(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータケーシング内に配置されたポンプロータと、
前記ポンプロータを回転させる回転軸と、
前記回転軸の端部に連結され、固定子と、前記回転軸の周辺に配置された永久磁石および両端部に短絡環が配置された二次導体を備える回転子とを有する電動機と、
３相の商用電源の周波数を変換して出力するインバータと、
前記商用電源を前記電動機に対して直接供給する第１の電源供給ラインと、
前記インバータを介して前記商用電源の周波数を変換した電源を前記電動機に対して供給する第２の電源供給ラインと、
前記電動機の回転数を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記電動機の回転数によって前記第１の電源供給ラインを前記第２の電源供給ラインに切り換える制御部と、を備え、
前記電動機の始動時は、前記制御部が前記第１の電源供給ラインから前記固定子に前記商用電源を供給して前記電動機が誘導導電機運転をして前記回転軸を回転させ、
前記検出部により検出された前記電動機の回転数が所定の回転数になると、前記制御部は前記第１の電源供給ラインを前記第２の電源供給ラインに切り換え、
前記電動機の回転数が定格回転数に近づくと、前記永久磁石によって、前記電動機が永久磁石型同期運転をすることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
前記定格回転数は、前記所定の回転数よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記検出部は、前記電動機に流れる電流を検出する電流検出部を有し、
前記制御部は、前記電流検出部により検出される電流値に応じて前記電動機の回転数を判定す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。
【請求項４】
前記制御部は、前記検出部により検出された前記電動機の回転数により前記真空ポンプの負荷状態を判定し、当該真空ポンプの負荷状態に応じて前記第１の電源供給ラインを前記第２の電源供給ラインに切り換えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の真空ポンプ。
【請求項５】
前記制御部は、前記真空ポンプの負荷状態を数値化し、前記負荷状態の数値範囲に応じて前記第１の電源供給ラインを前記第２の電源供給ラインに切り換えることを特徴とする請求項４記載の真空ポンプ。
【請求項６】
ロータケーシング内に配置されたポンプロータと、前記ポンプロータを回転させる回転軸と、前記回転軸の端部に連結され、固定子と、前記回転軸の周辺に配置された永久磁石および両端部に短絡環が配置された二次導体を備える電動機回転子を有し、前記回転軸を駆動して前記ポンプロータを回転させる電動機と、３相の商用電源の周波数を変換して出力するインバータと、前記商用電源を前記電動機に対して直接供給する第１の電源供給ラインと、前記インバータを介して前記商用電源の周波数を変換した電源を前記電動機に対して供給する第２の電源供給ラインとを有する真空ポンプの運転方法であって、
前記電動機の回転数を検出し、
前記電動機の始動時は、前記第１の電源供給ラインから前記固定子に前記商用電源を供給して誘導導電機運転により前記回転軸を回転させて、
前記検出部により検出された前記電動機の回転数が所定の回転数になると、前記第１の電源供給ラインを前記第２の電源供給ラインに切り換え、
前記電動機の回転数が定格回転数に近づくと、前記永久磁石によって、永久磁石型同期運転をすることを特徴とする真空ポンプの運転方法。
【請求項７】
前記定格回転数は、前記所定の回転数よりも大きいことを特徴とする請求項６記載の真空ポンプの運転方法。
【請求項８】
前記電動機に流れる電流値を検出し、
前記検出された電流値に応じて前記電動機の回転数を判定することを特徴とする請求項６又は７に記載の真空ポンプの運転方法。
【請求項９】
前記電動機の回転数を検出し、
前記検出された回転数に応じて前記電動機の回転数を判定することを特徴とする請求項６又は７に記載の真空ポンプの運転方法。
【請求項１０】
前記検出された前記電動機の回転数により前記真空ポンプの負荷状態を判定し、前記真空ポンプの負荷状態に応じて前記第１の電源供給ラインを前記第２の電源供給ラインに切り換えることを特徴とする請求項６乃至９の何れか一項に記載の真空ポンプの運転方法。
【請求項１１】
前記真空ポンプの負荷状態を数値化し、前記負荷状態の数値範囲に応じて前記第１の電源供給ラインを前記第２の電源供給ラインに切り換えることを特徴とする請求項１０記載の真空ポンプの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ポンプに係り、特に、半導体製造装置等のチャンバを真空に排気するために用いられる真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置では、半導体製造工程で使用されるガスをチャンバから排気し、チャンバ内に真空環境を作り出すために真空ポンプが使用されている。このような真空ポンプとしては、ルーツ型やスクリュー型のポンプロータを備えた容積式タイプの真空ポンプが知られている。
【０００３】
一般に、容積式の真空ポンプは、ケーシング内に配置された一対のポンプロータと、このポンプロータを回転駆動するための誘導電動機または永久磁石型同期電動機とを備えている。一対のポンプロータ間及びポンプロータとケーシングの内面との間には微小なクリアランスが形成されており、ポンプロータはケーシングに非接触で回転するように構成されている。そして、一対のポンプロータが同期しつつ互いに反対方向に回転することにより、ケーシング内の気体が吸入側から吐出側に移送され、吸入口に接続されるチャンバ等から気体が排気される。
【０００４】
半導体製造工程に使用されるガスには、ガスの温度が低下すると固形化あるいは液状化する成分が含まれているものがある。通常、上述した真空ポンプは、ガスを移送する過程で圧縮熱が発生するため、運転中の真空ポンプはある程度高温となっている。従って、真空ポンプが高温を維持している間は、上記真空ポンプを用いて上述した成分を含むガスを排気した場合でもガスの成分が固形化または液状化せず、良好な真空排気が行われる。
【０００５】
