(57)【要約】【課題】２段式の真空ポンプにおいて、定常運転中に発生した回生エネルギーを有効利用し、過負荷トリップ並びに過電圧トリップの発生を抑制することのできる真空ポンプの制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】第１のモータ５２を駆動する第１のモータ駆動手段５と、第２のモータ５４を駆動する第２のモータ駆動手段６と、第１のモータ駆動手段５または前記第２のモータ駆動手段６に生じた回生電力を抽出する回生電力抽出手段４と、第１のモータ駆動手段５及び第２のモータ駆動手段６の動作制御を行う制御手段２０とを備え、第１のモータ駆動手段５と第２のモータ駆動手段６とは、回生電力抽出手段４に対し並列に接続され、制御手段２０は、回生電力抽出手段４が第１のモータ駆動手段５と第２のモータ駆動手段６のいずれか一方から抽出した回生電力を他方のモータ駆動手段に供給するよう制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のポンプの排気を第２のポンプにより吸気し排気する２段式真空ポンプにおいて、各ポンプのスクリューロータを夫々回転させる第１のモータ及び第２のモータの制御を行う真空ポンプの制御装置であって、
前記第１のモータを駆動する第１のモータ駆動手段と、前記第２のモータを駆動する第２のモータ駆動手段と、前記第１のモータ駆動手段または前記第２のモータ駆動手段に生じた回生電力を抽出する回生電力抽出手段と、前記第１のモータ駆動手段及び第２のモータ駆動手段の動作制御を行う制御手段とを備え、
前記第１のモータ駆動手段と前記第２のモータ駆動手段とは、前記回生電力抽出手段に対し並列に接続され、
前記制御手段は、前記回生電力抽出手段が前記第１のモータ駆動手段と前記第２のモータ駆動手段のいずれか一方から抽出した回生電力を他方のモータ駆動手段に供給するよう制御を行うことを特徴とする真空ポンプの制御装置。
【請求項２】
第１のポンプの排気を第２のポンプより吸気し排気する２段式真空ポンプにおいて、各ポンプのスクリューロータを夫々回転させる第１のモータ及び第２のモータの制御を行う真空ポンプの制御方法であって、
前記第１のモータを駆動する第１のモータ駆動手段と、前記第２のモータを駆動する第２のモータ駆動手段のいずれか一方に生じた回生電力を抽出し、
前記抽出された回生電力を他方のモータ駆動手段に供給することを特徴とする真空ポンプの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ポンプの制御装置及び制御方法に関し、特に２段式の真空ポンプにおいて定常運転中に発生した回生エネルギーを有効に利用することのできる真空ポンプの制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ分子ポンプ等の真空ポンプは、スクリューロータが高速回転することにより排気を行い、接続されたチャンバ等を真空状態とする。
このような真空ポンプにおいて、例えば高速状態のロータの回転を停止しようとすると、減速に伴い回生エネルギーが発生する。この回生エネルギーは、ロータの回転を急停止しようとしたときに、モータ制御を行うインバータ出力（周波数）よりもモータの実速度が速い状態となることにより生じる。
すなわち回生とは、モータが発電機として作用し、それにより生じたエネルギーをインバータに返そうとする状態をいう。
【０００３】
また、この回生エネルギーは、従来から真空ポンプにおいて、例えば電気エネルギーに変換され、磁気浮上式ターボ分子ポンプの磁気軸受、排気室加熱ヒータ及び潤滑油ポンプの補助電源として利用されている（特許文献１乃至特許文献４）。
【特許文献１】特開平１−３０１９９９号公報
【特許文献２】特開平２−４２１９６号公報
【特許文献３】特開２００２−１８０９９０号公報
【特許文献４】特開２００２−２８５９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで図６に示す２段式真空ポンプの構成において、ブースタポンプＢＰに急激なプロセスガスの流入が生じると、メインポンプＭＰにおいて、回生電力が生じる。
