CN118176362A - 真空泵、真空泵的控制方法、真空泵用功率转换装置、压缩机用功率转换装置以及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够保护电动机不会过热，并且实现真空排气性能的提高的真空泵及其控制方法。本发明的一个方式的真空泵具有：容积式的泵主体、电动机、以及控制部。所述泵主体具有泵转子。所述电动机使所述泵转子旋转。所述控制部在负载转矩为第一规定转矩以下时，执行第一控制模式，所述第一控制模式以规定转速以下的转速驱动所述电动机，在所述负载转矩大于所述第一规定转矩时，执行第二控制模式，所述第二控制模式将第一规定功率作为上限，以所述规定转速以下的转速且比第一规定转矩高的第二规定转矩以下的转矩驱动所述电动机。

Description

真空泵、真空泵的控制方法、真空泵用功率转换装置、压缩机 用功率转换装置以及压缩机

技术领域

本发明涉及容积式的真空泵及其控制方法的技术。

背景技术

在容积式真空泵中，通过利用电动机转移其容积，从而将作为排气对象空间的腔室内的气体排出。电动机采用如下控制方式，如以鼠笼型感应电动机为代表那样，根据输入的电源频率确定其转速(也称作滑动转速)，将其转速设为固定范围。但是，上述容积的转移是指，将气体的转移和附带的压缩负载、与维持气体的吸入口和排出口之间的差压的负载合成起来的事件，根据应用了该泵的容积转移的设计思想的对象的不同，有时对于作为电动机的功的每单位时间应处理的负载，会强制进行无法维持其额定转速那样的过载运行。

如果维持过载运行，则会导致电动机或泵部过热，以至于真空泵故障，因此，添加了将负载限制为一定以下的机械结构(溢流阀(限制压缩负载)、磁性联轴器(限制转矩传递))，来进行应对。此外，近年来，随着控制装置的高度发展，有时利用控制装置所附带的功能即转矩极限(电流极限)来代替磁性联轴器(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-254193号公报。

发明内容

发明要解决的问题

这样的真空泵是以会出现周期性地强制进行额定以上的过载运转的情况为前提而设计的。其理由是因为通常会有与下降负载连接的情况，下降负载是负载初始最大，然后指数性下降的负载。除此之外还因为通常会有如下情况，在维持真空时仅有维持差压的功成为负载(根据真空泵的系统结构，有时其差压也较小)，并且与最大负载的时间相比，真空维持时间的比率大。也就是说，如果考虑负载，那么电动机和泵部具有能够对连续额定以上的负载进行分离的结构并在此基础上设计真空泵是合理的，已经配置或运用这样设计的泵系统。

虽然是以这样的方式利用的真空泵，但在上述那样的过载时的运行处理会给真空排气性能带来不良影响。具体而言，在使真空泵的负载增加时，或在运行时使容积的转移量、特别是每单位时间的转移量增加时，其电动机能力发挥至最大限度的能力、即发挥连续额定以上的能力被限制，无法发挥原本具有的短时间额定的能力。

鉴于如上情况，本发明的目的在于，提供一种能够保护电动机不会过热，并且实现真空排气性能的提高的真空泵及其控制方法。

用于解决问题的方案

本发明的一个方式的真空泵具有：容积型泵主体、电动机、以及控制部。

所述泵主体具有泵转子。

所述电动机使所述泵转子旋转。

所述控制部在负载转矩为第一规定转矩以下时，执行第一控制模式，所述第一控制模式以规定转速以下的转速驱动所述电动机，在所述负载转矩大于所述第一规定转矩时，执行第二控制模式，所述第二控制模式将第一规定功率作为上限，以所述规定转速以下的转速且比第一规定转矩高的第二规定转矩以下的转矩驱动所述电动机。

由此，即使在过载运行时，也抑制了电动机的转速的降低，因此能够维持泵转子的每单位时间的容积转移量，并实现排气至目标压力的时间的缩短。此外，电动机的转速被限制为规定转速以下，因此能够保护真空泵不会过热。

典型地，所述第一规定转矩为所述电动机的额定转矩。

典型地，所述第一规定功率为所述电动机的额定功率。

典型地，所述规定转速为所述电动机的额定转速。在所述负载转矩为所述第一规定转矩以下、并且所述电动机的功率为所述第一规定功率以下时，所述规定转速也可以是比所述额定转速高的转速。

