JP3562608B2

JP3562608B2 - ターボ分子ポンプ

Info

Publication number: JP3562608B2
Application number: JP23443196A
Authority: JP
Inventors: 知男太田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1996-09-04
Filing date: 1996-09-04
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: JPH1077993A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボ分子ポンプに関し、特にターボ分子ポンプの電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ分子ポンプのポンプ本体は、ロータ，ステータ，ロータを駆動するモータ，ロータを支持する軸受等を備え、また、ターボ分子ポンプを駆動する電源装置は、モータを駆動するインバータ部，および軸受が磁気軸受の場合には磁気軸受制御部等を備えている。このようなターボ分子ポンプは、その排気速度に応じて種々の機種のポンプ本体と、該ポンプ本体に対応した専用電源装置が設けられ、両者は共用化された１種の接続ケーブルで接続している。
【０００３】
図１０は、従来のポンプ本体と電源装置との接続を説明するための図であり、ポンプ本体２Ａは専用電源装置３Ａと機種識別用の信号線４１を含む接続ケーブル４によって接続し（図１０（ａ））、ポンプ本体２Ｂは専用電源装置３Ｂと機種識別用の信号線４１を含む接続ケーブル４０によって接続し（図１０（ｂ））というように、ポンプ本体と専用電源装置とを共通の接続ケーブルを介して接続している。
【０００４】
接続ケーブルが共用化されているため、ポンプ本体に異なる機種用の電源装置を誤って接続する可能性がある。そのため、ポンプ本体と電源装置との接続の誤りを検出してアラーム等を表示する必要がある。従来、ポンプ本体の機種の識別を行うために、接続ケーブルに機種識別用の複数本の信号線を設け、この信号線間の短絡パターンによってポンプ本体の機種の識別を行っている。
【０００５】
図１１は、従来のポンプ本体の機種識別を説明するための図である。ポンプ本体側の信号線４１の接続端の一部を短絡し、その短絡パターンをポンプ本体の機種毎に異ならせることによって、電源装置からポンプ本体の機種識別を行う。例えば、図１１（ａ）はポンプ本体２Ａと専用の電源装置３Ａとを接続した場合であり、ポンプ本体２Ａ側の接続端ａ，ｂを短絡しておく。電源装置３Ａは、信号線４１の接続端ａ’，ｂ’から接続端ａ，ｂの短絡を検出することによって、ポンプ本体の機種が２Ａであることを識別することができる。同様に、ポンプ本体２Ｂ，２Ｃについても、異なる短絡パターンを形成しておくことによって、電源装置側３Ｂ，３Ｃからポンプ本体の機種の識別を行うことができる（図１１（ｂ），（ｃ））。また、図１１（ｄ）に示すように、機種の異なるポンプ本体が接続されている場合には、電源装置側は短絡信号を検出しないことによって、ポンプ本体の機種が異なることを検出することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のように、接続ケーブルに信号線を設け、該信号線の短絡検出を行うことによって、電源装置側からポンプ本体の機種識別を行う方法では、ポンプ本体の機種識別のための信号線を設けたり、ポンプ本体側で機種に応じた短絡パターンを検出する必要があり、さらに、接続ケーブルの信号線はポンプ本体の機種の増加に伴って増加させる必要もある。
また、信号線の接続誤りや信号線の断線等によって、ポンプ本体の機種識別に誤りが発生する可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は前記した従来のターボ分子ポンプの問題点を解決し、信号線等の部品を設けることなく、ポンプ本体の機種識別を行うことができるターボ分子ポンプを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のターボ分子ポンプは、ロータおよびロータを駆動するモータを有したポンプ本体と、モータを駆動する駆動回路を有しモータへの電力供給を接続ケーブルを通して行う外部電源装置とを備えたターボ分子ポンプにおいて、回転開始時における所定の加速指令に対応する所定機種の基準加速特性を有し、該加速指令に従ってモータへ電力供給を行ってモータの実加速特性を求め、該実加速特性と基準加速特性との比較によってポンプ本体の機種識別を行う機能を駆動回路に持たせ、これによって、信号線等の部品を新たに設けることなくポンプ本体の機種識別を行うことができる。
