KR102234374B1 - 드라이 진공 펌프 장치, 그 제어 방법 및 제어 프로그램 - Google Patents

Abstract

정전 시에 모터 측에서 발생하는 회생 전력을 인버터의 파워 디바이스에서 소비하면서 복전 후에 즉시 전원으로부터 전력을 인버터에 공급하는 것을 가능하게 하고, 복전 후에 즉시 진공 펌프를 재기동하는 것이 가능한 드라이 진공 펌프 장치, 그 제어 방법 및 제어 프로그램을 제공한다.
드라이 진공 펌프(1)와, 드라이 진공 펌프(1)를 구동하는 모터(2)와, 모터(2)에 가변 주파수의 교류 전력을 공급하여 모터(2)의 회전 속도를 제어하는 인버터(11)와, 인버터(11)를 제어하는 제어 장치(4)를 구비하고, 제어 장치(4)는 정전 시에 모터 측에서 발생하는 회생 전력을 인버터(11)의 스위칭 소자에서 소비하면서, 복전 직후부터 인버터(11)로부터 모터(2)로의 구동 전력을 공급하도록 인버터(11)를 제어한다.

Description

드라이 진공 펌프 장치, 그 제어 방법 및 제어 프로그램{DRY VACUUM PUMP APPARATUS, CONTROL METHOD THEREOF AND CONTROL PROGRAM}

본 발명은 드라이 진공 펌프 장치, 그 제어 방법 및 제어 프로그램에 관한 것으로, 특히 1초 이하 정도의 단시간에 발생하는 정전을 가리키는, 「순시 정전」 등의 정전 후, 진공 펌프의 회전을 즉시 재기동할 수 있거나, 혹은 진공 펌프의 속도를 즉시 정격 상태로 복귀할 수 있는 드라이 진공 펌프 장치, 그 제어 방법 및 제어 프로그램에 관한 것이다.

반도체 디바이스, 액정, 태양광 패널, LED 등의 생산 라인에 있어서, 각종 처리를 행하는 챔버 내를 진공 배기하기 위해 드라이 진공 펌프 장치가 널리 사용되고 있다. 드라이 진공 펌프 장치가, 1초 이하 정도의 단시간에 발생하는 정전을 가리키는, 「순시 정전」 등의 정전에 의해 펌프 운전 제어가 정지하면, 진공 펌프의 배기에 의해 실현되어 있던 챔버의 내압이 상승하여, 챔버 내의 프로세스 조건 변화가 발생함으로써 제조 처리를 속행할 수 없어, 생산 라인이 정지한다. 정전에 의한 드라이 진공 펌프 장치의 펌프 운전 제어 정지 시간이 길어질수록, 막대한 피해로 연결되므로, 복전 후에는 즉시 드라이 진공 펌프 장치를 재기동하는 것이 요망된다. 또한, 정전에 의해 챔버의 진공이 파괴되면, 챔버 내에서 처리 중이었던 제품을 파손해 버리므로, 정전이 있어도 챔버 내압으로의 영향을 경미하게 억제하는 것이 요망된다.

일반적으로, 드라이 진공 펌프 장치는 드라이 진공 펌프와, 드라이 진공 펌프를 구동하는 모터와, 모터의 회전 속도(회전 주파수)를 제어하는 인버터와, 인버터의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하여, 모터에 가변 주파수의 교류 전력을 공급함으로써, 드라이 진공 펌프의 운전 속도를 제어하도록 하고 있다.

상술한 인버터를 구비한 드라이 진공 펌프 장치에 있어서, 정전에 의해 인버터 장치로부터 진공 펌프 구동 모터로의 전력 공급이 정지하기 때문에, 진공 펌프로서는 운전 정지 상태가 되고, 펌프 구동 모터는 감속 상태가 된다.

그 후, 입력 전원이 복전하면, 직후에 인버터 장치의 출력 제어는 기능 회복한다. 그러나, 특히 로터측에 영구 자석을 사용한, 직류 무정류자전동기의 경우, 이 펌프 모터가 회전 상태에 있을 때, 인버터 출력을 재개하려도 하면, 마치 이 모터 자신이 인버터 출력 단자측에 전력을 공급하는 발전기인 것처럼, 큰 회생 전력이 발생한다.

이 회생 전력은 인버터 출력 단자에 발생하기 때문에, 인버터로서 보면, 인버터 자신이 모터로 공급해야 할 전력에 중첩하여 모터로부터의 회생 전력을 제어하게 되므로, 인버터가 처리해야 할 전력은, 통상 사용의 영역을 넘어 제어하게 된다. 이로 인해, 인버터 내부에 있는 스위칭 소자에 대해서는, 통상 사용 이상의 전력ㆍ전류가 공급되는 경우가 있으므로, 회생 전력 발생 시에 고장을 유발할 가능성이 있다. 이 스위칭 소자를 보호하기 위한 수단으로서, 일반적인 방법으로는 회생 전력 소비용의 회생 저항을 마련하여, 회생분의 전력을 이 저항에 의해 열 방산시키는 방법이나, 회생 저항을 마련하지 않고, 회생 전력을 전원측(입력측)으로 복귀시키는 제어를 행하는 방법, 혹은 모터가 소정의 회전수 이하로 될 때까지, 인버터 제어는 복귀시키지 않고, 회생 전력을 모터 감속으로부터 자연 감쇠시키는 방법이 제창되어 있다.