しかしながら、真空ポンプの運転を停止し、真空ポンプの温度が徐々に低下すると、ガス中に含まれる成分が固形化あるいは液状化し、ポンプロータやケーシングの間の隙間等に堆積してしまう（以下、この固形化、液状化した成分を生成物という）。このため、ポンプロータに生成物が付着してポンプロータ及びポンプケーシング、あるいはポンプロータ同士が摺動摩擦し、ポンプロータの負荷が重くなることがある。この場合、ポンプロータを一旦停止し再始動するとき、定常運転時トルクの数倍程度の始動トルクが必要になる可能性がある。また、一方で真空ポンプは小型、高性能の要求から高速回転させる必要があり、この場合周波数変換器（インバータ）で駆動している。そのため、インバータにて駆動する永久磁石型同期電動機においては、定格容量に対し、数倍程度の電流容量をもつインバータを搭載しなければならず、コストを上昇させていた。また、始動トルクが大きな誘導電動機においては運転時の効率が永久磁石型電動機よりも劣っていた。
【０００６】
上述した始動時に永久磁石型同期電動機を用いることによって生じるコスト上昇及び誘導電動機を運転時に用いることによって永久磁石型電動機よりも効率が劣るという問題に対応するものとして、例えば、特許文献１の永久磁石式同期電動機の回転子が提案されている。この永久磁石式同期電動機の回転子では、誘導電動機動作での始動時にトルク特性を向上させ、同期引き入れを行ったのち、永久磁石の磁束を利用して同期運転を行うことを可能にしている。また、特許文献２の密閉型導電圧縮機では、誘導電動機で自己始動を行ない、運転時には埋め込んだ永久磁石の作用によって同期運転を行うことを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公昭６３−２０１０５号公報
【特許文献２】特開２００１−３３９８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１の永久磁石式同期電動機の回転子及び特許文献２の密閉型導電圧縮機では、誘導電動機動作で始動し、その後に、永久磁石の磁束を利用して同期運転を行っており、運転中の運転状態の変化については考慮されていなかった。そのため、半導体製造装置の半導体製造工程で生じる運転中の運転状態の変化に対しては特許文献１及び特許文献２を適用することはできない。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、電動機の運転状態に応じて、永久磁石型同期運転と誘導電動機運転との切り替えを行い、運転性能の改善と電力消費の低減を実現する真空ポンプを低コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る真空ポンプは、ロータケーシング内に配置されたポンプロータと、前記ポンプロータを回転させる回転軸と、前記回転軸の端部に連結され複数の永久磁石が配置され、かつ、前記複数の永久磁石の周囲に２次導体が配置された電動機回転子を有し、前記回転軸を駆動して前記ポンプロータを回転させる電動機と、前記電動機の運転状態を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記電動機の運転状態に応じて、前記永久磁石を用いて前記回転軸を駆動する永久磁石型同期運転と、前記２次導体を用いて前記回転軸を駆動する誘導電動機運転と、を切り換える制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
商用電源の周波数を変換して出力するインバータと、前記商用電源を前記電動機に対して直接供給する第１の電源供給ラインと、前記商用電源を前記インバータを介して前記商用電源の周波数を変換して前記電動機に対して供給する第２の電源供給ラインと、を備え、前記制御部は、前記永久磁石型同期運転を行う場合は前記第２の電源供給ラインを前記電動機に接続し、前記誘導電動機運転を行う場合は前記第１の電源供給ラインを前記電動機に接続する電源ライン切替部を有してもよい。
【００１２】
前記検出部は、前記電動機に流れる電流を検出する電流検出部を有し、前記制御部は、前記電流検出部により検出される電流値に応じて前記電動機の運転状態を判定し、判定した運転状態に応じて前記永久磁石型同期運転と前記誘導電動機運転とを切り換えてもよい。
【００１３】
前記検出部は、前記電動機の回転数を検出する回転数検出部を有し、前記制御部は、前記回転数検出部により検出される回転数に応じて前記電動機の運転状態を判定し、判定した運転状態に応じて前記永久磁石型同期運転と前記誘導電動機運転とを切り換えてもよい。
【００１４】
前記制御部は、前記検出部により検出された前記電動機の運転状態により前記真空ポンプの負荷状態を判定し、当該真空ポンプの負荷状態に応じて前記永久磁石型同期運転と前記誘導電動機運転とを切り換えてもよい。
【００１５】
前記制御部は、前記真空ポンプの負荷状態を数値化し、前記負荷状態の数値範囲に応じて前記永久磁石型同期運転と前記誘導電動機運転とを切り換えてもよい。
【００１６】
本発明の一実施形態に係る真空ポンプは、ロータケーシング内に配置された２つのポンプロータと、前記２つのポンプロータを各々回転させる第１の回転軸及び第２の回転軸と、前記第１の回転軸の端部に連結され複数の永久磁石が配置された電動機回転子を有する第１の電動機と、前記第２の回転軸の端部に連結され２次導体が配置された電動機回転子を有する第２の電動機と、前記第１の電動機の運転状態及び前記第２の電動機の運転状態を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記第１の電動機の運転状態及び前記第２の電動機の運転状態に応じて、前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を同時に行ない、又は、前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を切り換える制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
