ポンプシステム
【課題】複数のターボ分子ポンプを同時に駆動する際に電力供給手段からの電力を効率よく最大限に利用する。
【解決手段】電力供給手段１からの電力によって駆動する複数のターボ分子ポンプＴ１〜Ｔ４と、複数のターボ分子ポンプＴ１〜Ｔ４が消費している電力総消費量Ｗｔを求める電力量取得手段６と、電力量取得手段６により求められた電力総消費量Ｗｔが予め定めた設定値Ｗｓを超えないように各ターボ分子ポンプＴ１〜Ｔ４への供給電力を制御する電力制御手段４とを備える。
【解決手段】電力供給手段１からの電力によって駆動する複数のターボ分子ポンプＴ１〜Ｔ４と、複数のターボ分子ポンプＴ１〜Ｔ４が消費している電力総消費量Ｗｔを求める電力量取得手段６と、電力量取得手段６により求められた電力総消費量Ｗｔが予め定めた設定値Ｗｓを超えないように各ターボ分子ポンプＴ１〜Ｔ４への供給電力を制御する電力制御手段４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のターボ分子ポンプを有するポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体装置などには、複数のターボ分子ポンプが用いられる。これら複数のターボ分子ポンプの起動開始時刻を互いにずらしたり、起動動作時間を長くしたりすることによって、起動時の最大消費電力を所定値以下に抑えるようにしたポンプシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１記載のシステムは、予め電力の消費パターンを設定し、このパターンにしたがってポンプの駆動を制御するものであり、電力を効率よく最大限に利用することはできなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるポンプシステムは、電力供給手段からの電力によって駆動する複数のターボ分子ポンプと、複数のターボ分子ポンプが消費している電力総消費量を求める電力量取得手段と、電力量取得手段により求められた電力総消費量が予め定めた設定値を超えないように各ターボ分子ポンプへの供給電力を制御する電力制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、電力総消費量が設定値を超えないようにターボ分子ポンプへの供給電力を制御するので、電源装置からの電力を効率よく最大限に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１〜図７を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るポンプシステムの構成を示す図である。なお、以下では４台のターボ分子ポンプを用いる場合について説明する。ターボ分子ポンプは、例えば半導体製造装置に用いられる真空ポンプであり、各ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４は、図示しない半導体製造装置の複数の真空チャンバにそれぞれ接続されている。
【０００８】
ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４にはそれぞれコントローラＣ１〜Ｃ４（制御ユニット）が接続され、コントローラＣ１〜Ｃ４からの信号により各ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の駆動が制御される。また、コントローラＣ１〜Ｃ４には電力供給部１が接続され、コントローラＣ１〜Ｃ４からの信号により電力供給部１からポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４への電力の供給が制御される。
【０００９】
コントローラＣ１〜Ｃ４にはそれぞれシリアル通信ポートＳＰが設けられ、このシリアル通信ポートＳＰを介して各コントローラＣ１〜Ｃ４は通信ライン２により接続されている。すなわちマルチドロップ接続されている。コントローラＣ１〜Ｃ４には図示のようにＩＤ番号（１〜４）が付与され、ＩＤ＝１のコントローラＣ１には通信ライン２を介してＰＣ（パーソナルコンピュータ）３が接続されている。
【００１０】
図２は、コントローラＣ１の内部構成を示す図である。なお、他のコントローラＣ２〜Ｃ４の構成も図２と同一である。コントローラＣ１は電力変換部４０と制御部４と入力部５と消費電力演算部６とを有する。ポンプ本体Ｔ１内にはロータの回転軸（不図示）を回転するモータ７と、ロータの回転軸を非接触支持する磁気軸受８とが設けられている。
【００１１】
電力変換部４０は、交流電力をモータ駆動用および磁気浮上用の直流電力に変換する。制御部４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を含んで構成され、モータ７と磁気軸受８にそれぞれ制御信号を出力してこれらの駆動を制御するとともに、各コントローラＣ２〜Ｃ４やＰＣ３との間の通信を制御する。
【００１２】
モータ７は、例えばＤＣブラシレスモータであり、電力供給部１から供給されるモータ電流によりロータ回転軸を駆動する。ロータの回転軸の位置はギャップセンサにより検出される。磁気軸受け８には、このギャップ検出値に基づいて電力供給部１から磁気軸受電流が供給され、磁気軸受け８はロータの回転軸を磁気支承する。
【００１３】
入力部５は、例えば制御ユニットの正面に設けられた操作パネルにより構成され、ユーザの操作によりポンプ本体毎にポンプ制御に係わる各種設定値を入力する。シリアル通信ポートＳＰは、例えば制御ユニットの背面に設けられ、ポンプ電力制御に係わる信号が入出力される。
【００１４】
消費電力演算部６は、ポンプ本体Ｔ１の消費電力を演算する。図３（ａ）はポンプ回転数を一定としたときのモータ電流と消費電力との関係を示す図であり、図３（ｂ）はモータ電流を一定としたときのポンプ回転数と消費電力との関係を示す図である。図３に示すように消費電力は、モータ電流が増加するほど、およびポンプ回転数が増加するほど大きくなる。消費電力演算部６では、この関係に基づいてモータ電流とポンプ回転数に対応した消費電力を演算する。
【００１５】
本実施の形態では、複数のコントローラＣ１〜Ｃ４のうち、コントローラＣ１をマスタ用コントローラとして用い、コントローラＣ２〜Ｃ３をそれぞれスレーブ用コントローラとして用いる。すなわちマスタ用コントローラＣ１からの信号によりポンプ本体Ｔ１を制御するとともに、スレーブ用コントローラＣ２〜Ｃ４を介してポンプ本体Ｔ２〜Ｔ４を制御する。なお、ＰＣ３は、例えばポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の状態を監視したりデータを処理するために用いられる。
