TWI576513B - Positive displacement pump - Google Patents

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TWI576513B
TWI576513B TW104132179A TW104132179A TWI576513B TW I576513 B TWI576513 B TW I576513B TW 104132179 A TW104132179 A TW 104132179A TW 104132179 A TW104132179 A TW 104132179A TW I576513 B TWI576513 B TW I576513B
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Hideki Furukawa
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Heishin Ltd
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Description

容積式泵浦
本發明，係關於可檢測出異常運轉的容積式泵浦。
在容積式泵浦方面，係在泵室內流體被隨著運動構材(例如活塞、轉子等)運動(例如往返運動、旋轉運動等)而移送。移送對象的流體，係可為如液體。另外，在以下，係將移送對象的流體，單稱作「流體」。
在如此的容積式泵浦方面，係從防止構材的磨耗、損傷等的觀點而言，期望檢測出異常運轉。在異常運轉方面，有例如空轉、準空轉、閉塞運轉、異物混入等。
空轉，係表示往容積式泵浦供應流體的槽內變空等使得往容積式泵浦的流體供應停止，在泵室內流體幾乎或完全不存在的狀態下的運轉。在泵室內流體幾乎不存在的狀態，係例如存在於泵室內的流體的體積(ml)相對於泵室的容積(ml)所佔的比例為數%以下的狀態。此情況下，於泵室內係槽內的氣體(例如空氣)代替流體而 流入，有於泵室內的大部分或全部存在氣體的情形。此外，於泵室內氣體代替流體而流入時，亦存在泵室內的一部分成為真空狀態，其餘部分存在氣體的情形。如此之空轉，係例如，於與容積式泵浦的吸進側所連接的配管發生異常的情況下，亦發生在將流體供應至容積式泵浦的裝置發生異常的情況等。
準空轉，係表示存在於泵室內的流體的體積比起正常運轉時減少的狀態下的運轉。例如從正常運轉至空轉的過程中存在於泵室內的流體的體積漸少的情況符合。
閉塞運轉，係表示與容積式泵浦的吐出側所連接的噴嘴、配管等中，流體的一部分發生固化等，使得流路變窄的狀態、或閉塞的狀態下的運轉。異物混入，係表示於容積式泵浦的泵室內異物與流體一起流入的狀態下的運轉。
關於容積式泵浦的異常運轉的檢測，自歷來進行各種的提議。例如，在專利文獻1，係提出關於檢測出在單軸偏心螺旋泵浦的空轉的手段。該空轉檢測手段，係由第1及第2空轉檢測手段所成。第1空轉檢測手段，係從定子(外部構材)的溫度檢測感測器接收信號，定子的溫度超越設定溫度時，判定為空轉。此外，第2空轉檢測手段，係從溫度檢測感測器接收信號，定子的溫度上升的斜度超越設定溫度斜度時，判定為空轉。
此外，於專利文獻2，係提出泵浦用異常檢測 裝置。該異常檢測裝置，係檢測出馬達的轉矩而一定周期作儲存，算出是其平均值的比較值、相對於比較值的上限側容許範圍、及相對於比較值的下限側容許範圍。此外，從較比較值的設定數多的設定數的轉矩算出平均值而當作基準值。再者，從上限側容許範圍及下限側容許範圍，決定相對於基準值的容許範圍，根據比較值是否在容許範圍內，未在容許範圍內的情況下判定為泵浦的異常。藉此，可將定子磨耗使得與轉子(內部構材)的位置關係變化，而作用於使轉子旋轉的馬達的負載不穩定的狀態檢測為異常。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本發明專利第4191857號
〔專利文獻2〕日本發明專利第5424202號
如前所述，在容積式泵浦方面，係期望檢測出異常運轉。在專利文獻1，係於是外部構材的定子配置溫度感測器，根據定子的溫度上升而判定空轉。
然而，定子係由橡膠等的彈性體或樹脂所成，故熱導率低。為此，成為空轉的狀態後至溫度感測器的測定溫度的上升為止需要時間(例如10分鐘程度)， 在該期間持續定子的磨耗。此外，不僅空轉，轉子(內部構材)的轉數的上升、泵浦負載的上升、流體的溫度上升等，亦使得定子的溫度上升。此等空轉以外的因素使得發生定子的溫度上升的情況下，會誤判為空轉。要減低誤判，係考慮設置延遲計時器等從而在跨一定時間持續溫度上升的情況下判定為空轉。然而，設置延遲計時器時，空轉的檢測所需的時間亦增大。
此外，流體在潤滑性方面優異的情況下，即使空轉的狀態下殘存於定子內的少量的流體會作用為潤滑劑，定子的溫度上升容易被抑制。為此，流體在潤滑性方面優異的情況下，在記載於專利文獻1之檢測手段，係存在空轉的檢測需要時間之虞。再者，轉子的轉數小的情況下，在定子方面，係散熱比與轉子的摩擦熱大。為此，定子的溫度不會變化，在記載於專利文獻1之檢測手段，係存在空轉的檢測需要時間之虞。
另外，記載於專利文獻1之檢測手段，係以空轉為對象，並未檢討關於閉塞運轉及異物混入。
另一方面，在記載於專利文獻2之異常檢測裝置，係未檢討關於空轉、閉塞運轉、異物混入等。此外，亦考量將記載於專利文獻2之根據馬達的轉矩而檢測出異常的方法應用於空轉的檢測。於此，泵浦成為空轉時，馬達的轉矩，係暫時減少後上升。馬達的轉矩暫時減少，係來自流體的反力減少所致。該狀態下，係殘存於定子內的少量的流體作用為潤滑劑。然而，逐漸，由於流體 的移送、摩擦熱所致的流體的氣化等使得定子內的流體進一步減少，故轉子與定子的摩擦力使得馬達的轉矩轉變成上升。
如此之馬達的轉矩的變化中，在轉矩暫時減少的階段判定為空轉時，其他因素使得轉矩暫時減少的情況亦誤判為空轉。其他因素使得轉矩暫時減少的情況，係例如流體的性質的變化、馬達的轉數的變更、與泵浦連接的配管(路徑)的變更等使得轉矩暫時減少的情況符合。另一方面，在馬達的轉矩上升的階段判定為空轉時，在轉矩暫時減少後上升，故空轉的檢測需要時間，持續定子的磨耗。
本發明，係鑑於如此之狀況而創作者，目的在於提供可正確且迅速檢測出異常運轉的容積式泵浦。
依本發明的一實施形態下的容積式泵浦，係具備泵室、隨著在前述泵室內的運動而移送流體的運動構材、檢測出異常運轉的異常運轉檢測手段。前述異常運轉檢測手段，係具備將微波朝向前述運動構材而發送同時接收其反射波的感測部、根據從前述感測部所輸出的信號而判定異常運轉的判定部。前述感測部，係配置成在正常運轉中前述泵室內的前述流體介於前述感測部與前述運動構材之間的狀態下，進行前述微波的收發。
前述判定部，係根據從前述感測部所輸出的 前述信號，與前述運動構材的運動一起，掌握前述泵室內的前述流體的狀態為優選。
前述感測部，係與前述流體及前述泵室的界面垂直地照射微波為優選。此外，前述感測部，係始終將前述微波照射於前述運動構材為優選。
前述判定部，係在前述異常運轉方面判定空轉及準空轉的任一方或雙方為優選。前述判定部，係可採用在前述信號的波形的峰值超過第1閾值的情況下判定為異常運轉的構成。此外，前述判定部，係亦可採用前述信號的波形與既定的圖案不同的情況下判定為異常運轉的構成。
