(57)【要約】      （修正有）【課題】インバータが、パルス幅変調に基づいて作動する三相交流機に対して効率的で、より少ないスイッチンング損失で制御可能で、よりロバストに起動可能である、空間ベクトル変調方法、ハイブリッド変調方法、起動方法及び装置を提供する。【解決手段】空間ベクトル変調方法は、パルス幅変調に基づいて作動可能な三相交流機、特に真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプの三相交流機用の三相インバータ１０、特に２レベル三相インバータを制御するため、それぞれのパルス幅変調周期内に、前記インバータの３つの相Ｕ、Ｖ、Ｗのうちの少なくとも１つの相が接続されないか、又は、前記インバータの３つの相Ｕ、Ｖ、Ｗのうちの最大で２つの相が接続される。また、パルス幅変調に基づく三相交流機、特にエンコーダなしの同期三相電動機を制御するための、特に真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプをそれぞれ作動させるために使用可能である。【選択図】図６
2019013140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス幅変調に基づいて作動可能な三相交流機、特に真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプの三相交流機用の三相インバータ（１０）、特に２レベル三相インバータを制御するための空間ベクトル変調方法において、
それぞれのパルス幅変調周期内に、前記インバータ（１０）の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの少なくとも１つの相が接続されないか、又は、前記インバータ（１０）の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの最大で２つの相が接続される当該空間ベクトル変調方法。
【請求項２】
所定の１つの目標電圧空間ベクトルから出発して、最初に、前記インバータ（１０）の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗの３つの目標電位ｕＵ０，ｕＶ０，ｕＷ０が計算され、最小値ｕＭｉｎが、当該計算された３つの目標電位ｕＵ０，ｕＶ０，ｕＷ０から算出され、前記インバータ（１０）の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗに対する最終的な出力電位ｕＵｆｉｎａｌ，ｕＶｆｉｎａｌ，ｕＷｆｉｎａｌが、当該算出された最小値ｕＭｉｎを考慮して計算される請求項１に記載の空間ベクトル変調方法。
【請求項３】
前記インバータ（１０）の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗに対する前記最終的な出力電位ｕＵｆｉｎａｌ，ｕＶｆｉｎａｌ，ｕＷｆｉｎａｌは、以下の関係式：
ｕＵｆｉｎａｌ＝ｕＵ０−ｕＭｉｎ，ｕＶｆｉｎａｌ＝ｕＶ０−ｕＭｉｎ及びｕＷｆｉｎａｌ＝ｕＷ０−ｕＭｉｎ
によって計算される請求項２に記載の空間ベクトル変調方法。
【請求項４】
前記インバータ（１０）のそれぞれの相Ｕ，Ｖ，Ｗに対するデューティー比λが、以下の関係式：
λＵ＝ｕＵｆｉｎａｌ／Ｕｄｃ，λＶ＝ｕＶｆｉｎａｌ／Ｕｄｃ及びλＷ＝ｕＷｆｉｎａｌ／Ｕｄｃ
によって計算され、ここで、Ｕｄｃは、中間回路電圧である請求項１〜３のいずれか１項に記載の空間ベクトル変調方法。
【請求項５】
前記インバータ（１０）の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗの目標電位ｕＵ０，ｕＶ０，ｕＷ０は、逆クラーク変換を使用して直交座標系における２つの電圧ｕα及びｕβから計算される請求項１〜４のいずれか１項に記載の空間ベクトル変調方法。
【請求項６】
当該両電圧ｕα及びｕβは、絶対値及び角度としての電圧ベクトルから計算されることを特徴とする請求項５に記載の空間ベクトル変調方法。
【請求項７】
パルス幅変調に基づいて作動可能な三相交流機、特に真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプの三相交流機用の三相インバータ（１０）、特に２レベル三相インバータを制御するためのハイブリッド変調方法において、
比較的大きい相電流に対しては、請求項１〜６のいずれか１項に記載の空間ベクトル変調方法が使用され、比較的小さい相電流に対しては、前記インバータ（１０）の全ての３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗが電圧の切り替えに寄与する従来の変調方法が使用される当該ハイブリッド変調方法。
【請求項８】
特に請求項１〜６のいずれか１項に記載の空間ベクトル変調方法及び／又は請求項７に記載のハイブリッド変調方法を使用して、パルス幅変調に基づいて作動可能なエンコーダなしの三相交流機、特に真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプのエンコーダなしの三相交流機を起動するための方法において、
当該起動方法は、同期ステップ、起動ステップ及び検査ステップを有し、この検査ステップでは、当該起動が良好に進行したときは、部分ステップａ）にしたがって、内部監視装置が、エンコーダなしに磁界方向制御する機械制御のために始動し、当該起動方法が終了され、当該起動が失敗したときは、部分ステップｂ）にしたがって、前記三相交流機が、停止するまで制動され、その後に、前記三相交流機が新たに起動される当該方法。
【請求項９】
前記三相交流機は、その同期ステップにおいてそのアイドリング動作中に関係式
【数１】
2019013140.tif 000060
によって規定されている同期電圧ベクトル
【数２】
2019013140.tif 000061
によって制御され、当該同期過程の全期間が、Ｔｓｙｎｃによって規定されていて、及び／又は、前記同期電圧ベクトル
【数３】
2019013140.tif 000062
は、比較的狭い周波数範囲内にある一定の周波数ｆｓｙｎｃで回転するか又は周波数幅なしの周波数ｆｓｙｎｃで回転し、及び／又は、前記同期電圧ベクトル
【数４】
2019013140.tif 000063
の振幅ｕｓｙｎｃが、０とｋＴ×Ｔｓｙｎｃとの間の時間間隔内に増大し、ここで、ｋＴI（０，１）であり、及び／又は、前記振幅ｕｓｙｎｃが、ｋＴ×ＴｓｙｎｃとＴｓｙｎｃとの間の時間間隔内に電圧値ｕｓｙｎｃからｋｕ×ｕｓｙｎｃに線形に変化し、ここで、ｋｕ≧０である請求項８に記載の起動方法。
【請求項１０】
前記三相交流機は、その起動ステップにおいてそのアイドリング動作中に関係式
【数５】
2019013140.tif 000064
によって規定されている起動電圧ベクトル
【数６】
2019013140.tif 000065
によって制御され、当該起動過程は、パラメータである前記全起動時間Ｔｕｐ、Ｈｚを単位とする最終回転速度ｆｆｉｎａｌ及び初期振幅ｕｕｐによって規定されていて、回転する前記起動電圧ベクトル
【数７】
2019013140.tif 000066
