一种磁悬浮分子泵动平衡方法

专利名称：一种磁悬浮分子泵动平衡方法
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，上述不平衡质量还会导致转子转速无法直接升高到其工作转速，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 feed forward 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
4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CN 101046692A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”来实现转子振动抑制、使转子转速直接超过刚性临界转速，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离心力的操作。现有技术中，通常采用动平衡机来对转子进行动平衡操作，其操作过程如下首先使转子在低速(即转子刚性临界转速以下的速度范围)下转动，并在低速下利用动平衡机对转子进行动平衡操作，然后对转子进行加重或去重的平衡加工，初步消除其不平衡质量， 然后多次重复上述步骤使转子转速能够突破转子刚性临界转速进入超刚性临界转速区，待转子转速进入超刚性临界转速区后，在高速下利用动平衡机再次对转子进行动平衡操作， 之后再对转子进行加重或去重的平衡加工。而且，为了精确去除不平衡质量，以上动平衡操作也通常要反复进行多次。磁悬浮分子泵转子的工作转速在超刚性临界转速区，我们所关注的是高速下转子的各项性能，所以低速下的动平衡效果是比较有限的，只有当转子转速超过并离开转子刚性临界转速一段距离后(进入超刚性临界转速区)，转子将近似围绕其质量中心旋转，此时进行动平衡，更加准确，可以获得更好的效果。而由于存在不平衡质量的转子无法直接升速到超刚性临界转速，也就无法直接在高速下进行动平衡，所以必须先在低速下动平衡使其逐渐升速到超刚性临界转速区，再重新进行高速下的动平衡，这就使得这种动平衡方法步骤繁琐、效率低下。另外，上述方法中采用的动平衡机是市售仪器，必须单独购置，才能对转子进行动平衡操作，这无疑会增加产品成本。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中磁悬浮分子泵的动平衡方法步骤繁琐、 效率很低，因此提供了一种可直接在高速下对磁悬浮分子泵的转子进行动平衡操作，步骤简单、效率高，且无需使用动平衡机，成本较低的磁悬浮分子泵动平衡方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下一种磁悬浮分子泵动平衡方法，包括①启动所述磁悬浮分子泵的电机开始升速，开启磁悬浮分子泵控制器中的不平衡振动控制模块，由所述磁悬浮分子泵控制器控制位移检测装置采集所述磁悬浮分子泵转子的径向位移信号，检测所述转子的径向振幅，如果在所述不平衡振动控制模块的控制下，所述转子上的不平衡质量使所述转子在升速过程中的最大径向振幅不超过保护间隙的1/2， 那么所述不平衡振动控制模块能够抑制所述转子的同频振动，使转子转速超过其刚性临界转速，顺序执行步骤②；②所述电机继续加速，由所述位移检测装置检测所述转子的径向振动情况，当所述转子的径向振动幅值超过预设非额定转速振幅时，停止所述电机加速，使转子转速稳定
在该转速CoiG = 0，1，2......)处；由所述磁悬浮分子泵控制器控制转速检测装置检测此
时的转速Qi ；判断转速Oi是否小于转子额定转速ωΕ，如果Coi小于ω,则按顺序执行步骤③，否则执行步骤⑤；③在所述不平衡振动控制模块的控制下，进行转子转速为非额定转速的动平衡操作，使转子转速从零升至Oi过程中以及转子转速为COi时，所述转子的径向振动幅值都小于预设非额定转速振幅，之后按顺序执行步骤④；④令i = i+1，重复步骤②；⑤在所述不平衡振动控制模块的控制下，进行转子转速为额定转速动平衡操作， 使转子转速从零升至ωΕ过程中，所述转子的径向振动幅值都小于预设非额定转速振幅；并且使转子转速为ωΕ时，所述转子的径向振动幅值小于预设额定转速振幅且所述转子残余的不平衡质量小于预设不平衡质量，至此整个动平衡过程完成。上述动平衡方法中，所述步骤③具体为I.所述磁悬浮分子泵控制器根据此时所述转子的径向振幅和转速，调用动平衡模块，依据影响系数法或模态平衡法进行转子动平衡，获得所述转子所需的平衡质量及平衡质量的加载相位，关闭所述电机，使转子转速降到零，之后按顺序执行步骤II ；II.根据计算获得的所需平衡质量及平衡质量的加载相位，对所述转子进行平衡加工，之后按顺序执行步骤III ；III.