【００１６】
ＰＣ３には警報装置９が接続されている。警報装置９は、例えば表示モニタに所定のメッセージを出力するものであり、これにより後述するようにポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４への供給電力を制限している状態がユーザに報知される。警報装置９はマスタ用コントローラＣ１に接続することもできる。
【００１７】
図４は、マスタ用コントローラＣ１の制御部４における処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば入力部５の電源スイッチのオンにより開始される。
【００１８】
ステップＳ１では、シリアル通信ポートＳＰを介して他のコントローラＣｋに消費電力確認コマンドを送信する。なお、ｋは変数であり、初期状ではｋ＝２に設定されている。ステップＳ２では、シリアル通信ポートＳＰを介して他のコントローラＣｋに運転状態確認コマンドを送信する。ステップＳ３では、ｋが４に達したか否か、すなわち全てのコントローラＣ２〜Ｃ４に消費電力確認コマンドと運転状態確認コマンドが送信されたか否かを判定する。ステップＳ３が否定されるとステップＳ４に進み、ｋに１を加算してステップＳ１に戻る。ステップＳ３が肯定されるとステップＳ５に進む。
【００１９】
ステップＳ５では、後述する図５の処理によってコントローラＣ２〜Ｃ４から送信された各ポンプ本体Ｔ２〜Ｔ４の消費電力Ｗ２〜Ｗ４および運転状態の信号を取り込む。この際、コントローラＣ１の消費電力演算部６で演算されたポンプ本体Ｔ１の消費電力Ｗ１を同時に取り込むとともに、ポンプ本体Ｔ１の運転状態を判定する。
【００２０】
ステップＳ６では、各ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の消費電力Ｗ１〜Ｗ４を加算して消費電力の合計値（総消費電力）Ｗｔ（＝Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４）を求める。そして、この総消費電力Ｗｔが予め設定した設定値Ｗｓから所定のマージンＷｍを減算した値（Ｗｓ−Ｗｍ）よりも大きいか否かを判定する。設定値Ｗｓは、電力供給部１の電力容量を考慮して設定され、例えば電力供給部１の電力容量に等しく設定される。この設定値Ｗｓは入力部５での操作により変更可能であり、電力供給部１の電力容量が異なる設備においても同一のシステムを用いることができる。なお、マージンＷｍは、総消費電力Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えた後に、設定値Ｗｓを超えないようにするために設定される。
【００２１】
ステップＳ６が肯定されるとステップＳ７に進み、他のコントローラＣｎがポンプの加速運転または定常運転を指令しているか否かを判定する。なお、ｎは変数であり、初期状態ではｎ＝４に設定されている。ステップＳ７が否定、つまり減速運転中と判定されるとステップＳ８に進む。この場合は、このコントローラＣｎによる減速運転を維持して別のコントローラの運転状態を判定する。このため、ステップＳ８では、ｎから１を減算してステップＳ７に戻り、同様の処理を繰り返す。
【００２２】
ステップＳ７が肯定されるとステップＳ９に進み、シリアル通信ポートＳＰを介してコントローラＣｎにフリーランコマンドを送信するとともに、フリーラン送信フラグをオンする。フリーランコマンドはモータ７への電力供給を遮断してポンプをフリーランさせるためのコマンドであり、これによりシステム全体の消費電力を低減できる。フリーランコマンドを送信した後は、所定時間待機してからステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、このときのＩＤ番号ｎをメモリに記憶し、ステップＳ１に戻る。
【００２３】
一方、ステップＳ６が否定されると、ステップＳ１１に進み、フリーラン送信フラグがオンであるか否か、つまりいずれかのポンプＴ１〜Ｔ４のフリーランが行われているか否かを判定する。ステップＳ１１が肯定されるとステップＳ１２に進み、否定されるとステップＳ１に戻る。ステップＳ１２では、ステップＳ１０で記憶したＩＤ番号ｎのコントローラＣｎに加速要求コマンドを送信する。加速要求コマンドを送信した後は、所定時間待機してからステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、フリーランフラグをオフし、ステップＳ１に戻る。
【００２４】
図５は、スレーブ用コントローラＣ２〜Ｃ４の各制御部４における処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば入力部５の電源スイッチのオンにより開始される。
【００２５】
ステップＳ５１では、コントローラＣ１から消費電力確認コマンド（ステップＳ１）を受信したか否かを判定する。ステップＳ５１が肯定されるとステップＳ５２に進み、消費電力演算部６で演算された各ポンプ本体Ｔ２〜Ｔ４の消費電力Ｗ２〜Ｗ４をそれぞれシリアル通信ポートＳＰを介してコントローラＣ１に送信する。
【００２６】
ステップＳ５３では、コントローラＣ１から運転状態確認コマンド（ステップＳ２）を受信したか否かを判定する。ステップＳ５３が肯定されるとステップＳ５４に進み、ポンプ本体Ｔ２〜Ｔ４が加速、減速、定常のいずれの状態にあるかを判定し、この運転状態をシリアル通信ポートＳＰを介してコントローラＣ１に送信する。
【００２７】
ステップＳ５５では、コントローラＣ１からフリーランコマンド（ステップＳ９）を受信したか否かを判定する。ステップＳ５５が肯定されるとステップＳ５６に進み、モータ７への駆動電流の供給を遮断し、モータ駆動をオフする。これによりロータは慣性力により回転し、フリーラン（自由回転）状態となる。
【００２８】
ステップＳ５７では、コントローラＣ１から加速要求コマンド（ステップＳ１２）が送信されたか否かを判定する。ステップＳ５７が肯定されるとステップＳ５８に進み、モータ７へ再び駆動電流を供給し、ロータの回転を加速させる。
【００２９】
本実施の形態の主要な動作を説明する。
（１）起動時
図６は、ポンプ起動時の動作特性の一例を示す図である。図中、特性ｆ１はポンプ本体Ｔ１〜Ｔ３の回転数の特性を、特性ｆ２はポンプ本体Ｔ４の回転数の特性を、特性ｆ３はポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の消費電力の合計値Ｗｔ（電力総消費量）の特性をそれぞれ示す。
【００３０】