商用電源の周波数を変換して出力するインバータと、前記商用電源を前記インバータを介して前記商用電源の周波数を変換して前記第１の電動機に対して供給するとともに前記第２の電動機に対して直接供給する第１の電源供給ラインと、前記商用電源を前記インバータを介して前記商用電源の周波数を変換して第１の電動機に対して供給する第２の電源供給ラインと、前記商用電源を前記第２の電動機に対して直接供給する第３の電源供給ラインと、を備え、前記制御部は、前記第１の電動機の運転状態及び前記第２の電動機の運転状態に応じて、前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を同時に行なう場合は前記第１の電源供給ラインを前記第１の電動機及び前記第２の電動機の双方に接続し、前記第１の電動機の運転のみを行う場合は前記第２の電源供給ラインを前記第１の電動機に接続し、前記第２の電動機の運転のみを行う場合は前記第３の電源供給ラインを前記第２の電動機に接続する電源ライン切替部を有してもよい。
【００１８】
前記検出部は、前記第１の電動機及び前記第２の電動機に流れる電流を各々検出する電流検出部を有し、前記制御部は、前記電流検出部により検出される電流値に応じて前記第１の電動機及び前記第２の電動機の各運転状態を判定し、判定した各運転状態に応じて前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を同時に行ない、又は、前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を切り換えてもよい。
【００１９】
前記検出部は、前記第１の電動機及び前記第２の電動機の回転数を各々検出する回転数検出部を有し、前記制御部は、前記回転数検出部により検出される回転数に応じて前記第１の電動機及び前記第２の電動機の運転状態を判定し、判定した各運転状態に応じて前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を同時に行ない、又は、前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を切り換えてもよい。
【００２０】
前記制御部は、前記検出部により検出された前記第１の電動機及び前記第２の電動機の運転状態により前記真空ポンプの負荷状態を判定し、当該真空ポンプの負荷状態に応じて前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を同時に行ない、又は、前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を切り換えてもよい。
【００２１】
前記制御部は、前記真空ポンプの負荷状態を数値化し、前記負荷状態の数値範囲に応じて前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を同時に行ない、又は、前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を切り換えてもよい。
【００２２】
本発明の一実施形態に係る真空ポンプの運転方法は、ロータケーシング内に配置されたポンプロータと、前記ポンプロータを回転させる回転軸と、前記回転軸の端部に連結され複数の永久磁石が配置され、かつ、前記複数の永久磁石の周囲に２次導体が配置された電動機回転子を有し、前記回転軸を駆動して前記ポンプロータを回転させる電動機を有する真空ポンプの運転方法であって、前記電動機の運転状態を検出し、前記検出された前記電動機の運転状態に応じて、前記永久磁石を用いて前記回転軸を駆動する永久磁石型同期運転と、前記２次導体を用いて前記回転軸を駆動する誘導電動機運転と、を切り換えることを特徴とする。
【００２３】
前記誘導電動機運転を行う場合は、商用電源を前記電動機に対して直接供給する第１の電源供給ラインを前記電動機に接続し、前記永久磁石型同期運転を行う場合は、商用電源の周波数を変換して前記電動機に対して供給する第２の電源供給ラインを前記電動機に接続してもよい。
【００２４】
前記電動機に流れる電流値を検出し、前記検出された電流値に応じて前記電動機の運転状態を判定し、前記判定した運転状態に応じて前記永久磁石型同期運転と前記誘導電動機運転とを切り換えてもよい。
【００２５】
前記電動機の回転数を検出し、前記検出された回転数に応じて前記電動機の運転状態を判定し、前記判定した運転状態に応じて前記永久磁石型同期運転と前記誘導電動機運転とを切り換えてもよい。
【００２６】
前記検出された前記電動機の運転状態により前記真空ポンプの負荷状態を判定し、前記真空ポンプの負荷状態に応じて前記永久磁石型同期運転と前記誘導電動機運転とを切り換えてもよい。
【００２７】
前記真空ポンプの負荷状態を数値化し、前記負荷状態の数値範囲に応じて前記永久磁石型同期運転と前記誘導電動機運転とを切り換えてもよい。
【００２８】
本発明の一実施形態に係る真空ポンプの運転方法は、ロータケーシング内に配置された２つのポンプロータと、前記２つのポンプロータを各々回転させる第１の回転軸及び第２の回転軸と、前記第１の回転軸の端部に連結され複数の永久磁石が配置された電動機回転子を有する第１の電動機及び第２の回転軸の端部に連結され２次導体が配置された電動機回転子を有する第２の電動機を有する真空ポンプの運転方法であって、前記第１の電動機の運転状態及び前記第２の電動機の運転状態を検出し、前記検出された前記第１の電動機の運転状態及び前記第２の電動機の運転状態に応じて、前記第１の電動機の運転と前記第２の電動機の運転を同時に行ない、又は、前記第１の電動機の運転と前記第２の電動機の運転を切り換えることを特徴とする。
【００２９】
前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を同時に行なう場合は、商用電源の周波数を変換して第１の電動機に対して供給するとともに前記第２の電動機に対して直接供給する第１の電源供給ラインを前記第１の電動機及び前記第２の電動機の双方に接続し、前記第１の電動機の運転のみを行う場合は、前記商用電源の周波数を変換して前記第１の電動機に対して供給する第２の電源供給ラインを前記第１の電動機に接続し、前記第２の電動機の運転のみを行う場合は、前記商用電源を前記第２の電動機に対して直接供給する第３の電源供給ラインを前記第２の電動機に接続してもよい。
【００３０】
前記第１の電動機及び前記第２の電動機に流れる電流値を各々検出し、前記検出された電流値に応じて前記第１の電動機及び前記第２の電動機の各運転状態を判定し、前記判定した各運転状態に応じて前記第２の電動機の運転と前記２の電動機の運転を同時に行ない、又は、前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を切り換えてもよい。
