JPH0648157Y2 - 分子ポンプの駆動装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、分析器、加速器、薄膜製造装置など、高真空
を必要とする各種の装置に使用される分子ポンプの駆動
装置に関するものである。

［従来の技術］ 分子ポンプには、例えばターボ分子ポンプやモレキュラ
ドラッグポンプ等があり、これらのポンプは、ロータを
駆動するインダクションモータとこのインダクションモ
ータに給電を行う高周波インバータとからなる駆動装置
を備えている。また、従来ではロータが主としてボール
ベアリングによって軸支されており、排気しようとする
気体の粘性抵抗にベアリングの摩擦抵抗が加わって、負
荷は一般に回転が上がるほど増大する。このため、イン
バータには、出力周波数が高くなるほど出力電圧が高く
なり、逆に出力周波数が低くなるほど出力電圧が低くな
るような特性のものが使用されている。

［考案が解決しようとする課題］ ところで、近時ロータを非接触に浮上支持し得る軸受と
して磁気軸受が分子ポンプに盛んに取り入れられるよう
になっている。この軸受を用いると、摩擦抵抗がないた
めロータをより高速で回転させることができ、超高真空
を容易に実現することが可能である。しかし、この軸受
を用いると、負荷抵抗は主として粘性抵抗だけとなるの
で、回転の起動時には大きなトルクを要するのに対し、
加速が完了して定速運転に移行した後は負荷トルクは非
常に小さくなる。したがって、このような近時の分子ポ
ンプに従来の起動トルクの大きいモータインバータ系を
そのまま適用すると、定速運転に移行した状態で、小さ
い滑りの下に大きな駆動電圧が掛かることになる。この
ため、僅かな負荷変動によってもロータ回転数がインバ
ータ出力周波数を上回って回生制動が掛かり易くなる。
回生制動が掛かると、ロータ回転数がインバータ出力周
波数を下回って再度加速動作に入るので、このような状
態が交互に発生して運転状態が不安定になり易くなり、
また、これによりインバータにも無理な負担が掛かるこ
とになる。

本考案は、このような問題点に着目してなされたもので
あって、磁気軸受分子ポンプを始めとして、定速運転時
での負荷トルクの小さい分子ポンプを好適に駆動するこ
とのできる駆動装置を実現することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本考案は、かかる目的を達成するために、次のような手
段を講じたものである。

すなわち、本考案に係る分子ポンプの駆動装置は、ロー
タを駆動するインダクションモータと、このインダクシ
ョンモータに給電を行う高周波インバータと、この高周
波インバータの少なくとも出力電圧を可変し得る制御手
段と、前記ロータの実回転数を検出する検出手段とを具
備してなり、この検出手段による検出値が予め設定した
定速運転時におけるインバータの出力周波数近傍に達し
た時に、制御手段によって前記インバータの出力電圧を
降圧するように構成したことを特徴としている。

［作用］ インバータの出力電圧がその周波数に比べて低ければ、
インダクションモータ内の磁束密度は減少し、モータの
出し得るトルクは低下する。これにより、ロータはイン
バータ出力周波数に対してある程度余裕をもった滑りの
下に落ち着いて定速回転する。このような状態では、多
少の負荷変動があっても、ロータ実回転数が簡単にイン
バータの出力周波数を上回るようなことがない。したが
って、回生制動が掛かる事態を有効に防止することがで
き、無理のない安定した運転状態を得ることが可能とな
る。

［実施例］ 以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明する。

この実施例の駆動装置は磁気軸受ターボ分子ポンプに適
用されたものであって、第１図に示すように、回転軸１
にロータ２を固着し、該ロータ２とステータ３との間に
動翼2aと静翼3aとを交互に重合配置してタービン４を構
成するとともに、前記回転軸１を、ラジアル磁気軸受
５、６とスラスト磁気軸受７とによって５軸制御可能に
浮上支持している。また、回転軸１にはインダクション
モータ８が取付けてあり、このインダクションモータ８
にポンプ外に設置したインバータ９から高周波三相交流
電力を供給することができるようになっている。このイ
ンバータ９は、後述するように、制御手段10によって出
力電圧と出力周波数とを可変される。また、前記回転軸
１の軸端部に向けてロータ２の実回転数Ｎを検出する検
出手段として回転センサ11が配設してある。そして、そ
の検出値Ｎを前記制御手段10に入力するようにしてい
る。

