JP4553262B2

JP4553262B2 - 真空容積式ポンプの駆動モータを制御するための方法

Info

Publication number: JP4553262B2
Application number: JP2006540230A
Authority: JP
Inventors: ヘルツェマーミヒャエル; シェーンボルンフランク; ロンターラーカール−ハインツ
Original assignee: Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2024-11-05
Also published as: JP2007511703A; CN100460676C; DE10354205A1; US20070071610A1; CN1882782A; DE502004009187D1; EP1697639B1; EP1697639A1; CA2546063A1; KR20060097741A; WO2005050021A1

Description

本発明は、真空容積式ポンプの駆動モータを制御するための方法ならびに駆動モータの制御装置を備えた真空容積式ポンプに関する。

真空容積式ポンプは、たとえばダイヤフラムポンプ、回転翼型ポンプ、ピストンポンプまたはルーツポンプであり、しばしば前真空ポンプとして高真空ポンプに組み合わされて使用される。前述した真空容積式ポンプの特質は、この真空容積式ポンプによって達成可能な最終圧、すなわち、前真空圧がかなり回転数に関連していることである。この場合、この回転数は、最適な吸込み能を実現するために、入口圧が高い場合には高くなければならず、入口圧が低い場合には低くなければならない。このことは、入口圧が低い場合に、この入口圧と作業室内の吸込み圧との間の僅かな差に基づき、吸込み室の充填が比較的緩速に行われることによって説明することができる。このことは、入口圧が低い場合に、真空容積式ポンプの好ましくない充填度を結果的に招く。この充填度は入口弁の開放時間の延長、すなわち、回転数の減少によってしか改善することができない。

ドイツ連邦共和国特許第１９８１６２４１号明細書に基づき、真空容積式ポンプが公知である。この公知の真空容積式ポンプは、入口圧値に関連して２種類の回転数、つまり、排気のための高い回転数と、可能な限り低い最終圧を達成するための低い回転数とで運転される。ポンピング開始から最終圧の達成にまで、比較的多くの時間が必要となる。

これに対して、本発明の課題は、最終圧をより迅速に達成することができる方法もしくは真空容積式ポンプを提供することである。

この課題は、本発明によれば、請求項１、請求項３もしくは請求項１０の特徴によって解決される。

真空容積式ポンプの駆動モータを制御するための請求項１記載の本発明による方法は、圧力・回転数曲線の記憶、入口圧値の検出、曲線に基づく回転数値検出および検出された回転数値での駆動モータの運転の方法ステップを有している。

まず、上側の限界圧ｐ_１よりも大きいかまたは上側の限界圧ｐ_１に等しい入口圧値ｐに対して、ただ１つのコンスタントな上側の回転数値ｎ_１が割り当てられた、上側の限界圧ｐ_１よりも小さい入口圧値ｐに対する変化範囲を有する曲線が記憶される。この場合、この変化範囲では、入口圧値ｐにそれぞれ異なる回転数値ｎ_ｖが割り当てられている。

駆動モータの運転時には、常に入口圧値ｐが検出され、この入口圧値ｐから曲線で、割り当てられた回転数ｎが検出され、駆動モータが、この検出された回転数ｎで運転される。上側の限界圧ｐ_１を上回る高い入口圧値ｐでは、駆動モータが最大のコンスタントな回転数ｎ_１で運転される一方、上側の限界圧ｐ_１を下回る回転数に対しては、入口圧値ｐに関連して近似的に無段階に、相応の回転数値ｎ_ｖが割り当てられる。こうして、各入口圧値に対する容積式ポンプの効果的な吸込み能を可能な限り大きなレベルに保つことができる。これによって、排気の開始から最終圧を達成するまでの時間が短縮される。入口圧値への回転数の適合によって、必要となる駆動エネルギが低減され、より低い平均的な回転数レベルによって摩耗が低減される。これによって、保守・運転コストが低減される。すなわち、真空容積式ポンプの経済性が改善される。