所述控制部也可以构成为，在所述第二控制模式中，在所述电动机的旋转状态满足规定的条件时，仅在规定时间内以比所述第一规定功率高的第二规定功率驱动所述电动机。

所述控制部也可以构成为，在所述第二控制模式中，计算所述真空泵整体的温度的推测值，在所述推测值为规定温度以上时，以所述第一控制模式驱动所述电动机。

在本发明的一个方式的真空泵的控制方法中，所述真空泵为容积式的真空泵，其具有：泵转子、以及使所述泵转子旋转的电动机，在所述真空泵的控制方法中，

启动所述电动机，

在负载转矩为第一规定转矩以下时，执行第一控制模式，所述第一控制模式以规定转速以下的转速驱动所述电动机，

在所述负载转矩大于所述第一规定转矩时，执行第二控制模式，所述第二控制模式将第一规定功率作为上限，以所述规定转速以下的转速且比第一规定转矩高的第二规定转矩以下的转矩驱动所述电动机。

本发明的一个方式的真空泵用功率转换装置向使容积式的泵的泵转子旋转的电动机供给功率，其中，

所述真空泵用功率转换装置具有控制部，其在负载转矩为第一规定转矩以下时，执行第一控制模式，所述第一控制模式以规定转速以下的转速驱动所述电动机，在所述负载转矩大于所述第一规定转矩时，执行第二控制模式，所述第二控制模式将第一规定功率作为上限，以所述规定转速以下的转速且比第一规定转矩高的第二规定转矩以下的转矩驱动所述电动机。

发明效果

根据本发明，能够保护电动机不会过热，并且实现真空排气性能的提高。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的真空泵的内部结构的概略横截面图。

图2是图1的A-A线剖视图。

图3是概略地示出上述真空泵的结果的框图。

图4是上述真空泵的控制部的功能框图。

图5是示出在上述控制部中执行的处理的步骤的一个例子的流程图。

图6是示出上述真空泵的动作的一个例子的实验结果，并且是负载转矩与压力的关系的图。

图7是示出上述真空泵的动作的一个例子的实验结果，并且是功率与压力的关系的图。

图8是示出上述真空泵的动作的一个例子的实验结果，并且是转速与压力的关系的图。

图9是示出上述真空泵的动作的一个例子的实验结果，并且是排气速度与压力的关系的图。

图10是示出上述真空泵的动作的一个例子的实验结果，并且是压力与时间的关系的图。

图11是示出本发明的其他实施方式的真空泵的动作的一个例子的实验结果。

图12是示出典型的制冷回路的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出本发明的一个实施方式的真空泵100的内部结构的概略横截面图。图2是图1的A-A线剖视图。在各图中，X轴、Y轴以及Z轴示出相互正交的三个轴方向。

本实施方式的真空泵100具有：泵主体10、电动机20、以及控制单元30。在本实施方式中，作为真空泵100，虽然举例说明了单级机械增压泵，但除此以外，也可以由螺杆泵、叶片泵、罗茨泵等其他的容积式真空泵构成。

(泵主体)

泵主体10具有：第一泵转子11、第二泵转子12、收容第一和第二泵转子11、12的壳体13。

壳体13具有：第一壳体部131、配置于第一壳体部131的Y轴方向的两端的隔板132、133、以及固定于隔板133的第二壳体部134。第一壳体部131和隔板132、133形成收容第一和第二泵转子11、12的泵室P。

第一壳体部131和隔板132、133例如由铸铁、不锈钢等铁系金属材料构成，经由未图示的密封环相互结合。第二壳体部134例如由铝合金等非铁系金属材料构成。

在第一壳体部131的一个主面(在图2中为上表面)形成有与泵室P连通的吸气口E1，在另一个主面(在图2中为下表面)形成有与泵室P连通的排气口E2。在吸气口E1连接有与未图示的真空腔室的内部连通的吸气管，在排气口E2连接有未图示的排气管或辅助泵的吸气口。

第一和第二泵转子11、12由铸铁等铁系金属材料形成的茧型转子(日文：マユ型ロータ)构成，并在X轴方向上相互相向地配置。第一和第二泵转子11、12分别具有与Y轴方向平行的旋转轴11s、12s。在各旋转轴11s、12s的一端部11s1、12s1侧可旋转地支承在固定于隔板132的轴承B1，各旋转轴11s、12s的另一端部11s2、12s2侧可旋转地支承在固定于隔板133的轴承B2。在第一泵转子11与第二泵转子12之间，以及各泵转子11、12与泵室P的内壁面之间形成有规定的间隙，各泵转子11、12构成为，以彼此非接触的、并且与泵室P的内壁面非接触的方式旋转。

在第一泵转子11的旋转轴11s的一端部11s1固定有构成电动机20的转子芯21，在转子芯21与轴承B1之间固定有第一同步齿轮141。在第二泵转子12的旋转轴12s的一端部12s1固定有与第一同步齿轮141啮合的第二同步齿轮142。通过电动机20的驱动，第一和第二泵转子11、12经由同步齿轮141、142相互向相反方向旋转，由此，泵室P的容积变化，从吸气口E1向排气口E2转移气体。

