JP7367498B2 - Vacuum pump - Google Patents

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Description

本発明は、真空ポンプに関する。 The present invention relates to a vacuum pump.

ターボ分子ポンプなどの軸流式真空ポンプは、真空排気するためにポンプロータを高速回転させる。このとき、稀薄ガスに対して圧縮仕事を行いながら排気するので、ポンプロータは一方向のみの回転となる。したがって、ポンプロータは、通常は、静止状態と正回転領域との間で加速・減速や、定常回転が行われる。 Axial flow vacuum pumps such as turbomolecular pumps rotate a pump rotor at high speed to perform vacuum evacuation. At this time, the pump rotor rotates in only one direction because the diluted gas is exhausted while performing compression work. Therefore, the pump rotor normally accelerates and decelerates between a stationary state and a normal rotation region, and performs steady rotation.

ポンプロータを回転駆動するモータとしては、例えば、回転子に永久磁石を備えた同期モータが用いられる。一般に真空ポンプでは、同期モータをベクトル制御により制御する際に励磁電流ベクトル成分ＩｄをＩｄ＝０とする制御が適用される。加速時にはＩｑ＞０に設定され、減速時にはＩｑ＜０に設定される。Ｉｑ＜０の減速時には、コントローラはモータから電力をもらい発電をすることになる。この発電した電力をコントローラに設けられたブレーキ抵抗で消費することで、モータのブレーキ動作を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。 As a motor that rotationally drives the pump rotor, for example, a synchronous motor having a permanent magnet in its rotor is used. Generally, in a vacuum pump, when controlling a synchronous motor by vector control, control is applied in which the excitation current vector component Id is set to Id=0. During acceleration, Iq>0 is set, and during deceleration, Iq<0. During deceleration when Iq<0, the controller receives power from the motor and generates electricity. The generated electric power is consumed by a brake resistor provided in the controller to perform a brake operation on the motor (for example, see Patent Document 1).

特開２０１６－１４５５５５号公報Japanese Patent Application Publication No. 2016-145555

一般的に、ブレーキ動作時には発電によりインバータ電圧が上昇するので、インバータ電圧をモニタしながらインバータ電圧が電子部品の定格電圧を越えないようにｑ軸電流Ｉｑを制御している。しかしながら、ブレーキ動作時のＩｑ制御においてインバータ電圧が不安定になる場合があり、不安定現象に起因するインバータ電圧急上昇にＩｑ制御が対応できずに、インバータ電圧が定格電圧を越えてしまうおそれがあった。 Generally, during brake operation, the inverter voltage increases due to power generation, so the q-axis current Iq is controlled while monitoring the inverter voltage so that the inverter voltage does not exceed the rated voltage of the electronic components. However, the inverter voltage may become unstable during Iq control during brake operation, and there is a risk that the Iq control may not be able to respond to the sudden increase in inverter voltage caused by the instability phenomenon, causing the inverter voltage to exceed the rated voltage. Ta.

本発明の態様による真空ポンプは、ポンプロータと、前記ポンプロータを回転駆動するモータと、前記モータを制御するモータ制御部と、前記モータのブレーキ動作時に発生する回生電力を消費するブレーキ抵抗と、を備え、前記モータ制御部は、ブレーキ動作時の電圧指令ベクトルを、前記電圧指令ベクトルのｄ軸成分とｑ軸成分との比が一定となるように設定する。 A vacuum pump according to an aspect of the present invention includes a pump rotor, a motor that rotationally drives the pump rotor, a motor control unit that controls the motor, and a brake resistor that consumes regenerated power generated during braking operation of the motor. The motor control unit sets a voltage command vector during a brake operation such that a ratio between a d-axis component and a q-axis component of the voltage command vector is constant.

本発明によれば、ブレーキ動作時におけるインバータ電圧の過電圧を防止することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent overvoltage of the inverter voltage during braking operation.

図１は、真空ポンプの概略構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a vacuum pump. 図２は、モータ駆動制御系を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the motor drive control system. 図３は、ブレーキ動作時のインバータ電圧の従来例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a conventional example of inverter voltage during brake operation. 図４は、本実施の形態におけるブレーキ動作時のインバータ電圧の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of inverter voltage during brake operation in this embodiment.

