(57)【要約】【課題】回転停止近傍における複雑な磁極位置検出方法を用いることなく、モータ起動を確実に行わせることができる、モータ駆動装置の提供。【解決手段】モータ駆動装置は、永久磁石型同期モータを駆動するためのインバータと、永久磁石型同期モータの逆起電圧を検知する逆起電圧検知部と、逆起電圧検知部で検知された逆起電圧に基づいて、モータロータの磁極位置および回転周波数を推定する推定部と、推定部の推定結果に基づいてモータステータに回転磁界を生成させて前記永久磁石型同期モータをセンサレス同期駆動制御する制御部と、を備える。そして、制御部は、モータ起動から所定時間が経過するまで所定周波数の回転磁界をモータステータにより生成させて非同期駆動を行わせ、所定時間が経過した後に同期駆動制御を行う。【選択図】図４
2015061372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石型同期モータを駆動するためのインバータと、
前記永久磁石型同期モータの逆起電圧を検知する逆起電圧検知部と、
前記逆起電圧検知部で検知された逆起電圧に基づいて、前記モータロータの磁極位置および回転周波数を推定する推定部と、
前記推定部の推定結果に基づいてモータステータに回転磁界を生成させて前記永久磁石型同期モータをセンサレス同期駆動制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、モータ起動から所定時間が経過するまで所定周波数の回転磁界を前記モータステータにより生成させて非同期駆動を行わせ、前記所定時間が経過した後に前記同期駆動制御を行う、モータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動装置において、
前記所定周波数は、インバータ駆動時に前記推定部により推定される回転周波数の周波数範囲における一定周波数に設定される、モータ駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載のモータ駆動装置において、
前記周波数範囲は、モータ駆動制御方式が互いに異なり周波数の低い第１の範囲と周波数の高い第２の範囲とから成り、
前記所定周波数は、前記第２の範囲における一定周波数に設定される、モータ駆動装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置において、
前記推定部で推定された回転周波数が前記所定周波数と等しくなったか否かを判定する判定部を備え、
前記制御部は、モータ起動開始後に前記判定部により等しくなったと判定されると、所定時間経過前であっても前記所定周波数の回転磁界の生成を停止させ、前記同期駆動制御を開始する、モータ駆動装置。
【請求項５】
排気機能部が形成されたポンプロータと、
前記ポンプロータを回転駆動する永久磁石型同期モータと、
前記永久磁石型同期モータを駆動する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置と、を備える真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石型同期モータを駆動制御するモータ駆動装置、およびそのモータ駆動装置を備える真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ分子ポンプなどの軸流式真空ポンプは、真空排気するために動翼を有するロータをモータにより高速回転する。このような真空ポンプは、希薄ガスに対して圧縮仕事をしながら排気するので、ロータは一方向のみに回転させることになり、静止〜正回転領域での加速および減速運転となる。
【０００３】
このような真空ポンプにおいては、コスト低減等のために、磁極位置センサを用いないＤＣブラシレスモータが使用される場合がある。その場合、ロータに設けられたターゲット（段差を有する）をインダクタンス式のギャップセンサを一つ用いて検出する方式が知られている。しかし、回転センサのみで位置情報を検知するのは、困難である。
【０００４】
そのため、通常は、モータ駆動時（特に、逆回転の発生する可能性が比較的高い始動時）の制御シーケンスの工夫により対処している（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、制御シーケンスの工夫により対処する方法では、ロータを正回転させるまでの起動時間が長くかかるという欠点がある。
【０００５】