(电动机)

在本实施方式中，电动机20由永磁同步型的封闭电动机构成。除此以外，电动机20也可以由鼠笼型电动机等感应电动机构成。此外，不限于图1所示的那样的泵主体10和电动机20呈一体型的真空泵100，也可以是泵主体10与电动机20分离的真空泵100。具体而言，作为热回路，泵主体10与电动机20也可以是独立的。

电动机20具有：转子芯21、定子芯22、封闭罩23、电动机外壳24。

转子芯21固定在第一泵转子11的旋转轴11s的一端部11s1。转子芯21具有：电磁钢板的层叠体、以及安装于其周面的多个永久磁铁M。永久磁铁M沿转子芯21的周围使极性(N极、S极)交替不同地配置。

在本实施方式中，作为永久磁铁材料，使用钕磁铁、铁氧体的铁系材料。永久磁铁的配置方式没有特别限定，可以是在转子芯21的表面配置永久磁铁的表面磁铁型(SPM)，也可以是在转子芯21中嵌入永久磁铁的嵌入磁铁型(IPM)。

定子芯22配置于转子芯21的周围，固定在电动机外壳24的内壁面。定子芯22具有：电磁钢板的层叠体、以及卷绕于层叠体的多个线圈C。线圈C由包含U相绕线、V相绕线以及W相绕线的三相绕线构成，分别与控制单元30电连接。

封闭罩23配置于转子芯21与定子芯22之间，将转子芯21收容在内部。封闭罩23是由PPS(聚苯硫醚)、PEEK(聚醚醚酮)等合成树脂材料构成的、齿轮室G侧的一端开口的有底的圆筒构件。封闭罩23经由配置于其开口端部侧的周围的密封环S被固定在电动机外壳24，将转子芯21从大气(外部气体)中密封。

电动机外壳24例如由铝合金构成，收容转子芯21、定子芯22、封闭罩23以及同步齿轮141、142。电动机外壳24通过经由未图示的密封环固定在隔板132，从而形成齿轮室G。齿轮室G收容用于润滑同步齿轮141、142和轴承B1的润滑油。典型地，在电动机外壳24的外表面设置有多个散热片。

电动机外壳24的顶端被盖25覆盖。在盖25设置有能够与外部气体连通的通孔，并且能够构成为经由与电动机20邻接配置的冷却风扇50，冷却转子芯21、定子芯22。也可以代替冷却风扇50或在其基础上采用能够对电动机外壳24进行水冷的结构。对于泵主体10也是同样的，也可以采用能够对壳体13进行水冷的结构。只要冷却风扇50、能够水冷的结构等的结构能够确保能够维持连续额定运行的排热量，则对其结构没有限制。

(控制单元)

接下来，对控制单元30的详细情况进行说明。图3是概略地示出控制单元30的结构的框图。

如图3所示，控制单元30具有：驱动电路31、位置检测部32、控制部33、以及电流检测器34。控制单元30用于控制电动机20的驱动。控制单元30由在电动机外壳24设置的金属制等的外壳内收容的电路基板、搭载于其上的各种电子部件构成，其功能通过对电动机20进行控制的功率转换装置(逆变器)来实现。

驱动电路31由逆变器电路构成，该逆变器电路具有生成驱动信号的多个半导体开关元件(晶体管)，该驱动信号用于使电动机20以规定的转速或规定的功率等为目标旋转。通过利用控制部33分别控制开闭时机，从而使这些半导体开关元件分别向定子芯22的线圈C(U相绕线、V相绕线以及W相绕线)供给输出(功率)。

电流检测器34检测在驱动电路31与定子芯22的线圈C之间流动的电流(输出电流)。例如电流检测器34可以构成为检测三相交流的全部相(U相、V相以及W相)的电流，也可以构成为检测三相交流的任意两个相的电流。只要不产生零相电流，由于U相、V相、以及W相的电流的合计为零，因此即使在检测两个相的电流的情况下也能够得到全部相的电流的信息。另外，电流检测器34也可以采用检测电压的结构。这可以通过利用分流器或电动机、驱动电路等电路中存在的电阻来检测电流等方式实现。

位置检测部32通过掌握由电流检测器34检测的各层的电流值，从而根据与线圈C相交的磁通量的随时间变化引起的在线圈C中产生的反电动势的波形，来间接检测转子芯21的磁极位置，并将其作为控制向线圈C的通电时机的位置检测信号而向控制部33输出。另外，在电动机20不是同步机而是感应机的情况下，例如也可以将位置检测部32作为磁通量推测部32进行读取，通过对以后说明的控制部33实施使用了公知的d、q轴磁通量的矢量控制，来向驱动电路31供给驱动信号。

