JP2009507166A - Vacuum pump - Google Patents

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Abstract

本発明は、ポンプロータ（１４）及びポンプステータ（１２）から成る真空ポンプ（１０）に関する。ポンプロータ（１４）は電気式の測定変換器（４４）、例えば温度センサーを有している。ポンプロータ（１４）に送信アンテナ（４０）を設け、該送信アンテナは測定変換器（４４）を備えている。ポンプステータ（１２）に、送信アンテナ（４４）と相対して受信アンテナ（３０）を設け、該受信アンテナは送信アンテナ（４０）から測定変換器（４４）の測定値を受信するようになっている。これによって、ポンプロータ（１４）から正確な測定値をポンプステータ（１２）へ伝達できるようになっている。  The present invention relates to a vacuum pump (10) comprising a pump rotor (14) and a pump stator (12). The pump rotor (14) has an electrical measuring transducer (44), for example a temperature sensor. The pump rotor (14) is provided with a transmitting antenna (40), which is equipped with a measuring transducer (44). The pump stator (12) is provided with a reception antenna (30) relative to the transmission antenna (44), and the reception antenna receives the measurement value of the measurement transducer (44) from the transmission antenna (40). Yes. As a result, accurate measured values can be transmitted from the pump rotor (14) to the pump stator (12).

Description

本発明は、ポンプロータ及びポンプステータを備えた真空ポンプに関する。   The present invention relates to a vacuum pump including a pump rotor and a pump stator.

真空ポンプ、殊に高速回転のターボ分子ポンプにおいて、ポンプロータは圧縮熱、摩擦熱、並びに他の影響によって強く加熱される。過度に高いロータ温度は、クラッシュの危険性を増大して、材料老化若しくは材料疲労を加速し、ポンプロータの特性を変化させてしまうことになる。このような理由から、ロータ温度を監視し、かつ必要に応じて表示する必要がある。   In vacuum pumps, particularly high speed rotating turbomolecular pumps, the pump rotor is heated strongly by compression heat, frictional heat, and other effects. An excessively high rotor temperature increases the risk of crashes, accelerates material aging or material fatigue, and changes the characteristics of the pump rotor. For this reason, it is necessary to monitor the rotor temperature and display it as necessary.

ロータ温度は、高価なパイロメーターを用いて検出されるか、若しくは間接的に検出されるようになっており、間接的な検出においては、ステータ温度を測定して、該測定値からロータ温度を推定している。このような間接的な測定は、正確ではなく、ポンプロータの急激な温度変化の監視には適していない。   The rotor temperature is detected using an expensive pyrometer or is indirectly detected. In the indirect detection, the stator temperature is measured, and the rotor temperature is calculated from the measured value. Estimated. Such indirect measurements are not accurate and are not suitable for monitoring rapid temperature changes in the pump rotor.

本発明の課題は、真空ポンプを改善して、ポンプロータの物理的な値を正確にかつ経済的に検出できるようにすることである。   The object of the present invention is to improve the vacuum pump so that the physical value of the pump rotor can be detected accurately and economically.

