して通電し、二次巻線選択をする。ここでも、米国において一般的な工業電圧である２０８～２４０ＶＡＣを使用し、多機能リレー８、高電圧選択リレー１０Ａ、２つの変圧器７、及び位相選択スイッチ５の組み合わせは、２相又は３相構成においてクライオポンプのモータに１６０ＶＡＣまでの電圧を提供する。電圧選択は自動であり、手動位相選択はクライオポンプの電力要件に基づいている。

適切な電圧及び位相により、クライオポンプのモータ電力は、高電圧選択リレー１０Ａから低電圧閾値リレー１０Ｂ上の入力電圧に出力する。上述の多機能リレー８は、入力施設電力が正しい位相配向及び低電圧閾値より上の電圧を有する場合にのみ、このリレー１０Ｂを通電する。通電されると、このクライオポンプの電力は、圧縮機許可リレー１０Ｃまで継続する。

クライオポンプ動作は、圧縮低温ガス冷却剤を必要とする。いくつかの低温ガス圧縮機は、施設又は処理ツールに機能動作信号を送信する為に、リレー接点クロージャ(relay contact closure)１７を提供する。閉鎖されると（圧縮機が正常に機能している）、これらの接点は圧縮機許可リレー１０Ｃを通電し、それにより、回路を通して適切なクライオポンプのモータ電圧が継続することを可能にする。低温ガス圧縮機が稼働していないか、誤って稼働している場合、圧縮機許可リレー１０Ｃは通電されず、クライオポンプのモータから電力を切断する。

以下の条件が満たされると、即ち、入力電圧は最小閾値より上であり、入力位相角度は正常であり、低温ガス圧縮機は機能的に動作していると、適切なクライオポンプのモータ電圧が３つのターミナルブロック１２に到達する。その後、このクライオポンプの電力は、２つの回路遮断器１４を通過し、その後、後面パネル・クライオポンプ電力コネクタ１５に到達する。シンプルなクライオポンプはモータ電力のみを必要とし、これらのクライオポンプは３つの下部コネクタ１５に接続される。いわゆる「スマートクライオポンプ」は、モータ電力、低電圧電力、及び再生ヒータ電力を必要とする。これらのスマートクライオポンプは上部の組の後面パネルコネクタ１５に接続される。

ＰＳＥは１つの追加機能性、即ち前面パネル戻り低温ガス圧力表示器を有する。ここで使用される表示器は、戻り圧力の頂部及び谷部を継続的に表示することができるアナログパネルメータ(analog panel meter)である。作業者は、クライオポンプの動作をチェックする為に、この戻り圧力を容易に確認することができる。アナログパネルメータ、メータ駆動回路、及び戻り圧力センサ１６が図５に図示されている。

低温ガス圧縮機１８は、通常、２つの回路コンポーネント、即ち、圧縮機許可リレー接点クロージャ１７及び戻り圧力センサ１６を収容する。製造業者の低温ガス圧縮機設計が、これらのコンポーネントへのアクセスを提供しない、又は含まない場合、この機能性を提供する為の他の手法も存在する。示されている変圧器ＰＳＥの実施形態は、標準２００、２０８、２２０、２３０、２４０、３４６、３４７、３８０、４００、４１５及び４８０ＶＡＣを含む、世界的最標準工業電圧で動作することができる。

汎用制御装置電力供給素子：ＡＣ－ＡＣ変換器ベース
上述の変圧器ベースＰＳＥは機能的であるが、いくつかの制限を有する。変圧器は物理的に大きく、重く、高価であり、出力電圧レベルはライン電圧変動に影響を受けやすく、追加の一次又は二次タップは、より広範囲の電圧入力を受け入れる必要がある時に自動設計を維持する為に、より複雑な自動タップ選択回路を有し、２相及び３相ポンプに同時に電力を供給することができず、そして、単相入力電力により機能することができない。

これらの電圧及び位相変換変圧器をＡＣ／ＡＣ変換器に置換することにより、これらの制限は克服される。図６には、この変換器２１の為の疑似回路の概略図が図示されている。この設計は、より広範囲の入力電圧及び周波数（５０～６０Ｈｚ）、２００ＶＡＣ～４８０ＶＡＣ、単相及び３相電力の両方を受け入れる。示されているＰＳＥの実施形態は、大きくて高価な変圧器を最新の高周波数スイッチ回路に置換する。出力電圧レベルは、入力電圧レベルとは独立している。

