JP2018115949A - Fluid machine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid machine capable of measuring temperature of a rotor by considering a case when a position variation of the rotor occurs in operation of the fluid machine.SOLUTION: A rotor 30 includes: a first measurement area 32 capable of generating a first magnetic field; and a second measurement area 34 capable of generating a second magnetic field differing from the first magnetic field. A first measurement signal and a second measurement signal outputted by a sensor 36 are variable depending on temperature of the first measurement area and the second measurement area. The first measurement signal and the second measurement signal are variable depending on a distance between the first measurement area 32 and the second measurement area 34, and the sensor 36. A processing unit 38 detects temperature of the first measurement area 32 and the second measurement area 34, and a distance between the first measurement area 32 and the second measurement area 34, and the sensor, based on both of the first measurement signal and the second measurement signal.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、流体機械に関するものであり、特に流体機械の運転時に、非接触で回転体の温度または位置を測定することに関する。   The present invention relates to a fluid machine, and more particularly to measuring the temperature or position of a rotating body in a non-contact manner during operation of the fluid machine.

流体と機械との間でエネルギー変換を行う装置である流体機械においては、回転体の温度は、流体機械の信頼性や、流体に対する耐久性向上のために重要な情報である。回転体が、回転体の材料の許容温度を超えて高温になると、回転体の強度が低下する。回転体の強度が低下すると、回転体に作用する遠心力により回転体が破壊することがある。また、回転体の温度により、流体に対する耐久性(例えば、耐腐食性)が異なる。回転体の温度により、流体から機械に析出する生成物の析出速度に違いがあり、回転体の温度に応じて、流体機械の交換時期を変更する必要があることもある。回転体の温度が一定温度以上であれば、析出する生成物の量を減らすことができ、流体機械の寿命が延びることがある。一方、流体の種類によっては、回転体の温度が低いほうが好ましいこともある。このために、回転体の温度を測定して、温度を表示したり、回転体の回転を制御することが好ましい。   In a fluid machine that is a device that converts energy between a fluid and a machine, the temperature of the rotating body is important information for improving the reliability of the fluid machine and the durability against the fluid. When the rotating body reaches a high temperature exceeding the allowable temperature of the material of the rotating body, the strength of the rotating body decreases. When the strength of the rotating body is reduced, the rotating body may be broken by a centrifugal force acting on the rotating body. Moreover, durability (for example, corrosion resistance) with respect to a fluid changes with the temperature of a rotary body. Depending on the temperature of the rotating body, there is a difference in the deposition rate of the product deposited from the fluid onto the machine, and it may be necessary to change the replacement timing of the fluid machine depending on the temperature of the rotating body. If the temperature of the rotating body is equal to or higher than a certain temperature, the amount of the precipitated product can be reduced, and the life of the fluid machine may be extended. On the other hand, depending on the type of fluid, it may be preferable that the temperature of the rotating body is low. Therefore, it is preferable to measure the temperature of the rotating body and display the temperature or to control the rotation of the rotating body.

回転体の温度の変化に伴いインダクタンスが変化することを利用した磁気センサによる温度測定が従来より、公知である。しかし、磁気センサについては、磁気センサの測定値が回転体の温度のみならず、回転体と磁気センサとの間の距離によっても変動する。距離の変動を考慮しない場合、磁気センサの計測信号には回転体の位置変動によって、距離が変化して測定誤差が生じる。特開2015−129521号では、回転体の位置が変動すると、測定回路の回路特性を調整する。   Conventionally, temperature measurement using a magnetic sensor utilizing the fact that inductance changes with changes in the temperature of a rotating body has been known. However, for the magnetic sensor, the measured value of the magnetic sensor varies not only with the temperature of the rotating body but also with the distance between the rotating body and the magnetic sensor. When the variation in the distance is not taken into account, the measurement signal of the magnetic sensor causes a measurement error due to a change in the distance due to a variation in the position of the rotating body. In Japanese Patent Laid-Open No. 2015-129521, when the position of the rotating body fluctuates, the circuit characteristics of the measurement circuit are adjusted.

しかし、特開2015−129521号では、流体機械の製造段階で、測定回路の回路特性を調整している。流体機械の運転時に、回転体の位置変動が生じる場合については考慮されていない。   However, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2015-129521, the circuit characteristics of the measurement circuit are adjusted at the manufacturing stage of the fluid machine. No consideration is given to the case where the position of the rotating body fluctuates during operation of the fluid machine.

特開2015−129521号JP2015-129521A

本発明の一形態は、このような問題点を解消すべくなされたもので、その目的は、流体機械の運転時に、回転体の位置変動が生じる場合を考慮して回転体の温度測定が可能な流体機械を提供することである。   One aspect of the present invention is to solve such problems, and the purpose of the present invention is to measure the temperature of the rotating body in consideration of the case where the position of the rotating body fluctuates during operation of the fluid machine. Is to provide a simple fluid machine.

上記課題を解決するために、第1の形態では、第1の材料を有して第1の磁場を生成可能な第1の測定領域と、前記第1の材料とは異なる第2の材料を有して前記第1の磁場とは異なる第2の磁場を生成可能な第2の測定領域とを有する回転体と、前記第1の測定領域および前記第2の測定領域と対向可能な位置に配置され、前記第1の磁場および前記第2の磁場を生成可能であり、かつ検知可能な渦電流センサを有する本体と、前記第1の磁場および前記第2の磁場を前記センサが検知して出力した第1の測定信号および第2の測定信号を処理する処理部とを有し、前記第1の磁場および前記第2の磁場が、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域の温度に依存して変化可能であることにより、前記第1
の測定信号および第2の測定信号は、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域の温度に依存して変化可能であり、前記第1の測定信号および第2の測定信号は、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域と前記センサとの距離に依存して変化可能であり、前記処理部は、前記第1の測定信号および前記第2の測定信号の両方に基づいて、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域の温度、および、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域と前記センサとの距離を検知する流体機械という構成を採っている。
In order to solve the above-described problem, in the first embodiment, a first measurement region that has a first material and can generate a first magnetic field, and a second material that is different from the first material are used. A rotating body having a second measurement region that can generate a second magnetic field different from the first magnetic field, and a position that can face the first measurement region and the second measurement region. A main body having an eddy current sensor arranged and capable of generating the first magnetic field and the second magnetic field, and the sensor detecting the first magnetic field and the second magnetic field. A processing unit for processing the output first measurement signal and the second measurement signal, wherein the first magnetic field and the second magnetic field correspond to the first measurement region and the second measurement region, respectively. By being variable depending on the temperature, the first
The measurement signal and the second measurement signal can be changed depending on the temperatures of the first measurement region and the second measurement region, and the first measurement signal and the second measurement signal are The first measurement region and the second measurement region can be changed depending on a distance between the sensor and the processing unit based on both the first measurement signal and the second measurement signal. The configuration is a fluid machine that detects the temperature of the first measurement region and the second measurement region, and the distance between the first measurement region, the second measurement region, and the sensor.

本実施形態では、処理部は、第1の測定信号および第2の測定信号の両方に基づいて、第1の測定領域及び第2の測定領域の温度、および、第1の測定領域及び第2の測定領域とセンサとの距離を検知する。処理部は、第1の測定信号および第2の測定信号という2つの測定信号を用いているため、温度と、温度が変化した時の距離という2つの量を検知することができる。処理部は、2つの未知数(温度と距離)を求めるために、2つの未知数に関する2つの測定信号(第1の測定信号および第2の測定信号)を利用している。別の表現をすると、処理部は、2つの未知数(温度と距離)を求めるために、2つの未知数に関する2つの方程式(第1の測定信号および第2の測定信号)を利用している。処理部は、流体機械の運転時に、回転体の温度変化等に応じて、回転体の位置変動が生じる場合について、回転体の温度を検知することができる。   In the present embodiment, the processing unit, based on both the first measurement signal and the second measurement signal, the temperature of the first measurement region and the second measurement region, and the first measurement region and the second measurement region. The distance between the measurement area and the sensor is detected. Since the processing unit uses two measurement signals, that is, a first measurement signal and a second measurement signal, it can detect two quantities, that is, a temperature and a distance when the temperature changes. The processing unit uses two measurement signals (first measurement signal and second measurement signal) related to the two unknowns in order to obtain two unknowns (temperature and distance). In other words, the processing unit uses two equations (first measurement signal and second measurement signal) relating to the two unknowns in order to obtain the two unknowns (temperature and distance). The processing unit can detect the temperature of the rotator when the position of the rotator changes in accordance with the temperature change of the rotator during the operation of the fluid machine.

なお、第1の測定領域及び第2の測定領域とセンサとの距離は、回転体の形状によっては、回転体が1回転する間に変化することがある。そのような場合における測定対象とする距離は、種々の選択が可能である。例えば、回転体の回転位置を検出して、所定の回転位置における距離を求めることができる。または、回転体が1回転する間において、第1の測定信号および第2の測定信号が最大値又は最小値になる位置が特定の位置である場合、最大値又は最小値のみを利用することにより、最大値又は最小値になる位置での第1の測定領域及び第2の測定領域とセンサとの距離を検知することができる。第1の測定信号および第2の測定信号の大きさは、第1の測定領域及び第2の測定領域の材料や、第1の測定領域及び第2の測定領域とセンサとの距離等に依存する。   Note that the distance between the first measurement region and the second measurement region and the sensor may change during one rotation of the rotator depending on the shape of the rotator. Various distances can be selected as the distance to be measured in such a case. For example, the rotational position of the rotating body can be detected and the distance at the predetermined rotational position can be obtained. Alternatively, when the position where the first measurement signal and the second measurement signal reach the maximum value or the minimum value is a specific position during one rotation of the rotating body, only the maximum value or the minimum value is used. The distance between the first measurement region and the second measurement region at the position where the maximum value or the minimum value is reached and the sensor can be detected. The magnitudes of the first measurement signal and the second measurement signal depend on the materials of the first measurement area and the second measurement area, the distance between the first measurement area and the second measurement area and the sensor, and the like. To do.

第2の形態では、前記第1の測定領域の線膨張率と、前記第2の測定領域の線膨張率は実質的に同じ大きさであるという構成を採っている。線膨張が実質的に同じであることにより、異なる材質である第1の測定領域と第2の測定領域の表面が、センサから見たときに、同一の距離、すなわち、同一平面上にある。従って、線膨張係数に若干の違いがあっても、第1の測定領域にある測定対象であるターゲット部材と第2の測定領域にある測定対象であるターゲット部材の厚さが薄ければ、膨張する長さは短くなるため、実質的に問題はない。   In the second embodiment, the linear expansion coefficient of the first measurement region and the linear expansion coefficient of the second measurement region are substantially the same. Since the linear expansion is substantially the same, the surfaces of the first measurement region and the second measurement region, which are different materials, are on the same distance, that is, on the same plane when viewed from the sensor. Therefore, even if there is a slight difference in the linear expansion coefficient, if the thickness of the target member that is the measurement target in the first measurement region and the target member that is the measurement target in the second measurement region is thin, the expansion will occur. Since the length to be shortened, there is substantially no problem.

