JP5267135B2 - Vacuum pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空ポンプに関する。 The present invention relates to a vacuum pump.
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、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）。 In the turbo molecular pump, an aluminum alloy is generally used as a rotor material. Since the allowable temperature for creep deformation is relatively low in aluminum alloys, it is necessary to constantly monitor the rotor temperature so that it is below this allowable temperature during pump operation. As a method for detecting the rotor temperature in a non-contact manner, a method is known that utilizes the fact that the magnetic permeability of the magnetic material changes greatly at the Curie temperature (see, for example, Patent Document 1).
上述したターボ分子ポンプでは、ロータと一体とされた部材に磁性体を固定し、それと対向する位置に設けられたギャップセンサにより、透磁率変化をインダクタンス変化として検出している。その場合、磁性体とは別に基準信号発生用のターゲットをロータに設け、そのターゲットをセンサで検出して得られた基準信号に基づいて、磁性体の位置を検出する必要がある。 In the turbo molecular pump described above, a magnetic material is fixed to a member integrated with the rotor, and a magnetic permeability change is detected as an inductance change by a gap sensor provided at a position facing the member. In this case, it is necessary to provide a target for generating a reference signal separately from the magnetic body on the rotor and detect the position of the magnetic body based on the reference signal obtained by detecting the target with a sensor.
ところで、磁性体や基準信号発生用のターゲットをロータに設ける際に、スペースの関係で別個に取り付けざるを得ない場合がある。そのような場合、取り付け後に、磁性体とターゲットとの位置関係、すなわち回転に対する位相関係を予め求めておき、その位相関係に基づいて磁性体信号と基準信号との位相を補正する必要がある。しかしながら、磁性体とターゲットとを別個に取り付ける構造の場合、取り付け後の位相関係はポンプ毎に異なるので、一台ごとに位相関係を計測して記憶しておく必要があり、組み立て精度が要求されるとともに作業が繁雑になり、コスト増大の要因となっていた。 By the way, when the magnetic body and the target for generating the reference signal are provided on the rotor, there are cases where it is unavoidable to attach them separately due to space. In such a case, after the mounting, it is necessary to obtain in advance a positional relationship between the magnetic body and the target, that is, a phase relationship with respect to rotation, and correct the phase between the magnetic body signal and the reference signal based on the phase relationship. However, in the case of a structure in which the magnetic body and the target are separately mounted, the phase relationship after mounting differs for each pump, so it is necessary to measure and store the phase relationship for each unit, and assembly accuracy is required. In addition, the work has become complicated and the cost has increased.
本発明は、ステータに対してロータを回転することによりガスを排気する真空ポンプにおいて、前記ロータの回転軸を中心として円周方向に広がる面を備え、その表面に少なくとも一つの凹設または凸設する基準部を有するインダクタンス被検出面と、前記インダクタンス被検出面において、前記基準部と所定の位相角度をもって配設され、前記ロータの温度監視範囲内にキュリー温度を有する少なくとも一つの磁性体と、前記インダクタンス被検出面に対向するように隙間を設けて配設され、回転する前記インダクタンス被検出面、前記基準部、前記磁性体との間のインダクタンスに応じた信号を出力するインダクタンス検出部と、前記ロータの回転基準位置を検出して基準位相信号を発生する基準位相信号発生手段と、前記インダクタンス被検出面を回転させたときの複数の回転位相で前記インダクタンス検出部から出力された信号を抽出し、これら複数の信号を用いて所定の演算を行って磁性***置特定用パターンを算出し、前記磁性***置特定用パターンに基づいて基準部を特定し、このようにして特定された前記基準部の前記回転基準位置に対する位相角度を算出し、算出された位相角度と、前記基準部と前記磁性体との間の所定の位相角度とに基づいて磁性体の前記回転基準位置に対する位相角度を演算する演算手段と、前記演算手段で算出された前記磁性体の前記回転基準位置に対する位相角度に基づいて、前記インダクタンス検出部が磁性体に対向したときの前記インダクタンス信号を抽出し、該インダクタンス信号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。 The present invention provides a vacuum pump that exhausts gas by rotating a rotor with respect to a stator, and has a surface that extends in a circumferential direction around the rotation axis of the rotor, and has at least one concave or convex surface on the surface. an inductance the detected face having a reference portion which, Oite the inductance detected face is arranged with the reference portion and the predetermined phase angle, at least one magnetic material having a Curie temperature within a temperature monitoring range of the rotor And an inductance detection unit that outputs a signal corresponding to the inductance between the rotating inductance detection surface, the reference unit, and the magnetic body. When the reference phase signal generating means for generating a reference phase signal to detect the rotation reference position of the rotor, the inductance Extracting a signal output from the inductance detection unit at a plurality of rotation phase when rotating the sensed surface, and calculates the magnetic position specifying pattern by performing a predetermined calculation using the plurality of signals, A reference part is specified based on the magnetic body position specifying pattern, a phase angle of the reference part thus specified with respect to the rotation reference position is calculated, the calculated phase angle, the reference part, and the reference part to a predetermined and calculating means for calculating a phase angle relative to the rotation reference position of the magnetic body on the basis of the phase angle, the phase angle relative to the rotation reference position of the magnetic body that is calculated by the arithmetic means between the magnetic body Based on this, the inductance signal when the inductance detection unit faces the magnetic body is extracted, and the temperature estimation is performed to estimate the temperature of the rotor based on the inductance signal. Characterized by comprising a means.