前述感測部，係由都卜勒方式的感測器所成為優選。此情況下，前述判定部，係可採用如下構成：針對前述信號的波形所含的正弦波的山及谷的任一方或雙方的出現次數進行計數，在既定的時間內所計數的前述出現次數超過第2閾值的情況下判定為異常運轉。將前述出現次數使用於判定的情況下，前述判定部，係針對前述信號的強度超過第3閾值後到前述信號的強度再度超過前述第3閾值之期間的前述出現次數進行計數，同時在前述信號的強度超過第4閾值的情況下使前述出現次數增加為優選。前述第3閾值，係設定成僅檢測出前述運動構材最接近前述感測部時所輸出的前述正弦波的前述山或前述谷即可。
前述感測部由都卜勒方式的感測器所成的情 況下，前述判定部，係亦可採用如下構成：針對既定的時間份的前述信號的波形進行積分處理從而算出積分值，根據前述積分值而判定異常運轉。
前述異常運轉檢測手段，係優選上進一步具備：對於從前述感測部所輸出的信號，實施高通濾波、低通濾波、全波整流及放大之中的任1者以上的處理並送出至前述判定部的信號處理部；以及輸出前述判定部的判定結果的輸出部。
前述泵室係由內周面形成為內螺紋型的外部構材所成，前述運動構材係相對於前述外部構材而相對偏心旋轉的外螺紋型的內部構材為優選。此情況下，前述外部構材係橫截面下的前述內周面的形狀為略長圓狀，前述感測部係從前述略長圓狀的與長圓方向平行的對稱線上的位置沿著長圓方向而發送前述微波為優選。此外，前述感測部，係對在前述內部構材之中與前述外部構材一起始終形成閉空間的部位發送前述微波為優選。
在本發明中，「略長圓狀」，係不限於如示於後述的圖2(a)的第1弧狀部30c與第2弧狀部30d以直線狀部30b連接的長圓狀，包含如示於後述的圖9(a)的第1弧狀部30c與第2弧狀部30d以曲線狀部30g相連的形狀、及如示於圖9(b)的橢圓狀。
本發明的容積式泵浦，係藉收發微波的感測 部，直接掌握泵室內的狀態。藉此，異常運轉時，來自感測部的輸出信號立即變化，使得可迅速檢測出異常運轉。此外，不會將發生流體的溫度上升的情況等誤判為異常運轉，可正確檢測出異常運轉。
10‧‧‧單軸偏心螺旋泵浦(容積式泵浦)
11‧‧‧外殼
11a‧‧‧第一開口部
11b‧‧‧第二開口部
12‧‧‧第一萬向接頭
13‧‧‧桿
14‧‧‧第二萬向接頭
15‧‧‧驅動軸
16‧‧‧馬達(驅動手段)
16a‧‧‧馬達的主軸
17‧‧‧外轉子殼
18‧‧‧滑動軸承
20‧‧‧內轉子(運動構材)
30‧‧‧定子(外部構材、泵室)
30a‧‧‧內周面
30b‧‧‧直線狀部
30c‧‧‧第1弧狀部
30d‧‧‧第2弧狀部
30e‧‧‧與長圓方向平行的對稱線
30f‧‧‧與長圓方向垂直的對稱線
30g‧‧‧曲線狀部
30h‧‧‧長軸
31‧‧‧外轉子(外部構材)
40‧‧‧異常運轉檢測手段
41‧‧‧感測部
42‧‧‧判定部
43‧‧‧信號處理部
44‧‧‧輸出部
50‧‧‧旋轉式泵浦
51‧‧‧外殼(泵室)
51a‧‧‧貫通孔
52‧‧‧轉子(運動構材)
53‧‧‧密封構材
54‧‧‧壓板
60‧‧‧流體
〔圖1〕圖1，係示意性針對本發明的容積式泵浦的構成例作繪示的剖面圖。
〔圖2〕圖2，係示意性針對在定子的橫截面的轉子的運動作繪示的剖面圖，分別圖2(a)係繪示開始時，圖2(b)係繪示旋轉角度90°時，圖2(c)係繪示旋轉角度180°時，圖2(d)係繪示旋轉角度270°時。
〔圖3〕圖3，係針對從都卜勒方式的感測器所輸出的信號的波形例作繪示的示意圖。
〔圖4〕圖4，係示意性針對正常運轉下的定子內的狀態作繪示的剖面圖，分別圖4(a)係繪示在前述圖1的A-A位置的狀態，圖4(b)係繪示在B-B位置的狀態，圖4(c)係繪示在C-C位置的狀態。
〔圖5〕圖5，係示意性針對空轉下的定子內的狀態的一例作繪示的剖面圖，分別圖5(a)係繪示在前述圖1的A-A位置的狀態，圖5(b)係繪示在B-B位置的狀態，圖5(c)係繪示在C-C位置的狀態。
〔圖6〕圖6，係針對從脈衝雷達方式及FMCW方式 的感測器所輸出的信號的波形例作繪示的示意圖。
〔圖7〕圖7，係示意性針對使容積式泵浦為旋轉式泵浦的情況下的構成例作繪示的剖面圖。
〔圖8〕圖8，係示意性針對使容積式泵浦為單軸偏心螺旋泵浦的情況下的感測器的配置例作繪示的剖面圖，圖8(a)係繪示感測部的微波的發送方向與流體及定子的界面垂直的情況，圖8(b)係繪示該發送方向與該界面非垂直的情況。
〔圖9〕圖9，係針對外部構材的內周面的橫截面形狀例作繪示的示意圖，圖9(a)係繪示具有曲線狀部的情況，圖9(b)係繪示橢圓狀的情況。
〔圖10〕圖10，係示意性針對外部構材可旋轉的單軸偏心螺旋泵浦的構成例作繪示的剖面圖，圖10(a)係繪示於外轉子殼配置感測部的情況，圖10(b)係繪示於外轉子配置感測部的情況。
〔圖11〕圖11，係針對採用都卜勒方式的感測器的情況下的正弦波的包含山及谷的信號的波形例作繪示的示意圖，分別圖11(a)係繪示空轉時，圖11(b)係繪示正常運轉時。
在以下，就本實施形態的容積式泵浦，邊參照圖式邊作說明。
圖1，係示意性針對本發明的容積式泵浦的構 成例作繪示的剖面圖。示於圖1的容積式泵浦，係單軸偏心螺旋泵浦10。單軸偏心螺旋泵浦10，係具備成為泵室的外部構材30(以下，亦稱作「定子」)、是運動構材的內部構材20(以下，亦稱作「內轉子」，亦單稱作「轉子」)。定子30，係外部構材，其內周面30a形成為內螺紋型。轉子20，係外螺紋型，接受動力而偏心旋轉。如此之轉子20及定子30，係收容於外殼11的內部。該外殼11，係金屬製的筒狀構材，於長邊方向的前端設有第一開口部11a。此第一開口部11a，係作用為單軸偏心螺旋泵浦10的吐出口，於該吐出口係噴嘴、裝戴配管等。
此外，於外殼11的外周，係設有第二開口部11b。第二開口部11b，係在外殼11的長邊方向的中間與外殼11的內部空間連接。如此之第二開口部11b，係作用為單軸偏心螺旋泵浦10的吸進口，例如與貯留了流體的槽經由配管而連接。
定子30，係由例如橡膠等的彈性體或樹脂所成。定子30的內周面30a，係n條的內螺紋形狀，具有1個或複數個螺紋山。相對於此，轉子20，係金屬製的軸體。該轉子20，係n-1條的外螺紋形狀，具有1個或複數個螺紋山。
示於圖1的單軸偏心螺旋泵浦10中，定子30的內周面，係2條的內螺紋形狀，具有複數個螺紋山。該定子30的內周面的剖面形狀，係在長邊方向的任一位置 皆為長圓狀。另一方面，轉子20，係1條且偏心的外螺紋形狀，該轉子20的剖面，係在長邊方向的任一位置皆為真圓狀。轉子20，係作成可在插通於由定子30的內周面30a所形成的空間的狀態下偏心旋轉。
為了使轉子20可偏心旋轉，轉子20係經由第一萬向接頭12與桿13連結，該桿13係經由第二萬向接頭14與驅動軸15連結。驅動軸15，係省略詳細說明，在將與外殼11之間隙進行密封的狀態下可旋轉地保持於外殼11。如此之驅動軸15，係與馬達16的主軸16a連結。為此，隨著主軸16a因馬達16的動作而旋轉，驅動軸15旋轉，經由萬向接頭(12、14)及桿13而連結的轉子20偏心旋轉。
如此使轉子20偏心旋轉時，由轉子20及定子30的內周面30a所分隔的空間在定子30內旋轉同時行進於定子30的長邊方向。為此，可從定子30的一端側吸進流體，同時將吸進的流體朝向定子30的另一端側作移送而予以吐出。示於圖1的單軸偏心螺旋泵浦10，係使轉子20旋轉於正方向，從而可移送從第二開口部11b吸進的流體，從第一開口部11a吐出。