の振幅ｕｕｐが、ｕｕｐからｕｕｐ＋ΔＵまで線形に増大し、ΔＵは、関係式ΔＵ＝２π・ΨＭ・（ｆｆｉｎａｌ−ｆｓｙｎｃ）によって計算され、この関係式では、ΨＭは、前記三相交流機の磁束密度であり、及び／又は
回転する前記起動電圧ベクトル
【数８】
2019013140.tif 000067
の周波数ｆｕｐが、ｆｓｙｎｃから最終周波数まで増大し、及び／又は前記起動電圧ベクトル
【数９】
2019013140.tif 000068
の初期角度γｕｐが、前記起動過程の開始時に関係式γｕｐ＝γｓｙｎｃ＋Δγによって計算され、ここで、γｓｙｎｃは、前記同期過程の終了時の同期電圧ベクトル
【数１０】
2019013140.tif 000069
の角度であり、Δγは、０と±４５°との間のパラメータである請求項８又は９に記載の起動方法。
【請求項１１】
前記検査ステップの初期化部分ステップａ）では、初期の電気角速度ω０が、関係式
【数１１】
2019013140.tif 000070
によって算定され、初期の電気角度γ０が、関係式
【数１２】
2019013140.tif 000071
によって算定され、負の最終起動速度が必要である場合には、この負の最終起動速度は、関係式
【数１３】
2019013140.tif 000072
によって計算される請求項８〜１０のいずれか１項に記載の起動方法。
【請求項１２】
前記検査ステップの制動部分ステップｂ）では、前記インバータ（１０）が始動され、一定の電圧ベクトル
【数１４】
2019013140.tif 000073
が印加され、オン時点Ｔｏｎまで保持され、前記インバータ（１０）が、停止され、全ての相電流が値零をとるオフ時点Ｔｏｆｆまで保持され、逆起電力の振幅
【数１５】
2019013140.tif 000074
が測定され、この振幅絶対値
【数１６】
2019013140.tif 000075
が、限界値Ｕｓｔｏｐよりも小さい場合には、当該制動過程が終了され、そうでない場合には、制動部分ステップｂ）が繰り返される請求項８〜１１のいずれか１項に記載の起動方法。
【請求項１３】
前記起動過程後の前記検査ステップでは、全ての相電流が値零になるまで、前記インバータ（１０）が、停止されてオフ時点Ｔｏｆｆまで保持され、３つの相電圧ｕＵ，ｕＶ，ｕＷが、逆起電力として測定され、前記逆起電力の電圧ベクトル
【数１７】
2019013140.tif 000076
が、クラーク変換を使用して計算され、このとき、絶対値
【数１８】
2019013140.tif 000077
と、前記逆起電力の電圧ベクトルの角度
【数１９】
2019013140.tif 000078
とが計算され、前記絶対値が、限界値ＵｂａｃｋＥＭＦ  ｌｏｗよりも大きい場合には、初期化部分ステップａ）が実行され、そうでない場合には、制動部分ステップｂ）が実行される請求項８〜１２のいずれか１項に記載の起動方法。
【請求項１４】
パルス幅変調に基づく三相交流機、特に同期三相電動機を制御するための、特に真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプの三相交流機又はエンコーダなしの同期三相電動機を制御するための、三相インバータ（１０）、特に２レベル三相インバータ及び制御装置を有する装置において、
前記三相インバータ（１０）は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の空間ベクトル変調方法にしたがう制御装置によって、請求項７に記載のハイブリッド変調方法にしたがう制御装置によって、及び／又は請求項８〜１３のいずれか１項に記載の起動方法にしたがう制御装置によって制御可能である当該装置。
【請求項１５】
１つのステータ及びこのステータに対して回転軸を中心にして回転可能に軸支された１つのロータ並びに少なくとも１つの駆動装置を有する真空ポンプ、特にターボ分子ポンプにおいて、
前記駆動装置は、三相交流機、特にエンコーダなしの同期電動機から成り、当該三相交流機、特にエンコーダなしの同期電動機は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の空間ベクトル変調方法にしたがって、請求項７に記載のハイブリッド変調方法にしたがって、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の起動方法にしたがって、及び／又は請求項１４に記載の装置によって制御可能である当該真空ポンプ、特にターボ分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス幅変調に基づいて作動可能な三相交流機、特に真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプの三相交流機用の三相インバータ、特に２レベル三相インバータを制御するための空間ベクトル変調方法及びハイブリッド変調方法に関する。さらに、本発明は、パルス幅変調に基づいて作動可能なエンコーダなしの三相交流機を起動するための方法、三相交流機を制御するための装置、及びこのような制御装置によって制御可能な三相交流機を有する真空ポンプ、特にターボ分子ポンプに関する。
【０００２】
用語「起動（Ｈｏｃｈｆａｈｒｅｎ）」は、以下では用語「起動（Ｈｏｃｈｌａｕｆｅｎ）」としても使用される。両用語は、同じものとみなされる。
【背景技術】
【０００３】
例えばターボ分子ポンプのような真空ポンプは、それぞれのプロセスに必要な真空を提唱するために様々な分野の技術で使用される。ターボ分子ポンプは、ロータ軸の方向に前後して配置されている複数のステータディスクを有する１つのステータと、このステータに対してこのロータ軸を中心にして回転可能に軸支された１つのロータとを有する。このロータは、１つのロータ軸と、このロータ軸上に配置され、軸方向に前後し、これらのステータディスク間に配置された複数のロータディスクとを有する。この場合、これらのステータディスクとこれらのロータディスクとは、それぞれ１つのポンプ構造を有する。
【０００４】
空間ベクトル変調は、電力技術においてはパルス幅変調に基づいて電気機械を制御するための方法を意味する。この変調方式に基づいて、多相交流システムを、三相交流機を作動させるために必要になるような複数の電子経路とみなすことが可能である。当該空間ベクトル表示によれば、当該機械内の磁束密度の分布を示すためには、２つの変数である空間ベクトルの角度とこの空間ベクトルの絶対値又は実数部及び／又は虚数部とで十分である。三相システムが構成されなければならない場合、１つのハーフブリッジが、３つの相のそれぞれの相に必要とされる。相Ｕ，Ｖ，Ｗの出力電圧が、当該ハーフブリッジによって正又は負の中間回路電圧に設定され得る。
【０００５】
従来の空間ベクトル変調の場合、
【０００６】
【数１】
2019013140.tif 000003
の一定の電位が、始点に対して使用される。その結果、それぞれ１つのデューティー比λζが、異なる相ζ＝Ｕ，Ｖ，Ｗに対して設定される。当該デューティー比λζは、関係式
【０００７】
【数２】
2019013140.tif 000004
によって規定されている。しかし、このような従来の変調によれば、
【０００８】
【数３】