図６には、疑似無変圧器トリプルＡＣ出力電力モジュールが図示されている。入力単相又は３相施設電力２２は、電力モジュール入力ステージ２３で終わる。入力ステージは、それぞれがフィルタネットワーク２７を有する、２つの３相全波整流器を含む。これらの整流器及びフィルタネットワークは、第１の中間２極（プラス及びマイナス）ＤＣ（直流）電圧を生成する（特定電圧レベルは重要ではない）。ＤＣ／ＤＣバックブースト・ステージ２４は、第１の中間ＤＣ電圧を第２のＤＣ電圧レベル２５に変換する。この第２の中間ＤＣ電圧が、３つのＡＣインバータ出力ステージ、ＡＣインバータ出力ステージ２６、ＡＣインバータ出力ステージ３７、及びＡＣインバータ出力ステージ３９に電力を供給する。

個別の出力ステージが、第２の中間ＤＣ電圧２５を、各出力（出力３１、３８及び４０）の要件によって電圧、周波数、及び位相の特有の組に反転させる。例えば、クライオポンプのヒータは単相２０８Ｖを必要とし、クライオポンプのモータは、９０度の位相変換でセンタータップを有する２相１６０Ｖを必要とする。出力ステージ２６は、より詳細に示されている。出力ステージ１７及び出力ステージ１９は、出力ステージ２６の複製である。

出力ステージは、２極第２のＤＣ電圧を受け入れ、ここでは絶縁ゲート２極トランジスタＩＧＢＴとして示されている３つのハーフブリッジ・トランジスタアレイ３２、３３及び３４を含む。ここでは、実際に使用されている型は重要ではなく、ＢＪＴ、ＮＭＯＳ、又はＩＧＢＴでもよい。３つのハーフブリッジ・トランジスタアレイは、出力制御装置３５により駆動される。この専用マイクロプロセッサは、高周波数スイッチ信号の同期された組を生成する。ハーフブリッジ・トランジスタアレイ３２、３３及び３４によるこれらのスイッチ信号は、パルス幅変調(pulse-width modulation)ＰＷＭと呼ばれる技術を使用してＡＣ出力を生成する。ＰＷＭを使用することにより、ハーフブリッジに接続する出力制御装置が、任意の波形及び任意の位相で、第２の中間ＤＣ電圧レベル２５までの任意の電圧レベルで３出力ＡＣ波形を生成することができる。クライオポンプ動作の為に、出力ステージは、特定の位相変換による特定の周波数でＡＣ正弦波を生成する必要がある。

図６に図示されているように、出力制御装置は、２つの形のフィードバック、即ち、電圧レベルフィードバック２９及び電流レベルフィードバック３０を受け入れる。出力制御装置ループは、このフィードバックがハーフブリッジ制御、即ち効率を最適化することを必要とする。このフィードバックは、広範囲のロード特徴付けを許可する。特徴付けの例には、電流消費の増加をもたらすモータベアリングの劣化、電圧レベル又は位相変換の分散による固有共振回避、故障状態検知、及び逆起電力分析(back EMF analysis)によるクライオポンプの動作異常が含まれる。動作状態、最適化パラメータ、故障検知、及び異常分析データは、電力モジュール制御装置３６に送信され、電力モジュール制御装置が、３つの出力ステージからの情報を集約し、図４Ｂに図示されている低温ガス圧縮機の汎用制御装置に問題を報告する。

汎用制御装置ＰＳＥのＤＣ／ＡＣ出力ステージ２６、３７及び３９は、アースが存在するという追加の特徴を含む。各ＡＣ出力は、互いに位相関係を有し、その電圧レベル出力を有する３つのアース参照電圧３１、３８及び４０を含む。このことは、個別ＡＣ電圧が、アースを参照する正電圧及び負電圧エクスカーション(a positive and a negative voltage excursion)の両方を有する。この特徴は、単相モータ、３相モータ、コモン線を有する３線２相モータ、センタータップを有する単相ＡＣを必要とする装置等の柔軟な動作を可能にする。

上述のように、ハーフブリッジ・スイッチネットワーク及び出力制御装置を有する出力ステージ３７及び出力ステージ３９は、付加要求に合わせてそれぞれが異なる電圧及び位相を有する、出力ＡＣ波形の特有の組を生成する。電力モジュール制御装置３６は、データを回収、集約し、稼働時間統計、分析及びパラメータを含む報告を汎用制御装置に発行する。

ＡＣ／ＡＣ電力供給素子はより複雑であるが、概要が上述されているように、変圧器ベースの設計にわたって向上された機能性を提供する。また、より小型化及び軽量化され、同じ物理量における出力モジュール数の増加のような相互運用性オプションをさらに可能にする。その柔軟性及び解析機能が、低温ガス圧縮産業を超えて汎用制御装置ＰＳＥ及びＰＴＥの使用を拡張する。汎用制御装置ＰＳＥ及びＰＴＥは、単相、２相又は３相電力を必要とする任意の産業に展開することができる。ＡＣ／ＡＣ電力供給素子の実施形態は、標準１００、１１０、１２０、１２７、２００、２０８、２２０、２３０、２４０、３４６、３４７、３８０、４００、４１５及び４８０ＶＡＣを含む、全ての、又は実質的に全ての世界的標準電圧で動作することができる。