接著，針對伴隨轉子的偏心旋轉運動的在定子的橫截面的轉子的運動，邊參照圖式邊作說明。
圖2，係示意性針對在定子的橫截面的轉子的運動作繪示的剖面圖，分別圖2(a)係繪示開始時，圖2(b)係繪示旋轉角度90°時，圖2(c)係繪示旋轉角度 180°時，圖2(d)係繪示旋轉角度270°時。圖2，係相對於在前述圖1的A-A位置的剖面圖。此外，圖2(a)的虛線箭頭，係表示感測部41發送微波的方向。
如示於圖2，轉子20係剖面形狀為圓形。此外，定子30，係其內周面的剖面形狀為長圓狀，外周面的形狀為圓形。定子30的內周面的剖面形狀，係具有對向的直線狀部30b、連接該等的端點的半圓的弧狀部(30c、30d)。如此之內周面的剖面形狀，係具有平行於長圓方向(沿著直線狀部30b的方向、圖2(a)的施加影線的箭頭參照)的對稱線30e、與長圓方向垂直的對稱線30f(圖2(a)參照)。
開始時(旋轉角度為0°時)，轉子20係如示於圖2(a)，與2個弧狀部(30c、30d)之中第1弧狀部30c相接的狀態。在以下，係亦將此狀態稱作「右行程終端」。此情況下，轉子20開始偏心旋轉時，於定子30的橫截面，轉子20係沿著長圓方向，而朝向內周面(長圓)的第2弧狀部30d移動。旋轉角度到達90°時，如示於圖2(b)，位於內周面(長圓)的第1及第2弧狀部的中央。此外，旋轉角度到達180°時，如示於圖2(c)，成為與內周面(長圓)的第2弧狀部30d相接的狀態。在以下，係亦將此狀態稱作「左行程終端」。
轉子20的移動方向在旋轉角度到達180°時反轉，之後轉子20係沿著長圓方向，而朝向內周面(長圓)的第1弧狀部30c移動。旋轉角度到達270°時，如示 於圖2(d)，位於內周面(長圓)的第1及第2弧狀部的中央。此外，旋轉角度到達360°時，如同開始時(圖2(a))，成為與內周面(長圓)的第1弧狀部30c相接的狀態。
如此轉子20，係於橫截面，在由定子30的長圓狀的內周面而形成的空間內進行往返運動。另外，往返運動的方向，係不限於如示於圖2的左右方向(水平方向)，依泵浦的配置方向而變化。此外，即使為相同泵浦，往返運動的方向仍會依定子的長邊方向的位置(橫截面的位置)而變化。
本實施形態的容積式泵浦，係如示於前述圖1，進一步具備檢測出異常運轉的手段40。該異常運轉檢測手段40，係包含感測部41、判定部42。感測部41，係將微波朝向運動構材(轉子)20發送同時接收其反射波。藉感測部41的微波的收發，係於正常運轉中，在泵室(定子)30內的流體介於感測部41與運動構材(轉子)20之間的狀態下進行。亦即，微波，係在正常運轉時，在從感測部41前往運動構材(轉子)20的中途，經過泵室(定子)30內的流體。
判定部42，係根據從感測部41所輸出的信號而判定異常運轉。示於同圖的判定部42，係為了接收從感測部41所輸出的信號，與感測部41經由電纜而連接。另外，亦可將例如感測部41與無線發信機作連接，同時將判定部42與無線接收機作連接，使得判定部42以無線 通信接收從感測部41所輸出的信號。
微波，係具有在金屬製的構材發生反射的性質，對於橡膠、樹脂等係透射率大。因此，只要為了使微波在運動構材發生反射，以感測部41接收該反射波，而僅在金屬製的外殼11開孔，即無須在由橡膠等所成之定子30開孔。為此，如示於圖1，感測部41，係亦可配置於設在外殼11的貫通孔。
然而，取決於由橡膠等所成之定子30的材質、其厚度等，微波會在定子30衰減。此情況下，係進行例如於定子30開設適當的深度的孔，於該孔配置感測部41等的處置即可。藉此，可使微波在運動構材發生反射，以感測部41接收該反射波。
此外，判定部42藉無線通信而接收從感測部41所輸出的信號的情況下等，係亦可如後述的圖10的構成例，在定子30(外部構材)的內部、配置於其外側的構材的內部等配置感測部41。
感測部41方面，係可採用都卜勒方式的感測器、脈衝雷達方式的感測器、或FMCW方式(連續波頻率調變方式)的感測器。於以下，針對採用各方式的感測器的情況下的異常運轉的檢測，分別作說明。
圖3，係針對從都卜勒方式的感測器所輸出的信號的波形例作繪示的示意圖。圖3，係縱軸為信號強度，橫軸為經過時間。於圖3，係繪示正常運轉下的信號強度的波形、空轉(異常運轉)下的信號強度的波形。此 外，示於圖3的輸出信號的波形例，係在示於前述圖1的構成例中，採用都卜勒方式的感測器的情況下的輸出信號的波形。另外，示於圖3的信號的波形例，係對於從都卜勒方式的感測器所輸出的信號，依序實施高通濾波的處理(將直流成分切斷的處理)、全波整流的處理者。
輸出示於圖3的信號的都卜勒方式的感測器，係收發微波，輸出按都卜勒頻率的信號。於此，都卜勒頻率，係所發送的微波的頻率與所接收的微波的頻率的差。更具體而言，都卜勒方式的感測器，係按都卜勒頻率，輸出正弦波的信號，該信號的頻率係按都卜勒頻率而變化。此外，信號的強度(振幅)，係原則上，按反射波的能量而變化。其中，都卜勒頻率為0(零)的情況下，不論反射波的能量，信號的強度(振幅)係成為0(零)。
採用如此之都卜勒方式的感測器的情況下，在正常運轉中，係信號強度為0而平坦的部分、尖銳的山形的部分S會週期性交互出現。信號強度為0而平坦的部分，係表示都卜勒方式的感測器未檢測出動體的情形，亦即，表示微波被定子(泵室)內的流體所吸收的情形。更具體而言，表示轉子(運動構材)位於右行程終端以外的情形，表示如示於前述圖2(b)~(d)的狀態。此係由於進入定子內(泵室內)的流體而前進時，微波由流體所吸收，往轉子(運動構材)的到達、因轉子(運動構材)的反射等受礙。
尖銳的山形的部分S，係表示都卜勒方式的感測器檢測出動體的情形，亦即表示微波未為定子(泵室)內的流體所吸收，在運動構材反射的情形。更具體而言，表示如示於前述圖2(a)轉子通過右行程終端的情形。此係由於轉子(運動構材)與定子(泵室)在右行程終端相接，使得微波不會被定子內(泵室內)的流體所吸收，到達於轉子(運動構材)而反射。此外，在右行程終端的前後，亦由於介於感測部與轉子(運動構材)之間的流體為薄膜狀，使得微波透射定子內(泵室內)的流體，到達於轉子(運動構材)而反射。
如此採用都卜勒方式的感測器的情況下，在正常運轉中，係可根據信號強度為0而平坦的部分而掌握泵室內的流體的狀態，亦即可掌握在泵室內充滿流體。此外，可根據尖銳的山形的部分S而掌握運動構材的運動(動作)。
另外，在信號強度為0而平坦的部分，係所發送的微波的一部分在流體與定子(泵室)的界面反射，接收其反射波。此反射波的頻率，係與所發送的微波的頻率相同，故此反射波係不會反映於輸出信號。
相對於此，在空轉中，係信號的波形發生變化。如示於圖3，信號的波形係無信號強度為0而平坦的部分。亦即，都卜勒方式的感測器始終檢測出動體(轉子)。在示於圖3的信號的波形，係寬的山形的部分B週期性出現，此山形的部分B的峰值，係表示轉子通過右行 程終端的情形。
此外，空轉下的寬的山形的部分B的峰值，係比正常運轉下的尖銳的山形的部分S的峰值大。此係由於藉感測器的微波的收發非在不具有面積的點而進行，而是在具有一定的面積的區域內進行。