本発明によれば、回転基準位置に対する磁性体の位置を演算部で算出するようにしたので、従来のように予め回転基準位置に対する磁性***置の位相差を計測しておく必要がなく、ポンプ組み立て作業が簡素化される。 According to the present invention, since the position of the magnetic body with respect to the rotation reference position is calculated by the calculation unit, there is no need to previously measure the phase difference of the magnetic body position with respect to the rotation reference position as in the prior art. Assembly work is simplified.
以下、図を参照して本発明を実施するため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とコントローラ３０の概略構成を示したものである。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a vacuum pump according to the present invention, and shows a schematic configuration of a
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。
The
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。ナット４２には、基準位相信号発生用のターゲット４５が設けられている。ナット４２と対向するステータ側には、ターゲット４５と対向する位置にギャップセンサ４３が設けられている。ギャップセンサ４３は、インダクタンス式のギャップセンサである。
A
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。
A plurality of stages of
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。
Further, a screw stator 11 constituting a drag pump stage is provided at the rear stage (downward in the drawing) of the
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。すなわち、フランジ１０１のギャップセンサ４４に対応する面は、インダクタンス被検出面になっている。後述するように、磁性体１０２がキュリー温度を越えた時の透磁率変化をギャップセンサ４４で検出することにより、ロータ温度を推定するようにしている。
In the turbo molecular pump of the present embodiment, in order to detect the rotor temperature in a non-contact manner, the
ターボ分子ポンプ本体１はコントローラ３０によって駆動制御される。コントローラ３０には、磁気軸受を駆動制御する磁気軸受駆動制御部３２およびモータ６を駆動制御するモータ駆動制御部３３が設けられている。検出部３１には、ギャップセンサ４３、４４の出力信号が入力される。検出部３１はギャップセンサ４４の出力信号に基づいて、ロータ温度モニタ信号を磁気軸受駆動制御部３２、モータ駆動制御部３３および警報部３４に出力する。もちろん、ロータ温度モニタ信号をコントローラ３０の外部に出力できる出力端子を設けても良い。警報部３４はロータ温度異常などの警報情報をオペレータに提示する警報手段であり、警告音を発生するスピーカや警告を表示する表示装置などにより構成される。
The turbo molecular pump
図２は、シャフト３の斜視図である。シャフト３のフランジ１０１には、２個の磁性体１０２と２個の凹部１０３とが、シャフト３の軸を中心に９０deg間隔で交互に配置されている。ギャップセンサ４４は、これらの磁性体１０２、凹部１０３と対向する位置に配置されている。磁性体１０２に用いられる磁性材料には、検出したい温度域すなわち温度監視範囲にキュリー温度を有する材料が選ばれる。一方、ナット４２に設けられた基準位相信号発生用のターゲット４５は、ギャップセンサ４３で検出されるインダクタンスが変化し、基準位相信号が得られるものであれば良い、例えば、ナット４２の底面に設けられた段差や穴等でも良い。
FIG. 2 is a perspective view of the
一般的には、ロータ２（図１参照）に用いられるアルミ材のクリープ変形の許容上限温度付近（約１２０〜１４０℃）にキュリー温度を有するフェライト等が選ばれる。図３（ａ）は磁性体１０２の透磁率の温度変化を示したものであり、温度がキュリー温度Ｔｃを越えると、透磁率は真空の透磁率μ０程度まで急激に低下する。図３（ｂ）は、透磁率が図３（ａ）のように変化した場合に、ギャップセンサ４４で検出されるインダクタンス変化を示したものである。このインダクタンス変化を検出することで、ロータ温度がキュリー温度Ｔｃを越えたか否かを検出する。
Generally, ferrite or the like having a Curie temperature near the allowable upper limit temperature (about 120 to 140 ° C.) of creep deformation of an aluminum material used for the rotor 2 (see FIG. 1) is selected. 3 (a) is shows the temperature change of the magnetic permeability of the