2019013140.tif 000005
の最大電圧振幅だけが取得され得る。当該最大電圧振幅は、理論的に取得可能な
【０００９】
【数４】
2019013140.tif 000006
の振幅よりも小さい。それ故に、差動電圧範囲を増大させるためには、複数の位相が同じ方向と同じ長さとを有する零相分を導入する必要がある。しかし、その結果、追加の計算労力が必要になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、それぞれのインバータが、パルス幅変調に基づいて作動する三相交流機に対して効率的であり、より少ないスイッチンング損失で制御可能であり、又は当該三相交流機が、より簡単に且つよりロバストに起動可能である、冒頭で述べた種類の空間ベクトル変調方法、ハイブリッド変調方法、起動方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有する空間ベクトル変調方法によって解決され、請求項７に記載の特徴を有するハイブリッド変調方法によって解決され、請求項８に記載の特徴を有する起動方法によって解決され、請求項１４に記載の特徴を有する装置によって解決され、請求項１５に記載の特徴を有する真空ポンプ、特にターボ分子ポンプによって解決される。本発明の空間ベクトル変調方法と本発明の起動方法との好適な構成は、従属請求項に記載されている。
【００１２】
パルス幅変調に基づいて作動可能な三相交流機、特に真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプの三相交流機用の三相インバータ、特に２レベル三相インバータを制御するための本発明の空間ベクトル変調方法は、それぞれのパルス幅変調周期内に、当該インバータの３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの少なくとも１つの相が接続されないか、又は、当該インバータの３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの最大で２つの相が接続されることを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、所定の１つの目標電圧空間ベクトルから出発して、最初に、当該インバータの３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗの３つの目標電位ｕＵ０，ｕＶ０，ｕＷ０が計算され、最小値ｕＭｉｎが、当該計算された３つの目標電位ｕＵ０，ｕＶ０，ｕＷ０から算出され、当該インバータの３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗに対する最終的な出力電位ｕＵｆｉｎａｌ，ｕＶｆｉｎａｌ，ｕＷｆｉｎａｌが、当該算出された最小値ｕＭｉｎを考慮して計算される。
【００１４】
当該インバータの３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗに対する当該最終的な出力電位ｕＵｆｉｎａｌ，ｕＶｆｉｎａｌ，ｕＷｆｉｎａｌは、以下の関係式：
ｕＵｆｉｎａｌ＝ｕＵ０−ｕＭｉｎ，ｕＶｆｉｎａｌ＝ｕＶ０−ｕＭｉｎ及びｕＷｆｉｎａｌ＝ｕＷ０−ｕＭｉｎ
によって計算される。
【００１５】
このとき、好ましくは、当該インバータのそれぞれの相Ｕ，Ｖ，Ｗに対するデューティー比λが、以下の関係式：
λＵ＝ｕＵｆｉｎａｌ／Ｕｄｃ，λＶ＝ｕＶｆｉｎａｌ／Ｕｄｃ及びλＷ＝ｕＷｆｉｎａｌ／Ｕｄｃ
によって計算され、ここで、Ｕｄｃは、中間回路電圧である。
【００１６】
当該本発明の効率的な計算を使用することで、
【００１７】
【数５】
2019013140.tif 000007
の最大電圧絶対値が、零相分を導入することなしに生成可能である。本発明の変調方法のさらなる利点は、少なくとも１つの相がそれぞれのＰＷＭ（パルス幅変調）周期内に接続しないことにある。電圧空間ベクトルの１回転を考慮した場合、インバータのそれぞれのスイッチング素子が、その期間の専ら３分の２までに切り替えられる。このことは、有効なスイッチング損失が約３３％程度減少され、その結果スイッチンング損失もこれに応じて減少されることを意味する。
【００１８】
好ましくは、当該インバータ（１０）の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗの目標電位ｕＵ０，ｕＶ０，ｕＷ０は、逆クラーク変換を使用して直交座標系における２つの電圧ｕα及びｕβから計算される。
【００１９】
α，β変換とも呼ばれるクラーク変換が、軸Ｕ，Ｖ，Ｗを有する三相交流機の場合のような多相の変数を、軸α，βを有するより簡単な直交座標に変換するために使用される。したがって、好ましくは、当該両電圧ｕα及びｕβは、絶対値及び角度としての電圧ベクトルから計算される。
【００２０】
パルス幅変調に基づいて作動可能な三相交流機、特に真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプの三相交流機用の三相インバータ、特に２レベル三相インバータを制御するためのハイブリッド変調方法は、比較的大きい相電流に対しては、本発明の空間ベクトル変調方法が使用され、比較的小さい相電流に対しては、当該インバータの全ての３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗが電圧の切り替えに寄与する従来の変調方法が使用されることを特徴とする。
【００２１】
本発明の空間ベクトル変調方法及び／又は本発明のハイブリッド変調方法を使用して、パルス幅変調に基づいて作動可能なエンコーダなしの三相交流機、真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプのエンコーダなしの三相交流機を起動するための方法は、当該起動方法が、同期ステップ、起動ステップ及び検査ステップを有し、この検査ステップでは、当該起動が良好に進行したときは、部分ステップａ）にしたがって、内部監視装置が、エンコーダなしに磁界方向制御する機械制御のために始動し、当該起動方法が終了され、当該起動が失敗したときは、部分ステップｂ）にしたがって、当該三相交流機が、停止するまで制動され、その後に、当該三相交流機が新たに起動されることを特徴とする。
【００２２】
好ましくは、当該三相交流機は、その同期ステップにおいてそのアイドリング動作中に関係式
【００２３】
【数６】
2019013140.tif 000008
によって規定されている同期電圧ベクトル
【００２４】
【数７】
2019013140.tif 000009
によって制御される。この場合、同期過程の全期間が、Ｔｓｙｎｃによって規定されている。及び／又は、当該同期電圧ベクトル
【００２５】
【数８】
2019013140.tif 000010
は、比較的狭い周波数範囲内にある一定の周波数ｆｓｙｎｃで回転するか又は周波数幅なしの周波数ｆｓｙｎｃで回転する。及び／又は、当該同期電圧ベクトル
【００２６】
【数９】
2019013140.tif 000011