圖4，係示意性針對正常運轉下的定子內的狀態作繪示的剖面圖，分別圖4(a)係繪示在前述圖1的A-A位置的狀態，圖4(b)係繪示在B-B位置的狀態，圖4(c)係繪示在C-C位置的狀態。B-B位置及C-C位置，係如示於前述圖1，從A-A位置於轉子20的長邊方向上略移位，分別B-B位置係往第一開口部11a側(吐出側)，C-C位置係往第二開口部11b側(吸進側)移位。
如示於圖4(a)轉子20位於右行程終端時，流體60不會介於轉子20與定子30之間，轉子20與定子30直接接觸。此情況下，微波係到達轉子20而反射，該反射波係被以感測部41接收。另一方面，位置於轉子20的長邊方向上略移位時，如示於圖4(b)及(c)，流體會介於轉子20與定子30之間。此等之情況下，微波係在進行於流體60內時被吸收，往轉子20的微波的到達、在轉子20的微波的反射等受礙。其結果，僅A-A位置的反射波被以感測部所接收，反射波的能量變弱。
圖5，係示意性針對空轉下的定子內的狀態的一例作繪示的剖面圖，分別圖5(a)係繪示在前述圖1的A-A位置的狀態，圖5(b)係繪示在B-B位置的狀 態，圖5(c)係繪示在C-C位置的狀態。在空轉中，係在任一位置皆如示於圖5(a)~(c)，在定子30內不存在流體。為此，不論轉子20的長邊方向的位置，微波係到達轉子20而反射，該反射波係被以感測部41接收。其結果，反射波的能量變強。
如此採用都卜勒方式的感測器的情況下，在空轉中，係可根據不存在信號強度為0而平坦的部分，掌握泵室內的流體的狀態，亦即可掌握在泵室內幾乎或完全不存在流體。此外，可根據寬的山形的部分而掌握運動構材的運動(動作)。
在準空轉中，係存在於泵室內的流體的體積減少。為此，比起正常運轉，信號強度為0而平坦的部分的比例減少，尖銳的山形的部分的比例增加。此外，在尖銳的山形的部分的峰值變大。根據此等，在準空轉中，亦可與運動構材的運動一起，掌握泵室內的流體的狀態。
在閉塞運轉中，係成為流體過度流入定子(泵室內)的狀態。為此，在右行程終端，流體介於定子與轉子之間的區域的面積增加。反言之，可反射微波的區域的面積減少。因此，信號波形變化，比起正常運轉，在尖銳的山形的部分的峰值變小。據此，在閉塞運轉中，亦可與運動構材的運動一起，掌握泵室內的流體的狀態。
在異物混入中，係在異物方面混入與流體係電容率、在表面的反射率等不同的物質(例如金屬)時，信號波形變化。在異物方面混入例如電容率比流體小的液 體的情況下，由於微波的吸收率減少，使得信號波形變化。據此，在異物混入中，亦可與運動構材的運動一起，掌握泵室內的流體的狀態。
圖6，係針對從脈衝雷達方式及FMCW方式的感測器所輸出的信號的波形例作繪示的示意圖。圖6，係縱軸為從脈衝雷達方式或FMCW方式的感測器所輸出的信號的強度，橫軸為經過時間。於圖6，係繪示正常運轉下的信號強度的波形、空轉(異常運轉)下的信號強度的波形。此外，示於圖6的輸出信號的波形例，係在示於前述圖1的構成例中，採用脈衝雷達方式或FMCW方式的感測器的情況下的輸出信號的波形。
可輸出示於圖6的信號的脈衝雷達方式的感測器，係收發微波脈衝，輸出對應於從微波脈衝的發送至接收需要的時間的信號。從此輸出信號，可算出感測器與轉子(運動構材)的距離。
FMCW方式的感測器，係收發微波的連續波，該連續波係頻率依既定的周期及形狀而變化。此外，FMCW方式的感測器，係生成混合接收信號與發送信號下的拍頻信號。從此輸出信號，可算出感測器與轉子(運動構材)的距離。
採用如此之脈衝雷達方式及FMCW方式的感測器的情況下，在正常運轉中，係如示於圖6，信號強度變化的部分C、信號強度一定的部分交互出現。於以下，說明其理由。
定子(泵室)內的流體未介於感測部41與運動構材(轉子)20之間，而在運動構材反射的情況下，具體而言，如示於前述圖2(a)的右行程終端的情況下，根據因轉子(運動構材)的反射波而從感測部輸出對應於感測部與轉子(運動構材)的距離的信號。此外，薄膜狀的流體介於感測部41與轉子(運動構材)20之間的情況下，具體而言，是右行程終端的前後的情況下，微波透射定子內(泵室內)的流體，到達轉子。到達轉子的微波，係反射而到達感測部。為此，根據因轉子的反射波，從感測部輸出對應於感測部與轉子的距離的信號。由於如此之在右行程終端、其前後等的輸出信號，使得出現信號強度變化的部分C。另外，信號強度變化之部分C的波形，係由於反射波的能量微弱，故容易變不明瞭。
既定的厚度以上的流體介於感測部41與轉子(運動構材)20之間的情況下，具體而言，如示於前述圖2(b)~(d)，感測部41與轉子(運動構材)20的距離為既定的距離以上的情況下，由於流體介於感測部41與轉子(運動構材)20之間，使得微波的往轉子(運動構材)的到達、因轉子(運動構材)的反射等受礙。為此，根據因流體與定子(泵室)的界面的反射波而從感測器輸出對應於感測器與流體的距離的信號。由於此輸出信號，信號強度出現一定的部分。
如此採用脈衝雷達方式及FMCW方式的感測器的情況下，在正常運轉中，係可根據存在信號強度為一 定的部分，掌握泵室內的流體的狀態，亦即可掌握在泵室內充滿流體。此外，微波在右行程終端、其前後等到達轉子而反射，從感測器輸出根據該反射波的信號，故可掌握運動構材的運動(動作)。
相對於此，在空轉中，係氣體流入定子內(泵室內)，故在流體與定子(泵室)的界面的反射不會發生。此外，由於流體的微波的吸收亦不會發生。根據此等，不論轉子(運動構材)的位置，輸出根據因轉子(運動構材)而反射的微波的信號。亦即，輸出對應於感測器與轉子(運動構材)的距離的信號。為此，信號的波形發生變化，如示於圖6，山部與谷部交互出現。
如此採用脈衝雷達方式及FMCW方式的感測器的情況下，在空轉中，係可根據不存在信號強度為一定的部分，掌握泵室內的流體的狀態，亦即可掌握在泵室內幾乎或完全不存在流體。再者，可根據交互出現的山部及谷部，掌握運動構材的運動(動作)。
在準空轉中，係存在於泵室內的流體的體積減少。為此，比起正常運轉，信號強度一定的部分的比例減少，信號強度變化的部分的比例增加。此外，在信號強度變化的部分的峰值變大。根據此等，在準空轉中，亦可與運動構材的運動一起，掌握泵室內的流體的狀態。
針對因如此之異常運轉的波形的變化，在本實施形態的容積式泵浦，係以判定部根據從感測部所輸出的信號而進行檢測，針對異常運轉進行判定。
於此，在歷來的根據定子的溫度的空轉的檢測，係無法直接掌握泵室內的流體的狀態，根據定子的溫度而間接掌握泵室內的狀態。此外，歷來的根據馬達的轉矩的異常運轉的檢測亦無法直接掌握泵室內的流體的狀態，根據馬達的轉矩而間接掌握泵室內的狀態。
相對於此，本實施形態的容積式泵浦，係可藉感測部41直接掌握泵室內的流體的狀態。藉此，異常運轉時，如示於前述圖3及圖6，來自感測部的輸出信號立即變化。為此，可迅速檢測出異常運轉，可在例如5秒以內檢測出。
此外，檢測出異常運轉時不利用定子(泵室)的溫度，故在發生流體的溫度上升的情況下，不會誤判為異常運轉。此外，檢測出異常運轉時不利用馬達的轉矩(驅動裝置的負載)，故流體的性質的變化、馬達的轉數的變更、與泵浦連接的配管(路徑)的變更等的情況下，不會誤判為異常運轉。因此，本實施形態的容積式泵浦，係可正確檢測出異常運轉。
本實施形態的容積式泵浦，係可對於感測部41，採用前述的都卜勒方式的感測器、脈衝雷達方式的感測器、或FMCW方式(連續波頻率調變方式)的感測器。另外，感測部41發送的微波的頻率，係可設為例如0.3GHz~3THz。