曲線が、下側の限界圧ｐ_２よりも小さいかまたは下側の限界圧ｐ_２に等しい入口圧値ｐに対する下側の範囲を有しており、この場合、該下側の範囲にただ１つのコンスタントな下側の回転数値ｎ_２が割り当てられており、変化範囲が、下側の限界圧範囲ｐ_２よりも大きい入口圧値ｐに制限されていると有利である。すなわち、曲線は、コンスタントな回転数の上側の圧力範囲だけでなく、コンスタントな回転数の下側の圧力範囲も有していて、前述した両範囲の間に、コンスタントでない回転数の変化範囲を有している。このような曲線は、たとえばポンプ作用に対してある程度の最小回転数を要求する前真空ポンプにおいて必要であると共に有利である。なぜならば、最小回転数未満では、特に逆流損失によって、もはやポンプ作用が存在しないからである。このことは、たとえば回転翼型油回転ポンプに当てはまる。これによって、極めて低い入口圧でもポンプ機能がまだ保証されている回転数を上回る回転数で常に真空容積式ポンプが運転されることが確保される。

本発明による方法請求項３によれば、曲線が、方法請求項１と異なり、上側の範囲の代わりに、下側の限界圧ｐ_２よりも小さいかまたは下側の限界圧ｐ_２に等しい入口圧値ｐに対する下側の範囲を有している。この場合、この下側の範囲には、ただ１つのコンスタントな下側の回転数ｎ_２が割り当てられている。

変化範囲で、低下する入口圧値ｐに、低下する回転数ｎ_ｖが割り当てられている、すなわち、低い入口圧値ｐに、低い回転数値ｎ_ｖが割り当てられていると有利である。

上側の限界値ｐ_１が、２０ｍｂａｒ〜１ｍｂａｒの間にあり、下側の限界値ｐ_２が、１．０ｍｂａｒ〜０．００５ｍｂａｒの間にあると有利である。この場合、上側の限界圧ｐ_１は下側の限界圧ｐ_２よりも大きい。

有利な実施態様によれば、上側のコンスタントな回転数値ｎ_１が、２２００〜１０００ｒｐｍの間にあり、下側のコンスタントな回転数値ｎ_２が、３００〜１３００ｒｐｍの間にある。この場合、上側のコンスタントな回転数値ｎ_１は下側のコンスタントな回転数値ｎ_２よりも大きい。

容積式ポンプが、高真空ポンプに前置された前真空ポンプであり、入口圧値ｐが、高真空ポンプの吸込み側の圧力であると有利である。すなわち、入口圧値ｐは、高真空ポンプによって排気された真空容器内の圧力である。択一的には、入口圧値ｐが、前真空ポンプの入口直前の前真空圧であってもよい。

有利な実施態様によれば、入口圧・回転数曲線が、特性マップメモリにファイルされている。この特性マップメモリでは、各入口圧値ｐに、相応の回転数ｎが割り当てられている。

駆動モータが、非同期モータであると有利である。この非同期モータは、相応に制御される周波数変換器によって制御される。しかし、駆動モータは、同期モータとして形成されていてもよい。

本発明による真空容積式ポンプは、駆動モータと、入口圧センサと、駆動モータ制御装置とを有している。この駆動モータ制御装置は、駆動モータの回転数ｎを、入口圧センサによって検出された入口圧値ｐに関連して制御するようになっている。さらに、駆動モータ制御装置はメモリを有している。このメモリには、入口圧センサの入口圧値ｐに対して駆動モータのそれぞれ１つの回転数ｎを示す曲線が記憶されている。この場合、この曲線は、２つの範囲を有している。第１の範囲は、ただ１つのコンスタントな上側の回転数値ｎ_１が割り当てられた上側の限界圧ｐ_１よりも大きいかまたは上側の限界圧ｐ_１に等しい入口圧値ｐに対する上側の範囲である。第２の範囲は、上側の限界圧ｐ_１よりも小さい入口圧値ｐに対する変化範囲である。この場合、この変化範囲では、入口圧値ｐにそれぞれ異なる回転数値ｎ_ｖが割り当てられている。