控制部33基于由位置检测部32检测的转子芯21的磁极位置，生成用于对定子芯21的线圈C进行励磁的控制信号，并将其向驱动电路31输出。典型地，控制部33由具有CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、存储器的信息处理装置(计算机)构成。在上述存储器中存储有用于在控制部33中执行后述的处理步骤的程序、运算用的各种参数。

图4是示出控制部33的结构的功能框图。控制部33具有：速度计算部331、功率计算部332、温度计算部333、判定部334、以及信号生成部335。

速度计算部331基于由位置检测部32检测的转子芯21的磁极位置的变化，计算电动机20的转速。功率计算部332从由位置检测部32取得的转子芯21的磁极位置或者在线圈C中流动的电流值检测电动机20的负载转矩，基于检测的负载转矩和电动机的转速，计算应向电动机20供给的输出(功率)。另外，也可以在电动机20的旋转轴、泵转子11、12的旋转轴11s、12s设置应变仪等检测器，来求出负载转矩。

温度计算部333计算包含泵主体10和电动机20的真空泵100整体的发热量(温度)的推测值。在上述推测值的计算中，例如，使用基于模拟了真空泵100整体的热容量的参数和真空泵100的运行时间的运算算法。除此以外，也可以基于直接或间接对泵主体10和电动机20的温度进行检测的温度传感器的输出，计算上述推测值。

判定部334在电动机20的驱动时，分别判定由速度计算部331计算的电动机20的负载转矩和转速与后述的规定转矩(T1、T2)和规定转速(Rth)的大小关系。此外，判定部334在电动机20的驱动时，判定由温度计算部333计算的发热量的推测值是否为后述的规定温度(Tm)以上。

信号生成部335向驱动电路31生成与后述的控制模式对应的驱动信号。在本实施方式中，控制部33作为电动机20的控制模式，具有第一控制模式和第二控制模式，基于判定部334的与电动机20的负载转矩、输出(功率)、转速相关的判定结果，将电动机20的控制模式在第一控制模式与第二控制模式之间切换。

在负载转矩为第一规定转矩T1以下时执行第一控制模式，以规定转速(Rth)以下的转速驱动电动机20。另一方面，在负载转矩大于第一规定转矩T1时执行第二控制模式，将第一规定功率P1作为上限，以规定转速(Rth)以下的转速并且以比第一规定转矩T1高的第二规定转矩T2以下的转矩驱动电动机20。典型地，规定转速Rth是额定转速，第一规定转矩T1是额定转矩，第一规定功率P1是额定输出，当然不限于此。

通常，如以下的(1)式所示，电动机的输出(功率)P[kW]与电动机的负载转矩T[N·m]和转速n[rpm]的积呈比例关系。

P∝T·n…(1)

在用电动机的转速n表示泵主体的容积转移量时，容积转移量由电动机的负载转矩决定。典型地，根据在将容积转移负载和差压负载相加的负载(以下，也称为合计负载)、与电动机所发挥的转矩(负载转矩)平衡的状态下的转速，推导出容积转移量。由此，例如能够将以额定转速持续驱动电动机考虑为确保作为真空泵的目的的排气性能的条件，来设计真空泵。

另一方面，例如从大气压对腔室内进行排气时，刚启动的真空泵的容积转移负载或其附带的压缩负载大，因此电动机的负载转矩高，真空泵的运行成为高载状态或过载状态。在过载状态下，电动机有时超过额定转矩，如果长时间持续该状态，则不能保护电动机不会过热。因此，在驱动电动机的情况下，通常，以使电动机不大于其额定转矩的方式限制负载转矩(转矩极限)。如果电动机的负载转矩被限制为额定转矩，则电动机的转速降低至与合计负载平衡的状态，其结果，容积转移量减少，导致真空泵的排气性能也降低。此时，上述(1)式中的负载转矩T、转速n以及输出P的值分别为如下。

T＝转矩极限值(额定转矩)

n＜额定转速

P＜额定功率

即，在以输出的角度考虑的情况下，可以说，真空泵以小于额定功率的输出运行，处于未充分发挥本来的排气能力的状态。

因此，在本实施方式中，在电动机20的负载转矩大于第一规定转矩T1(额定转矩)时，电动机20的控制方法从上述第一控制模式切换为第二控制模式，允许以比第一规定转矩T1高的第二规定转矩T2以下的转矩驱动电动机20。只要电动机20的输出没有大于第一规定功率P1(额定功率)，则第二规定转矩T2就没有特别限定，可以根据转速n变化。

