[發明專利]一種磁懸浮分子泵動平衡方法

有效

• 申請號: 201110399359.7
• 申請日: 2011-12-05
• 公開（公告）號: CN102444607A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 張剴;武涵;李奇志;張小章;鄒蒙
• 申請（專利權）人: 北京中科科儀技術發展有限責任公司;清華大學
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

技術領域

本發明涉及真空獲得設備技術領域，特別是一種磁懸浮分子泵動平衡方法。?

背景技術

分子泵是一種真空泵，它是利用高速旋轉的轉子葉輪把動量傳遞給氣體分子，使之獲得定向速度，從而使氣體被壓縮、并被驅向至排氣口、再被前級泵抽走。磁懸浮分子泵是一種采用磁軸承(又稱主動磁懸浮軸承)作為分子泵轉子支承的分子泵，它利用磁軸承將轉子穩定地懸浮在空中，使轉子在高速工作過程中與定子之間沒有機械接觸，具有無機械磨損、能耗低、允許轉速高、噪聲低、壽命長、無需潤滑等優點，目前磁懸浮分子泵廣泛地應用于高真空度、高潔凈度真空環境的獲得等領域中。?

磁懸浮分子泵的內部結構如圖1所示，所述磁懸浮分子泵的轉子包括轉子軸7和與所述轉子軸7固定連接的葉輪1。所述葉輪1固定安裝在所述轉子軸7的上部；所述轉子軸7上依此間隔地套設有第一徑向磁軸承6、電機8和第二徑向磁軸承9等裝置，上述裝置共同構成了所述磁懸浮分子泵的轉子軸系。?

在磁懸浮分子泵裝配完成后，由于轉子各零件加工精度差異等問題，會造成轉子上存在不平衡質量(不平衡質量，是指位于轉子特定半徑處的質量，該質量與向心加速度的乘積等于不平衡離心力。)，當不平衡質量遠大于10毫克時，該不平衡質量將使轉子的重心與軸心產生一個明顯偏心矩，在轉子旋轉升速過程中，轉子不平衡質量引起的離心慣性力會造成轉子的橫向機械振動(通常為徑向振動)影響系統正常工作。另外，磁懸浮分子泵轉子的正?常工作速度處于超過轉子剛性臨界轉速的高速區，上述不平衡質量還會導致轉子的轉速無法直接升高到其工作轉速，磁懸浮分子泵不能正常工作。其中，轉子剛性臨界轉速是指轉子轉動頻率與轉子軸承系統的剛性共振頻率相等時所對應的轉速；而超過轉子剛性臨界轉速的高速區可稱為超剛性臨界轉速區。?

現有技術中有一種能夠抑制磁懸浮轉子系統中轉子等高速旋轉的旋轉體在升速、降速過程中產生的不平衡振動的方法，稱為“不平衡振動控制方法”。如中國期刊文獻《磁懸浮軸承系統不平衡振動控制的方法》(張德魁，江偉，趙鴻賓，清華大學學報(自然科學版)2000年，第40卷，第10期)中介紹了兩種不平衡振動控制方法：一種是力自由控制(force?free?control)，其基本思想是產生一個和轉子位移/振動信號同相位、同幅度的補償信號，用以抵消轉子振動的同頻信號，使控制器對同步振動信號不響應；另一種是開環前饋控制(open?loop?feedforward?control)(或稱為力控制)，其基本思想是提取轉子振動信號的同頻振動分量，然后由另外的前饋控制產生相應的控制信號，疊加到主控制器的控制信號中。?

而如中國專利文獻CN101261496A中公開了一種磁懸浮飛輪高精度主動振動控制系統，包括位移傳感器、電流傳感器、磁軸承控制器和磁軸承功率放大器。其中磁軸承控制器包括穩定控制器、偏心估計、磁力補償和作用開關。該專利在穩定控制的基礎上，引入偏心估計和磁力補償，利用飛輪不平衡振動參數，對飛輪整個轉速范圍內不平衡量和位移負剛度進行補償，從而實現飛輪在整個轉速范圍內的不平衡振動控制，使飛輪在整個升、降速過程中都能夠高精度地繞慣性主軸運轉。再如中國專利文獻CN?101046692A中公開了一種磁懸浮反作用飛輪開環高精度不平衡振動控制系統，包括位移傳感器、位移信號接口電路、轉速檢測裝置、磁軸承控制器、磁軸承功率放大驅動電路和飛輪位置鑒別裝置。磁軸承控制器包括軸向磁軸承控制器和徑向磁軸承控制器，徑向磁軸承控制器由穩定控制器和不平衡振動控制器兩部分組成，其中不平衡振動控制器對穩定控制器的位移反饋進行補償。在穩定控制的基礎上，引入不平衡振動控制，利用飛輪高速時識別的飛輪不平衡振動參?數，并結合飛輪位置鑒別裝置獲得的飛輪轉子當前位置，對飛輪整個轉速范圍進行開環高精度不平衡振動控制，從而實現飛輪在整個轉速范圍內的不平衡振動控制，使飛輪的在整個升、降速過程中都能夠高精度運轉。?

上述兩篇專利文獻即為“不平衡振動控制方法”的具體應用，然而由于“不平衡振動控制方法”的調整控制力有限，只有在旋轉體的不平衡質量在一定閾值范圍內時才能抑制旋轉體的不平衡振動，也就是說，“不平衡振動控制方法”不能徹底解決由于存在不平衡質量而引起的轉子振動問題。所以，當轉子存在較大不平衡質量時，不能利用“不平衡振動控制方法”來實現振動抑制、使轉子的轉速直接超過轉子剛性臨界轉速，到達其正常工作轉速。?

因此，在磁懸浮分子泵裝配完成之后必須對其轉子進行動平衡操作，所謂“動平衡”是指存在不平衡質量的轉子經過測量其不平衡質量大小和相位后，加以矯正、消除其不平衡質量，使轉子在旋轉時不致產生不平衡離心力的操作。?