駆動モータ制御装置が、プロセッサを有しており、該プロセッサに入口圧センサが接続されており、プロセッサが、入口圧センサの信号を評価するようになっていると有利である。評価された入口圧センサ信号は、真空容積式ポンプに対応配置された圧力表示器に供給され得る。すなわち、入口圧センサ信号は駆動モータ制御装置によって、駆動モータの制御に関して評価されるだけでなく、表示フォーマットにも変換され、最終的に、真空ポンプに対応配置された表示器に供給される。これによって、入口圧の表示のための別個の評価・表示装置が不要となる。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には、概略的にポンプアッセンブリ１０が示してある。このポンプアッセンブリ１０は、高真空を真空容器１２内に発生させるために働く。高真空を真空容器１２内に発生させるためには、２つのポンプ、つまり、高真空ポンプ１４、たとえばターボ分子ポンプと、前真空ポンプとしての真空容積式ポンプ１６、たとえばダイヤフラムポンプ、ピストンポンプまたは回転翼型ポンプとが直列に接続されている。

真空容積式ポンプ１６は、主として、ポンプ室に設けられた押退け体を備えたポンプ装置１８と、このポンプ装置１８を駆動するための駆動モータ２０と、この駆動モータ２０を制御しかつ駆動モータ２０にエネルギ供給するための駆動モータ制御装置２２とを有している。駆動モータ２０は同期モータとして形成されている。

さらに、ポンプアッセンブリ１０は２つの入口圧センサ２４，２６を有している。この場合、一方の入口圧センサ２４は前真空圧を真空容積式ポンプ１６の入口で直接検出し、他方の入口圧センサ２６は真空容器１２内の高真空圧を検出する。両入口圧センサ２４，２６は駆動モータ制御装置２２のプロセッサ２８に接続されている。このプロセッサ２８には、入口圧センサ２４，２６が連続的に入口圧値ｐを供給する。さらに、駆動モータ制御装置２２は周波数変換器３０を有している。この周波数変換器３０はプロセッサ２８によって制御され、駆動モータ２０に接続されている。真空容積式ポンプ１６に対応配置された入口圧センサ２４は真空容積式ポンプ１６に組み込まれていてもよい。

プロセッサ２８は特性マップメモリを有している。この特性マップメモリには、入口圧値ｐに駆動モータ２０のそれぞれ１つの回転数ｎが割り当てられた曲線３２がファイルされている。

この曲線３２は上側の範囲３４を有している。この上側の範囲３４は１０１３ｍｂａｒの大気圧から最大１０ｍｂａｒの上側の限界圧ｐ_１まで延びている。曲線３２の上側の範囲３４には、ただ１つのコンスタントな上側の回転数値ｎ_１が割り当てられている。上側の限界圧ｐ_１と、約０．０１ｍｂａｒである下側の限界圧ｐ_２との間には、曲線３２が変化範囲３６を有している。この変化範囲３６では、入口圧値ｐにそれぞれ異なる回転数値ｎ_ｖが割り当てられている。曲線３２の変化範囲３６では、低下する入口圧値ｐに、低下する回転数ｎ_ｖが割り当てられている。各入口圧値ｐには、変化範囲３６で、異なる回転数値ｎ_ｖが割り当てられている。さらに、曲線３２は、下側の限界圧ｐ_２よりも小さいかまたは下側の限界圧ｐ_２に等しい入口圧値ｐに対する下側の範囲３８を有している。曲線３２のこの下側の範囲３８では、全ての入口圧値ｐにただ１つの回転数値ｎ_２が割り当てられている。