例えばＰＣ３に設けられた起動スイッチをオンすると、各ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４のモータ７に同時にモータ電流が流れ、ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４が同時に起動を開始する。これにより図６に示すように各ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の回転数は定格回転数Ｎａに向けて徐々に増加し、これに伴い電力総消費量Ｗｔも増加する。
【００３１】
時点ｔ１で、電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると、最も優先順位の低いポンプ駆動用のコントローラＣ４にフリーランコマンドが送信される（ステップＳ９）。このフリーランコマンドの送信によりポンプ本体Ｔ４がフリーランし（ステップＳ５６）、特性ｆ２に示すようにポンプ本体Ｔ４の回転数の上昇が止まる。このときポンプ本体ｔ４のフリーランによりモータ電流は減少するが、その後、ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ３の加速によってモータ電流が増加する。仮に電力総消費量Ｗｔが再び所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると、次に優先順位の低いポンプ本体Ｔ３がフリーランする。これにより電力総消費量Ｗｔの最大値を設定値Ｗｓ以下とすることができる。この場合、警報装置９が作動し、ユーザはモータ電流の制限状態を認識できる。
【００３２】
ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ３の回転数が定格回転数Ｎａに達すると、ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ３へのモータ電流の供給量が減少する。その後、時点ｔ２で、電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍ以下になると、フリーラン中のポンプ駆動を制御するコントローラＣ４に対し加速要求コマンドが送信される（ステップＳ１２）。これによりポンプ本体Ｔ４が加速され（ステップＳ５８）、特性ｆ２に示すようにポンプ回転数が定格回転数Ｎａまで上昇する。
【００３３】
（２）定常時
図７は、定常運転時の動作特性の一例を示す図である。図中、特性ｇ１はポンプ本体Ｔ４の回転数の特性を、特性ｇ２は電量総消費量Ｗｔの特性を、特性ｇ３はガス流量の特性をそれぞれ示す。
【００３４】
ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４が定格回転数で回転している状態において、時点ｔ１１で、ガス流量が増加すると、ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４に作用する負荷が増大し、電力総消費量Ｗｔが増加する。電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると、優先順位の低いポンプ駆動用のコントローラＣ４にフリーランコマンドが送信される（ステップＳ９）。これによりポンプ本体Ｔ４がフリーランし、ポンプ回転数が低下するとともに、電力総消費量Ｗｔが減少し、電力総消費量Ｗｔの最大値が設定値Ｗｓ以下に抑えられる。この場合、警報装置９が作動し、ユーザはモータ電流の制限状態を認識できる。
【００３５】
時点ｔ１２で、電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍ以下になると、コントローラＣ４に加速要求コマンドが送信される（ステップＳ１２）。これによりポンプ本体Ｔ４へのモータ電流の供給量が増加し、電力総消費量Ｗｔが増加する。なお、ここではポンプ本体Ｔ４の回転数を即座に定格回転数Ｎａまで上昇させるのではなく、ポンプ回転数を一定に維持するようにポンプ本体Ｔ４にモータ電流を供給している。
【００３６】
時点ｔ１３で、電力総消費量Ｗｔが再び所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると、コントローラＣ４にフリーランコマンドが送信される。これによりポンプ本体Ｔ４がフリーランし、ポンプ回転数が低下して、電力総消費量ｗｔが減少する。
【００３７】
時点ｔ１４で、電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍ以下になると、コントローラＣ４に加速要求コマンドが送信される。これによりポンプ本体Ｔ４へのモータ電流の供給量が増加し、ポンプ回転数が維持される。なお、仮に時点ｔ１４で電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えている場合には、コントローラＣ４にフリーランコマンドが送信されたまま、次に優先順位の低いコントローラＣ３にもフリーランコマンドが送信される。
【００３８】
時点ｔ１４〜時点ｔ１５にかけては、電力総消費量Ｗｔが設定値Ｗｓを超えないように所定値Ｗｓ−Ｗｍを閾値として、フリーランコマンドの送信と加速要求コマンドの送信が繰り返される。時点ｔ１５で、ガス流量が減少すると、ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４に作用する負荷が減少し、電力総消費量Ｗｔが減少する。時点ｔ１６で、電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍ以下になると、コントローラＣ４に加速要求コマンドが送信され、ポンプ本体Ｔ４へのモータ電流量が増加する。これによりポンプ回転数が増加し、時点ｔ１７でポンプ回転数が定格回転数Ｎａとなる。
【００３９】
本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）消費電力演算部６にて各ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の電力消費量を求め、これら電力消費量の合計値Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると、優先順位の低いポンプ本体Ｔ４へのモータ電流の供給を遮断するようにした。すなわち、電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えるまではモータ電流を制限せず、所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると必要最小限のモータ電流を制限するようにした。これにより電力供給部１からの電力を効率よく最大限に利用することができ、ポンプ起動時に複数のポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の回転数を短時間で定格回転数Ｎａまで上昇させることができる。これに対し、例えば予め起動時の電力の消費パターンを設定し、このパターンにしたがってポンプ本体の駆動を制御するものでは、電力容量に余裕が生じているとしてもそれを用いることができず、電力容量を最大限に利用することはできない。