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。図１は、真空ポンプ１の概略構成を示すブロック図である。真空ポンプ１は磁気軸受式のターボ分子ポンプであり、ポンプロータ１０が設けられたポンプ本体１Ａと、ポンプ本体１Ａを駆動制御するコントローラ１Ｂを備えている。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a vacuum pump 1. As shown in FIG. The vacuum pump 1 is a magnetic bearing type turbomolecular pump, and includes a pump body 1A provided with a pump rotor 10, and a controller 1B that drives and controls the pump body 1A.

ポンプロータ１０は回転軸１１に締結されている。回転軸１１は磁気軸受（ＭＢ）１２により磁気浮上支持され、モータ（Ｍ）１３によって回転駆動される。非通電時には、回転軸１１はメカニカルベアリング等の保護ベアリング１４によって支持される。図示は省略したが、ポンプ本体１Ａには、ポンプロータ１０に対してポンプステータが設けられている。 The pump rotor 10 is fastened to a rotating shaft 11. The rotating shaft 11 is magnetically supported by a magnetic bearing (MB) 12 and rotationally driven by a motor (M) 13. When not energized, the rotating shaft 11 is supported by a protective bearing 14 such as a mechanical bearing. Although not shown, the pump body 1A is provided with a pump stator relative to the pump rotor 10.

コントローラ１Ｂには、商用電源２からの交流電力が供給される。入力された交流電力は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０により直流電力に電力変換される。ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の出力側の直流ラインには、３相インバータ２１が接続されている。３相インバータ２１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０から供給された直流電力を交流電力に変換して、モータ１３を駆動する。３相インバータ２１は、モータ１３の回転に必要な周波数の交流電力が出力されるように、制御部２２に設けられたモータ制御部２２１によって制御される。なお、モータ１３はセンサレスの永久磁石同期モータであって、モータロータには永久磁石が設けられている。 AC power from a commercial power source 2 is supplied to the controller 1B. The input AC power is converted into DC power by the AC/DC converter 20. A three-phase inverter 21 is connected to a DC line on the output side of the AC/DC converter 20. The three-phase inverter 21 converts the DC power supplied from the AC/DC converter 20 into AC power, and drives the motor 13. The three-phase inverter 21 is controlled by a motor control unit 221 provided in the control unit 22 so that AC power at a frequency necessary for rotating the motor 13 is output. The motor 13 is a sensorless permanent magnet synchronous motor, and the motor rotor is provided with a permanent magnet.

ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、直流ラインからの直流電力の電圧を降圧して制御部２２に供給する。制御部２２は磁気軸受１２およびモータ１３の制御を行うデジタル演算器であり、例えば、中央演算装置（CPU）、読み出し専用メモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）、及び入出力インタフェース（ I/O インタフェース）を備えたマイクロコンピュータやＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等で構成される。 The DC/DC converter 23 steps down the voltage of the DC power from the DC line and supplies it to the control unit 22 . The control unit 22 is a digital computing unit that controls the magnetic bearing 12 and the motor 13, and includes, for example, a central processing unit (CPU), a read-only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input/output interface (I/O). It consists of a microcomputer equipped with an FPGA (Field Programmable Gate Array), etc.

制御部２２に設けられた軸受制御部２２２は、ポンプ本体１Ａに設けられた磁気軸受１２に駆動制御する。磁気軸受１２には、回転軸１１の変位を検出する変位センサ（不図示）が設けられている。軸受制御部２２２は、回転軸１１が所望の位置に非接触支持されるように、変位センサの検出情報に基づいて磁気軸受１２の駆動電力を制御する。 A bearing control unit 222 provided in the control unit 22 controls the drive of the magnetic bearing 12 provided in the pump body 1A. The magnetic bearing 12 is provided with a displacement sensor (not shown) that detects displacement of the rotating shaft 11. The bearing control unit 222 controls the driving power of the magnetic bearing 12 based on the detection information of the displacement sensor so that the rotating shaft 11 is supported in a desired position in a non-contact manner.