ピストンポンプとして形成されたポンプ装置１８では、上側の回転数値ｎ_１が、たとえば約１８００ｒｐｍであり、下側の回転数値ｎ_２が５００ｒｐｍである。回転翼型油回転ポンプとしてのポンプ装置１８の構成では、上側の回転数値ｎ_１が、たとえば２１００ｒｐｍであり、下側の回転数値ｎ_２が１０００ｒｐｍである。

入口圧値ｐとして高真空圧が使用される。この高真空圧は、真空容器１２にかつ高真空ポンプ１４の吸込み側に配置された入口圧センサ２６によって供給される。しかし、択一的には、入口圧センサ２４の前真空圧が入口圧値ｐの検出のために使用されてもよい。

曲線３２の経過と、限界圧ｐ_１，ｐ_２と、上側のかつ下側の回転数値ｎ_１，ｎ_２とが、各入口圧値ｐに対して、容積式ポンプ１６の最大の効果的な吸込み能が達成される駆動モータ２０の回転数を検出するために、一連の実験によって検出される。次いで、検出された曲線がプロセッサ２８の特性マップメモリに記憶される。ポンプアッセンブリ１０の運転時には、駆動モータ制御装置２２によって駆動モータ２０の回転数ｎが高真空入口圧値ｐに関連して、特性マップメモリにファイルされた曲線３２から検出される。検出された回転数値ｎは周波数変換器３０に送出される。この周波数変換器３０は相応の回転磁界を、非同期モータまたは同期モータとして形成された駆動モータ２０のステータコイルに発生させ、検出された回転数で運転される。こうして、容積式ポンプ１６を常に最大の効果的な吸込み能で運転することができる。

さらに、駆動モータ制御装置２２のプロセッサ２８は、入口圧センサ２４の信号の評価および表示フォーマットへの入口圧センサ２４の信号の変換を引き受ける。表示フォーマットに変換された入口圧は表示装置に供給される。この表示装置は真空容積式ポンプ１６、たとえば駆動モータ制御装置２２のハウジングに配置されている。表示装置は、回転数の表示のために使用されてもよい。

前真空ポンプとしての本発明による真空容積式ポンプと、高真空ポンプとを備えたポンプアッセンブリの概略図である。真空容積式ポンプの駆動モータの回転数を制御する入口圧／回転数曲線を示す図である。

符号の説明

１０ポンプアッセンブリ、１２真空容器、１４高真空ポンプ、１６真空容積式ポンプ、１８ポンプ装置、２０駆動モータ、２２駆動モータ制御装置、２４入口圧センサ、２６入口圧センサ、２８プロセッサ、３０周波数変換器、３２曲線、３４上側の範囲、３６変化範囲、３８下側の範囲、ｎ，ｎ_１，ｎ_２，ｎ_ｖ回転数値、ｐ入口圧値、ｐ_１，ｐ_２限界圧