第1の測定領域と第2の測定領域の表面間の線膨張による段差がどこまで許容できるか、すなわち、第1の測定領域の線膨張率と第2の測定領域の線膨張率は実質的に同じ大きさであると判断する基準は、以下のとおりである。例えば、ドライ真空ポンプのある種のタイプでは、段差は、第1の測定領域及び第2の測定領域とセンサとの距離(すなわち、クリアランス)の測定精度である0.01mm未満であることが望ましい。流体機械一般において、線膨張による段差は、管理している隙間の測定精度以下であることが望ましい。   To what extent a step due to linear expansion between the surfaces of the first measurement region and the second measurement region can be allowed, that is, the linear expansion coefficient of the first measurement region and the linear expansion coefficient of the second measurement region are substantially equal to each other. The criteria for judging that they are the same size are as follows. For example, in certain types of dry vacuum pumps, the step is preferably less than 0.01 mm, which is the measurement accuracy of the distance between the first measurement region and the second measurement region and the sensor (ie, clearance). In a fluid machine in general, it is desirable that the step due to linear expansion is less than the measurement accuracy of the managed gap.

第3の形態では、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域が温度変化した後の前記第1の磁場と前記第2の磁場の強度の差は、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域が前記温度変化をする前の前記第1の磁場と前記第2の磁場の強度の差より大きいという構成を採っている。   In the third embodiment, the difference in intensity between the first magnetic field and the second magnetic field after the first measurement region and the second measurement region change in temperature is the first measurement region and the second magnetic field. The second measurement region is configured to be larger than the difference in strength between the first magnetic field and the second magnetic field before the temperature change.

第4の形態では、前記第1の測定領域および前記第2の測定領域に隣接する領域は、前記センサに対向可能であり、前記センサに対向する前記第1の測定領域および前記第2の
測定領域の面と、前記センサに対向する前記隣接する領域の面との間に段差が無いという構成を採っている。
In the fourth embodiment, the first measurement region and the region adjacent to the second measurement region can be opposed to the sensor, and the first measurement region and the second measurement that are opposed to the sensor. A configuration is employed in which there is no step between the surface of the region and the surface of the adjacent region facing the sensor.

第5の形態では、前記処理部は、前記第1の測定信号および前記第2の測定信号の各々から、前記第1の測定信号および前記第2の測定信号の各々に対応する、インピーダンス信号及びレジスタンス信号のうちのいずれかの信号を生成し、前記生成された信号から、前記少なくとも1つの領域の温度、および、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域のうちの少なくとも1つの領域と前記センサとの距離を検知するという構成を採っている。   In a fifth aspect, the processing unit includes an impedance signal corresponding to each of the first measurement signal and the second measurement signal from each of the first measurement signal and the second measurement signal, and A signal of any one of the resistance signals is generated, and from the generated signal, the temperature of the at least one region, and at least one region of the first measurement region and the second measurement region The distance between the sensor and the sensor is detected.

第6の形態では、前記センサは、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域と対向しないときに、第3の測定信号を出力し、前記処理部は、前記第1の測定信号および前記第2の測定信号を前記第3の測定信号により補正するという構成を採っている。   In a sixth aspect, the sensor outputs a third measurement signal when the sensor does not face the first measurement region and the second measurement region, and the processing unit outputs the first measurement signal and The second measurement signal is corrected by the third measurement signal.

第7の形態では、磁場を生成可能な領域を有する回転体と、前記領域と対向可能な位置に配置されたセンサを有する本体と、前記領域が生成可能な磁場を前記センサが検知して出力した測定信号を処理する処理部とを有し、前記測定信号は、前記領域の温度に依存して変化可能であり、前記処理部は、前記測定信号に基づいて、前記領域の温度に依存して変化するインピーダンス信号及びレジスタンス信号のうちの少なくとも1つの信号を生成し、前記少なくとも1つの信号から、前記領域の温度を検知することを特徴とする流体機械という構成を採っている。   In the seventh embodiment, a rotating body having a region capable of generating a magnetic field, a main body having a sensor disposed at a position facing the region, and a magnetic field that can be generated by the region are detected by the sensor and output. A processing unit for processing the measured signal, wherein the measurement signal can vary depending on the temperature of the region, and the processing unit depends on the temperature of the region based on the measurement signal. The fluid machine is configured to generate at least one of an impedance signal and a resistance signal that change in response, and detect the temperature of the region from the at least one signal.

第8の形態では、第1の材料を有して第1の磁場を生成可能な第1の測定領域と、前記第1の材料とは異なる第2の材料を有して前記第1の磁場とは異なる第2の磁場を生成可能な第2の測定領域とを有し、前記第1の材料及び前記第2の材料は、磁性体である、回転体と、前記第1の測定領域および前記第2の測定領域と対向可能な位置に配置され、前記第1の磁場および前記第2の磁場を検知可能なセンサを有する本体と、前記第1の磁場および前記第2の磁場を前記センサが検知して出力した第1の測定信号および第2の測定信号を処理する処理部とを有し、前記第1の磁場および前記第2の磁場が、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域の温度に依存して変化可能であることにより、前記第1の測定信号および第2の測定信号は、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域の温度に依存して変化可能であり、前記第1の測定信号および第2の測定信号は、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域と前記センサとの距離に依存して変化可能であり、前記処理部は、前記第1の測定信号および前記第2の測定信号の両方に基づいて、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域の温度、および、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域と前記センサとの距離を検知することを特徴とする流体機械という構成を採っている。   In an eighth mode, the first measurement region having the first material and capable of generating the first magnetic field, and the second magnetic material having the second material different from the first material have the first magnetic field. A second measurement region capable of generating a second magnetic field different from the first measurement region, wherein the first material and the second material are magnetic bodies, the rotating body, the first measurement region, and A main body having a sensor that is disposed at a position facing the second measurement region and capable of detecting the first magnetic field and the second magnetic field; and the sensor configured to detect the first magnetic field and the second magnetic field. And a processing unit that processes the first measurement signal and the second measurement signal that are detected and output by the first and second magnetic fields, the first magnetic field and the second magnetic field being the first measurement region and the second measurement signal, respectively. The first measurement signal and the second measurement signal can be changed depending on the temperature of the measurement region of the first measurement signal and the second measurement signal. The first measurement signal and the second measurement signal can be changed depending on the temperature of the first measurement region and the second measurement region, and the first measurement signal and the second measurement signal can be changed. The processing unit can change depending on a distance between the measurement region and the sensor, and the processing unit can determine the first measurement region and the second measurement signal based on both the first measurement signal and the second measurement signal. The configuration is a fluid machine that detects the temperature of two measurement regions and the distance between the first measurement region and the second measurement region and the sensor.

図1は、本発明の一実施形態の真空ポンプ20の全体図である。FIG. 1 is an overall view of a vacuum pump 20 according to an embodiment of the present invention. 図2は、2つあるロータ24のうちの1つのロータ24のみを示す。FIG. 2 shows only one of the two rotors 24. 図3は、温度とセンサの出力の関係を、複数の異なるギャップg1, g2, g3, g4 ・・・・・gxについて表示したものである。FIG. 3 shows the relationship between temperature and sensor output for a plurality of different gaps g1, g2, g3, g4... Gx. 図4は、温度とセンサの出力の関係を、複数の異なるギャップg1, g2, g3, g4 ・・・・・gxについて表示したものである。FIG. 4 shows the relationship between temperature and sensor output for a plurality of different gaps g1, g2, g3, g4... Gx. 図5は、図3と同じグラフに、インピーダンスの絶対値Va1を水平線46として表示したものである。FIG. 5 shows the absolute value Va1 of impedance as a horizontal line 46 on the same graph as FIG. 図6は、図4と同じグラフに、インピーダンスの絶対値Vb1を水平線50として表示したものである。FIG. 6 is a graph in which the absolute value Vb1 of impedance is displayed as a horizontal line 50 on the same graph as FIG. 図7は、温度481,482,483,484と、これらの温度に対応するギャップg1, g2, g3, g4を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing temperatures 481, 482, 483, 484 and gaps g1, g2, g3, g4 corresponding to these temperatures. 図8は、温度521,522,523,524と、これらの温度に対応するギャップg1, g2, g3, g4を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing temperatures 521, 522, 523, and 524 and gaps g1, g2, g3, and g4 corresponding to these temperatures. 図9は、曲線54と曲線56を、横軸を温度、縦軸をギャップとして1つの図に表示した図である。FIG. 9 is a diagram in which the curve 54 and the curve 56 are displayed in one figure with the horizontal axis representing temperature and the vertical axis representing a gap. 図10は、センサ36の等価回路を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining an equivalent circuit of the sensor 36. 図11は、インピダンスZinの抵抗成分と温度との関係を示す。FIG. 11 shows the relationship between the resistance component of the impedance Zin and the temperature. 図12は、インピダンスZinのインダクタンス成分と温度との関係を示す。FIG. 12 shows the relationship between the inductance component of the impedance Zin and the temperature. 図13は、熱電対で直接計測したロータ30の材料の温度曲線76と、非接触で計測したセンサ36の信号の近似式から推定した温度曲線とを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a temperature curve 76 of the material of the rotor 30 directly measured by the thermocouple and a temperature curve estimated from the approximate expression of the signal of the sensor 36 measured in a non-contact manner. 図14は、ロータ24の位置変動による測定誤差を回避する方法を説明する図である。FIG. 14 is a diagram for explaining a method for avoiding a measurement error due to the position variation of the rotor 24. 図15は、ロータ24の位置変動による測定誤差を回避する方法を説明する図である。FIG. 15 is a diagram for explaining a method for avoiding a measurement error due to the position variation of the rotor 24. 図16は、センサ36の構造を示す。FIG. 16 shows the structure of the sensor 36.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同一または相当する部材には同一符号を付して重複した説明を省略する。本発明の一実施形態の流体機械は、ドライポンプである。ドライポンプは、油や液体を真空室内に使用しない真空ポンプである。 半導体製造業などの分野では、製品の歩留まり改善、メンテナンス性の改善のため、ドライポンプが使用されている。本発明の一実施形態の流体機械は、ドライポンプの中の代表的なポンプであるルーツ型の真空ポンプである。なお、本発明は、ロータの端面に平らな面があり、端面に、ロータの材料とは異なる別材料を付加できれば、その他の形式のロータにも適用可能である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The fluid machine of one embodiment of the present invention is a dry pump. The dry pump is a vacuum pump that does not use oil or liquid in the vacuum chamber. In fields such as the semiconductor manufacturing industry, dry pumps are used to improve product yield and maintainability. The fluid machine of one embodiment of the present invention is a roots type vacuum pump that is a typical pump in a dry pump. Note that the present invention can be applied to other types of rotors as long as the end surface of the rotor has a flat surface and another material different from the material of the rotor can be added to the end surface.