ポンプロータ１０の回転を停止する際には、３相インバータ２１を回生制御し、回生ブレーキにより回転減速を行わせる。そのため、直流ラインには、ブレーキ抵抗２４とスイッチ素子（トランジスタ等）２５との直列回路が３相インバータ２１に対して並列に設けられている。スイッチ素子２５のオンオフは、モータ制御部２２１によって制御される。回生ブレーキ時にはスイッチ素子２５がオンされ、回生電力がブレーキ抵抗２４によって消費される。直流ラインには回生電力逆流防止用のダイオード２６が設けられている。 When stopping the rotation of the pump rotor 10, the three-phase inverter 21 is regeneratively controlled and the rotation is decelerated by a regenerative brake. Therefore, a series circuit including a brake resistor 24 and a switch element (transistor, etc.) 25 is provided in parallel to the three-phase inverter 21 in the DC line. On/off of the switch element 25 is controlled by a motor control section 221. During regenerative braking, the switch element 25 is turned on, and the regenerative power is consumed by the brake resistor 24. A diode 26 for preventing backflow of regenerated power is provided in the DC line.

また、停電等によって商用電源２からの電力供給が停止した場合には、回生電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２３に入力される。その結果、モータ制御部２２１および軸受制御部２２２は回生電力によって動作し、回生電力によって回転軸１１の磁気浮上が維持される。なお、回生電力をモータ制御部２２１および軸受制御部２２２に供給する際には、スイッチ素子２５はオフされる。 Further, when the power supply from the commercial power supply 2 is stopped due to a power outage or the like, regenerated power is input to the DC/DC converter 23. As a result, the motor control section 221 and the bearing control section 222 are operated by the regenerated power, and the magnetic levitation of the rotating shaft 11 is maintained by the regenerated power. Note that when supplying regenerated power to the motor control section 221 and the bearing control section 222, the switch element 25 is turned off.

図２は、モータ１３に関するモータ駆動制御系を示す図である。モータ駆動制御系には、制御部２２に設けられたモータ制御部２２１、図１では図示していない電流検知器５０および電圧検知器５１等を含む。図示しないが、３相インバータ２１は、複数のスイッチング素子と、それらをオンオフ駆動するためのゲートドライブ回路とを備えている。モータ１３のＵ，Ｖ，Ｗ相コイルに流れる電流は電流検知器５０によってそれぞれ検出され、検出結果としての電流検知信号はローパスフィルタ４０９を介してモータ制御部２２１の回転速度・磁極位置推定部４０７に入力される。また、Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイルの各端子および中性点の電圧は電圧検知器５１によって検出され、検出結果としての電圧検知信号はローパスフィルタ４１０を介してモータ制御部２２１の回転速度・磁極位置推定部４０７に入力される。 FIG. 2 is a diagram showing a motor drive control system regarding the motor 13. The motor drive control system includes a motor control section 221 provided in the control section 22, a current detector 50, a voltage detector 51, etc. that are not shown in FIG. Although not shown, the three-phase inverter 21 includes a plurality of switching elements and a gate drive circuit for turning them on and off. The currents flowing through the U, V, and W phase coils of the motor 13 are detected by the current detectors 50, and the current detection signals as the detection results are sent to the rotational speed/magnetic pole position estimation unit 407 of the motor control unit 221 via the low-pass filter 409. is input. In addition, the voltages at each terminal and the neutral point of the U, V, and W phase coils are detected by a voltage detector 51, and the voltage detection signal as a detection result is sent to the motor control unit 221 through a low-pass filter 410 for the rotational speed and magnetic pole. It is input to the position estimation section 407.

回転速度・磁極位置推定部４０７は、電流検知信号および電圧検知信号に基づいて、モータロータの回転速度ωおよび磁極位置（電気角θ）を推定する。なお、モータロータの磁極位置は電気角θで表されるので、以下では、磁極位置のことを磁極電気角θと呼ぶことにする。算出された回転速度ωは速度制御部４０１，Ｉd・Ｉq設定部４０２および等価回路電圧変換部４０３に入力される。また、算出された磁極電気角θはdq－２相電圧変換部４０４に入力される。 The rotation speed/magnetic pole position estimation unit 407 estimates the rotation speed ω and the magnetic pole position (electrical angle θ) of the motor rotor based on the current detection signal and the voltage detection signal. Note that since the magnetic pole position of the motor rotor is expressed by an electrical angle θ, the magnetic pole position will be referred to as the magnetic pole electrical angle θ below. The calculated rotational speed ω is input to the speed control section 401, the Id/Iq setting section 402, and the equivalent circuit voltage conversion section 403. Further, the calculated magnetic pole electrical angle θ is input to the dq-two-phase voltage converter 404.