【００３１】
前記第１の電動機及び前記第２の電動機の回転数を各々検出し、前記検出された回転数に応じて前記第１の電動機及び前記第２の電動機の運転状態を判定し、前記判定した各運転状態に応じて前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を同時に行ない、又は、前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を切り換えてもよい。
【００３２】
前記検出された前記第１の電動機及び前記第２の電動機の運転状態により前記真空ポンプの負荷状態を判定し、前記真空ポンプの負荷状態に応じて前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を同時に行ない、又は、前記第１の電動機の運転と前記２の電動機の運転を切り換えてもよい。
【００３３】
前記真空ポンプの負荷状態を数値化し、前記負荷状態の数値範囲に応じて前記第１の電動機の運転と前記第２の電動機の運転を同時に行ない、又は、前記第１の電動機の運転と前記第２の電動機の運転を切り換えてもよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、電動機の運転状態に応じて、永久磁石型同期運転と誘導電動機運転との切り替えを行い、運転性能の改善と電力消費の低減を実現する真空ポンプを低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る真空ポンプの構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）は図１の第１の電動機の部分拡大図であり、（ｂ）は図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る第１の電動機駆動回路の構成例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る真空ポンプの運転状態と第１の電動機の運転切り替え動作との関係を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る真空ポンプの構成を示す断面図である。
【図６】（ａ）は図５の第２の電動機の部分拡大図であり、（ｂ）は図６（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図７】（ａ）は図５の第３の電動機の部分拡大図であり、（ｂ）は図７（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る第２の電動機駆動回路の構成例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る真空ポンプの運転状態と第２の電動機及び第３の電動機の運転切り替え動作との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態では、半導体製造装置のチャンバ内のガスを排気するために使用される容積式の真空ポンプについて説明するが、本発明に係る真空ポンプはこれに限定されない。
【００３７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態では、本発明に係る容積式の真空ポンプ１２０の電動機として、永久磁石と２次導体とを合わせもつ構成を例示する。
【００３８】
＜真空ポンプの構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る真空ポンプ１２０の構成を示す断面図である。図２（ａ）は第１の電動機１００Ｍの部分拡大図であり、（ｂ）は図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００３９】
図１において、ケーシング１内の回転軸２０に一対のポンプロータを構成するポンプロータ２、２が配設されている。各ポンプロータ２は両端部近傍で軸受３、３によって支持されている。ポンプロータ２は第１の電動機１００Ｍによって回転駆動されるようになっている。ポンプロータ２の主軸４の図中の左側端部にはタイミングギア１１が取り付けられており、第１の電動機１００Ｍによって回転駆動された一対のポンプロータ２は、タイミングギア１１によって相互に反転方向に同期回転するようになっている。
【００４０】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１の電動機１００Ｍは回転軸２０のポンプロータ２、２とは反対側の端部に配置された電動機固定子３０と電動機回転子４０とから構成されている。電動機固定子３０の内側に配置された電動機回転子４０は、複数の永久磁石４２と、複数の永久磁石４２の周囲に配置された２次導体４１と、電動機回転子４０の両端部に配置された短絡環４３とを備えている。第１の電動機１００Ｍは、後述する制御部１５０の制御により永久磁石４２を用いて回転軸２０を駆動する永久磁石型同期運転と、２次導体４１を用いて回転軸２０を駆動する誘導電動機運転と、が切り替えられる。
【００４１】
図１では、一対のポンプロータ２、２間及びケーシング１の内面との間には微小な隙間が形成されており、各ポンプロータ２、２は僅かなクリアランスを保って非接触で回転するようになっている。
【００４２】
上記構成の真空ポンプ１２０において、第１の電動機１００Ｍを駆動して一対のポンプロータ２、２を回転することにより、吸気口（図示せず）から吸入されたガスが各ポンプロータ２、２に従って排気側に移送され、排気口（図示せず）から排気される。
【００４３】
図１において、運転制御装置１４０は、後述する検出部により検出される第１の電動機１００Ｍの運転状態に応じて第１の電動機１００Ｍの上記永久磁石型同期運転と誘導電動機運転とを切り替える制御部１５０を備えている。
【００４４】
図１において、第１の電動機１００Ｍは、配線Ｌを介して運転制御装置１４０と接続される。配線Ｌは第１の電動機１００Ｍの電流値または第１の電動機１００Ｍの回転数を検出するための配線である。
【００４５】
なお、本実施形態では、ルーツ型の真空ポンプ１２０を用いる例を示したが、ルーツ型の真空ポンプに限定するものではなく、例えば、スクリュー型の真空ポンプ、または、ロータリーポンプ等に対しても本発明の第１の電動機１００Ｍを用いることは可能である。