只要转速和负载转矩为规定以下，则第一控制模式的电动机20的驱动方法就没有特别限定，典型地，采用将额定转速作为指示值的转速控制。不限于此，例如，也可以采用将第一规定转矩T1(额定转矩)作为指示值的转矩控制，或者采用将第一规定功率P1(额定功率)作为指示值的功率控制。

另一方面，第二控制模式中的电动机20的典型的驱动方法是将第一规定功率P1(额定功率)作为上限来进行驱动的功率控制。因此，即使负载转矩大于第一规定转矩T1(额定转矩)，只要电动机20的当前的转速(n)比额定转速(N)低，就能够将对于电动机20的转矩指定值提高至(N/n)倍。由此，容积转移量增加，实现排气时间的缩短。此外，即使电动机的负载转矩提高至(N/n)倍，电动机20的输出也是额定功率以下，因此可以抑制真空泵100的过热。

第二控制模式中的电动机20的驱动方法只要是将规定功率作为上限进行驱动的控制方法，则不限于上述的功率控制，例如也可以采用一边监视输出的功率值一边使作为目标值的转矩值逐渐增加或逐渐减少的转矩控制，同样，也可以采用一边监视功率值一边使作为目标值的速度指令值逐渐增加或逐渐减少的速度控制。

另外，使电动机20发挥额定转矩以上的转矩发生如下情况，使额定以上的电流在电动机20中流动，其发热量与排热量不相符，不能避免电动机20的过热状态，引起线圈C等的热破坏。此外，同样，因泵主体10的压缩负载相比于额定负载过大，导致泵主体10过热，有发生因泵转子11、12间的间隙不足、或者泵转子11、12与壳体13之间的间隙不足所引起的卡死现象的风险。也就是说，如果将额定理解为通过保持发热量与排热量的平衡状态，从而使各构成部件在运行时维持在安全的温度范围的意思的话，那么发挥额定以上的转矩则会发生不能确保安全的温度范围。因此，对温度或与此相当的物理量进行推测或监视来保护真空泵100不会成为过热状态的功能是必须的。

因此，在本实施方式中构成为，具有计算真空泵100整体的发热量的推测值的温度计算部333，例如，在发热量的推测值为规定温度(Tm)以上的情况下，切换为以第一规定转矩T1进行驱动的第一控制模式，使电动机20以额定转矩以下的转矩被驱动。由此，能够保护真空泵100不会成为过热状态。

此外，在负载转矩较低时，能够通过使转速上升直至到达额定功率的方式增加容积转移量，但另一方面，在负载转矩过低时，会产生电动机20的转速超过构成真空泵100的机械部件的极限速度的风险。为了避免这样的问题，在第二控制模式中，将转速的上限设定为额定转速(Rth)。由此，可以使真空泵100以安全的速度范围运行。另外，不限于此，在如后所述那样使负载转矩和功率分别为额定以下的情况下，也可以将转速的上限值设定为机械部件的极限速度以下且比额定转速高的转速。

进而，以额定以上的功率连续驱动电动机20会导致过载，因此，通常在功率控制中不会使额定以上的功率为指令值。也就是说，功率控制的指令值采用作为额定功率的固定值是合理的。但是，不能说在上述固定值下一定可以使真空泵发挥其本来的最大能力。也就是说，虽然在短时间内能够在不达到过热的范围内对负载发挥额定以上的动力，但是由于指令值是固定功率，因此可以说限制了泵的排气能力。

这里，在容积式真空泵中，作为其能力有排气时间，在某时刻下的容积的累积转移数量越多则排气时间越短。也就是说，作为电动机的旋转状态，在判断为存在负载减少(或转速上升)的倾向的情形下，能够投入额定以上的转矩即功率，由此能够提高作为真空泵的功能。与之相反，例如当在泵运行中对腔室内进行泄压的情况等，判断为负载处于增加的(或转速降低)倾向的情形下，除了特殊情况，不需要提高真空泵的排气性能。

也就是说，在判断为电动机的旋转状态是能够投入额定以上的转矩或功率的状态的情况下，也可以以大于额定转矩或额定功率的转矩或者功率(例如额定的120％～200％)驱动电动机20。通过执行这样的控制，能够增加每单位时间的容积转移量(或转移数量)，其结果，排气时间也变短。此外，如果具有上述的温度推测功能，则能够避免过载所引起的过热的问题，确保真空泵的安全的运行。

另外，也可采用如下方法代替上述温度推测功能，将超过额定的运行限制在规定时间，并且作为超过额定的运行的间隔，设定一定以上的时间(禁止期间)等，在超过额定的运行后，使真空泵快速回到额定运行时的温度。由此，能够不使用温度推测功能，而通过简单的结构抑制过载引起的真空泵的过热。