図４は、フランジ１０１に設けられた磁性体１０２および凹部１０３の角度範囲を示す図である。上述したように、磁性体１０２および凹部１０３は９０deg間隔で設けられている。各磁性体１０２の角度範囲は３０degであり、各凹部１０３の角度範囲は４５degである。ギャップセンサ４４はある程度の大きさを有するので、磁性体１０２の影響が出る角度範囲は厳密には３０degと異なる。しかし、ここでは説明を簡単にするため、ギャップセンサ４４の中心が磁性体１０２と対向する角度範囲３０degを、磁性体１０２の検出範囲とする。同様に、凹部１０３の検出範囲は４５degとする。その結果、ギャップセンサ４４がフランジ１０１の平面を検出する範囲は、それぞれ５２．５degとなる。
FIG. 4 is a diagram illustrating an angle range of the
図５は、検出部３１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４６から搬送波が印加される。検出部３１には、復調回路３１１、信号抽出部３１２、演算部３１３、比較部３１４が設けられている。ギャップセンサ４４に印加された搬送波は、ギャップセンサ４４のインダクタンス変化に応じて振幅変調される。ギャップセンサ４４から出力された変調波信号は、復調回路３１１で復調されることにより、図６に示すようなパルス状の信号が得られる。なお、ギャップセンサ４３はギャップセンサ４４と同様の構成を有しており、その出力は復調回路３１１に入力され、復調処理が行われて磁性***置決定に用いられる。
FIG. 5 is a block diagram illustrating the
図６は、フランジ１０１およびナット４２が設けられたシャフト３を時計回りに一回転させたときに、復調回路３１１から出力される信号の出力レベルを示したものである。図４の黒丸印の位置は基準位相信号位置（基準位相信号が発生する位置）を表しており、図６はこの基準位相信号位置を回転位相＝０として示したものである。図６において、磁性体部と示した部分は、ギャップセンサ４４が磁性体１０２と対向した時の信号を示し、凹部と示した部分は、ギャップセンサ４４が凹部１０３と対向した時の信号を示す。
FIG. 6 shows the output level of the signal output from the
また、磁性体１０２の透磁率は低温時（Ｔｃよりも低温）と高温時（Ｔｃよりも高温）とで異なるので、磁性体部の信号は、低温時と高温時とでレベルが異なる。ギャップセンサ４４がフランジ１０１の面と対向したときの信号レベルを１とした場合、凹部の信号レベルは０．１となる。磁性体部の信号レベルは、低温時は凹部と同じ０．１で、高温時は１．１となる。
Further, since the magnetic permeability of the
前述したように、従来は、フランジ１０１に設けられた磁性体１０２をギャップセンサ４４で検出するとともに、図４の破線で示すように、基準位相発生用ターゲット４５をギャップセンサ４３で検出し、取得された基準位相発生信号と予め計測した位相差とに基づいて磁性***置を特定し、磁性体信号をサンプリングするようにしていた。
As described above, conventionally, the
図７に示すように、ギャップセンサ４３の出力による基準位相発生信号のパルスの立ち上がり（基準位相信号）と、ギャップセンサ４４のセンサ信号（復調後の信号）に含まれる磁性体信号との間には、ターゲット取り付け時の状態に応じた位相差が生じる。従来は、位相差を予め計測して記憶しておくことで対応していた。
As shown in FIG. 7, between the rising edge (reference phase signal) of the pulse of the reference phase generation signal by the output of the
一方、本実施の形態では、基準位相信号位置からの所定位相を変化させてセンサ信号を検出し、その検出結果に基づいて磁性体の位置を特定するようにした。例えば、基準位相信号位置から所定回転位相ごとにセンサ信号をサンプリングすることで、図６のライン上のとびとびの点を取得することができる。これらの点のデータから、レベル１やレベル０．１のおよその回転位相範囲が分かるので、その範囲の中心から所定の回転位相だけ遡った位置が磁性***置であると特定することができる。すなわち、従来のように予め位相差を計測しておかなくても、磁性***置を特定することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the sensor signal is detected by changing the predetermined phase from the reference phase signal position, and the position of the magnetic body is specified based on the detection result. For example, by sampling the sensor signal for each predetermined rotation phase from the reference phase signal position, it is possible to acquire the discrete points on the line in FIG. Since the approximate rotational phase range of
ただし、高温時には磁性体部領域のレベルは０．１となるので、レベル０．１の領域が凹部なのか磁性体部なのか判断しにくい。そこで、図６の信号をそのまま用いるのではなく、以下に説明するような信号判定値ＳＨを用いることで、容易に磁性***置を特定できるようにした。 However, since the level of the magnetic part region is 0.1 at a high temperature, it is difficult to determine whether the level 0.1 region is a recess or a magnetic part. Therefore, the position of the magnetic body can be easily specified by using the signal determination value SH as described below, instead of using the signal of FIG. 6 as it is.