ＰＳＥの実施形態は、図５及び６に関して上述の実施形態を含み、様々な製造業者製の極低温装置の範囲をサポートする電力出力を提供することができる。各製造業者製のクライオポンプを含む極低温装置は、変化する電力要件を有することができる。下記の表には、様々な製造業者のクライオポンプの電力要件のサンプルがリストアップされている。これらの電力要件は、単にＰＳＥの実施形態がサポートすることができる様々な電力要件の例としてここにリストアップされており、ＰＳＥがサポートする電力要件又は極低温装置の決定的なリストではない。

汎用制御装置プロトコルトランスレータ
プロトコルトランスレータは、図１Ｉに図示されているように制御装置内のソフトウェアとして実装される。ここで、第２の製造業者の装置を稼働しているプロトコルは「目標プロトコル(target protocol)」と呼ばれ、第２の製造業者の装置は「目標装置(target equipment)」と呼ばれ、第１の製造業者の装置を稼働しているプロトコルは「発信プロトコル(origination protocol)」と呼ばれ、第１の製造業者の装置は「発信装置(origination equipment)」と呼ばれる。

例えば、目標プロトコルは、ビットバス(Bitbus)としても知られるＩＥＥＥ－１１１８又はフィールドバス(Fieldbus)としても知られるＩＥＣ６１１５８でもよい。両方のフォーマットは、２０年以上前に開発され、反復を経験している。一定のより古いクライオポンプ及び／又は低温ガス圧縮機は、ＩＣチップ上にフラッシュ送信されたより古いバージョンを使用する。ビットバス統合回路チップは、もはや容易に入手可能ではないので、当業者は、コンパイラ及びビットバスを再コンパイルする為に適切な（通常ビンテージ）コンピュータを見つける必要がある。さらに、目標プロトコル及び発信プロトコルは、異なる通信速度を有することができる。

しかしながら、プロトコルトランスレータは、ビットバスのような目標プロトコルをエミュレートするビットバンギング・シリアルドライバ(bit-banging serial driver)と呼ばれるドライバを使用する。プロトコルトランスレータは、ビットバス・パケットのような目標プロトコル・パケットを受信して送信し、通信速度差を変換する。通信速度差は、プロトコルトランスレータから目標装置及び／又は発信装置へ、反復ナルヘッダ(null-header)及び／又はフレームを送信することにより解決される。そこで、ビットバス・ストリームのソフトウェア復号は、高性能ＣＰＵのタスクである。ソフトウェアオンリー・ビットバスは３７５ｋｐｓで稼働し、７２ＭＨｚで稼働するＡＲＭ・cortexプロセッサ又は１６８ＭＨｚで稼働するＡＭＲプロセッサのような、改良割込み性能を有する割込みをタイムリーに処理する為に高速プロセッサを必要とする。

プロトコルトランスレータは、ハードウェアとして実装される。特に、プロトコルトランスレータは、フィールドプログラマブル・ゲートアレイ(field-programmable gate array)（ＦＰＧＡ）又は他の適宜構成可能な集積回路である。ＦＰＧＡは、ハードウェア内に同期データリンク制御（ＳＤＬＣ）コンピュータ通信プロトコル（例えば、Ｄ８５Ｃ３０－ＳＤＬＣ機能を有する汎用非同期受信機－送信機（ＵＡＲＴ）コア）又は剤ログ(Zilog)のＺ８５Ｃ３０のような既存のＳＤＬＣハードウェア・トランシーバを実装する。これらのハードウェア・ソリューションは、２０年以上前から目標装置に使用されているインテルの特定チップセットより容易に利用可能である。

ＳＤＬＣプロトコル信号タスクの為にＦＧＰＡ／トランシーバ・ハードウェア・ソリューションを使用することで、目標プロトコル・コマンドが、ビットバスをわたって送信される。ＦＰＧＡは、ここに記載されているビットバスのような単一プロトコルには限定されていない。ＦＰＧＡのプログラム可能性が、特定のアプリケーション又は同時に複数のアプリケーションの為の他のプロトコルの実装を可能にする。異なる物理層上のＣＡＮ、ＤｅｖｉｃｅＮＥＴ、ＨＡＲＴ、ＭＯＤＢＵＳ(Modbus ASCII, Modbus RTU, Modbus TCP)、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ、ＵＤＰ、ＴＣＰ、ＨＴＴＰ、ＳＮＭＰ、ＪＳＯＮ、ＷｅｂＳｏｃｋｅｔｓ、ＭＱＴＴ、ＣＯＡＰ、ＳＰＰ、ＧＡＰ、ＧＡＴＴ等のプロトコル、ＲＳ－２３２、ＲＳ－４２２／４８５、イーサネット、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ(Bluetooth Classic, Bluetooth Smart)、ＵＳＢ等は、汎用制御装置ＰＴＥ内に展開することができる。