ところで、上述のようなインダクタンス式ギャップセンサを回転センサに用いる方式とは別に、信頼性向上、コスト低減のために回転センサレス制御が提案されている。また、省エネルギーの観点からＤＣブラシレスモータが適用され、駆動方法として正弦波駆動が多く用いられている。そのような真空ポンプでは、モータロータに装着されている永久磁石の回転に伴う逆起電圧に基づいて、磁極位置および回転速度を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４６９２８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、逆起電圧は回転数に比例する電圧なので、モータ始動時のように低速回転領域では微弱な電圧値となる。一方、３相インバータの出力電圧は、定格回転における逆起電圧と同等以上の電圧値（例えば、ターボ分子ポンプの場合には数十Ｖ）に設定されるのが一般的である。
【０００８】
従って、例えば、定格回転数が１０００rpsの真空ポンプでは、始動開始直後となる１rpsにおける逆起電圧値は、定格時の逆起電圧値の１０００分の１となり、数十mＶ程度である。数十Ｖ以上でオンオフを繰り返すＰＷＭ出力電圧から、このような微弱な逆起電圧を精度良く抽出することは非常に難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態によるモータ駆動装置は、永久磁石型同期モータを駆動するためのインバータと、永久磁石型同期モータの逆起電圧を検知する逆起電圧検知部と、逆起電圧検知部で検知された逆起電圧に基づいて、モータロータの磁極位置および回転周波数を推定する推定部と、推定部の推定結果に基づいてモータステータに回転磁界を生成させて永久磁石型同期モータをセンサレス同期駆動制御する制御部と、を備え、制御部は、モータ起動から所定時間が経過するまで所定周波数の回転磁界をモータステータにより生成させて非同期駆動を行わせ、所定時間が経過した後に同期駆動制御を行わせる。
さらに好ましい実施形態では、所定周波数は、インバータ駆動時に推定部により推定される回転周波数の周波数範囲における一定周波数に設定される。
さらに好ましい実施形態では、前記周波数範囲は、モータ駆動制御方式が互いに異なり周波数の低い第１の範囲と周波数の高い第２の範囲とから成り、所定周波数は、第２の範囲における一定周波数に設定される、モータ駆動装置。
さらに好ましい実施形態では、推定部で推定された回転周波数が所定周波数と等しくなったか否かを判定する判定部を備え、制御部は、モータ起動開始後に判定部により等しくなったと判定されると、所定時間経過前であっても所定周波数の回転磁界の生成を停止させ、同期駆動制御を開始する。
本発明の好ましい実施の形態による真空ポンプは、排気機能部が形成されたポンプロータと、ポンプロータを回転駆動する永久磁石型同期モータと、永久磁石型同期モータを駆動する上記モータ駆動装置と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転停止近傍における複雑な磁極位置検出方法を用いることなく、モータ起動を確実に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施の形態の真空ポンプにおけるポンプユニット１の構成を示す図である。
【図２】図２は、モータ制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、インバータ１００を説明する図である。
【図４】図４は、本実施の形態における回転始動方法を説明する図である。
【図５】図５は、オープン区間設定の一例を示す図である。
【図６】図６は、モータＭの一相に流れる電流を示す図である。
【図７】図７は、瞬断停電が発生した時の再起動を説明する図である。
【図８】図８は、起動動作を説明するフローチャートである。
【図９】図９は、回転始動方法の他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本実施の形態の真空ポンプを説明する図である。図１に示す真空ポンプは磁気浮上式ターボ分子ポンプであって、図１ではターボ分子ポンプのポンプユニット１の構成を示している。ターボ分子ポンプは、図１に示すポンプユニット１と、ポンプユニット１を駆動するコントロールユニット（不図示）とを備えている。
【００１３】
ポンプユニット１は、回転翼４ａと固定翼６２とで構成されるターボポンプ段と、円筒部４ｂとネジステータ６４とで構成されるドラッグポンプ段（ネジ溝ポンプ）とを有している。ここではネジステータ６４側にネジ溝が形成されているが、円筒部４ｂ側にネジ溝を形成しても構わない。回転側排気機能部である回転翼４ａおよび円筒部４ｂはポンプロータ４に形成されている。ポンプロータ４はシャフト３０ａに締結されている。ポンプロータ４とシャフト３０ａとによって回転体ユニットＲが構成される。