启动所述电机，开启所述不平衡振动控制模块，由所述位移检测装置检测所述转子的径向振幅，如果在所述不平衡振动控制模块的控制下，所述转子上不平衡质量使所述转子在升速过程中的最大径向振幅不超过保护间隙的1/2，那么所述不平衡振动控制模块能够抑制所述转子的同频振动，使转子转速超过其刚性临界转速，按顺序执行步骤 IV；IV.所述电机继续加速，检测转子转速升速至Qi过程中以及转子转速为Coi时所述转子的径向振幅，如果所述转子的径向振幅都小于预设非额定转速振幅，则执行步骤④; 如果发现所述转子的径向振幅大于或等于预设非额定转速振幅，则停止所述电机加速，重复执行所述步骤I。上述动平衡方法中，所述步骤⑤具体为Α.如果…> ω ,则启动所述电机进行减速将转子转速调整为ω Ε，否则将转子转速保持在ωΕ;
B.所述磁悬浮分子泵控制器根据此时所述转子的径向振幅和转速，调用动平衡模块，依据影响系数法或模态平衡法进行转子动平衡，获得所述转子所需的平衡质量及平衡质量的加载相位，关闭所述电机，使转子转速降到零，之后按顺序执行步骤C ；C.根据计算获得的所需平衡质量及平衡质量的加载相位，对所述转子进行平衡加工，之后按顺序执行步骤D ；D.启动所述电机，开启所述不平衡振动控制模块，由所述位移检测装置检测所述转子的径向振幅，如果在所述不平衡振动控制模块的控制下，所述转子上不平衡质量使所述转子在升速过程中的最大径向振幅不超过保护间隙的1/2，那么所述不平衡振动控制模块能够抑制所述转子的同频振动，使转子转速超过其刚性临界转速，按顺序执行步骤E ；E.所述电机继续加速，检测转子转速升速至ωΕ过程中所述转子的径向振幅，如果所述转子的径向振幅都小于预设非额定转速振幅，则按顺序执行步骤F ；如果发现所述转子的径向振幅大于或等于预设非额定转速振幅，则停止所述电机加速，重复执行所述步骤 B ；F.启动所述电机继续升速至ωΕ，停止所述电机加速，使转速稳定在该转速ωΕ处， 之后按顺序执行步骤G ；G.检测此时所述转子的径向振幅，a.如果所述转子的径向振幅大于预设额定转速振幅，则所述磁悬浮分子泵控制器根据此时所述转子的径向振幅和转速，调用动平衡模块，依据影响系数法或模态平衡法进行转子动平衡，获得所述转子所需的平衡质量及平衡质量的加载相位，关闭所述电机，使转子转速降到零；i.如果所述转子残余的不平衡质量小于预设不平衡质量，则整个动平衡过程完成；ii.否则执行所述步骤C ；b.如果所述转子的径向振幅大于或等于预设额定转速振幅，则重复执行所述步骤 B0上述动平衡方法中，所述不平衡振动控制模块采用力自由不平衡振动控制算法或力控制不平衡振动控制算法。上述动平衡方法中，所述预设非额定转速振幅为[20 μ m，40 μ m]，所述预设额定转速振幅为
，所述预设不平衡质量为[5mg, 12mg]。上述动平衡方法中，所述预设非额定转速振幅为40 μ m,所述预设额定转速振幅为 0. 1 μ m，所述预设不平衡质量为10mg。上述动平衡方法中，所述步骤①之前还包括根据所述磁悬浮分子泵的动力学仿真计算和实验得到转子刚性临界转速和额定转速ωΕ的步骤。上述动平衡方法中，所述位移检测装置通过第一径向传感器和第二径向传感器采集所述转子的径向振幅；所述转速检测装置通过转速检测传感器采集转子转速。本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点①本发明提供的磁悬浮分子泵动平衡方法，在启动磁悬浮分子泵电机后，开启不平衡振动控制模块，如果在不平衡振动控制模块的控制下，转子上不平衡质量使转子在升速过程中的最大径向振幅不超过保护间隙的1/2(即转子的不平衡质量要在一定阈值范围
7内)，那么不平衡振动控制模块能抑制转子的同频振动，使转子转速能够很快超过其刚性临界转速，直接在较高速度下对磁悬浮分子泵的转子进行动平衡操作，简化了操作步骤，能快速、高效地进行动平衡操作，大大提高了动平衡的效率，且平衡效果良好。②本发明提供的磁悬浮分子泵动平衡方法，利用控制器内置的动平衡模块即可完成对转子所需平衡质量及平衡质量加载相位的计算，不再需要使用动平衡机，节约成本。③本发明提供的磁悬浮分子泵动平衡方法，在采用影响系数法或模态平衡法获取转子所需的平衡质量及平衡质量的加载相位时，每次降速会再次开启不平衡振动控制模块，使转子转速平稳地降到零，以减少不平衡质量引起的机械振动，保护转子部件。④本发明提供的磁悬浮分子泵动平衡方法，其中预设非额定转速振幅为40 μ m,该值能够满足非额定转速下转子径向振幅的振动情况要求，使转子能够比较平稳地升速，直至达到额定转速。其中预设额定转速振幅为0. 1 μ m，预设不平衡质量为10mg，以上两个数值标准能够确保转子在额定转速下，平稳运转，保证磁悬浮分子泵的稳定运行。