図９には、簡易プロトコル変換のフローチャートが図示されている。処理が始まり１０１、初期化１０２に進む。初期化１０２の間に、内部処理変数が初期化され、ハードウェア・レジスタが構成され作動される。その後、待ちループ１０３に移動し、そこでホストプロトコル内の入力ホストデータパケットの到着を待つ。パケットを受信しなければ、このステップは待ちを継続する。パケットが到着すると、このパケットが次のステップである変換１０４に移動する。変換１０４は、関連データを抽出し、その後、ルールセットを使用して、このホストデータを目標プロトコルの目標要求に変換する。ルールは、コマンド、フォーマット、ユニット等を含む。変換１０４は、人間の言語翻訳に類似している。例えば、英語からフランス語に語句を翻訳することは、異なる名詞、動詞、単位変換、及び／又はフォーマット変更を伴う日時変換に関連する。産業プロトコル変換は、自然言語変換に類似している。変換１０４は、変換目標パケットを生成し、次のステップに送信する、即ち、ターゲット１０５に変換パケットを送信する。その後、ターゲット返答待ちループ１０６に継続する。ターゲット返答待ちループ１０６は、返答タイムアウトチェック１０７を組み込む。プロトコル変換エラー、ターゲットがビジー状態である、ターゲットが利用不可能である、システム構成問題等のいくつかの理由からターゲットは返答しないことができる。返答タイムアウトチェック１０７が時間切れになると、時間切れメッセージをホスト１０９に送信する。しかしながら、返答タイムアウトチェック１０７が時間切れになる前にターゲットが返答すると、ターゲット返答パケットが次のステップであるターゲット／ホスト変換１０８に送信される。ターゲット／ホスト変換１０８は、上述のルールを逆に適用し、目標パケットデータがホストプロトコルに再び変換される。その後、この再変換目標パケットは、変換返答１１０を送信する最終ステップに送信される。通信が完了すると、ホストプロトコルパケットの到着１０３を待つことにより、全工程が再び始まる。ここに概要が記載されている変換工程は、要求－返答プロトコルにより機能し、ここで、単一のエンティティ、ホストは、要求を送信して返答を待つことにより通信する。ホストプロトコルは特定の時間窓内にターゲット返答を期待するというシナリオが発生する。転送パケット変換に必要な時間、変換パケットの送信、ターゲット処理、返答送信、再変換、ホストプロトコルパケットの送信は、ホストプロトコル時間窓を超えることがある。その場合、ホスト構成を通してホストプロトコル時間窓を増加する、ターゲット通信速度を増加する、又は、変換工程内にキャッシング機構を実装する、ここで、ホスト要求返答がターゲット通信を通してではなくキャッシュから取得される等の、いくつかの改善オプションが存在する。キャッシュ手法は、キャッシュを維持する為の他の処理を必要とする。

ここで、図１０を参照にすると、主要ハードウェアコンポーネントを有するプロトコルトランスレータの実施形態を示すブロック図が図示されている。また、ホスト処理制御装置２０１、ホストプロトコル２０２、目標クライオポンプ２０９、目標プロトコル２０８、及び作業者診断プログラムも図示されている。全体設計は、媒体ドライバ２０４、２０７、２１０及び２１３を含む様々な通信媒体ドライバＦＰＧＡ２０５、ワイヤレス通信オプション２１１、及びＣＰＵ２１２を含む。複数の媒体ドライバは、共通産業物理層を実装する。ファイバ媒体は、オプションの１つであるが、ここには図示されていない。ＦＰＧＡは、その一般化されたゲートアレイ・ファブリックを通して、複数のトランシーバ２０６を実装する。これらの独立したトランシーバは、並行的に同時に動作する。ＦＧＰＡ及びＰＴＥ・ＣＰＵ２１２の間に、高速相互接続が存在する。構成及びパケット変換はＣＰＵの責任である。作業者は、外部構成／診断プログラム２１４を実行し、ＰＴＥ構成又は稼働診断を変更する。