그러나, 회생 전력을 회생 저항으로 소비하도록 구성하는 경우에는, 회생 저항 및 회생 저항에 회생 전류를 흐르게 하기 위한 스위칭 기구가 필요해진다. 그로 인해, 부품 개수가 많아져, 인버터 장치 전체가 대형화되고, 또한 비용이 상승한다는 과제점이 있다.

또한, 회생 전력을 전원측(입력측)으로 복귀시키는 제어를 행하는 경우에는, 인버터 내의 스위칭 소자 등의 파워 디바이스의 제어가 어렵고, 제어용 회로를 설치하는 비용도 상승하므로, 회생 전력을 입력측으로 복귀시키는 제어에도 과제점이 있다.

따라서, 상술한 문제점을 해소하여 장치 비용의 상승을 피하기 위해, 통상, 드라이 진공 펌프 장치에 있어서는, 정전 시에, 회생 전력이 인버터측으로 돌아오지 않도록, 펌프ㆍ모터가 소정의 회전수 이하로 될 때까지, 인버터 제어는 복귀시키지 않고, 회생 전력을 모터 감속으로 자연 소비시켜, 펌프ㆍ모터가 소정의 회전수 이하로 된 후, 드라이 진공 펌프를 재기동하도록 하고 있다.

드라이 진공 펌프에서는 정격 회전수로 운전 중에 정전이 발생한 경우, 펌프 케이싱 내의 압력이 매우 낮게 유지되어 있는 경우가 있고, 인버터로부터의 구동 전류 공급이 정지한 경우에도, 단시간으로는 회전 감속이 발생하지 않고, 대략 정격 회전수로 회전을 계속하고 있는 경우가 있다.

이 상태에 있어서 복전하여, 펌프 모터에 통전을 재개하면, 모터가 발전기로서 기능하므로, 인버터 출력 단자에는 회생 전력이 발생한다. 이 회생 전력에 의해 인버터 출력 단자에 발생하는 전류는 모터 구동 시에 인버터가 출력하는 전류와 거의 동등한 전류가 발생할 가능성이 있다. 따라서, 인버터측 스위칭 소자는 통상 출력하는 전류의 2배 정도의 전류가 처리 가능해야만 한다.

일반적인 인버터 장치를 사용한 드라이 진공 펌프에서는 이 회생 전력이 발생하는 것을 피하기 위해, 정전 발생 후의 복전 동작에서는 펌프 모터의 회전이 충분히 저하되고, 회생 전력이 발생하지 않는 조건에 달하는 것을 기다리고, 인버터측의 출력을 개시하는 방법이 사용되어 있다.

한편, 드라이 진공 펌프의 속도가 저하되면, 펌프 성능이 저하되고, 챔버 내의 가스 배기 속도가 저하되므로, 챔버 내압이 상승하고, 챔버의 진공이 파괴되어, 챔버 내에서 제조 처리 중의 제품이 손상되는 경우가 있다.

또한, 반도체 제조 장치에 대해, 드라이 진공 펌프를 사용하는 경우, 반도체 제조 장치 업계 표준으로서 제정되어 있는 SEMI 규격에, 순시 정전에 관한 규정이 있고, 1초 이내의 정전 발생 시에는 통상과 같은 운전 계속과 복전 시에는 신속한 펌프 회전 복귀가 요구되어 있다.

따라서, 반도체 제조 장치에 적합한 드라이 진공 펌프에서는 정전 발생 복전 후의 펌프 모터 혹은 펌프 속도의 복귀에 대한 제어 방법이 큰 과제가 되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2010-110139호 공보 일본 특허 출원 공개 제2011-69294호 공보

그러나, 상술한 바와 같이 회생 전력이 모터 측에서 소비될 때까지 드라이 진공 펌프의 재기동을 기다린다는 방법에서는, 드라이 진공 펌프가 감속하고 있는 동안에 챔버의 내압이 상승하여, 프로세스 조건이 악화되기 때문에, 생산 라인에 미치는 영향이 지나치게 크다는 문제점이 있다.

그로 인해, 본 발명자들은 정전 시에 모터 측에서 발생하는 회생 전력을 인버터의 파워 디바이스에서 소비하면서, 1초 이내의 단시간에 복전한 경우에는, 즉시 인버터에 전력을 공급하여, 드라이 진공 펌프를 재기동하는 방책에 대해 검토를 거듭한 것이다.

