(57)【要約】【解決手段】本発明は、真空ポンプ(13)のロータ(14)に駆動軸(16)を介して連結されている少なくとも１つの電気モータ(18)と、電気モータ(18)に電気的に連結されて電気モータにモータ入力電圧を供給する周波数変換器(20)と、少なくとも１つの電気スイッチ(24, 26)を有する切替装置(22)とを備えた真空ポンプ駆動装置(12)に関する。切替装置(22)は、モータ特性曲線を変えるために電気スイッチ(24, 26)の切替位置に応じてモータ巻線をスター型又はデルタ型に接続するように構成されている。真空ポンプ駆動装置は、真空ポンプ(13)の物理的な動作変数を検出するためのセンサを有する測定装置(32)と、切替装置(22)及び測定装置(32)に電気的又は光学的に接続され、スター−デルタ切り替えを生じさせるために真空ポンプ(13)の動作変数の測定値に基づいて少なくとも１つの電気スイッチ(24, 26)を作動させるように構成されている制御部(30)とを更に備えている。
2019503163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空ポンプ(13)のロータ(14)に駆動軸(16)を介して連結されている少なくとも１つの電気モータ(18)と、
前記電気モータ(18)と電気的に連結されて、前記電気モータにモータ入力電圧を供給する周波数変換器(20)と、
少なくとも１つの電気スイッチ(24, 26)を有し、モータ特性を変えるために前記電気スイッチ(24, 26)の切替位置に応じてモータ巻線をスター結線又はデルタ結線に接続するように構成されている切替手段(22)と、
前記真空ポンプ(13)の物理的な動作パラメータを検出するためのセンサ(33)を有する測定装置(32)と、
前記切替手段(22)及び前記測定装置(32)と電気的又は光学的に接続されており、スター−デルタ切り替えを生じさせるように前記真空ポンプ(13)の動作パラメータの測定値に応じて少なくとも１つの電気スイッチ(24, 26)を作動させるように構成されている制御手段(30)と
を備えていることを特徴する真空ポンプ駆動装置(12)。
【請求項２】
前記動作パラメータは、前記真空ポンプ(13)の温度、前記真空ポンプ(13)の内圧及び／又は前記真空ポンプ(13)の回転速度であることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ駆動装置(12)。
【請求項３】
前記制御手段(30)及び／又は前記周波数変換器(20)は、少なくとも１つの電気スイッチ(24, 26)が作動するとき、前記電気モータ(18)の２つの特性の間で変わるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空ポンプ駆動装置(12)。
【請求項４】
ポンプステータ、ポンプロータ(14)、及び請求項１〜３のいずれか一項に記載の真空ポンプ駆動装置(12)を備えていることを特徴とする真空ポンプ(13)。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の真空ポンプ駆動装置(12)を備えた真空ポンプ(13)を駆動する方法であって、
前記電気モータ(18)が、前記真空ポンプのロータ(14)の駆動軸(16)を駆動し、
前記周波数変換器(20)が、前記電気モータ(18)にモータ入力電圧を供給し、
前記測定装置(32)のセンサ(33)が、前記真空ポンプ(13)の少なくとも１つの物理的な動作パラメータを検出し、
前記電気モータ(18)のモータ巻線が前記電気スイッチ(24, 26)の切替位置に応じてスター結線又はデルタ結線に接続されるように、前記制御手段(30)が、前記動作パラメータの測定値に応じて前記切替手段(22)の少なくとも１つの電気スイッチ(24, 26)を作動させることにより、モータ特性を変えることを特徴とする方法。
【請求項６】
前記動作パラメータは、前記真空ポンプ(13)の温度、前記真空ポンプの内圧及び／又は前記真空ポンプの回転速度であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
物理的な動作パラメータの限界値を超えると、前記制御手段(30)が前記周波数変換器(20)及び／又は前記電気モータ(18)を第１のモータ特性から第２のモータ特性に切り替えることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ポンプを駆動するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空ポンプは典型的には、ポンプステータ及びポンプロータを備えた回転式真空ポンプとして構成されている。ポンプロータがポンプステータに対して回転することにより、圧力の変化が生じる。ポンプロータは駆動軸を介して電気モータによって駆動される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、モータ特性を変えることにより、モータの有効トルクを変えるために、電気モータのモータ巻線をスター型又はデルタ型に接続することが、米国特許出願公開第2004／0195994 号明細書で知られている。従って、より低い回転速度でより高いトルクを与えることが可能になる。モータが２つの異なる動作点でのみ動作可能であるように、２つの特性の各々が１つの動作点でのみ作用することが、この変形例の特徴である。