速度制御部４０１は、入力された目標回転速度ωiと推定された現在の回転速度ωとの差分に基づいて、ＰＩ 制御（比例制御および積分制御）あるいはＰ制御（比例制御）を行い、電流指令Ｉを出力する。Ｉd・Ｉq設定部４０２は、電流指令Ｉに基づき、回転座標ｄｑ系における励磁電流ベクトル成分（以下ではｑ軸電流と呼ぶ）Ｉｑおよびトルク電流ベクトル成分（以下ではｄ軸電流と呼ぶ）Ｉｄを設定する。回転座標ｄｑ系のｄ軸は、回転しているモータロータのＮ極を正方向とする座標軸である。ｑ軸はｄ軸に対してπ/２［rad］進みの直角方向の座標軸で、その向きは正回転時の逆起電圧方向となる。 The speed control unit 401 performs PI control (proportional control and integral control) or P control (proportional control) based on the difference between the input target rotation speed ωi and the estimated current rotation speed ω, and generates a current command. Outputs I. The Id/Iq setting unit 402 sets the excitation current vector component (hereinafter referred to as q-axis current) Iq and the torque current vector component (hereinafter referred to as d-axis current) Id in the rotating coordinate dq system based on the current command I. do. The d-axis of the rotating coordinate dq system is a coordinate axis whose positive direction is the north pole of the rotating motor rotor. The q-axis is a coordinate axis in a perpendicular direction leading by π/2 [rad] with respect to the d-axis, and its direction is the direction of the back electromotive force during forward rotation.

一般に、ターボ分子ポンプにおけるモータ制御においては、ｄ軸電流ＩｄはＩｄ＝０のように制御される。本実施の形態では、ブレーキ動作時を除く加速時や定常回転時には、等価回路電圧変換部４０３は、予め記憶されている回転センサレス制御のパラメータＫe［Ｖ0-pk/(rad/t)］、ｒ［Ω］、Ｌ［ｍＨ］に基づいて、次式（１），（２）で表される回転座標ｄｑ系における電圧指令ベクトル（Ｖｄ，Ｖｑ）を求め、それをｄｑ-２相電圧変換部４０４に入力する。
Ｖｄ＝－ω×Ｌ×Ｉｑ …（１）
Ｖｑ＝ｒ×Ｉｑ＋Ｋe×ω …（２） Generally, in motor control in a turbomolecular pump, the d-axis current Id is controlled such that Id=0. In this embodiment, during acceleration or steady rotation except during brake operation, the equivalent circuit voltage converter 403 converts the rotation sensorless control parameters Ke [V0-pk/(rad/t)], r [Ω], L [mH], find the voltage command vector (Vd, Vq) in the rotating coordinate dq system expressed by the following equations (1) and (2), and convert it to the dq-2 phase voltage converter. 404.
Vd=-ω×L×Iq…(1)
Vq=r×Iq+Ke×ω…(2)

ｄｑ-２相電圧変換部４０４は、電圧指令ベクトル（Ｖｄ，Ｖｑ）と回転速度・磁極位置推定部４０７から入力された磁極電気角θとに基づいて、回転座標ｄｑ系における電圧指令Ｖd，Ｖqを固定座標αβ系の電圧指令Ｖα，Ｖβに変換する。２相-３相電圧変換部４０５は、２相の電圧指令Ｖα，Ｖβを３相電圧指令Ｖu，Ｖv，Ｖwに変換する。ＰＷＭ信号生成部４０６は、３相電圧指令Ｖu，Ｖv，Ｖwに基づいて、３相インバータ２１に設けられたスイッチング素子をオンオフ（導通または遮断）するためのＰＷＭ制御信号を生成する。３相インバータ２１は、ＰＷＭ信号生成部４０６から入力されたＰＷＭ制御信号に基づいてスイッチング素子をオンオフし、モータ１３に駆動電圧を印加する。 The dq-2 phase voltage conversion unit 404 converts voltage commands Vd, Vq in the rotational coordinate dq system based on the voltage command vector (Vd, Vq) and the magnetic pole electrical angle θ input from the rotational speed/magnetic pole position estimation unit 407. is converted into voltage commands Vα and Vβ of a fixed coordinate αβ system. A two-phase to three-phase voltage converter 405 converts two-phase voltage commands Vα and Vβ into three-phase voltage commands Vu, Vv, and Vw. The PWM signal generation unit 406 generates a PWM control signal for turning on and off (conducting or cutting off) the switching elements provided in the three-phase inverter 21 based on the three-phase voltage commands Vu, Vv, and Vw. The three-phase inverter 21 turns on and off the switching elements based on the PWM control signal input from the PWM signal generation section 406, and applies a drive voltage to the motor 13.

