JP4941047B2 - 回転真空ポンプ - Google Patents

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Description

本発明は、磁性体の温度による透磁率変化を利用してロータ温度を検出する真空ポンプに関する。
ターボ分子ポンプでは、ロータ材料としてアルミ合金が一般的に用いられている。アルミ合金はクリープ変形の許容温度が比較的低い温度(約120〜140℃)であるため、ポンプ運転時にはロータ温度がこの許容温度以下になるように常に監視する必要がある。ロータ温度を非接触で検出する方法として、強磁性体の透磁率がキュリー温度において大きく変化することを利用する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。そこでは、ロータの一部に上記許容温度域にキュリー温度を有する磁性体を配置し、キュリー温度を越えたときの磁性体の透磁率変化を、インダクタンス式ギャップセンサで検出するようにしている。
特開2006−194094号公報
しかしながら、ロータとともに回転する磁性体の透磁率変化を検出するためには、回転する磁性体の位置を特定し、ギャップセンサと磁性体とが対向するタイミングでギャップセンサの信号をサンプリングする必要がある。そのためには、ロータの回転位置を検出するセンサを別に設け、その回転信号を利用して磁性体の回転位置を特定し、ギャップセンサ信号のサンプリングタイミングを算出するという複雑な処理が必要であった。
請求項1の発明は、ロータを回転駆動してガスを排気する真空ポンプに適用され、ロータに設けられ、ロータの監視温度範囲内においてキュリー温度が異なる複数の磁性体と、ロータの磁性体が設けられた面と対向するように配設され、磁性体のキュリー温度近傍における透磁率変化をインダクタンス変化として検出する複数のインダクタンス式ギャップセンサと、複数のギャップセンサの各センサ信号の状態で表され、磁性体の配置とギャップセンサの配置とによって決まる複数種類の信号パターンに基づいて、ロータの温度を
推定する温度推定手段とを備えたことを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載の真空ポンプにおいて、回転軸を中心とする回転角度で表される位相に関して、磁性体の配置とギャップセンサの配置とを同一位相としたものである。
請求項3の発明は、ロータを回転駆動してガスを排気する真空ポンプに適用され、ロータに設けられ、ロータの監視温度範囲内においてキュリー温度が異なる複数の磁性体と、ロータの磁性体が設けられた面と対向するように配設され、磁性体のキュリー温度近傍における透磁率変化をインダクタンス変化として検出する複数のインダクタンス式ギャップセンサと、ロータのギャップセンサが対向する面に形成された少なくとも1つの凹部と、複数のギャップセンサの各センサ信号の状態で表され、磁性体および凹部の配置とギャップセンサの配置とによって決まる複数種類の信号パターンに基づいて、ロータの温度を推定する温度推定手段とを備えたことを特徴とする。
請求項4の発明は、ロータを回転駆動してガスを排気する真空ポンプに適用され、ロータに設けられ、ロータの監視温度範囲内にキュリー温度を有する磁性体と、ロータの磁性体が設けられた面と対向するように配設され、磁性体のキュリー温度近傍における透磁率変化をインダクタンス変化として検出する2つのギャップセンサと、ロータのギャップセ
ンサが対向する面に形成された凹部と、2のギャップセンサの各センサ信号の状態で表され、磁性体および凹部の配置とギャップセンサの配置とによって決まる複数種類の信号パターンに基づいて、ロータの温度を推定する温度推定手段とを備えたことを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項3または4に記載の真空ポンプにおいて、回転軸を中心とする回転角度で表される位相に関して、凹部および磁性体の配置とギャップセンサの配置とを同一位相としたものである。
請求項6の発明は、請求項3〜5のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、凹部および磁性体の対向面形状を同一形状としたものである。