ルーツ型の真空ポンプ20を図1,2に示す。図1は、真空ポンプ20のケーシング22の一部を除去して真空ポンプ20の内部が見えるようにした真空ポンプ20の全体図である。ルーツ型の真空ポンプ20では、ケーシング22と呼ばれる箱の中に、ロータ24(回転体)が2つ入っている。図2は、2つあるロータ24のうちの1つのロータ24のみを示す。図2(b)は、図2(a)のロータ24を矢印Aの方向に見た図である。2つのロータ24は、互いに反対方向に同じ周期で回転している。ロータ24同士、またロータ24とケーシング22は接触することがなく、わずかな隙間を保ちながら回転して気体を圧縮しながら移送する。ロータ24は多段構造であり、図2の場合、真空ポンプ20の回転軸26の方向に6段構造である。各段は、三つ葉の形状をしている。大気圧より低い低圧の流体を、1段目であるロータ28の位置にある吸引口(図示しない)から吸引する。6段階で大気圧まで圧縮し、6段目であるロータ30の位置にある排出口(図示しない)から大気中に排気することができる。なお、本図のルーツ型の真空ポンプ20は、三つ葉の形状をしているが、ルーツ型の真空ポンプには、2葉のポンプや、3葉以上のポンプもある。本発明は、葉の数に制限されるものではなく、2葉のポンプや、3葉以上のポンプにも本発明を適用することができる。   A roots type vacuum pump 20 is shown in FIGS. FIG. 1 is an overall view of the vacuum pump 20 in which a part of the casing 22 of the vacuum pump 20 is removed so that the inside of the vacuum pump 20 can be seen. In the roots-type vacuum pump 20, two rotors 24 (rotating bodies) are contained in a box called a casing 22. FIG. 2 shows only one of the two rotors 24. FIG. 2B is a view of the rotor 24 of FIG. The two rotors 24 rotate at the same period in opposite directions. The rotors 24 and the rotor 24 and the casing 22 are not in contact with each other, and rotate while maintaining a slight gap to transfer gas while compressing it. The rotor 24 has a multistage structure. In the case of FIG. 2, the rotor 24 has a six-stage structure in the direction of the rotary shaft 26 of the vacuum pump 20. Each step has a trefoil shape. A low-pressure fluid lower than the atmospheric pressure is sucked from a suction port (not shown) at the position of the rotor 28 which is the first stage. It can be compressed to atmospheric pressure in six stages, and can be exhausted into the atmosphere from a discharge port (not shown) at the position of the rotor 30 in the sixth stage. The root-type vacuum pump 20 in this figure has a three-leaf shape, but the root-type vacuum pump includes a two-leaf pump and a three-leaf or more pump. The present invention is not limited to the number of leaves, and the present invention can also be applied to a two-leaf pump or a three-leaf or more pump.

本実施形態では、ロータ30は、第1の磁場を生成可能な第1の測定領域32と、第1の磁場とは異なる第2の磁場を生成可能な第2の測定領域34とを有する。第2の測定領域34は、ロータ30(すなわち、ロータ24全体)と同一の材料である。第1の測定領域32は、温度測定のために設けられた、ロータ30の材料とは異なる材料からなる領域である。第1の測定領域32は、ロータ30の3葉のうちの1つに設けられ、ディスク形状である。第1の測定領域32は、ロータ30の3葉のうちの、第2の測定領域34が設けられた葉とは異なる葉に設けられる。   In the present embodiment, the rotor 30 includes a first measurement region 32 that can generate a first magnetic field, and a second measurement region 34 that can generate a second magnetic field different from the first magnetic field. The second measurement region 34 is made of the same material as the rotor 30 (that is, the entire rotor 24). The first measurement region 32 is a region made of a material different from the material of the rotor 30 provided for temperature measurement. The first measurement region 32 is provided on one of the three leaves of the rotor 30 and has a disk shape. The first measurement region 32 is provided in a leaf different from the leaf in which the second measurement region 34 is provided among the three leaves of the rotor 30.

第2の測定領域34は、ロータ30の一部であり、ロータ30の他の部分と識別可能な特別な形状を有するものではない。第2の測定領域34として示す円は、ロータ30が回転中に、当該円の中心とセンサ36の検知領域の中心とが一致した時の、センサ36の検知領域の外径を示す。すなわち、当該円は、センサ36の検知領域の大きさを示す。第1の測定領域32と第2の測定領域34の識別は、例えば、ロータ30の回転位置を検知する回転位置検知手段を利用することができる。または、センサ36の出力は、第1の測定領域32と第2の測定領域34において、異なるピーク値を示す。異なるピーク値を検知することにより、第1の測定領域32と第2の測定領域34を識別できる。   The second measurement region 34 is a part of the rotor 30 and does not have a special shape that can be distinguished from other parts of the rotor 30. The circle shown as the second measurement region 34 indicates the outer diameter of the detection region of the sensor 36 when the center of the circle coincides with the center of the detection region of the sensor 36 while the rotor 30 is rotating. That is, the circle indicates the size of the detection area of the sensor 36. For identification of the first measurement region 32 and the second measurement region 34, for example, a rotational position detection unit that detects the rotational position of the rotor 30 can be used. Alternatively, the output of the sensor 36 shows different peak values in the first measurement region 32 and the second measurement region 34. By detecting different peak values, the first measurement region 32 and the second measurement region 34 can be identified.

本体の一部であるケーシング22は、センサ36を有する。センサ36は、第1の測定領域32および第2の測定領域34と対向可能な位置に配置される。センサ36は、第1の磁場および第2の磁場を検知可能である。真空ポンプ20は、処理部38を有し、処理部38は、第1の磁場および第2の磁場をセンサ36が検知して出力した第1の測定信号および第2の測定信号を処理する。なお、本体は、ケーシング22と、吸気側サイドカバー128と、排気側サイドカバー130とを含む。吸気側サイドカバー128と排気側サイドカバー130は、ケーシング22とは別箇独立の部品であり、ケーシング22に、ねじ留めされている。   The casing 22 which is a part of the main body has a sensor 36. The sensor 36 is disposed at a position that can face the first measurement region 32 and the second measurement region 34. The sensor 36 can detect the first magnetic field and the second magnetic field. The vacuum pump 20 includes a processing unit 38. The processing unit 38 processes the first measurement signal and the second measurement signal output by the sensor 36 detecting and outputting the first magnetic field and the second magnetic field. The main body includes a casing 22, an intake side cover 128, and an exhaust side cover 130. The intake side cover 128 and the exhaust side cover 130 are separate parts from the casing 22 and are screwed to the casing 22.

第1の磁場および第2の磁場が、第1の測定領域32及び第2の測定領域34の温度に依存して変化可能であることにより、第1の測定信号および第2の測定信号は、第1の測定領域32及び第2の測定領域34の温度に依存して変化可能である。第1の磁場および第2の磁場が、第1の測定領域32及び第2の測定領域34の温度に依存して変化可能である理由は、第1の測定領域32及び第2の測定領域34は、金属であり、温度に応じて金属の抵抗および透磁率が変わるからである。第1の測定領域及び第2の測定領域の抵抗又は透磁率の変化に伴って、第1の磁場および第2の磁場が変化する。センサ36により、第1の磁場および第2の磁場の変化を検知する。   Since the first magnetic field and the second magnetic field can change depending on the temperatures of the first measurement region 32 and the second measurement region 34, the first measurement signal and the second measurement signal are It can change depending on the temperature of the first measurement region 32 and the second measurement region 34. The reason why the first magnetic field and the second magnetic field can be changed depending on the temperature of the first measurement region 32 and the second measurement region 34 is that the first measurement region 32 and the second measurement region 34 are changed. This is because it is a metal and the resistance and permeability of the metal change depending on the temperature. The first magnetic field and the second magnetic field change in accordance with the change in resistance or magnetic permeability of the first measurement region and the second measurement region. The sensor 36 detects changes in the first magnetic field and the second magnetic field.

第1の測定信号および第2の測定信号は、第1の測定領域32及び第2の測定領域34とセンサ36との距離に依存して変化可能である。処理部38は、第1の測定信号および第2の測定信号の両方に基づいて、第1の測定領域32及び第2の測定領域34の温度、および、第1の測定領域32及び第2の測定領域34とセンサ36との距離を検知する。本実施形態では、第1の測定領域32の温度は、第2の測定領域34の温度とほぼ等しいと考えられる。   The first measurement signal and the second measurement signal can change depending on the distance between the first measurement region 32 and the second measurement region 34 and the sensor 36. Based on both the first measurement signal and the second measurement signal, the processing unit 38 detects the temperatures of the first measurement region 32 and the second measurement region 34, and the first measurement region 32 and the second measurement signal. The distance between the measurement region 34 and the sensor 36 is detected. In the present embodiment, the temperature of the first measurement region 32 is considered to be substantially equal to the temperature of the second measurement region 34.

本実施形態では、第1の測定領域32は第1の材料を有し、第2の測定領域34は、第1の材料とは異なる第2の材料を有する。第1の測定領域32は、ディスク形状である。第1の測定領域32は、ディスクを埋め込む、焼嵌めする、接着または溶接することにより、ロータ30内に形成される。第1の測定領域32の、センサ36から見た表面形状は、円形に限られず、他の形状、例えば、4角形等の多角形、楕円形等が可能である。第1の測定領域32は、コーティングや溶射によって形成してもよい。全体の形状としては、シリンダ形、円錐、角柱、円錐台、角錐台等でもよい。   In the present embodiment, the first measurement region 32 has a first material, and the second measurement region 34 has a second material different from the first material. The first measurement area 32 has a disk shape. The first measurement region 32 is formed in the rotor 30 by embedding, shrink fitting, bonding or welding the disk. The surface shape of the first measurement region 32 viewed from the sensor 36 is not limited to a circle, and may be other shapes, for example, a polygon such as a quadrangle, an ellipse, or the like. The first measurement region 32 may be formed by coating or spraying. The overall shape may be a cylinder, a cone, a prism, a truncated cone, a truncated pyramid, or the like.