ここに記載の本発明の実施形態は、多数の変形及びここに記載の素子の組み合わせを含むことができる。例えば、電力供給素子（ＰＳＥ）は、ｎ電力供給出力を提供することができ、ここでｎは、各電力供給出力の為のハードウェア、ＰＳＥを収容するハウジング及びＰＳＥの物理的寸法、並びにＰＳＥに与えられたハウジングの物理的空間のみにより制限される。例えば、実施形態は、３つ、４つ、５つ、又はより多くの電力供給出力を含むことができる。出力の位相角度は、９０度、１２０度等を含む任意の位相角度を有することができる。また、電力供給出力は、異なる電圧、周波数、位相、及び位相角度の差異出力を提供することができ、複数の電力供給出力は、同じ出力又は共通の電圧、周波数、位相、及び／又は位相角度を有する出力を提供することができる。同様に、ＰＳＥにより駆動される極低温装置は、異なる電力供給要件を有することができ、そのような極低温装置は、同じ又は異なる通信プロトコルで通信することができる。同じ通信プロトコルで通信する場合、そのような極低温装置にはＰＴＥは不要である。同様に、ＰＳＥにより駆動される極低温装置は、同じ電力供給要件を有することができるが、同じ又は異なる通信プロトコルで通信することができる。汎用制御装置ＰＳＥ及びＰＴＥの実施形態は、これらの変形のいずれにも、そしてその異なる組み合わせにも構成することができる。さらに、ＰＳＥは、電圧、位相、及び位相角度の複数の組み合わせの電力供給出力を提供するように構成可能なプログラム可能な電力供給出力であるか、又は含むことができる。また、上述のように、ＰＳＥ及び／又はＰＴＥは、独自の独立電力供給を有することができる。これらの変形及び他の変形はサポートされ、ここに記載の実施形態により提供することができる。

概要
低温ガス圧縮機は信頼できるが、その長寿命が施設管理の運用リスクを引き起こす。圧縮機が長期間運転されるにしたがって、維持費がより高くなり、モデルが古くなり遺産製品とみなされて生産及びサポートから段階的に廃止されるので、ドロップインＯＥＭ交換可能性が減少する。交換可能性の無い運転不可能な圧縮機は、相互運用性に制約を作成することができ、新しいＯＥＭ装置は遺産装置と下位互換性がない場合が多いので、新しい交換圧縮機だけでなく関連する極低温ポンプ装置及び付属品も購入する必要がある。設備予算が無い、又は低差益工程において、この相互運用性の制約は、老朽化施設に、ほとんど又は全く保証の無い改造された中古製品の購入を含む第三者オプションを捜すことを強いる。これらの購入自体がリスクを含み、近い将来の工程中断時間を含む。

汎用制御装置は、老朽化施設に新しいドロップイン交換低温ガス圧縮機購入オプション及び代替クライオポンプドロップイン交換オプションを供給することにより、相互運用性の制約を解消する電力供給素子及びそのプロトコルトランスレータを含む。代替製造業者製のこれらの装置資源にアクセスする能力は、工程中断時間についての顧客のリスクを低下させる。新規の効率的な圧縮機技術は、老朽化した遺産製品と同じ物理的設置面積においてより良い圧縮性能を提供し、そしてより低い運転費用を提供する。電力供給素子を分離して配置し、プロトコルトランスレータ素子を分離して配置し、又はＰＳＥ及びＰＴＥの両方を並列に配置する、汎用制御装置は、既存の通信ネットワークに統合された上で、ドロップイン交換圧縮機を分離して選択し、又はドロップイン・クライオポンプを分離して選択し、又は圧縮機及びクライオポンプの両方を選択する完全な柔軟性をエンドユーザに提供する。

本発明は、実際に推定される様々な形態の特定の実施形態又は変形として記載、開示、図示、そして示されているが、本発明の範囲は、それにより限定されることを意図している訳ではなく、また限定されるべきでなく、この教示により提案される他の変形又は実施形態は、特にここに付加した特許請求の範囲の範囲内に含まれる。

１ ターミナルブロック
２ 回路遮断器
３ 拡張ターミナルブロック
４ 追加の回路遮断器
５ 位相角度選択スイッチ
６ 低電圧変圧器
７ 変圧器
８ 多機能リレー
９ 低電圧選択リレー
１０ 高電圧選択リレー
１１ 前面パネル表示器
１２ ターミナルブロック
１４ 回路遮断器
１５ コネクタ
１６ 戻り圧力センサ
１７ リレー接点クロージャ
１８ 低温ガス圧縮機
２１ 変換器
２２ 入力単相又は３相施設電力
２３ 電力モジュール入力ステージ
２４ ＤＣ／ＤＣバックブースト・ステージ
２５ 第２の中間ＤＣ電圧レベル
２６ ＡＣインバータ出力ステージ
２７ フィルタネットワーク
２９ 電圧レベルフィードバック
３０ 電流レベルフィードバック
３１ 出力
３２ ハーフブリッジ・トランジスタアレイ
３３ ハーフブリッジ・トランジスタアレイ
３４ ハーフブリッジ・トランジスタアレイ
３５ 出力制御装置
３６ 電力モジュール制御装置
３７ ＡＣインバータ出力ステージ
３８ 出力
３９ ＡＣインバータ出力ステージ
４０ 出力

Claims (42)

