JP2020176542A - Vacuum pump and start-up control program for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空ポンプおよびその起動制御プログラムに関する。 The present invention relates to a vacuum pump and its activation control program.
特許文献1には、グリースや潤滑油が充填された転がり軸受を用いた真空ポンプが開示されている。
真空ポンプの使用状況に起因して、ポンプロータの回転抵抗が大きくなり、ポンプが起動不良を起こすことがある。とくに、グリースや潤滑油が充填された転がり軸受を用いた真空ポンプでは、長期保管などにより軸受にグリースや潤滑油の供給が不十分になると転がり抵抗が大きくなり、ポンプが正常に起動しないことがある。
大きな起動電流を通電すれば起動不良は解消できるが、電源系統が大きくなるという問題がある。
Due to the usage status of the vacuum pump, the rotational resistance of the pump rotor may increase, causing the pump to start poorly. In particular, in vacuum pumps that use rolling bearings filled with grease or lubricating oil, rolling resistance increases when the supply of grease or lubricating oil to the bearings becomes insufficient due to long-term storage, and the pump may not start normally. is there.
If a large starting current is applied, the starting failure can be resolved, but there is a problem that the power system becomes large.
本発明の第1の態様による真空ポンプは、回転側排気機能部および回転軸を有する回転体と、固定側排気機能部と、前記回転体を支承する軸受と、前記回転体を回転駆動するモータと、前記モータの起動時に、ポンプ起動が正常か否かを判定し、正常でないと判定されると前記モータへ印加する電流値を増加させるモータ制御部とを備える。
本発明の第2の態様による真空ポンプの起動制御プログラムは、軸受で支承された回転体をモータで駆動することにより固定側排気機能部に対して回転側排気機能部を回転させて真空排気する真空ポンプのモータを制御するプログラムであって、前記真空ポンプの起動が正常か否かを判定することと、前記起動が正常でないと判定されたとき、前記モータへ印加する電流を増量することと、前記電流制御処理で前記モータへ印加する電流を増量した後、再度、前記ポンプの起動が正常か否かを判定することとをコンピュータに実行させる。
The vacuum pump according to the first aspect of the present invention includes a rotating body having a rotating side exhaust function unit and a rotating shaft, a fixed side exhaust function unit, a bearing that supports the rotating body, and a motor that rotationally drives the rotating body. And, when the motor is started, it is determined whether or not the pump is started normally, and if it is determined that the pump is not started normally, a motor control unit that increases the current value applied to the motor is provided.
In the start control program of the vacuum pump according to the second aspect of the present invention, the rotating body supported by the bearing is driven by a motor to rotate the rotating side exhaust function unit with respect to the fixed side exhaust function unit to exhaust the vacuum. A program that controls the motor of a vacuum pump to determine whether or not the start of the vacuum pump is normal, and to increase the amount of current applied to the motor when it is determined that the start is not normal. After increasing the amount of current applied to the motor in the current control process, the computer is made to determine again whether or not the start of the pump is normal.
本発明によれば、ポンプ起動不良を簡単な構成、アルゴリズムで防止することができる。 According to the present invention, a pump start failure can be prevented by a simple configuration and algorithm.
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。
−第1の実施形態−
図1は本発明に係る真空ポンプの第1の実施形態を示す図であり、ターボ分子ポンプの断面図である。
図1に示すターボ分子ポンプ1は、排気機能部として、タービン翼を備えたターボポンプ部と、螺旋型の溝を備えたHolweckポンプ部とを備えている。もちろん、本発明は、排気機能部にターボポンプ部およびHolweckポンプ部を備えた真空ポンプに限らず、タービン翼のみを備えた真空ポンプや、ジーグバーンポンプやHolweckポンプなどのドラッグポンプのみを備えた真空ポンプや、それらを組み合わせた真空ポンプにも適用することができる。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
− First Embodiment −
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a vacuum pump according to the present invention, and is a cross-sectional view of a turbo molecular pump.
The turbo
ターボポンプ部は、ポンプ筐体内に収容され、ポンプロータ3に形成された複数段の回転翼30と、回転翼30に対して交互に配置された複数段の固定翼20とで構成される。ポンプ筐体は、ベース2と、ベース2に積層されたケーシング12とを有する。一方、ターボポンプ部の下流側に設けられたHolweckポンプ部は、ポンプロータ3に形成されたロータ円筒部31aと、ポンプ筐体1側に配置されたステータ円筒部21aとで構成されている。ロータ円筒部31aとステータ円筒部21aの対向面のいずれか一方、または双方にはねじ溝が形成されている。
The turbopump unit is housed in a pump housing and is composed of a plurality of stages of
ポンプロータ3はモータ4によって回転駆動される。モータ4のモータロータ4aは、ポンプロータ3の下側のシャフト部10aに設けられている。モータステータ4bは、ベース2のモータハウジング部2aに固定されている。ポンプロータ3は、複数の永久磁石6a,6bで構成される永久磁石磁気軸受6とメカニカルなベアリング8とにより、回転自在に支持されている。
The
モータステータ4bには、ケーシング12の側面に対向してベース2に設けたコントローラ50から、配線4cを介して電力が供給される。配線4cは、ベース2に取り付けられたハーメチックシールコネクタ26に接続され、ハーメチックシールコネクタ26はコントローラ50に内蔵する電源回路などに接続されている。
Electric power is supplied to the
永久磁石6a,6bは、軸方向に磁化されたリング状の永久磁石である。回転するポンプロータ3側に設けられた複数の永久磁石6aは、同極同士が対向するように軸方向に複数配置されている。一方、固定側の複数の永久磁石6bは、ポンプケーシング12に固定された磁石ホルダ11に装着されている。これらの永久磁石6bも、同極同士が対向するように軸方向に複数配置されている。
The