본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 정전 시에 모터 측에서 발생하는 회생 전력을 인버터의 파워 디바이스에서 소비하면서 복전 후에 즉시 전원으로부터 전력을 인버터에 공급하는 것을 가능하게 하고, 복전 후에 즉시 진공 펌프를 재기동하는 것이 가능한 드라이 진공 펌프 장치, 그 제어 방법 및 제어 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 순시 정전에 기인하는 배기 대상 챔버의 내압 변동을 극소로 할 수 있는 드라이 진공 펌프 장치, 그 제어 방법 및 제어 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 드라이 진공 펌프 장치의 제1 양태는, 드라이 진공 펌프와, 상기 드라이 진공 펌프를 구동하는 모터와, 상기 모터에 가변 주파수의 교류 전력을 공급하여 모터의 회전 속도를 제어하는 인버터와, 상기 인버터를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는 정전 시에 모터 측에서 발생하는 회생 전력을 상기 인버터의 스위칭 소자에서 소비하면서, 복전 직후부터 상기 인버터로부터 모터로의 구동 전력을 공급하도록 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태는, 상기 인버터는 상기 스위칭 소자의 정격 전류가 범용 인버터의 스위칭 소자의 정격 전류의 1.5배 내지 3.0배의 인버터인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 드라이 진공 펌프 장치의 제어 방법의 제1 양태는, 드라이 진공 펌프와, 상기 드라이 진공 펌프를 구동하는 모터와, 상기 모터에 가변 주파수의 교류 전력을 공급하여 모터의 회전 속도를 제어하는 인버터를 구비한 드라이 진공 펌프 장치의 제어 방법에 있어서, 정전과 동시에 상기 인버터의 출력을 정지하고, 모터 측에서 발생하는 회생 전력을 상기 인버터의 스위칭 소자에서 소비하면서, 복전했을 경우, 직후부터 상기 인버터의 출력을 개시하는 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 드라이 진공 펌프 장치의 제어 프로그램의 제1 양태는, 드라이 진공 펌프와, 상기 드라이 진공 펌프를 구동하는 모터와, 상기 모터에 가변 주파수의 교류 전력을 공급하여 모터의 회전 속도를 제어하는 인버터를 구비한 드라이 진공 펌프 장치의 제어 프로그램이며, 상기 제어 프로그램에 의해, 상기 드라이 진공 펌프 장치는 정전과 동시에 상기 인버터의 출력을 정지하고, 모터 측에서 발생하는 회생 전력을 상기 인버터의 스위칭 소자에서 소비하면서, 복전했을 경우, 직후부터 상기 인버터의 출력을 개시하도록 상기 인버터가 제어되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 드라이 진공 펌프 장치의 제2 양태는, 드라이 진공 펌프와, 상기 드라이 진공 펌프를 구동하는 모터와, 상기 모터에 가변 주파수의 교류 전력을 공급하여 모터의 회전 속도를 제어하는 인버터와, 상기 인버터를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는 정전을 검출하는 기능을 구비하고, 상기 제어 장치는 정전으로부터 복귀한 복전 후에 상기 인버터가 인버터 정격 전류의 1.5 내지 3.0배의 전류를 모터에 공급하도록 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태는, 상기 제어 장치는 복전 후에 상기 드라이 진공 펌프의 속도가 소정 속도로 복귀했을 때에, 상기 인버터가 인버터 정격 전류 이하의 전류를 모터에 공급하도록 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태는, 상기 인버터의 스위칭 소자의 정격 전류는 상기 인버터 정격 전류의 1.5 내지 3.0배인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 드라이 진공 펌프 장치의 제어 방법의 제2 양태는, 드라이 진공 펌프와, 상기 드라이 진공 펌프를 구동하는 모터와, 상기 모터에 가변 주파수의 교류 전력을 공급하여 모터의 회전 속도를 제어하는 인버터를 구비한 드라이 진공 펌프 장치의 제어 방법에 있어서, 정전으로부터의 복전 후에 상기 인버터가 인버터 정격 전류의 1.5 내지 3.0배의 전류를 모터에 공급하도록 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태는 상기 복전 후에 상기 드라이 진공 펌프의 속도가 소정 속도로 복귀했을 때에, 상기 인버터가 인버터 정격 전류 이하의 전류를 모터에 공급하도록 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태는, 상기 인버터의 스위칭 소자의 정격 전류는 상기 인버터 정격 전류의 1.5 내지 3.0배인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 드라이 진공 펌프의 제어 프로그램의 제2 양태는, 드라이 진공 펌프와, 상기 드라이 진공 펌프를 구동하는 모터와, 상기 모터에 가변 주파수의 교류 전력을 공급하여 모터의 회전 속도를 제어하는 인버터를 구비한 드라이 진공 펌프 장치의 제어 프로그램이며, 상기 제어 프로그램에 의해, 상기 드라이 진공 펌프 장치는 정전으로부터의 복전 후에 상기 인버터가 인버터 정격 전류의 1.5 내지 3.0배의 전류를 모터에 공급하도록 상기 인버터가 제어되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 양태는, 상기 제어 프로그램에 의해, 상기 드라이 진공 펌프 장치는 상기 복전 후에 상기 드라이 진공 펌프의 속도가 소정 속도로 복귀했을 때에, 상기 인버터가 인버터 정격 전류 이하의 전류를 모터에 공급하도록 상기 인버터가 제어되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 정전 시에 모터 측에서 발생하는 회생 전력을 인버터의 파워 디바이스에서 소비하면서 복전 후에 즉시 전원으로부터 전력을 인버터에 공급하는 것이 가능하므로, 복전 후에 즉시 드라이 진공 펌프를 재기동하는 것이 가능하다. 따라서, 드라이 진공 펌프에 의해 배기되는 챔버의 내압 변동을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 순시 정전을 검출하고, 순시 정전으로부터 복귀하면, 인버터로부터 인버터 정격 전류의 몇 배의 대전류를 모터에 공급함으로써, 정전에 의해 저하된 펌프 속도를 즉시 복귀시킬 수 있다. 따라서, 드라이 진공 펌프에 의해 배기되는 챔버의 내압 변동을 극소로 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 드라이 진공 펌프 장치의 전체 구성을 도시하는 모식도.
도 2의 (a), (b)는 종래 기술에 의한 드라이 진공 펌프 장치의 제어와 본 발명의 일 양태에 있어서의 드라이 진공 펌프의 제어를 대비하여 나타내는 그래프이고, 도 2의 (a)는 종래 기술에 의한 드라이 진공 펌프 장치의 제어를 나타내고, 도 2의 (b)는 본 발명의 일 양태에 있어서의 드라이 진공 펌프 장치의 제어를 나타내는 도면.
도 3의 (a), (b)는 종래 기술에 의한 드라이 진공 펌프 장치의 제어와 본 발명의 일 양태에 있어서의 드라이 진공 펌프 장치의 제어를 나타내는 그래프이고, 도 3의 (a)는 종래 기술에 의한 드라이 진공 펌프 장치의 제어를 나타내고, 도 3의 (b)는 본 발명의 일 양태에 있어서의 드라이 진공 펌프 장치의 제어를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 인버터 제어 방법의 일 양태를 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 인버터의 제어 플로우를 도시하는 도면.