【００４０】
（２）電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えることを条件にモータ電流を制限するので、起動時だけでなく定格定常運転時にも電力供給部１の電力容量を最大限に利用することができる。
（３）電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると、優先順位の低いポンプ本体Ｔ４をフリーランさせて供給電力を制限するようにしたので、優先順位の高いポンプについてはその回転状態が維持され、電力制限量を最小限に抑えることができる。
（４）ユーザの操作により設定値Ｗｓを変更可能としたので、電力容量の異なる設備においても同一のシステムを用いることができる。
【００４１】
（５）モータ電流が制限されている状態を警報装置９によって報知するようにしたので、ユーザはモータ電流の制限状態を認識することができ、起動指令時に全てのポンプ本体が即座に動作しなくてもユーザは混乱することがない。
（６）ポンプ駆動用の複数のコントローラＣ１〜Ｃ４をマルチドロップ接続するようにしたので、配線ラインの取り回しが容易である。
（７）コントローラＣ１をマスタ用コントローラとして用い、コントローラＣ２〜Ｃ４をスレーブ用コントローラとして用いるので、構成を簡素化できる。
【００４２】
なお、上記実施の形態では、消費電力演算部６で各ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の消費電力を求め、これを加算して電力総消費量Ｗｔを求めるようにしたが、電力量取得手段の構成はこれに限らない。電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると優先順位の低いポンプ本体Ｔ４をフリーランさせるようにしたが、電力総消費量が予め定めた設定値Ｗｓを超えないように供給電力を制御するのであれば、電力制御手段としての制御部４の構成はいかなるものでもよい。モータ電流を遮断するのではなく、モータ電流の供給量を低減するだけでもよい。電力供給部１からの電力によってポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４を駆動するようにしたが、電力供給手段の構成はいかなるものでもよい。
【００４３】
入力部５の操作により設定値Ｗｓを変更するようにしたが、設定値変更手段はこれに限らない。電力制御手段の制御状態を警報装置９によりユーザに報知するようにしたが、報知手段の構成はいかなるものでもよい。複数の制御部としてのコントローラＣ１〜Ｃ４をシリアル通信ポートＳＰを介してマルチドロップ接続するようにしたが、他の接続としてもよい。例えばＰＣ３と各コントローラＣ１〜Ｃ４とを通信ライン２で各々接続するようにしてもよい。コントローラＣ１をマスタ用コントローラとして用い、コントローラＣ２〜Ｃ４をスレーブ用コントローラとして用いたが、コントローラの構成はこれに限らない。
【００４４】
上記実施の形態では４台のポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４とこれらを制御するコントローラＣ１〜Ｃ４を用いたが、これは一例であり、ターボ分子ポンプの数はこれより多くても少なくてもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のポンプシステムに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態に係るポンプシステムの構成を示す図。
【図２】図１のコントローラの内部構成を示す図。
【図３】（ａ）はポンプ回転数を一定としたときのモータ電流と消費電力との関係を示す図、（ｂ）はモータ電流を一定としたときのポンプ回転数と消費電力との関係を示す図。
【図４】図１のコントローラＣ１における処理の一例を示すフローチャート。
【図５】図１のコントローラＣ２〜Ｃ４における処理の一例を示すフローチャート。
【図６】本実施の形態に係る起動時の動作特性の一例を示す図。
【図７】本実施の形態に係る定常運転時の動作特性の一例を示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１ 電力供給部
４ 制御部
５ 入力部
６ 消費電力演算部
９ 警報装置
Ｔ１〜Ｔ４ ポンプ本体
Ｃ１〜Ｃ４ コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のターボ分子ポンプを有するポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体装置などには、複数のターボ分子ポンプが用いられる。これら複数のターボ分子ポンプの起動開始時刻を互いにずらしたり、起動動作時間を長くしたりすることによって、起動時の最大消費電力を所定値以下に抑えるようにしたポンプシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１記載のシステムは、予め電力の消費パターンを設定し、このパターンにしたがってポンプの駆動を制御するものであり、電力を効率よく最大限に利用することはできなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるポンプシステムは、電力供給手段からの電力によって駆動する複数のターボ分子ポンプと、複数のターボ分子ポンプが消費している電力総消費量を求める電力量取得手段と、電力量取得手段により求められた電力総消費量が予め定めた設定値を超えないように各ターボ分子ポンプへの供給電力を制御する電力制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、電力総消費量が設定値を超えないようにターボ分子ポンプへの供給電力を制御するので、電源装置からの電力を効率よく最大限に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１〜図７を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るポンプシステムの構成を示す図である。なお、以下では４台のターボ分子ポンプを用いる場合について説明する。ターボ分子ポンプは、例えば半導体製造装置に用いられる真空ポンプであり、各ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４は、図示しない半導体製造装置の複数の真空チャンバにそれぞれ接続されている。