第1の材料は、例えば、ステンレス(SUS)、チタン、ニッケル等である。第2の材料は、ロータ24の材料であり、例えば、ニレジスト鋳鉄、ダクタイル鋳鉄(FCD)等である。図2において、第1の測定領域32がセンサ36と対向した時の第1の測定領域32とセンサ36との距離は、第2の測定領域34がセンサ36と対向した時の第2の測定領域34とセンサ36との距離と同じである。すなわち、第1の測定領域32の表面と、第1の測定領域32に隣接するロータ30の表面との間に段差は無い。   The first material is, for example, stainless steel (SUS), titanium, nickel, or the like. The second material is a material of the rotor 24, and is, for example, Ni-resist cast iron, ductile cast iron (FCD) or the like. In FIG. 2, the distance between the first measurement region 32 and the sensor 36 when the first measurement region 32 faces the sensor 36 is the second measurement when the second measurement region 34 faces the sensor 36. The distance between the region 34 and the sensor 36 is the same. That is, there is no step between the surface of the first measurement region 32 and the surface of the rotor 30 adjacent to the first measurement region 32.

センサ36は、渦電流センサであり、第1の磁場及び第2の磁場は、渦電流センサが第
1の測定領域32および第2の測定領域34に生成する渦電流により生成される。センサ36が渦電流センサである場合のセンサ36による温度測定の原理は、以下のとおりである。
(1)センサ36の励磁コイルに交流電流源により交流電流を印加する。
(2)交流電流により、センサ36の周囲に交流磁場が発生する。
(3)第1の測定領域32および第2の測定領域34がセンサ36と対向する位置に来たときに、第1の測定領域32および第2の測定領域34に渦電流が生じる。
(4)渦電流によって、第1の測定領域32および第2の測定領域34及びその周囲に磁場が発生する。
(5)発生した磁場をセンサ36の検出コイルで検出する。
(6)第1の測定領域32および第2の測定領域34及びその周囲に発生する磁場は、第1の測定領域32および第2の測定領域34の温度により変化する。磁場の変化をセンサ36は検知する。
(7)処理部38は、磁場の変化から、後述するように温度の変化を求める。
The sensor 36 is an eddy current sensor, and the first magnetic field and the second magnetic field are generated by eddy currents generated by the eddy current sensor in the first measurement region 32 and the second measurement region 34. The principle of temperature measurement by the sensor 36 when the sensor 36 is an eddy current sensor is as follows.
(1) An alternating current is applied to the exciting coil of the sensor 36 by an alternating current source.
(2) An alternating magnetic field is generated around the sensor 36 by the alternating current.
(3) When the first measurement region 32 and the second measurement region 34 come to positions facing the sensor 36, eddy currents are generated in the first measurement region 32 and the second measurement region 34.
(4) Due to the eddy current, a magnetic field is generated in the first measurement region 32, the second measurement region 34, and the periphery thereof.
(5) The generated magnetic field is detected by the detection coil of the sensor 36.
(6) The first measurement region 32 and the second measurement region 34 and the magnetic fields generated around the first measurement region 32 and the second measurement region 34 vary depending on the temperatures of the first measurement region 32 and the second measurement region 34. The sensor 36 detects a change in the magnetic field.
(7) The processing unit 38 obtains a change in temperature from the change in the magnetic field, as will be described later.

なお、第1の測定領域32の線膨張率と、第2の測定領域34の線膨張率は実質的に同じ大きさであることが好ましい。また、第1の測定領域32及び第2の測定領域34が温度変化した後の第1の磁場と第2の磁場の強度の差は、第1の測定領域32及び第2の測定領域34が温度変化をする前の第1の磁場と第2の磁場の強度の差より大きいことが好ましい。   In addition, it is preferable that the linear expansion coefficient of the 1st measurement area | region 32 and the linear expansion coefficient of the 2nd measurement area | region 34 are substantially the same magnitude | size. In addition, the first measurement region 32 and the second measurement region 34 have different intensities between the first magnetic field and the second magnetic field after the first measurement region 32 and the second measurement region 34 change in temperature. It is preferable that the difference between the strengths of the first magnetic field and the second magnetic field before the temperature change is larger.

本実施形態では、処理部38は、第1の測定信号および第2の測定信号の各々から、第1の測定信号および第2の測定信号の各々に対応する、インピーダンス信号を生成する。生成された信号から、第1の測定領域32および第2の測定領域34の温度、および、第1の測定領域及び第2の測定領域とセンサ36との距離を検知する。なお、処理部38は、第1の測定信号および第2の測定信号の各々から、第1の測定信号および第2の測定信号の各々に対応する、レジスタンス信号を生成してもよい。   In the present embodiment, the processing unit 38 generates an impedance signal corresponding to each of the first measurement signal and the second measurement signal from each of the first measurement signal and the second measurement signal. From the generated signal, the temperature of the first measurement region 32 and the second measurement region 34 and the distance between the first measurement region and the second measurement region and the sensor 36 are detected. The processing unit 38 may generate a resistance signal corresponding to each of the first measurement signal and the second measurement signal from each of the first measurement signal and the second measurement signal.

本実施形態では、センサ36は、第1の測定領域32及び第2の測定領域34と対向しないときに、すなわち、センサ36が、ロータ30の3つの葉の間の領域40に対向するとき、第3の測定信号を出力する。処理部38は、第1の測定信号および第2の測定信号を第3の測定信号により補正する。補正は、例えば、第3の測定信号を第1の測定信号および第2の測定信号に、加算するもしくは減算する等の処理である。このような補正を行う目的は、センサ36自体の温度変化による第1の測定信号および第2の測定信号への影響を無くすためである。第1の測定領域32及び第2の測定領域34がセンサ36の検出範囲にいないときに、第3の測定信号を得て、第1の測定信号および第2の測定信号の校正のためのデータを取得する   In this embodiment, when the sensor 36 does not face the first measurement region 32 and the second measurement region 34, that is, when the sensor 36 faces the region 40 between the three leaves of the rotor 30, A third measurement signal is output. The processing unit 38 corrects the first measurement signal and the second measurement signal with the third measurement signal. The correction is, for example, a process of adding or subtracting the third measurement signal to the first measurement signal and the second measurement signal. The purpose of performing such correction is to eliminate the influence on the first measurement signal and the second measurement signal due to the temperature change of the sensor 36 itself. When the first measurement region 32 and the second measurement region 34 are not within the detection range of the sensor 36, a third measurement signal is obtained, and data for calibration of the first measurement signal and the second measurement signal is obtained. To get

次に、処理部38が、2の測定領域34の温度、および、第1の測定領域及び第2の測定領域とセンサ36との距離を検知する方法の1実施例の詳細について説明する。   Next, details of one embodiment of a method in which the processing unit 38 detects the temperature of the two measurement regions 34 and the distance between the first measurement region and the second measurement region and the sensor 36 will be described.

ロータ30を含むロータ24の温度は、ポンプの信頼性向上等のために重要な情報であり、運転時のロータ24の温度をリアルタイムで測定したいという要求がある。運転時のロータ24の温度がわかれば、真空ポンプ20の開発段階へのフィードバックが可能となり、また、真空ポンプ20の運転条件の適正化が可能となるからである。以下では、ロータ30を例に説明するが、ロータ30以外のロータ24の他の部分でも同様にして検知が行われる。ロータ30の端面の温度を、図2に示すように、渦電流センサであるセンサ36により測定する。センサ36の信号は、ロータ30の温度だけでなく、ロータ30とセンサ36との間の距離であるギャップgによっても変化する。ギャップgを以下では、クリアランスgと呼ぶこともある。   The temperature of the rotor 24 including the rotor 30 is important information for improving the reliability of the pump, and there is a demand for measuring the temperature of the rotor 24 during operation in real time. This is because if the temperature of the rotor 24 during operation is known, feedback to the development stage of the vacuum pump 20 is possible, and the operating conditions of the vacuum pump 20 can be optimized. Hereinafter, the rotor 30 will be described as an example, but detection is similarly performed in other portions of the rotor 24 other than the rotor 30. As shown in FIG. 2, the temperature of the end face of the rotor 30 is measured by a sensor 36 that is an eddy current sensor. The signal of the sensor 36 is changed not only by the temperature of the rotor 30 but also by a gap g which is a distance between the rotor 30 and the sensor 36. Hereinafter, the gap g may be referred to as a clearance g.

ロータ30の材料とは、抵抗値が異なる金属をロータ30に埋め込んで、第1の測定領域32を形成する。温度が同一、距離が同一のときに、2種類の材料(すなわち第1の測定領域32と第2の測定領域34)の渦電流を測定することにより、温度とギャップの両方を推定する。これは、例えば、2元1次方程式を解くことに類似する。未知数は、2個、すなわち、ロータ30の温度(Tr)と、ギャップ(g)である。測定値は、2個、すなわち、ロータ30(第2の測定領域34)から得られたインピーダンンスの絶対値(Va)と、埋込み金属(第1の測定領域32)から得られたインピーダンンスの絶対値(Vb)である。これらの4個の量の間には、以下の関係式が成立する。
Va=Fa(Tr、g)、すなわちVaは、Trとgの関数Faである。
Vb=Fb(Tr、g)、すなわちVbは、Tとgの関数Fbである。
Va=Fa(Tr、g)およびVb=Fb(Tr、g)から(Tr、g)を求める。
なお、ロータ30の温度は、例えば、常温〜250℃の範囲であり、ケーシング22の温度は、例えば、常温〜200℃であり、ロータ30の温度測定の精度は±数℃〜10℃であることが好ましい。
A material having a different resistance value from the material of the rotor 30 is embedded in the rotor 30 to form the first measurement region 32. When the temperature is the same and the distance is the same, both the temperature and the gap are estimated by measuring eddy currents of two types of materials (that is, the first measurement region 32 and the second measurement region 34). This is similar to, for example, solving a binary linear equation. There are two unknowns, that is, the temperature (Tr) of the rotor 30 and the gap (g). Two measured values, that is, the absolute value (Va) of the impedance obtained from the rotor 30 (second measurement region 34) and the impedance obtained from the buried metal (first measurement region 32). Absolute value (Vb). The following relational expression holds between these four quantities.
Va = Fa (Tr, g), that is, Va is a function Fa of Tr and g.
Vb = Fb (Tr, g), that is, Vb is a function Fb of T and g.
(Tr, g) is obtained from Va = Fa (Tr, g) and Vb = Fb (Tr, g).
The temperature of the rotor 30 is, for example, in the range from room temperature to 250 ° C., the temperature of the casing 22 is, for example, from room temperature to 200 ° C., and the accuracy of temperature measurement of the rotor 30 is ± several degrees to 10 ° C. It is preferable.

ロータ30の温度推定方法は以下のとおりである。第1の測定領域32の材料に関して、その温度とセンサの出力の関係を、複数の異なるギャップg1, g2, g3, g4 ・・・・・gxについて、事前に、サンプル片を用いて測定をして、図4に示すグラフを作成しておく。第2の測定領域34の材料に関しても、その温度とセンサの出力の関係を、複数の異なるギャップg1, g2, g3, g4 ・・・・・gxについて、事前に、サンプル片を用いて測定をして、図3に示すグラフを作成しておく。図3、4において、ギャップの大きさは、g1, g2, g3, g4 ・・・・・gxの順に大きくなる。すなわち、g1<g2<g3<g4<・・・・・<gxである。   The method for estimating the temperature of the rotor 30 is as follows. Regarding the material of the first measurement region 32, the relationship between the temperature and the output of the sensor is measured in advance for a plurality of different gaps g1, g2, g3, g4. Thus, the graph shown in FIG. 4 is created. Regarding the material of the second measurement region 34, the relationship between the temperature and the output of the sensor is measured in advance for a plurality of different gaps g1, g2, g3, g4. Then, the graph shown in FIG. 3 is created. 3 and 4, the size of the gap increases in the order of g1, g2, g3, g4... Gx. That is, g1 <g2 <g3 <g4 <... <gx.