の振幅ｕｓｙｎｃが、０とｋＴ×Ｔｓｙｎｃとの間の時間間隔内に増大する。ここで、ｋＴI（０，１）である。及び／又は、振幅ｕｓｙｎｃが、ｋＴ×ＴｓｙｎｃとＴｓｙｎｃとの間の時間間隔内に電圧値ｕｓｙｎｃからｋｕ×ｕｓｙｎｃに線形に変化する。ここで、ｋｕ≧０である。
【００２７】
好ましくは、当該三相交流機は、その起動ステップにおいてそのアイドリング動作中に関係式
【００２８】
【数１０】
2019013140.tif 000012
によって規定されている起動電圧ベクトル
【００２９】
【数１１】
2019013140.tif 000013
によって制御される。この場合、当該起動過程は、パラメータである当該起動時間Ｔｕｐ、Ｈｚを単位とする最終回転速度ｆｆｉｎａｌ及び初期振幅ｕｕｐによって規定されている。回転する起動電圧ベクトル
【００３０】
【数１２】
2019013140.tif 000014
の振幅ｕｕｐは、ｕｕｐからｕｕｐ＋ΔＵまで線形に増大する。この場合、ΔＵは、関係式ΔＵ＝２π・ΨＭ・（ｆｆｉｎａｌ−ｆｓｙｎｃ）によって計算される。この関係式では、ΨＭは、当該三相交流機の磁束密度である。及び／又は、当該回転する起動電圧ベクトル
【００３１】
【数１３】
2019013140.tif 000015
の周波数ｆｕｐは、ｆｓｙｎｃから最終周波数まで線形に増大する。及び／又は、当該起動電圧ベクトル
【００３２】
【数１４】
2019013140.tif 000016
の初期角度γｕｐは、起動過程の開始時に関係式γｕｐ＝γｓｙｎｃ＋Δγによって計算される。この場合、γｓｙｎｃは、当該同期過程の終了時の同期電圧ベクトル
【００３３】
【数１５】
2019013140.tif 000017
の角度であり、Δγは、０と±４５°との間のパラメータである。
【００３４】
好ましくは、検査ステップの初期化部分ステップａ）では、初期の電気角速度ω０が、関係式
【００３５】
【数１６】
2019013140.tif 000018
によって算定される。初期の電気角度γ０は、関係式
【００３６】
【数１７】
2019013140.tif 000019
によって算定される。負の起動速度が必要である場合には、この負の起動速度は、関係式
【００３７】
【数１８】
2019013140.tif 000020
によって計算される。
【００３８】
本発明の起動方法の好適な構成によれば、検査ステップの制動部分ステップｂ）では、インバータ１０が始動され、一定の電圧ベクトル
【００３９】
【数１９】
2019013140.tif 000021
が印加され、オン時点Ｔｏｎまで保持される。その後に、当該インバータ１０は、停止され、全ての相電流が値零になるオフ時点Ｔｏｆｆまで保持される。次いで、逆起電力の振幅絶対値
【００４０】
【数２０】
2019013140.tif 000022
が測定される。この振幅絶対値
【００４１】
【数２１】
2019013140.tif 000023
が、限界値Ｕｓｔｏｐよりも小さい場合には、当該制動過程が終了される。そうでない場合には、制動部分ステップｂ）が繰り返される。
【００４２】
特に好ましくは、起動過程後の検査ステップにおいて、全ての相電流が値零になるまで、インバータ１０が、停止されてオフ時点Ｔｏｆｆまで保持される。さらに、３つの相電圧ｕＵ，ｕＶ，ｕＷが、逆起電力として測定され、当該逆起電力の電圧ベクトル
【００４３】
【数２２】
2019013140.tif 000024
が、クラーク変換を使用して計算される。このとき、絶対値
【００４４】
【数２３】
2019013140.tif 000025
と、当該逆起電力の電圧ベクトルの角度
【００４５】
【数２４】
2019013140.tif 000026
とが計算され得る。当該絶対値が、限界値ＵｂａｃｋＥＭＦ  ｌｏｗよりも大きい場合には、初期化部分ステップａ）が実行され、そうでない場合には、制動部分ステップｂ）が実行される。
【００４６】
パルス幅変調に基づく三相交流機、特に同期三相電動機を制御するための、特に真空ポンプ、好ましくはターボ分子ポンプの三相交流機又はエンコーダなしの同期三相電動機を制御するための本発明の装置は、三相インバータ、特に２レベル三相インバータ及び制御装置を有する。この場合、当該三相インバータ（１０）は、本発明の空間ベクトル変調方法にしたがう制御装置によって、本発明のハイブリッド変調方法にしたがう制御装置によって、及び／又は本発明の起動方法にしたがう制御装置によって制御可能である。
【００４７】
本発明の真空ポンプ、特にターボ分子ポンプは、１つのステータ及びこのステータに対して回転軸を中心にして回転可能に軸支された１つのロータ並びに少なくとも１つの駆動装置を有する。この場合、前記駆動装置は、三相交流機、特にエンコーダなしの同期電動機から成り、当該三相交流機、特にエンコーダなしの同期電動機は、本発明の空間ベクトル変調方法にしたがって、本発明のハイブリッド変調方法にしたがって、本発明の起動方法にしたがって、及び／又は本発明の装置によって制御可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ターボ分子ポンプの投影図である。
【図２】図１のターボ分子ポンプの下面図である。
【図３】図２に示された切断線Ａ−Ａに沿ったターボ分子ポンプの横断面図である。
【図４】図２に示された切断線Ｂ−Ｂに沿ったターボ分子ポンプの横断面図である。
【図５】図２に示された切断線Ｃ−Ｃに沿ったターボ分子ポンプの横断面図である。
【図６】本発明で使用可能である典型的な三相インバータの概略図である。
【図７】空間ベクトル変調に対する典型的な有効電圧ベクトルの概略図である。
【図８】本発明で使用するための起点としての、直交座標系で示された典型的な任意の電圧を示す。
【図９】本発明の起動方法の典型的な同期ステップ中の同期電圧ベクトルｕ→ｓｙｎｃの振幅ｕｓｙｎｃを示す。
【図１０】本発明の起動方法の典型的な起動ステップ中の起動電圧ベクトルｕ→ｕｐの振幅ｕ→ｕｐを示す。
【図１１】本発明の起動方法の典型的な起動ステップ中の回転する起動電圧ベクトルｕ→ｕｐの周波数ｆｕｐを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１に示されたターボ分子ポンプ１１１は、吸気フランジ１１３によって包囲されているポンプ給気口１１５を有する。容器（Ｒｅｚｉｐｉｅｎｔ）が、図示されなかったポンプ吸気口に知られている方法で接続され得る。この容器からのガスが、ポンプ給気口１１５を介してこの容器から吸引され、当該ポンプを通過してポンプ排気口１１７に供給され得る。例えば回転ベーンポンプのような補助真空ポンプが、このポンプ排気口１１７に接続され得る。
【００５０】
吸気フランジ１１３は、図１による真空ポンプの整合時に真空ポンプ１１１のハウジング１１９の上端部を形成する。このハウジング１１９は、下部１２１を有する。電子機器用ハウジング１２３が、この下部１２１の側方に配置されている。真空ポンプ１１１の電気構成要素及び／又は電子構成要素が、例えば、当該真空ポンプ内に配置された電動機１２５を作動させるために電子機器用ハウジング１２３内に格納されている。付属機器用の複数の端子１２７が、この電子機器用ハウジング１２３に設けられている。さらに、例えばＲＳ４８５規格にしたがうデータインタフェース１２９と、電力供給端子１３１とが、電子機器用ハウジング１２３に配置されている。