（ブレーキ動作の説明）
上述したように、加速時や定常回転時における電圧指令Ｖｄ，Ｖｑは式（１），（２）により与えられる。一方、回転を停止する際のブレーキ動作時には、本実施の形態では次式（３），（４）に示すような電圧指令Ｖｄ，Ｖｑをｄｑ-２相電圧変換部４０４に入力し、３相インバータ２１を回生制御する。ここで、ｒはモータ線全体の巻き線抵抗、Ｋeは逆起電力定数、ωモータの角周波数である。
Ｖｄ＝０ …（３）
Ｖｑ＝ｒ×Ｉｑ＋Ｋe×ω …（４） (Explanation of brake operation)
As described above, voltage commands Vd and Vq during acceleration and steady rotation are given by equations (1) and (2). On the other hand, during a brake operation to stop rotation, in this embodiment, voltage commands Vd and Vq as shown in the following equations (3) and (4) are input to the dq-2 phase voltage converter 404, and the 3-phase The inverter 21 is controlled for regeneration. Here, r is the winding resistance of the entire motor wire, Ke is the back electromotive force constant, and the angular frequency of the ω motor.
Vd=0...(3)
Vq=r×Iq+Ke×ω…(4)

回生制御によりモータ１３による発電が行われると、モータ１３からインバータ側に電流が戻ってきてインバータ電圧（３相インバータ２１の直流ライン側の電圧）が上昇する。そして、インバータ電圧が所定値に上昇するとスイッチ素子２５を導通状態とし、ブレーキ抵抗２４に電流を流して電力を消費させる。ブレーキ動作時に、インバータ電圧がモータ１３の発電により上がり過ぎてコントローラ１Ｂを構成する電子部品の定格電圧を超過してしまうと、それらを破損してしまうおそれがある。そのため、インバータ電圧が上がり過ぎないように、インバータ電圧をモニタしながらｑ軸電流Ｉqを制御するようにしている。 When power is generated by the motor 13 under regeneration control, current returns from the motor 13 to the inverter side, and the inverter voltage (voltage on the DC line side of the three-phase inverter 21) increases. Then, when the inverter voltage rises to a predetermined value, the switch element 25 is brought into conduction, allowing current to flow through the brake resistor 24 and consuming power. During braking, if the inverter voltage increases too much due to power generation by the motor 13 and exceeds the rated voltage of the electronic components forming the controller 1B, there is a risk of damaging them. Therefore, the q-axis current Iq is controlled while monitoring the inverter voltage so that the inverter voltage does not rise too much.

本実施の形態では上述したように電圧指令ＶｄをＶd＝０と設定する点が特徴であるが、従来は、式（１），（２）に従ってｑ軸電流Ｉqを制御してブレーキ動作を行うのが一般的である。式（１），（２）におけるパラメータＫe，ｒ，Ｌは実機のモータ１３の値に現合調整される。しかしながら、パラメータＫe，Ｌは、モータ１３の回転速度ωに応じて変化するという特性を有している。そのため、式（１），（２）では一定値とみなしているパラメータＫe，Ｌの値が実際にはｑ軸電流Ｉｑの制御に伴って変化し、インバータ電圧が不安定に変化することになる。 The present embodiment is characterized in that the voltage command Vd is set to Vd = 0 as described above, but conventionally, the brake operation is performed by controlling the q-axis current Iq according to equations (1) and (2). is common. The parameters Ke, r, and L in equations (1) and (2) are currently adjusted to the values of the motor 13 of the actual machine. However, the parameters Ke and L have a characteristic that they change depending on the rotational speed ω of the motor 13. Therefore, the values of parameters Ke and L, which are assumed to be constant values in equations (1) and (2), actually change as the q-axis current Iq is controlled, causing the inverter voltage to change unstablely. .