一方、制御手段10は、第２図に示すように少なくとも切
換回路と２種類の出力モードとを有しており、回転セン
サ11の検出値Ｎが予め設定した定速運転時におけるイン
バータ出力周波数f₀の近傍f₁に達するまでは、加速モー
ドにしてインバータ９の出力電圧と出力周波数とを略比
例して増加させるようにしている。そして、検出値Ｎが
その出力周波数近傍f₁に達すると、定速モードに切り換
えてインバータ出力周波数を設定値f₀に固定するととも
に、電圧レベルをその寸前の加速モードにおける値より
も低い値に降圧するようにしている。

第３図中実線Ｉは加速モードによってインダクションモ
ータ８が駆動された場合の該モータ８の速度特性曲線を
示しており、実線IIは定速モードによってインダクショ
ンモータ８が駆動された場合の該モータ８の速度特性曲
線を示している。また、破線IIIは負荷の速度特性曲線
を示している。加速モードでは速度特性曲線Ｉ、IIIの
交点ａにおいて駆動トルクと負荷トルクが釣合うので、
比較的小さい滑りs₁の下に大きな駆動電圧によって運転
される。これに対して、定速モードでは速度特性曲線I
I、IIIの交点ｂにおいて駆動トルクと負荷トルクが釣合
うので、比較的ゆとりのある滑りs₂の下に小さな駆動電
圧によって運転される。したがって、両者の得失を考え
ると、前者では交点ａまでは速く到達するが、負荷変動
があった場合にいきおいロータ実回転数Ｎが上がってイ
ンバータ出力周波数f₀を上回り易い。これに対して、後
者では交点ｂまでは前者よりも遅く到達するが、負荷変
動があった場合に滑りs₂に余裕があるのでロータ実回転
数Ｎが多少上がってもインバータ出力周波数f₀を上回る
ようなことがなくなる。

そして、このものはインバータ出力周波数近傍f₁までは
加速モードで駆動し、そこに達した以後は定速モーに切
換えて駆動するようにしているので、立ち上がりが速
く、しかも、定速モードではモータ８のトルクを維持す
るために交点ｂまで滑りが自然に大きくなって回転が安
定することになり、優れた駆動特性を得ることができ
る。したがって、従来のように加速と回生制動とが交互
に発生して回転が不安定になるという不具合を確実に解
消することが可能となる。

また、定速運転に移行した後に前者のような加速モード
を維持していると、モータ８に流れる無効電流が大きい
ため消費電力や発熱量が激しく、鉄芯の磁束密度も飽和
量に近く振動が発生し易い状態が続くが、このものは定
速モードに移行して無効電流が小さくなるので、消費電
力と発熱量とが低減され、鉄芯の磁束密度も飽和状態か
ら遠ざかって発生振動が効果的に抑止されるものとな
る。

以上、本考案の一実施例について説明したが、制御手段
によるインバータの速度特性などは図示実施例のものに
限定されず、本考案の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
が可能である。

［考案の効果］ 本考案は、以上のような構成により、負荷トルクの小さ
い分子ポンプを好適に駆動することのできる駆動装置を
提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例を示し、第１図は模式的な構成
説明図、第２図は制御手段のブロック図、第３図は作用
説明図である。 ２……ロータ ８……インダクションモータ ９……高周波インバータ 10……制御手段 11……検出手段（回転センサ）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ロータを駆動するインダクションモータ
   と、このインダクションモータに給電を行う高周波イン
   バータと、この高周波インバータの少なくとも出力電圧
   を可変し得る制御手段と、前記ロータの実回転数を検出
   する検出手段とを具備してなり、この検出手段による検
   出値が予め設定した定速運転時におけるインバータの出
   力周波数近傍に達した時に、制御手段によって前記イン
   バータの出力電圧を降圧するように構成したことを特徴
   とする分子ポンプの駆動装置。