【００４６】
＜第１の電動機駆動回路の構成＞
次に、図１の運転制御装置１４０により制御される第１の電動機駆動回路２００の構成例について図３を参照して説明する。
【００４７】
まず、図３に示す第１の電動機駆動回路２００の構成例を参照して説明する。図３において、第１の電動機駆動回路２００は、商用電源（５０／６０Ｈｚ）２１０と、制御部１５０と、インバータ２３０と、第１の電流検出部２４０と、第１の回転数検出部２５０と、を備えている。制御部１５０は、入力段に商用電源２１０が接続され、出力段に第１の電源供給ライン２２２及びインバータ２３０を介した第２の電源供給ライン２２４を介して第１の電動機１００Ｍが接続されている。また、制御部１５０は、第１の電流検出部２４０と第１の回転数検出部２５０が接続されている。第１の電流検出部２４０は、第１の電動機１００Ｍの入力段に流れる電流を検出して第１の電流検出信号ＳＩ１を制御部１５０に出力する。第１の回転数検出部２５０は、第１の電動機１００Ｍの回転数を検出して第１の回転数検出信号ＳＲ１を制御部１５０に出力する。制御部１５０は、第１の電流検出信号ＳＩ１又は第１の回転数検出信号ＳＲ１により第１の電動機Ｍの運転状態を判定し、その運転状態の判定結果に応じて上記永久磁石型同期運転と上記誘導電動機運転を切り替える。制御部１５０は、第１の電動機Ｍの電源を切り替えるため電源ライン切替部２２０を備える。制御部１５０は、誘導電動機運転を行う場合は第１の電源供給ライン２２２を第１の電動機１００Ｍに接続するように電源ライン切替部２２０を切り替え、永久磁石型同期運転を行う場合は第２の電源供給ライン２２４を制御部１５０による電源ライン切替部２２０の切り替え動作により、切り替える。誘導電動機運転を行う場合は第１の電源供給ライン２２２を介して商用電源２１０の３相交流電圧が第１の電動機１００Ｍに直接供給され、永久磁石型同期運転を行う場合は第２の電源供給ライン２２４を介してインバータ２３０により周波数変換された商用電源２１０の３相交流電圧が第１の電動機１００Ｍに供給される。
【００４８】
なお、本発明に係る第１の実施形態では、第１の電動機駆動回路２００の構成として図３に示す構成例を示したが、これらの回路構成に限定されるものではなく、他の回路構成を用いてもよい。
【００４９】
＜第１の電動機の動作例＞
次に、運転制御装置１４０において実行される第１の電動機１００Ｍの上記運転切り替え動作について図４を参照して説明する。
【００５０】
図４は、真空ポンプ１２０の運転状態と第１の電動機１００Ｍの上記運転切り替え動作との関係を示す図である。この図４において、縦軸は第１の電動機１００Ｍの回転速度を示し、横軸は真空ポンプ１２０の負荷状態（以下、ポンプ負荷という）を示している。この場合、ポンプ負荷は数値化（例えば、０〜１０）して示しており、その数値が大きい程、ポンプ負荷は大きいものとする。
【００５１】
また、図４では、第１の電動機１００Ｍを始動させてから定常運転状態になり、定常運転状態から過負荷運転状態になるまでの遷移状態を、図中に示す符号Ｔ１〜Ｔ６と、この符号間を結ぶ実線により示している。この時、ポンプ負荷の最小値、すなわちポンプロータの生成物が除去され、ポンプ負荷がない状態を０とし、ポンプ負荷の最大値、すなわち、ポンプロータに生成物が付着し、ポンプ負荷が重い状態を１０とする。
【００５２】
図４に示す符号Ｔ１においては、ポンプ負荷が例えば１０、すなわちポンプロータ２に生成物が付着し、ポンプ負荷が重い状態である。この場合、第１の電動機１００Ｍは、始動時として誘導電動機運転を行うことにする。始動時に、商用電源（５０／６０Ｈｚ）を第１の電源供給ライン２２２を介して直接第１の電動機１００Ｍに接続し誘導電動機運転を行うため、ポンプロータ２に生成物が付着しポンプ負荷が重い状態であっても、永久磁石型同期電動機では必要になる電流容量の大きなインバータを搭載せずに、高トルクでの始動が可能となる。
【００５３】
符号Ｔ２においては、ポンプ負荷が例えば４、すなわち始動時からの回転速度上昇とともに生成物が除去されポンプ負荷が軽くなることによって、符号Ｔ２の電源切り替えポイントである誘導機同期回転数まで上昇する。
【００５４】
符号Ｔ３においては、電源ライン切替部２２０の切り替え動作により、第２の電源供給ライン２２４に切り替えて、インバータで周波数変換した商用電源２１０の３相交流電圧を第１の電動機１００Ｍに印加するため、第１の電動機１００Ｍは誘導電動機運転のまま、定格回転数付近に上昇する。
【００５５】
符号Ｔ４においては、ポンプ負荷が例えば３．５の場合、すなわち始動時からの回転速度上昇とともに生成物が除去されポンプ負荷が軽くなることによって、永久磁石同期トルクに引き込まれ、第１の電動機１００Ｍは誘導電動機運転から永久磁石型同期運転に切り替わる。このとき、第１の電動機駆動回路２００の第１の回転数検出部２５０は、誘導電動機運転を行っている第１の電動機１００Ｍの回転数を検出して第１の回転数検出信号ＳＲ１を制御部１５０に出力する。第１の電流検出部２４０は、誘導電動機運転を行っている第１の電動機１００Ｍの入力段に流れる電流を検出して第１の電流検出信号ＳＩ１を制御部１５０に出力する。そして、第１の電流検出信号ＳＩ１又は第１の回転数検出信号ＳＲ１が入力された制御部１５０は、第１の電動機１００Ｍの運転状態を判定する。この運転状態の判定結果によって、第１の電源供給ライン２２２から第２の電源供給ライン２２４に電源ライン切替部２２０により電源の切り替えを行う。この切り替えによって、第２の電源供給ライン２２４を介してインバータ２３０により周波数変換された商用電源２１０の３相交流電圧が第１の電動機１００Ｍに供給され、誘導電動機運転のまま、定格回転数付近まで昇速する。さらにポンプ負荷が軽くなることで永久磁石同期トルクに引き込まれ永久磁石型同期運転に切り替わる。このように、第１の電動機１００Ｍを誘導電動機運転から永久磁石型同期運転に切り替えることによって、省エネルギ運転が可能となる。
【００５６】
符号Ｔ５においては、例えば、ポンプ負荷が１〜３の場合、すなわちポンプロータに付着した生成物が除去された状態では、ポンプ負荷１（到達）とポンプ負荷３（最大ガス負荷）区間を永久磁石型同期運転にて省エネルギ運転を継続する。このときの状態が定常運転状態である。
【００５７】