図3,4の横軸は温度、縦軸は、インピーダンスの絶対値である。図3における曲線421,422,423,424,42xは、それぞれ、ギャップgがg1, g2, g3, g4 ・・・・・gxの大きさであるときの温度とインピーダンスの絶対値との関係を示す。図4における曲線441,442,443,444,44xは、それぞれ、ギャップgがg1, g2, g3, g4 ・・・・・gxの大きさであるときの温度とインピーダンスの絶対値との関係を示す。曲線421,422,423,424,42x及び曲線441,442,443,444,44xの求め方については後述する。   3 and 4, the horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents the absolute value of impedance. The curves 421, 422, 423, 424, and 42x in FIG. 3 show the relationship between the temperature and the absolute value of the impedance when the gap g is g1, g2, g3, g4. Show. Curves 441, 442, 443, 444, and 44x in FIG. 4 show the relationship between the temperature and the absolute value of the impedance when the gap g is g1, g2, g3, g4... Gx, respectively. Show. How to obtain the curves 421, 422, 423, 424, 42x and the curves 441, 442, 443, 444, 44x will be described later.

また、センサが、材料と対向していないときのセンサのいくつかの温度におけるインピーダンスの絶対値(V0)も事前に測定をしておく。このデータは、実際のポンプ20における測定時に、センサ36が領域40に対向しているときのインピーダンスの絶対値を求めて、図3,4に示すデータを測定した時のセンサ36の温度と、実際のポンプ20における測定時のセンサ36の温度の違いによる影響を補正するためである。   In addition, the absolute value (V0) of impedance at several temperatures of the sensor when the sensor is not facing the material is also measured in advance. This data is obtained by calculating the absolute value of the impedance when the sensor 36 is opposed to the region 40 at the time of measurement in the actual pump 20, and the temperature of the sensor 36 when the data shown in FIGS. This is because the influence of the temperature difference of the sensor 36 at the time of measurement in the actual pump 20 is corrected.

次に、ポンプ20の運転時に、第2の測定領域34に関して、センサ36の出力からインピーダンスの絶対値Va1が、図5に示すように、得られたとする。図5は、図3と同じグラフに、インピーダンスの絶対値Va1を水平線46として表示したものである。水平線46と曲線421,422,423,424との交点に対応する温度481,482,483,484は、第2の測定領域34の温度としての候補値である。   Next, it is assumed that the absolute value Va1 of the impedance is obtained from the output of the sensor 36 with respect to the second measurement region 34 during the operation of the pump 20 as shown in FIG. FIG. 5 shows the absolute value Va1 of impedance as a horizontal line 46 on the same graph as FIG. Temperatures 481, 482, 483, 484 corresponding to the intersections of the horizontal line 46 and the curves 421, 422, 423, 424 are candidate values as temperatures of the second measurement region 34.

同様に、ポンプ20の運転時に、第1の測定領域32に関して、センサ36の出力からインピーダンスの絶対値Vb1が、図6に示すように、得られたとする。図6は、図4と同じグラフに、インピーダンスの絶対値Vb1を水平線50として表示したものである。水平線50と曲線441,442,443,444との交点に対応する温度521,522,523,524は、第1の測定領域32の温度としての候補値である。   Similarly, assume that the absolute value Vb1 of the impedance is obtained from the output of the sensor 36 with respect to the first measurement region 32 during the operation of the pump 20, as shown in FIG. FIG. 6 is a graph in which the absolute value Vb1 of impedance is displayed as a horizontal line 50 on the same graph as FIG. The temperatures 521, 522, 523, and 524 corresponding to the intersections of the horizontal line 50 and the curves 441, 442, 443, and 444 are candidate values as the temperature of the first measurement region 32.

図5における温度481,482,483,484と、これらの温度に対応するギャップg1, g2, g3, g4を、横軸を温度、縦軸をギャップとしてプロットしたものが図7である。同様に、図6における温度521,522,523,524と、これらの温度に対応するギャップg1, g2, g3, g4を、横軸を温度、縦軸をギャップとしてプロットしたものが図8である。図7,8に示すように、これらのデータはそれぞれ曲線54、曲線56上にある。曲線54と曲線56を、横軸を温度、縦軸をギャップとして1つの図に表示したものが図9である。曲線54と曲線56の交点における温度58とギャップ60が、ロータ30の温度58とギャップ60である。   FIG. 7 is a plot of temperatures 481, 482, 483, and 484 in FIG. 5 and gaps g1, g2, g3, and g4 corresponding to these temperatures, with the horizontal axis representing the temperature and the vertical axis representing the gap. Similarly, FIG. 8 is a plot of temperatures 521, 522, 523, and 524 in FIG. 6 and gaps g 1, g 2, g 3, and g 4 corresponding to these temperatures, with the horizontal axis representing the temperature and the vertical axis representing the gap. . As shown in FIGS. 7 and 8, these data are on a curve 54 and a curve 56, respectively. FIG. 9 shows the curves 54 and 56 displayed in one figure with the horizontal axis representing temperature and the vertical axis representing a gap. The temperature 58 and the gap 60 at the intersection of the curve 54 and the curve 56 are the temperature 58 and the gap 60 of the rotor 30.

次に、図3,4に示す曲線421,422,423,424および曲線441,442,443,444の求め方の1例について説明する。センサ36の等価回路を説明するための図を図10に示す。図10において、センサ36の先端にはセンサコイル62が巻かれている。そして、このセンサコイル62には、抵抗64が直列に接続されている。この回路には交流電源66が接続されている。センサコイル1は、交流電源66により一定周波数、一定電圧の高周波電圧が印加され、高周波磁界を作る。センサ36に対向するロータ30は、金属線材の多層巻コイルと考えられる。ロータ30は、抵抗68とインダクタンス70を有すると考えられる。   Next, an example of how to obtain the curves 421, 422, 423, 424 and the curves 441, 442, 443, 444 shown in FIGS. A diagram for explaining an equivalent circuit of the sensor 36 is shown in FIG. In FIG. 10, a sensor coil 62 is wound around the tip of the sensor 36. A resistor 64 is connected in series to the sensor coil 62. An AC power source 66 is connected to this circuit. A high frequency voltage having a constant frequency and a constant voltage is applied to the sensor coil 1 by an AC power source 66 to create a high frequency magnetic field. The rotor 30 facing the sensor 36 is considered to be a multi-layer coil of metal wire. The rotor 30 is considered to have a resistance 68 and an inductance 70.

ロータ30の温度が変わると抵抗68(R0)およびインダクタンス70(Lo)は変わる。抵抗68(R0)は、抵抗率(ρ)に比例する。抵抗率(ρ)は、温度(t)が変わると、ρ = ρ0 (1 + αt) と変化する。ここで、αは、抵抗温度係数である。ρ0 は0 ℃ のときの抵抗率である。抵抗68は、R0= ρ・L/Sより、抵抗率が変化すると変わる When the temperature of the rotor 30 changes, the resistance 68 (R 0 ) and the inductance 70 (Lo) change. The resistor 68 (R 0 ) is proportional to the resistivity (ρ). The resistivity (ρ) changes as ρ = ρ 0 (1 + αt) when the temperature (t) changes. Here, α is a resistance temperature coefficient. ρ 0 is the resistivity at 0 ° C. The resistance 68 changes as the resistivity changes from R 0 = ρ · L / S.

インダクタンス70(Lo)については、以下の関係式が成立する。
Lo∝金属棒の半径*コイル巻き数*長岡係数/金属棒の厚さ
ここで、長岡係数とは、有限長ソレノイドのインダクタンスを求めるための係数である。ロータ30の温度変化により、ロータ30の寸法(外形)が変わると、インダクタンス(Lo) が変わる。交流電源66からセンサ36を見たときのインピ−ダンスZinは、以下のとおりである。なお、センサコイル62とインダクタンス70の結合係数をMとする。
The following relational expression is established for the inductance 70 (Lo).
Lo∝ metal rod radius 2 * number of coil turns 2 * Nagaoka coefficient / thickness of metal rod
Here, the Nagaoka coefficient is a coefficient for obtaining the inductance of the finite length solenoid. When the size (outer shape) of the rotor 30 changes due to the temperature change of the rotor 30, the inductance (Lo) changes. The impedance Zin when the sensor 36 is viewed from the AC power supply 66 is as follows. It is assumed that the coupling coefficient between the sensor coil 62 and the inductance 70 is M.

Figure 2018115949
Zin=抵抗成分+インダクタンス成分であり、それぞれの成分を、以下のように書く。Zin=(Rs+R(d))+jw(Ls−L(d))
このとき、ロータ30に依存する量であるL(d)、R(d)は、以下のようになる。
Figure 2018115949
Zin = resistance component + inductance component, and each component is written as follows. Zin = (Rs + R (d)) + jw (Ls−L (d))
At this time, L (d) and R (d), which are amounts depending on the rotor 30, are as follows.

Figure 2018115949
抵抗成分、インダクタンス成分は、温度依存性を有するため、一次側であるセンサコイル62のインピ−ダンスZinを計測することにより、非接触で二次側の金属(ロータ30)の温度を観測できる。
Figure 2018115949
Since the resistance component and the inductance component have temperature dependency, the temperature of the secondary side metal (rotor 30) can be observed in a non-contact manner by measuring the impedance Zin of the sensor coil 62 which is the primary side.

図3,4に示すデータは、例えば、以下のようにして取得する。第1の測定領域32の材料および第2の測定領域34の材料について、温度計により、それらの温度を測る。センサ36の出力からインピ−ダンスZinを取得する。図11は、インピ−ダンスZinの抵抗成分の測定結果であり、図12は、インピ−ダンスZinのインダクタンス成分の測定結果であり、横軸は温度、縦軸は、それぞれ、抵抗成分とインダクタンス成分である。図11、12における曲線72、73は、サンプルに関する実測値であり、曲線74、75はそれぞれ、最少二乗法により曲線72、73を関数近似して得られたものである。関数近似としては、例えば、3次曲線を用いる。このようにして、曲線421,422,423,424および曲線441,442,443,444が求められる。   The data shown in FIGS. 3 and 4 is acquired as follows, for example. About the material of the 1st measurement area | region 32 and the material of the 2nd measurement area | region 34, those temperature is measured with a thermometer. The impedance Zin is obtained from the output of the sensor 36. FIG. 11 shows the measurement result of the resistance component of the impedance Zin, and FIG. 12 shows the measurement result of the inductance component of the impedance Zin. The horizontal axis indicates the temperature, and the vertical axis indicates the resistance component and the inductance component, respectively. It is. Curves 72 and 73 in FIGS. 11 and 12 are actual measurement values regarding the sample, and curves 74 and 75 are obtained by approximating the curves 72 and 73 by the least square method, respectively. As the function approximation, for example, a cubic curve is used. In this way, the curves 421, 422, 423, 424 and the curves 441, 442, 443, 444 are obtained.