ポンプロータ3に設けられた永久磁石6aの軸方向位置は、その内周側に配置された永久磁石6bの位置よりも若干上側となるように設定されている。すなわち、回転側の永久磁石6aの磁極は、固定側の永久磁石6bの磁極に対して軸方向吸気口側に所定量だけずれている。この所定量の大きさによって、永久磁石磁気軸受6の支持力が異なる。図1に示す例では、永久磁石6aの方が図示上側に配置されているので、永久磁石6aと永久磁石6bとの反発力により、ラジアル方向の支持力と軸方向上向きの(ポンプ吸気口方向)力とがポンプロータ3に働いている。
The axial position of the
磁石ホルダ11の内周側には、ベアリング9が保持されている。ベアリング9は、シャフト上部のラジアル方向の振れを制限するタッチダウンベアリングとして機能するものである。ポンプロータ3が定常回転している状態では、ポンプロータ3の上側のシャフト部10bとベアリング9とが接触することはなく、大外乱が加わった場合や、回転の加速時または減速時にポンプロータ3の振れ回りが大きくなった場合に、シャフト部10bがベアリング9の内輪に接触する。ベアリング8,9には、例えば深溝玉軸受が用いられる。
A
ボールベアリング8はベアリングホルダ14によって保持されており、そのベアリングホルダ14がベース2にボルトで固定されている。ベアリング8はダンパー等を介してベアリングホルダ14に保持され、ベアリングホルダ14に螺合している図示しないナットを締め付けることによって、ベアリング8の外輪がベアリングホルダ14に保持される。ベアリング8の内輪はシャフト部10a側に固定されている。
The ball bearing 8 is held by a
ボールベアリング8にはグリースや潤滑油が充填されている。詳細は図示を省略するが、ボールベアリング8の外輪は、ベアリングホルダ14内に設けられているダンパーで保持されている。ダンパーは、スラストダンパゴム、ラジアルダンパゴム、グリース充填部などを備える。
The
コントローラ50は、ターボ分子ポンプ1に電力を供給する電源ユニットであり、電源回路、モータ回転制御回路51、温度制御回路など、各種制御回路を備えている。コントローラ50内に設けられているモータ回転制御回路51は、ポンプ起動指令が入力されると、予め設定されているモータ目標電流をモータ4に印加する。このモータ目標電流は、ボールベアリング8の転がり抵抗などの駆動抵抗が設計値であるときに、所定時間でポンプが定常回転で回転することが可能な値である。
The controller 50 is a power supply unit that supplies electric power to the turbo
図1に示したターボ分子ポンプ1は、潤滑式ボールベアリング8でポンプロータ3を支承する構造である。このようなターボ分子ポンプ1では、長期保管などによりボールベアリング8にグリースや潤滑油の供給が不十分になると転がり抵抗が大きくなり、ポンプが起動しないことがある。ポンプ起動不良が発生した場合、実施形態のターボ分子ポンプ1では、起動時のモータ目標電流を短時間の間、一定値だけ増加させて起動を試みる。モータ目標電流を増加してもポンプが起動しない場合、モータ目標電流をさらに短時間の間、一定値だけ増加させる。たとえば、2回増加しても起動しないときは警告する。
The turbo
図2は、ポンプ起動制御処理を示すフローチャートである。この処理は、モータ回転制御回路51に実装したCPU,FGPAなどの演算処理装置がポンプ制御プログラムを実行して行われる。
ポンプ起動指令が入力されると、このプログラムがスタートする。ステップS1において、予め設定された目標電流をモータ4に通電するようにインバータなどの電流制御素子を駆動する。予め設定された目標電流は初期目標電流値Isである。ステップS2でポンプが正常に起動したか否かを第1の判定条件で判断する。たとえば、ステップS2において、起動開始後、10分経過時(図4Bの時刻t1)の回転数が正常時の回転数(図4Bの回転数Nt1)の60%以上であれば正常であるとみなし60%未満は起動不良とする。この判定処理に用いる所定時間(起動開始からの経過時間)とポンプ回転数の起動判定閾値は、予め事前に設定される。
実施の形態の判定処理に用いられる基準値(起動判定閾値)は、モータが正常に増速する際の回転数(以下、正常回転数)に対する割合が60%とする。
FIG. 2 is a flowchart showing a pump start control process. This processing is performed by an arithmetic processing unit such as a CPU or FGPA mounted on the motor rotation control circuit 51 by executing a pump control program.
This program starts when the pump start command is input. In step S1, a current control element such as an inverter is driven so as to energize the
The reference value (startup determination threshold value) used in the determination process of the embodiment is 60% of the rotation speed (hereinafter, normal rotation speed) when the motor normally accelerates.
ステップS2が肯定判定されると、ステップS3において通常運転処理に進む。ステップS2が否定されるとステップS4に進み、初期目標電流値Isに所定増加分α1を加算するように電源回路の電流制御素子を駆動制御する。初期目標電流値Isに所定増加分α1を加算した電流値Ira(=Is+α1)は、補正後第1目標電流Iraである。ステップS4で補正後第1目標電流Iraをモータ4に通電した後にステップS5に進み、ポンプが正常に起動したか否かを判定する。
If the affirmative determination is made in step S2, the process proceeds to the normal operation process in step S3. If step S2 is denied, the process proceeds to step S4, and the current control element of the power supply circuit is driven and controlled so as to add a predetermined increase α1 to the initial target current value Is. The current value Ira (= Is + α1) obtained by adding the predetermined increase α1 to the initial target current value Is is the corrected first target current Ira. After the correction in step S4, the first target current Ira is applied to the
ステップS5の判定処理はステップS2の判定処理とは異なる。ステップS2で起動不良と判定される第1の判定条件は、時刻t1におけるポンプ回転数が正常回転数の70%である第1の判定閾値(起動判定閾値)に達しているか否かという条件である。起動不良と判定されて進むステップS4で補正後第1目標電流Iraを通電すると、ポンプ回転数はそれまでの加速度より大きな加速度で増速する。ステップS5の起動判定処理では、電流を増加させた後、所定時間経過後(図4Bの時刻t2)に正常回転数の70%に達していれば正常起動したと判定する。時刻t2の正常回転数の70%が第2の起動判定閾値である。 The determination process in step S5 is different from the determination process in step S2. The first determination condition for determining the start failure in step S2 is whether or not the pump rotation speed at time t1 has reached the first determination threshold value (startup determination threshold value) which is 70% of the normal rotation speed. is there. When the corrected first target current Ira is energized in step S4, which is determined to be a start failure and proceeds, the pump rotation speed increases at an acceleration larger than the acceleration up to that point. In the start determination process of step S5, after increasing the current, if it reaches 70% of the normal rotation speed after a lapse of a predetermined time (time t2 in FIG. 4B), it is determined that the start is normal. 70% of the normal rotation speed at time t2 is the second activation determination threshold value.