이하, 본 발명에 관한 드라이 진공 펌프 장치, 그 제어 방법 및 제어 프로그램의 실시 형태를 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 1 내지 도 5에 있어서, 동일하거나 또는 상당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 관한 드라이 진공 펌프 장치의 전체 구성을 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 드라이 진공 펌프 장치는 드라이 진공 펌프(1)와, 드라이 진공 펌프(1)를 회전 구동하는 모터(2)와, 모터(2)의 회전 속도를 제어하는 모터 드라이버(3)와, 모터 드라이버(3)의 동작을 제어하는 제어 장치(4)를 구비하고 있다. 모터 드라이버(3)는 브레이커(6)를 통해 상용 전원 등의 AC 전원(7)에 접속되어 있다. 드라이 진공 펌프(1)의 흡기구는 반도체 제조 장치 등의 챔버(5)에 접속되어 있고, 챔버(5) 내를 드라이 진공 펌프(1)에 의해 진공 배기하도록 구성되어 있다.

모터 드라이버(3)는 AC 전원(7)으로부터 공급된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터(10)와, 변환된 직류 전력을 원하는 주파수를 갖는 교류 전력으로 변환하는 인버터(11)와, 인버터(11)의 스위칭 소자(S1 내지 S6)의 ON-OFF 동작을 명령하는 게이트 드라이브 신호를 인버터(11)로 보내는 드라이버 제어부(12)를 구비하고 있다. 컨버터(10)에는 전압을 평활화하기 위한 콘덴서(C1)가 구비되어 있다.

드라이버 제어부(12)는 드라이 진공 펌프(1)의 운전 명령 속도 등에 기초하여 PWM 신호를 생성하고, 이를 인버터(11)로 송신한다. 제어 장치(4)는 드라이버(3) 전체의 동작을 제어하고, 또한 외부의 상위 기기와의 통신을 하도록 구성되어 있다. 드라이버 제어부(12)는 모터(2)의 운전 정보로서, 모터 드라이버(3)로부터 모터(2)에 공급되는 전류값을 수취하고, 이 전류값으로부터 모터(2)의 회전 속도를 산출하고, 미리 정해진 목표 회전 속도와 산출된 회전 속도의 차에 기초하여PWM 신호를 생성하고, 이를 모터 드라이버(3)의 인버터(11)로 송신한다. 인버터(11)는 PWM 신호에 따라 스위칭 소자(S1 내지 S6)를 구동하고, 모터(2)를 목표 회전 속도로 회전시키기 위한 입력 전압을 모터(2)에 인가한다. 또한, 제어 장치(4)는 유저의 조작에 따라 드라이 진공 펌프(1)의 기동 신호 및 정지 신호를 드라이버 제어부(12)로 송신하도록 구성되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이 구성된 드라이 진공 펌프 장치에 있어서, 순시 정전 등의 정전 시에는 드라이 진공 펌프(1)가 운전 정지가 되지만, 이 운전 정지 시의 감속에 수반하여, 모터(2)에 있어서 회생 전력이 발생한다. 이 회생 전력은 인버터(11)로 돌아온다.