前記課題を解決するために本発明の構成では、ポンプロータに、物理的な値（物理量）を測定して信号に変換する装置、つまり電気式の測定変換器及び送信アンテナを設けてあり、送信アンテナは測定変換器に接続されていて、測定変換器の測定値を送信するようになっている。ポンプステータに受信アンテナを設けてあり、受信アンテナは測定変換器の測定値を送信アンテナから受信するようになっている。これによって、ポンプロータとポンプステータとの間での測定値の伝達（伝送）のための無線式の送信接続を達成している。その結果、ポンプロータの変動する物理的なパラメータの高価なパイロメーターによる測定若しくは精度の低い間接的な測定は避けられるようになっている。測定変換器を直接にポンプロータに配置してあるので、ポンプロータのパラメータは極めて正確に測定される。測定値はアナログ式若しくはデジタル式に送信アンテナを介して受信アンテナへ送信され、これによって測定値の迅速でエラーのない確実かつ正確な伝達を保証している。   In order to solve the above problems, in the configuration of the present invention, the pump rotor is provided with a device for measuring a physical value (physical quantity) and converting it into a signal, that is, an electrical measurement converter and a transmission antenna. The antenna is connected to the measurement transducer and is adapted to transmit the measurement value of the measurement transducer. A receiving antenna is provided in the pump stator, and the receiving antenna receives the measurement value of the measuring transducer from the transmitting antenna. This achieves a wireless transmission connection for transmission of measured values between the pump rotor and the pump stator. As a result, it is possible to avoid expensive pyrometer measurements or indirect measurements with low accuracy of the pump rotor's fluctuating physical parameters. Since the measuring transducer is arranged directly on the pump rotor, the parameters of the pump rotor are measured very accurately. The measured values are transmitted in analog or digital fashion via the transmitting antenna to the receiving antenna, thereby ensuring a reliable and accurate transmission of the measured values without errors.

測定変換器は有利には、温度センサーであり、つまり温度センサーとして形成され、しかしながら加速度センサー、若しくはバイブレーションセンサー、若しくは伸びセンサーとして形成され、或いは前記センサーの幾つかの組合せによって形成されていてよい。   The measuring transducer is advantageously a temperature sensor, i.e. formed as a temperature sensor, however, it may also be formed as an acceleration sensor, a vibration sensor, an elongation sensor or some combination of said sensors.

有利な実施態様では、ポンプステータ及びポンプロータにそれぞれエネルギー伝達用（エネルギー供給用）のコイルを設けてあり、この場合にポンプロータ側のコイルは変圧装置を介して測定変換器に接続されており、これによって電気エネルギーは、測定変換器への電気エネルギーの供給のためにポンプステータからポンプロータに無線式に伝達されるようになっている。両方のエネルギー伝達用のコイルは、変圧器の一次回路及び二次回路を形成している。ポンプステータ側のエネルギー伝達用コイル内への交流電圧の供給により、交流電圧は、ポンプロータ側のエネルギー伝達用コイルに移され、その結果、ポンプロータ内で電気エネルギーは測定変換器及び必要に応じて別の装置への供給のために用いられる。   In an advantageous embodiment, the pump stator and the pump rotor are each provided with a coil for energy transmission (for energy supply), in which case the coil on the pump rotor side is connected to the measuring transducer via a transformer. This allows electrical energy to be transmitted wirelessly from the pump stator to the pump rotor for the supply of electrical energy to the measuring transducer. Both energy transfer coils form the primary and secondary circuits of the transformer. By supplying an AC voltage into the energy transfer coil on the pump stator side, the AC voltage is transferred to the energy transfer coil on the pump rotor side, so that the electrical energy in the pump rotor is measured by the measuring transducer and as required. Used to supply to other equipment.

両方のエネルギー伝達用コイルは駆動モータの構成部分であってよく、つまりモータステータ側のステータコイル及びモータロータ側のロータコイルの一部分によって形成されていてよい。送信アンテナ及び受信アンテナもエネルギー伝達用コイルとして用いられてよい。   Both energy transfer coils may be components of the drive motor, i.e. formed by a part of the stator coil on the motor stator side and part of the rotor coil on the motor rotor side. A transmitting antenna and a receiving antenna may also be used as the energy transfer coil.