【００１４】
ポンプロータ４の外周の一周にわたって複数のタービン翼を形成することにより、一段分の回転翼が構成される。ポンプロータ４には、その一段分の回転翼が軸方向に複数段形成されている。複数段の固定翼６２は、軸方向に対して回転翼４ａと交互に配置されている。各固定翼６２は、スペーサリング６３を介してベース６０上に載置される。ポンプケーシング６１の固定フランジ６１ｃをボルトによりベース６０に固定すると、積層されたスペーサリング６３がベース６０とポンプケーシング６１の係止部６１ｂとの間に挟持され、固定翼６２が位置決めされる。
【００１５】
シャフト３０ａは、ベース６０に設けられたラジアル磁気軸受３７，３８およびアキシャル磁気軸受３９によって非接触支持される。各磁気軸受３７，３８，３９は電磁石と変位センサとを備えている。変位センサによりシャフト３０ａの浮上位置が検出される。なお、アキシャル磁気軸受３９を構成する電磁石は、シャフト３０ａの下端に設けられたロータディスク５５を軸方向に挟むように配置されている。シャフト３０ａはモータＭにより回転駆動される。
【００１６】
モータＭは永久磁石型同期モータであって、例えば、ＤＣブラシレスモータが用いられる。モータＭは、ベース６０に配置されるモータステータ１０と、シャフト３０ａに設けられるモータロータ１１とを有している。モータロータ１１には、永久磁石が設けられている。磁気軸受が作動していない時には、シャフト３０ａは非常用のメカニカルベアリング２６ａ，２６ｂによって支持される。
【００１７】
ベース６０の排気口６０ａには排気ポート６５が設けられ、この排気ポート６５にバックポンプが接続される。回転体ユニットＲを磁気浮上させつつモータＭにより高速回転駆動することにより、吸気口６１ａ側の気体分子は排気ポート６５側へと排気される。
【００１８】
図２は、モータ制御系の概略構成を示すブロック図である。ここでは、回転磁界を生成するモータステータ１０側が電機子を構成し、ロータ磁石（永久磁石）１１０を備えたモータロータ１１側が界磁を構成している。モータステータ１０にはＵ相コイル１０Ｕ、Ｖ相コイル１０Ｖ、Ｗ相コイル１０Ｗが設けられており、一方、モータロータ１１には界磁を発生するためのロータ磁石１１０が設けられている。各コイル１０Ｕ〜１０Ｗには、インバータ１００から励磁電流が供給される。
【００１９】
モータステータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相コイル１０Ｕ〜１０Ｗに流れる電流は電流検知部１０１によってそれぞれ検出され、検出結果は信号増幅ゲイン設定部１０４を介して制御部１０２に入力される。また、Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイル１０Ｕ〜１０Ｗの各端子および中性点の電圧は電圧検知部１０３によって検出され、検出結果は信号増幅ゲイン設定部１０４を介して制御部１０２に入力される。
【００２０】
図３は、インバータ１００を説明する図である。インバータ１００は、複数のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６と、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をオンオフ駆動するためのゲートドライブ回路１０００とを備えている。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６には、MOSFETやIGBTなどのパワー半導体素子が用いられる。なお、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の各々には、環流ダイオードＤ１〜Ｄ６が並列接続されている。
【００２１】
制御部１０２は、入力された電流検知信号および電圧検知信号に基づいて、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をオンオフ制御するためのＰＷＭ制御信号を生成する。ゲートドライブ回路１０００は、ＰＷＭ制御信号に基づいてゲート駆動信号を生成し、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をオンオフする。これにより、正弦波変調されＰＷＭ化された電圧が、Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイルにそれぞれ印加される。
【００２２】
