[发明专利]一种获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法

说明书

技术领域

本发明涉及真空获得设备技术领域，具体涉及一种获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法。

背景技术

磁悬浮分子泵是一种采用磁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。

磁悬浮分子泵的一般内部结构如图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的中部依次间隔地套设有第一径向保护轴承4、第一径向位移传感器5、第一径向磁轴承6、电机8、第二径向磁轴承9、第二径向位移传感器10和第二径向保护轴承11等。其中，径向保护轴承(所述第一径向保护轴承4和所述第二径向保护轴承11)的内径小于径向磁轴承(所述第一径向磁轴承6和所述第二径向磁轴承9)的内径。理论上，所述第一径向磁轴承6和所述第二径向磁轴承同轴9，所述第一径向保护轴承4和所述第二径向保护轴承同轴11，且所述径向保护轴承和所述径向磁轴承同轴，即所述径向保护轴承定子内圆中心和所述径向磁轴承定子内圆中心重合。

所述磁悬浮分子泵还配置有控制其运转的控制器2，所述控制器2根据径向位移传感器(所述第一径向位移传感器5和所述第二径向位移传感器10)的输出信号运算分析得出转子的径向位移，进而驱动相应的所述径向磁轴承输出电磁力对转子的径向运动进行控制。其中，设置所述径向保护轴承的目的在于：当所述控制器2出现故障或者由于外界扰动引起转子失稳跌落时，由于所述径向保护轴承的内径小于所述径向磁轴承定子的内径，失稳的转子会直接跌落在所述径向保护轴承上，而不会接触到所述径向磁轴承，由此对所述径向磁轴承起到保护作用。

现有磁悬浮分子泵中的径向磁轴承包括径向磁轴承定子，径向磁轴承定子的内壁均匀地设置有2^N个磁极，N为整数且2≤N≤5。将2^N个磁极分为X向磁极对组和Y向磁极对组，X向磁极对组和Y向磁极对组各包含两个相对设置的磁极对，分别为X正向磁极对和X负向磁极对，Y正向磁极对和Y负向磁极对。每个磁极对中包含2^N-2个磁极，且每个磁极对上分别缠绕有线圈。其中，X正向磁极对和X负向磁极对上分别缠绕有X正向磁极对线圈和X负向磁极对线圈，通电后的X正向磁极对线圈和X负向磁极对线圈产生吸力，分别对转子施加X正向电磁力和X负向电磁力；同样地，Y正向磁极对线圈和Y负向磁极对线圈上分别缠绕有Y正向磁极对线圈和Y负向磁极对线圈，通电后的Y正向磁极对线圈和Y负向磁极对线圈产生吸力，分别对转子施加Y正向电磁力和Y负向电磁力。

如图2所示，以N＝3为例，8个磁极均匀地设置在径向磁轴承定子的内壁，8个磁极形成4个磁极对I-IV，磁极对I和磁极对III构成X向磁极对组，磁极对II和磁极对IV构成Y向磁极对组，磁极对I-IV上均缠绕有线圈。其中，磁极对I线圈和磁极对III线圈分别对转子施加X正向电磁力和X负向电磁力；而磁极对II线圈和磁极对IV线圈分别对转子施加Y正向电磁力和Y负向电磁力。

理论上，控制器可以通过控制径向磁轴承各个磁极对线圈中的电流，使转子稳定地悬浮于所述径向保护轴承定子内圆内的任意一点，并且在磁悬浮分子泵工作过程中，当转子受外界扰动力作用而发生运动时，控制器也能通过调整径向磁轴承各个磁极对线圈中电流的大小，来对转子相应地施加X方向电磁力或Y方向电磁力，从而克服外界扰动力对转子的影响，使转子复位。

根据安培环路定律，径向磁轴承各个磁极对线圈产生的电磁力大小与转子到磁极对线圈的距离的平方呈反比。因此，各个磁极对线圈所产生的电磁力与转子到磁极对线圈的距离呈非线性关系。根据现有磁悬浮分子泵控制理论，可知当转子悬浮于径向磁轴承定子内圆中心，且转子偏离中心的位移较小时，可以将径向磁轴承各个磁极对产生的电磁力与转子到磁极对的距离的关系近似为线性关系，从而简化控制过程。而且，当转子悬浮于径向磁轴承定子内圆中心时，转子与径向磁轴承各个磁极对线圈的距离相等，径向磁轴承各磁极对线圈通入的电流大小相等，转子受力比较均衡，此时磁悬浮分子泵系统稳定性较好。

另外，现有技术是通过径向位移传感器的测量结果来获得转子偏离径向悬浮中心的位移量的，径向位移传感器的磁极结构与径向磁轴承类似，如图3所示，设径向位移传感器包括8个磁极，如图4所示为电感式径向位移传感器的原理图，其中S′表示频率和幅值固定的正弦电压信号(激励信号)，G表示地。其工作原理叙述如下：