符号Ｔ５から符号Ｔ４に移行して、例えば、ポンプ負荷が３．５の場合、すなわち第１の電動機１００Ｍの定常運転時にポンプロータに生成物が付着し、ポンプ負荷が重くなると、永久磁石型同期運転から同期はずれをおこし、誘導電動機運転に運転が切り替わる。このとき、第１の電動機駆動回路２００の第１の回転数検出部２５０は、永久磁石型同期運転を行っている第１の電動機１００Ｍの回転数を検出して第１の回転数検出信号ＳＲ１を制御部１５０に出力する。第１の電流検出部２４０は、永久磁石型同期運転を行っている第１の電動機１００Ｍの入力段に流れる電流を検出して第１の電流検出信号ＳＩ１を制御部１５０に出力する。そして、第１の電流検出信号ＳＩ１又は第１の回転数検出信号ＳＲ１が入力された制御部１５０は、第１の電動機１００Ｍの運転状態を判定する。この運転状態の判定結果によって、第２の電源供給ライン２２４から第１の電源供給ライン２２２に電源ライン切替部２２０により電源の切り替えを行う。この切り替えによって、第１の電源供給ライン２２２を介して商用電源２１０の３相交流電圧が第１の電動機１００Ｍに直接供給される。
【００５８】
符号Ｔ４よりポンプ負荷が重くなる例えば４〜１０（符号Ｔ３、符号Ｔ２、符号Ｔ６）の場合、第１の電動機１００Ｍに第１の電源供給ライン２２２を介して商用電源２１０を直接供給して誘導電動機運転によって高トルクで運転する。定常運転時に万一急激な負荷変動等で永久磁石型同期運転をおこなう第１の電動機１００Ｍが同期はずれを起こした場合、第１の電動機１００Ｍの運転を永久磁石型同期運転から誘導電動機運転に切り替え、商用電源２１０の３相交流電圧を直接第１の電動機１００Ｍに供給することで継続運転が可能となる。その後、再びポンプ負荷が軽くなると第１の電動機１００Ｍの運転を誘導電動機運転から永久磁石型同期運転に切り替えて定常運転状態になる。
【００５９】
上述したように、本発明の第１の実施形態に係る永久磁石と２次導体を合わせもつ第１の電動機１００Ｍは、第１の電動機１００Ｍの運転状態を検出部によって検出し、検出した結果を制御部１５０に出力し、制御部１５０が検出部で検出した結果により第１の電動機１００Ｍの運転状態を判定することで商用電源２１０の直接供給ライン（第１の電源供給ライン２２２）もしくはインバータライン（第２の電源供給ライン２２４）との切り替えを行い、さらにポンプ負荷の大小による永久磁石同期トルクの引き込み、あるいは同期はずれによって永久磁石型同期運転と誘導電動機運転との運転の切り替えを行なうことを可能にしている。第１の電動機１００Ｍへの電源の切り替えと運転状態を始動時と定常運転時で永久磁石型同期運転と誘導電動機運転を切り替えることで、運転性能の改善と電力消費の低減が可能になる。
【００６０】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、本発明に係る容積式の真空ポンプ５００の電動機として、永久磁石を有する第２の電動機２００Ｍと２次導体を有する第３の電動機３００Ｍとを有する場合の構成を例示する。
【００６１】
＜真空ポンプの構成＞
図５は、本発明の第２の実施形態に係る真空ポンプ５００の構成を示す断面図である。図６（ａ）は図５の第２の電動機２００Ｍの部分拡大図であり、（ｂ）は図６（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図７（ａ）は図５の第３の電動機３００Ｍの部分拡大図であり、（ｂ）は図７（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００６２】
図５において、ケーシング１内の第１の回転軸２４０及び第２の回転軸２６０に各々対応する一対のポンプロータを構成するポンプロータ２、２が配設されている。各々のポンプロータ２は両端部近傍で軸受３、３によって支持されている。各々のポンプロータ２は第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍによって回転駆動されるようになっている。各々のポンプロータ２の主軸４の図中の左側端部にはタイミングギア１１が取り付けられており、第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍによって回転駆動された一対の各々のポンプロータ２は、タイミングギア１１によって相互に反転方向に同期回転するようになっている。
【００６３】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２の電動機２００Ｍは第１の回転軸２４０のポンプロータ２、２とは反対側の端部に配置された電動機固定子５０と電動機回転子６０とから構成されている。電動機固定子５０の内側に配置された電動機回転子６０は、複数の永久磁石６１を備えている。図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、第３の電動機３００Ｍは第２の回転軸２６０のポンプロータ２、２とは反対側の端部に配置された電動機固定子７０と電動機回転子８０とから構成されている。電動機固定子７０の内側に配置された電動機回転子８０は、２次導体８１と、電動機回転子４０の両端部に配置された短絡環８２とを備えている。第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍは、後述する制御部２８０の制御により第２の電動機２００Ｍの運転と、第３の電動機３００Ｍの運転と、が切り替えられる。
【００６４】
図５では、各々の一対のポンプロータ２、２間及びケーシング１の内面との間には微小な隙間が形成されており、各ポンプロータ２、２は僅かなクリアランスを保って非接触で回転するようになっている。
【００６５】
上記構成の真空ポンプ５００において、第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍを駆動して各々の一対のポンプロータ２、２を回転することにより、吸気口（図示せず）から吸入されたガスが各々のポンプロータ２、２に従って排気側に移送され、排気口（図示せず）から排気される。
【００６６】
図５において、運転制御装置２７０は、後述する検出部により検出される第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍの運転状態に応じて第２の電動機２００Ｍの運転と第３の電動機の運転を同時に行ない、又は、第２の電動機２００Ｍの運転と第３の電動機３００Ｍの運転を切り替える制御部２８０を備えている。