본 발명에 있어서는, 정전 후의 복전 시에 제어 장치(4)로부터 모터 드라이버(3)에 드라이 진공 펌프(1)의 기동 신호를 송신, 혹은 정전 중에도 기동 신호를 계속해서 송신하여, AC 전원(7)으로부터 인버터(11)에 모터 구동용 전력을 공급하도록 구성하고 있으므로, 인버터(11)에는 모터(2)로부터의 회생 전력과 AC 전원(7)으로부터 공급되는 모터 구동용 전력이 중첩되게 된다. 즉, 인버터(11)에는 모터(2)로부터의 회생 전류와 AC 전원(7)으로부터의 모터 구동용 전류가 중첩되게 되므로, 이 중첩되는 큰 전류에 인버터(11)가 견딜 수 있도록 할 필요가 있다. 그로 인해, 본 발명에 있어서는, 인버터의 스위칭 소자의 정격 전류에 대해, 범용 인버터의 정격 전류보다도 큰 정격 전류의 전용 인버터를 사용하고 있다.

범용 인버터의 정격 전력과, 사용하는 스위칭 소자의 정격 전류 사양의 관계는 인버터 메이커 각 사에서 독자적인 계산 방법을 채용하고 있지만, 표 1은 그 일례와, 본 발명에서 사용하는 전용 인버터의 비교 대비표이다.

표 1에서는 스위칭 소자의 정격 전류에 대해, 인버터의 정격 전력마다, 범용 인버터와 전용 인버터를 비교 대비하고 있다. 표 1로부터 명확해진 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 스위칭 소자의 정격 전류(설정)에 대해, 범용 인버터의 1.5배 내지 2.5배의 전용 인버터를 사용하고 있다. 본 발명자들의 지견에 의하면, 범용 인버터에 대한 본 발명의 전용 인버터의 정격 전류비는 1.5배 내지 2.5배로 한정되지 않고, 1.5배 내지 3.0배 정도의 범위이면 된다.

이와 같이, 인버터(11)를 대전류에 견딜 수 있는 스위칭 소자를 갖는 인버터로 구성함으로써, 정전 시에 모터 측에서 발생하는 회생 전력을 인버터(11)의 파워 디바이스에서 소비하면서 AC 전원(7)으로부터 전력을 인버터(11)에 공급함으로써, 1초 이내의 단시간의 정전 발생, 복전 후에는 즉시 드라이 진공 펌프(1)를 재기동하는 것이 가능하다.

도 2의 (a), (b)는 종래 기술에 의한 드라이 진공 펌프 장치의 제어와 본 발명의 일 양태에 있어서의 드라이 진공 펌프(1)의 제어를 대비하여 나타내는 그래프이고, 도 2의 (a)는 종래 기술에 의한 드라이 진공 펌프 장치의 제어를 나타내고, 도 2의 (b)는 본 발명의 일 양태에 있어서의 드라이 진공 펌프 장치(1)의 제어를 나타낸다. 도 2의 (a), (b)에 있어서, 횡축은 시간(t)을 나타내고, 1초는 1s로 나타낸다. 종축은 인버터로의 입력 전압(V), 인버터 출력, 펌프 회전수(rpm) 및 챔버 내압을 나타낸다.

도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 종래 기술에 있어서는, 순시 정전에 의해 인버터로의 입력 전압이 OFF가 되면, 인버터 출력도 OFF가 된다. 순시 정전 후에 복전해도, 모터의 회전수가 저하되어, 회생 전력이 발생하지 않거나, 혹은 발생하는 회생 전력이 충분히 작아지는 것을 대기하기 위해, 인버터 출력 OFF의 상태는 1초 가까이 계속된다. 인버터 출력이 OFF인 동안에, 펌프 회전수는 저하되고, 챔버 내압은 상승한다. 도 2의 (a)에 있어서는 순시 정전의 시간이 짧은 경우와, 약간 긴 경우와, 중간인 경우의 3개의 양태가 나타나 있지만, 순시 정전의 시간의 장단에 상관없이 인버터 출력은 약 1초간 OFF가 되고, 어떤 양태에 있어서도 펌프 회전수의 저하 정도 및 챔버 내압의 상승 정도는 대략 동일하다.

도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 양태에 있어서는, 순시 정전에 의해 인버터로의 입력 전압이 OFF가 되면 인버터 출력도 OFF가 되지만, 복전하면, 모터의 회전수 저하에 의해 발생하는 회생 전력이 저하되는 것을 대기하지 않고, 즉시 인버터 출력은 ON이 된다. 도 2의 (b)에 있어서도, 순시 정전의 시간이 짧은 경우와, 약간 긴 경우와, 중간인 경우의 3개의 양태가 나타나 있지만, 어떤 양태에 있어서도 복전하면 즉시 인버터 출력은 ON이 된다. 이와 같이, 복전 후에 인버터 출력이 즉시 ON이 되기 때문에, 펌프 회전수의 저하 및 챔버 내압의 상승은 억제된다.

도 3의 (a), (b)는 종래 기술에 의한 드라이 진공 펌프 장치의 제어와 본 발명의 일 양태에 있어서의 드라이 진공 펌프 장치(1)의 제어를 나타내는 그래프이고, 도 3의 (a)는 종래 기술에 의한 드라이 진공 펌프 장치의 제어를 나타내고, 도 3의 (b)는 본 발명의 일 양태에 있어서의 드라이 진공 펌프 장치(1)의 제어를 나타낸다. 도 3의 (a), (b)에 있어서, 횡축은 시간(t)을 나타내고, 1초는 1s로 나타낸다. 종축은 인버터로의 입력 전압(V), 인버터 출력, 펌프 회전수(rpm) 및 챔버 내압을 나타낸다.