上述したように、ステップS2において、起動開始から所定時間経過した判定時刻t1(図4B)のポンプ回転数が正常回転数の60%未満のときは起動不良と判定する。そして、ステップS5において、起動開始から所定時間経過した判定時刻t2(図4B)のポンプ回転数が正常回転数の70%以上であれば、すなわち第2の判定条件で正常と判定されていれば、起動が正常であると判定される。 As described above, in step S2, when the pump rotation speed at the determination time t1 (FIG. 4B) when a predetermined time has elapsed from the start of the start is less than 60% of the normal rotation speed, it is determined that the start is defective. Then, in step S5, if the pump rotation speed at the determination time t2 (FIG. 4B) after a predetermined time has elapsed from the start of startup is 70% or more of the normal rotation speed, that is, if it is determined to be normal under the second determination condition. , It is determined that the startup is normal.
ステップS5が肯定判定されるとステップS3に進み通常運転処理を実行する。ステップS5が否定されるとステップS6に進み、初期目標電流値Isに所定増加分β1を加算するように電流制御素子を駆動制御する。第1の実施の形態では、β1はα1より大きな値である。初期目標電流値Isに所定増加分β1を加算した電流値(Is+β1)は補正後第2目標電流Irbである。ステップS6で補正後第2目標電流Irbをモータ4に通電した後にステップS7に進み、第3の判定条件によりポンプが正常に起動したか否かを判定する。
If the affirmative determination is made in step S5, the process proceeds to step S3 to execute the normal operation process. If step S5 is denied, the process proceeds to step S6, and the current control element is driven and controlled so as to add a predetermined increase β1 to the initial target current value Is. In the first embodiment, β1 is a value larger than α1. The current value (Is + β1) obtained by adding the predetermined increase β1 to the initial target current value Is is the corrected second target current Irb. After the correction in step S6, the second target current Irb is applied to the
ステップS7では、上述した例であれば、補正後第2目標電流Irbを印加した後、時刻t3(図4B)におけるポンプ回転数が、正常回転数の80%以上であれば起動が正常であると判定する。これが第3の判定条件であり、時刻t3の正常回転数の80%が第3の起動判定閾値である。
ステップS7が肯定判定されるとステップS3に進み通常運転処理を実行する。ステップS7が否定されるとステップS8に進み、起動できないことを警告して起動処理を終了する。
In step S7, in the above-mentioned example, after the corrected second target current Irb is applied, if the pump rotation speed at time t3 (FIG. 4B) is 80% or more of the normal rotation speed, the start-up is normal. Is determined. This is the third determination condition, and 80% of the normal rotation speed at time t3 is the third activation determination threshold value.
If the affirmative determination is made in step S7, the process proceeds to step S3 to execute the normal operation process. If step S7 is denied, the process proceeds to step S8, warning that the startup cannot be performed, and ending the startup process.
ステップS2,ステップS5,ステップS7の起動判定処理では、それぞれ異なる起動判定閾値(第1〜第3の判定条件)でポンプが正常に回転しているか否かを判定する。上述した判定時刻と起動判定閾値は一例であり、それらの値に限定されない。 In the activation determination processing of steps S2, S5, and S7, it is determined whether or not the pump is normally rotating with different activation determination threshold values (first to third determination conditions). The above-mentioned determination time and activation determination threshold are examples, and are not limited to those values.
図3Aおよび図3Bはそれぞれ、ポンプが正常に起動した場合のモータ印加電流とポンプ回転数の時間変化を示すである。モータ印加電流は時刻t0で起動時の初期目標電流Isとなり、ポンプが回転を開始する。時刻t0〜時刻t3の間は初期目標電流Isが継続して通電される。時刻t3からモータ印加電流は減少し、時刻t4で定格電流となり、ポンプ回転数が定格回転数となる。 3A and 3B show the time change of the motor applied current and the pump rotation speed when the pump is normally started, respectively. The current applied to the motor becomes the initial target current Is at startup at time t0, and the pump starts rotating. The initial target current Is is continuously energized between the time t0 and the time t3. The motor applied current decreases from time t3, becomes the rated current at time t4, and the pump rotation speed becomes the rated rotation speed.
図4Aおよび図4Bはそれぞれ、ポンプが正常に起動しなかった場合のモータ印加電流とポンプ回転数の時間変化を示すである。図4(b)の一点鎖線は正常のポンプが起動した場合のグラフであり、実線はポンプの起動が正常ではない場合のグラフである。モータ起動時の印加電流は、時刻t0で初期目標電流Isとなり、その後、初期目標電流Isを継続して通電し、判定時刻t1でポンプが正常に起動したか否かを判定する。時刻t1のポンプ回転数は正常回転数Nt1に対して20%であり、起動不良と判定される。そこで、判定時刻t1でモータ印加電流をα1だけ、短時間Δtの間のみ増加してモータ駆動トルクを大きくすると、ポンプは今までより大きな加速度で増速し始める。判定時刻t2のポンプ回転数は正常回転数Nt2に対して43%であり、起動不良と判定される。そこでさらに、判定時刻t2でモータ印加電流をβ1だけ、短時間Δtの間だけ増加してモータ駆動トルクを大きくすると、ポンプは今までより大きな加速度で増速し始める。判定時刻t3でポンプ回転数が正常回転数Nt3に対して80%以上となり、起動が正常であると判定される。 4A and 4B show the time change of the motor applied current and the pump rotation speed when the pump does not start normally, respectively. The alternate long and short dash line in FIG. 4B is a graph when the normal pump is started, and the solid line is a graph when the pump is not started normally. The applied current at the time of starting the motor becomes the initial target current Is at time t0, and then the initial target current Is is continuously energized to determine whether or not the pump has normally started at the determination time t1. The pump rotation speed at time t1 is 20% of the normal rotation speed Nt1, and it is determined that the start is defective. Therefore, when the motor applied current is increased by α1 at the determination time t1 and only for a short time Δt to increase the motor drive torque, the pump starts to accelerate at a larger acceleration than before. The pump rotation speed at the determination time t2 is 43% of the normal rotation speed Nt2, and it is determined that the start is defective. Therefore, when the motor applied current is further increased by β1 at the determination time t2 and by Δt for a short time to increase the motor drive torque, the pump starts to accelerate at a larger acceleration than before. At the determination time t3, the pump rotation speed becomes 80% or more of the normal rotation speed Nt3, and it is determined that the start-up is normal.