請求項7の発明は、請求項1〜6のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、ロータ回転時に複数種類の信号パターンのいずれが発生するかに応じてロータの温度を推定するようにしたものである。
請求項8の発明は、請求項1〜6のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、ロータ回転時に発生する信号パターンの発生頻度に応じてロータの温度を推定するようにしたものである。
請求項9の発明は、請求項1〜8のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、ギャップセンサの各々のセンサ信号を比較してギャップセンサの不具合を検出する検出手段を備えたものである。
請求項10の発明は、請求項9に記載の真空ポンプにおいて、検出手段により不具合が検出された場合に警報を発生する警報発生手段を備えたものである。
請求項11の発明は、請求項1〜10のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、搬送波信号を生成して、その搬送波信号をギャップセンサの各々に供給する搬送波生成手段と、搬送波生成手段による搬送波生成と同期してギャップセンサのセンサ信号をサンプリングし、センサ信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、A/D変換手段で変換されたセンサ信号を復調する復調手段とをさらに備え、復調手段からの復調センサ信号に基づいてロータの温度を推定するようにしたものである。
本発明によれば、複数のギャップセンサの各センサ信号の状態で表され、磁性体の配置とギャップセンサの配置とによって決まる複数種類の信号パターンに基づいて、ロータの温度を推定するようにしたので、従来のように磁性体の回転位置と同期してセンサ信号のサンプリングを行う必要がない。
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は本発明による真空ポンプの一実施の形態を示す図であり、磁気軸受式ターボ分子ポンプのポンプ本体1の構成を示す断面図である。ロータ2が取り付けられたシャフト3は、ベース4に設けられた電磁石51,52,53によって非接触支持されている。シャフト3の浮上位置は、ベース4に設けられたラジアル変位センサ71,72およびアキシャル変位センサ73によって検出される。ラジアル磁気軸受を構成する電磁石51,52と、アキシャル磁気軸受を構成する電磁石53と、変位センサ71〜73とで5軸制御型磁気軸受が構成される。
シャフト3の下端には円形のディスク41が設けられており、電磁石53はディスク41を上下に挟むように設けられている。電磁石53によりディスク41を吸引することにより、シャフト3がアキシャル方向に浮上する。ディスク41はナット42によりシャフト3の下端部に固定されており、シャフト3と一体で回転する。
ロータ2には、回転軸方向に沿って複数段の回転翼8が形成されている。上下に並んだ回転翼8の間には固定翼9がそれぞれ配設されている。これらの回転翼8と固定翼9とにより、ポンプ本体1のタービン翼段が構成される。各固定翼9は、スペーサ10によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ10は、固定翼9の保持機能とともに、固定翼9間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。
さらに、固定翼9の後段(図示下方)にはドラッグポンプ段を構成するネジステータ11が設けられており、ネジステータ11の内周面とロータ2の円筒部12との間にはギャップが形成されている。ロータ2およびスペーサ10によって保持された固定翼9は、吸気口13aが形成されたケーシング13内に納められている。ロータ2が取り付けられたシャフト3を電磁石51〜53により非接触支持しつつモータ6により回転駆動すると、吸気口13a側のガスは矢印G1のように背圧側(空間SP)に排気される。背圧側に排気されたガスは、排気口26に接続された補助ポンプにより排出される。
本実施の形態のターボ分子ポンプではロータ温度を非接触で検出するために、ロータ2が固定されるシャフト3のフランジ101に磁性体102を埋め込むとともに凹部103を形成し、それらが対向する位置にインダクタンス式ギャップセンサ44が設けられている。