도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 종래 기술에 있어서는, 단시간 동안에 순시 정전이 반복해서 일어나면(도면에서는 순시 정전이 1초 간격으로 3회 반복해서 일어난 경우를 나타냄), 최초의 순시 정전에서 인버터로의 입력 전압이 OFF가 되면, 인버터 출력은 OFF가 되고, 그 후 일시적으로 복전해도, 발생하는 회생 전력의 저하를 대기하기 위해 다음의 순시 정전까지 인버터 출력이 ON이 되는 일은 없고, 인버터 출력은 최후의 순시 정전까지 OFF 상태가 계속된다. 최후의 순시 정전 후에 복전하면 시간 지연을 갖고 인버터 출력은 ON이 된다. 이와 같이, 단시간 동안에 순시 정전이 반복해서 일어나면, 인버터 출력은 상당히 오랜 시간(도시예에서는 3초)에 걸쳐서 OFF 상태가 된다. 그 동안, 펌프 회전수는 계속해서 저하되어 0rpm까지 저하된다. 그로 인해, 챔버 내압은 최고 레벨(High)까지 상승한다.

도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 양태에 있어서는, 단시간 동안에 순시 정전이 반복해서 일어나면(도면에서는 순시 정전이 1초 간격으로 3회 반복해서 일어난 경우를 나타냄), 인버터로의 입력 전압이 그때마다 OFF가 되고, 인버터 출력은 그때마다 OFF가 되지만, 회생 전력이 저하되는 것을 대기하는 일이 없으므로, 복전하면 인버터 출력은 순시 정전의 시간의 장단에 상관없이 어떤 경우든 즉시 회복되어 ON이 된다. 순시 정전이 일어나면, 펌프 회전수는 그때마다 약간 저하되지만, 복전하면 즉시 인버터 출력이 회복하기 때문에, 펌프 회전수의 저하 정도는 적고, 또한 챔버 내압의 상승 정도도 얼마 되지 않는다. 그로 인해, 인버터 출력의 회복과 함께 챔버 내압은 최저 레벨(Low)에 즉시 도달한다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 정전에 의해 인버터 출력이 OFF가 되어도, 복전 후 즉시 인버터 출력을 ON으로 하는 것이 가능하고, 진공 펌프의 회전수가 정격 회전수에 얼마 되지 않는 시간으로 회복하므로, 챔버 내압의 변동을 억제할 수 있다.

여기서, 인버터 자체의 정격 전류는 펌프에 요구되는 스펙(배기 속도나 배기 시간, 허용 가스 유량 등)에 따라 실험적으로 선정된다. 인버터의 정격 전류라 함은, 인버터가 연속적으로 출력 가능한 최대 전류값이다. 인버터 내부의 스위칭 소자나 그 밖의 부품, 냉각 기구 등은 인버터가 인버터의 정격 전류값을 연속적으로 출력해도 문제가 없도록 설계된다. 여기서, 본 발명에 있어서는, 인버터의 스위칭 소자의 정격 전류는 인버터의 정격 전류의 1.5 내지 3.0배로 한다. 스위칭 소자의 정격 전류에 비교하여 인버터의 정격 전류를 낮게 억제함으로써, 인버터의 스위칭 소자 이외의 부품이나 냉각 기구를 낮은 전류에 대응한 것으로 할 수 있고, 인버터의 대형화를 회피하여, 비용 절감이 가능해진다.

도 1의 제어 장치(4)에는 기억 매체 판독 장치가 접속되는 커넥터(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 필요에 따라 기억 매체 판독 장치를 접속하여 제어 프로그램이나 데이터를 외부의 기억 매체로부터 판독하는 것이 가능하게 되어 있다. 그리고, 상술한 바와 같이, 정전으로부터 복전하면, 모터로부터 회생 전력이 저하되는 것을 대기하는 일 없이, 즉시 인버터 출력을 ON으로 하는 제어를 행하기 위한 제어 프로그램을 저장한 기억 매체를 준비하고, 그 기억 매체로부터 제어 프로그램을 판독하여 제어 장치(4)에 인스톨함으로써, 기존의 진공 펌프 장치에 있어서 본 발명을 실행하는 것이 가능해진다.

도 2의 (b) 및 도 3의 (b)에 나타내는 본 발명에 있어서는, 순시 정전 후의 복전 시에, 인버터(11)로부터 모터(2)에 공급되는 인버터 출력 전류는 인버터(11)의 정격 전류 이하로 제어하고 있다.

본 발명자들은 순시 정전 후의 복전 시에 인버터(11)로부터 모터(2)에 공급하는 인버터 출력 전류를 인버터(11)의 정격 전류 이하로 제어하고 있으므로, 모터 출력이 제한되어 진공 펌프의 회전 속도가 제한되는 결과, 이상적인 상태에 비하면 챔버 내압의 상승 정도가 크고 상승 시간이 긴 경우가 있는 것에 주목하였다.