以上説明したように第1の実施形態の真空ポンプでは、ステップS1において初期目標電流Isをモータ4に印加した後、ステップS2において、所定時間経過時点のポンプ回転数を計測してポンプ起動が正常か不良かを判定する。不良と判定されたときは、ステップS4においてモータ4に印加する電流を増量し、電流増量後にステップS5において再度起動判定処理を行う。不良と判定されると、ステップS6でさらにモータ4に印加する電流を増量し、ステップS7で起動不良と判定されるとステップS8で警告する。
As described above, in the vacuum pump of the first embodiment, after the initial target current Is is applied to the
長期間保管した真空ポンプを使用する際、潤滑ボールベアリング8の潤滑油の劣化、潤滑油不足、あるいは、ボールベアリング8を保持するダンパーのグリース不足などに起因してボールベアリングの転がり抵抗が大きくなり、起動不良を起こすことがあるが、実施の形態の起動制御処理により、モータ印加電流が短時間、増量されて、ポンプを適切に起動することができる。
また、起動開始から所定時間以上の時間が経過したときに正常と判定されないときは警告するようにしたので、起動時に起動不良が発生して長時間待機した後に定格回転数に達しないことに気づく、といった無駄な待ち時間を解消することができる。
さらに、実施形態のような起動判定処理を実装する真空ポンプでは、短時間の電流増量処理で起動不良を解消するようにしているので、定格電流を比較的小さくした電源回路を用いることができ、コントローラ50を小型化できる。また、ハーメチックシールコネクタのピン径を小さくでき、小型のコネクタを使用することができる。
When using a vacuum pump that has been stored for a long period of time, the rolling resistance of the ball bearing increases due to deterioration of the lubricating oil of the
In addition, since a warning is given when it is not judged to be normal when more than a predetermined time has passed from the start of startup, it is noticed that the rated rotation speed is not reached after waiting for a long time due to a startup failure at startup. It is possible to eliminate unnecessary waiting time such as.
Further, in the vacuum pump that implements the start determination process as in the embodiment, since the start failure is eliminated by the current increase process in a short time, a power supply circuit having a relatively small rated current can be used. The controller 50 can be miniaturized. Further, the pin diameter of the hermetic seal connector can be reduced, and a small connector can be used.
なお、図1に示す真空ポンプ1の後段に補助ポンプを設けることがある。補助ポンプが劣化すると背圧を大きくなり、起動不良を起こす原因となるが、実施形態の起動制御処理を採用することにより、このような起動不良にも適切に正常起動することができる。
An auxiliary pump may be provided after the
−第2の実施形態−
第2の実施形態は、起動処理のアルゴリズムが異なる点で第1の実施形態と相違する。ターボ分子ポンプ1の構成自体は同一であり、説明を省略する。
図5は第2の実施形態の起動処理を説明するフローチャートである。起動が正常か否かを判定するステップS11では、第1の判定条件(図2のステップS2の判定と同じ)にて起動不良か否かを判定し、ステップS13では、所定時間経過した時点で第4の判定条件にて起動不良か否かを判定し、第4の判定条件でも起動が正常であると判定したときにステップS3に進み、通常運転処理を実行するものである。
ステップS11が否定判定された後に進むステップS4〜ステップS8の処理は第1の実施形態の起動判定アルゴリズムと同一であり、説明を省略する。
-Second embodiment-
The second embodiment is different from the first embodiment in that the start-up processing algorithm is different. The configuration itself of the turbo
FIG. 5 is a flowchart illustrating the activation process of the second embodiment. In step S11 for determining whether or not the activation is normal, it is determined whether or not the activation is defective under the first determination condition (same as the determination in step S2 in FIG. 2), and in step S13, when a predetermined time has elapsed, it is determined. It is determined whether or not the startup is defective under the fourth determination condition, and when it is determined that the activation is normal also under the fourth determination condition, the process proceeds to step S3 and the normal operation process is executed.
The processes of steps S4 to S8 that proceed after the negative determination of step S11 are the same as the activation determination algorithm of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
ステップS11で起動が正常と判定されても、その後で起動不良が発生する可能性がある。そこで、ステップS12で所定時間(第1所定時間)待機した後、ステップS13で再度起動不良を判定する。たとえば、第1の判定条件では、モータ4に起動電流を印加した後の所定時間経過後(第1所定時間)の時刻t11にポンプ回転数が正常回転数Nt11に対して60%以上になっているか否か、すなわち、ポンプ回転数が第1の起動判定閾値に達しているか否かで、起動が正常か否かを判定する。そして、ステップS13では、さらに通電開始から所定時間が経過した時刻t12でのポンプ回転数が正常回転数Nt12に対して80%以上になっているか否か、すなわち、ポンプ回転数が第4の起動判定閾値に達しているいるか否かで、起動が正常か否かを判定する。第4の判定条件はポンプ回転数が時刻t12の正常回転数の80%以上か否かである。第1および第4起動判定閾値を正常回転数に対する割合で設定してもよい。
ステップS13が肯定判定されるとステップS3に進み、通常運転処理を実行する。ステップS13が否定されるとステップS6に進む。ステップS6〜ステップS8は第1実施形態と同一であり説明を省略する。
Even if the startup is determined to be normal in step S11, a startup failure may occur thereafter. Therefore, after waiting for a predetermined time (first predetermined time) in step S12, the start failure is determined again in step S13. For example, under the first determination condition, the pump rotation speed becomes 60% or more of the normal rotation speed Nt11 at time t11 after a predetermined time elapses (first predetermined time) after the starting current is applied to the
If the affirmative determination is made in step S13, the process proceeds to step S3, and the normal operation process is executed. If step S13 is denied, the process proceeds to step S6. Steps S6 to S8 are the same as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
第2の実施形態は、ステップS11でいったん正常に起動したと判定した後、十分な時間が経過しても定格回転数に達しないことを想定している。このような場合、ユーザはいずれポンプ回転数が定格回転数に達すると思い、待機している。早い時期に起動不良を検出して警告することにより、無駄な待機時間を無くすことができる。その他の作用効果は第1の実施形態と同様である。 In the second embodiment, it is assumed that the rated rotation speed is not reached even after a sufficient time has elapsed after it is determined in step S11 that the engine has started normally. In such a case, the user thinks that the pump rotation speed will eventually reach the rated rotation speed and waits. By detecting a startup failure at an early stage and giving a warning, it is possible to eliminate unnecessary waiting time. Other effects are the same as in the first embodiment.