図2はターボ分子ポンプの制御系の概略を示すブロック図である。シャフト3の浮上位置を検出するラジアル変位センサ71,72およびアキシャル変位センサ73は、ギャップセンサ44と同様のインダクタンス式のセンサである。なお、45は、インダクタンス式の回転数センサ(回転センサはホールセンサ等どのような方式でも良い)である。ラジアル変位センサ71,72,アキシャル変位センサ73,ギャップセンサ44(44A,44B)および回転数センサ45の各々には、搬送波生成回路201からの搬送波信号が入力され、ギャップ変位の変化によるセンサ部インピーダンスの変化により搬送波信号が変調される。
各センサ71〜73,44,45で振幅変調された変調波信号はセンサ回路202を介してA/Dコンバータ203に入力される。センサ回路202からは、変位センサ71〜71に関する変調波信号Sb、回転数センサ45に関する変調波信号Sr、ギャップセンサ44に関する変調波信号STが出力される。変調波信号Sb,Srは、A/Dコンバータ203によりデジタル信号Sb’,Sr’へと変換される。
変位センサ71〜73に関する信号Sb’は、軸受制御装置204に入力される。軸受制御装置204は、信号Sb’に基づいて励磁電流制御信号を生成し励磁アンプ205に出力する。励磁アンプ205は、励磁電流制御信号に基づく励磁電流を各電磁石51〜53に供給する。回転数センサ45に関する信号Sr’は、回転駆動装置206に入力され回転制御に用いられる。一方、ギャップセンサ44に関する変調波信号STは温度検出回路207に入力され、変調波信号STに基づいて後述するようなロータ温度判定が行われる。208は、ロータ温度判定結果に基づいて警報を発生する警報装置である。
図2に示すように、フランジ101には2種類の磁性体102A,102Bおよび凹部103が設けられ、それらと対向する位置には2つのギャップセンサ44A,44Bが配設されている。図3は、磁性体102A,102B,凹部103およびギャップセンサ44A,44Bの配置を説明する図である。磁性体102A,102Bおよび凹部103は同一形状を有しており、シャフト3の軸の回りに120°間隔で配設されている。磁性体102A,102Bは、それぞれフランジ101に埋め込まれている。一方、これらと対向するギャップセンサ44A,44Bも120°間隔で配設されている。
図4は、温度検出回路207を説明するブロック図である。ギャップセンサ44には搬送波生成回路201から搬送波が印加される。温度検出回路207には、検波回路211,整流回路212、コンパレータ214および判定部215が設けられている。コンパレータ214は、整流回路212からの信号と基準信号v(後述する閾値に対応する信号)とを比較する。判定部215は、比較結果に基づいて後述する温度判定を行う。
ロータ2の回転とともにギャップセンサ44がフランジ101,磁性体102A,フランジ101,磁性体102B,フランジ101,凹部103の順に対向し、その度にギャップセンサ44のインダクタンスが変化する。図5(a)は、図4の符号(b)の位置に現れる振幅変調信号の一例を示したものである。搬送波がギャップセンサ44のインダクタンスで振幅変調され、振幅レベルが階段状に変化する交流信号が得られる。この信号を検波回路211に通し、さらに整流回路212で整流すると、符号(d)の位置には図5(b)に示すような信号が現れる。図5(b)の信号は、図5(a)の信号から振幅を取り出したものになっている。この信号を基準信号vと比較することになる。
《ロータ温度判定処理の説明》
次に、判定部215で行われるロータ温度判定処理について説明する。磁性体102A,102Bはそれぞれキュリー温度が異なっており、検出したい温度域すなわち監視温度範囲にキュリー温度を有する磁性材料が選ばれる。一般的には、ロータ2に用いられるアルミ材のクリープ変形の許容上限温度Tmax(約120〜140℃)とほぼ同一か、または、それに近い温度を有する磁性材料が用いられる。監視温度範囲としては、例えば、許容上限温度Tmaxの前後20℃程度の温度範囲が設定される。
キュリー温度Tcが120℃程度の磁性材料としては、ニッケル・亜鉛フェライトやマンガン・亜鉛フェライト等がある。ここでは、磁性体102Aのキュリー温度をTca、磁性体102Bのキュリー温度をTcb(>Tca)とする。なお、フランジ101のキュリー温度は、ここで問題としている許容温度120〜140℃よりも十分高く、監視温度範囲よりも高温側にある。