따라서, 본 발명의 일 양태에서는, 순시 정전 후의 복전 시에, 인버터(11)로부터 모터(2)에 공급하는 인버터 출력 전류를, 인버터(11)의 정격 전류의 몇 배로 하는 것이다. 이에 의해, 순시 정전 시의 챔버의 압력 변동을 더욱 작게 할 수 있다. 이하, 이 양태를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 인버터 제어 방법의 일 양태를 나타내는 그래프이다. 도 4에 있어서, 횡축은 시간(t)을 나타내고, 종축은 전원 전압(V), 펌프 회전 속도(rpm), 챔버 내압 및 인버터 출력 전류(A)를 나타낸다.

도 4에 도시한 바와 같이, 순시 정전이 일어나면, 전원 전압이 상실되어, 인버터 출력 전류는 OFF가 된다. 이에 의해, 진공 펌프의 회전 속도는 서서히 저하된다. 순시 정전이 복귀하여 복전 후, 인버터(11)는 인버터 정격 전류의 1.5 내지 3.0배, 더욱 바람직하게는 2.0 내지 3.0배의 인버터 전류를 모터(2)에 출력한다. 이와 같이, 복전 후에 인버터(11)는 인버터 정격 전류의 1.5 내지 3.0배의 대전류를 모터(2)에 공급하기 위해, 모터 출력이 커지고, 도 4에 도시한 바와 같이 펌프 회전 속도는 급속히 상승하여 단시간에 규정의 회전 속도로 복귀된다. 그로 인해, 순시 정전 후에 챔버 내압은 약간 상승되지만, 복전 후의 진공 펌프의 회전 속도의 급상승에 의해, 챔버 내압은 원래의 압력까지 빠르게 복귀된다. 따라서, 챔버의 압력 변동은 미소하다. 진공 펌프의 회전 속도가 규정 속도로 복귀되면, 인버터 출력 전류를 인버터 정격 전류 이하까지 저하시킨다. 인버터 출력 전류를 인버터 정격 전류 이하로 내리는 제어에 있어서는, 인버터(11)는 수요측, 즉 챔버측에 있어서의 진공압으로부터 요구되는 진공 펌프의 회전 속도에 맞춘 인버터 전류를 출력하게 된다.

본 발명의 스위칭 소자의 정격 전류는 인버터의 정격 전류의 1.5 내지 3.0배이므로, 순시 정전 시의 복전 후에 인버터(11)는 인버터 정격 전류의 1.5 내지 3.0배의 대전류를 모터(2)에 공급할 수 있다.

또한, 순시 정전이 일어나, 전원 전압이 상실되어도, 드라이버 제어부(12) 등의 제어 회로가 살아 있고, 콘덴서(C1)에 전하가 저류되어 있으면 인버터(11)는 전류를 출력할 수 있다. 정전 중에 콘덴서(C1)의 전력이 소비되어, 모터(2)로의 전력 공급을 할 수 없게 되었던 경우에 본 발명은 유효해진다.

상술한 설명에 있어서는, 드라이 진공 펌프가 루트형 드라이 진공 펌프 등의 회전형 펌프인 경우를 설명하였지만, 드라이 진공 펌프가 왕복형 펌프인 경우에는, 모터의 회전이 펌프의 왕복 이동으로 변환되기 때문에 펌프의 회전 속도를 펌프의 왕복 이동 속도로 치환하면 된다.

도 5는 본 발명의 인버터의 제어 플로우를 도시하는 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 인버터(11)의 동작이 개시되면, AC 전원(7)의 전원 전압을 측정하고, 전원 전압과 규정 전압을 비교하여, 전원 전압이 규정 전압보다 낮은 경우("예"의 경우)에는 정전이라고 판단하여, 인버터(11)는 출력하지 않는다(인버터 출력 OFF). 전원 전압이 규정 전압보다 높은 경우("아니오"의 경우)에는 전원 전압 측정의 스텝으로 복귀된다. 인버터 출력 OFF후, 다시, 전원 전압을 측정하고, 전원 전압이 규정 전압보다 높은 경우("예"의 경우)에는 복전이라고 판단하여, 인버터 출력 전류(인버터 제한 전류)를 인버터 정격 전류의 1.5 내지 3.0배로 올린다. 여기서, 인버터 제한 전류라 함은, 제어 장치(4)로부터 모터 드라이버(3)에 명령되는, 인버터(11)가 출력하는 최대 전류 제한값이다. 전원 전압이 규정 전압보다 낮은 경우("아니오"의 경우)에는 전원 전압 측정의 스텝으로 복귀된다. 상기 인버터 출력 전류를 올리는 스텝 후, 펌프 속도와 소정 속도를 비교하여, 펌프 속도가 소정 속도보다 큰 경우("예"의 경우)에는 순시 정전 복귀 동작은 종료라고 판단하여, 인버터 출력 전류(인버터 제한 전류)를 인버터 정격 전류 이하의 통상값으로 복귀시키고, 제어 플로우를 종료한다. 펌프 속도가 소정 속도보다 작은 경우("아니오"의 경우)에는 인버터 출력 전류를 올리는 스텝으로 복귀된다. 여기서, 소정 속도라 함은, 펌프 정격 속도의 90% 내지 99%의 범위 내의 속도이다.