即ち、図４のフロー並びに図５のグラフを用いて説明すると、定常運転中（ステップＳ１）に、プロセスガスの流れ込み増加等により急激な負荷変動が発生した場合（ステップＳ２）、前段にあるブースタポンプＢＰでは負荷が増加し、スクリューロータ５１を回転させるモータ５２の回転数が減少する（ステップＳ３）。
【０００５】
ブースタポンプＢＰでは、低下したモータ５２の回転数を定格回転数に戻すために加速状態となり、これにより所定以上の大きな電力消費が発生した場合（ステップＳ４）、過負荷トリップ状態となり（ステップＳ５）、電力消費が所定の許容値以内であれば、定常運転となる（ステップＳ６）。
【０００６】
一方、メインポンプＭＰでは、ブースタポンプＢＰへのガスの流れ込み増大により過大な負荷変動が発生すると（ステップＳ２）、ブースタポンプＢＰからのガスの流れ込みが増加する。このため、ブースタポンプＢＰとメインポンプＭＰとを結ぶ中間配管６５内の圧力と、メインポンプＭＰ内の圧力差が小さくなり、メインポンプＭＰの負荷が減少する。負荷が減少すると、それまでの負荷に対応してモータ制御がなされていたため、瞬間的にスクリューロータ５３を回転させるモータ５４の回転数が増加する（ステップＳ７）。
【０００７】
これによりインバータ回路はメインポンプＭＰのモータ５４を減速制御するが、そこで回生電力が発生し、その値が許容内であれば通常運転に戻り（ステップＳ６）、所定の許容値を超えていれば過電圧トリップ発生状態となる（ステップＳ９）。
このように、２段式真空ポンプの場合、停止制御時だけでなく、運転中においてもプロセスガスをブースタポンプ（ＢＰ）で大量に吸引した際にメインポンプ（ＭＰ）で回生エネルギーが発生していた。
しかしながら、その回生エネルギーは有効に利用されることなく熱エネルギーに変換され消費されていた。
【０００８】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、２段式の真空ポンプにおいて、定常運転中に発生した回生エネルギーを有効利用し、過負荷トリップ並びに過電圧トリップの発生を抑制することのできる真空ポンプの制御装置及び制御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】
【０００９】
前記した課題を解決するために、本発明に係る真空ポンプの制御装置は、第１のポンプの排気を第２のポンプにより吸気し排気する２段式真空ポンプにおいて、各ポンプのスクリューロータを夫々回転させる第１のモータ及び第２のモータの制御を行う真空ポンプの制御装置であって、前記第１のモータを駆動する第１のモータ駆動手段と、前記第２のモータを駆動する第２のモータ駆動手段と、前記第１のモータ駆動手段または前記第２のモータ駆動手段に生じた回生電力を抽出する回生電力抽出手段と、前記第１のモータ駆動手段及び第２のモータ駆動手段の動作制御を行う制御手段とを備え、前記第１のモータ駆動手段と前記第２のモータ駆動手段とは、前記回生電力抽出手段に対し並列に接続され、前記制御手段は、前記回生電力抽出手段が前記第１のモータ駆動手段と前記第２のモータ駆動手段のいずれか一方から抽出した回生電力を他方のモータ駆動手段に供給するよう制御を行うことに特徴を有する。
【００１０】
例えば、第１のポンプに急激なプロセスガスの流入により急激な負荷が生じた場合、低下した第１のモータの回転数を定格回転数に戻すために加速状態となり、これにより所定の電力が必要となる。一方、第２のポンプでは、瞬間的に負荷が小さくなるために第２のモータの回転数が上昇し、これにより回生電力が発生する。
しかしながら、本発明に係る構成によれば、第１のモータ駆動手段と前記第２のモータ駆動手段とは、前記回生電力抽出手段に対し並列に接続されているため、第１のポンプに急激な負荷が生じた場合等に、第２のモータ駆動手段において発生した前記回生電力が第１のモータ駆動手段において必要な電力として消費される。
よって、急激な負荷変動の発生に拘わらず、第１のモータ駆動手段及び第２のモータ駆動手段の電圧は略一定に維持され、従来のように過負荷トリップ或いは過電圧トリップといった現象を回避することができる。
【００１１】
また、前記した課題を解決するために、本発明に係る真空ポンプの制御方法は、第１のポンプの排気を第２のポンプより吸気し排気する２段式真空ポンプにおいて、各ポンプのスクリューロータを夫々回転させる第１のモータ及び第２のモータの制御を行う真空ポンプの制御方法であって、前記第１のモータを駆動する第１のモータ駆動手段と、前記第２のモータを駆動する第２のモータ駆動手段のいずれか一方に生じた回生電力を抽出し、前記抽出された回生電力を他方のモータ駆動手段に供給することに特徴を有する。