本実施の形態では、制御部１０２は、電流検知部１０１および電圧検知部１０３の検出結果に基づいてインバータ１００を制御する。インバータ１００のゲートドライブ回路１０００は、制御部１０２からの指令に基づいてスイッチング素子をオンオフ駆動してコイル１０Ｕ〜１０Ｗに供給される励磁電流を制御する。その結果、反時計回りに回転する回転磁界が生成され、ロータ磁石１１０を有するモータロータ１１が回転駆動される。図２に示す例では、モータロータ１１は反時計回りに回転駆動される。
【００２３】
モータロータ１１の回転数を上昇（加速）させるためには、モータステータ１０により発生させる回転磁界の周波数をモータロータ１１の回転周波数と一致させた上で、ロータ回転に対して回転磁界の位相を回転方向に進めるようにモータステータ１０を励磁する。逆に、モータロータ１１の回転数を下降（減速）させるためには、モータステータ１０の回転磁界の周波数をモータロータ１１の回転周波数と一致させた上で、ロータ回転に対して回転磁界の位相を遅らせるようにモータステータ１０を励磁する。
【００２４】
また、停止状態のモータロータ１１を回転させるためには、ロータ磁石１１０の磁界より回転方向に進んだ磁界が生成されるようにモータステータ１０を励磁する。このように、ブラシレスモータの運転においては、モータロータ１１の磁界の向き、すなわち、ロータ磁石１１０の磁極位置を正確に検出することが重要である。本実施の形態におけるモータＭは、磁極位置検出用のセンサを使用しないセンサレスのＤＣブラシレスモータであるが、センサ付きのＤＣブラシレスモータでは、一般的にはホール素子を用いて磁極位置を検出するようにしている。
【００２５】
一方、本実施の形態におけるセンサレスのモータＭでは、制御部１０２は、電圧検知部１０３により検出された逆起電圧に基づいて磁極位置および回転周波数を推定している。モータステータ１０のコイル端には、界磁の磁極位置に対応した交流電圧（逆起電圧）が発生するが、モータロータ１１が定格回転数に近い回転数で回転している場合には、定格電圧に近い電圧値の逆起電圧が発生する。そのため、この逆起電圧を用いてモータロータ１１の磁極位置を比較的容易に検出することができる。しかしながら、モータロータ１１の回転数が低下するに従って逆起電圧も低下するので、低回転数領域においては磁極位置を正確に検出するのが困難になる。
【００２６】
例えば、定格回転数が１０００rpsの真空ポンプの場合、始動開始直後となる１rpsにおける逆起電圧値は、定格時の逆起電圧値の１０００分の１となり、数十mＶ程度である。数十Ｖ以上でオンオフを繰り返すＰＷＭ出力電圧から、このような微弱な逆起電圧を精度良く抽出することは非常に難しい。
【００２７】
このように、回転始動時にはロータ磁極位置が不明な状態で駆動開始するため、逆回転してしまうこともある。そのため、従来、種々の駆動方法が提案されているが、制御が複雑になるという欠点があった。以下に説明する本実施の形態の制御方法によれば、従来よりも簡単な制御方法で、確実に所望の回転方向（正回転方向）に回転始動させることができる。
【００２８】
図４は、本実施の形態における回転始動方法を説明する図である。図４において、縦軸はモータロータ１１の回転周波数またはインバータ１００の励磁周波数を示し、横軸は時間を示している。まず、始動時における運転モードについて説明する。上述したように、モータロータ１１の低回転領域では、正確な磁極位置検出が困難になるため、一般に、回転周波数に応じて複数段階に分けて制御が行われる。
【００２９】
図４に示す例では３段階に分け、定格回転から回転数が低下するに従って、運転モード１（定格〜ｆ１）、運転モード２（ｆ１〜ｆ２），運転モード３（ｆ２〜０）と制御を切り換えるようにしている。周波数ｆ１、ｆ２の具体的な数値例をあげると、ｆ１＝４４Ｈｚ（＝rps）、ｆ２＝８Ｈｚ、定格＝１０００Ｈｚのように設定される。
【００３０】
まず、運転モード１〜３について概略を説明する。運転モード１は、逆起電圧が十分に大きく、逆起電圧からの磁極位置推定を正確に行える回転領域における運転モードである。この運転モード１では、推定された磁極位置に基づいてモータ制御を行う一般的なセンサレス回転制御が行われる。すなわち、周波数ｆ１は、逆起電圧による通常の磁極位置推定が可能な回転周波数のほぼ下限値を示している。なお、磁極位置推定は、周波数ｆ１を境に厳密に検出可能・不可能のように区別されるわけではなく、ｆ１よりも若干低い周波数においても推定可能ではあるが、信頼性に劣ることになる。
【００３１】
インバータ１００の出力電圧は、スイッチング素子のオンオフの繰り返しにより電源電圧（例えば、数十Ｖ以上）の振幅でオンオフを繰り返しており、逆起電圧はその出力電圧に重畳している。一方、モータロータ１１の回転周波数がｆ１よりも低い領域では逆起電圧が小さくなり、インバータ出力電圧に重畳している逆起電圧の検出が困難になる。また、検出されたとしても信頼性に欠けることになる。そこで、本実施の形態の運転モード２，３では、運転モード１とは異なる逆起電圧測定動作を行い、その測定結果に基づいてモータロータ１１の回転制御を行う。