1. 極低温システムにおいて、異なる電力供給要件を有し、異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置を駆動し、前記複数の極低温装置と通信するように構成された汎用制御装置であって、前記汎用制御装置は、
   標準位相及び標準周波数を有する入力電圧を提供する電源と、
   前記電源に接続され、異なる電力供給要件を有する複数の極低温装置を同時に駆動するように構成された電力供給素子と、
   前記電源に接続され、互換性のない異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置間の通信を可能にするように構成されたプロトコルトランスレータ素子と、
   を有し、
   前記電力供給素子は、それぞれが位相を有する複数の電力供給出力を含むことができ、
   前記電力供給出力は、
   第１の電力供給要件を有する第１の型の極低温装置に第１相で第１の出力電圧を提供する第１の電力供給出力と、
   第２の電力供給要件を有する第２の型の極低温装置に第２相で第２の出力電圧を提供する第２の電力供給出力と、
   を含み、
   前記第２の出力電圧は前記第１の出力電圧と異なり、前記第２相は前記第１相と異なり、そして、前記第２の電力供給要件は前記第１の電力供給要件と異なり、
   前記プロトコルトランスレータ素子は、
   複数のプロトコルにおける極低温装置の通信を受信及び送信する複数の通信入力／出力と、
   前記複数の通信入力／出力に通信可能に接続され、極低温装置の通信を受信して互換性のある異なる通信プロトコルに変換して出力するプロセッサと、
   を含み、
   前記プロセッサは、
   第１の型の極低温装置から通信を受信して前記第１の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、前記第１の型の極低温装置から／への通信は第１の極低温装置の通信プロトコルであり、そして、
   第２の型の極低温装置から通信を受信して前記第２の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、前記第２の型の極低温装置から／への通信は前記第１の極低温装置の通信プロトコルとは異なる第２の極低温装置の通信プロトコルであり、
   前記プロセッサは、前記第１の型の極低温装置から送信された通信を前記第１の極低温装置の通信プロトコルから前記第２の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、そして、前記第２の型の極低温装置から送信された通信を前記第２の極低温装置の通信プロトコルから前記第１の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、前記第１の型の極低温装置及び前記第２の型の極低温装置が互いに通信することを可能にすることを特徴とする汎用制御装置。
2. 前記電源は、前記汎用制御装置全体に電力を供給する単一の汎用制御装置電源であることを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
3. 前記電源は、前記電力供給素子専用の独立した電源と、前記プロトコルトランスレータ素子専用の独立した電源と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
4. 前記第１の電力供給出力は、９０度の位相角度を有する２相電力供給出力であることを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
5. 前記第１の電力供給出力は、３相電力供給出力であることを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
6. 前記第１の電力供給出力は、１相電力供給出力であることを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
7. 前記第１の電力要件は、必要電圧、必要電流、及び必要位相を含むことを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
8. 前記複数の電力供給出力はさらに、第３の電力供給要件を有する第３の型の極低温装置へ第３相で第３の出力電圧を提供する第３の電力供給出力を含み、前記第３の出力電圧は前記第１及び２の出力電圧と異なり、前記第３相は前記第１及び２相と異なり、そして、前記第３の電力供給要件は前記第１及び２の電力供給要件と異なることを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
9. 前記複数の電力供給出力はさらに、第３の電力供給要件を有する第３の型の極低温装置へ第３相で第３の出力電圧を提供する第３の電力供給出力を含み、前記第３の出力電圧は前記第１の出力電圧と異なり、前記第３相は前記第１相と異なり、そして、前記第３の電力供給要件は前記第１の電力供給要件と異なることを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
10. 前記第３の出力電圧は前記第２の出力電圧と同じであり、前記第３相は前記第２相と同じであり、そして、前記第３の電力供給要件は前記第２の電力供給要件と同じであることを特徴とする請求項９に記載の汎用制御装置。
11. 前記複数の電力供給出力はさらに、第３の電力供給要件を有する第３の型の極低温装置へ第３相で第３の出力電圧を提供する第３の電力供給出力を含み、前記第３の電力供給要件は前記第１の電力供給要件とは異なり、そして、前記第３の型の極低温装置から／への通信は前記第１の極低温装置の通信プロトコルであることを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
12. 前記第１の型の極低温装置及び前記第２の型の極低温装置は異なる製造業者により製造されることを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
13. 前記第１の型の極低温装置及び前記第２の型の極低温装置の少なくとも１つはクライオポンプであることを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
14. 前記第１の型の極低温装置はクライオポンプであり、前記第２の型の極低温装置は圧縮機であることを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