判定部42，係根據從感測部41所輸出的信號，與運動構材20的運動一起，掌握泵室30內的流體的 狀態為優選。掌握運動構材20的運動時，例如不僅異常運轉時，正常運轉時亦可求出運動構材的旋轉數等而活用。此外，藉掌握運動構材20的運動，亦可檢測出運動構材20的動作是正常或異常。運動構材20的動作異常，係例如接合部的破損、馬達的不良、控制器的不良等所致的運動構材的異常的動作符合。
再者，由於運動構材(轉子)、泵室(定子)等的磨耗使得感測部與運動構材(轉子)的位置關係在行程終端發生變化時，信號會因應其而變化。具體而言，可想到山形的峰值變小，或無法檢測出峰值。利用此信號的變化時，亦可檢測出運動構材(轉子)、泵室(定子)等的磨耗。另外，亦可利用於在泵浦停止時的運動構材20的位置的控制，亦可例如將泵浦停止時的轉子的旋轉角度控制成一定。
示於前述圖2的定子30(外部構材)的外周面的橫截面形狀雖為圓形，惟亦可使外部構材的外周面的橫截面形狀為多角形狀。此外，示於前述圖2的定子30(外部構材)的內周面的橫截面形狀雖為長圓狀，惟使外部構材的內周面的橫截面形狀為如示於後述的圖9的形狀亦可。
圖9，係針對外部構材的內周面的橫截面形狀例作繪示的示意圖，圖9(a)係繪示具有曲線狀部的情況，圖9(b)係繪示橢圓狀的情況。示於圖9(a)的外部構材的內周面的橫截面形狀，係如同示於前述圖2的外 部構材，具有第1及第2半圓的弧狀部(30c、30d)。示於圖9(a)的外部構材的內周面的橫截面形狀，係不同於示於前述圖2的外部構材，第1弧狀部30c與第2弧狀部30d以2個曲線狀部30g連接。該曲線狀部30g，係皆為朝內側凸的形狀，隨著接近與長圓方向垂直的對稱線30f，內周面的寬度W變窄。另外，曲線狀部30g，係亦可作成皆為朝內側凹的形狀。此情況下，隨著接近與長圓方向垂直的對稱線30f，內周面的寬度W變寬。
示於圖9(b)的外部構材的內周面的橫截面形狀，係橢圓狀。如此橫截面形狀為橢圓狀的情況下，長圓方向係與長軸30h平行的方向，與長圓方向平行的對稱線係長軸30h。
在示於前述圖1的構成例中，雖使容積式泵浦為外部構材不可旋轉的單軸偏心螺旋泵浦，惟本實施形態的容積式泵浦，係不限定於此類型的單軸偏心螺旋泵浦。亦即，只要為具備泵室及可反射微波的運動構材的容積式泵浦，即可應用。例如，亦可應用於外部構材可旋轉的單軸偏心螺旋泵浦、旋轉式泵浦、活塞泵浦等。
在外部構材可旋轉的單軸偏心螺旋泵浦，係在外部構材方面代替定子而使用外轉子。外轉子，係如同示於前述圖1的定子，由橡膠等的彈性體或樹脂所成，外轉子的內周面，係n條的內螺紋形狀。此外轉子，係不同於示於前述圖1的定子，被藉例如滑動軸承、旋轉軸承等而可旋轉地保持。更具體而言，外轉子，係固定於金屬製 的外轉子殼，該外轉子殼被藉軸承等而可旋轉地保持。此情況下，外轉子與外轉子殼，係成為一體而旋轉。
此外，內轉子，係如同示於前述圖1的內轉子20，為金屬製的軸體，為外螺紋形狀。內轉子，係不同於示於前述圖1的內轉子20，不經由例如萬向接頭及桿而與馬達的主軸直接連結，從而可旋轉。此外，使內轉子相對於外轉子而相對偏心旋轉，故內轉子的旋轉軸，係被與外轉子的旋轉軸設置既定的距離而配置。
在如此之外部構材可旋轉的單軸偏心螺旋泵浦，係由於馬達的旋轉，使得與其連結的內轉子旋轉。連動於該內轉子的旋轉，外轉子的旋轉軸與內轉子的旋轉軸偏心的狀態下外轉子以內轉子的1/2的轉數而旋轉。作成如此使得內轉子相對於外轉子而相對偏心旋轉。在外部構材可旋轉的單軸偏心螺旋泵浦，係內轉子(馬達)旋轉720°(2轉)的期間，內轉子在外轉子的橫截面的略長圓狀的空間往返1次。
圖10，係示意性針對外部構材可旋轉的單軸偏心螺旋泵浦的構成例作繪示的剖面圖，圖10(a)係繪示於外轉子殼配置感測部的情況，圖10(b)係繪示於外轉子配置感測部的情況。示於圖10(a)及圖10(b)的單軸偏心螺旋泵浦，係具備外殼11、滑動軸承18、外轉子殼17、外轉子31、內轉子20。在如此之外部構材可旋轉的單軸偏心螺旋泵浦，係如同外部構材不可旋轉的單軸偏心螺旋泵浦，外轉子31(外部構材)作為泵室，相對 於外轉子31而相對偏心旋轉的內轉子20作為運動構材。
示於圖10(a)及圖10(b)的單軸偏心螺旋泵浦，係如同示於前述圖1的構成例，進一步具備異常運轉檢測手段40。該異常運轉檢測手段40，係具備感測部41、判定部42。判定部42，係以無線通信接收從感測部41所輸出的信號。
在示於圖10(a)的構成例，感測部41，係配置於外轉子殼17的內部，更具體而言配置於設在外轉子殼17的貫通孔。另一方面，在示於圖10(b)的構成例，感測部41，係配置於外轉子31的內部，更具體而言配置於設在外轉子31的非貫通孔。如此之感測部41，係在示於圖10(a)及圖10(b)的任一構成例，皆與外轉子31及外轉子殼17一起一體而旋轉。
圖7，係示意性針對使容積式泵浦為旋轉式泵浦的情況下的構成例作繪示的剖面圖。示於圖7的容積式泵浦50，係具備外殼51、旋轉方向不同的2個的轉子52。如此之旋轉式泵浦50，係外殼51作為泵室，旋轉運動的金屬製的轉子52作為運動構材。
示於圖7的容積式泵浦50，係如同示於前述圖1的構成例，進一步具備異常運轉檢測手段40。該異常運轉檢測手段40，係具備感測部41、判定部42。此外，為了藉感測部41而收發微波，於金屬製的外殼51設有貫通孔51a。旋轉式泵浦50，係具備將貫通孔51a密封的密封構材53、及將該密封構材53壓住於外殼51的壓 板54。密封構材53，係由例如可透射微波的橡膠所成。
活塞泵浦，係具備例如圓筒狀的汽缸、活塞。如此之活塞泵浦，係汽缸作為泵室，在該汽缸內往返運動的活塞作為運動構材。
運動構材，係偏心旋轉運動、旋轉運動、往返運動等。在該運動過程的至少一部分，感測部可朝向運動構材發送微波即可。
圖8，係示意性針對使容積式泵浦為單軸偏心螺旋泵浦的情況下的感測器的配置例作繪示的剖面圖，圖8(a)係繪示感測部的微波的發送方向與流體及定子的界面垂直的情況，圖8(b)係繪示該發送方向與該界面非垂直的情況。圖8，係相對於在前述圖1的A-A位置的剖面圖。此外，圖8的虛線箭頭，係表示感測部發送微波的方向。
感測部，係可配置成例如示於圖8(a)及(b)。此外，旋轉式泵浦的情況下，係可在前述圖7以箭頭A指示的位置配置感測部。此等之情況下，在運動過程的一部分，感測部無法朝向運動構材發送微波。然而，隨著運動構材的運動，泵室內的流體未介於感測部與運動構材之間，微波在運動構材而反射的狀態會週期性發生。此情況下，在正常運轉與異常運轉，如利用前述圖3及圖6而說明，輸出信號的波形會變化，故可檢測出異常運轉。
從使異常運轉的檢測效率提升的觀點而言， 在運動構材的運動過程中始終感測部朝向運動構材照射微波為優選。亦即，運動構材內的流體未介於感測部與運動構材之間的狀態下在運動構材始終將微波反射的位置配置感測部為優選。具體而言，如示於前述圖1及圖2的單軸偏心螺旋泵浦時，第1及第2弧狀部(30c、30d)之中配置於任一方的弧狀部側為優選(前述圖2參照)。此外，如示於前述圖7的旋轉式泵浦時，朝向轉子52的旋轉中心而配置為優選。