【００５１】
特に流入弁としての流入口１３３が、ターボ分子ポンプ１１１のハウジング１１９に設けられている。真空ポンプ１１１が、この流入口１３３を通じて通気され得る。さらに、パージガス端子とも呼ばれるバリアガス端子１３５が、下部１２１の領域内に配置されている。パージガスが、電動機１２５（例えば、図３参照）を当該ポンプによって電動機室１３７内に供給されたガスから保護するためにバリアガス端子１３５を通じて流入され得る。電動機１２５が、真空ポンプ１１１の電動機室１３７内に格納されている。さらに、２つの冷媒端子１３９が、下部１２１に配置されている。この場合、冷却の目的で当該真空ポンプ内に供給され得る冷媒用に、これらの冷媒端子のうちの一方の冷媒端子が、流入口として設けられていて、その他方の冷媒端子が、流出口として設けられている。
【００５２】
当該真空ポンプの下面１４１が、フロアスペースとして使用され得る。その結果、真空ポンプ１１１は、下面１４１上で直立して作動され得る。しかし、真空ポンプ１１１が、吸気フランジ１１３を介して当該容器に固定され、したがって懸吊されて作動されてもよい。さらに、真空ポンプ１１１が、図１に示された方式とは違う方式で整合されて作動され得るように、この真空ポンプ１１１は構成されてもよい。下面１４１が下側ではなくて、側方に向けられて又は上側に向けられて配置され得る当該真空ポンプの実施の形態も実現され得る。
【００５３】
さらに、様々な複数のボルト１４３が、図２に示されている下面１４１に配置されている。ここではさらに特定しなかった真空ポンプの複数の構造部材が、これらのボルト１４３によって接合固定されている。例えば、ベアリングキャップ１４５が、下面１４１に固定されている。
【００５４】
さらに、複数の固定孔１４７が、下面１４１に配置されている。ポンプ１１１が、これらの固定孔１４７を通じて、例えば支持面に固定され得る。
【００５５】
冷媒管１４８が、図２〜５に示されている。冷媒端子１３９を通じて流入及び流出する冷媒が、この冷媒管１４８内で循環し得る。
【００５６】
図３〜５の断面が示すように、当該真空ポンプは、ポンプ給気口１１５に存在するプロセスガスをポンプ排気口１１７に送るために複数のプロセスガスポンプ段を有する。
【００５７】
ロータ軸１５１を中心にして回転可能なロータシャフト１５３を有するロータ１４９が、ハウジング１１９内に配置されている。
【００５８】
ターボ分子ポンプ１１１は、ロータシャフト１５３に固定された複数の放射状ロータディスク１５５と、これらのロータディスク１５５間に配置され且つハウジング１１９内に固定された複数のステータディスク１５７とを有する、互いに直列に接続された複数のターボ分子ポンプ段から成る。この場合、１つのロータディスク１５５と隣接した１つのステータディスク１５７とが、それぞれ１つのターボ分子ポンプ段を形成する。これらのステータディスク１５７は、スペーサリング１５９によって希望した軸方向間隔で互いに保持されている。
【００５９】
さらに、当該真空ポンプは、半径方向に入れ子式に配置され、ポンプ作用するように互いに直列に接続された複数のホルベックポンプ段を有する。これらのホルベックポンプ段のロータが、ロータシャフト１５３に配置された１つのロータハブ１６１と、このロータハブ１６１に固定され且つこのロータハブ１６１によって作動される２つの円筒状ホルベック・ロータスリーブ１６３，１６５とを有する。これらの円筒状ホルベック・ロータスリーブ１６３，１６５は、ロータ軸１５１に対して同軸に配向されていて、半径方向に入れ子式に接続されている。さらに、２つの円筒状ホルベック・ステータスリーブ１６７，１６９が設けられている。同様に、これらの円筒状ホルベック・ステータスリーブ１６７，１６９は、ロータ軸１５１に対して同軸に配向されていて、半径方向に見て入れ子式に接続されている。
【００６０】
これらのホルベックポンプ段のポンプ作用する表面が、ホルベック・ロータスリーブ１６３，１６５とホルベック・ステータスリーブ１６７，１６９との外側面によって、すなわち放射状の内面及び／又は外面によって形成されている。放射状ホルベック・ギャップ１７１を形成するように、外側のホルベック・ステータスリーブ１６７の放射状内面が、外側のホルベック・ロータスリーブ１６３の放射状外面に対向し、これによって複数のターボ分子ポンプ段に後続する第１ホルベックポンプ段を形成する。放射状ホルベック・ギャップ１７３を形成するように、外側のホルベック・ロータスリーブ１６３の放射状内面が、内側のホルベック・ステータスリーブ１６９の放射状外面に対向し、これによって第２ホルベックポンプ段を形成する。放射状ホルベック・ギャップ１７５を形成するように、内側のホルベック・ステータスリーブ１６９の放射状内面が、内側のホルベック・ロータスリーブ１６５の放射状外面に対向し、これによって第３ホルベックポンプ段を形成する。
【００６１】
放射状に延在する１つのチャネルが、ホルベック・ロータスリーブ１６３の下端部に設けられ得る。外側に存在する放射状ホルベック・ギャップ１７１が、このチャネルを介して中央のホルベック・ギャップ１７３に接続されている。さらに、放射状に延在する１つのチャネルが、ホルベック・ステータスリーブ１６９の上端部に設けられ得る。当該中央の放射状ホルベック・ギャップ１７３が、このチャネルを介して内側に存在する放射状ホルベック・ギャップ１７５に接続されている。これにより、当該入れ子式に接続された複数のホルベックポンプ段が、互いに直列に接続される。さらに、排気口１１７に向かう接続チャネル１７９が、内側に存在する放射状ホルベック・ロータスリーブ１６５の下端部に設けられ得る。
【００６２】
上記の複数のホルベック・ステータスリーブ１６３，１６５のポンプ作用する複数の表面がそれぞれ、ロータ軸１５１を中心にして軸方向に螺旋状に延在する複数のホルベック溝を有する一方で、これらのホルベック・ステータスリーブ１６３，１６５の対向している外側面は、滑らかに形成されていて、真空ポンプ１１１を作動させるためにガスをこれらのホルベック溝内で前方に送る。
【００６３】
ロータシャフト１５３を回転可能に軸支するため、ころ軸受１８１が、ポンプ排気口１１７の領域内に設けられていて、永久磁石軸受１８３が、ポンプ給気口１１５の領域内に設けられている。
【００６４】
ころ軸受１８１の領域内には、ころ軸受１８１に向かって増大している外径を有する円錐形のテーパ雌ねじ１８５が、ロータシャフト１５３に設けられている。このテーパ雌ねじ１８５は、作動媒体貯蔵部の少なくとも１つのワイパに摺動接触している。この動作媒体貯蔵部は、重ね合わせて積層された複数の吸収性ディスク１８７を有する。これらの吸収性ディスク１８７は、ころ軸受１８１用の作動媒体、例えば潤滑油で浸漬されている。
【００６５】
真空ポンプ１１１の領域内では、当該作動媒体が、毛細管作用によって当該作動媒体貯蔵部から当該ワイパを通じて回転するテーパ雌ねじ１８５に滲入し、遠心力の結果としてテーパ雌ねじ１８５に沿ってこのテーパ雌ねじ１８５の大きくなる外径の方向にころ軸受１８１に向かって送られる。当該作動媒体は、例えば潤滑機能を満たす。ころ軸受１８１及び当該作動媒体貯蔵部は、真空ポンプ１１１内の凹形の座部１８９とベアリングキャップ１４５とによって覆われている。