図13は、熱電対で直接計測したロータ30の温度曲線76と、センサ36の信号の近似式から推定したロータ30の温度曲線とを示す図である。横軸は時間、縦軸は温度であり、サンプルの温度を時間的に変えながら測定した。温度曲線78は、図11のインピダンスZinの抵抗成分から求めた温度であり、温度曲線80は、図12のインピダンスZinのインダクタンス成分から求めた温度である。温度曲線76は、温度曲線78および温度曲線80とよく一致している。これらより、インピダンスZinと、ロータ30の材料の温度との関係を、最少二乗法により、精度よく求めることができることがわかる。   FIG. 13 is a diagram showing a temperature curve 76 of the rotor 30 directly measured by a thermocouple and a temperature curve of the rotor 30 estimated from an approximate expression of the signal of the sensor 36. The horizontal axis is time, and the vertical axis is temperature. Measurement was performed while changing the temperature of the sample with time. The temperature curve 78 is a temperature obtained from the resistance component of the impedance Zin in FIG. 11, and the temperature curve 80 is a temperature obtained from the inductance component of the impedance Zin in FIG. The temperature curve 76 is in good agreement with the temperature curve 78 and the temperature curve 80. From these, it can be seen that the relationship between the impedance Zin and the temperature of the material of the rotor 30 can be obtained with high accuracy by the least square method.

次に、運転時にロータ30の位置が回転軸26の軸方向に変動することによる温度測定への影響を低減する方法について説明する。運転時にロータ30の位置が回転軸26の方向に変動すると、温度測定に、なぜ影響するかについて説明する。   Next, a method for reducing the influence on temperature measurement due to the position of the rotor 30 changing in the axial direction of the rotating shaft 26 during operation will be described. The reason why the temperature measurement is affected when the position of the rotor 30 fluctuates in the direction of the rotating shaft 26 during operation will be described.

センサは、ロータ24のどの部分の温度を測定するかによって、ポンプ20のケーシング22の種々の位置に取り付けられる。センサが、ロータ24の外周122の温度を測定するときは、図1に示すように、ケーシング22の外周124から回転軸26の軸心方向を向いている外周124上の位置82に取り付けられる。回転軸26の温度を測定するときは、ケーシング22の一部である段間126内に設置され、段間126から軸心方向を向いた位置86に取り付けられる。位置82と位置86に設置される場合、ロータ30の位置が回転軸26の軸方向に変動しても、ロータ30とセンサとの距離は変わらないので、温度測定に影響しない。   The sensors are mounted at various locations on the casing 22 of the pump 20 depending on which part of the rotor 24 is to be measured. When the sensor measures the temperature of the outer periphery 122 of the rotor 24, it is attached to a position 82 on the outer periphery 124 that faces the axial direction of the rotary shaft 26 from the outer periphery 124 of the casing 22, as shown in FIG. 1. When measuring the temperature of the rotating shaft 26, it is installed in an interstage 126 that is a part of the casing 22, and is attached to a position 86 that faces the axial direction from the interstage 126. When installed at the positions 82 and 86, even if the position of the rotor 30 fluctuates in the axial direction of the rotating shaft 26, the distance between the rotor 30 and the sensor does not change, so the temperature measurement is not affected.

しかし、センサが、ロータ24の、回転軸26に垂直な面の温度を測定するときは、センサは、以下のような位置に設置される。すなわち、吸気側サイドカバー128内で排気側を向いた位置84、ケーシング22の一部である段間内で段間から排気側を向いた位置88、ケーシング22の一部である段間内で段間から吸気側を向いた位置90、排気側サイドカバー130内で吸気側を向いた位置92に、センサ36は取り付けられる。これらの位置に設置された時は、ロータ24の位置が回転軸26の方向に変動すると、ロータ24とセンサとの距離が変わるため、温度測定に影響する。この問題を解決するために、図14に示すように、段間内で段間から吸気側を向いた位置90と、段間内で段間から排気側を向いた位置88に設置された2個のセンサを用いる。以下、これについて説明する。   However, when the sensor measures the temperature of the surface of the rotor 24 perpendicular to the rotation axis 26, the sensor is installed at the following position. That is, the position 84 facing the exhaust side in the intake side cover 128, the position 88 facing the exhaust side from the interstage between the stages that are a part of the casing 22, and the interstage that is a part of the casing 22. The sensor 36 is attached at a position 90 facing the intake side from the interstage and a position 92 facing the intake side in the exhaust side cover 130. When installed at these positions, if the position of the rotor 24 fluctuates in the direction of the rotating shaft 26, the distance between the rotor 24 and the sensor changes, which affects temperature measurement. In order to solve this problem, as shown in FIG. 14, the position 90 is located at the position 90 facing the intake side from the interstage and the position 88 facing the exhaust side from the interstage within the interstage. One sensor is used. This will be described below.

ロータ24のうちの特定のロータ94の温度を、ロータ94の両側から2個以上のセンサで計測し、2個以上のセンサが出力するセンサ信号の差分値により、ロータ24の位置変動による測定誤差を回避する。具体的な方法を図14,15により説明する。ロータ94が、ロータ96とロータ98の中間にあるとする。センサ100がロータ94とロータ96の間に配置されているとする。センサ102がロータ94とロータ98の間に配置されているとする。ロータ94が左に変動して、ロータ104の位置に来たとする。センサ100は、ロータ94に近づくので、センサ100が出力する信号の大きさは増加する。増加した信号の大きさをVs1とする。センサ102は、ロータ94から離れるので、セン
サ102が出力する信号の大きさは減少する。減少した信号の大きさをVs2とする。
A temperature of a specific rotor 94 of the rotor 24 is measured by two or more sensors from both sides of the rotor 94, and a measurement error due to a position variation of the rotor 24 is obtained by a difference value of sensor signals output from the two or more sensors. To avoid. A specific method will be described with reference to FIGS. Assume that the rotor 94 is between the rotor 96 and the rotor 98. Assume that the sensor 100 is disposed between the rotor 94 and the rotor 96. Assume that the sensor 102 is disposed between the rotor 94 and the rotor 98. Assume that the rotor 94 moves to the left and reaches the position of the rotor 104. Since the sensor 100 approaches the rotor 94, the magnitude of the signal output from the sensor 100 increases. The magnitude of the increased signal is Vs1. Since the sensor 102 is separated from the rotor 94, the magnitude of the signal output from the sensor 102 decreases. Let Vs2 be the magnitude of the reduced signal.

ロータ94とセンサ100との距離106が、ロータ94とロータ104との距離108分だけ変動して、ロータ104とセンサ100との距離110に減少する。そのとき、ロータ94とセンサ102との距離112が、ロータ94とロータ104との距離108分だけ変動して、ロータ104とセンサ102との距離110に増加する。   The distance 106 between the rotor 94 and the sensor 100 varies by the distance 108 between the rotor 94 and the rotor 104 and decreases to the distance 110 between the rotor 104 and the sensor 100. At this time, the distance 112 between the rotor 94 and the sensor 102 varies by the distance 108 between the rotor 94 and the rotor 104 and increases to the distance 110 between the rotor 104 and the sensor 102.

ロータ94の位置の変動分を相殺するために、2個のセンサの信号を加算して2で割る。すなわち、相殺後の信号の大きさVs3とすると、Vs3 = (Vs1 + Vs2)/2。図15は、横軸がセンサの出力信号、縦軸が温度としたときの、センサ100による温度曲線118と、センサ102による温度曲線116と、補正後の温度曲線120を示す。   In order to cancel the variation in the position of the rotor 94, the signals of the two sensors are added and divided by two. That is, assuming that the signal magnitude Vs3 after cancellation is Vs3 = (Vs1 + Vs2) / 2. FIG. 15 shows a temperature curve 118 by the sensor 100, a temperature curve 116 by the sensor 102, and a corrected temperature curve 120 when the horizontal axis is the output signal of the sensor and the vertical axis is temperature.

なお、センサ100、102の裏面に、磁気シールド用の磁気シート134,136を設置してもよい。設置することにより、センサ100、102の裏面にある金属(ロータ96、98等)が生成する磁気がセンサ100、102に入ることを防止することができる。結果として、金属(ロータ96、98等)が、ロータ94の温度測定に及ぼす影響を、磁気シート134,136により回避できる。   In addition, you may install the magnetic sheets 134 and 136 for a magnetic shield in the back surface of the sensors 100 and 102. FIG. By installing, it is possible to prevent the magnetism generated by the metal (the rotors 96, 98, etc.) on the back surfaces of the sensors 100, 102 from entering the sensors 100, 102. As a result, the influence of the metal (the rotors 96, 98, etc.) on the temperature measurement of the rotor 94 can be avoided by the magnetic sheets 134, 136.

次に、図3〜図9に示す方法とは別の方法により、ギャップ(g)と、温度(T)を求めることについて説明する。第1の測定領域32は第1の材料を有し、第2の測定領域34は、第1の材料とは異なる第2の材料を有する。材料が異なれば、抵抗率は一般的に異なる。抵抗率の温度係数(α)が異なる2種類の金属体(第1の材料と第2の材料)からセンサ36は、磁気を検出する。検出した2つのセンサ信号V1、V2(たとえばインピーダンスの絶対値)から、2つのセンサ信号V1、V2に関する下記の方程式を解いて、ギャップ(g)と温度(T)を導出できる。
[数3]
V1=fα1(g、T)
V2=fα2(g、T)
Next, a description will be given of obtaining the gap (g) and the temperature (T) by a method different from the method shown in FIGS. The first measurement region 32 has a first material, and the second measurement region 34 has a second material different from the first material. The resistivity is generally different for different materials. The sensor 36 detects magnetism from two types of metal bodies (first material and second material) having different temperature coefficients (α) of resistivity. The gap (g) and temperature (T) can be derived by solving the following equations concerning the two sensor signals V1 and V2 from the two detected sensor signals V1 and V2 (for example, absolute values of impedance).
[Equation 3]
V1 = f α1 (g, T)
V2 = f α2 (g, T)

ここで、fα1、fα2は、それぞれ、第1の材料と第2の材料に関するセンサ信号V1、V2と、ギャップ(g)および温度(T)との関係を示す式である。ギャップ(g)と温度(T)が、ある範囲内にある場合は、fα1、fα2は、2つの未知数(ギャップ(g)と温度(T))に関する1次式で近似できる。この場合、数3は、2つの未知数(ギャップ(g)、温度(T))に関する2つの方程式であるため、2元一次方程式である。 Here, f α1 and f α2 are equations indicating the relationship between the sensor signals V1 and V2 relating to the first material and the second material, the gap (g), and the temperature (T), respectively. When the gap (g) and the temperature (T) are within a certain range, f α1 and f α2 can be approximated by a linear expression relating to two unknowns (gap (g) and temperature (T)). In this case, since Equation 3 is two equations relating to two unknowns (gap (g) and temperature (T)), it is a binary linear equation.