此外，雖可如示於圖8(b)藉感測部而與流體及定子(泵室)的界面非垂直地照射微波，惟感測部如示於圖2(a)或圖8(a)與流體及定子(泵室)的界面垂直地照射微波為優選。如此配置感測部時，感測部的微波的發送方向與流體及泵室的界面成為垂直，可防止微波的一部分在泵室與該泵室內的氣體、流體等的界面發生折射，能以感測部接收高強度的反射波。此外，可減低微波的一部分在泵室與該泵室內的氣體、流體等的界面發生反射，亦可藉此以感測部接收高強度的反射波。
更具體而言，在如示於前述圖1及圖2的單軸偏心螺旋泵浦，將感測部配置於弧狀部(30c、30d)側時，配置成使感測部的微波的發送方向朝向弧狀部(30c、30d)的中心為優選。此外，將感測部配置於直線狀部30b側時，配置成使感測部的微波的發送方向平行於與長圓方向垂直的對稱線30f為優選。
感測部，係如示於前述圖2(a)及前述圖 7，配置於運動構材始終將微波反射的位置，亦即配置於感測部的微波的發送方向與流體及泵室的界面成為垂直的位置為更優選。藉此，可提升異常運轉的檢測效率，同時能以感測部接收高強度的反射波。
判定部42，係在異常運轉方面檢測出空轉、準空轉、閉塞運轉及異物混入之中的一者以上。檢測出空轉的情況下，亦可應用於終端檢測控制。於此，終端檢測控制，係流體的移送結束時，使泵浦停止的控制。檢測出空轉的情況下，將檢測出空轉時判定為流體的移送結束時，使泵浦停止，即可實現終端檢測控制。此外，檢測出準空轉時，可在從正常運轉經由準空轉而變成空轉的情況下，防止空轉於未然。
異常運轉的判定，係能以例如求出輸出信號的波形的峰值的處理、將該峰值超過閾值的情況判定為異常運轉的處理而構成。輸出信號的強度，係因例如定子或密封構材的材質、其厚度、應移送的流體的組成等而變化。閾值係可按此等條件而適當設定。
在運用閾值的判定，係有峰值超過閾值的情況下判定為異常運轉的形態、及峰值低於閾值的情況下判定為異常運轉的形態。採用何形態，係可依輸出信號的處理方式而適當設定。峰值超過閾值的情況下判定為異常運轉的形態，係可採用於例如，如示於前述圖3的波形例，依續實施高通濾波的處理(將直流成分切斷的處理)、全波整流的處理的輸出信號的處理方式。此外，亦可採用於 依序進行高通濾波、全波整流、低通濾波及非反相放大的處理的方式。另一方面，峰值低於閾值的情況下判定為異常運轉的形態，係可採用於例如依序進行高通濾波、全波整流、低通濾波及反相放大的處理的方式。
此外，判定部42，係亦可輸出信號的波形與既定的圖案不同的情況下判定為異常運轉。此情況下，事前準備正常運轉的輸出信號的波形圖案。異常運轉的判定時，係進行以與既定的圖案同樣的周期抽出輸出信號的一部分的處理、藉影像解析軟體比較抽出的波形與圖案波形並在相異的情況下判定為異常運轉的處理即可。在比較抽出的波形與圖案波形而判定的處理，係可例如將輸出信號的波形的形狀、面積等當作基準。另外，亦可並行實施運用圖案波形的形態、前述的運用閾值的形態。
於此，移送高黏度的流體(例如膏體、脫水糕、絞肉等)的情況下，存在即使正常運轉時流體的吸進量仍不足而使得氣體流入泵室內的一部分的情況、泵室內的一部分成為真空的情況等。此等之情況下，氣體或真空的一部分偶然位於微波的路徑上時，微波幾乎不衰減，故峰值暫時變化。在將峰值超過閾值的情況判定為異常運轉的形態，係存在將該變化誤判為異常運轉之虞。
此外，移送包含氣泡的流體(例如泡沫乳油)的情況下，即使正常運轉若氣泡的一部分偶然位於微波的路徑上，則微波幾乎不衰減，故峰值暫時變化。在將峰值超過閾值的情況判定為異常運轉的形態，係存在將該 變化誤判為異常運轉之虞。
另外，都卜勒方式的感測器，係如前述輸出按都卜勒頻率的正弦波的信號，故實際的信號的波形係包含正弦波的山及谷。該正弦波的周期，係比運動構材(轉子)的往返運動的周期短。另外，在示於前述圖3的從都卜勒方式的感測器所輸出的信號的波形例，係省略周期短(微觀)的正弦波的山及谷，僅抽出與運動構材(轉子)的往返運動的周期相同程度(宏觀)的信號強度的變化而示出。
圖11，係針對採用都卜勒方式的感測器的情況下的正弦波的包含山及谷的信號的波形例作繪示的示意圖，分別圖11(a)係繪示空轉時，圖11(b)係繪示正常運轉時。示於圖11的輸出信號的波形例，係在示於前述圖1的構成例中，採用都卜勒方式的感測器的情況下的輸出信號的波形。另外，示於圖11的信號的波形例，係對於從都卜勒方式的感測器所輸出的信號，依順實施高通濾波的處理(將直流成分切斷的處理)、放大的處理、低通濾波的處理者。
在正常運轉中，係如利用前述圖3而說明，宏觀上，未檢測出動體(轉子)的平坦的部分、檢測出動體的山形的部分S會週期性交互出現。此外，檢測出動體的山形的部分S，係表示轉子通過右行程終端的情形。都卜勒方式的感測器，係輸出正弦波的信號，故如示於圖11(b)，檢測出動體的山形的部分S，係微觀下，由正 弦波的山(P1、P2)及谷(T1)而形成。在圖11(b)，係檢測出動體的山形的部分S由2個微觀的山(P1、P2)、1個微觀的谷(T1)而形成。
在空轉中，係如利用前述圖3而說明，都卜勒方式的感測器始終檢測出動體，故宏觀上，寬的山形的部分B週期性出現。此外，寬的山形的部分B的峰值，係表示轉子通過右行程終端的情形。都卜勒方式的感測器，係輸出正弦波的信號，故如示於圖11(a)，檢測出動體的寬的山形的部分B，係微觀下，由周期短的複數個正弦波的山(P1~P7)及谷(T1~T7)而形成。在圖11(a)，係檢測出動體的寬的山形的部分B由7個微觀的山(P1~P7)及谷(T1~T7)而形成。
在準空轉中，係雖省略圖示，惟泵室內的流體量減少，使得比起正常運轉，可檢測出轉子的範圍變廣(距離變長)。為此，準空轉的信號的波形，係比起示於圖11(b)的正常運轉的信號波形，未檢測出動體的平坦的部分出現的時間變短，同時檢測出動體的山形的部分S出現的時間變長。隨此，微觀下，檢測出動體的山形的部分S所含的山及谷的個數分別增加，示於前述圖11的情形時，山及谷的個數分別增加為3個或4個程度。
亦可將此正弦波的山與谷含於信號的波形的個數使用於異常運轉的判定。此形態，係能以例如解析既定的時間範圍內的信號波形而針對正弦波的山及谷的任一方或雙方的出現次數進行計數的處理、將求出的出現次數 超過閾值(以下，亦特別稱作「判定用閾值」)的情況判定為異常運轉的處理而構成。
於此，關於為了針對出現次數進行計數的既定的時間(以下，亦稱作「評估時間」)、及判定用閾值的設定方法，以示於前述圖1的外部構材不可旋轉的單軸偏心螺旋泵浦為例而說明。如前述，都卜勒方式的感測器，係輸出按都卜勒頻率的正弦波的信號，該都卜勒頻率fd(Hz)係一般可藉下述(1)式而近似。
fd=2×v×fs/c‧‧‧(1)
其中，V係動體的速度(m/s)，C係光速(約3×108m/s)，fs係所發送的微波的頻率(單位：Hz，以下亦稱作「發送頻率」)。
在外部構材不可旋轉的單軸偏心螺旋泵浦，係如使用前述圖2而說明，隨著轉子20(馬達)旋轉360°(1轉)，將定子30的橫截面的略長圓狀的空間往返1次。該情況下的轉子20的平均速度vr(m/s)，係可藉下述(2)式而算出。
vr=2×s×N/60‧‧‧(2)
其中，s係轉子的行程量(前述圖2(a)參照)，N係馬達的轉數(min-1)。
此外，都卜勒方式的感測器所輸出的信號的波形中，運動構材進行1循環的運動所需的時間內的山或谷的出現次數A(以下，「亦稱作每1循環的出現次數」)，係可藉下述(3)式而算出。另外，作成無微波 的衰減的情況，亦即作成空轉的狀態。於此，1循環的運動所需的時間，係運動構材如單軸偏心螺旋泵浦而往返運動的情況下，表示往返1次所需的時間，運動構材如前述的旋轉式泵浦而旋轉運動的情況下，表示1轉所需的時間。