【００６６】
永久磁石軸受１８３が、ロータ側の軸受の半分１９１とステータ側の軸受の半分１９３とから成る。これらの軸受の半分はそれぞれ、軸方向に重ね合わせて積層された複数の永久磁石リング１９５，１９７から成る１つのリングスタックを有する。これらのリング磁石１９５，１９７は、互いに放射状の軸受ギャップ１９９を形成して対向している。この場合、ロータ側のリング磁石１９５は、半径方向外側に配置されていて、ステータ側のリング磁石１９７は、半径方向内側に配置されている。軸受ギャップ１９９内に存在する磁場が、これらのリング磁石１９５，１９７間に反発力を発生させる。ロータ側のリング磁石１９５は、ロータシャフト１５３の支持部２０１によって支持されている。この支持部２０１は、リング磁石１９５を半径方向外側で包囲している。ステータ側のリング磁石１９７は、リング磁石１９７を貫通して延在し、ハウジング１１９の放射状ブレース２０５に懸吊されているステータ側の支持部２０３によって支持されている。ロータ側のリング磁石１９５は、支持部２０３に結合された蓋部材２０７によってロータ軸１５１に対して平行に固定されている。ステータ側のリング磁石１９７は、支持部２０３に結合されている固定リング２０９と、この支持部２０３に結合されている固定リング２１１とによってロータ軸１５１に対して平行に一方向に固定されている。さらに、皿ばね２１３が、固定リング２１１とリング磁石１９７との間に設けられ得る。
【００６７】
非常用軸受又はバックアップ軸受２１５が、当該磁石軸受内に設けられている。この非常用軸受又はバックアップ軸受２１５は、真空ポンプ１１１の通常の作動中は接触なしにアイドリング動作し、ロータ１４９が当該ステータに向かって過度に振れたときに初めて、ロータ１４９を半径方向に保持するように作動する。その結果、ロータ側の構造物とステータ側の構造物との衝突が回避される。当該バックアップ軸受２１５は、潤滑されないころ軸受として構成されていて、ロータ１４９及び／又は当該ステータと一緒に半径方向の隙間を形成する。その結果、このバックアップ軸受２１５は、通常のポンプ動作中は何もしていない。バックアップ軸受２１５が介入しているときの半径方向の振れは、十分に大きいと判断される。したがって、バックアップ軸受２１５は、当該真空ポンプの通常の動作中は何もしていない。また、バックアップ軸受２１５が何もしていないときの半径方向の振れは、十分に小さいと判断される。したがって、ロータ側の構造物とステータ側の構造物との衝突が、あらゆる状況において回避される。
【００６８】
真空ポンプ１１１は、ロータ１４９を回転駆動させるために電動機１２５を有する。この電動機１２５の電機子が、ロータ１４９によって構成されている。このロータ１４９のロータシャフト１５３が、電動機ステータ２１７を貫通して延在している。永久磁石が、この電動機ステータ２１７を貫通して延在しているロータシャフト１５３の一部上に半径方向外側で又は埋設されて配置され得る。半径方向の電動機隙間を成す隙間２１９が、電動機ステータ２１７とこの電動機ステータ２１７を貫通して延在しているロータ１４９の一部との間に配置されている。この電動機ステー２１７と当該永久磁石とが、駆動トルクを伝達するために当該隙間２１９を介して磁気作用を及ぼされ得る。
【００６９】
電動機ステータ２１７は、当該ハウジング内の、電動機１２５用に設けられている電動機室１３７の内部に固定されている。パージガスとも呼ばれ、例えば空気又は窒素でもよいバリアガスが、バリアガス端子１３５を通じてこの電動機室１３７内に到達し得る。電動機１２５が、当該バリアガスによってプロセスガス、例えばプロセスガスの腐食作用のある成分から保護され得る。電動機室１３７が、排気口１１７を通じて排気され得る。すなわち、この電動機室１３７が、この排気口１１７に接続されている補助真空ポンプによって少なくともほぼ真空圧力にされる。
【００７０】
さらに、特に、半径方向外側に存在するホルベックポンプ段に対する電動機室１３７のより良好な密閉を達成するため、周知であるいわゆるラビリンスシール２２３が、ロータハブ１６１と電動機室１３７を仕切っている内壁２２１との間に設けられ得る。
【００７１】
図６は、それぞれの相Ｕ，Ｖ，Ｗの出力電圧ｕＶ，ｕＵ，ｕＷが正又は負の中間回路電位Ｕｄｃに設定され得るように、３つの相ζ＝Ｕ，Ｖ，Ｗのそれぞれの相に対して１つのハーフブリッジを有する典型的な三相インバータ１０を概略的に示す。切り替え状態が、ｓζ＝Ｈであるときに、それぞれの相ζの電圧電位ｕζが、値Ｕｄｃをとり、切り替え状態が、ｓζ＝Ｌであるときに、それぞれの相ζの電圧電位ｕζが、値０をとる。所定のデューティー比λζI［０，１］の場合、電圧ｕζ＝λζ×Ｕｄｃが、それぞれの相ζに対して発生する。
【００７２】
図７は、空間ベクトル変調のための典型的な複数の有効電圧ベクトルを概略的に示す。この場合、これらの電圧ベクトル
【００７３】
【数２５】
2019013140.tif 000027
は、複数の電圧ベクトルに対応する座標の実数部ｕαと虚数部ｕβとを有する直交座標系で示されている。それぞれの有効電圧ベクトル
【００７４】
【数２６】
2019013140.tif 000028
は、３つの相の切り替え状態に依存する。その結果、以下の関係：
【００７５】
【数２７】
2019013140.tif 000029
が成立する。零ベクトル
【００７６】
【数２８】
2019013140.tif 000030
は、関係式
【００７７】
【数２９】
2019013140.tif 000031
によって規定されている。
【００７８】
図８は、直交座標系で示された典型的な任意の電圧
【００７９】
【数３０】
2019013140.tif 000032
を示す。同様に、直交座標系の座標は、電圧ベクトルの実数部ｕαと虚数部ｕβとに対応する。したがって、それぞれの電圧が、以下の関係式：
【００８０】
【数３１】
2019013140.tif 000033
によって発生する。
【００８１】
以下に示されているように、３つの電位ｕＵ，ｕＶ，ｕＷが、クラーク変換を使用して、当該両電圧ｕα及びｕβによって規定された電圧ベクトル
【００８２】
【数３２】
2019013140.tif 000034
に変換され得る：
【００８３】
【数３３】
2019013140.tif 000035
逆クラーク変換を使用することで、希望した電圧ベクトル
【００８４】
【数３４】
2019013140.tif 000036
が、以下のように零電位に対する３つの電位ｕ＊Ｕ，０，ｕ＊Ｖ，０，ｕ＊Ｗ，０に変換され得る。
【００８５】
【数３５】
2019013140.tif 000037