［磁性***置の決定方法］
図５に示す検出部３１の信号抽出部３１２では、図６に示した信号から、位相の異なる複数の信号をサンプリングする。ここでは、４５degの位相間隔で３点の信号をサンプリングする。演算部３１３では、サンプリングされた信号Ｓ１〜Ｓ３の各レベルに基づき、次式（１）に示す信号判定値ＳＨを算出する。
ＳＨ＝（Ｓ１−Ｓ３）／（Ｓ２−Ｓ３） …（１）
[Method of determining magnetic material position]
The
SH = (S1-S3) / (S2-S3) (1)
図８は、信号Ｓ１を基準位相信号発生と同時にサンプリングした場合の、信号Ｓ１〜Ｓ３の検出位置を示したものである。図８（ａ）の信号Ｓ１をサンプリング時には、ギャップセンサ４４は磁性体１０２と対向し、低温時においては信号Ｓ１のレベルは１．１となる。一方、高温時には磁性体１０２の透磁率が低下するため、サンプリングされる信号Ｓ１のレベルは０．１となる。
FIG. 8 shows detection positions of the signals S1 to S3 when the signal S1 is sampled simultaneously with the generation of the reference phase signal. When sampling the signal S1 in FIG. 8A, the
図８（ｂ）に示すように信号Ｓ２をサンプリングする際には、フランジ１０１は図８（ａ）の状態から４５deg回転し、ギャップセンサ４４はフランジ１０１の面に対向するようになる。その結果、取得される信号Ｓ２のレベルは１．０となる。
When sampling the signal S2 as shown in FIG. 8B, the
さらに、フランジ１０１が４５deg回転して図８（ｃ）の信号Ｓ３をサンプリングする際には、ギャップセンサ４４は凹部１０３と対向しているので、信号Ｓ３のレベルは０．１となる。その結果、信号判定値ＳＨは、低温時にはＳＨ＝１．０／０．９≒１．１と算出され、高温時にはＳＨ＝０／０．９＝０と算出される。
Further, when the
図８に示す例では、サンプリング開始位置と基準位相信号位置とが一致している場合であったが、サンプリング開始位置が反時計回り方向にずれていると信号判定値ＳＨの値は変化する。以下では、このずれを所定位相と呼ぶことにする。この所定位相を０degから１８０degまで変えて信号判定値ＳＨを求めると、図９に示すようなグラフが得られる。 In the example shown in FIG. 8, the sampling start position and the reference phase signal position coincide with each other. However, when the sampling start position is deviated in the counterclockwise direction, the signal determination value SH changes. Hereinafter, this shift is referred to as a predetermined phase. When this predetermined phase is changed from 0 deg to 180 deg to obtain the signal determination value SH, a graph as shown in FIG. 9 is obtained.
図１０〜１２は、図９の各所定位相範囲における磁性体１０２，凹部１０３との位置関係、および、そのときの信号判定値ＳＨの値を示したものである。図１０（ａ）は所定位相が０〜３０degの範囲であった場合に、信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３がサンプリングされる位置を示しており、実線と破線と間の領域においてギャップセンサ４４が対向する。この場合、各信号Ｓ１〜Ｓ３のレベルは図８に示した場合と同じであり、信号判定値ＳＨは、ＳＨ≒１．１（低温時）、またはＳＨ＝０（高温時）と算出される。
10 to 12 show the positional relationship between the
図１０（ｂ）に示す所定位相範囲（３０〜３７．５deg）の場合には、信号Ｓ１〜Ｓ３のレベルはそれぞれ１．０、１．０、０．１となる。その結果、信号判定値ＳＨは、ＳＨ＝０．９／０．９＝１と算出される。 In the case of the predetermined phase range (30 to 37.5 deg) shown in FIG. 10B, the levels of the signals S1 to S3 are 1.0, 1.0, and 0.1, respectively. As a result, the signal determination value SH is calculated as SH = 0.9 / 0.9 = 1.
図１０（ｃ）は所定位相範囲（３７．５〜８２．５deg）の場合を示し、信号Ｓ１〜Ｓ３のレベルはそれぞれ１．０、０．１、１．０となる。その結果、信号判定値ＳＨは、ＳＨ＝０／（−０．９）＝０と算出される。 FIG. 10C shows the case of a predetermined phase range (37.5 to 82.5 deg), and the levels of the signals S1 to S3 are 1.0, 0.1, and 1.0, respectively. As a result, the signal determination value SH is calculated as SH = 0 / (− 0.9) = 0.