상기 전원 전압의 측정에 대해서는, 제어 장치(4)를 AC 전원측에 접속하여, 전원 전압을 측정할 수 있는 구성으로 하거나, 혹은 드라이버 제어부(12)를 AC 전원측에 접속하여, 전원 전압을 측정할 수 있는 구성으로 한다.

또한, 정전으로부터의 복전 후에 인버터(11)가 인버터 정격 전류의 1.5 내지 3.0배의 전류를 모터에 공급하도록 인버터(11)를 제어하기 위한 제어 프로그램을 저장한 기억 매체를 준비하고, 전술한 바와 같이 기억 매체 판독 장치를 통해 제어 프로그램을 제어 장치(4)에 인스톨함으로써, 기존의 진공 펌프 장치에 있어서 본 발명을 실행하는 것이 가능해진다.

또한, 도 4에 도시되는 본 발명에 있어서는, 순시 정전으로부터의 복전 중의 인버터 출력 전류가 순시 정전으로부터의 복귀 중의 제한 전류에 도달하고 있지만, 본 발명은 인버터의 출력 전류가 반드시 제한 전류에 도달하는 것을 의미하지는 않는다. 챔버의 압력 변동의 정도에 따라서는, 순시 정전으로부터의 복귀 중에 인버터의 출력 전류가 통상의 인버터 정격 전류값을 초과하지만, 제한 전류에 도달하지 않고 복귀 동작이 종료되는 경우도 있다.

지금까지, 스위칭 소자의 정격 전류가, 인버터의 정격 전류의 1.5 내지 3.0배, 더욱 바람직하게는 2.0 내지 3.0배인 인버터를 사용하여 순시 정전으로부터의 복귀 동작을 행하는 것에 대해 설명하였지만, 통상의 인버터, 즉 스위칭 소자의 정격 전류가 인버터의 정격 전류와 동등하거나, 약간 큰 정도의 인버터를 사용한 경우라도, 본 발명은 적용할 수 있다. 즉, 순시 정전으로부터의 복전 후의 약간의 시간만, 인버터의 제한 전류값을 인버터 정격 전류의 1.5 내지 3.0배로 올림으로써, 단시간 스위칭 소자를 흐르는 전류가 스위칭 소자의 정격 전류를 초과하는 경우가 있어도 지장이 없는 경우에는, 본 발명을 적용할 수 있다. 이것에 의해서도, 복전 후의 진공 펌프의 회전 속도의 급상승에 의해, 챔버 내압을 원래의 압력까지 빠르게 복귀시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 1초 이하 정도의 단시간에 발생하는 정전 시뿐만 아니라, 1초 이하 정도의 단시간 전압 강하가 발생한 경우에도 적용 가능하다.

지금까지 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않고, 그 기술 사상의 범위 내에 있어서, 다양한 다른 형태로 실시되어도 되는 것은 물론이다.

1 : 드라이 진공 펌프
2 : 모터
3 : 모터 드라이버
4 : 제어 장치
5 : 챔버
6 : 브레이커
7 : AC 전원
10 : 컨버터
11 : 인버터
12 : 드라이버 제어부
C1 : 콘덴서
S1 내지 S6 : 스위칭 소자

Claims (12)

1. 드라이 진공 펌프와,
   상기 드라이 진공 펌프를 구동하는 모터와,
   상기 모터에 가변 주파수의 교류 전력을 공급하여 모터의 회전 속도를 제어하는 인버터와,
   상기 인버터를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
   상기 제어 장치는 정전 시에 모터 측에서 발생하는 회생 전력을 상기 인버터의 스위칭 소자에서 소비하고, 정전으로부터의 복전시에 모터로부터의 회생 전력과 상용 전원으로부터 공급되는 모터 구동용 전력이 중첩되도록, 상기 인버터의 스위칭 소자를 온오프시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는, 드라이 진공 펌프 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 인버터는 상기 스위칭 소자의 정격 전류가 범용 인버터의 스위칭 소자의 정격 전류의 1.5배 내지 3.0배의 인버터인 것을 특징으로 하는, 드라이 진공 펌프 장치.
3. 드라이 진공 펌프와, 상기 드라이 진공 펌프를 구동하는 모터와, 상기 모터에 가변 주파수의 교류 전력을 공급하여 모터의 회전 속도를 제어하는 인버터를 구비한 드라이 진공 펌프 장치의 제어 방법에 있어서,
   정전시에 모터 측에서 발생하는 회생 전력을 상기 인버터의 스위칭 소자에서 소비하고, 정전으로부터의 복전시에 모터로부터의 회생 전력과 상용 전원으로부터 공급되는 모터 구동용 전력이 중첩되도록, 상기 인버터의 스위칭 소자를 온오프시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는, 드라이 진공 펌프 장치의 제어 방법.
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