図３は、式（１），（２）に基づいてブレーキ動作を行った場合のインバータ電圧の一例を示す図である。ｔ＝ｔ１においてブレーキ動作を開始する。パラメータＫe，Ｌの値が回転速度ωに応じて変化するために下記（ａ）～（ｄ）の処理が繰り返されることになり、図３に示すような電圧波形となる。
（ａ）インバータ電圧を上げるためにｑ軸電流Ｉｑ＝－｜Ｉｑ｜の値｜Ｉｑ｜を増加させる。｜Ｉｑ｜が小さいと電圧指令Ｖｄも小さく回生効率が悪い（ｔ＝ｔ２）。
（ｂ）インバータ電圧を上げるためにさらに｜Ｉｑ｜を増加させると、電圧指令Ｖｄが大きくなり回生効率が良くなる（ｔ＝ｔ３）。
（ｃ）インバータ電圧が急上昇するので（領域Ａ）、過電圧を防止するために｜Ｉｑ｜を小さくする。
（ｄ）領域Ｂに示すようにインバータ電圧が減少する。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the inverter voltage when a brake operation is performed based on equations (1) and (2). Brake operation is started at t=t1. Since the values of the parameters Ke and L change according to the rotational speed ω, the following processes (a) to (d) are repeated, resulting in a voltage waveform as shown in FIG. 3.
(a) In order to increase the inverter voltage, the value |Iq| of the q-axis current Iq=-|Iq| is increased. When |Iq| is small, the voltage command Vd is also small and regeneration efficiency is poor (t=t2).
(b) When |Iq| is further increased to raise the inverter voltage, the voltage command Vd increases and the regeneration efficiency improves (t=t3).
(c) Since the inverter voltage rises rapidly (region A), |Iq| is reduced to prevent overvoltage.
(d) As shown in region B, the inverter voltage decreases.

図３において、インバータ電圧の増加・減少が繰り返される符号Ｃの区間はブレーキがかかりにくいので、減速時間が延びてしまうことになる。また、インバータ電圧の急上昇に対応しきれない場合、インバータ電圧が電子部品の定格電圧を越えてしまうおそれがあった。 In FIG. 3, the brake is difficult to apply in the section C where the inverter voltage repeatedly increases and decreases, so the deceleration time becomes longer. Further, if the inverter voltage cannot cope with a sudden increase in the inverter voltage, there is a risk that the inverter voltage will exceed the rated voltage of the electronic components.

一方、本実施の形態のように式（３）、（４）に基づいてブレーキ制御を行った場合には、インバータ電圧は図４に示すように変化する。ｔ＝ｔ１でブレーキ動作が開始され、ほぼｔ＝ｔ１１からインバータ電圧が増加し始め、ｔ＝１２以後はインバータ電圧が安定する。図３のようなＩq制御におけるインバータ電圧の不安定性は、｜Ｉq｜を増加させたときのＫｅ、Ｌの変化に起因して、電圧指令ベクトル（Ｖｄ，Ｖｑ）の電気角が変動することが原因と考えられる。本実施の形態では、式（３）のようにＶｄ＝０と設定することにより、Ｉｑ制御時の電圧指令ベクトル（Ｖｄ，Ｖｑ）の電気角の変動が防止され、図４に示すような安定したインバータ電圧に制御することが可能となる。その結果、ブレーキ動作時におけるインバータ電圧の過電圧を防止することができると共に、減速時間の短縮を図ることができる。 On the other hand, when brake control is performed based on equations (3) and (4) as in this embodiment, the inverter voltage changes as shown in FIG. The braking operation is started at t=t1, the inverter voltage begins to increase from approximately t=t11, and becomes stable after t=12. The instability of the inverter voltage in Iq control as shown in Figure 3 is caused by the fact that the electrical angle of the voltage command vector (Vd, Vq) fluctuates due to changes in Ke and L when |Iq| is increased. This is thought to be the cause. In this embodiment, by setting Vd=0 as in equation (3), fluctuations in the electrical angle of the voltage command vector (Vd, Vq) during Iq control are prevented, and stability as shown in FIG. 4 is achieved. It becomes possible to control the inverter voltage to a certain value. As a result, it is possible to prevent overvoltage of the inverter voltage during braking operation, and it is also possible to shorten the deceleration time.