【００３２】
制御部１０２は、回転周波数がｆ１を下回っている場合には、図３に示したインバータ１００の３相のハイサイドおよびローサイドの全スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をオフして、インバータ１００とモータＭとの接続を遮断する。インバータ１００とモータＭとの接続を遮断すると、モータ相電流が流れないため、モータＭに発生する微弱な逆起電圧のみが電圧検知部１０３によって検知される。
【００３３】
図５は、オープン区間設定の一例を示す図である。図５（ａ）において、横軸は時間を示し、縦軸はインバータ１００による電圧印加状態を示している。電圧印加状態における「ＰＷＭ駆動印加」と示す状態は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６がオンオフ駆動（ＰＷＭ駆動）されている通常の状態を示している。一方、「遮断」と示す状態は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の全てがオフされた状態を示す。符号Ｔ２で示すオープン区間では、遮断状態とされる。一方、（Ｔ１−Ｔ２）期間のＰＷＭ電圧印加区間では、通常のＰＷＭ駆動印加状態とされる。なお、Ｔpwmは、ＰＷＭ制御におけるキャリア周期である。
【００３４】
図５（ｂ）は、ＰＷＭ電圧印加区間およびオープン区間において検出される相電圧を模式的に示す図である。ＰＷＭ電圧印加区間では、インバータ１００により印加されるＰＷＭ変調矩形波電圧に逆起電圧が重畳された電圧が検出されるが、オープン区間Ｔ２においては、正弦波状に変化する逆起電圧のみが検出される。よって、このオープン区間Ｔ２において電圧検出が行われる。図５（ｂ）の黒丸が検出タイミングを示している。オープン区間Ｔ２における電圧検出は、少なくとも１点行えば良い。また、制御部１０２における演算処理能力にも依存するが、同一のオープン区間Ｔ２内にて複数点検知して平均化しても良い。
【００３５】
図６は、図５（ａ）の指令が出力された場合における、モータＭの一相に流れる電流を示す図である。相電流は、オープン区間Ｔ２ではゼロとなり、ＰＷＭ電圧印加区間（Ｔ１−Ｔ２）においてのみ電流が流れる。
【００３６】
このような制御を行うことによって、回転周波数ｆ１よりも低回転領域における微弱な逆起電圧の検出が可能となり、磁極位置演算を行うことができる。
【００３７】
上述したオープン区間で検出される逆起電圧は、回転周波数に比例するので、回転周波数が非常に小さい静止近傍では極限的に小さく、本質的に検出精度が悪い。そのため、検出したアナログ信号段階で、増幅度を高く設定する必要がある。一方で、信号レベルが静止近傍ほど微弱ではない、回転周波数が０〜ｆ１の範囲の後半においては、ＡＤコンバータやアンプのダイナミックレンジの制約から増幅度を大きくすることは適切でない。
【００３８】
図２に示す信号増幅ゲイン設定部１０４は、増幅部と増幅ゲイン切換部とを含んでおり、回転周波数０〜ｆ１においては回転周波数に応じて増幅ゲインを切り替える。ここでは、運転モード２の周波数範囲ｆ２〜ｆ１と、運転モード３の周波数範囲０〜ｆ２とで増幅ゲインを２段階に切り替え、逆起電圧の微弱な運転モード３において増幅度を大きくし、回転周波数がｆ２を超えたならば増幅度を低下させて運転モード２とする。もちろん、このように低回転周波数で増幅度を大きくしても、回転周波数が０〜数Ｈｚの極低速状態では、磁極位置推定が非常に難しい。図４では、回転周波数０〜ｆ０がこの磁極位置推定が困難な領域に相当する。
【００３９】
次に、モータ始動から定格回転まで加速する場合の手順について説明する。まず、起動時は、モータロータ１１の回転周波数および磁極位置に関係なく、ラインＬ２１で示すように一定の励磁周波数ｆ１で回転磁界を生成する。このときの励磁周波数ｆ１は、モータロータ１１が磁界の回転に同期して追随できない程度の高い周波数とする。本実施の形態では、インバータ駆動時であっても逆起電圧が確実に検出できる運転モード１の周波数範囲において、最も低い周波数ｆ１を始動時の励磁周波数とする。ここでは、起動時の励磁周波数が運転モード１における周波数であるので、起動時の磁極位置推定の制御につても運転モード１における制御が採用される。
【００４０】