【０００９】
ポンプ本体が備えるロータは、機種毎に大きさが異なり、例えば排気速度が大きいほど大型で大重量となる。ロータのイナーシャ（回転軸回りの慣性モーメント）は、このロータの大きさや重量に比例して機種毎に異なり、同一の機種では一定となる。通常、ターボ分子ポンプのモータの回転開始時の加速特性は、主にロータのイナーシャに依存するため、ポンプ本体の機種毎に異なり、同一機種では一定特性となる。本発明のターボ分子ポンプは、この回転開始時の加速特性がポンプ本体の機種に対応する点を利用し、所定の加速指令でモータを駆動して実加速特性を求め、この実加速特性と加速指令に対応した所定機種の基準加速特性とを比較することによって、ポンプ本体の機種識別を行うことができる。
【００１０】
本発明の第１の実施態様は、所定の加速指令によるモータへの電力供給として、一定電流の供給あるいは一定電圧の供給を行うものであり、このときのモータの実速度変化と、所定機種のモータに一定電流あるいは一定電圧を供給したときの速度変化とを比較し、これによって、ポンプ本体の機種識別を行うものである。
【００１１】
また、本発明の第２の実施態様は、所定の加速指令によるモータへの電力供給として、モータの回転速度があらかじめ定めた加速特性となるよう電流制御を行うものであり、このときのモータへの実供給電流と、所定機種のモータを回転速度があらかじめ定めた加速特性となるよう電流制御したときの基準供給電流とを比較し、これによって、ポンプ本体の機種識別を行うものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明のターボ分子ポンプの一実施の形態を説明するための概略ブロック図である。図１において、ターボ分子ポンプ１は、ポンプ本体２と電源装置３と接続ケーブル５を備える。ポンプ本体２は、図示しないロータ，ステータ，ロータを駆動するモータ，およびロータを支持する軸受を備え、モータは電源装置３から接続ケーブル５を通して供給される電力によって駆動される。
【００１３】
電源装置３は、モータを駆動するための駆動回路４を備え、駆動回路４中のインバータ４１によってポンプ本体１中のモータへの電力供給制御を行う。なお、電源装置３は、ロータの軸受が磁気軸受の場合には、磁気軸受制御部を備える。さらに、本発明の電源装置３中の駆動回路４は、比較演算部４２と基準加速特性テーブル４３を備える。
【００１４】
比較演算部４２は、回転開始時に所定の加速指令をインバータ４１に対して行い、該加速指令により駆動されたモータの回転速度やモータ電流をインバータ４１から受け取り、基準加速特性テーブル４３中のデータと比較して、ポンプ本体の機種識別を行う。基準加速特性テーブル４３は、ポンプ本体の機種識別を行うためのデータを格納する部分であり、加速特性テーブル４３ａあるいは規定電流値テーブル４３ｂを備える。加速特性テーブル４３ａは、モータに一定電圧あるいは一定電流を供給して回転開始させた場合の、回転開始時点からの経過時間に対するモータ速度のデータを格納する記憶手段であり、また、規定電流値テーブル４３ｂは、モータを所定の速度増加率で加速する場合のモータに流れる電流値を格納する記憶手段である。
【００１５】
本発明のターボ分子ポンプによる第１の機種識別は、基準加速特性テーブル４３として加速特性テーブル４３ａを用いるものであり、モータに一定電圧あるいは一定電流を供給して回転開始させ、このときのモータ速度の変化特性を基準速度変化と比較して機種識別を行う。また、第２の機種識別は、基準加速特性テーブル４３として規定電流値テーブル４３ｂを用いるものであり、モータを所定の加速特性となるように制御し、そのときの電流値を基準電流値と比較して機種識別を行う。
【００１６】
以下、本発明のターボ分子ポンプによる第１の機種識別を図２〜図５を用いて説明し、第２の機種識別を図６〜図９を用いて説明する。
はじめに、本発明のターボ分子ポンプによる第１の機種識別について説明する。この場合には、基準加速特性テーブル４３として加速特性テーブル４３ａを用いる。図２はモータの回転開始を一定電圧あるいは一定電流の供給によって行う場合の速度変化を示す図である。ターボ分子ポンプのモータの回転開始時の加速特性は、主にロータのイナーシャに依存するため、回転開始時の速度変化は、図２中のＡ，Ｂ，Ｃに示すようにポンプ本体の機種毎に一定の加速特性となる。なお、図中に示す一加速特性の上限曲線は各ポンプ内が真空の場合の加速特性を示し、下限曲線は各ポンプ内が大気の場合の加速特性を示しており、通常両曲線ではさまれる斜線部分内の速度となる。
【００１７】
従って、例えば一定電流あるいは一定電圧を供給して回転を開始した場合、回転開始から経過時間Ｔ後の速度ｖＡ，ｖＢ，ｖＣを検出し、図２中の加速特性と比較することによって、電源装置と接続しているポンプ本体の機種Ａ，Ｂ，Ｃを識別することができる。