図6Aおよび図6Bはそれぞれ、ポンプが正常に起動しなかった場合のモータ印加電流とポンプ回転数の時間変化を示すである。モータ印加電流は時刻t0で初期目標電流Isとなり、起動開始から所定時間経過する判定時刻t11のポンプ回転数は正常回転数Nt11に対して60%以上となり、図6Bの例では、起動が正常であると判定される。しかし、起動開始から所定時間経過する判定時刻t12のポンプ回転数は正常回転数Nt12に対して65%までしか上昇しない。判定時刻t12においてポンプが正常に起動したと判定される第2の判定条件はポンプ回転数が正常回転数に対して80%以上となったことであり、図6Bの例では、起動が正常ではないと判定される。そこで、判定時刻t12において、モータ印加電流をβ1、短時間Δtの間だけ増加してモータ駆動トルクを大きくすると、ポンプは今までより大きな加速度で増速し始める。判定時刻t13では第3の判定条件で判定する。本例では、ポンプ回転数が正常回転数Nt13に対して82%であり、図6Bの例では、起動が正常であると判定される。
なお、ステップS13が否定判定されたとき、ステップS8に進み警告だけ行うようにしてもよい。この場合、図6Bの判定時刻t12以降のポンプ回転数を二点鎖線で示す。
6A and 6B show the time change of the motor applied current and the pump rotation speed when the pump does not start normally, respectively. The motor applied current becomes the initial target current Is at time t0, and the pump rotation speed at the determination time t11 when a predetermined time elapses from the start is 60% or more of the normal rotation speed Nt11. In the example of FIG. 6B, the start is normal. It is determined that there is. However, the pump rotation speed at the determination time t12, which is a predetermined time after the start of operation, increases only up to 65% of the normal rotation speed Nt12. The second determination condition for determining that the pump has started normally at the determination time t12 is that the pump rotation speed is 80% or more of the normal rotation speed. In the example of FIG. 6B, the start is normal. It is judged that there is no. Therefore, at the determination time t12, when the motor applied current is increased by β1 and the short time Δt to increase the motor drive torque, the pump starts to accelerate at a larger acceleration than before. At the determination time t13, the determination is made under the third determination condition. In this example, the pump rotation speed is 82% of the normal rotation speed Nt13, and in the example of FIG. 6B, it is determined that the start-up is normal.
When the negative determination in step S13 is made, the process may proceed to step S8 and only a warning may be given. In this case, the pump rotation speed after the determination time t12 in FIG. 6B is indicated by a chain double-dashed line.
−第3の実施形態−
第3の実施形態は、第1の実施形態の起動不良後の判定処理と電流増量処理とをそれぞれ1回とした例である。ターボ分子ポンプ1の構成自体は同一であり、説明を省略する。
図7は第3の実施形態の起動処理を説明するフローチャートである。ステップS2では、時刻t21の正常回転数Nt21の60%以上であれば正常、60%未満であれば起動不良と判定する。時刻t21で起動不良と判定されるとステップS4に進み、ステップS4で電流増量処理を行う。その後、ステップS5に進み、時刻t22の正常回転数Nt21の70%以上であれば正常、70%未満であれば起動不良と判定する。ステップS5で起動不良と判定されると、再度の電流増量処理を行わずにステップS8で警告を行う。
図8Aおよび図8Bは、第3の実施形態におけるモータ印加電流とポンプ回転数の時間変化をそれぞれ示す。判定時刻t21で起動判定を1回行い、起動不良の場合に判定時刻t21でΔtの短時間、β1だけ電流を増量するとポンプが増速される。そして、判定時刻t22でポンプが正常回転数Nt22の75%に達し、正常に起動を開始したと判定される。
時刻t21で電流を増量したがポンプが十分に加速されない場合は、判定時刻t22でポンプは正常回転数Ntの70%以上に上昇せず、ポンプが正常に回転しないと判定される。この場合のグラフを二点鎖線で示す。
-Third embodiment-
The third embodiment is an example in which the determination process after the start failure and the current increase process of the first embodiment are performed once. The configuration itself of the turbo
FIG. 7 is a flowchart illustrating the activation process of the third embodiment. In step S2, if it is 60% or more of the normal rotation speed Nt21 at time t21, it is determined to be normal, and if it is less than 60%, it is determined to be startup failure. If it is determined that the start failure occurs at time t21, the process proceeds to step S4, and the current increase process is performed in step S4. After that, the process proceeds to step S5, and if it is 70% or more of the normal rotation speed Nt21 at time t22, it is determined to be normal, and if it is less than 70%, it is determined to be startup failure. If it is determined in step S5 that the start is defective, a warning is given in step S8 without performing the current increase process again.
8A and 8B show the time change of the motor applied current and the pump rotation speed in the third embodiment, respectively. When the start determination is performed once at the determination time t21 and the current is increased by β1 for a short time of Δt at the determination time t21 in the case of a start failure, the pump speed is increased. Then, at the determination time t22, the pump reaches 75% of the normal rotation speed Nt22, and it is determined that the pump has started normally.
If the current is increased at time t21 but the pump is not sufficiently accelerated, it is determined that the pump does not rise to 70% or more of the normal rotation speed Nt at the determination time t22 and the pump does not rotate normally. The graph in this case is shown by a two-dot chain line.
第3の実施形態においては、第1の実施形態のアルゴリズムに比べて簡素化しつつ、同様の作用効果を奏することができる。 In the third embodiment, the same effect can be obtained while being simplified as compared with the algorithm of the first embodiment.