ところで、周波数ｆ１の回転磁界を生成すると、停止状態のモータロータ１１はその磁界に追従するのが困難となる。しかしながら、モータロータ１１に対して磁界が回転することによる磁束変化によって、モータロータ１１の金属部分に渦電流ＥＣが誘起される。その結果、モータロータ１１は、誘導電動機の回転子と同様の原理で、ステータ磁界の回転方向に回転し始める。ラインＬ１１は、始動後のモータロータ１１の回転周波数を示す。この場合、発生した渦電流と回転磁界との作用により生じる回転トルクによって回転開始するので、始動時にモータロータ１１が逆回転することはない。
【００４１】
次いで、一定の励磁周波数ｆ１で回転磁界の生成を開始してから所定時間ｔ１が経過したならば、励磁周波数をモータロータ１１の回転周波数まで低下させ、運転モード３での駆動制御（同期駆動）を開始する。ラインＬ２２は、運転モード３に移行後の励磁周波数の変化を示す。このときの所定時間ｔ１は、一定周波数ｆ１の回転磁界を生成した場合に、モータロータ１１が回転周波数ｆ０よりも高い周波数となるまでの時間に設定する。そのため、所定時間ｔ１が経過すると、運転モード３における磁極位置推定方法により、モータロータ１１の磁極位置の推定が可能となる。なお、所定時間ｔ１は、実測等により予め決定しておく。
【００４２】
その後、回転周波数がｆ２に達したならば運転モード２（ラインＬ２３）に移行し、さらに（回転周波数）＝ｆ１で運転モード１（ラインＬ２４）に移行する。そして、モータロータ１１が定格回転数になったならば、励磁周波数の一定（ラインＬ２５）に維持する。すなわち、所定時間ｔ１経過後は、従来の駆動制御が実行される。ラインＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４およびラインＬ１５は、運転モード３，運転モード２，運転モード１および定格回転時におけるモータロータ１１の回転周波数の変化を示す。なお、運転モード３の回転周波数範囲０〜ｆ０おいては磁極位置推定が困難なので、この範囲における回転周波数（ラインＬ１２）は表示していない。
【００４３】
なお、モータロータ１１を定格回転状態から停止状態まで減速する場合には、運転モード１→運転モード２→運転モード３の順に制御すれば良く、一定周波数ｆ１での駆動は省略される。
【００４４】
図４においては、停止状態からの起動について説明したが、例えば、瞬断停電が発生した後のように、停止動作を開始して短時間で再起動した場合には、図７に示すような制御となる。再起動時のモータロータ１１の回転が（回転周波数）≧ｆ１である場合、モータロータ１１の回転周波数よりも低い周波数で回転磁界を生成すると、回生電力が発生し、それがインバータ１００に戻ってくるおそれがある。ところで、回転周波数がｆ１以上の場合には、上述したように逆起電圧から磁極位置（すなわち、回転周波数）を正確に推定することができる。そこで、起動開始時に推定される回転周波数が周波数ｆ１よりも大きい場合には、励磁周波数を周波数ｆ１から推定された回転周波数まで上昇させ、運転モード１で同期駆動を行わせるように制御する。
【００４５】
一方、再起動時のモータロータ１１の回転が（回転周波数）＜ｆ１である場合、運転モード１の位置推定方法ではモータロータ１１の磁極位置を推定することが難しい。しかしながら、（励磁周波数ｆ１）＞（回転周波数）であるので回生電力は発生しない。そのため、図４に示した場合と同様に、所定時間ｔ１の間、一定の励磁周波数ｆ１で回転磁界を生成させ、所定時間ｔ１が経過したならば、励磁周波数をその時に推定される回転周波数と同一周波数に変更し、その周波数での運転モードで同期駆動を開始する。
【００４６】
図８は、上述した手順をフローチャートとして示したものである。ステップＳ１では、モータロータ１１の回転周波数を推定する。図４，７に示す例では、運転モード１における推定方法により磁極位置を推定し、その推定結果から回転周波数を算出する。図４に示す場合、回転周波数が小さ過ぎて運転モード１の推定方法では回転周波数を推定するのが困難なので、その場合には回転周波数はｆ１よりも小であると認識する。
【００４７】
ステップＳ２では、推定された回転周波数が励磁周波数ｆ１よりも小さいか否かを判定する。図４に示す場合は、ステップＳ１において回転周波数がｆ１よりも小であるとされているので、ステップＳ２でｙｅｓと判定されてステップＳ３へ進む。一方、図７に示す場合には、（回転周波数）＞ｆ１なのでステップＳ２でｎｏと判定され、ステップＳ５に進む。また、図４のように（回転周波数）＜ｆ１の状態で起動した場合でも、所定時間ｔ１となる前に回転周波数が周波数ｆ１と等しくなると、ステップＳ２でｎｏと判定されてステップＳ５へ進む。
【００４８】