また、接続されているポンプ本体の機種があらかじめ予定されている場合に、検出した速度と、予定しているポンプ本体の速度との比較によって、予定されているポンプ本体であるか否かの判定を行うこともできる。
さらに、図２において、検出した速度がいずれの機種にも当てはまらない場合には、ポンプ本体の異常を検出することができる。
【００１８】
以下、図３〜図５を用いて、予定されているポンプ本体であるか否かの判定を行う場合の駆動例について説明する。図３は第１の機種識別を行う場合のポンプ本体の判定を行うフローチャートであり、図４，５は第１の機種識別を行う場合の加速特性図である。なお、加速特性テーブルは、ポンプ本体の機種毎の加速特性を備えている。
【００１９】
はじめに、ポンプを回転開始させるスタート信号を入力し（ステップＳ１）、比較演算部４２はインバータ４１に対して一定電流あるいは一定電圧をポンプ本体２のモータに供給する加速指令を出力する（ステップＳ２）。この加速指令を受けたインバータ４１は、接続ケーブル５を通してモータに一定電流あるいは一定電圧を供給して、回転を開始する（ステップＳ３）。
【００２０】
回転開始してから所定の時間が経過した後（ステップＳ４）、インバータ４１は、モータの回転速度を検出して比較演算部４２に送る（ステップＳ５）。比較演算部４２は、加速特性テーブル４３ａが備える各機種の加速特性の中から予定しているポンプ本体の加速特性を選び、経過時間に対応した速度データを読み出し、前記ステップＳ５で得たモータの実回転速度と比較して（ステップＳ６）、実回転速度が加速特性の範囲内（以下許容範囲内という）であるか否かの判定を行う（ステップＳ７）。
【００２１】
ステップＳ７で許容範囲内とする判定が、合計して正常規定回数Ｎを超えた場合には予定しているポンプ本体が接続されているものと判断し（ステップＳ８）、比較演算部４２は通常の加速指令をインバータ４１に出力し（ステップＳ９）、インバータ４１はポンプ本体２を通常運転する（ステップＳ１０）。
【００２２】
前記ステップＳ７において、実回転速度が加速特性の範囲外である場合には、エラーカウンタを１増加させ（ステップＳ１１）、このエラーカウンタの値がエラー規定回数Ｍを超えた場合には予定しているポンプ本体が接続されていないものと判断して（ステップＳ１２）、比較演算部４２は加速中止の指令をインバータ４１に出力するとともに（ステップＳ１３）、アラーム表示を行う（ステップＳ１４）。
【００２３】
なお、エラー規定回数Ｍは、ポンプ本体の機種と電源装置の機種との不一致や接続誤りを判断するための評価値であり、例えば５回程度に設定することができ、また、正常規定回数Ｎは、ポンプ本体の機種と電源装置の機種との一致を判断するための評価値であり、例えば１０回程度に設定することができる。
【００２４】
図４，図５は、正常規定回数Ｎとして６回を設定し、エラー規定回数Ｍとして３回を規定した場合の例であり、図４は通常運転を行う場合を示し、図５はアラーム表示を行う場合を示している。また、図４，５中の×印は所定時間毎の速度を示している。図４は、回転開始から３回目の速度が許容範囲をはずれ、その他の速度は許容範囲内である例を示しており、アラーム表示が行われる前に、７回目の測定時において、許容範囲内の速度の合計回数が正常規定回数（ここでは６回とする）以上となり、通常加速指令がオンとなる。
【００２５】
また、図５は、回転開始から３回目以降の速度が許容範囲をはずれ、その他の速度は許容範囲内である例を示しており、通常加速指令がオンされる前に、５回目の測定時において、許容範囲外の速度の合計回数がエラー規定回数（ここでは３回とする）以上となり、アラーム表示のオンとなる。
【００２６】
次に、本発明のターボ分子ポンプによる第２の機種識別について説明する。この場合には、基準加速特性テーブル４３として規定電流値テーブル４３ｂを用いる。図６はモータを所定の加速特性となるよう加速制御を行う場合の電流変化を示す図である。ターボ分子ポンプのモータを一定の速度増加率で加速を行う場合には、図６のＡ，Ｂ，Ｃに示すように流れる電流はほぼ一定となり、ポンプ本体の機種毎に一定の電流特性となる。
【００２７】
従って、モータを一定の速度増加率となるよう制御しながら回転を開始した場合、回転開始から経過時間Ｔ後の電流値ＩＡ，ＩＢ，ＩＣを検出し、図６中の電流特性と比較することによって、電源装置と接続しているポンプ本体の機種Ａ，Ｂ，Ｃを識別することができる。
【００２８】
また、接続されているポンプ本体の機種があらかじめ予定されている場合に、検出した電流値と、予定しているポンプ本体の電流値との比較によって、予定されているポンプ本体であるか否かの判定を行うこともできる。
さらに、図６において、検出した電流値がいずれの機種にも当てはまらない場合には、ポンプ本体の異常を検出することができる。