送信アンテナと受信アンテナとは、本発明の実施態様では軸線方向若しくは半径方向で互いに相対して配置されている。送信アンテナ及び受信アンテナは実施態様ではポンプロータの軸線の領域に配置されている。別の実施態様では、送信アンテナ及び受信アンテナはポンプロータの軸線の外側に離して配置されていてよい。有利には、両方のアンテナの一方を円形に形成してある。このことは、ロータ軸の周りに両方のアンテナを配置する場合に必要である。例えばターボ分子ポンプのように毎分１００００回転以上の高い回転数で十分に長い送信時間を保証するためには、両方のアンテナは互いに大部分で重なっており、若しくは全周にわたって延びている。これによって、送信アンテナと受信アンテナとの間での測定値の比較的長い時間にわたる送信若しくは連続的な送信を可能にしている。両方のアンテナを円形に、しかしながら中断して形成してある場合には、両方のアンテナはエネルギー伝達のための一次及び二次コイルとしても用いられる。   In the embodiment of the present invention, the transmission antenna and the reception antenna are arranged to be opposed to each other in the axial direction or the radial direction. The transmitting antenna and the receiving antenna are arranged in the region of the axis of the pump rotor in the embodiment. In another embodiment, the transmitting antenna and the receiving antenna may be arranged outside the axis of the pump rotor. Advantageously, one of both antennas is formed in a circle. This is necessary when placing both antennas around the rotor axis. In order to guarantee a sufficiently long transmission time at a high rotational speed of more than 10,000 revolutions per minute, such as a turbomolecular pump, for example, both antennas largely overlap each other or extend over the entire circumference. As a result, transmission of measurement values between the transmission antenna and the reception antenna over a relatively long time or continuous transmission is possible. If both antennas are formed circularly but interrupted, both antennas are also used as primary and secondary coils for energy transfer.

有利な実施態様では、ポンプロータにトランスポンダを設けてあり、トランスポンダは必要な場合にのみ送信アンテナを介して測定変換器信号を受信アンテナに送信するようになっている。つまりステータ側での適切な制御によって、測定値送信時間間隔は各状況に適合されるようになっている。これによって測定値送信の回数をできるだけ少なく保つことができ、その結果、電気エネルギーのロータ側の需要も相応に小さく保たれる。さらに、ロータ側のエネルギー供給のための装置を小さく形成できるようになっている。   In an advantageous embodiment, the pump rotor is provided with a transponder, which transmits the measuring transducer signal to the receiving antenna via the transmitting antenna only when necessary. In other words, the measurement value transmission time interval is adapted to each situation by appropriate control on the stator side. This makes it possible to keep the number of measurement values transmitted as low as possible, so that the demand for electrical energy on the rotor side is kept correspondingly small. Furthermore, the device for supplying energy on the rotor side can be made small.

次に本発明を図示の実施例に基づき詳細に説明する。図面は真空ポンプの概略図である。   Next, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiment. The drawing is a schematic view of a vacuum pump.

図面には、ターボ分子ポンプとして形成された真空ポンプ１０を示してある。真空ポンプ１０は、ポンプステータ１２及びポンプロータ１４によって構成されたポンプ部分を有している。さらにポンプ１０は、駆動兼支承部分を有しており、該駆動兼支承部分内には２つの軸受１６，１８と駆動モータ２０を配置してある。   The drawing shows a vacuum pump 10 formed as a turbomolecular pump. The vacuum pump 10 has a pump portion constituted by a pump stator 12 and a pump rotor 14. Further, the pump 10 has a drive / support portion, and two bearings 16 and 18 and a drive motor 20 are arranged in the drive / support portion.

ステータ側に受信アンテナ３０を設けてあり、該受信アンテナは開いて形成されていて、ロータ軸２２の周りに環状に配置されている。ステータ側の受信アンテナ３０は、制御モジュール３２に電気的に接続されており、前記制御モジュールは送信作動部及び受信作動部の制御のため、並びに受信アンテナ３０からの信号の評価のために用いられるものである。   A receiving antenna 30 is provided on the stator side. The receiving antenna is formed to be open and is arranged around the rotor shaft 22 in an annular shape. The receiving antenna 30 on the stator side is electrically connected to the control module 32, and the control module is used for controlling the transmission operation unit and the reception operation unit, and for evaluating the signal from the reception antenna 30. Is.