図１０（ｄ）は所定位相範囲（８２．５〜９０deg）の場合を示し、信号Ｓ１〜Ｓ３のレベルはそれぞれ０．１、１．０、１．０となる。その結果、信号判定値ＳＨは、ＳＨ＝（−０．９）／０となる。この場合、式の上ではＳＨの値は（−∞）となるが、実際に得られるＳＨの大きさが無限大となることはない。一般的には、ＳＨの演算値（絶対値）が所定値（例えば、４００等の大きな値）以上となったならば、この状態になっていると判定することができる。なお、以下では、説明を分かりやすくするために、ＳＨの演算値（絶対値）が所定値以上である場合は、「信号判定値ＳＨは無限大（∞）である」と称することにする。 FIG. 10D shows the case of a predetermined phase range (82.5 to 90 deg), and the levels of the signals S1 to S3 are 0.1, 1.0, and 1.0, respectively. As a result, the signal determination value SH is SH = (− 0.9) / 0. In this case, the value of SH is (−∞) in the equation, but the size of the actually obtained SH is never infinite. In general, if the calculated value (absolute value) of SH is equal to or greater than a predetermined value (for example, a large value such as 400), it can be determined that this state has been reached. Hereinafter, in order to make the explanation easy to understand, when the calculated value (absolute value) of SH is equal to or larger than a predetermined value, it is referred to as “the signal determination value SH is infinite (∞)”.
図１１（ａ）は所定位相範囲（９０〜１２０deg）の場合を示し、低温時の信号Ｓ１〜Ｓ３のレベルはそれぞれ０．１、１．０、１．１となり、高温時の信号Ｓ１〜Ｓ３のレベルは０．１、１．０、０．１となる。その結果、信号判定値ＳＨは、低温時にはＳＨ＝（−１．０）／（−０．１）＝１０と算出され、高温時にはＳＨ＝０／（−０．１）＝０と算出される。 FIG. 11A shows the case of a predetermined phase range (90 to 120 deg), and the levels of the signals S1 to S3 at the low temperature are 0.1, 1.0, and 1.1, respectively, and the signals S1 to S3 at the high temperature are shown. The levels are 0.1, 1.0, and 0.1. As a result, the signal determination value SH is calculated as SH = (− 1.0) / (− 0.1) = 10 at a low temperature, and calculated as SH = 0 / (− 0.1) = 0 at a high temperature. .
図１１（ｂ）は所定位相範囲（１２０〜１２７．５deg）の場合を示し、信号Ｓ１〜Ｓ３のレベルはそれぞれ０．１、１．０、１．０となる。その結果、信号判定値ＳＨは、ＳＨ＝（−０．９）／０と算出され、無限大（∞）となる。 FIG. 11B shows the case of a predetermined phase range (120 to 127.5 deg), and the levels of the signals S1 to S3 are 0.1, 1.0, and 1.0, respectively. As a result, the signal determination value SH is calculated as SH = (− 0.9) / 0 and becomes infinite (∞).
図１１（ｃ）は所定位相範囲（１２７．５〜１３５deg）の場合を示し、信号Ｓ１〜Ｓ３のレベルはそれぞれ１．０、１．０、１．０となる。その結果、信号判定値ＳＨは、ＳＨ＝０／０と算出され、無限大（∞）となる。 FIG. 11C shows the case of a predetermined phase range (127.5 to 135 deg), and the levels of the signals S1 to S3 are 1.0, 1.0, and 1.0, respectively. As a result, the signal determination value SH is calculated as SH = 0/0 and becomes infinite (∞).
図１１（ｄ）は所定位相範囲（１３５〜１６５deg）の場合を示し、低温時の信号Ｓ１〜Ｓ３のレベルはそれぞれ１．０、１．１、１．０となり、高温時の信号Ｓ１〜Ｓ３のレベルは１．０、０．１、１．０となる。その結果、信号判定値ＳＨは、低温時にはＳＨ＝０／０．１＝０と算出され、高温時にはＳＨ＝０／（−０．９）＝０と算出される。すなわち、この所定位相＝１３５〜１６５degの範囲では、磁性体１０２の透磁率が温度により変化しても、信号判定値ＳＨはゼロのまま変化しない。
FIG. 11D shows the case of a predetermined phase range (135 to 165 deg), and the levels of the signals S1 to S3 at the low temperature are 1.0, 1.1, and 1.0, respectively, and the signals S1 to S3 at the high temperature. The levels are 1.0, 0.1, and 1.0. As a result, the signal determination value SH is calculated as SH = 0 / 0.1 = 0 at a low temperature, and SH = 0 / (− 0.9) = 0 at a high temperature. That is, in the range of the predetermined phase = 135 to 165 deg., Even if the magnetic permeability of the
図１２（ａ）は所定位相範囲（１６５〜１７２．５deg）の場合を示し、信号Ｓ１〜Ｓ３のレベルはそれぞれ１．０、１．０、１．０となる。その結果、信号判定値ＳＨは、ＳＨ＝０／０と算出され、無限大（∞）となる。 FIG. 12A shows the case of a predetermined phase range (165 to 172.5 deg), and the levels of the signals S1 to S3 are 1.0, 1.0, and 1.0, respectively. As a result, the signal determination value SH is calculated as SH = 0/0 and becomes infinite (∞).