図2,図5,図7に例示した起動処理手順は、CPUなどの演算処理装置に実装したプログラムで実現される。したがって、実施形態の真空ポンプの起動制御プログラムは、ポンプロータ3を含む回転体をモータ4で駆動することにより、ステータ21aを含む固定側排気機能部に対して回転側排気機能部を回転させて真空排気するターボ分子ポンプ1のモータ4を制御するためのプログラムであって、ターボ分子ポンプ1に代表される真空ポンプの起動が正常か否かを判定することと、起動が正常でないと判定されたとき、モータ4へ印加する電流を増量することと、モータ4へ印加する電流を増量した後、再度、ポンプ起動が正常か否かを判定することとを、コントローラ50に実装した演算処理装置としてのコンピュータに実行させる。
発明による起動制御処理プログラムを実装していない従来製品のユーザに対して本プログラムを提供する際、このポンプ起動制御プログラムは、CD−ROM、DVD−ROM等の記録媒体やインターネット等のデータ信号を通じて提供することができる。その場合、コントローラ50に接続されたパーソナルコンピュータなどを介してコントローラ50にプログラムを実装できる。すなわち、起動制御プログラムは、記録媒体や搬送波などの種々の形態のコンピュータ読み込み可能なコンピュータプログラム製品として供給できる。
The startup processing procedure illustrated in FIGS. 2, 5 and 7 is realized by a program implemented in an arithmetic processing unit such as a CPU. Therefore, in the vacuum pump start control program of the embodiment, the rotating body including the
When providing this program to a user of a conventional product that does not implement the activation control processing program according to the invention, this pump activation control program is transmitted through a recording medium such as a CD-ROM or DVD-ROM or a data signal such as the Internet. Can be provided. In that case, the program can be implemented in the controller 50 via a personal computer or the like connected to the controller 50. That is, the activation control program can be supplied as a computer-readable computer program product in various forms such as a recording medium and a carrier wave.
次のような変形も本発明の範囲内であり、上述の実施形態と組み合わせることが可能である。以下の変形例において、上述の実施形態と同様の構造、機能を示す部位等に関しては、同一の符号で参照し、適宜説明を省略する。 The following modifications are also within the scope of the present invention and can be combined with the above embodiments. In the following modified examples, parts and the like exhibiting the same structure and function as those in the above-described embodiment will be referred to with the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
(変形例1)
以上では、電流値の増量は、補正後第1目標電流Ira(=Is+α1)あるいは、補正後第2目標電流Irb(=Is+β1)として説明した。β1として、α1×整数倍ととしてもよいし、α1と同じ値としてもよい。また、ポンプが起動不良と判定されたとき、2回電流を増加させる処理を行ったが、3回以上、モータ印加電流を増加させてもよい。
(Modification example 1)
In the above, the increase in the current value has been described as the corrected first target current Ira (= Is + α1) or the corrected second target current Irb (= Is + β1). As β1, it may be α1 × an integral multiple, or it may be the same value as α1. Further, when the pump is determined to have a start failure, the process of increasing the current twice is performed, but the current applied to the motor may be increased three times or more.
(変形例2)
第1の実施形態のステップS2における判定は、初期第1目標電流Isを印加したとき、(a)全く回転しない状態、(b)回転を開始したが所定時間内で目標ポンプ回転数に達しない状態、の2段階に分類し、その後の起動処理を段階ごとに異ならせてもよい。たとえば、「(a)まったく回転しない」ときは、電流増量を行わずにその旨の警告をし、「(b)回転を開始したが所定時間内で目標ポンプ回転数に達しない」ときは、実施形態のように、電流を所定量増量して起動処理を続行するようにしてもよい。
(Modification 2)
The determination in step S2 of the first embodiment is that when the initial first target current Is is applied, (a) no rotation is performed, and (b) rotation is started but the target pump rotation speed is not reached within a predetermined time. It may be classified into two stages of state, and the subsequent activation process may be different for each stage. For example, when "(a) does not rotate at all", a warning to that effect is given without increasing the current, and when "(b) rotation starts but the target pump rotation speed is not reached within the specified time", As in the embodiment, the current may be increased by a predetermined amount to continue the start-up process.
(変形例3)
第1の実施形態では、ステップS2において、正常回転数の60%未満を起動不良として補正後第1目標電流Ira=Is+α1を通電するものとした。しかし、起動不良を細分化して評価し、ステップS4において、60%未満50%以上の起動不良のときは、補正後第1目標電流IraをIs+α1に設定し、40%以上50%未満の起動不良のときは、補正後第1目標電流をIra=Is+2αに設定するようにしてもよい。
要するに、所定時間経過時のポンプ回転数の値に応じて補正後目標電流値を複数段階に設定してもよい。また、短時間Δtの値も同様に、ポンプ回転数が低いほど長い時間を設定してもよいし、同じ時間でもよい。すなわち、短時間Δtを長くし、電流増量分も大きくする補正、電流増量のみ大きくする補正、短時間Δのみ大きくする補正のいずれも採用可能である。
(Modification 3)
In the first embodiment, in step S2, less than 60% of the normal rotation speed is regarded as a start failure, and the corrected first target current Ira = Is + α1 is energized. However, the start-up failure is subdivided and evaluated, and in step S4, when the start-up failure is less than 60% and 50% or more, the corrected first target current Ira is set to Is + α1 and 40% or more and less than 50%. When the startup is defective, the corrected first target current may be set to Ira = Is + 2α.
In short, the corrected target current value may be set in a plurality of stages according to the value of the pump rotation speed when a predetermined time has elapsed. Similarly, the value of the short-time Δt may be set to a longer time as the pump rotation speed is lower, or may be the same time. That is, any of a correction that lengthens the short-time Δt and increases the current increase, a correction that increases only the current increase, and a correction that increases only the short-time Δ can be adopted.