図6(a)は、典型的な磁性体であるフェライトの場合の透磁率変化を示したものであり、磁性体102A,102Bも同様な特性を有している。常温における透磁率はキュリー温度Tc付近の透磁率よりも低く、温度上昇とともに上昇してキュリー温度Tcを越えると急激に低下する。ロータ温度上昇により磁性体の温度が上昇してキュリー温度Tcを越えると、図6(a)に示すように、磁性体の透磁率が真空の透磁率μ程度まで急激に低下する。そのため、磁性体102A,102Bと対向するギャップセンサ44のインダクタンスも、透磁率変化に対応して急激に変化する(図6(b)参照)。
図2の変調波信号STは上述したように温度検出回路207において検波・整流処理され、振幅変調された搬送波信号から振幅を取り出した信号が取得される。図7は検波・整流処理後の信号の一例を示す図であり、ギャップセンサ44Aがフランジ101,磁性体102A,フランジ101,凹部103の順に対向したときの振幅を示したものである。なお、凹部103と同様の凹部を設け、磁性体を前記凹部に埋め込んだ状態としている。図7において、(a)はロータ温度Trが磁性体102Aのキュリー温度Tcaよりも低い場合(Tr<Tca)を示しており、逆に(b)はTr>Tcaの場合を示す。
図7(a)のTr<Tcaの場合、ギャップセンサ44Aがフランジ101の面に対向したときの振幅ST1’と、ギャップセンサ44Aが磁性体102Aと対向したときの振幅ST2’とは同程度である。一方、ギャップセンサ44Aが凹部103と対向した場合にはギャップが大きくなるため、その時の振幅ST3’は振幅ST1’,ST2’よりも小さくなっている。そのため、一点鎖線で示すような閾値と比較してHigh、Low信号を生成すると、ギャップセンサ44Aがフランジ101および磁性体102Aと対向したときにはHigh信号が生成され、凹部103と対向したときにはLow信号が生成される。
一方、図7(b)に示すTr>Tcaの場合には、磁性体102Aの透磁率が小さくなるため、そのときのギャップセンサ44Aのインダクタンスは磁性体102Aが埋め込まれていない単なる凹部の場合のインダクタンスとほぼ同じになり、振幅ST3’は凹部103の場合の振幅ST2’のように小さくなる。その結果、閾値と比較してHigh、Low信号を生成すると、ギャップセンサ44Aが磁性体102Aと対向したときにLow信号が生成されることになる。なお、ここでは、磁性体102Aおよび凹部103を例に説明したが、磁性体102Bに関しても磁性体102Aの場合と同様に考えれば良い。
本実施の形態では、2つの磁性体102A,102Bおよび凹部103を2つのギャップセンサ44A,44Bで検出するようにしているので、シャフト3の回転角度によってギャップセンサ44A,44Bから出力される信号のHigh・Low状態の組み合わせが異なる。図8は、磁性体102A,102Bおよび凹部103とギャップセンサ44A,44Bとの位置関係と、ロータ温度Trの温度領域とに応じて生じるHigh・Lowパターンの種類を示したものである。
第1列目は、ギャップセンサ44A,44Bの両方ともフランジ103の面に対向している場合のパターンを示したものである。上段はロータ温度TrがTr<Tca<Tcbの場合を、中段はTca<Tr<Tcbの場合を、下段はTca<Tcb<Trの場合を示したものであって、いずれの場合もギャップセンサ44A,44Bの信号は両方ともHigh状態となる。このように(ギャップセンサ44Aの信号,ギャップセンサ44Bの信号)=(High,High)となる信号パターンを、パターンAと呼ぶことにする。
第2列目は、ギャップセンサ44Aが凹部103に対向し、ギャップセンサ44Bが磁性体102Aに対向する場合である。この位置関係では、ロータ温度TrがTr<Tca<Tcbの場合には、ギャップセンサ44Aの信号はLow状態となり、ギャップセンサ44Bの信号はHigh状態となる。この信号パターン(Low,High)をパターンBと呼ぶことにする。また、Tca<Tr<TcbおよびTca<Tcb<Trの場合には、ギャップセンサ44Bの信号はHighからLowに変化する。その場合の信号パターン(Low,Low)をパターンDと呼ぶことにする。