【０００４】
真空ポンプ駆動装置の電気モータを２つの異なる動作点でのみ動作させることができる代わりに、電気モータを周波数変換器によって制御することが一般的な方法になっている。DC中間回路では、周波数変換器がまず、電源網の交流電圧から直流電圧を生成し、その後、直流電圧から可変周波数の合成交流電圧をモータ入力電圧として生成する。ここで、モータの回転速度はモータ入力電圧の周波数によって決まる。モータのトルクは広範囲の回転速度に亘って一定のままである。
【０００５】
真空ポンプでは、ポンプの現在の動作状態に応じて、駆動特性を幅広い動作範囲に亘って調整することが必要である。しかしながら、駆動装置の性能データをポンプの動作状態に調整する可能性は、技術的な点で、例えば駆動変換器が与え得る最大電流によって制限されている。有効供給電圧は同様に制限要因である。駆動変換器が追加の電流を与えることができなくなるとき、モータの切り替えによって、例えばポンプのある動作状態で既存の予備電圧を使用することが可能である。この追加の電力需要は、主に圧力又は温度が大きく変化する場合、及び運ばれる媒体に応じて生じる。更に、高温の媒体がポンプに入り、ポンプロータから熱を除去する必要があるとき、モータ電流を下げる必要性が生じる場合がある。爆発性媒体を導入するときも、動作点を変えることにより、ロータ温度を下げる必要がある。
【０００６】
独国特許出願公開第102013009036号明細書には、スター−デルタ切り替えモータと、スター−デルタ切り替えモータの物理量を調節又は制御するための駆動変換器とを備えた細断装置のための駆動ユニットが記載されている。制御ユニットによって、駆動ユニットで検出される少なくとも１つの量を考慮してスター−デルタ切り替えを行う。
【０００７】
本発明は、動作データを変える場合に真空ポンプの範囲内で駆動電気モータの特性を調整するための真空ポンプ駆動装置及び対応する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の真空ポンプ駆動装置は請求項１に定義されている。本発明の真空ポンプは請求項４に定義されており、本発明の方法は請求項５に定義されている。
【０００９】
本発明によれば、制御手段、例えば電子制御装置が切替手段及び測定装置に電気的及び／又は光学的に連結されている。切替手段は、少なくとも１つの電気スイッチを有しており、電気スイッチの位置に応じてモータ巻線をスター型又はデルタ型に接続すべく構成されている。測定装置は、例えば真空ポンプのポンプ温度、真空ポンプ圧力及び／又は回転速度のような真空ポンプの物理的な動作パラメータを検出するためのセンサを有している。制御手段は、真空ポンプの測定された動作量に応じて切替手段の電気スイッチを作動させることにより、動作パラメータの測定値に応じてモータ巻線のスター−デルタ切り替えを行うように構成されている。
【００１０】
切り替えを自動的に行う、つまり、例えば関連した動作パラメータの所定の限界値を超えるか、又は所定の限界値に達しないとすぐに切り替えを行う。この時点は、関連した動作パラメータを連続的に測定してモニターすることにより、つまり、関連した動作パラメータを少なくとも１つの限界値と比較することにより、制御手段によって自動的に検出される。限界値を超過するか、又は限界値に達しないとすぐに、切り替えを自動的に行う。
【００１１】
モータ巻線のスター結線からデルタ結線への切り替え、又はモータ巻線のデルタ結線からスター結線への切り替えによって、モータ電圧及びモータ電流のモータ特性曲線の変化を引き起こす。例えば、回転速度に応じて、起動の動作状態のため、又は圧力変化の場合にスター結線を選択してもよい。ここで、モータはより高い電圧及びより低い電流で作動し、その結果、モータ、特にはポンプロータの電力損失が減少する。一定の回転速度を超過するか、又は圧力が一定の圧力を下回るとき、真空ポンプをより低い圧力で更に加速するために十分な予備電力を有するように、デルタ結線への切り替えを行う。
【００１２】
スター結線は、特には二重スター結線として更に理解される。同様に、デルタ結線は、特には二重デルタ結線として更に理解される。
【００１３】