【００６７】
図５において、第２の電動機２００Ｍは、配線Ｌ１を介して運転制御装置２７０と接続され、第３の電動機３００Ｍは、配線Ｌ２を介して運転制御装置２７０と接続される。配線Ｌ１及びＬ２は第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍの電流値または第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍの回転数を検出するための配線である。
【００６８】
なお、本実施形態では、ルーツ型の真空ポンプ５００を用いる例を示したが、ルーツ型の真空ポンプに限定するものではなく、例えば、スクリュー型の真空ポンプ、または、ロータリーポンプ等に対しても本発明の第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍを併用して用いることは可能である。
【００６９】
＜第２の電動機駆動回路の構成＞
次に、図５の運転制御装置２７０により制御される第２の電動機駆動回路４００の構成例について図８を参照して説明する。
【００７０】
まず、図８に示す第２の電動機駆動回路４００の構成例を参照して説明する。図８において、第２の電動機駆動回路４００は、商用電源（５０／６０Ｈｚ）４１０と、制御部２８０と、インバータ４３０と、第２の電流検出部４４０及び第３の電流検出部４４５と、第２の回転数検出部４５０及び第３の回転数検出部４５５と、を備えている。制御部２８０は、入力段に商用電源４１０が接続され、出力段に第１の電源供給ライン４２２を介して並列にインバータ２３０を介した第２の電動機２００Ｍと第３の電動機３００Ｍとが接続され、第２の電源供給ライン４２４を介してインバータ４３０を介した第２の電動機２００Ｍが接続され、第３の電源供給ライン４２６を介した第３の電動機３００Ｍが接続されている。また、制御部２８０は、第２の電流検出部４４０と第２の回転数検出部４５０及び第３の電流検出部４４５と第３の回転数検出部４５５が接続されている。第２の電流検出部４４０及び第３の電流検出部４４５は、第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍの入力段に流れる電流を検出して第２及び第３の電流検出信号ＳＩ２、ＳＩ３をそれぞれ制御部２８０に出力する。第２の回転数検出部４５０及び第３の回転数検出部４５５は、第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍの回転数を検出して第２及び第３の回転数検出信号ＳＲ２、ＳＲ３を制御部２８０にそれぞれ出力する。制御部２８０は、第２及び第３の電流検出信号ＳＩ２、ＳＩ３又は第２及び第３の回転数検出信号ＳＲ２、ＳＲ３により第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍの運転状態を判定し、その運転状態の判定結果に応じて上記第２の電動機２００Ｍの運転と第３の電動機３００Ｍの運転を同時に行ない、又は、第２の電動機２００Ｍの運転と第３の電動機３００Ｍの運転を切り換える。制御部２８０は、第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍの電源を切り替えるため電源ライン切替部４２０を備える。制御部２８０は、第２の電動機２００Ｍの運転状態及び第３の電動機３００Ｍの運転状態に応じて、第２の電動機２００Ｍの運転と第３の電動機３００Ｍの運転を同時に行なう場合は第１の電源供給ライン４２２を第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍの双方に接続するように、電源ライン切替部４２０を切り替える。また、制御部２８０は、第２の電動機２００Ｍの運転のみを行う場合は第２の電源供給ライン４２４を第２の電動機２００Ｍに接続するように、電源ライン切替部４２０を切り替え、第３の電動機３００Ｍの運転のみを行う場合は第３の電源供給ライン４２２を第３の電動機３００Ｍに接続するように電源ライン切替部４２０を切り替える。この制御部２８０による電源ライン切替部４２０の切り替え動作により、第２の電動機２００Ｍの運転及び第３の電動機３００Ｍの運転を同時に行う場合は第１の電源供給ライン４２２を介してインバータ４３０により周波数変換された商用電源４１０の３相交流電圧が第２の電動機２００Ｍに供給され、この３相交流電圧が第３の電動機３００Ｍに直接供給される。また、第２の電動機２００Ｍの運転のみを行う場合は第２の電源供給ライン４２４を介してインバータ４３０により周波数変換された３相交流電圧が第２の電動機２００Ｍに供給され、第３の電動機３００Ｍの運転のみを行う場合は第３の電源供給ライン４２６を介して商用電源４１０の３相交流電圧が第３の電動機３００Ｍに直接供給される。
【００７１】
なお、本発明に係る第２の実施形態では、第２の電動機駆動回路４００の構成として図８に示す構成例を示したが、これらの回路構成に限定されるものではなく、他の回路構成を用いてもよい。
【００７２】
＜第２の電動機及び第３の電動機の動作例＞
次に、運転制御装置２７０において実行される第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍの上記運転切り替え動作について図９を参照して説明する。
【００７３】
図９は、真空ポンプ５００の運転状態と第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍの上記運転切り替え動作との関係を示す図である。この図９において、縦軸は第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍの回転速度を示し、横軸は真空ポンプ５００の負荷状態（以下、ポンプ負荷という）を示している。この場合、ポンプ負荷は数値化（例えば、０〜１３．５）して示しており、その数値が大きい程、ポンプ負荷は大きいものとする。
【００７４】
また、図９では、第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍを同時に始動させてから運転状態を切り替えて第２の電動機２００Ｍのみを運転させる定常運転状態になり、定常運転状態から過負荷運転状態になるまでの遷移状態を、図中に示す符号Ｔ１〜Ｔ５と、この符号間を結ぶ実線により示している。この時、ポンプ負荷の最小値、すなわちポンプロータの生成物が除去され、ポンプ負荷がない状態を０とし、ポンプ負荷の最大値、すなわち、ポンプロータに生成物が付着し、ポンプ負荷が重い状態を１３．５とする。