A=60×fd/N‧‧‧(3)
其中，fd係都卜勒頻率(Hz)，N係馬達的轉數(min-1)。
將上述(3)式的都卜勒頻率fd以上述(1)式置換，進一步將上述(1)式的動體的速度v以上述(2)式的轉子的平均速度置換時，導出下述(4)式。
A=4×fs×s/c‧‧‧(4)
在上述(4)式之中轉子的行程量s，係泵浦的固有值，光速c係常數。為此，使發送頻率為一定時，每1循環的出現次數A，係不受馬達的旋轉數等影響，而為一定。如同空轉，正常運轉的情況下，亦每1循環的出現次數A，係不受馬達的旋轉數等影響，而成為一定。
因此，評估時間，係依例如轉子20如此的運動構材進行1循環的運動所需的時間而適當設定即可，更具體而言設為對於1循環的運動所需的時間乘上整數的時間即可。在早期檢測出異常運轉的觀點下，係評估時間係短者較優選，故設為1循環的運動所需的時間為優選。
如示於前述(4)式，每1循環的出現次數A，係依行程量(泵浦尺寸)、發送頻率等而變化。此 外，評估時間平均的出現次數，係亦依評估時間的長度而變化。依此等而適當設定判定用閾值即可。
例如，示於前述圖11的信號波形的條件(s=24mm、fs=24.2GHz)下，係依前述(4)式時，每1循環的出現次數A成為約7.7。在實際的信號的波形，係如示於前述圖11(a)，馬達1轉的時間內確認7個山(P1~P7)及谷(T1~T7)。此情況下，將1循環的運動所需的時間設定為評估時間，針對山及谷的任一方的出現次數進行計數時，將判定用閾值設定為3~6的任意的值即可。例如，應移送的流體為高黏度的流體、包含氣泡的流體時，正常運轉的狀態下所計數的出現次數會增加，故將判定用閾值設定為大的值A(例如6)即可。流體為中黏度或低黏度，為不包含氣泡的流體時，將判定用閾值設定為比值A小的值B(例如5)即可。
此外，欲檢測出準空轉時，將判定用閾值設定為比空轉的值A或值B小的值C(例如3或4)即可。如此檢測出準空轉時，可在從正常運轉經由準空轉而變成空轉的情況下，防止空轉於未然。另外，設定複數個判定用閾值亦可。例如，針對判定用閾值，依空轉的值A或值B與準空轉的值C的2階段而設定時，可檢測出複數個異常運轉，亦即可檢測出準空轉與空轉。
此外，亦可根據所計數的出現次數，而掌握泵室內的流體量。例如，將所計數的出現次數，與在空轉的狀態下所計數的出現次數或在正常運轉的狀態下所計數 的出現次數進行比較，從而推斷泵室內的流體量即可。
出現次數的計數，係例如信號的強度超過閾值V1(以下，亦特別稱作「計數用閾值」)的情況下使出現次數增加從而進行即可。
評估時間，係亦可從馬達的轉數而算出。例如，外部構材不可旋轉的單軸偏心螺旋泵浦時，可將馬達1轉的時間設定為評估時間。此外，外部構材可旋轉的單軸偏心螺旋泵浦時，可將馬達2轉的時間設定為評估時間。
或者，亦可根據信號的波形而開始及結束計數從而規定評估時間。在根據信號的波形而開始及結束計數的形態下，係利用運動構材最接近感測部時所輸出的正弦波中山成為最高同時谷成為最深的現象即可。
在此形態下，係例如事前以僅檢測出運動構材最接近感測部時所輸出的正弦波的山或谷的方式而設定閾值V2(以下，特別稱作「重置用閾值」)。此外，重複進行信號的強度超過重置用閾值V2的情況下將出現次數置換為0(零)的處理、信號的強度超過計數用閾值V1的情況下使出現次數增加的處理、出現次數超過判定用閾值的情況下判定為異常運轉的處理即可。在如此的根據信號的波形而開始及結束計數的形態下，係可更正確掌握1循環的運動所需的時間，提高異常運轉的檢測精度。
從正常運轉至空轉的過程中，隨著信號波形所含的正弦波的山及谷的數發生變化，信號波形的積分值 亦發生變化。於此，信號波形的積分值，係藉針對信號波形進行積分處理從而求出，示於前述圖11的信號波形時，以橫軸與信號波形(曲線)夾住的區域的面積符合。亦可根據如此之積分值而檢測出異常運轉。
在此形態下，係在例如積分值超過閾值的情況下判定為異常運轉即可。更具體而言，可將異常運轉的判定處理，以信號波形之中將既定的時間範圍內進行積分而算出積分值的處理、將積分值比正常運轉時小的情況判定為閉塞運轉的處理、將積分值比正常運轉時稍大的情況判定為準空轉的處理、將積分值比準空轉時大的情況判定為空轉的處理而構成。如此於異常運轉的判定運用積分值時，亦可檢測出閉塞運轉。另外，成為此等判定的基準的積分值(閾值)，係可依例如流體的組成等之條件而適當設定。此外，在上述的構成例，係雖判定閉塞運轉、準空轉及空轉的全部，惟亦可判定此等之中的1個以上。
在根據積分值而檢測出異常運轉的形態下，係亦可將積分值不規則變動的情況判定為異物混入。判定此異物混入的處理，係亦可與上述的判定閉塞運轉、準空轉及空轉的處理一起進行。在判定異物混入的處理，係例如使用既定個數的接近的積分值而算出標準差，在該標準差超過閾值的情況下判定為異物混入即可。更具體而言，可將判定異物混入的處理，以依序記憶所算出的積分值的處理、從所記憶的積分值叫出既定個數的接近的積分值並算出標準差的處理、在該標準差超過閾值的情況下判定為 異物混入的處理而構成。如此於異常運轉的判定運用積分值時，亦可檢測出異物混入。另外，成為此判定的基準的閾值，係可依例如流體的組成等之條件而適當設定。
在運用信號波形的積分值的形態下，係針對既定的時間份的信號的波形進行積分處理從而算出積分值。此既定的時間(以下，亦稱作「積分處理時間」)，係如同將出現次數用於判定的形態的評估時間，可設為對於1循環的運動所需的時間乘上整數的時間。在早期檢測出異常運轉的觀點下，積分處理時間係短者較優選，設為1循環的運動所需的時間為優選。此情況下，積分處理時間，係如同評估時間，可從馬達的轉數而算出，亦可根據信號的波形而決定開始點及結束點從而規定積分處理時間。
積分處理時間，係可設定為比1循環的運動所需的時間短。亦即，從隨著1循環的運動而輸出的信號的波形將一部分抽出而算出積分值亦可。例如，將積分處理時間設定為1循環的運動所需的時間的1/n等亦可。此情況下，針對抽出的開始位置，按對於1循環的運動所需的時間乘上整數的時間而設定。或者，前述圖11的信號波形時，僅將圖11(b)的P1及P2的山的部分抽出而算出積分值，同時僅將對應於其的圖11(a)的P1及P7的山的部分抽出而算出積分值亦可。此等形態，係可期待閉塞運轉、異物混入等的檢測精度的提升。另外，將運用積分值的形態與前述的運用出現次數的形態並行實施亦 可。
異常運轉檢測手段，係進一步具備信號處理部43、輸出部44，判定部42，係根據以信號處理部43作了處理的信號而判定異常運轉為優選。於此，信號處理部43，係將高通濾波、低通濾波、全波整流及放大之中的任1者以上的處理，實施於從感測部41所輸出的信號。此外，輸出部44，係顯示或輸出判定部的判定結果。判定部42、信號處理部43及輸出部44，係可分別經由電纜而收發信號，亦可藉無線通信而收發信號。
輸出部44，係例如將判定結果輸出至容積式泵浦的控制器，該控制器係判定為異常運轉的情況下使容積式泵浦停止同時將訊息顯示於顯示器。或者，輸出部44，係在判定為異常運轉的情況下使旋轉燈動作，從而輸出異常運轉的發生亦可。輸出部44，係在判定為異常運轉的情況下發出警告音，從而輸出異常運轉的發生亦可。可藉如此之輸出部44，有效活用所檢測出的異常運轉的資訊。