独国特許出願公開第102013009056号明細書に記載されている細断装置のための駆動装置は、駆動ユニットで検出されるモータの１つの物理量を単に考慮に入れているだけである。このような駆動装置とは対照的に、本発明では、例えば真空ポンプの圧力、温度及び／又は回転速度のような真空ポンプの少なくとも１つの動作パラメータを検出して、この動作パラメータに応じてスター−デルタ切り替えを自動的に行う。従って、検出する際に、モータ電圧のようなモータの物理量、中間回路の電流又は駆動電流変換器の構成要素の温度は無関係である。真空ポンプの少なくとも１つの動作パラメータを検出してモニターすることにより、真空ポンプの変化する動作状態の直接的且つ即時の検出、及びモータ特性の自動調整という決定的な利点を得ることが可能である。そのため、トルクの調整がより安全で、より信頼できてより速い。
【００１４】
真空ポンプ駆動装置では、決定動作パラメータは、駆動ユニット内にのみ見出されるわけではなく、主に駆動ユニットによって駆動される真空ポンプ内に見出される。
【００１５】
従って、駆動ユニット内で決定されたデータのみに基づいてスター−デルタ切り替えを行うのではなく、切り替えのための根拠として真空ポンプの動作データ、例えばガス圧力、ガス組成又はガス温度のようなデータを使用することが必要である。
【００１６】
これらの動作データは、例えば運ばれるガスのタイプ及び状態によって決まるため、モータ特性を様々なタイプのガス（例えば水素、ヘリウム、アルゴンなど）に自動的に調整すること、及び／又はこれらのガスの温度に応じて自動的に調整することが可能である。これらの動作データは駆動ユニット内で検出され得ない。代わりに、量を決定する際にポンプ内の動作データを直接使用する必要がある。
【００１７】
従って、独国特許出願公開第102013009038号明細書に記載されている切り替えでは、駆動ユニットの動作データのみが切り替えにとって重大であるが、本明細書に記載されている方法では、駆動される真空ポンプ内の動作データが主に切り替えにとって重大である。
【００１８】
本発明の実施形態を、図面を参照して以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施形態の真空ポンプ13はポンプロータ14を備えており、ポンプロータ14は、トルクを伝達するために、真空ポンプ駆動装置12の電気モータ18に駆動軸16を介して機械的に連結されている。周波数変換器20が、モータ入力電圧として三相交流電圧を電気モータ18に供給する。周波数変換器20は、図１には示されていない電源供給電圧からモータ入力電圧を生成する。
【００２１】
切替手段22が、周波数変換器20と電気モータ18との間で三相電気接続ライン28の１つの相に正確に夫々作用する２つの電気スイッチ24, 26を有している。２つの電気スイッチ24, 26の位置に応じて、駆動モータの巻線がスター型又はデルタ型に接続される。従って、電圧供給網からエネルギーが流れる方向及び電気モータ18の方向に見て、切替手段22は周波数変換器20と電気モータ18との間に配置されており、周波数変換器20と電気モータ18との間で三相電気接続ライン28に作用する。
【００２２】
制御手段30が電気スイッチ24, 26に電気的又は光学的に接続されている。制御手段30は、測定装置32に電気的又は光学的に更に接続されている。測定装置32は複数のセンサ33を有しており、センサ33は夫々、真空ポンプ13の動作パラメータ、例えばポンプロータ14の温度若しくは回転速度、又はポンプロータ14によって生成される圧力を測定する。検出された夫々の動作パラメータの測定値は測定装置32から制御手段30に送られる。
【００２３】
制御手段30は、送られた測定値を記憶された基準値及び／又は限界値と比較することにより、測定された動作パラメータを連続的にモニターする。臨界値を超過するか又は臨界値に達しないとき、制御手段30は、真空ポンプ13の動作状態の変化を動作パラメータから自動的に検出して、モータ特性をモータ巻線の切り替えによってスター結線からデルタ結線に、又はデルタ結線からスター結線に変えるように、電気スイッチ24, 26を作動させるべく構成されている。
【００２４】
本発明に係る切り替えにより、真空ポンプ13の動作状態が変わるとき、電気モータ18は２つのモータ特性の間で自動的に切り替えられ得る。このため、駆動系の最適な構成が可能になり、従って、真空ポンプ駆動装置12の同一の構造寸法で駆動力の増加が可能になるか、又は同一のままの駆動力で構成要素の小型化が可能になる。
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【国際調査報告】
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