本発明の空間ベクトル変調方法の場合、それぞれのパルス幅変調周期内に、インバータ１０の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの少なくとも１つの相が接続されないか、又は、インバータ１０の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの最大で２つの相が接続されるように、例えば、図６に示された三相インバータ１０、特に２レベル三相インバータが、パルス幅変調に基づいて作動可能な三相交流機のために制御される。この場合、所定の１つの目標電圧空間ベクトルから出発して、最初に、インバータ１０の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗの３つの目標電位ｕＵ０，ｕＶ０，ｕＷ０が計算され、最小値ｕＭｉｎが、当該計算された３つの目標電位ｕＵ０，ｕＶ０，ｕＷ０から算出され、インバータ１０の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗに対する最終的な出力電位ｕＵｆｉｎａｌ，ｕＶｆｉｎａｌ，ｕＷｆｉｎａｌが、当該算出された最小値ｕＭｉｎを考慮して計算され得る。
【００８６】
インバータ１０の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗに対する最終的な出力電位ｕＵｆｉｎａｌ，ｕＶｆｉｎａｌ，ｕＷｆｉｎａｌは、以下の関係式によって計算され得る：ｕＵｆｉｎａｌ＝ｕＵ０−ｕＭｉｎ，ｕＶｆｉｎａｌ＝ｕＶ０−ｕＭｉｎ及びｕＷｆｉｎａｌ＝ｕＷ０−ｕＭｉｎ。
【００８７】
インバータ１０のそれぞれの相Ｕ，Ｖ，Ｗに対するデューティー比λは、以下の関係式によって計算され得る：λＵ＝ｕＵｆｉｎａｌ／Ｕｄｃ，λＶ＝ｕＶｆｉｎａｌ／Ｕｄｃ及びλＷ＝ｕＷｆｉｎａｌ／Ｕｄｃ。この場合、Ｕｄｃは、中間回路電圧である。
【００８８】
このとき、インバータ１０の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗの目標電位ｕＵ０，ｕＶ０，ｕＷ０は、逆クラーク変換を使用して直交座標系における２つの電圧ｕα及びｕβから計算され得る。
【００８９】
最終的に、両電圧ｕα及びｕβが、絶対値及び角度としての電圧ベクトルから計算され得る。
【００９０】
したがって、本発明の空間ベクトル変調の場合、浮遊電位が、始点に対して使用される。始点又は零点に対する３つの電位ｕ＊Ｕ，０，ｕ＊Ｖ，０，ｕ＊Ｗ，０のうちの最小値が、以下の関係式にしたがって算出される：
ｕｍｉｎ＝ｍｉｎ（ｕ＊Ｕ，０，ｕ＊Ｖ，０，ｕ＊Ｗ，０）。次いで、それぞれの相のデューティー比λζが、以下のように計算される：
【００９１】
【数３６】
2019013140.tif 000038
このような本発明の空間ベクトル変調方法を使用することで、
【００９２】
【数３７】
2019013140.tif 000039
の振幅が、追加の計算労力なしに直接に効率的に取得される。この場合、使用されるマイクロコントローラの計算負荷が、これに応じて低減される。それぞれのパルス幅変調周期内に、インバータ１０の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの少なくとも１つの相が接続されるか、又は、インバータ１０の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの最大で２つの相が接続される。したがって、三相交流機のそれぞれの回転周期内に、インバータ１０のそれぞれの経路が、当該期間の３分の１にわたって切り替わらない。これに応じて、所定のスイッチンング周波数ｆＦの場合に、当該切り替え期間が、
【００９３】
【数３８】
2019013140.tif 000040
に減少している。この場合、スイッチンング損失が、３３％程度減少される。
【００９４】
パルス幅変調に基づいて作動可能な三相交流機用の三相インバータ、特に２レベル三相インバータを制御するための本発明のハイブリッド変調方法によれば、比較的大きい相電流に対しては、本発明の空間ベクトル変調方法が使用され得、比較的小さい相電流に対しては、インバータ１０の全ての３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗが電圧の切り替えに寄与する従来の変調方法が使用され得る。
【００９５】
本発明の空間ベクトル変調方法及び／又は本発明のハイブリッド変調方法が使用可能である、パルス幅変調に基づいて作動可能なエンコーダなしの三相交流機を起動するための本発明の方法は、同期ステップ、起動ステップ及び検査ステップを有する。この場合、当該検査ステップでは、当該起動が良好に進行したときは、部分ステップａ）にしたがって、内部監視装置が、エンコーダなしに磁界方向制御する機械制御のために始動し、当該起動が終了し、当該起動が失敗したときは、部分ステップｂ）にしたがって、当該三相交流機が、停止するまで制動される。その後に、当該三相交流機が新たに起動される。
【００９６】
同期ステップでは、三相交流機が、そのアイドリング動作中に関係式
【００９７】
【数３９】
2019013140.tif 000041
によって規定されている同期電圧ベクトル
【００９８】
【数４０】
2019013140.tif 000042
によって制御される。この場合、同期過程の全期間が、Ｔｓｙｎｃによって規定されている。当該同期電圧ベクトル
【００９９】
【数４１】
2019013140.tif 000043
は、比較的狭い周波数範囲内にある一定の周波数ｆｓｙｎｃで回転するか又は周波数幅なしの周波数ｆｓｙｎｃで回転する。当該同期電圧ベクトル
【０１００】
【数４２】
2019013140.tif 000044
の振幅ｕｓｙｎｃが、０とｋＴ×Ｔｓｙｎｃとの間の時間間隔内に増大する。ここで、ｋＴI（０，１）である。振幅ｕｓｙｎｃが、ｋＴ×ＴｓｙｎｃとＴｓｙｎｃとの間の時間間隔内に電圧値ｕｓｙｎｃからｋｕ×ｕｓｙｎｃに線形に変化する。ここで、ｋｕ≧０である。
【０１０１】
起動ステップでは、三相交流機が、そのアイドリング動作中に関係式
【０１０２】
【数４３】
2019013140.tif 000045
によって規定されている起動電圧ベクトル
【０１０３】
【数４４】
2019013140.tif 000046
によって制御される。この場合、当該起動過程は、パラメータである当該起動時間Ｔｕｐ、Ｈｚを単位とする最終回転速度ｆｆｉｎａｌ及び初期振幅ｕｕｐによって規定されている。回転する起動電圧ベクトル
【０１０４】
【数４５】
2019013140.tif 000047
の振幅ｕｕｐは、ｕｕｐからｕｕｐ＋ΔＵまで線形に増大する。この場合、ΔＵは、関係式ΔＵ＝２π・ΨＭ・（ｆｆｉｎａｌ−ｆｓｙｎｃ）によって計算される。この関係式では、ΨＭは、当該三相交流機の磁束密度である。当該回転する起動電圧ベクトル
【０１０５】
【数４６】
2019013140.tif 000048
の周波数ｆｕｐは、ｆｓｙｎｃから最終周波数まで増大する。当該起動電圧ベクトル
【０１０６】
【数４７】
2019013140.tif 000049
の初期角度γｕｐは、起動過程の開始時に関係式γｕｐ＝γｓｙｎｃ＋Δγによって計算される。この場合、γｓｙｎｃは、当該同期過程の終了時の同期電圧ベクトル
【０１０７】
【数４８】
2019013140.tif 000050
の角度であり、Δγは、０と±４５°との間のパラメータである。
【０１０８】
検査ステップの初期化部分ステップａ）では、初期の電気角速度ω０が、関係式
【０１０９】
【数４９】
2019013140.tif 000051
によって算定される。初期の電気角度γ０は、関係式
【０１１０】
【数５０】
2019013140.tif 000052