【００２９】
以下、図７〜図９を用いて、予定されているポンプ本体であるか否かの判定を行う場合の駆動例について説明する。図７は第２の機種識別を行う場合のポンプ本体の判定を行うフローチャートであり、図８，９は第２の機種識別を行う場合の加速特性図である。なお、規定電流値テーブルは、ポンプ本体の機種毎の電流特性を備えている。
【００３０】
はじめに、ポンプを回転開始させるスタート信号を入力し（ステップＳ２１）、比較演算部４２はインバータ４１に対して一定の速度増加率で加速を行う加速指令を出力する（ステップＳ２２）。この加速指令を受けたインバータ４１は、接続ケーブル５を通してモータに電力を供給して、加速指令の速度変化率となるよう制御を行いながら回転を開始する（ステップＳ２３）。
【００３１】
回転開始してから所定の時間が経過した後（ステップＳ２４）、インバータ４１は、モータに流れる電流値を検出して比較演算部４２に送る（ステップＳ２５）。比較演算部４２は、規定電流値テーブル４３ｂが備える各機種の電流特性の中から予定しているポンプ本体の電流特性を選び、経過時間に対応した電流値データを読み出し、前記ステップＳ２５で得たモータの実電流値と比較して（ステップＳ２６）、実電流値が電流特性の範囲内（以下許容範囲内という）であるか否かの判定を行う（ステップＳ２７）。
以下、ステップＳ２８からステップＳ３４において、前記した第１の機種識別において、ステップＳ８からステップＳ１４で説明した処理と同様の処理を行い、通常運転あるいはアラーム表示を行う。
【００３２】
図８，図９は、正常規定回数Ｎとして６回を設定し、エラー規定回数Ｍとして３回を規定した場合の例であり、図８は通常運転を行う場合を示し、図９はアラーム表示を行う場合を示している。また、図８，９中の×印は所定時間毎の電流値を示している。図８は、回転開始から１，４回目の電流値が許容範囲をはずれ、その他の電流値は許容範囲内である例を示しており、アラーム表示が行われる前に、８回目の測定時において許容範囲内の電流値の合計回数が正常規定回数（ここでは６回とする）以上となり、通常加速指令がオンとなる。
【００３３】
また、図９は、回転開始から３，および６回目以降の電流値が許容範囲をはずれ、その他の電流値は許容範囲内である例を示しており、通常加速指令がオンされる前に、７回目の測定時において許容範囲外の電流値の合計回数がエラー規定回数（ここでは３回とする）以上となり、アラーム表示のオンとなる。
【００３４】
本発明の実施形態によれば、電源装置の駆動回路による機種識別機能を用いることによって、ロータを支持するベアリングの転がり抵抗が劣化により大きくなるなどのポンプ本体の異常状態を、所定機種との不一致により検出することも可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のターボ分子ポンプによれば、信号線等の部品を設けることなく、ポンプ本体の機種識別を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のターボ分子ポンプの一実施の形態を説明するための概略ブロック図である。
【図２】モータの回転開始を一定電圧あるいは一定電流の供給によって行う場合の速度変化を示す図である。
【図３】本発明の第１の機種識別を行う場合のポンプ本体の判定を行うフローチャートである。
【図４】本発明の第１の機種識別を行う場合の加速特性図である。
【図５】本発明の第１の機種識別を行う場合の加速特性図である。
【図６】モータを所定の加速特性となるよう加速制御を行う場合の電流変化を示す図である。
【図７】本発明の第２の機種識別を行う場合のポンプ本体の判定を行うフローチャートである。
【図８】本発明の第２の機種識別を行う場合の加速特性図である。
【図９】本発明の第２の機種識別を行う場合の加速特性図である。
【図１０】従来のポンプ本体と電源装置との接続を説明するための図である。
【図１１】従来のポンプ本体の機種識別を説明するための図である。
【符号の説明】
１…ターボ分子ポンプ、２…ポンプ本体、３…電源装置、４…駆動回路、５…接続ケーブル、４１…インバータ、４２…比較演算部、４３…基準加速特性テーブル、４３ａ…加速特性テーブル、規定電流値テーブル４３ｂ

Claims

ロータおよびロータを駆動するモータを有したポンプ本体と、モータを駆動する駆動回路を有しモータへの電力供給を接続ケーブルを通して行う外部電源装置とを備えたターボ分子ポンプにおいて、
前記駆動回路は、回転開始時における所定の加速指令に対応する基準加速特性を有し、該加速指令に従ってモータへ電力供給を行ってモータの実加速特性を求め、該実加速特性と基準加速特性との比較によってポンプ本体の機種識別を行うことを特徴とするターボ分子ポンプ。