第3列目は、ギャップセンサ44Aが磁性体102Aに対向し、ギャップセンサ44Bが磁性体102Bに対向する場合である。この位置関係では、ロータ温度TrがTr<Tca<Tcbの場合には、ギャップセンサ44A,44Bの信号はいずれもHigh状態(パターンA)となる。また、Tca<Tr<Tcbの場合には、ギャップセンサ44Aの信号はHighからLowに変化し、信号パターンは(Low,High)のパターンBになる。さらに、Tca<Tcb<Trの場合には、ギャップセンサ44Bの信号もHighからLowに変化して、信号パターンは(Low,Low)のパターンDとなる。
第4列目は、ギャップセンサ44Aが磁性体102Bに対向し、ギャップセンサ44Bが凹部103に対向する場合である。この位置関係では、ロータ温度TrがTr<Tca<TcbおよびTca<Tr<Tcbの場合には、ギャップセンサ44Aの信号はHigh状態でギャップセンサ44Bの信号はLow状態になる。この信号パターン(High,Low)をパターンCと呼ぶことにする。また、Tca<Tcb<Trの場合には、ギャップセンサ44Bの信号もHighからLowに変化して、信号パターンは(Low,Low)のパターンDとなる。
任意のタイミングでギャップセンサ44A,44Bの信号のサンプリングを多数回行うと、1列目から4列目までに示すパターンが全てが取得されることになる。そのため、取得されるパターンは、ロータ温度TrがTr<Tca<Tcbの場合にはパターンA,B,Cの3種類から成り、Tca<Tr<Tcbの場合にはパターンA,B,C,Dの4種類から成り、Tca<Tcb<Trの場合にはパターンA,Dの2種類から成る。このことから、含まれるパターンの種類を比較することで、ロータ温度Trがどの温度範囲にあるかを判断することができる。
図9は温度判定処理の一例を示すフローチャートである。ステップS1では上述したパターンA,B,Cに対応するフラグFA,FB,FCをクリアする。ステップS2では、ギャップセンサ44A,44Bに関するセンサ信号をサンプリングする。このサンプリングのタイミングは厳密に同時でなくても構わない。図3および図8からも分かるように、磁性体102A,102Bおよび凹部103は回転方向にある程度の長さを有しているため、サンプリングタイミングが若干ずれても同一検出状態になっている。
ステップS3では、サンプリングされたギャップセンサ44Aのセンサ信号がLow状態か否かを判定する。ステップS3でYESと判定されるとステップS4へ進み、NOと判定されるとステップS5へ進む。ステップS4では、サンプリングされたギャップセンサ44Bのセンサ信号がLow状態か否かを判定する。
ステップS4でYESと判定されるとステップS6へ進んでフラグFDを立て、NOと判定されるとステップS7へ進んでフラグFBを立てる。また、ステップS5においても、サンプリングされたギャップセンサ44Bのセンサ信号がLow状態か否かを判定する。そして、ステップS5でYESと判定されるとステップS8へ進んでフラグFCを立て、NOと判定されるとステップS9へ進んでフラグFAを立てる。
続くステップS10では、サンプリング回数が予め決められた回数だけ終了したか否かを判定する。このサンプリング回数は、シャフト3が少なくとも1回転する間のサンプリング数以上に設定される。所定回数を終了していない場合にはステップS2へ戻り、終了した場合にはステップS11へ進む。ステップS11では、フラグFA,FB,FCの状態を調べ、FA=FB=FC=1の場合にはステップS12へ進み、FA=FB=FC=FD=1の場合にはステップS13へ進み、FA=FD=1の場合にはステップS14へ進む。
ステップS12に進んだ場合には、パターンA,B,Cから成るのでロータ温度TrをTr<Tca<Tcbと判定する。ステップS13に進んだ場合には、パターンA,B,C,Dから成るのでロータ温度TrをTca<Tr<Tcbと判定する。ステップS14に進んだ場合には、パターンA,Dから成るのでロータ温度TrをTca<Tcb<Trと判定する。
図9に示した温度判定処理は所定時間間隔で行われ、ロータ温度が継続的に監視されることになる。温度検出回路207の温度判定結果は、ロータ温度モニタ信号として軸受制御装置204や回転駆動装置206などに入力され、ポンプ制御に反映される。図2に示した例では警報装置208に入力され、例えば、Tca<Tcb<Trの状態が所定時間継続されたならば警報を発生するようにする。