【０００８】
ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４にはそれぞれコントローラＣ１〜Ｃ４（制御ユニット）が接続され、コントローラＣ１〜Ｃ４からの信号により各ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の駆動が制御される。また、コントローラＣ１〜Ｃ４には電力供給部１が接続され、コントローラＣ１〜Ｃ４からの信号により電力供給部１からポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４への電力の供給が制御される。
【０００９】
コントローラＣ１〜Ｃ４にはそれぞれシリアル通信ポートＳＰが設けられ、このシリアル通信ポートＳＰを介して各コントローラＣ１〜Ｃ４は通信ライン２により接続されている。すなわちマルチドロップ接続されている。コントローラＣ１〜Ｃ４には図示のようにＩＤ番号（１〜４）が付与され、ＩＤ＝１のコントローラＣ１には通信ライン２を介してＰＣ（パーソナルコンピュータ）３が接続されている。
【００１０】
図２は、コントローラＣ１の内部構成を示す図である。なお、他のコントローラＣ２〜Ｃ４の構成も図２と同一である。コントローラＣ１は電力変換部４０と制御部４と入力部５と消費電力演算部６とを有する。ポンプ本体Ｔ１内にはロータの回転軸（不図示）を回転するモータ７と、ロータの回転軸を非接触支持する磁気軸受８とが設けられている。
【００１１】
電力変換部４０は、交流電力をモータ駆動用および磁気浮上用の直流電力に変換する。制御部４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を含んで構成され、モータ７と磁気軸受８にそれぞれ制御信号を出力してこれらの駆動を制御するとともに、各コントローラＣ２〜Ｃ４やＰＣ３との間の通信を制御する。
【００１２】
モータ７は、例えばＤＣブラシレスモータであり、電力供給部１から供給されるモータ電流によりロータ回転軸を駆動する。ロータの回転軸の位置はギャップセンサにより検出される。磁気軸受け８には、このギャップ検出値に基づいて電力供給部１から磁気軸受電流が供給され、磁気軸受け８はロータの回転軸を磁気支承する。
【００１３】
入力部５は、例えば制御ユニットの正面に設けられた操作パネルにより構成され、ユーザの操作によりポンプ本体毎にポンプ制御に係わる各種設定値を入力する。シリアル通信ポートＳＰは、例えば制御ユニットの背面に設けられ、ポンプ電力制御に係わる信号が入出力される。
【００１４】
消費電力演算部６は、ポンプ本体Ｔ１の消費電力を演算する。図３（ａ）はポンプ回転数を一定としたときのモータ電流と消費電力との関係を示す図であり、図３（ｂ）はモータ電流を一定としたときのポンプ回転数と消費電力との関係を示す図である。図３に示すように消費電力は、モータ電流が増加するほど、およびポンプ回転数が増加するほど大きくなる。消費電力演算部６では、この関係に基づいてモータ電流とポンプ回転数に対応した消費電力を演算する。
【００１５】
本実施の形態では、複数のコントローラＣ１〜Ｃ４のうち、コントローラＣ１をマスタ用コントローラとして用い、コントローラＣ２〜Ｃ３をそれぞれスレーブ用コントローラとして用いる。すなわちマスタ用コントローラＣ１からの信号によりポンプ本体Ｔ１を制御するとともに、スレーブ用コントローラＣ２〜Ｃ４を介してポンプ本体Ｔ２〜Ｔ４を制御する。なお、ＰＣ３は、例えばポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の状態を監視したりデータを処理するために用いられる。
【００１６】
ＰＣ３には警報装置９が接続されている。警報装置９は、例えば表示モニタに所定のメッセージを出力するものであり、これにより後述するようにポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４への供給電力を制限している状態がユーザに報知される。警報装置９はマスタ用コントローラＣ１に接続することもできる。
【００１７】
図４は、マスタ用コントローラＣ１の制御部４における処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば入力部５の電源スイッチのオンにより開始される。
【００１８】
ステップＳ１では、シリアル通信ポートＳＰを介して他のコントローラＣｋに消費電力確認コマンドを送信する。なお、ｋは変数であり、初期状ではｋ＝２に設定されている。ステップＳ２では、シリアル通信ポートＳＰを介して他のコントローラＣｋに運転状態確認コマンドを送信する。ステップＳ３では、ｋが４に達したか否か、すなわち全てのコントローラＣ２〜Ｃ４に消費電力確認コマンドと運転状態確認コマンドが送信されたか否かを判定する。ステップＳ３が否定されるとステップＳ４に進み、ｋに１を加算してステップＳ１に戻る。ステップＳ３が肯定されるとステップＳ５に進む。
【００１９】
ステップＳ５では、後述する図５の処理によってコントローラＣ２〜Ｃ４から送信された各ポンプ本体Ｔ２〜Ｔ４の消費電力Ｗ２〜Ｗ４および運転状態の信号を取り込む。この際、コントローラＣ１の消費電力演算部６で演算されたポンプ本体Ｔ１の消費電力Ｗ１を同時に取り込むとともに、ポンプ本体Ｔ１の運転状態を判定する。
【００２０】
ステップＳ６では、各ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の消費電力Ｗ１〜Ｗ４を加算して消費電力の合計値（総消費電力）Ｗｔ（＝Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４）を求める。そして、この総消費電力Ｗｔが予め設定した設定値Ｗｓから所定のマージンＷｍを減算した値（Ｗｓ−Ｗｍ）よりも大きいか否かを判定する。設定値Ｗｓは、電力供給部１の電力容量を考慮して設定され、例えば電力供給部１の電力容量に等しく設定される。この設定値Ｗｓは入力部５での操作により変更可能であり、電力供給部１の電力容量が異なる設備においても同一のシステムを用いることができる。なお、マージンＷｍは、総消費電力Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えた後に、設定値Ｗｓを超えないようにするために設定される。