(変形例4)
実施形態では、潤滑ボールベアリング8の転がり抵抗増加に起因した起動不良を一例として説明した。しかし、本発明は、潤滑剤を使用しない軸受を備える真空ポンプにおいて、モータ駆動抵抗増加に起因する起動不良にも効果的に適用できる。
(Modification example 4)
In the embodiment, a start failure caused by an increase in rolling resistance of the
以上説明した実施形態および変形例の真空ポンプでは次のような作用効果を奏する。
(1)第1の態様による実施形態では、真空ポンプは、回転側排気機能部および回転軸を有する回転体と、固定側排気機能部と、回転体を支承する軸受と、回転体を回転駆動するモータと、モータの起動時に、ポンプ起動が正常か否かを判定し、正常でないと判定されると前記モータへ印加する電流値を増加させるモータ制御部とを備える。
これにより、下記のような作用効果を奏する。
(a)このような起動判定処理を実装する真空ポンプでは、定格電流を比較的小さくした電源回路を用いることができる。その結果、ハーメチックシールコネクタのピン径を小さくでき、小型のコネクタを使用することができる。
(b)軸受の転がり抵抗が大きくなる、あるいは、補助ポンプの劣化による背圧上昇などに起因して発生する起動不良を、モータ印加電流の短時間の増量といった簡単なアルゴリズムにより適切に起動することができる。とくに、軸受として油やグリースなどの潤滑剤が充填されたボールベアリングを使用する真空ポンプの転がり抵抗増加に伴う起動不良を自動的に解消することができる。
(c)起動時に起動不良が発生して長時間待機した後に定格回転数に達しないことに気づく、といった無駄な待ち時間を解消することができる。
The vacuum pumps of the embodiments and modifications described above have the following effects.
(1) In the embodiment according to the first aspect, the vacuum pump rotationally drives a rotating body having a rotating side exhaust function unit and a rotating shaft, a fixed side exhaust function unit, a bearing supporting the rotating body, and a rotating body. The motor is provided with a motor that controls the motor and a motor control unit that determines whether or not the pump is normally started when the motor is started and increases the current value applied to the motor if it is determined that the pump is not started normally.
As a result, the following effects are obtained.
(A) In a vacuum pump that implements such a start determination process, a power supply circuit having a relatively small rated current can be used. As a result, the pin diameter of the hermetic seal connector can be reduced, and a small connector can be used.
(B) Appropriate start-up failure caused by an increase in the rolling resistance of the bearing or an increase in back pressure due to deterioration of the auxiliary pump is appropriately started by a simple algorithm such as a short-time increase in the motor applied current. Can be done. In particular, it is possible to automatically eliminate a start failure due to an increase in rolling resistance of a vacuum pump that uses a ball bearing filled with a lubricant such as oil or grease as a bearing.
(C) It is possible to eliminate a wasteful waiting time such as a start-up failure occurring at startup and a notice that the rated rotation speed is not reached after waiting for a long time.
(2)第2の態様に係る実施形態では、第1の態様の真空ポンプにおいて、モータ制御部は、モータへ印加する電流値を増加した後、再度、ポンプ起動が正常か否かを判定し、正常でないと判定されるとモータへ印加する電流値をさらに増加させる。
これにより、少なくとも起動判定処理と電流増量を2回行うことにより、正常に起動できる確率が高くなる。
(2) In the embodiment according to the second aspect, in the vacuum pump of the first aspect, the motor control unit again determines whether or not the pump start is normal after increasing the current value applied to the motor. If it is determined that it is not normal, the current value applied to the motor is further increased.
As a result, the probability of normal start-up is increased by performing the start-up determination process and the current increase at least twice.
(3)第3の態様による実施形態では、第2の態様の真空ポンプにおいて、ポンプ制御部は、ポンプ起動が正常でないことが2度目に判定されモータへ印加する電流値をさらに増加させた後、さらにポンプ起動が正常であるか否かを判定する。
第2の態様による起動制御装置で行った2回目の電流増量によってポンプが正常に起動したか否かを判定することにより、起動が正常であるか否かを適切に判定できる。
(3) In the embodiment according to the third aspect, in the vacuum pump according to the second aspect, after the pump control unit determines for the second time that the pump start is not normal and further increases the current value applied to the motor. Furthermore, it is determined whether or not the pump start is normal.
By determining whether or not the pump has normally started by the second current increase performed by the start control device according to the second aspect, it can be appropriately determined whether or not the start-up is normal.
(4)第4の態様の実施形態では、第1から第3までのいずれかの態様の真空ポンプにおいて、ポンプ制御部は、ポンプ起動が正常か否かを第1の判定条件で判定し、ポンプ起動が正常と判定された後、第1の判定条件とは異なる第2の判定条件で再度、ポンプ起動が正常か否かを判定する。
いったん起動が正常であると判定されても定格回転数まで長時間達しない場合があるが、このような起動不良を適切に判定して早期に警告することができる。
(4) In the embodiment of the fourth aspect, in the vacuum pump of any one of the first to third aspects, the pump control unit determines whether or not the pump start is normal under the first determination condition. After it is determined that the pump start is normal, it is determined again whether or not the pump start is normal under the second determination condition different from the first determination condition.
Even if it is once determined that the startup is normal, the rated rotation speed may not be reached for a long time, but such a startup failure can be appropriately determined and an early warning can be given.
(5)第5の態様の実施形態では、第4の態様の真空ポンプにおいて、モータ制御部は、第2の判定条件でポンプ起動が正常ではないと判定されると、モータへ印加する電流値を増加させる。 (5) In the embodiment of the fifth aspect, in the vacuum pump of the fourth aspect, the motor control unit determines that the pump start is not normal under the second determination condition, and the current value applied to the motor. To increase.
(6)第6の態様の実施形態では、第5の態様の真空ポンプにおいて、モータ制御部は、モータへ印加する前記電流値を増加した後、再度、ポンプ起動が正常か否かを判定し、正常でないと判定されると警告を行う処理、およびモータへ印加する電流値をさらに増加させる処理のいずれかを行う。 (6) In the embodiment of the sixth aspect, in the vacuum pump of the fifth aspect, the motor control unit again determines whether or not the pump start is normal after increasing the current value applied to the motor. , A process of giving a warning when it is determined to be abnormal, and a process of further increasing the current value applied to the motor are performed.
(7)第7の態様の実施形態では、第1から第6の態様のいずれか1つの態様の真空ポンプにおいて、モータ制御部は、ポンプ起動時、モータに対して、初期目標電流を一定時間印加し、その後、定格電流まで電流を低減する特性で電流を印加し、ポンプ起動が正常でないと判定したとき、初期目標電流を一定時間印加している期間に短い時間だけモータへ印加する電流を増加する。
(8)第8の態様の実施形態では、真空ポンプの起動制御プログラムは、軸受で支承された回転体をモータで駆動することにより固定側排気機能部に対して回転側排気機能部を回転させて真空排気する真空ポンプのモータを制御するプログラムであって、真空ポンプの起動が正常か否かを判定することと、起動が正常でないと判定されたとき、モータへ印加する電流を増量することと、電流制御処理でモータへ印加する電流を増量した後、再度、ポンプの起動が正常か否かを判定することとをコンピュータに実行させるための制御プログラムである。
(7) In the embodiment of the seventh aspect, in the vacuum pump of any one of the first to sixth aspects, the motor control unit sets an initial target current to the motor for a certain period of time when the pump is started. When the current is applied and then the current is applied with the characteristic of reducing the current to the rated current, and it is judged that the pump start is not normal, the current applied to the motor for a short period of time while the initial target current is applied for a certain period of time is applied. To increase.