上述したように、本実施の形態では、フランジ101に設けられた磁性体102A,102Bおよび凹部103を2つのギャップセンサ44A,44Bで検出し、それらの信号のHigh、Low状態の組み合わせよりなるパターンA〜Dの発生状況からロータ温度を判断するようにした。そのため、サンプリングタイミングとギャップセンサ44A,44Bが磁性体102A,102Bおよび凹部103と対向するタイミングとを同期させる必要がなく、温度検出処理が簡略化されて演算を行うプロセッサへの負荷を低減することができる。
また、シャフト3が複数回転する間にサンプリングされた多数のデータに基づいてロータ温度判定を行えば、センサ信号へのノイズ混入等に対して安定した温度判定を行うことができる。なお、本実施の形態では、凹部103および磁性体102A,102Bの位相差(角度間隔)と、ギャップセンサ44A,44Bの位相差とを同一とすることで、発生するパターンの数が少なくなるようにした。しかしながら、両者の位相差を一致させなくても良い。
さらに、2つのギャップセンサ44A,44Bを設けたことにより、センサ信号へのノイズ混入を検出することができる。図10はノイズ検出を説明する図であり、(a)はノイズ混入が無い場合のギャップセンサ44A,44Bのセンサ信号(High・Low信号)を示し、(b)はノイズ混入があった場合のセンサ信号を示す。
ノイズ混入が無い場合には、図10(a)に示すように、ギャップセンサ44A,44Bのセンサ信号は同一波形を有しており、位相が異なっているだけである。そのため、ギャップセンサ44Bのセンサ信号を破線で示すように位相シフトし、それらの差分をとるとキャンセルされることになる。一方、ギャップセンサ44Aのセンサ信号にノイズ混入があった場合、図10(b)に示すようにノイズ混入による波形乱れが生じる。そのため、センサ信号を位相シフトして差分を取ったときに、波形乱れの部分がキャンセルされずに残ることになる。
また、ギャップセンサ44,44のいずれかに不具合が発生した場合も、上述したノイズ混入の場合と同様に信号波形を位相シフトして比較することにより、ギャップセンサの故障を検出することができる。ギャップセンサ44,44の故障を検出した場合には、警報装置208により警報を発生する。
[変形例1]
図11は変形例1を説明する図であり、図8と同様のパターンの種類を示す図である。変形例1では、凹部103を2個形成し、図11に示すように磁性体102A,102Bおよび凹部103を90°間隔で配置した。また、ギャップセンサ44A,44Bの回転角度差も90°とした。この場合、位置関係は5種類あるが、各温度範囲で発生するパターンの種類は図8の場合と同様になる。すなわち、温度範囲Tr<Tca<TcbではパターンA,B,Cが発生し、温度範囲Tca<Tr<TcbではパターンA,B,C,Dが発生し、温度範囲Tca<Tcb<TrではパターンA,Dが発生する。
[変形例2]
図12は変形例2を説明する図である。変形例2では、凹部103を設けずに磁性体102A,102Bのみを180°間隔で配設した。ギャップセンサ44A,44Bも180°間隔で配置する。この場合、温度範囲Tr<Tca<TcbではパターンAが発生し、温度範囲Tca<Tr<TcbではパターンA,B,Cが発生し、温度範囲Tca<Tcb<TrではパターンA,Dが発生する。
[変形例3]
図13は変形例3を説明する図である。変形例3では、図8の場合と同様に磁性体102A,102Bおよび凹部103を配置し、ギャップセンサ44A,44Bを180°間隔で配置した。この場合には、各温度範囲で発生するパターンの種類はいずれの温度範囲でもパターンA,B,Cとなっているため、パターンの種類で温度判定をすることはできない。しかしながら、サンプリング間隔を短くすることにより、パターンの発生する順序によってロータ温度Trがどの温度範囲であるかを判定することができる。すなわち、温度範囲Tr<Tca<Tcbでは、パターンはA→B→C→B→Cの順にサイクリックに発生する。温度範囲Tca<Tr<TcbではA→D→D→B→Cの順に発生し、温度範囲Tca<Tcb<TrではA→D→D→D→Dの順に発生する。