15. 前記第１の型の極低温装置及び前記第２の型の極低温装置の少なくとも１つは膨張機であることを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
16. 前記第１の型の極低温装置及び前記第２の型の極低温装置の少なくとも１つは極低温冷却器であることを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
17. さらに、前記汎用制御装置の動作状態を遠隔外部監視することを可能にするネットワーク接続を含むことを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
18. さらに、前記電力供給素子及び前記プロトコルトランスレータ素子を収容するハウジングを含むことを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
19. さらに、前記電力供給素子を収容する第１のハウジング及び前記プロトコルトランスレータ素子を収容する第２のハウジングを含むことを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
20. 第３の型の極低温装置から通信を受信して前記第３の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、前記第３の型の極低温装置から／への通信は前記第１及び２の極低温装置の通信プロトコルとは異なる第３の極低温装置の通信プロトコルであることを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
21. 前記電力供給素子が、電圧、位相、及び位相角度の複数の組み合わせの電力供給出力を提供するように構成可能なプログラム可能な電力供給出力を含むことを特徴とする請求項１に記載の汎用制御装置。
22. 極低温システムにおいて、異なる電力供給要件を有し、異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置を駆動し、前記複数の極低温装置と通信する方法であって、前記方法は、
    入力電圧を受信し、単一入力電圧が、位相及び周波数を有し、
    異なる電力供給要件を有する前記複数の極低温装置を同時に駆動する、
    ことを含み、
    前記駆動が、
    第１相で第１の出力電圧を第１の電力供給要件を有する第１の型の極低温装置へ出力し、
    第２相で第２の出力電圧を第２の電力供給要件を有する第２の型の極低温装置へ出力する、
    ことを含み、
    前記第２の出力電圧は前記第１の出力電圧と異なり、前記第２相は前記第１相と異なり、前記第２の電力供給要件は前記第１の電力供給要件と異なり、
    そして、前記方法は、
    第１の極低温装置の通信プロトコルにおける前記第１の型の極低温装置からの通信を受信し、
    前記第１の極低温装置の通信プロトコルとは異なる第２の極低温装置の通信プロトコルにおける前記第２の型の極低温装置からの通信を受信し、
    前記第１の型の極低温装置から受信した通信を前記第１の極低温装置の通信プロトコルから前記第２の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、そして、
    前記第１の型の極低温装置から受信して前記第２の極低温装置の通信プロトコルへ変換された通信を前記第２の型の極低温装置へ送信して、
    互換性のない異なる通信プロトコルを使用する前記複数の極低温装置間の通信を可能にする、
    ことを含む方法。
23. 前記複数の極低温装置間の通信を可能にすることは、
    第２の型の極低温装置から受信した通信を第２の極低温装置の通信プロトコルから第１の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、そして、
    第２の型の極低温装置から受信して第１の極低温装置の通信プロトコルへ変換された通信を第１の型の極低温装置へ送信する、
    ことを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 前記第１の出力電圧は、２相出力であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
25. 前記複数の極低温装置を同時に駆動することが、第３の出力電圧を出力することを含み、前記第３の出力電圧は３相出力であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
26. 前記駆動が、第３相で第３の出力電圧を第３の電力供給要件を有する第３の型の極低温装置へ出力する、ことを含み、前記第３の出力電圧は前記第１及び２の出力電圧と異なり、前記第３相は前記第１及び２相と異なり、前記第３の電力供給要件は前記第１及び２の電力供給要件と異なることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
27. 前記駆動が、第３相で第３の出力電圧を第３の電力供給要件を有する第３の型の極低温装置へ出力する、ことを含み、前記第３の出力電圧は前記第１の出力電圧と異なり、前記第３相は前記第１相と異なり、前記第３の電力供給要件は前記第１の電力供給要件と異なることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
28. 前記第３の出力電圧は前記第２の出力電圧と同じであり、前記第３相は前記第２相と同じであり、そして、前記第３の電力供給要件は前記第２の電力供給要件と同じであることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
29. 前記第１の型の極低温装置及び前記第２の型の極低温装置は異なる製造業者により製造されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
30. 前記第１の型の極低温装置及び前記第２の型の極低温装置の少なくとも１つは、クライオポンプ、膨張機、及び極低温冷却器から成るリストから選択されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
31. 前記第１の型の極低温装置はクライオポンプであり、前記第２の型の極低温装置は圧縮機であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
32. 極低温システムにおいて、異なる電力供給要件を有する複数の極低温装置を駆動するように構成された装置であって、前記装置は、
    位相及び周波数を有する単一入力電圧を提供する電源と、