【００１２】
例えば、第１のポンプに急激なプロセスガスの流入により急激な負荷が生じた場合、低下した第１のモータの回転数を定格回転数に戻すために加速状態となり、これにより所定の電力が必要となる。一方、第２のポンプでは、瞬間的に負荷が小さくなるために第２のモータの回転数が上昇し、これにより回生電力が発生する。
しかしながら、本発明に係る制御方法によれば、例えば第１のポンプに急激な負荷が生じた場合等に、第２のモータ駆動手段において発生した前記回生電力が第１のモータ駆動手段において必要な電力として消費される。
よって、急激な負荷変動の発生に拘わらず、第１のモータ駆動手段及び第２のモータ駆動手段の電圧は略一定に維持され、従来のように過負荷トリップ或いは過電圧トリップといった現象を回避することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、２段式の真空ポンプにおいて、定常運転中に発生した回生エネルギーを有効利用し、過負荷トリップ並びに過電圧トリップの発生を抑制することのできる真空ポンプの制御装置及び制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る真空ポンプの制御装置の実施の形態について図面に基づき説明する。図１は本発明に係る真空ポンプの制御装置の実施の形態を模式的に示す断面図である。
尚、図１に示す真空ポンプの制御装置１００は、既に図６に示したような２段式真空ポンプ２００に適用することができる。
【００１５】
図示するように、この真空ポンプの制御装置１００は、商用（三相交流）の周波数帯域を有する交流電源１０１からモータ５２（第１のモータ）並びにモータ５４（第２のモータ）が所定の回転数を得るよう電力変換するインバータ回路１と、このインバータ回路１１０を制御する制御部２０（制御手段）とで構成される。
尚、図６に示すように、モータ５２は、ブースタポンプＢＰ（第１のポンプ）のスクリューロータ５１を回転させるモータであり、モータ５４は、メインポンプＭＰ（第２のポンプ）のスクリューロータ５３を回転させるモータである。
【００１６】
インバータ回路１は、交流電源１０１の電力を直流化する整流器２と、整流器２によって直流化された電流を所定の値に平滑化する直流平滑コンデンサ３とを備える。また、モータ５２に接続され、このモータ５２に所定の電力を供給するインバータユニット５（第１のモータ駆動手段）と、モータ５４に接続され、このモータ５４に所定の電力を供給するインバータユニット６（第２のモータ駆動手段）とを備えている。さらには、直流平滑コンデンサ３の出力とインバータユニット５、６の電圧値とに基づき、インバータユニット５、６の電圧が所定の値を超えているか否かを検出する過電圧検出回路４（回生電力抽出手段）を備えている。
尚、インバータユニット５とインバータユニット６とは、過電圧検出回路４に対し並列に接続されている。
【００１７】
続いて、このように構成された真空ポンプの制御装置１が制御する２段式真空ポンプ２００（図６参照）において、過大な負荷が生じた場合の制御装置１の動作を図２のフロー並びに図３のグラフを用いて説明する。
【００１８】
定常運転中（ステップＳＴ１）に、プロセスガスの流れ込み増加等により急激な負荷変動が発生した場合（ステップＳＴ２）、前段にあるブースタポンプＢＰでは負荷が増加し、モータ５２の回転数が減少する（ステップＳＴ３）。
ブースタポンプＢＰでは、低下したモータ５２の回転数を定格回転数に戻すために加速状態となり、所定の消費電力が発生する（ステップＳＴ５）。
【００１９】
一方、メインポンプＭＰでは、ブースタポンプＢＰへのガスの流れ込み増大により過大な負荷変動が発生すると（ステップＳＴ２）、ブースタポンプＢＰからのガスの流れ込みが増加する。
このため、ブースタポンプＢＰとメインポンプＭＰとを結ぶ中間配管６５内の圧力と、メインポンプＭＰ内の圧力差が小さくなり、メインポンプＭＰの負荷が減少する。負荷が減少すると、それまでの負荷に対応して制御部２０によるモータ制御がなされていたため、瞬間的にモータ５４の回転数が増加する（ステップＳＴ４）。