図１２（ｂ）は所定位相範囲（１７２．５〜１８０deg）の場合を示し、信号Ｓ１〜Ｓ３のレベルはそれぞれ１．０、１．０、０．１となる。その結果、信号判定値ＳＨは、ＳＨ＝０．９／０．９＝１と算出される。所定位相範囲が１８０〜３６０degの場合は、０〜１８０degのパターンがそのまま繰り返されるので、説明を省略する。 FIG. 12B shows the case of a predetermined phase range (172.5 to 180 deg), and the levels of the signals S1 to S3 are 1.0, 1.0, and 0.1, respectively. As a result, the signal determination value SH is calculated as SH = 0.9 / 0.9 = 1. When the predetermined phase range is 180 to 360 deg, the pattern of 0 to 180 deg is repeated as it is, and the description thereof is omitted.
このように、信号Ｓ１〜Ｓ３のサンプリングを所定位相＝０〜１８０degにわたって多
数行うことにより、図９に示すようなグラフが取得されることになる。基準位相信号位置はナット４２の取り付け状態によって異なるので、図９の横軸の原点位置はポンプ毎に異なることになる。図９の場合、図８に示すように、右側の磁性体１０２の中心位置から時計回りに１５degだけ位相がずれた位置が基準位相信号位置となるように、ナット４２が取り付けられている。そのため、対象としているポンプの基準位相信号位置が図８に示すものであった場合には、ロータ回転中に任意の所定位相において信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をサンプリングすると、信号Ｓ１をサンプリングした時の所定位相に応じた信号判定値ＳＨが図９から得られる。
As described above, by performing many samplings of the signals S1 to S3 over a predetermined phase = 0 to 180 deg, a graph as shown in FIG. 9 is obtained. Since the reference phase signal position varies depending on the mounting state of the
図９に示すラインの形状は、すなわち、レベル０、１、１．１、１０、∞を取るラインの数、長さ、相対的な位置関係は、フランジ１０１における磁性体１０２、凹部１０３の形状および配置によって一義的に決まるものである。すなわち、対象としているポンプの位相差の値に関係なく、基準位相信号位置からの所定位相を０deg，５deg，１５deg，・・・のように変えて信号Ｓ１〜Ｓ３のサンプリングを繰り返し行い、各々の信号判定値ＳＨをプロットすれば、図９に示すライン上の点が５deg間隔で得られることになる。ただし、横軸（所定位相）の原点の位置は位相差に応じて異なる。
The shape of the line shown in FIG. 9, that is, the number, length, and relative positional relationship of the
信号判定値ＳＨのグラフの形状は、上述したように磁性体１０２および凹部１０３の構成によって一義的に決まるので、例えば、最初に現れる∞領域と信号判定値ＳＨのレベルが１．１の領域の中心位置（１５deg）との所定位相の差は、あらかじめ分かっている。図９に示す例では、無限大（∞）領域の中心は約８６degで、レベル１．１のラインの中心位置は１５degなので、所定位相の差は７１degである。このとき、信号判定値ＳＨは、高温・低温に関係なく、「１→０→∞」のように変化する。このようなパターンでＳＨが変化するのは、最初に現れる∞領域に関するものだけであり、ＳＨの変化パターンで図９の最初の∞領域を特定することができる。
Since the shape of the graph of the signal determination value SH is uniquely determined by the configuration of the
すなわち、算出される信号判定値ＳＨの値が、「１→０→∞」のように推移してＳＨ＝∞が得られたならば（図１０（ｄ）参照）、そのときの所定位相から７１degだけ遡った所定位相＝１５degにおいて、信号Ｓ１検出時のギャップセンサ４４の位置が磁性体１０２の中心位置にほぼ一致することになる（図１０（ａ）参照）。この所定位相＝１５degが、図７に示す基準位相信号と磁性体信号との位相差である。この７１degという値は、図８に示す基準位相信号位置に限らず、基準位相信号位置がどの位置であった場合でも同じである。
That is, if the calculated signal determination value SH changes as “1 → 0 → ∞” and SH = ∞ is obtained (see FIG. 10D), the predetermined phase at that time is calculated. At a predetermined phase of 15 deg going back by 71 deg, the position of the
上述したように基準位相信号位置から５deg間隔で信号判定値ＳＨを算出した場合、８５degでＳＨ＝∞が算出されるので、７１deg遡った位置は所定位相＝１４degとなる。よって、基準位相信号発生から計って所定位相＝１４degの時点のセンサ信号を抽出すれば、磁性体１０２の中心位置からは１degずれてはいるが、磁性***置の信号を検出することができる。
As described above, when the signal determination value SH is calculated at intervals of 5 deg from the reference phase signal position, since SH = ∞ is calculated at 85 deg, the position retroactive 71 deg becomes the predetermined phase = 14 deg. Therefore, if the sensor signal at the time when the predetermined phase = 14 deg is extracted from the generation of the reference phase signal, the signal at the magnetic body position can be detected although it is shifted by 1 deg from the center position of the
実際には、温度計測を行う前に上述した一連の処理を行い、ＳＨ＝∞が得られたならば、その時の所定位相から７１degだけ減算したものを位相差として採用し、その位相差でサンプリングされる信号を磁性***置の信号として用いる。なお、ポンプ運転開始時に、位相差を算出し記憶しておき、温度計測時に記憶していた位相差を用いて磁性***置の信号をサンプリングしても良い。 Actually, the above-described series of processing is performed before temperature measurement, and if SH = ∞ is obtained, a value obtained by subtracting 71 deg from the predetermined phase at that time is adopted as the phase difference, and sampling is performed with the phase difference. To be used as a magnetic position signal. Note that the phase difference may be calculated and stored at the start of the pump operation, and the magnetic position signal may be sampled using the phase difference stored at the time of temperature measurement.