(8) In the embodiment of the eighth aspect, the start control program of the vacuum pump rotates the rotating side exhaust function unit with respect to the fixed side exhaust function unit by driving the rotating body supported by the bearing with a motor. A program that controls the motor of a vacuum pump that exhausts vacuum, and determines whether the start of the vacuum pump is normal, and increases the amount of current applied to the motor when it is determined that the start is not normal. This is a control program for causing the computer to re-determine whether or not the pump is started normally after increasing the amount of current applied to the motor in the current control process.
本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 The present invention is not limited to the contents of the above embodiment. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.
1:ターボ分子ポンプ、2:ベース、2a:モータハウジング、3:ポンプロータ、4:モータ、4a:モータロータ、4b:モータステータ、6:永久磁石磁気軸受、8,9:ベアリング、10a,10b:シャフト部、14:ベアリングホルダ、20:固定翼、21a:ステータ円筒部、30:回転翼、31a:ロータ円筒部、50:コントローラ、51:モータ制御回路 1: Turbo molecular pump, 2: Base, 2a: Motor housing, 3: Pump rotor, 4: Motor, 4a: Motor rotor, 4b: Motor stator, 6: Permanent magnet magnetic bearing, 8, 9: Bearing, 10a, 10b: Shaft part, 14: Bearing holder, 20: Fixed blade, 21a: Stator cylindrical part, 30: Rotating blade, 31a: Rotor cylindrical part, 50: Controller, 51: Motor control circuit
Claims (8)
固定側排気機能部と、
前記回転体を支承する軸受と、
前記回転体を回転駆動するモータと、
前記モータの起動時に、ポンプ起動が正常か否かを判定し、正常でないと判定されると前記モータへ印加する電流値を増加させるモータ制御部とを備える真空ポンプ。 A rotating body having a rotating side exhaust function and a rotating shaft,
Fixed side exhaust function part and
Bearings that support the rotating body and
A motor that rotationally drives the rotating body and
A vacuum pump including a motor control unit that determines whether or not the pump is normally started when the motor is started, and increases the current value applied to the motor if it is determined that the pump is not started normally.
前記モータ制御部は、前記モータへ印加する前記電流値を増加した後、再度、ポンプ起動が正常か否かを判定し、正常でないと判定されると前記モータへ印加する電流値をさらに増加させる真空ポンプ。 In the vacuum pump according to claim 1,
After increasing the current value applied to the motor, the motor control unit again determines whether or not the pump start is normal, and if it is determined that the pump start is not normal, further increases the current value applied to the motor. Vacuum pump.
前記モータ制御部は、前記ポンプ起動が正常でないことが2度目に判定され前記モータへ印加する電流値をさらに増加させた後、さらに前記ポンプ起動が正常であるか否かを判定する真空ポンプ。 In the vacuum pump according to claim 2.
The motor control unit is a vacuum pump that determines for the second time that the pump start is not normal, further increases the current value applied to the motor, and then further determines whether the pump start is normal.
前記モータ制御部は、前記ポンプ起動が正常か否かを第1の判定条件で判定し、前記ポンプ起動が正常と判定された後、第1の判定条件とは異なる第2の判定条件で再度、ポンプ起動が正常か否かを判定する真空ポンプ。 In the vacuum pump according to any one of claims 1 to 3,
The motor control unit determines whether or not the pump start is normal under the first determination condition, and after determining that the pump start is normal, again under a second determination condition different from the first determination condition. , A vacuum pump that determines whether the pump start is normal.
前記モータ制御部は、前記第2の判定条件でポンプ起動が正常ではないと判定されると、前記モータへ印加する電流値を増加させる真空ポンプ。 In the vacuum pump according to claim 4,
The motor control unit is a vacuum pump that increases the current value applied to the motor when it is determined that the pump start is not normal under the second determination condition.
前記モータ制御部は、前記モータへ印加する前記電流値を増加した後、再度、ポンプ起動が正常か否かを判定し、正常でないと判定されると、警告を行う処理および前記モータへ印加する電流値をさらに増加させる処理のいずれかを行う真空ポンプ。 In the vacuum pump according to claim 5,
After increasing the current value applied to the motor, the motor control unit again determines whether or not the pump start is normal, and if it is determined that the pump start is not normal, a process of issuing a warning and applying the current to the motor. A vacuum pump that performs any of the processes that further increase the current value.
前記モータ制御部は、ポンプ起動時、前記モータに対して、初期目標電流を一定時間印加し、その後、定格電流まで電流を低減する特性で電流を印加し、ポンプ起動が正常でないと判定したとき、前記初期目標電流を一定時間印加している期間に短い時間だけモータへ印加する電流を増加する真空ポンプ。 In the vacuum pump according to any one of claims 1 to 6.
When the motor control unit applies an initial target current to the motor for a certain period of time when the pump is started, and then applies a current with a characteristic of reducing the current to the rated current, and determines that the pump start is not normal. , A vacuum pump that increases the current applied to the motor for a short period of time while the initial target current is applied for a certain period of time.
前記真空ポンプの起動が正常か否かを判定することと、
前記起動が正常でないと判定されたとき、前記モータへ印加する電流を増量することと、
前記モータへ印加する電流を増量した後、再度、前記ポンプの起動が正常か否かを判定することとをコンピュータに実行させるための真空ポンプの起動制御プログラム。 It is a program that controls the motor of a vacuum pump that evacuates by rotating the rotating side exhaust function unit with respect to the fixed side exhaust function unit by driving a rotating body supported by bearings with a motor.
Determining whether the start of the vacuum pump is normal and
When it is determined that the start-up is not normal, the current applied to the motor is increased.
A vacuum pump start control program for causing a computer to perform again determining whether or not the start of the pump is normal after increasing the current applied to the motor.
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