【００７５】
図９に示す符号Ｔ１においては、ポンプ負荷が例えば１３．５、すなわちポンプロータ２に生成物が付着し、ポンプ負荷が重い状態である。この場合、始動時として第２の電動機２００Ｍの運転と第３の電動機３００Ｍの運転を併用して行うことにする。始動時に第２の電動機２００Ｍの運転と第３の電動機３００Ｍの運転を併用して行うため、ポンプロータに生成物が付着し生成物が付着しポンプ負荷が重い状態であっても、高トルクでの始動が可能となる。
【００７６】
符号Ｔ２においては、ポンプ負荷が例えば３．５、すなわち始動時からの回転速度上昇とともに生成物が除去されポンプ負荷が軽くなることによって、符号Ｔ２の電源切り替えポイントである誘導機同期回転数まで上昇する。このとき、第２の電動機駆動回路４００の第２の回転数検出部４５０及び第３の回転数検出部４５５は、第２の電動機２００Ｍと第３の電動機３００Ｍの併用運転している第２の電動機２００Ｍと第３の電動機３００Ｍの回転数をそれぞれ検出して第２及び第３の回転数検出信号ＳＲ２、ＳＲ３を制御部２８０に出力する。第２の電流検出部４４０及び第３の電流検出部４４５は、第２の電動機２００Ｍの運転と第３の電動機３００Ｍの併用運転している第２の電動機２００Ｍの入力段と第３の電動機３００Ｍの入力段の電流をそれぞれ検出して第２及び第３の電流検出信号ＳＩ２、ＳＩ３をそれぞれ制御部２８０に出力する。そして、第２及び第３の電流検出信号ＳＩ２、ＳＩ３又は第２及び第３の回転数検出信号ＳＲ２、ＳＲ３がそれぞれ入力された制御部２８０は、第２の電動機２００Ｍと第３の電動機３００Ｍの運転状態を判定する。この運転状態の判定結果によって、第２の電動機２００Ｍと第３の電動機３００Ｍの併用運転を行っている第１の電源供給ライン４２２から第２の電動機２００Ｍの永久磁石型同期運転のみを行う第２の電源供給ライン４２４に電源ライン切替部４２０により電源の切り替えを行う。この切り替えによって、第２の電源供給ライン４２４を介してインバータ４３０により周波数変換された３相交流電圧が第２の電動機２００Ｍのみに供給される。このように、第２の電動機２００Ｍと第３の電動機３００Ｍとの併用運転から第２の電動機２００Ｍの永久磁石型同期運転に切り替えることによって、永久磁石型同期運転で定格回転数まで昇速させて運転するため、定格運転時は永久磁石型同期電動機による省エネルギ運転が可能となる。
【００７７】
符号Ｔ３においては、例えば、ポンプ負荷が３の場合、第２の電動機駆動回路４００のインバータ４３０制御により誘導機同期回転数から定格回転数まで上昇させる。
【００７８】
符号Ｔ４においては、例えば、ポンプ負荷が１〜３の場合、すなわちポンプロータに付着した生成物が除去された状態では、ポンプ負荷１（到達）とポンプ負荷３（最大ガス負荷）区間を永久磁石型同期運転にて省エネルギ運転する。このときの状態が定常運転状態である。
【００７９】
なお、符号Ｔ１１においては、例えば、ポンプ負荷が３．５の場合、すなわちポンプロータに生成物が付着していないため、第２の電動機２００Ｍの運転のみで始動している。その後、第２の電動機駆動回路４００のインバータ４３０制御により定格回転数まで上昇させている。
【００８０】
符号Ｔ３から符号Ｔ２に移行して、例えば、ポンプ負荷が３．５の場合、すなわち第２の電動機２００Ｍの定常運転時にポンプロータに生成物が付着し、ポンプ負荷が重くなると、第２の電動機駆動回路４００のインバータ４３０制御により誘導機同期回転数まで第２の電動機２００Ｍの回転数を低下させる。このとき、第２の電動機駆動回路４００の第２の回転数検出部４５０は、永久磁石型同期運転を行っている第２の電動機２００Ｍの回転数を検出して第２の回転数検出信号ＳＲ２を制御部２８０に出力する。第２の電流検出部４４０は、永久磁石型同期運転を行っている第２の電動機２００Ｍの入力段に流れる電流を検出して第２の電流検出信号ＳＩ２を制御部２８０に出力する。そして、第２の電流検出信号ＳＩ２又は第２の回転数検出信号ＳＲ２が入力された制御部２８０は、第２の電動機２００Ｍの運転状態を判定する。この運転状態の判定結果によって、永久磁石型同期運転と誘導電動機運転を併用して行うように電源ライン切替部４２０により電源の切り替えを行う。この切り替えによって、第１の電源供給ライン４２２を介してインバータ４３０により周波数変換された商用電源４１０の３相交流電圧が第２の電動機２００Ｍに供給され、この３相交流電圧が第３の電動機３００Ｍに直接供給される。
【００８１】
符号Ｔ２よりポンプ負荷が重くなる、例えば３．５〜１３．５（符号Ｔ２、符号Ｔ５）の場合、第１の電動機２００Ｍと第２の電動機３００Ｍを併用運転し高トルク運転する。定常運転時に万一急激な負荷変動等で永久磁石同期トルクを超える負荷が生じた場合には、第２の電動機２００Ｍと第３の電動機３００Ｍの併用運転を行うことで継続運転が可能となる。その後、第２の電動機２００Ｍ単独による永久磁石型同期運転に切り替えて定常運転状態になる。
【００８２】
上述したように、本発明の第２の実施形態に係る第２の電動機２００Ｍと第３の電動機３００Ｍは、第２の電動機２００Ｍと第３の電動機３００Ｍとが併用運転している運転状態を検出部によってそれぞれ検出し、検出した結果をそれぞれ制御部２８０に出力し、制御部２８０が検出部で検出した結果により第２の電動機２００Ｍ及び第３の電動機３００Ｍの運転状態を判定することで永久磁石型同期運転と誘導電動機運転との併用運転と永久磁石型同期運転のみの運転に切り替えることを可能にしている。始動時に第２の電動機２００Ｍと第３の電動機３００Ｍにより併用運転を行い、定常運転時に第２の電動機２００Ｍのみの運転に切り替えることで、運転性能の改善と電力消費の低減が可能になる。
【符号の説明】
【００８３】
２０…回転軸、３０…電動機固定子、４０…電動機回転子、１００Ｍ…誘導電動機、１２０…真空ポンプ、１４０…運転制御部、１５０…制御部
【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図９】
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