[发明专利]一种磁悬浮分子泵动平衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及真空获得设备技术领域，特别是一种磁悬浮分子泵动平衡方法。 

背景技术

分子泵是一种真空泵，它是利用高速旋转的转子叶轮把动量传递给气体分子，使之获得定向速度，从而使气体被压缩、并被驱向至排气口、再被前级泵抽走。磁悬浮分子泵是一种采用磁轴承(又称主动磁悬浮轴承)作为分子泵转子支承的分子泵，它利用磁轴承将转子稳定地悬浮在空中，使转子在高速工作过程中与定子之间没有机械接触，具有无机械磨损、能耗低、允许转速高、噪声低、寿命长、无需润滑等优点，目前磁悬浮分子泵广泛地应用于高真空度、高洁净度真空环境的获得等领域中。 

磁悬浮分子泵的内部结构如图1所示，所述磁悬浮分子泵的转子包括转子轴7和与所述转子轴7固定连接的叶轮1。所述叶轮1固定安装在所述转子轴7的上部；所述转子轴7上依此间隔地套设有第一径向磁轴承6、电机8和第二径向磁轴承9等装置，上述装置共同构成了所述磁悬浮分子泵的转子轴系。 

在磁悬浮分子泵装配完成后，由于转子各零件加工精度差异等问题，会造成转子上存在不平衡质量(不平衡质量，是指位于转子特定半径处的质量，该质量与向心加速度的乘积等于不平衡离心力。)，当不平衡质量远大于10毫克时，该不平衡质量将使转子的重心与轴心产生一个明显偏心矩，在转子旋转升速过程中，转子不平衡质量引起的离心惯性力会造成转子的横向机械振动(通常为径向振动)影响系统正常工作。另外，磁悬浮分子泵转子的正 常工作速度处于超过转子刚性临界转速的高速区，上述不平衡质量会导致转子的转速无法直接升高到其工作转速，磁悬浮分子泵不能正常工作。其中，转子刚性临界转速是指转子转动频率与转子轴承系统的刚性共振频率相等时所对应的转速；而超过转子刚性临界转速的高速区可称为超刚性临界转速区。 

现有技术中有一种能够抑制磁悬浮转子系统中转子等高速旋转的旋转体在升速、降速过程中产生的不平衡振动的方法，称为“不平衡振动控制方法”。如中国期刊文献《磁悬浮轴承系统不平衡振动控制的方法》(张德魁，江伟，赵鸿宾，清华大学学报(自然科学版)2000年，第40卷，第10期)中介绍了两种不平衡振动控制方法：一种是力自由控制(force free control)，其基本思想是产生一个和转子位移/振动信号同相位、同幅度的补偿信号，用以抵消转子振动的同频信号，使控制器对同步振动信号不响应；另一种是开环前馈控制(open loop feedforward control)(或称为力控制)，其基本思想是提取转子振动信号的同频振动分量，然后由另外的前馈控制产生相应的控制信号，叠加到主控制器的控制信号中。 

而如中国专利文献CN101261496A中公开了一种磁悬浮飞轮高精度主动振动控制系统，包括位移传感器、电流传感器、磁轴承控制器和磁轴承功率放大器。其中磁轴承控制器包括稳定控制器、偏心估计、磁力补偿和作用开关。该专利在稳定控制的基础上，引入偏心估计和磁力补偿，利用飞轮不平衡振动参数，对飞轮整个转速范围内不平衡量和位移负刚度进行补偿，从而实现飞轮在整个转速范围内的不平衡振动控制，使飞轮在整个升、降速过程中都能够高精度地绕惯性主轴运转。再如中国专利文献CN101046692A中公开了一种磁悬浮反作用飞轮开环高精度不平衡振动控制系统，包括位移传感器、位移信号接口电路、转速检测装置、磁轴承控制器、磁轴承功率放大驱动电路和飞轮位置鉴别装置。磁轴承控制器包括轴向磁轴承控制器和径向磁轴承控制器，径向磁轴承控制器由稳定控制器和不平衡振动控制器两部分组成，其中不平衡振动控制器对稳定控制器的位移反馈进行补偿。在稳定控制的基础上，引入不平衡振动控制，利用飞轮高速时识别的飞轮不平衡振动参 数，并结合飞轮位置鉴别装置获得的飞轮转子当前位置，对飞轮整个转速范围进行开环高精度不平衡振动控制，从而实现飞轮在整个转速范围内的不平衡振动控制，使飞轮的在整个升、降速过程中都能够高精度运转。 

上述两篇专利文献即为“不平衡振动控制方法”的具体应用，然而由于“不平衡振动控制方法”的调整控制力有限，只有在旋转体的不平衡质量在一定阈值范围内时才能抑制旋转体的不平衡振动，也就是说，“不平衡振动控制方法”不能彻底解决由于存在不平衡质量而引起的转子振动问题。所以，当转子存在较大不平衡质量时，不能利用“不平衡振动控制方法”来实现振动抑制、使转子的转速直接超过转子刚性临界转速，到达其正常工作转速。 

因此，在磁悬浮分子泵装配完成之后必须对其转子进行动平衡操作，所谓“动平衡”是指存在不平衡质量的转子经过测量其不平衡质量大小和相位后，加以矫正、消除其不平衡质量，使转子在旋转时不致产生不平衡离心力的操作。