なお、Ｉｑ制御における電圧指令ベクトル（Ｖｄ，Ｖｑ）の電気角の変動を防止する方法としては、より一般的に、（Ｖｄ，Ｖｑ）のｄ軸成分Ｖｄとｑ軸成分Ｖｑとの比を「Ｖｄ/Ｖｑ＝一定」のように設定しても良い。これは、式（３）に代えて、Ｄ＝定数を使用した次式（５）を用いることを意味する。電圧指令Ｖｄ＝０の設定は、Ｄ＝０とした場合に対応する。
Ｖｄ＝Ｄ×（ｒ×Ｉｑ＋Ｋe×ω） …（５） In addition, as a method of preventing fluctuations in the electrical angle of the voltage command vector (Vd, Vq) in Iq control, more generally, the ratio of the d-axis component Vd and the q-axis component Vq of (Vd, Vq) is It may also be set such that Vd/Vq=constant. This means that the following equation (5) using D=constant is used instead of equation (3). Setting the voltage command Vd=0 corresponds to the case where D=0.
Vd=D×(r×Iq+Ke×ω)…(5)

上述した例示的な実施の形態および変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。 It will be appreciated by those skilled in the art that the exemplary embodiments and variations described above are specific examples of the following aspects.

［１］一態様に係る真空ポンプは、ポンプロータと、ポンプロータを回転駆動するモータと、モータを制御するモータ制御部と、モータのブレーキ動作時に発生する回生電力を消費するブレーキ抵抗と、を備える真空ポンプにおいて、モータ制御部は、ブレーキ動作時の電圧指令ベクトルを、前記電圧指令ベクトルのｄ軸成分とｑ軸成分との比が一定となるように設定する。電圧指令ベクトルのｄ軸成分とｑ軸成分との比を一定に設定することにより、Ｉｑ制御時の電圧指令ベクトル（Ｖｄ，Ｖｑ）の電気角の変動が防止され、安定したインバータ電圧に制御することが可能となる。その結果、ブレーキ動作時におけるインバータ電圧の過電圧を防止することができると共に、減速時間の短縮を図ることができる。 [1] A vacuum pump according to one embodiment includes a pump rotor, a motor that rotationally drives the pump rotor, a motor control unit that controls the motor, and a brake resistor that consumes regenerative power generated during brake operation of the motor. In the vacuum pump provided, the motor control unit sets a voltage command vector during brake operation so that the ratio of the d-axis component and the q-axis component of the voltage command vector is constant. By setting the ratio of the d-axis component and the q-axis component of the voltage command vector to a constant value, fluctuations in the electrical angle of the voltage command vector (Vd, Vq) during Iq control are prevented, and the inverter voltage is controlled to be stable. becomes possible. As a result, it is possible to prevent overvoltage of the inverter voltage during braking operation, and it is also possible to shorten the deceleration time.

［２］上記［１］に記載の真空ポンプにおいて、前記モータ制御部は、前記電圧指令ベクトルのｄ軸成分をブレーキ動作時に、Ｖｄ＝Ｄ×（ｒ×Ｉｑ＋Ｋe×ω）に設定しても良い。ここで、Ｋeは逆起電力定数、ｒはモータ線全体の巻線抵抗、ωはモータの角周波数、Ｄは定数である。ブレーキ動作時のＶｑはＶｑ＝ｒ×Ｉｑ＋Ｋe×ωのように制御されるので、Ｖｄ＝Ｄ×（ｒ×Ｉｑ＋Ｋe×ω）と設定することで、電圧指令ベクトルのｄ軸成分とｑ軸成分との比が一定となる。 [2] In the vacuum pump according to [1] above, the motor control unit may set the d-axis component of the voltage command vector to Vd=D×(r×Iq+Ke×ω) during brake operation. . Here, Ke is a back electromotive force constant, r is the winding resistance of the entire motor wire, ω is the angular frequency of the motor, and D is a constant. Vq during brake operation is controlled as Vq=r×Iq+Ke×ω, so by setting Vd=D×(r×Iq+Ke×ω), the d-axis component and q-axis component of the voltage command vector can be The ratio of is constant.