ステップＳ３では、一定の励磁周波数ｆ１で回転磁界を生成させる。ステップＳ４では、回転磁界生成開始から所定時間ｔ１が経過したか否かを判定し、経過した場合にはステップＳ５に進んで通常運転モードによる同期駆動を開始する。一方、ステップＳ４において所定時間ｔ１が経過していないと判定されると、ステップＳ１へ戻る。そして、モータロータ１１の回転周波数がｆ１以上となるまで、または、所定時間ｔ１が経過するまで、ステップＳ１からステップＳ４までの処理を繰り返し実行する。
【００４９】
上述したように、起動時における回生電力の発生を避けるためには、起動時の一定励磁周波数を、起動初期のロータの励磁周波数は、定格回転数で運転する方式を適用できる最も低い回転周波数ｆ１と同一に設定するのが好ましい。もちろん、起動時の励磁周波数がｆ１より低い場合でも回転周波数を正確に推定できる場合には、起動時の一定励磁周波数をｆ１よりも低い値（ただし、推定可能な範囲において）に設定しても構わない。
【００５０】
なお、本実施の形態では、運転モード２においてオープン区間を生成することで磁極位置が正確に求まるので、この周波数ｆ２を上述した一定励磁周波数に設定することは原理的には可能である。しかし、再起同時の回転周波数が定格回転時の周波数に近い場合には、開放とされる時間が非常に短くなり、過渡現象によって逆起電圧を正確に求めるのが難しくなる。そのため、回生電力の発生を防止するためには、運転モード２の周波数を上記の一定励磁周波数に設定するのは、望ましいくはない。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態では、永久磁石型同期モータを駆動する場合に、モータ起動から所定時間ｔ１が経過するまで、モータロータ１１が同期して追随できない周波数の回転磁界、すなわち、所定周波数ｆ１の回転磁界をモータステータ１０により生成させて非同期駆動を行わせ、所定時間ｔ１が経過した後に同期駆動制御を行わせるようにした。モータロータ１１が追随できない一定周波数ｆ１の回転磁界を生成させることにより、モータロータ１１に渦電流ＥＣが発生する。その結果、モータロータ１１は回転磁界の回転方向と同一方向に回転し始める。そして、所定時間ｔ１が経過した後に同期駆動を行わせると、既に回転磁界方向（正回転方向）にモータロータ１１は回転しているので、逆転することなく確実に同期駆動させることができる。
【００５２】
また、一定周波数の回転磁界を所定時間継続することで、磁極位置検出が困難な回転周波数域０〜ｆ０における磁極位置検出が不要となる。
【００５３】
さらに、所定周波数は、インバータ駆動時に推定される回転周波数の周波数範囲内の一定周波数、好ましくは一定周波数ｆ１に設定される。そのように設定することにより、モータ起動時の回転周波数が所定周波数ｆ１より高い場合であっても、回生電力が発生するのを避けることができる。なお、０〜所定時間ｔ１の間の全てを一定周波数ｆ１に設定する代わりに、図４の二点鎖線Ｌ２１１に示すように、途中から励磁周波数を低下させるようにしても構わない。
【００５４】
なお、図４に示した、磁極位置を確実に検出できる運転モード１の区間が、図９に示すように、さらに２つの運転モード１Ａ，１Ｂに分けられる場合には、所定周波数を運転モード１Ａの周波数範囲における周波数に設定しても良いし、運転モード１Ｂの周波数範囲における周波数に設定しても良い。例えば、運転モード２，３で振幅ゲインを変えたように、運転モード１Ａ，１Ｂでゲインを変えるようにする。
【００５５】
また、制御部１０２は、モータ起動開始後に推定される回転周波数が所定周波数と等しくなった合には、所定時間ｔ１が経過する前であっても所定周波数ｆ１の回転磁界の生成を停止させ、同期駆動を開始する。このように制御することで、所定周波数ｆ１の回転磁界を生成する制御から同期駆動への移行を適切に行わせることができる。
【００５６】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、実施の形態では、磁気浮上式のターボ分子ポンプを例に説明したが、ターボ分子ポンプに限らずドラッグポンプ等の真空ポンプにも同様に適用することができる。なお、一定周波数の回転磁界を生成したときに生じるトルクは小さいので、本発明は始動トルクの小さな磁気浮上式真空ポンプへの応用に適している。
【符号の説明】
【００５７】
１：ポンプユニット、４：ポンプロータ、４ａ：回転翼、４ｂ：円筒部、１０：モータステータ、１１：モータロータ、１００：インバータ、１０１：電流検知部、１０２：制御部、１０３：電圧検知部、１１０：ロータ磁石、Ｍ：モータ
【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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