    前記電源に接続され、異なる電力供給要件を有する複数の極低温装置を同時に駆動するように構成された電力供給素子と、
    を含み、
    前記電力供給素子は、それぞれが位相を有する複数の電力供給出力を含むことができ、
    前記電力供給出力は、
    第１の電力供給要件を有する第１の型の極低温装置に第１相で第１の出力電圧を提供する第１の電力供給出力と、
    第２の電力供給要件を有する第２の型の極低温装置に第２相で第２の出力電圧を提供する第２の電力供給出力と、
    を含み、
    前記第２の出力電圧は前記第１の出力電圧と異なり、前記第２相及び前記第１相間の位相角度により前記第２相は前記第１相と異なり、そして、前記第２の電力供給要件は前記第１の電力供給要件と異なることを特徴とする装置。
33. 前記電源は前記電力供給素子専用の独立した電源であることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
34. 極低温システムにおいて、異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置と通信するように構成された汎用制御装置であって、前記汎用制御装置は、
    位相及び周波数を有する単一入力電圧を提供する電源と、
    前記電源に接続され、互換性のない異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置間の通信を可能にするように構成されたプロトコルトランスレータ素子と、
    を含み、
    前記プロトコルトランスレータ素子は、
    複数のプロトコルにおける極低温装置通信を受信及び送信する複数の通信入力／出力と、
    複数の通信入力／出力と通信可能に接続され、極低温装置通信を受信して互換性のある異なる通信プロトコルに変換して送信するプロセッサと、
    を含み、
    前記プロセッサは、
    第１の型の極低温装置から通信を受信して前記第１の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、前記第１の型の極低温装置から／への通信は第１の極低温装置の通信プロトコルであり、そして、
    第２の型の極低温装置から通信を受信して前記第２の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、前記第２の型の極低温装置から／への通信は前記第１の極低温装置の通信プロトコルとは異なる第２の極低温装置の通信プロトコルであり、
    前記プロセッサは前記第１の型の極低温装置により送信された通信を前記第１の極低温装置の通信プロトコルから前記第２の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、前記第２の型の極低温装置により送信された通信を前記第２の極低温装置の通信プロトコルから前記第１の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、前記第１の型の極低温装置及び前記第２の型の極低温装置が互いに通信することを可能にすることを特徴とする汎用制御装置。
35. 前記電源は前記プロトコルトランスレータ素子専用の独立した電源であることを特徴とする請求項３４に記載の汎用制御装置。
36. 極低温システムにおいて、異なる電力供給要件を有し、異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置を駆動し、前記複数の極低温装置と通信するように構成された汎用制御装置であって、前記汎用制御装置は、
    位相及び周波数を有する入力電圧を提供する電源と、
    前記電源に接続され、異なる電力供給要件を有する複数の極低温装置を同時に駆動するように構成された電力供給素子と、
    前記電源に接続され、互換性のない異なる通信プロトコルを使用する複数の極低温装置間の通信を可能にするように構成されたプロトコルトランスレータ素子と、
    を有し、
    前記電力供給素子は、それぞれが位相を有する複数の電力供給出力を含むことができ、
    前記電力供給出力は、
    第１の電力供給要件を有する第１の型の極低温装置に第１相で第１の出力電圧を提供する第１の電力供給出力と、
    第２の電力供給要件を有する第２の型の極低温装置に第２相で第２の出力電圧を提供する第２の電力供給出力と、
    を含み、
    前記プロトコルトランスレータ素子は、
    複数のプロトコルにおける極低温装置の通信を受信及び送信する複数の通信入力／出力と、
    前記複数の通信入力／出力に通信可能に接続され、極低温装置の通信を受信して互換性のある異なる通信プロトコルに変換して出力するプロセッサと、
    を含み、
    前記プロセッサは、
    第１の型の極低温装置から通信を受信して前記第１の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、前記第１の型の極低温装置から／への通信は第１の極低温装置の通信プロトコルであり、そして、
    第２の型の極低温装置から通信を受信して前記第２の型の極低温装置へ通信を送信するように構成され、前記第２の型の極低温装置から／への通信は前記第１の極低温装置の通信プロトコルとは異なる第２の極低温装置の通信プロトコルであり、
    前記プロセッサは、前記第１の型の極低温装置から送信された通信を前記第１の極低温装置の通信プロトコルから前記第２の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、そして、前記第２の型の極低温装置から送信された通信を前記第２の極低温装置の通信プロトコルから前記第１の極低温装置の通信プロトコルへ変換し、前記第１の型の極低温装置及び前記第２の型の極低温装置が互いに通信することを可能にすることを特徴とする汎用制御装置。
37. 前記第２の電力供給要件は前記第１の電力供給要件と異なることを特徴とする請求項３６に記載の汎用制御装置。
38. 前記第２の出力電圧は前記第１の出力電圧と異なることを特徴とする請求項３６に記載の汎用制御装置。
39. 前記第２相は前記第１相と異なることを特徴とする請求項３６に記載の汎用制御装置。
40. 前記第２の電力供給要件は前記第１の電力供給要件と同じであることを特徴とする請求項３６に記載の汎用制御装置。
41. 前記第２相及び前記第１相間の前記位相角度は９０度を含むことを特徴とする請求項３２に記載の装置。
42. 前記第２相及び前記第１相間の前記位相角度は１２０度を含むことを特徴とする請求項３２に記載の装置。

Images