另外，在泵主体10和电动机20独立的真空泵100作为热回路的情况下，计算发热量的推测值的温度计算部333对泵主体10和电动机20分别推测发热量。在该情况下，由于泵主体10和电动机20的热平衡不同，因此例如构成为，在任一推测值为规定温度(Tm)以上的情况下，切换为以第一规定转矩T1进行驱动的第一控制模式，以额定转矩以下的转矩驱动电动机20。该规定温度也可以根据泵主体10和电动机20单独设置。这在耐热性相互不同的情况下，会更加长期地抑制真空泵的过热，因此优选。

[真空泵的控制方法]

接下来，结合真空泵的动作对控制部33的详细情况进行说明。图5是示出在控制部33中执行的处理的步骤的一个例子的流程图。

此外，图6～图10是示出本实施方式的真空泵100开始运行后经过固定时间之后到达目标压力的动作的一个例子的实验结果，图6示出负载转矩与压力的关系，图7示出功率与压力的关系，图8示出转速与压力的关系，图9示出排气速度与压力的关系，图10示出压力与时间的关系。此外，在图6～图8中，以任意的标度表示表纵轴的负载转矩、功率、转速，并且以将各个额定值设为1时的相对比示出。在这些图6～图10中，“功率控制”相当于在本实施方式中执行的控制方法，作为其对比，也一并示出“转速控制”的控制方法。另外，“功率控制”、“转速控制”的意思是指，表示控制环路的控制对象是功率或转速，例如对功率、转速以保持为某目标值的方式进行控制。

在真空泵100的运行开始时，控制部33以第一控制模式驱动电动机20(步骤101)。在该第一控制模式中，以将额定转速Rth作为指示值的转速控制来驱动电动机20。控制环路只要能够求出后述的负载转矩就可以采用任意方式。

在真空腔室内的压力为大气压的情况下，在运行刚开始之后，真空泵100以较高的负载状态驱动。控制部33监视作为电动机20的运行结果得到的负载转矩，判定其负载转矩是否为第一规定转矩T1以下(步骤102)。

在负载转矩为第一规定转矩T1以下时(在步骤102中为“是”)，控制部33继续以第一控制模式驱动电动机20。另一方面，在负载转矩大于第一规定转矩T1时(在步骤102中为“否”)，控制部33判定电动机20的转速是否小于规定转速Rth(步骤103)。在转速小于规定转速Rth的情况下(在步骤103中为“是”)，控制部33从第一控制模式切换为第二控制模式(步骤104)。也就是说，在负载转矩大于第一规定转矩T1并且电动机20的转速小于规定转速Rth时，执行第二控制模式。

在第二控制模式下，将第一规定功率P1(额定功率)作为功率上限值，以额定转速Rth以下的转速并且以比第一规定转矩T1高的第二规定转矩T2以下的转矩驱动电动机20。第二规定转矩T2例如设定为相当于额定转矩的120％～200％的转矩值。

这样，在本实施方式中，在真空泵100的高载运行时，能够在不大于额定功率的范围内提高负载转矩，因此能够以高转矩驱动电动机20(参照图6)。由此，能够使容积转移量(转速)增加，实现排气时间的缩短(参照图8～图10)。此外，由于转速的上限限制为额定转速Rth，因此能够防止电动机20的过转所导致的真空泵100的破损。

特别是，优选以通过调节(逐渐增加或逐渐减少)第二规定转矩T2，而成为第一规定功率P1的方式，构成第二控制模式。该结构是典型的功率控制，将控制环路的控制对象作为功率，将其目标功率作为第一规定功率P1。此外，如果第二规定转矩T2是实现第一规定功率P1以下的设定值，则从抑制后述的发热量的方面出发是优选的。

控制部33判定在第二控制模式的执行中真空泵100整体的温度(由温度计算部333计算的发热量的推测值)是否为规定温度Tm以上(步骤105)。控制部33在判定为真空泵100的温度为规定温度Tm以上时(在步骤105中为“是”)，从第二控制模式切换为第一控制模式。由此，能够保护真空泵100不会成为过热状态。另一方面，控制部33在判定为真空泵100的温度小于规定温度Tm时(在步骤105中为“否”)，继续以第二控制模式驱动电动机20。

进而，控制部33判定在第二控制模式的执行中负载转矩是否处于降低的倾向(步骤106)。判定负载转矩是否处于降低的倾向是按照下述基准进行的，例如，在速度计算部331中，以规定周期检测的负载转矩的检测值是否固定、或者处于降低倾向。在功率控制下，如果负载转矩处于降低的倾向，则看作转速处于上升倾向，因此能够判断为腔室内倾向于真空。