また、パターン発生順序ではなく、各パターンA,B,C,Dにおけるパターン発生確率を比較することによっても温度範囲を判定することができる。例えば、磁性体、フランジ、穴の角度が等しい場合、各温度範囲におけるパターンAの発生確率を比較すると、温度範囲Tr<Tca<Tcbでは5/7、温度範囲Tca<Tr<Tcbでは3/7、温度範囲Tca<Tcb<Trでは1/7になる。なお、パターンAの発生確率だけでなく、他のパターンの発生確率も参考にして判定するようにしても良い。
[変形例4]
図14は変形例4を説明する図である。変形例4は、磁性体102Aと凹部103とをそれぞれ1つ設けた場合である。この場合には、ロータ温度TrがTr<TcaであるかTca<Trであるかを判定する。温度範囲Tr<Tcaの場合にはパターンA,B,Cが発生し、温度範囲Tca<Trの場合にはパターンA,Dが発生するので、それらの種類の違いから温度範囲を判定することができる。
なお、変形例3で説明したパターン発生順序やパターン発生確率を比較して温度範囲を判定する方法は、変形例3の場合に限らず、図8,11,12,14の場合にも同様に適用することができる。
上述した実施の形態では、磁性体およびギャップセンサが2つの場合について説明したが、3以上設けても構わない。また、凹部103に関しても、3以上設けても構わない。さらに、凹部103と磁性体102A,102Bの形状を同一形状として発生するパターンの種類が少なくなるようにしているが、異なっていても良く、サンプリングを同期させる必要がないという効果は同様に得られる。また、キュリー温度付近における磁性体の透磁率変化に伴って変化する信号変化に対して、HighとLowとの2段階の判定を行ったが、さらに3以上の段階に分割して判定しても良い。
なお、上述した実施の形態ではターボ分子ポンプを例に説明したが、本発明は、ターボ分子ポンプに限らずドラッグポンプ等の真空ポンプにも同様に適用することができる。
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、温度検出回路207は温度推定手段、検出手段および復調手段を、警報装置108は警報発生手段を、搬送波生成回路201は搬送波発生手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
本発明による真空ポンプの一実施の形態を示す図であり、磁気軸受式ターボ分子ポンプのポンプ本体1の構成を示す断面図である。 ターボ分子ポンプの制御系の概略を示すブロック図である。 磁性体102A,102B,凹部103およびギャップセンサ44A,44Bの配置を説明する図である。 温度検出回路207を説明するブロック図である。 (a)はギャップセンサ44から出力される振幅変調信号の一例を示す図であり、(b)は整流回路212から出力される信号を示す図である。 磁性体温度に対する透磁率またはインダクタンスの変化を示す図であり、(a)は透磁率の温度変化を示し、(b)はインダクタンス変化を示したものである。 ギャップセンサ44Aがフランジ101,磁性体102A,フランジ101,凹部103の順に対向したときの振幅を示す図であり、(a)はTr<Tcaの場合を示し、(b)はTr>Tcaの場合を示す。 High・Lowパターンの種類を示す図である。 温度判定処理の一例を示すフローチャートである。 ノイズ検出を説明する図であり、(a)はノイズ混入が無い場合のセンサ信号を示し、(b)はノイズ混入があった場合のセンサ信号を示す。 変形例1を説明する図である。 変形例2を説明する図である。 変形例3を説明する図である。 変形例4を説明する図である。
符号の説明
1:ポンプ本体、2:ロータ、3:シャフト、44,44A,44B:ギャップセンサ、101:フランジ、102,102A,102B:磁性体、103:凹部、201:搬送波生成回路、202:センサ回路、203:A/Dコンバータ、207:温度検出回路、208:警報装置

Claims (11)

  1. ロータを回転駆動してガスを排気する真空ポンプにおいて、
    前記ロータに設けられ、前記ロータの監視温度範囲内においてキュリー温度が異なる複数の磁性体と、
    前記ロータの前記磁性体が設けられた面と対向するように配設され、前記磁性体のキュリー温度近傍における透磁率変化をインダクタンス変化として検出する複数のインダクタンス式ギャップセンサと、