【００２１】
ステップＳ６が肯定されるとステップＳ７に進み、他のコントローラＣｎがポンプの加速運転または定常運転を指令しているか否かを判定する。なお、ｎは変数であり、初期状態ではｎ＝４に設定されている。ステップＳ７が否定、つまり減速運転中と判定されるとステップＳ８に進む。この場合は、このコントローラＣｎによる減速運転を維持して別のコントローラの運転状態を判定する。このため、ステップＳ８では、ｎから１を減算してステップＳ７に戻り、同様の処理を繰り返す。
【００２２】
ステップＳ７が肯定されるとステップＳ９に進み、シリアル通信ポートＳＰを介してコントローラＣｎにフリーランコマンドを送信するとともに、フリーラン送信フラグをオンする。フリーランコマンドはモータ７への電力供給を遮断してポンプをフリーランさせるためのコマンドであり、これによりシステム全体の消費電力を低減できる。フリーランコマンドを送信した後は、所定時間待機してからステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、このときのＩＤ番号ｎをメモリに記憶し、ステップＳ１に戻る。
【００２３】
一方、ステップＳ６が否定されると、ステップＳ１１に進み、フリーラン送信フラグがオンであるか否か、つまりいずれかのポンプＴ１〜Ｔ４のフリーランが行われているか否かを判定する。ステップＳ１１が肯定されるとステップＳ１２に進み、否定されるとステップＳ１に戻る。ステップＳ１２では、ステップＳ１０で記憶したＩＤ番号ｎのコントローラＣｎに加速要求コマンドを送信する。加速要求コマンドを送信した後は、所定時間待機してからステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、フリーランフラグをオフし、ステップＳ１に戻る。
【００２４】
図５は、スレーブ用コントローラＣ２〜Ｃ４の各制御部４における処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば入力部５の電源スイッチのオンにより開始される。
【００２５】
ステップＳ５１では、コントローラＣ１から消費電力確認コマンド（ステップＳ１）を受信したか否かを判定する。ステップＳ５１が肯定されるとステップＳ５２に進み、消費電力演算部６で演算された各ポンプ本体Ｔ２〜Ｔ４の消費電力Ｗ２〜Ｗ４をそれぞれシリアル通信ポートＳＰを介してコントローラＣ１に送信する。
【００２６】
ステップＳ５３では、コントローラＣ１から運転状態確認コマンド（ステップＳ２）を受信したか否かを判定する。ステップＳ５３が肯定されるとステップＳ５４に進み、ポンプ本体Ｔ２〜Ｔ４が加速、減速、定常のいずれの状態にあるかを判定し、この運転状態をシリアル通信ポートＳＰを介してコントローラＣ１に送信する。
【００２７】
ステップＳ５５では、コントローラＣ１からフリーランコマンド（ステップＳ９）を受信したか否かを判定する。ステップＳ５５が肯定されるとステップＳ５６に進み、モータ７への駆動電流の供給を遮断し、モータ駆動をオフする。これによりロータは慣性力により回転し、フリーラン（自由回転）状態となる。
【００２８】
ステップＳ５７では、コントローラＣ１から加速要求コマンド（ステップＳ１２）が送信されたか否かを判定する。ステップＳ５７が肯定されるとステップＳ５８に進み、モータ７へ再び駆動電流を供給し、ロータの回転を加速させる。
【００２９】
本実施の形態の主要な動作を説明する。
（１）起動時
図６は、ポンプ起動時の動作特性の一例を示す図である。図中、特性ｆ１はポンプ本体Ｔ１〜Ｔ３の回転数の特性を、特性ｆ２はポンプ本体Ｔ４の回転数の特性を、特性ｆ３はポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の消費電力の合計値Ｗｔ（電力総消費量）の特性をそれぞれ示す。
【００３０】
例えばＰＣ３に設けられた起動スイッチをオンすると、各ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４のモータ７に同時にモータ電流が流れ、ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４が同時に起動を開始する。これにより図６に示すように各ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の回転数は定格回転数Ｎａに向けて徐々に増加し、これに伴い電力総消費量Ｗｔも増加する。
【００３１】
時点ｔ１で、電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると、最も優先順位の低いポンプ駆動用のコントローラＣ４にフリーランコマンドが送信される（ステップＳ９）。このフリーランコマンドの送信によりポンプ本体Ｔ４がフリーランし（ステップＳ５６）、特性ｆ２に示すようにポンプ本体Ｔ４の回転数の上昇が止まる。このときポンプ本体ｔ４のフリーランによりモータ電流は減少するが、その後、ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ３の加速によってモータ電流が増加する。仮に電力総消費量Ｗｔが再び所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると、次に優先順位の低いポンプ本体Ｔ３がフリーランする。これにより電力総消費量Ｗｔの最大値を設定値Ｗｓ以下とすることができる。この場合、警報装置９が作動し、ユーザはモータ電流の制限状態を認識できる。
【００３２】
ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ３の回転数が定格回転数Ｎａに達すると、ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ３へのモータ電流の供給量が減少する。その後、時点ｔ２で、電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍ以下になると、フリーラン中のポンプ駆動を制御するコントローラＣ４に対し加速要求コマンドが送信される（ステップＳ１２）。これによりポンプ本体Ｔ４が加速され（ステップＳ５８）、特性ｆ２に示すようにポンプ回転数が定格回転数Ｎａまで上昇する。
【００３３】
（２）定常時
図７は、定常運転時の動作特性の一例を示す図である。図中、特性ｇ１はポンプ本体Ｔ４の回転数の特性を、特性ｇ２は電量総消費量Ｗｔの特性を、特性ｇ３はガス流量の特性をそれぞれ示す。
【００３４】
ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４が定格回転数で回転している状態において、時点ｔ１１で、ガス流量が増加すると、ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４に作用する負荷が増大し、電力総消費量Ｗｔが増加する。電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると、優先順位の低いポンプ駆動用のコントローラＣ４にフリーランコマンドが送信される（ステップＳ９）。これによりポンプ本体Ｔ４がフリーランし、ポンプ回転数が低下するとともに、電力総消費量Ｗｔが減少し、電力総消費量Ｗｔの最大値が設定値Ｗｓ以下に抑えられる。この場合、警報装置９が作動し、ユーザはモータ電流の制限状態を認識できる。
【００３５】
時点ｔ１２で、電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍ以下になると、コントローラＣ４に加速要求コマンドが送信される（ステップＳ１２）。これによりポンプ本体Ｔ４へのモータ電流の供給量が増加し、電力総消費量Ｗｔが増加する。なお、ここではポンプ本体Ｔ４の回転数を即座に定格回転数Ｎａまで上昇させるのではなく、ポンプ回転数を一定に維持するようにポンプ本体Ｔ４にモータ電流を供給している。
【００３６】
時点ｔ１３で、電力総消費量Ｗｔが再び所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると、コントローラＣ４にフリーランコマンドが送信される。これによりポンプ本体Ｔ４がフリーランし、ポンプ回転数が低下して、電力総消費量ｗｔが減少する。
【００３７】
時点ｔ１４で、電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍ以下になると、コントローラＣ４に加速要求コマンドが送信される。これによりポンプ本体Ｔ４へのモータ電流の供給量が増加し、ポンプ回転数が維持される。なお、仮に時点ｔ１４で電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えている場合には、コントローラＣ４にフリーランコマンドが送信されたまま、次に優先順位の低いコントローラＣ３にもフリーランコマンドが送信される。
【００３８】
時点ｔ１４〜時点ｔ１５にかけては、電力総消費量Ｗｔが設定値Ｗｓを超えないように所定値Ｗｓ−Ｗｍを閾値として、フリーランコマンドの送信と加速要求コマンドの送信が繰り返される。時点ｔ１５で、ガス流量が減少すると、ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４に作用する負荷が減少し、電力総消費量Ｗｔが減少する。時点ｔ１６で、電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍ以下になると、コントローラＣ４に加速要求コマンドが送信され、ポンプ本体Ｔ４へのモータ電流量が増加する。これによりポンプ回転数が増加し、時点ｔ１７でポンプ回転数が定格回転数Ｎａとなる。
【００３９】
本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）消費電力演算部６にて各ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の電力消費量を求め、これら電力消費量の合計値Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると、優先順位の低いポンプ本体Ｔ４へのモータ電流の供給を遮断するようにした。すなわち、電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えるまではモータ電流を制限せず、所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると必要最小限のモータ電流を制限するようにした。これにより電力供給部１からの電力を効率よく最大限に利用することができ、ポンプ起動時に複数のポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の回転数を短時間で定格回転数Ｎａまで上昇させることができる。これに対し、例えば予め起動時の電力の消費パターンを設定し、このパターンにしたがってポンプ本体の駆動を制御するものでは、電力容量に余裕が生じているとしてもそれを用いることができず、電力容量を最大限に利用することはできない。
【００４０】
（２）電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えることを条件にモータ電流を制限するので、起動時だけでなく定格定常運転時にも電力供給部１の電力容量を最大限に利用することができる。
（３）電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると、優先順位の低いポンプ本体Ｔ４をフリーランさせて供給電力を制限するようにしたので、優先順位の高いポンプについてはその回転状態が維持され、電力制限量を最小限に抑えることができる。
（４）ユーザの操作により設定値Ｗｓを変更可能としたので、電力容量の異なる設備においても同一のシステムを用いることができる。
【００４１】
（５）モータ電流が制限されている状態を警報装置９によって報知するようにしたので、ユーザはモータ電流の制限状態を認識することができ、起動指令時に全てのポンプ本体が即座に動作しなくてもユーザは混乱することがない。
（６）ポンプ駆動用の複数のコントローラＣ１〜Ｃ４をマルチドロップ接続するようにしたので、配線ラインの取り回しが容易である。
（７）コントローラＣ１をマスタ用コントローラとして用い、コントローラＣ２〜Ｃ４をスレーブ用コントローラとして用いるので、構成を簡素化できる。
【００４２】
なお、上記実施の形態では、消費電力演算部６で各ポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４の消費電力を求め、これを加算して電力総消費量Ｗｔを求めるようにしたが、電力量取得手段の構成はこれに限らない。電力総消費量Ｗｔが所定値Ｗｓ−Ｗｍを超えると優先順位の低いポンプ本体Ｔ４をフリーランさせるようにしたが、電力総消費量が予め定めた設定値Ｗｓを超えないように供給電力を制御するのであれば、電力制御手段としての制御部４の構成はいかなるものでもよい。モータ電流を遮断するのではなく、モータ電流の供給量を低減するだけでもよい。電力供給部１からの電力によってポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４を駆動するようにしたが、電力供給手段の構成はいかなるものでもよい。