数3は、下記の数4のように表示することができる。
[数4]
a1*g+b1*T=c1
a2*g+b2*T=c2
ここで、a1,b1,c1は、fα1を1次式で近似して、得られる式に現れるギャップ(g)と、温度(T)の係数、及び変数である。a2,b2,c2は、fα2を1次式で近似して、得られる式に現れるギャップ(g)と、温度(T)の係数、及び変数である。数4は、以下の数5に示すように、行列計算により、解くことができ、ギャップ(g)と、温度(T)を導出できる。
Equation 3 can be displayed as Equation 4 below.
[Equation 4]
a1 * g + b1 * T = c1
a2 * g + b2 * T = c2
Here, a1, b1, and c1 are a gap (g), a coefficient of temperature (T), and a variable appearing in an equation obtained by approximating f α1 with a linear expression. a2, b2, c2 is to approximate the f.alpha 2 in a linear equation, a gap (g) appearing in the resulting equation, the coefficient of temperature (T), and a variable. Equation 4 can be solved by matrix calculation as shown in Equation 5 below, and the gap (g) and temperature (T) can be derived.

Figure 2018115949
Figure 2018115949

数3から数5で用いた方法と同じ考え方で、同一金属(同一材料)、例えば、第1の測定領域32に関して、ギャップ(g)が異なり、温度係数(α)と温度(T)が同じである場合に適用できる。第1の測定領域32に関して、センサ36は、磁気を検出する。検出した2つのセンサ信号V1、V2(たとえばインピーダンスの絶対値)から、2つのセンサ信号V1、V2に関する下記の方程式を解いて、温度係数(α)と温度(T)を導出できる。[数6]
V1=fg1(α、T)
V2=fg2(α、T)
ここで、fg1、fg2は、それぞれ、ギャップ(g)がg1、g2であるときの第1の材料に関するセンサ信号V1、V2と、温度係数(α)および温度(T)との関係を示す式である。温度係数(α)と温度(T)が、ある範囲内にある場合は、fg1、fg2は、2つの未知数(温度係数(α)と温度(T))に関する1次式で近似できる。この場合、式4は、2つの未知数(温度係数(α)、温度(T))に関する2つの方程式であるため、2元一次方程式である。数6は、数3と同様に、行列計算により、解くことができ、温度係数(α)と温度(T)を導出できる。
In the same way as the method used in Equations 3 to 5, the gap (g) is different and the temperature coefficient (α) and temperature (T) are the same for the same metal (same material), for example, the first measurement region 32. Applicable when With respect to the first measurement region 32, the sensor 36 detects magnetism. From the two detected sensor signals V1 and V2 (for example, absolute values of impedance), the following equations relating to the two sensor signals V1 and V2 can be solved to derive the temperature coefficient (α) and the temperature (T). [Equation 6]
V1 = f g1 (α, T)
V2 = f g2 (α, T)
Here, f g1 and f g2 respectively represent the relationship between the sensor signals V1 and V2 related to the first material when the gap (g) is g1 and g2, and the temperature coefficient (α) and the temperature (T). It is a formula which shows. When the temperature coefficient (α) and the temperature (T) are within a certain range, f g1 and f g2 can be approximated by a linear expression relating to two unknowns (temperature coefficient (α) and temperature (T)). In this case, since Equation 4 is two equations relating to two unknowns (temperature coefficient (α) and temperature (T)), it is a binary linear equation. Similar to Equation 3, Equation 6 can be solved by matrix calculation, and the temperature coefficient (α) and temperature (T) can be derived.

次に、センサ36の構成について説明する。ケーシング22内に設置するセンサ36は、図16に示す構造とすることができる。セラミック層140上に、ニッケル銅を製膜してエッチング処理によりスパイラル形状のコイル138を製作する。コイル138をポリイミド層142で覆う。ポリイミド層142で覆うことにより、コイル138は、耐熱がある。コイル138は、1つのコイルで、励磁コイルと検知コイルを兼ねることができる。励磁コイルと検知コイルを兼ねる場合、コイルからのリード線144は、2本である。また、励磁コイルと検知コイルを別々に設けて、コイル138は、2個のコイルからなるものとしてもよい。2個のコイルは、コイルの軸方向に、検知コイルの上に励磁コイルを配置する。   Next, the configuration of the sensor 36 will be described. The sensor 36 installed in the casing 22 can have a structure shown in FIG. On the ceramic layer 140, nickel copper is formed, and a spiral coil 138 is manufactured by etching. Coil 138 is covered with polyimide layer 142. By covering with the polyimide layer 142, the coil 138 has heat resistance. The coil 138 is a single coil, and can serve both as an excitation coil and a detection coil. In the case of serving both as an excitation coil and a detection coil, there are two lead wires 144 from the coil. Further, the excitation coil and the detection coil may be provided separately, and the coil 138 may be composed of two coils. Two coils arrange | position an exciting coil on a detection coil in the axial direction of a coil.

本発明の実施形態によれば、ドライポンプ等のロータが回転中に、非接触でロータの温度が測定可能である。測定範囲としては、室温から400℃または、それ以上の温度である。渦電流センサや磁気センサを用いることの利点は以下の通りである。
(1)ポンプ運転中のギャップ(クリアランス)を確認することが出来る。確認したデータは、ポンプの設計に反映することができる。ロータ温度やクリアランスがわかると、ポンプが不具合により停止したときの要因を分析するときの材料が増え、故障対策がとりやすい。運転中のクリアランス測定により、信頼性を高めた新製品が、従来よりも早期に完成する。クリアランスを適切にすることができるため、ポンプの効率が上がり、省エネにつながる。
(2)ポンプが使用される、例えば半導体製造プロセスにおいて、半導体製造プロセスに使用されるガスに応じて、ポンプの内部温度を管理することができる。この結果、プロセス
で使用されるガス等への温度の影響、又はガス等からポンプへの影響を低減することが可能となる。ポンプの内部温度を管理する方法の1例としては、回転体の内部に冷却水循環用の流路を設けておき、測定された回転体の温度に応じて、回転体を冷却又は加熱する。(3)ロータのクリアランスおよび温度の異常を検出して、ポンプの破壊に至る前に、早期にポンプの運転停止が可能となる。
According to the embodiment of the present invention, the temperature of the rotor can be measured in a non-contact manner while the rotor such as a dry pump is rotating. The measurement range is from room temperature to 400 ° C. or higher. The advantages of using an eddy current sensor or a magnetic sensor are as follows.
(1) The gap (clearance) during pump operation can be confirmed. The confirmed data can be reflected in the pump design. If the rotor temperature and clearance are known, it will be easier to take measures against failure by increasing the material used to analyze the cause of the pump stopping due to a malfunction. By measuring the clearance during operation, a new product with improved reliability will be completed earlier than before. Since the clearance can be made appropriate, the efficiency of the pump is increased, leading to energy saving.
(2) In a semiconductor manufacturing process in which a pump is used, for example, the internal temperature of the pump can be managed according to the gas used in the semiconductor manufacturing process. As a result, it is possible to reduce the influence of the temperature on the gas used in the process or the influence of the gas etc. on the pump. As an example of a method for managing the internal temperature of the pump, a flow path for circulating cooling water is provided inside the rotating body, and the rotating body is cooled or heated according to the measured temperature of the rotating body. (3) It is possible to stop the pump at an early stage before detecting abnormalities in the clearance and temperature of the rotor and leading to the destruction of the pump.

高速回転(例えば、8000回転/分)するロータが高温度(50〜400℃)であることを非接触で計測ができる。なお、高速で回転するロータの温度および距離を安定的に計測するため、ロータの例えば3枚ある羽根(葉)のうちの1枚が通過するときに、1枚について、センサは複数回測定が必要である。このため、センサが出力する測定値のサンプリングスピードは、約1kHz以上が必要である。例えば、3000回転/分の場合、3つの葉の各々について、測定点が6点とすると、3000回転/分/60s*3葉*6点=900Hzとなるからである。   It can be measured in a non-contact manner that the rotor rotating at high speed (for example, 8000 rpm) is at a high temperature (50 to 400 ° C.). In order to stably measure the temperature and distance of the rotor rotating at high speed, for example, when one of the three blades (leaves) of the rotor passes, the sensor can measure a plurality of times. is necessary. For this reason, the sampling speed of the measurement value output from the sensor needs to be about 1 kHz or more. For example, in the case of 3000 rotations / minute, if there are 6 measurement points for each of the 3 leaves, 3000 rotations / minute / 60 s * 3 leaves * 6 points = 900 Hz.

ロータの回転数を、センサからの出力信号に基づいて測定することができる。ロータが例えば3枚、羽根を有する場合、羽根に対向するときと、羽根に対向しないとき(羽根と羽根の間の領域に対向するとき)とでは、センサからの出力信号は、大きく異なる。出力信号の大きさに対して閾値を設定することにより、羽根の通過回数を計測できる。このように出力信号をレベル判別することで、ロータの回転数を非接触で計測できる。   The rotational speed of the rotor can be measured based on the output signal from the sensor. When the rotor has three blades, for example, the output signal from the sensor differs greatly when facing the blades and when not facing the blades (when facing the region between the blades). By setting a threshold value for the magnitude of the output signal, the number of blade passages can be measured. Thus, by determining the level of the output signal, the rotational speed of the rotor can be measured without contact.

なお、温度計測等において、センサが、ロータの端付近にあるときなどのセンサからの出力信号が弱いときは、そのときのサンプリングデータは省いて温度、距離を計測することが好ましい。   In the temperature measurement or the like, when the output signal from the sensor is weak, such as when the sensor is near the end of the rotor, it is preferable to measure the temperature and distance without the sampling data at that time.