因此，在负载转矩处于降低的倾向时(在步骤106中为“是”)，控制部33执行转矩提升控制，使功率上限值(功率目标值)仅在规定时间内从第一规定功率P1(额定功率)上升至第二规定功率P2(步骤107)。由此，电动机20的转速临时上升，因此容积转移量进一步增大，相应地，能够缩短排气时间(参照图10)。第二规定功率P2只要是比第一规定功率P1高的功率则没有特别限定，例如，设定为相当于额定功率的120％～200％的功率值。这样，短时间额定的能力在图10所示的真空度的区域(中真空区域)中，最大限度地发挥其效果，其结果，能够确认出排气时间的缩短。

另一方面，通过转矩提升控制的执行，真空泵100的发热量增加，但因为转矩提升控制被限定为规定时间，因此能够防止真空泵100达到过热的状态(参照图7)。上述规定时间能够基于转矩提升控制引起的真空泵100的热上升率等，预先以实验的方式求出。在进行了规定时间的转矩提升处理后，并且在负载转矩不处于降低的倾向时(在步骤105中为“否”)，控制部33继续执行将功率上限值作为第一规定功率P1(额定功率)的功率控制。

通过重复执行以上的动作，从而实施以功率控制为主体的电动机20的驱动控制。由此，相比于仅以转速控制来驱动电动机20的情况，能够最大限度地发挥真空泵100本来具有的排气性能，因此能够缩短到达作为目标的真空压力的时间(排气时间)。

此外，在从大气压条件启动时，也可以通过快速地过渡为以功率控制为主体的第二控制模式，从而相比于施加了转矩极限的转速控制，使启动转矩增大，由此不仅可以缩短排气时间，还能够使从胶着状态离脱的可能性提高，此外，即使在油温低的条件下，即在泵温度低、机械损耗高的条件下等恶劣环境中，也能够实现缩短排气时间的效果，并且通过以功率控制为主体，相比于仅增加了转矩值的运行，能够成为抑制了发热的运行。

在真空腔室内的压力降低至规定以下，并且泵主体10的气体的压缩负载减少时，真空泵100的负载仅为维持吸气口E1与排气口E2之间的差压的功。因此，控制部33在第二控制模式的执行中，判定负载转矩是否为第一转矩T1(额定转矩)以下(步骤102)，并且在负载转矩降低至第一转矩T1以下时，从第二控制模式向第一控制模式切换(在步骤102中为“是”)。在第一控制模式中，额定转速(规定转速Rth)为转速的上限值，因此电动机20从低真空至中真空(在图8中为约2kPa～0.1Pa)，以固定的转速(额定转速)驱动。这里，中真空/高真空的定义基于JIS Z 8126-1真空技术-术语-第1部：通用术语。

＜其他实施方式1＞

在以上的实施方式中，在第一控制模式中以规定转速Rth以下的转速驱动电动机20，将其规定转速Rth设为额定转速，但不限于此，也可以将规定转速Rth设为与此时的电动机20的运行状态对应的可变值。

例如，也可以在第一控制模式中，在负载转矩为第一规定转矩T1以下，并且功率为第一规定功率P1以下时，将规定转速Rth设为比额定转速高的转速。即，在第一控制模式中采用功率控制的控制环路，在电动机20的功率不大于第一规定功率P1(典型地为额定功率)的范围内允许转速的上升(以下，也称作高转速控制)。另外，高转速控制下的转速上限值例如能够根据泵主体或电动机的转速上限值任意地设定，例如能够设为额定转速的120％。如图11中用虚线Ep所示，从高额定转速向转速上限值的转速的上升率为低于功率控制的转速的上升率的值。

如图11所示，这样的高转速控制能够在中真空附近在从第二控制模式向第一控制模式切换后的规定时间执行。高转速控制的运行时间可以预先固定，也可以为直至功率到达第一规定功率P1的时间。在高转速控制执行了规定时间后，执行将额定转速作为转速上限值的第一控制模式。由此，进一步引出真空泵100的排气能力，因此能够更进一步缩短直至极限真空度的排气时间，并且能够在高转速控制下的压力区间连续运行的情况下，使容积转移量增加。

＜其他实施方式2＞

虽然在以上的实施方式中，举例说明了真空泵，但是本发明也可应用于真空泵以外的其他泵，例如，压缩系统中的压缩机或其驱动用电动机。

图12示出典型的制冷回路。从压缩机201排出的高压的过热气体制冷剂在冷凝器202中冷凝。从冷凝器202流出的高压的过冷却液体制冷剂通过膨胀阀203，从而进行减压。通过了膨胀阀203的低压的液体制冷剂在蒸发器204中蒸发。从蒸发器204流出的低压的过热气体制冷剂被吸入压缩机201。