軸線方向で受信アンテナ３０と正確に対応して、ロータ側に環状の送信アンテナ４０を設けてある。ポンプロータ１４はさらに温度センサーを有しており、該温度センサーはトランスポンダ４２に接続されており、該トランスポンダは送信アンテナ４０に接続されている。   An annular transmitting antenna 40 is provided on the rotor side so as to accurately correspond to the receiving antenna 30 in the axial direction. The pump rotor 14 further has a temperature sensor that is connected to a transponder 42 that is connected to a transmitting antenna 40.

測定変換器４４は、ロータ温度を測定しかつ該測定値を連続的に若しくは必要に応じてトランスポンダ４２に送信する温度センサーである。測定変換器として、若しくは測定変換器の代わりに、若しくは測定変換器に加えて伸び測定センサー、加速度センサー、バイブレーションセンサー、若しくは他のセンサーを用いることも可能である。   The measurement transducer 44 is a temperature sensor that measures the rotor temperature and transmits the measured value to the transponder 42 continuously or as needed. It is also possible to use an elongation measuring sensor, an acceleration sensor, a vibration sensor or other sensors as a measuring transducer or in place of or in addition to the measuring transducer.

受信アンテナ３０も、開いた円形リングとして形成されていて、アンテナ特性のほかに変圧器の二次コイルとして用いられ、さらに受信アンテナ３０は一次コイルを形成している。制御装置３２によって所定の交流電圧を受信アンテナ３０に供給するようになっており、前記交流電圧は送信アンテナ４０内に誘導される。受信アンテナ３０と送信アンテナ４０との軸線方向の間隔は、数ミリメートルであり、或いは必要に応じて１ｍｍよりも小さい値である。   The receiving antenna 30 is also formed as an open circular ring, which is used as a secondary coil of a transformer in addition to the antenna characteristics. Further, the receiving antenna 30 forms a primary coil. A predetermined alternating voltage is supplied to the receiving antenna 30 by the control device 32, and the alternating voltage is induced in the transmitting antenna 40. The interval in the axial direction between the receiving antenna 30 and the transmitting antenna 40 is several millimeters, or a value smaller than 1 mm as necessary.

ポンプロータ１４内のトランスポンダ４２は送信・受信ユニットを有しており、該送信・受信ユニットは、制御モジュール３２の要求信号を受信して、増幅並びに解釈し、かつ測定変換器４４の測定値を要求に応じて増幅して、送信アンテナ４０に送るようになっている。   The transponder 42 in the pump rotor 14 has a transmission / reception unit that receives, amplifies and interprets the request signal of the control module 32, and receives the measurement value of the measurement converter 44. The signal is amplified upon request and sent to the transmitting antenna 40.

ポンプロータ１４内に変換装置４６を設けてあり、該変換装置は受け取った交流電圧を整流して、一定の供給電圧に調整し、かつ供給通路を介して電気エネルギーを測定変換器４４及びトランスポンダ４２に供給するようになっている。   A conversion device 46 is provided in the pump rotor 14, which rectifies the received AC voltage, adjusts it to a constant supply voltage, and measures the electrical energy via the supply passages. Converter 44 and transponder 42. To supply.

ポンプロータ側の複数の測定変換器で測定して得られる測定値の無線送信によって、ポンプロータは広範に、瞬時にかつ正確に監視されるようになっていてよい。これによって、ロータ加熱に起因する差し迫った事故のおそれは、モータ制御装置を用いて検出され、真空ポンプの損傷若しくは破損を避けるようになっている。特にポンプロータ温度の監視及び表示によってポンプロータの老朽化を推定することができ、若しくは高いポンプロータ温度を避けることによって、真空ポンプの耐用年数を増大させることができるようになっている。   The pump rotor may be widely, instantaneously and accurately monitored by wireless transmission of measured values obtained by measuring with a plurality of measuring transducers on the pump rotor side. As a result, the danger of an imminent accident caused by the rotor heating is detected by using the motor control device, and damage or breakage of the vacuum pump is avoided. In particular, the pump rotor temperature can be estimated by monitoring and displaying the pump rotor temperature, or the service life of the vacuum pump can be increased by avoiding high pump rotor temperatures.