また、温度計測等において、ロータの羽根とセンサが対向していないときのセンサの出力を利用することにより、センサ自身の温度による、ロータの温度測定への影響を補正できる。これは、例えば、以下のように行う。ロータの羽根とセンサが対向していないときのセンサの出力を、ロータの羽根とセンサが対向しているときのセンサの出力に加算または減算等して、センサ自身の温度変化による影響を補正できる。   Further, in the temperature measurement or the like, the influence of the temperature of the sensor itself on the temperature measurement of the rotor can be corrected by using the output of the sensor when the rotor blades are not opposed to the sensor. This is performed as follows, for example. The sensor output when the rotor blades are not facing the sensor can be added to or subtracted from the sensor output when the rotor blades are facing the sensor, thereby correcting the influence of the temperature change of the sensor itself. .

なお、図1に示す実施形態では、第1の材料は、例えば、ステンレス(SUS)、チタン、ニッケル等であり、第2の材料は、ロータ24の材料である。そして、センサ36は、渦電流センサである。本発明は、このような実施形態に限られるものではなく、第1の材料および第2の材料が、磁性体でもよい。このとき、第1の測定領域32および第2の測定領域34は、例えば、ディスク形状でよい。第1の測定領域32および第2の測定領域34は、磁性体であるディスクを埋め込む、焼嵌めする、接着または溶接することにより、ロータ30内に形成することができる。第1の測定領域32の、センサ36から見た表面形状は、円形に限られず、他の形状、例えば、4角形等の多角形、楕円形等が可能である。第1の測定領域32は、コーティングや溶射によって形成してもよい。全体の形状としては、シリンダ形、円錐、角柱、円錐台、角錐台等でもよい。
第1の材料および第2の材料が、磁性体の場合、センサ36は、磁性体が生成する磁場を検知するためのコイルである。
In the embodiment shown in FIG. 1, the first material is, for example, stainless steel (SUS), titanium, nickel, and the like, and the second material is the material of the rotor 24. The sensor 36 is an eddy current sensor. The present invention is not limited to such an embodiment, and the first material and the second material may be magnetic materials. At this time, the first measurement area 32 and the second measurement area 34 may be, for example, disk-shaped. The first measurement region 32 and the second measurement region 34 can be formed in the rotor 30 by embedding, shrink-fitting, bonding or welding a magnetic disk. The surface shape of the first measurement region 32 viewed from the sensor 36 is not limited to a circle, and may be other shapes, for example, a polygon such as a quadrangle, an ellipse, or the like. The first measurement region 32 may be formed by coating or spraying. The overall shape may be a cylinder, a cone, a prism, a truncated cone, a truncated pyramid, or the like.
When the first material and the second material are magnetic bodies, the sensor 36 is a coil for detecting a magnetic field generated by the magnetic body.

以上、本発明の実施形態の例について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明には、その均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。   As mentioned above, although the example of embodiment of this invention was demonstrated, above-described embodiment of this invention is for making an understanding of this invention easy, and does not limit this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention naturally includes equivalents thereof. In addition, any combination or omission of each constituent element described in the claims and the specification is possible within a range where at least a part of the above-described problems can be solved or a range where at least a part of the effect is achieved. It is.

20…ポンプ
22…ケーシング
24…ロータ
32…第1の測定領域
34…第2の測定領域
36…センサ
38…処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Pump 22 ... Casing 24 ... Rotor 32 ... 1st measurement area 34 ... 2nd measurement area 36 ... Sensor 38 ... Processing part

Claims (8)

第1の材料を有して第1の磁場を生成可能な第1の測定領域と、前記第1の材料とは異なる第2の材料を有して前記第1の磁場とは異なる第2の磁場を生成可能な第2の測定領域とを有する回転体と、
前記第1の測定領域および前記第2の測定領域と対向可能な位置に配置され、前記第1の磁場および前記第2の磁場を生成可能であり、かつ検知可能な渦電流センサを有する本体と、
前記第1の磁場および前記第2の磁場を前記センサが検知して出力した第1の測定信号および第2の測定信号を処理する処理部とを有し、
前記第1の磁場および前記第2の磁場が、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域の温度に依存して変化可能であることにより、前記第1の測定信号および第2の測定信号は、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域の温度に依存して変化可能であり、
前記第1の測定信号および第2の測定信号は、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域と前記センサとの距離に依存して変化可能であり、
前記処理部は、前記第1の測定信号および前記第2の測定信号の両方に基づいて、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域の温度、および、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域と前記センサとの距離を検知することを特徴とする流体機械。
A first measurement region having a first material and capable of generating a first magnetic field; and a second measurement material having a second material different from the first material and different from the first magnetic field. A rotating body having a second measurement region capable of generating a magnetic field;
A main body having an eddy current sensor that is disposed at a position that can face the first measurement region and the second measurement region, is capable of generating the first magnetic field and the second magnetic field, and is detectable; ,
A processing unit that processes the first measurement signal and the second measurement signal output by the sensor detecting and outputting the first magnetic field and the second magnetic field;
The first magnetic field and the second magnetic field can change depending on the temperature of the first measurement region and the second measurement region, so that the first measurement signal and the second measurement can be performed. The signal can vary depending on the temperature of the first measurement region and the second measurement region,
The first measurement signal and the second measurement signal can be changed depending on the distance between the first measurement region and the second measurement region and the sensor,
The processing unit, based on both the first measurement signal and the second measurement signal, the temperature of the first measurement region and the second measurement region, and the first measurement region and the A fluid machine, wherein a distance between a second measurement region and the sensor is detected.
前記第1の測定領域の線膨張率と、前記第2の測定領域の線膨張率は実質的に同じ大きさであることを特徴とする請求項1記載の流体機械。   The fluid machine according to claim 1, wherein the linear expansion coefficient of the first measurement region and the linear expansion coefficient of the second measurement region are substantially the same. 前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域が温度変化した後の前記第1の磁場と前記第2の磁場の強度の差は、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域が前記温度変化をする前の前記第1の磁場と前記第2の磁場の強度の差より大きいことを特徴とする請求項1または2に記載の流体機械。   The difference between the strengths of the first magnetic field and the second magnetic field after the temperature of the first measurement region and the second measurement region is changed is determined by the first measurement region and the second measurement region. 3. The fluid machine according to claim 1, wherein the fluid machine has a larger difference in strength between the first magnetic field and the second magnetic field before the temperature change. 4. 前記第1の測定領域および前記第2の測定領域に隣接する領域は、前記センサに対向可能であり、前記センサに対向する前記第1の測定領域および前記第2の測定領域の面と、前記センサに対向する前記隣接する領域の面との間に段差が無いことを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の流体機械。   The region adjacent to the first measurement region and the second measurement region can be opposed to the sensor, the first measurement region and the surface of the second measurement region facing the sensor, and The fluid machine according to any one of claims 1 to 3, wherein there is no step between the surface of the adjacent region facing the sensor. 前記処理部は、前記第1の測定信号および前記第2の測定信号の各々から、前記第1の測定信号および前記第2の測定信号の各々に対応する、インピーダンス信号及びレジスタンス信号のうちのいずれかの信号を生成し、前記生成された信号から、前記少なくとも1つの領域の温度、および、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域と前記センサとの距離を検知することを特徴とする請求項1から4までのいずれかに記載の流体機械。   The processing unit is configured to select any one of an impedance signal and a resistance signal corresponding to each of the first measurement signal and the second measurement signal from each of the first measurement signal and the second measurement signal. And detecting the temperature of the at least one region and the distance between the first measurement region and the second measurement region and the sensor from the generated signal. The fluid machine according to any one of claims 1 to 4. 前記センサは、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域と対向しないときに、第3の測定信号を出力し、前記処理部は、前記第1の測定信号および前記第2の測定信号を前記第3の測定信号により補正することを特徴とする請求項1から5までのいずれかに記載の流体機械。   The sensor outputs a third measurement signal when the sensor does not face the first measurement region and the second measurement region, and the processing unit outputs the first measurement signal and the second measurement signal. The fluid machine according to claim 1, wherein the fluid machine is corrected by the third measurement signal. 磁場を生成可能な領域を有する回転体と、
前記領域と対向可能な位置に配置されたセンサを有する本体と、
前記領域が生成可能な磁場を前記センサが検知して出力した測定信号を処理する処理部とを有し、
前記測定信号は、前記領域の温度に依存して変化可能であり、
前記処理部は、前記測定信号に基づいて、前記領域の温度に依存して変化するインピーダンス信号及びレジスタンス信号のうちの少なくとも1つの信号を生成し、前記少なくと
も1つの信号から、前記領域の温度を検知することを特徴とする流体機械。
A rotating body having a region capable of generating a magnetic field;
A main body having a sensor arranged at a position capable of facing the region;
A processing unit that processes a measurement signal output by the sensor detecting and outputting a magnetic field that can be generated by the region;
The measurement signal can vary depending on the temperature of the region;
The processing unit generates at least one of an impedance signal and a resistance signal that vary depending on the temperature of the region based on the measurement signal, and determines the temperature of the region from the at least one signal. A fluid machine characterized by detecting.
第1の材料を有して第1の磁場を生成可能な第1の測定領域と、前記第1の材料とは異なる第2の材料を有して前記第1の磁場とは異なる第2の磁場を生成可能な第2の測定領域とを有し、前記第1の材料及び前記第2の材料は、磁性体である、回転体と、
前記第1の測定領域および前記第2の測定領域と対向可能な位置に配置され、前記第1の磁場および前記第2の磁場を検知可能なセンサを有する本体と、
前記第1の磁場および前記第2の磁場を前記センサが検知して出力した第1の測定信号および第2の測定信号を処理する処理部とを有し、
前記第1の磁場および前記第2の磁場が、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域の温度に依存して変化可能であることにより、前記第1の測定信号および第2の測定信号は、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域の温度に依存して変化可能であり、
前記第1の測定信号および第2の測定信号は、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域と前記センサとの距離に依存して変化可能であり、
前記処理部は、前記第1の測定信号および前記第2の測定信号の両方に基づいて、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域の温度、および、前記第1の測定領域及び前記第2の測定領域と前記センサとの距離を検知することを特徴とする流体機械。
A first measurement region having a first material and capable of generating a first magnetic field; and a second measurement material having a second material different from the first material and different from the first magnetic field. A rotating body having a second measurement region capable of generating a magnetic field, wherein the first material and the second material are magnetic bodies;
A main body having a sensor that is disposed at a position facing the first measurement region and the second measurement region and capable of detecting the first magnetic field and the second magnetic field;
A processing unit that processes the first measurement signal and the second measurement signal output by the sensor detecting and outputting the first magnetic field and the second magnetic field;
The first magnetic field and the second magnetic field can change depending on the temperature of the first measurement region and the second measurement region, so that the first measurement signal and the second measurement can be performed. The signal can vary depending on the temperature of the first measurement region and the second measurement region,
The first measurement signal and the second measurement signal can be changed depending on the distance between the first measurement region and the second measurement region and the sensor,
The processing unit, based on both the first measurement signal and the second measurement signal, the temperature of the first measurement region and the second measurement region, and the first measurement region and the A fluid machine, wherein a distance between a second measurement region and the sensor is detected.
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