図４のように磁性体１０２および凹部１０３を設けるとともに、信号判定値ＳＨを式（１）のように設定することで、信号判定値ＳＨの信号レベルが無限大となる幅の狭い領域が得られ、位相減算の起点を特定しやすい。例えば、信号レベル１で位相減算の起点を特定しようとした場合、信号レベル１．１との判別が難しく、起点の特定がしにくい。また、凹部１０３を設けなかった場合、式（１）を用いた場合であっても無限大の領域が幅広くなり、位相減算の起点の特定がし難くなる。もちろん、位相減算の起点を、一定の信号判定値ＳＨが得られる領域に指定しても構わない。
As shown in FIG. 4, the
図５に戻って、信号Ｓ１〜Ｓ３のサンプリングを信号抽出部３１２で行い、信号判定値ＳＨの演算および位相差の演算を演算部３１３で行う。その位相差は信号抽出部３１２へと送られ、信号抽出部３１２は磁性***置の信号（磁性体信号）を抽出し比較部３１４へと出力する。比較部３１４は、磁性体信号のレベルを閾値レベル（例えば、図６の信号レベル＝０．６）と比較し、ロータ温度がキュリー温度Ｔｃより低温であるか、高温であるかを推定する。その比較結果は、ロータ温度モニタ信号として検出部３１から出力される。
Returning to FIG. 5, the signals S <b> 1 to S <b> 3 are sampled by the
なお、信号判定値ＳＨに式は、上述したものに限らず、Ｓ２−Ｓ３やＳ２／Ｓ３等の和、差、積、比や、これらの組み合わせであっても良い。また、磁性体１０２、凹部１０３の配置についても、上述したものに限定されず、凹部の代わりに凸部を設けても構わない。
The expression for the signal determination value SH is not limited to that described above, and may be a sum, a difference, a product, a ratio, or a combination of S2-S3 and S2 / S3. Further, the arrangement of the
図１３は、磁性体１０２および凹部１０３の他の配置例を示したものである。信号Ｓ１〜Ｓ３は、Ｓ１（0deg）→Ｓ２（310deg）→Ｓ３（490deg）のようにサンプリングしても良いし、Ｓ１（0deg）→Ｓ３（130deg）→Ｓ２（310deg）のようにサンプリングしても良い。この場合、回転に伴って得られるセンサ出力信号（復調後の信号）は、図１４のようになる。
FIG. 13 shows another arrangement example of the
また、式（１）で算出される信号判定値ＳＨは、所定位相に対して図１５のように変化する。図１５に示す２番目の無限大領域について考えると、その前後における信号判定値ＳＨの変化は、高温・低温に関係なく「０→∞→１」のように変化する。温度に関係なくこのようなパターンでＳＨが変化するのは、図１５では２番目の無限大領域の前後だけである。すなわち、信号判定値ＳＨの変化で図１５の左から２番目の無限大領域を特定することができる。 Further, the signal determination value SH calculated by the equation (1) changes as shown in FIG. 15 with respect to a predetermined phase. Considering the second infinite region shown in FIG. 15, the change of the signal determination value SH before and after that changes as “0 → ∞ → 1” regardless of the high temperature / low temperature. The SH changes in such a pattern regardless of the temperature only before and after the second infinite region in FIG. That is, the second infinite area from the left in FIG. 15 can be specified by the change in the signal determination value SH.