輸出信號的強度，係如前述，因外部構材或密封構材的材質、其厚度、應移送的流體的組成等而變化。具備信號處理部43時，可吸收輸出信號的強度的變化，可穩定而檢測出異常運轉。此外，運用閾值而判定的情況下，可使閾值的調整變不需要。
容積式泵浦，係採用外部構材不可旋轉或可旋轉的單軸偏心螺旋泵浦為優選。此情況下，泵室係由內 周面形成為內螺紋型的外部構材(定子或外轉子)所成，運動構材係由相對於前述外部構材而相對偏心旋轉的外螺紋型的內部構材(轉子)所成。單軸偏心螺旋泵浦時，外部構材由橡膠等的彈性體或樹脂所成，故空轉時容易磨耗，再者存在外部構材的內周面會燒結的情況。針對此磨耗、燒結等，可藉本實施形態的容積式泵浦而有效防止。
容積式泵浦為具備可旋轉或不可旋轉的外部構材的單軸偏心螺旋泵浦，外部構材30的內周面的橫截面形狀為略長圓狀的情況下，如示於前述圖2，感測部41，係從與長圓方向平行的對稱線30e上的位置，沿著長圓方向而發送微波為優選。藉此，在外部構材30內的流體未介於感測部41與轉子20之間的狀態下，運動構材的轉子20可始終反射微波，可提升異常運轉的檢測效率。
再者，可防止微波的一部分在外部構材30與內周面的流體的界面發生折射，能以感測部41穩定接收反射波。此外，可減低微波的一部分在外部構材30與外部構材30內的氣體或流體的界面發生反射，藉此亦能以感測部41穩定接收反射波。
於此，外部構材30的厚度係在圓周方向上變化，與長圓方向平行的對稱線30e上的部位為最薄。為此，將感測部41配置於與長圓方向平行的對稱線30e上時，可不在定子30設置供於埋入感測部41用的孔等的情況下，簡便設置感測部41。
感測部41，係將微波發送至轉子20之中與外 部構材30一起始終形成閉空間的部位為優選。亦即，除了轉子20之中與外部構材30一起形成的空間在轉子20的偏心旋轉運動的過程暫時成為開空間的部位以外發送微波為優選。在示於前述圖1的單軸偏心螺旋泵浦，螺紋山數(階數)從轉子20的兩端至1.5的位置的部位所形成的空間，係在轉子20的旋轉運動的過程中暫時成為開空間。除了此兩端的部位以外，朝向轉子20的長邊方向的中間部位發送微波時，變成始終對於形成閉空間的部位發送微波。
相對於在轉子20的兩端的部位係部位內的流體的狀態容易依其上游側、下游測等的狀況而變化，在轉子20的中間部位係取決於其上游側、下游測等的狀況的部位內的流體的狀態變化傾向被緩和。為此，可正確判定異常運轉。
〔產業上之可利用性〕
本發明的容積式泵浦，係可正確且迅速檢測出異常運轉。為此，可防止異常運轉所致的故障，其結果，可大為有助於故障發生率的削減、運轉率提升等。此外，可迅速報知異常，故在例如將容積式泵浦使用於在生產線的流體塗布的情況下，可減低發生異常時的後程序的不良率，有助於品質提升。
10‧‧‧單軸偏心螺旋泵浦(容積式泵浦)
11‧‧‧外殼
11a‧‧‧第一開口部
11b‧‧‧第二開口部
12‧‧‧第一萬向接頭
13‧‧‧桿
14‧‧‧第二萬向接頭
15‧‧‧驅動軸
16‧‧‧馬達(驅動手段)
16a‧‧‧馬達的主軸
20‧‧‧內轉子(運動構材)
30‧‧‧定子(外部構材、泵室)
30a‧‧‧內周面
40‧‧‧異常運轉檢測手段
41‧‧‧感測部
42‧‧‧判定部
43‧‧‧信號處理部
44‧‧‧輸出部

Claims (15)

  1. 一種容積式泵浦，具備：泵室；隨著在前述泵室內的運動而移送流體的運動構材；以及檢測出異常運轉的異常運轉檢測手段；前述異常運轉檢測手段，係具備：將微波朝向前述運動構材而發送同時接收其反射波的感測部；以及根據從前述感測部所輸出的信號而判定異常運轉的判定部；前述感測部，係配置成在正常運轉中前述泵室內的前述流體介於前述感測部與前述運動構材之間的狀態下，進行前述微波的收發。
  2. 如申請專利範圍第1項之容積式泵浦，其中，前述判定部，係根據從前述感測部所輸出的前述信號，與前述運動構材的運動一起，掌握前述泵室內的前述流體的狀態。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之容積式泵浦，其中，前述感測部，係與前述流體及前述泵室的界面垂直地照射微波。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之容積式泵浦，其中， 前述感測部，係始終將前述微波照射於前述運動構材。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之容積式泵浦，其中，前述判定部，係在前述異常運轉方面判定空轉及準空轉的任一方或雙方。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之容積式泵浦，其中，前述判定部，係在前述信號的波形的峰值超過第1閾值的情況下判定為異常運轉。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之容積式泵浦，其中，前述判定部，係前述信號的波形與既定的圖案不同的情況下判定為異常運轉。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之容積式泵浦，其中，前述感測部，係由都卜勒方式的感測器所成。
  9. 如申請專利範圍第8項之容積式泵浦，其中，前述判定部，係針對前述信號的波形所含的正弦波的山及谷的任一方或雙方的出現次數進行計數，在既定的時間內所計數的前述出現次數超過第2閾值的情況下判定為異常運轉。
  10. 如申請專利範圍第9項之容積式泵浦，其中，前述判定部，係針對前述信號的強度超過第3閾值後 到前述信號的強度再度超過前述第3閾值之期間的前述出現次數進行計數，同時在前述信號的強度超過第4閾值的情況下使前述出現次數增加，前述第3閾值，係設定成僅檢測出前述運動構材最接近前述感測部時所輸出的前述正弦波的前述山或前述谷。
  11. 如申請專利範圍第8項之容積式泵浦，其中，前述判定部，係針對既定的時間份的前述信號的波形進行積分處理從而算出積分值，根據前述積分值而判定異常運轉。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之容積式泵浦，其中，前述異常運轉檢測手段，係進一步具備：對於從前述感測部所輸出的信號，實施高通濾波、低通濾波、全波整流及放大之中的任1者以上的處理，送出至前述判定部的信號處理部；以及輸出前述判定部的判定結果的輸出部。
  13. 如申請專利範圍第1或2項之容積式泵浦，其中，前述泵室，係由內周面形成為內螺紋型的外部構材所成，前述運動構材，係相對於前述外部構材而相對偏心旋轉的外螺紋型的內部構材。
  14. 如申請專利範圍第13項之容積式泵浦，其中，前述外部構材，係橫截面下的前述內周面的形狀為略 長圓狀，前述感測部，係從前述略長圓狀的與長圓方向平行的對稱線上的位置沿著長圓方向而發送前述微波。
  15. 如申請專利範圍第13項之容積式泵浦，其中，前述感測部，係對在前述內部構材之中與前述外部構材一起始終形成閉空間的部位發送前述微波。
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