    前記複数のギャップセンサの各センサ信号の状態で表され、前記磁性体の配置と前記ギャップセンサの配置とによって決まる複数種類の信号パターンに基づいて、前記ロータの温度を推定する温度推定手段とを備えたことを特徴とする真空ポンプ。
  2. 請求項1に記載の真空ポンプにおいて、
    回転軸を中心とする回転角度で表される位相に関して、前記磁性体の配置と前記ギャップセンサの配置とを同一位相としたことを特徴とする真空ポンプ。
  3. ロータを回転駆動してガスを排気する真空ポンプにおいて、
    前記ロータに設けられ、前記ロータの監視温度範囲内においてキュリー温度が異なる複数の磁性体と、
    前記ロータの前記磁性体が設けられた面と対向するように配設され、前記磁性体のキュリー温度近傍における透磁率変化をインダクタンス変化として検出する複数のインダクタンス式ギャップセンサと、
    前記ロータの前記ギャップセンサが対向する面に形成された少なくとも1つの凹部と、
    前記複数のギャップセンサの各センサ信号の状態で表され、前記磁性体および凹部の配置と前記ギャップセンサの配置とによって決まる複数種類の信号パターンに基づいて、前記ロータの温度を推定する温度推定手段とを備えたことを特徴とする真空ポンプ。
  4. ロータを回転駆動してガスを排気する真空ポンプにおいて、
    前記ロータに設けられ、前記ロータの監視温度範囲内にキュリー温度を有する磁性体と、
    前記ロータの前記磁性体が設けられた面と対向するように配設され、前記磁性体のキュリー温度近傍における透磁率変化をインダクタンス変化として検出する2つのギャップセンサと、
    前記ロータの前記ギャップセンサが対向する面に形成された凹部と、
    前記2のギャップセンサの各センサ信号の状態で表され、前記磁性体および凹部の配置と前記ギャップセンサの配置とによって決まる複数種類の信号パターンに基づいて、前記ロータの温度を推定する温度推定手段とを備えたことを特徴とする真空ポンプ。
  5. 請求項3または4に記載の真空ポンプにおいて、
    回転軸を中心とする回転角度で表される位相に関して、前記凹部および前記磁性体の配置と前記ギャップセンサの配置とを同一位相としたことを特徴とする真空ポンプ。
  6. 請求項3〜5のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
    前記凹部および前記磁性体の対向面形状を同一形状としたことを特徴とする真空ポンプ。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
    前記温度推定手段は、ロータ回転時に前記複数種類の信号パターンのいずれが発生するかに応じて前記ロータの温度を推定することを特徴とする真空ポンプ。
  8. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
    前記温度推定手段は、ロータ回転時に発生する信号パターンの発生頻度に応じて、前記ロータの温度を推定することを特徴とする真空ポンプ。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
    前記ギャップセンサの各々のセンサ信号を比較して前記ギャップセンサの不具合を検出する検出手段を備えたことを特徴とする真空ポンプ。
  10. 請求項9に記載の真空ポンプにおいて、
    前記検出手段により不具合が検出された場合に警報を発生する警報発生手段を備えたことを特徴とする真空ポンプ。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
    搬送波信号を生成して、その搬送波信号を前記ギャップセンサの各々に供給する搬送波生成手段と、
    前記搬送波生成手段による搬送波生成と同期して前記ギャップセンサのセンサ信号をサンプリングし、前記センサ信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、
    前記A/D変換手段で変換されたセンサ信号を復調する復調手段とをさらに備え、
    前記温度推定手段は、前記復調手段からの復調センサ信号に基づいて前記ロータの温度を推定することを特徴とする真空ポンプ。
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