【００４３】
入力部５の操作により設定値Ｗｓを変更するようにしたが、設定値変更手段はこれに限らない。電力制御手段の制御状態を警報装置９によりユーザに報知するようにしたが、報知手段の構成はいかなるものでもよい。複数の制御部としてのコントローラＣ１〜Ｃ４をシリアル通信ポートＳＰを介してマルチドロップ接続するようにしたが、他の接続としてもよい。例えばＰＣ３と各コントローラＣ１〜Ｃ４とを通信ライン２で各々接続するようにしてもよい。コントローラＣ１をマスタ用コントローラとして用い、コントローラＣ２〜Ｃ４をスレーブ用コントローラとして用いたが、コントローラの構成はこれに限らない。
【００４４】
上記実施の形態では４台のポンプ本体Ｔ１〜Ｔ４とこれらを制御するコントローラＣ１〜Ｃ４を用いたが、これは一例であり、ターボ分子ポンプの数はこれより多くても少なくてもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のポンプシステムに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態に係るポンプシステムの構成を示す図。
【図２】図１のコントローラの内部構成を示す図。
【図３】（ａ）はポンプ回転数を一定としたときのモータ電流と消費電力との関係を示す図、（ｂ）はモータ電流を一定としたときのポンプ回転数と消費電力との関係を示す図。
【図４】図１のコントローラＣ１における処理の一例を示すフローチャート。
【図５】図１のコントローラＣ２〜Ｃ４における処理の一例を示すフローチャート。
【図６】本実施の形態に係る起動時の動作特性の一例を示す図。
【図７】本実施の形態に係る定常運転時の動作特性の一例を示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１ 電力供給部
４ 制御部
５ 入力部
６ 消費電力演算部
９ 警報装置
Ｔ１〜Ｔ４ ポンプ本体
Ｃ１〜Ｃ４ コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給手段からの電力によって駆動する複数のターボ分子ポンプと、
前記複数のターボ分子ポンプが消費している電力総消費量を求める電力量取得手段と、
前記電力量取得手段により求められた電力総消費量が予め定めた設定値を超えないように前記各ターボ分子ポンプへの供給電力を制御する電力制御手段とを備えることを特徴とするポンプシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプシステムにおいて、
前記複数のターボ分子ポンプには予め優先順位が付与され、
前記電力制御手段は、前記電力総消費量が所定値を超えると、優先順位の低いターボ分子ポンプへの供給電力を制限することを特徴とするポンプシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のポンプシステムにおいて、
前記設定値を変更する設定値変更手段をさらに備えることを特徴とするポンプシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のポンプシステムにおいて、
前記電力制御手段の制御状態をユーザに報知する報知手段をさらに備えることを特徴とするポンプシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のポンプシステムにおいて、
前記複数のターボ分子ポンプには、各ポンプ本体の駆動を制御するとともに、通信を制御する制御部がそれぞれ設けられ、
これら制御部は、互いにマルチドロップ接続されていることを特徴とするポンプシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のポンプシステムにおいて、
前記電力制御手段は、一の前記制御部からの信号により他の前記制御部を介して各ポンプ本体への供給電力をそれぞれ制御することを特徴とするポンプシステム。
【請求項１】
電力供給手段からの電力によって駆動する複数のターボ分子ポンプと、
前記複数のターボ分子ポンプが消費している電力総消費量を求める電力量取得手段と、
前記電力量取得手段により求められた電力総消費量が予め定めた設定値を超えないように前記各ターボ分子ポンプへの供給電力を制御する電力制御手段とを備えることを特徴とするポンプシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプシステムにおいて、
前記複数のターボ分子ポンプには予め優先順位が付与され、
前記電力制御手段は、前記電力総消費量が所定値を超えると、優先順位の低いターボ分子ポンプへの供給電力を制限することを特徴とするポンプシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のポンプシステムにおいて、
前記設定値を変更する設定値変更手段をさらに備えることを特徴とするポンプシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のポンプシステムにおいて、
前記電力制御手段の制御状態をユーザに報知する報知手段をさらに備えることを特徴とするポンプシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のポンプシステムにおいて、
前記複数のターボ分子ポンプには、各ポンプ本体の駆動を制御するとともに、通信を制御する制御部がそれぞれ設けられ、
これら制御部は、互いにマルチドロップ接続されていることを特徴とするポンプシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のポンプシステムにおいて、
前記電力制御手段は、一の前記制御部からの信号により他の前記制御部を介して各ポンプ本体への供給電力をそれぞれ制御することを特徴とするポンプシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−３１６７９（Ｐ２０１０−３１６７９Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９２３３６（Ｐ２００８−１９２３３６）
【出願日】平成２０年７月２５日（２００８．７．２５）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２５日（２００８．７．２５）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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