これによりインバータユニット６は、制御部２０の制御によりメインポンプＭＰのモータ５４を減速制御するが、減速により回生電力が発生する。
【００２０】
ここでインバータユニット６は、図１に示すようにインバータユニット５に並列に接続されている。
このため、過電圧検出回路４によって検出されたインバータユニット６の回生電力は、制御部２０の制御によりステップＳＴ５で必要となるインバータユニット５での電力消費に用いられる（ステップＳＴ５）。
したがって、インバータユニット６の電圧は、図３のグラフに示すように過大に上昇することなく定常運転が継続される（ステップＳＴ６）。
【００２１】
以上のように、本発明に係る実施の形態によれば、ブースタポンプＢＰに急激な負荷が生じた場合等には、インバータユニット６において回生電力が生じる一方、インバータユニット５において前記回生電力に応じた所定の電力がより必要となる。
しかしながら、本発明にかかる制御装置１においては、モータ５２の駆動を行うインバータユニット５とモータ５４の駆動を行うインバータユニット６とが、過電圧検出回路４に対し並列に接続されている。このため、インバータユニット６において発生した前記回生電力はインバータユニット５において必要な電力として消費される。
よって、急激な負荷変動の発生に拘わらず、インバータユニット５、６の電圧は略一定に維持され、従来のように過負荷トリップ或いは過電圧トリップといった現象を回避することができる。
【００２２】
尚、本願発明は特にブースタポンプとして容積圧縮し排気するスクリュー式真空ポンプを用いた場合に効果的である。
即ち、容積圧縮して排気するスクリュー式真空ポンプをブースタポンプとして用いた場合、メインポンプとしてのスクリュー式真空ポンプも小型となるので、プロセスガスの流れ込みの増加等によりメインポンプの排気が間に合わず、特に中間配管の圧縮が急激に上がり易いためである。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、半導体製造工程等のプロセスガスを流す工程で使用するスクリューロータを備える真空ポンプに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明に係る真空ポンプの制御装置の実施の形態を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、図１の制御装置が制御する２段式真空ポンプにおいて過大な負荷が生じた場合の制御装置の動作を示すフローである。
【図３】図３は、図２のフローに対応するブースタポンプ並びにメインポンプの状態を示すグラフである。
【図４】図４は、従来の制御装置が制御する２段式真空ポンプにおいて過大な負荷が生じた場合の制御装置の動作を示すフローである。
【図５】図５は、図４のフローに対応するブースタポンプ並びにメインポンプの状態を示すグラフである。
【図６】図６は、２段式真空ポンプの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１            インバータ回路
２            整流器
３            直流平滑コンデンサ
４            過電圧検出回路（回生電流抽出手段）
５            インバータユニット（第１のモータ駆動手段）
６            インバータユニット（第２のモータ駆動手段）
２０          制御部（制御手段）
５１          スクリューロータ
５２          モータ（第１のモータ）
５３          スクリューロータ
５４          モータ（第２のモータ）
６５          中間配管
１００        真空ポンプの制御装置
１０１        交流電源
２００        ２段式真空ポンプ
ＢＰ          ブースタポンプ（第１のポンプ）
ＭＰ          メインポンプ（第２のポンプ）
【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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