この２番目の無限大領域の中心は１０５degで磁性体１０２の中心は１５degなので、減算すべき値は９０degとなる。すなわち、２番目の無限大領域を検出したときの所定位相から９０degを減算することで、磁性体信号と基準位相信号との位相差を求めることができる。
Since the center of the second infinite region is 105 deg and the center of the
以上説明したように、基準信号を発生させるターゲット４５と磁性体１０２とが別部材に取り付けられていている場合であっても、基準位相信号位置からの所定位相を変化させてセンサ信号を検出し、その検出結果に基づいて磁性体の位置を特定するようにした。そのため、従来のように予め計測された位相差データを保持しておく必要がなく、組立時の位相調整や位相差計測などが不要となる。また、精度良い組み付けを必要としない。その結果、ターボ分子ポンプのコストダウンを図ることができる。
As described above, even when the
なお、上述した実施の形態では、基準信号用センサとしてインダクタンス式のセンサを用いたが、本発明はセンサの形式には限定されず、例えば、ホールセンサを用いたものにも適用することができる。さらに、ターボ分子ポンプに限らず、回転式の真空ポンプにも同様に適用することができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。 In the above-described embodiment, the inductance type sensor is used as the reference signal sensor. However, the present invention is not limited to the sensor type, and can be applied to, for example, a sensor using a Hall sensor. . Furthermore, the present invention can be similarly applied not only to a turbo molecular pump but also to a rotary vacuum pump. In addition, the present invention is not limited to the above embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired.
１：ポンプ本体、２：ロータ、３：シャフト、３０：コントローラ、３１：検出部、４２：ナット、４３，４４：ギャップセンサ、４５：基準位相信号発生用ターゲット、４６：搬送波生成回路、１０１：フランジ、１０２：磁性体、１０３：凹部、３１１：復調回路、３１２：信号抽出部、３１３：演算部、３１４：比較部、 1: pump body, 2: rotor, 3: shaft, 30: controller, 31: detection unit, 42: nut, 43, 44: gap sensor, 45: target for generating a reference phase signal, 46: carrier wave generation circuit, 101: Flange, 102: magnetic material, 103: recess, 311: demodulation circuit, 312: signal extraction unit, 313: calculation unit, 314: comparison unit,
Claims (1)
（ａ）前記ロータの回転軸を中心として円周方向に広がる面を備え、その表面に少なくとも一つの凹設または凸設する基準部を有するインダクタンス被検出面と、
（ｂ）前記インダクタンス被検出面において、前記基準部と所定の位相角度をもって配設され、前記ロータの温度監視範囲内にキュリー温度を有する少なくとも一つの磁性体と、
（ｃ）前記インダクタンス被検出面に対向するように隙間を設けて配設され、回転する前記インダクタンス被検出面、前記基準部、前記磁性体との間のインダクタンスに応じた信号を出力するインダクタンス検出部と、
（ｄ）前記ロータの回転基準位置を検出して基準位相信号を発生する基準位相信号発生手段と、
（ｅ）前記インダクタンス被検出面を回転させたときの複数の回転位相で前記インダクタンス検出部から出力された信号を抽出し、これら複数の信号を用いて所定の演算を行って磁性***置特定用パターンを算出し、前記磁性***置特定用パターンに基づいて基準部を特定し、このようにして特定された前記基準部の前記回転基準位置に対する位相角度を算出し、算出された位相角度と、前記基準部と前記磁性体との間の所定の位相角度とに基づいて磁性体の前記回転基準位置に対する位相角度を演算する演算手段と、
（ｆ）前記演算手段で算出された前記磁性体の前記回転基準位置に対する位相角度に基づいて、前記インダクタンス検出部が磁性体に対向したときの前記インダクタンス信号を抽出し、該インダクタンス信号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る真空ポンプ。 In a vacuum pump that exhausts gas by rotating the rotor relative to the stator,
(A) an inductance detected surface having a surface extending in the circumferential direction around the rotation axis of the rotor, and having at least one concave or convex reference portion on the surface;
(B) Oite the inductance detected face is arranged with the reference portion and the predetermined phase angle, and at least one magnetic material having a Curie temperature within a temperature monitoring range of the rotor,
(C) Inductance detection that outputs a signal corresponding to the inductance between the rotating inductance detection surface, the reference portion, and the magnetic body, which is disposed with a gap so as to face the inductance detection surface. And
(D) reference phase signal generating means for detecting a rotation reference position of the rotor and generating a reference phase signal;
(E) Extracting signals output from the inductance detector at a plurality of rotational phases when the inductance detection surface is rotated, and performing a predetermined calculation using the plurality of signals to specify the position of the magnetic body Calculating a pattern, specifying a reference portion based on the magnetic body position specifying pattern, calculating a phase angle of the reference portion thus specified with respect to the rotation reference position, and calculating the phase angle; An arithmetic means for calculating a phase angle of the magnetic body relative to the rotation reference position based on a predetermined phase angle between the reference portion and the magnetic body ;
(F) Extracting the inductance signal when the inductance detection unit faces the magnetic body based on the phase angle of the magnetic body with respect to the rotation reference position calculated by the calculation means, and based on the inductance signal A vacuum pump comprising temperature estimation means for estimating the temperature of the rotor.
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