Claims

真空容積式ポンプ（１６）の駆動モータ（２０）を制御するための方法において、当該方法が、以下のステップ：すなわち、
入口圧値ｐに対して駆動モータ（２０）のそれぞれ１つの回転数ｎを示す曲線（３２）を記憶し、この場合、該曲線（３２）が、：
−ただ１つのコンスタントな上側の回転数値ｎ_１が割り当てられた上側の限界圧ｐ_１よりも大きいかまたは上側の限界圧ｐ_１に等しい入口圧値ｐに対する上側の範囲（３４）を有しており、
−上側の限界圧ｐ_１よりも小さい入口圧値ｐに対する変化範囲（３６）を有しており、この場合、該変化範囲で入口圧値ｐにそれぞれ異なる回転数値ｎ_ｖが割り当てられており、
入口圧値ｐを検出し、
該入口圧値ｐに曲線（３２）で割り当てられた回転数ｎを検出し、
駆動モータ（２０）を、検出された回転数ｎで運転する
を備えていることを特徴とする、真空容積式ポンプの駆動モータを制御するための方法。
曲線（３２）が、下側の限界圧ｐ_２よりも小さいかまたは下側の限界圧ｐ_２に等しい入口圧値ｐに対する下側の範囲（３８）を有しており、該下側の範囲（３８）にただ１つのコンスタントな下側の回転数値ｎ_２が割り当てられており、変化範囲（３６）が、下側の限界圧ｐ_２よりも大きい入口圧値ｐに制限されている、請求項１記載の方法。
真空容積式ポンプ（１６）の駆動モータ（２０）を制御するための方法において、当該方法が、以下のステップ：すなわち、
入口圧値ｐに対して駆動モータ（２０）のそれぞれ１つの回転数ｎを示す曲線（３２）を記憶し、この場合、該曲線（３２）が、：
−ただ１つのコンスタントな下側の回転数ｎ_２が割り当てられた下側の限界圧ｐ_２よりも小さいかまたは下側の限界圧ｐ_２に等しい入口圧値ｐに対する下側の範囲（３８）を有しており、
−下側の限界圧ｐ_２よりも大きい入口圧値ｐに対する変化範囲（３６）を有しており、この場合、該変化範囲（３６）で入口圧値ｐにそれぞれ異なる回転数値ｎ_ｖが割り当てられており、
入口圧値ｐを検出し、
該入口圧値ｐに曲線（３２）で割り当てられた回転数ｎを検出し、
駆動モータ（２０）を、検出された回転数ｎで運転する
を備えていることを特徴とする、真空容積式ポンプの駆動モータを制御するための方法。
変化範囲（３６）で、低下する入口圧値ｐに、低下する回転数ｎ_ｖが割り当てられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
上側の限界値ｐ_１が、２０ｍｂａｒ〜１ｍｂａｒの間にあり、下側の限界値ｐ_２が、１．０ｍｂａｒ〜０．００５ｍｂａｒの間にある、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
上側のコンスタントな回転数値ｎ_１が、２２００〜１０００ｒｐｍの間にあり、下側のコンスタントな回転数値ｎ_２が、３００〜１３００ｒｐｍの間にある、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
真空容積式ポンプ（１６）が、高真空ポンプ（１４）に前置された前真空ポンプであり、入口圧値ｐが、高真空ポンプ（１４）の吸込み側の圧力である、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
曲線（３２）が、特性マップメモリにファイルされている、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
駆動モータ（２０）が、非同期モータである、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
真空容積式ポンプ（１６）において、駆動モータ（２０）と、入口圧センサ（２４）と、駆動モータ制御装置（２２）とが設けられており、該駆動モータ制御装置（２２）が、駆動モータ（２０）の回転数ｎを、入口圧センサ（２４）によって検出された入口圧値ｐに関連して制御するようになっており、
駆動モータ制御装置（２２）が、メモリを有しており、該メモリに、入口圧センサ（２４）の入口圧値ｐに対して駆動モータ（２０）のそれぞれ１つの回転数ｎを示す曲線（３２）が記憶されており、該曲線（３２）が、：
ただ１つのコンスタントな上側の回転数値ｎ_１が割り当てられた上側の限界圧ｐ_１よりも大きいかまたは上側の限界圧ｐ_１に等しい入口圧値ｐに対する上側の範囲（３４）を有しており、
上側の限界圧ｐ_１よりも小さい入口圧値ｐに対する変化範囲（３６）を有しており、該変化範囲（３６）で入口圧値ｐにそれぞれ異なる回転数値ｎ_ｖが割り当てられている
ことを特徴とする、真空容積式ポンプ。
駆動モータ制御装置（２２）が、プロセッサ（２８）を有しており、該プロセッサ（２８）に入口圧センサ（２４）が接続されており、プロセッサ（２８）が、入口圧センサ（２４）の信号を評価するようになっている、請求項１０記載の真空容積式ポンプ。