［３］上記［１］または［２］に記載の真空ポンプにおいて、モータ制御部は、前記電圧指令ベクトルのｄ軸成分をブレーキ動作時にはゼロに設定する。電圧指令ベクトルのｄ軸成分Ｖｄとｑ軸成分Ｖｑとの比を一定に設定する場合には、２つの電圧指令Ｖｄ，Ｖｑを「Ｖｄ/Ｖｑ＝一定」を満たすように調整する必要があるが、ここでは電圧指令ＶｄをＶｄ＝０としてしまうので、制御がより簡単になる。 [3] In the vacuum pump according to [1] or [2] above, the motor control unit sets the d-axis component of the voltage command vector to zero during a braking operation. When setting the ratio of the d-axis component Vd and the q-axis component Vq of the voltage command vector to a constant value, it is necessary to adjust the two voltage commands Vd and Vq so that "Vd/Vq = constant" is satisfied. , here, since the voltage command Vd is set to Vd=0, control becomes simpler.

［４］上記［１］から［３］のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、前記モータ制御部は、前記電圧指令ベクトルのｑ軸成分をブレーキ動作時にＶｑ＝ｒ×Ｉｑ＋Ｋe×ωに設定するようにしても良い。 [4] In the vacuum pump according to any one of [1] to [3] above, the motor control unit sets the q-axis component of the voltage command vector to Vq=r×Iq+Ke×ω during brake operation. You may also do this.

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれら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。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these. Other embodiments considered within the technical spirit of the present invention are also included within the scope of the present invention.

１…真空ポンプ、１Ａ…ポンプ本体、１Ｂ…コントローラ、１０…ポンプロータ、１１…回転軸、１３…モータ、２１…３相インバータ、２２…制御部、２４…ブレーキ抵抗、２５…スイッチング素子、２２１…モータ制御部、Ｉｄ…ｄ軸電流、Ｉｑ…ｑ軸電流、Ｖｄ，Ｖｑ…電圧指令 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Vacuum pump, 1A...Pump body, 1B...Controller, 10...Pump rotor, 11...Rotating shaft, 13...Motor, 21...3-phase inverter, 22...Control unit, 24...Brake resistor, 25...Switching element, 221 ...Motor control unit, Id...d-axis current, Iq...q-axis current, Vd, Vq...voltage command

Claims (4)

ポンプロータと、
前記ポンプロータを回転駆動するモータと、
前記モータを制御するモータ制御部と、
前記モータのブレーキ動作時に発生する回生電力を消費するブレーキ抵抗と、を備え、
前記モータ制御部は、回生制御において、ブレーキ動作時の電圧指令ベクトルを、前記電圧指令ベクトルのｄ軸成分とｑ軸成分との比が一定となるように設定する、真空ポンプ。 pump rotor,
a motor that rotationally drives the pump rotor;
a motor control unit that controls the motor;
A brake resistor that consumes regenerated power generated when the motor brakes,
In the vacuum pump, the motor control unit sets a voltage command vector during brake operation in regeneration control so that a ratio of a d-axis component to a q-axis component of the voltage command vector is constant. 請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
前記モータ制御部は、前記電圧指令ベクトルのｄ軸成分をブレーキ動作時に、Ｖｄ＝Ｄ×（ｒ×Ｉｑ＋Ｋｅ×ω）に設定する、真空ポンプ。ここで、Ｋｅは逆起電力定数、ｒはモータ線全体の巻線抵抗、ωはモータの角周波数、Ｄは定数である。 The vacuum pump according to claim 1,
The motor control unit is a vacuum pump that sets the d-axis component of the voltage command vector to Vd=D×(r×Iq+Ke×ω) during brake operation. Here, Ke is a back electromotive force constant, r is the winding resistance of the entire motor wire, ω is the angular frequency of the motor, and D is a constant. 請求項１または２に記載の真空ポンプにおいて、
前記モータ制御部は、前記電圧指令ベクトルのｄ軸成分をブレーキ動作時にはゼロに設定する、真空ポンプ。 The vacuum pump according to claim 1 or 2,
The motor control unit is a vacuum pump that sets a d-axis component of the voltage command vector to zero during a brake operation. 請求項１から３のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
前記モータ制御部は、前記電圧指令ベクトルのｑ軸成分をブレーキ動作時にＶｑ＝ｒ×Ｉｑ＋Ｋｅ×ωに設定する、真空ポンプ。 The vacuum pump according to any one of claims 1 to 3,
The motor control unit is a vacuum pump that sets the q-axis component of the voltage command vector to Vq=r×Iq+Ke×ω during brake operation.
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