作为压缩机201，能够使用例如旋转式泵、涡旋泵等容积式的泵。压缩机201容易因制冷剂的冷凝温度、蒸发温度以及吸入蒸气的过热度等而受到热负载。另一方面，在压缩机中，在相同运行条件下，要求以下能力，能够吸入更多的蒸气量，并且发挥强的制冷能力。因此，在压缩机201中也与上述的真空泵相同，要求保护作为压缩机201的驱动源的电动机不会过热，并且使泵性能提高的技术。针对这样的问题，上述的真空泵的运行控制也是有效的。

另外，如果将蒸发器204看作上述的真空排气系统的真空腔室，则从膨胀阀203向蒸发器204流入的制冷剂能够看作向真空腔室导入的气体。如果冷凝器202和蒸发器204的压力稳定，则压缩机201的负载转矩也稳定。例如，如果将冷凝压力看作真空排气系统中的大气压，则只要蒸发压力稳定，并且蒸发器204的热流速也为一定条件，则可以使压缩机201的运行状态成为与真空排气系统的中真空区域相同的状态。

附图标记说明

10：泵主体；

11、12：泵转子；

20：电动机；

30：控制单元；

31：驱动电路；

32：位置检测部；

33：控制部；

100：真空泵；

201：压缩机。

Claims (11)

1.一种真空泵，其具有：

容积式的泵主体，其具有泵转子；

电动机，其使所述泵转子旋转；以及

控制部，其在负载转矩为第一规定转矩以下时，执行第一控制模式，所述第一控制模式以规定转速以下的转速驱动所述电动机，在所述负载转矩大于所述第一规定转矩时，执行第二控制模式，所述第二控制模式将第一规定功率作为上限，以所述规定转速以下的转速且比第一规定转矩高的第二规定转矩以下的转矩驱动所述电动机。

2.根据权利要求1所述的真空泵，其中，

所述规定转速为所述电动机的额定转速。

3.根据权利要求1所述的真空泵，其中，

在所述负载转矩为所述第一规定转矩以下且所述电动机的功率为所述第一规定功率以下时，所述规定转速是比所述电动机的额定转速高的转速。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的真空泵，其中，

所述第一规定功率为所述电动机的额定功率。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的真空泵，其中，

所述第一规定转矩为所述电动机的额定转矩。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的真空泵，其中，

所述控制部在所述第二控制模式中，在所述电动机的旋转状态满足规定的条件时，仅在规定时间内以比所述第一规定功率高的第二规定功率以下的功率驱动所述电动机。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的真空泵，其中，

所述控制部在所述第二控制模式中，计算所述真空泵整体的温度的推测值，在所述推测值为规定温度以上时，以所述第一控制模式驱动所述电动机。

8.一种真空泵的控制方法，所述真空泵为容积式的真空泵，其具有：泵转子、以及使所述泵转子旋转的电动机，在所述真空泵的控制方法中，

启动所述电动机，

在负载转矩为第一规定转矩以下时，执行第一控制模式，所述第一控制模式以规定转速以下的转速驱动所述电动机，

在所述负载转矩大于所述第一规定转矩时，执行第二控制模式，所述第二控制模式将第一规定功率作为上限，以所述规定转速以下的转速且比第一规定转矩高的第二规定转矩以下的转矩驱动所述电动机。

9.一种真空泵用功率转换装置，其向使容积式的泵的泵转子旋转的电动机供给功率，其中，

所述真空泵用功率转换装置具有：控制部，其在负载转矩为第一规定转矩以下时，执行第一控制模式，所述第一控制模式以规定转速以下的转速驱动所述电动机，在所述负载转矩大于所述第一规定转矩时，执行第二控制模式，所述第二控制模式将第一规定功率作为上限，以所述规定转速以下的转速且比第一规定转矩高的第二规定转矩以下的转矩驱动所述电动机。

10.一种压缩机用功率转换装置，其向压缩系统的压缩机电动机供给功率，其中，

所述压缩机用功率转换装置具有：控制部，其在负载转矩为第一规定转矩以下时，执行第一控制模式，所述第一控制模式以规定转速以下的转速驱动所述电动机，在所述负载转矩大于所述第一规定转矩时，执行第二控制模式，所述第二控制模式将第一规定功率作为上限，以所述规定转速以下的转速且比第一规定转矩高的第二规定转矩以下转矩驱动所述电动机。

11.一种压缩机，其具有：

容积式的泵主体，其具有泵转子；

电动机，其使所述泵转子旋转；以及

控制部，其在负载转矩为第一规定转矩以下时，执行第一控制模式，所述第一控制模式以规定转速以下的转速驱动所述电动机，在所述负载转矩大于所述第一规定转矩时，执行第二控制模式，所述第二控制模式将第一规定功率作为上限，以所述规定转速以下的转速且比第一规定转矩高的第二规定转矩以下的转矩驱动所述电动机。