によって算定される。負の起動速度が必要である場合には、この負の起動速度は、関係式
【０１１１】
【数５１】
2019013140.tif 000053
によって計算される。
【０１１２】
検査ステップの制動部分ステップｂ）では、インバータ１０が始動され、一定の電圧ベクトル
【０１１３】
【数５２】
2019013140.tif 000054
が印加され、オン時点Ｔｏｎまで保持される。その後に、当該インバータ１０は、停止され、全ての相電流が値零になるオフ時点Ｔｏｆｆまで保持される。次いで、逆起電力の振幅
【０１１４】
【数５３】
2019013140.tif 000055
が測定される。この振幅
【０１１５】
【数５４】
2019013140.tif 000056
が、限界値Ｕｓｔｏｐよりも小さい場合には、当該制動過程が終了される。そうでない場合には、制動部分ステップｂ）が繰り返される。
【０１１６】
起動過程後の検査ステップにおいて、全ての相電流が値零になるまで、インバータ１０が、停止されてオフ時点Ｔｏｆｆまで保持される。さらに、３つの相電圧ｕＵ，ｕＶ，ｕＷが、逆起電力として測定され、当該逆起電力の電圧ベクトル
【０１１７】
【数５５】
2019013140.tif 000057
が、クラーク変換を使用して計算される。このとき、絶対値
【０１１８】
【数５６】
2019013140.tif 000058
と、当該逆起電力の電圧ベクトルの角度
【０１１９】
【数５７】
2019013140.tif 000059
とが計算され得る。当該絶対値が、限界値ＵｂａｃｋＥＭＦ  ｌｏｗよりも大きい場合には、初期化部分ステップａ）が実行され、そうでない場合には、制動部分ステップｂ）が実行される。
【０１２０】
本発明の起動方法を使用することで、パルス幅変調に基づいて作動可能な三相交流機、特にパルス幅変調に基づいて作動可能なエンコーダなしの三相交流同期機又は三相交流同期電動機が、比較的簡単に且つロバストに起動され得る。
【０１２１】
パルス幅変調に基づく三相交流機、特にエンコーダなしの同期三相電動機を制御するための本発明の装置が、三相インバータ１０、特に２レベル三相インバータ及び制御装置を有する。この場合、本発明の装置の三相インバータ１０は、例えば、図６に示された種類のインバータでもよい。三相インバータ１０が、本発明の装置を制御することによって本発明の空間ベクトル変調方法にしたがって、本発明のハイブリッド変調方法にしたがって及び／又は本発明の起動方法にしたがって制御可能である。
【０１２２】
本発明の空間ベクトル変調方法、本発明のハイブリッド変調方法、本発明の起動方法及び本発明の装置は、特に、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプのそれぞれの駆動装置を制御するために使用可能であり、例えば、図１〜５に示された種類の真空ポンプ、特にターボ分子ポンプを制御するために使用可能である。
【０１２３】
本発明の真空ポンプ、特にターボ分子ポンプは、１つのステータ及びこのステータに対して回転軸を中心にして回転可能に軸支された１つのロータ並びに少なくとも１つの駆動装置を有する。当該駆動装置は、三相交流機、特にエンコーダなしの同期電動機から成る。当該三相交流機、特にエンコーダなしの同期電動機は、本発明の空間ベクトル変調方法にしたがって、本発明のハイブリッド変調方法にしたがって、本発明の起動方法にしたがって及び／又は本発明の装置によって制御可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１０        三相インバータ
１１１      ターボ分子ポンプ
１１３      吸気フランジ
１１５      ポンプ給気口
１１７      ポンプ排気口
１１９      ハウジング
１２１      下部
１２３      電子機器用ハウジング
１２５      電動機
１２７      附属端子
１２９      データインタフェース
１３１      電力供給端子
１３３      流入口
１３５      バリアガス端子
１３７      電動機室
１３９      冷媒端子
１４１      下面
１４３      ボルト
１４５      ベアリングキャップ
１４７      固定孔
１４８      冷媒管
１４９      ロータ
１５１      ロータ軸
１５３      ロータシャフト
１５５      ロータディスク
１５７      ステータディスク
１５９      スペーサリング
１６１      ロータハブ
１６３      ホルベック・ロータスリーブ
１６５      ホルベック・ロータスリーブ
１６７      ホルベック・ステータスリーブ
１６９      ホルベック・ステータスリーブ
１７１      ホルベック・ギャップ
１７３      ホルベック・ギャップ
１７５      ホルベック・ギャップ
１７９      接続チャネル
１８１      ころ軸受
１８３      永久磁石軸受
１８５      テーパ雌ねじ
１８７      ディスク
１８９      座部
１９１      ロータ側の軸受の半分
１９３      ステータ側の軸受の半分
１９５      リング磁石
１９７      リング磁石
１９９      軸受ギャップ
２０１      支持部
２０３      支持部
２０５      放射状ブレース
２０７      蓋部材
２０９      支持リング
２１１      固定リング
２１３      皿ばね
２１５      非常用軸受又はバックアップ軸受
２１７      電動機ステータ
２１９      隙間
２２１      内壁
２２３      ラビリンスシール
Ｕ，Ｖ，Ｗ  インバータの相
Ｕｄｃ        中間回路電圧
Ｔｕｐ        全起動時間
Ｕｕｐ        初期振幅
ΨＭ          三相交流機の磁束密度
Ｔｏｎ        オン時点
Ｔｏｆｆ        オフ時点
ｕＵ０        相Ｕの初期目標電位
ｕＶ０        相Ｖの初期目標電位
ｕＷ０        相Ｗの初期目標電位
ｕＵｆｉｎａｌ    相Ｕの最終出力電圧信号
ｕＶｆｉｎａｌ    相Ｖの最終出力電圧信号
ｕＷｆｉｎａｌ    相Ｗの最終出力電圧信号
ｕＭｉｎ        最小値
λζ          それぞれの相ζに対するデューティー比
ｕα          電圧ベクトルの実数部
ｕβ          電圧ベクトルの虚数部
ｕ→ｓｙｎｃ      同期電圧ベクトル
ｕｓｙｎｃ        同期電圧ベクトルの振幅
ｕ→ｕｐ        起動電圧ベクトル
ｆｆｉｎａｌ      最終回転速度
γｕｐ          起動電圧ベクトルの初期角度
γｓｙｎｃ        同期過程の最終時の同期電圧ベクトルの角度
ω０            初期電気角速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019013140.tif 000088
【図１１】
2019013140.tif 000089
【外国語明細書】
2019013140000001.pdf