真空ポンプの概略図Schematic diagram of vacuum pump

符号の説明Explanation of symbols

１０ 真空ポンプ、 １２ ポンプステータ、 １４ ポンプロータ、 １６，１８ 軸受、 ２０ 駆動モータ、 ２２ ロータ軸、 ３０ 受信アンテナ、 ３２ 制御装置、 ４０ 送信アンテナ、 ４２ トランスポンダ、 ４４ 測定変換器   10 vacuum pumps, 12 pump stators, 14 pump rotors, 16, 18 bearings, 20 drive motors, 22 rotor shafts, 30 receiving antennas, 32 control devices, 40 transmitting antennas, 42 transponders, 44 measuring transducers

Claims (6)

ポンプロータ（１４）及びポンプステータ（１２）を備えた真空ポンプ（１０）において、前記ポンプロータ（１４）は電気式の測定変換器（４４）を有しており、かつ前記ポンプロータ（１４）に送信アンテナ（４０）を設けてあり、該送信アンテナは前記測定変換器（４４）に接続されており、さらに前記ポンプステータ（１２）に受信アンテナ（３０）を設けてあり、該受信アンテナは前記測定変換器（４４）の測定値を前記送信アンテナ（４０）から受信するようになっていることを特徴とする真空ポンプ。   In a vacuum pump (10) comprising a pump rotor (14) and a pump stator (12), the pump rotor (14) has an electric measuring transducer (44), and the pump rotor (14) Is provided with a transmitting antenna (40), the transmitting antenna is connected to the measurement transducer (44), and the pump stator (12) is provided with a receiving antenna (30), the receiving antenna being A vacuum pump characterized in that the measurement value of the measurement transducer (44) is received from the transmitting antenna (40). ポンプステータ（１２）及びポンプロータ（１４）にそれぞれエネルギー伝達用のコイルを設けてあり、該コイルのうちのポンプロータ側のコイルは、測定変換器（４４）のための電気的なエネルギーを形成するようになっており、これによって電気エネルギーは測定変換器（４４）への電流供給のためにポンプステータ（１２）からポンプロータ（１４）へ無線式に伝達されるようになっている請求項１に記載の真空ポンプ。   The pump stator (12) and the pump rotor (14) are each provided with an energy transmission coil, and the coil on the pump rotor side of the coils forms electrical energy for the measuring transducer (44). The electrical energy is transmitted wirelessly from the pump stator (12) to the pump rotor (14) for supplying current to the measuring transducer (44). The vacuum pump according to 1. 両方のアンテナ（３０，４０）のうちの少なくとも１つは円形に形成されている請求項１又は２に記載の真空ポンプ。   The vacuum pump according to claim 1 or 2, wherein at least one of the two antennas (30, 40) is formed in a circular shape. ポンプロータ（１４）にトランスポンダ（４２）を設けてあり、該トランスポンダは測定変換器（４４）及び送信アンテナ（４０）に接続されていて、要求に応じて前記送信アンテナ（４０）から測定変換器の測定値の送信を行うようになっている請求項１から３のいずれか１項に記載の真空ポンプ。   The pump rotor (14) is provided with a transponder (42), which is connected to a measuring transducer (44) and a transmitting antenna (40) and from the transmitting antenna (40) to the measuring transducer as required. The vacuum pump according to any one of claims 1 to 3, wherein the measured value is transmitted. 測定変換器（４４）は温度センサーである請求項１から４のいずれか１項に記載の真空ポンプ。   5. The vacuum pump according to claim 1, wherein the measuring transducer (44) is a temperature sensor. 真空ポンプ（１０）はターボ分子ポンプである請求項１から５のいずれか１項に記載の真空ポンプ。   The vacuum pump according to any one of claims 1 to 5, wherein the vacuum pump (10) is a turbo-molecular pump.
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