为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中图1是本发明中磁悬浮分子泵结构示意图；图2是本发明中力自由控制算法原理图；图3是本发明中动平衡方法流程图。图中附图标记表示为1-叶轮，2-磁悬浮分子泵控制器，3-泵体，4-第一径向保护轴承，5-第一径向传感器，6-第一径向磁轴承，7-转子轴，8-电机，9-第二径向磁轴承， 10-第二径向传感器，11-第二径向保护轴承，12-轴向保护轴承，13-第一轴向磁轴承， 14-推力盘，15-第二轴向磁轴承，16-轴向传感器，17-接线端子，18-位移检测装置，19-转速检测装置。
具体实施例方式如图1所示，是本发明所涉及的磁悬浮分子泵结构示意图，本实施例中所述磁悬浮分子泵竖直设置，所述磁悬浮分子泵包括泵体3、设置在所述泵体3内的转子轴系、以及现有技术中所述磁悬浮分子泵应当具有的其他结构。所述转子轴系包括转子、第一径向磁轴承6、第二径向磁轴承9、第一轴向磁轴承 13和第二轴向磁轴承15 ；所述转子包括转子轴7、与所述转子轴7固定的叶轮1、以及用于固定所述叶轮1的装配部件，如螺钉、螺母等。所述转子轴7的轴线沿竖直方向设置，所述叶轮1固定设置在所述转子轴7的上部。所述转子轴7的下部设置有所述第一轴向磁轴承13、所述第二轴向磁轴承15、推力盘 14以及轴向保护轴承12和用于检测所述转子轴向位移信号的轴向传感器16。所述转子轴 7上依此间隔地套设有第一径向保护轴承4、第一径向传感器5、第一径向磁轴承6、电机8、 第二径向磁轴承9、第二径向传感器10和第二径向保护轴承11等装置。所述第一径向保护轴承4和所述第二径向保护轴承11同轴，且径向尺寸相同。所述第一径向磁轴承6包括第一径向磁轴承定子和第一径向磁轴承转子，所述第一径向磁轴承定子与所述泵体3固定连接，所述第一径向磁轴承转子与所述转子轴7固定连接；所述第一径向传感器5用于检测在所述第一径向传感器5处所述转子的径向位移信号。所述第二径向磁轴承9包括第二径向磁轴承定子和第二径向磁轴承转子，所述第二径向磁轴承定子与所述泵体3固定连接，所述第二径向磁轴承转子与所述转子轴7固定连接；所述第二径向传感器10用于检测在所述第二径向传感器10处所述转子的径向位移信号。所述转子轴7由所述第一径向磁轴承6、所述第二径向磁轴承9、所述第一轴向磁轴承13和所述第二轴向磁轴承15支承。所述磁悬浮分子泵的控制系统包括位移检测装置18、转速检测装置19和磁悬浮分子泵控制器2 ；所述位移检测装置18用于接收位移信号，其信号输入端与所述第一径向传感器5、所述第二径向传感器10和所述轴向传感器16的信号输出端连接，所述位移检测装置18的信号输出端与所述磁悬浮分子泵控制器2的信号输入端连接；所述转速检测装置 19用于检测转子转速信号，其信号输入端通过所述磁悬浮分子泵的接线端子17连接到转速检测传感器，所述转速检测装置19的信号输出端与所述磁悬浮分子泵控制器2的信号输入端连接。所述磁悬浮分子泵控制器2内置各种控制算法模块，所述磁悬浮分子泵控制器2 可根据所述位移检测装置18获得的位移信号，调用合适的控制算法进行分析运算，最终驱动相应的磁轴承(所述第一径向磁轴承6、所述第二径向磁轴承9、所述第一轴向磁轴承13 和所述第二轴向磁轴承15中的一个或多个)输出电磁力对所述转子的运动施加控制。所述磁悬浮分子泵控制器2还可根据所述转速检测装置19获得的转速信号，对所述转子的转动实时监控，并根据需要调整转子转速。所述磁悬浮分子泵控制器2中还内置有不平衡振动控制模块和动平衡模块。本实施例中，所述不平衡振动控制模块采用力自由不平衡振动控制算法，所述力自由不平衡振动控制算法可基本消除控制电流中的同频成分，抑制所述转子的同频振动，使所述转子围绕质量中心旋转，如图2所示。所述动平衡模块用于计算出所述转子所需的平衡质量及平衡质量的加载相位，在本实施例中，所述动平衡模块采用刚性转子平衡所用的影响系数法来获取转子的不平衡质量。在所述磁悬浮分子泵加工装配完成后，需要对所述磁悬浮分子泵进行动平衡操作，去除所述转子的不平衡质量。本实施例中，所述转子的刚性临界转速和额定转速《,已知，如图3所示，所述动平衡方法包括①启动所述电机8开始升速，开启所述磁悬浮分子泵控制器2中的所述不平衡振动控制模块，本实施例中所述不平衡振动控制模块采用力自由不平衡振动控制算法。由所述磁悬浮分子泵控制器2控制所述位移检测装置18采集所述磁悬浮分子泵转子的径向位移信号，检测所述转子的径向振幅，在本实施例中所述位移检测装置18通过所述第一径向传感器5和所述第二径向传感器10采集所述转子的径向振幅。如果在所述不平衡振动控制模块的控制下，所述转子上不平衡质量使所述转子在升速过程中的最大径向振幅不超过保护间隙的1/2，那么所述不平衡振动控制模块能够抑制所述转子的同频振动，使转子转速超过其刚性临界转速，顺序执行步骤②。如果转子最大径向振幅超过径向保护间隙的1/2， 则采用传统动平衡方法，首先进行低速动平衡，以保证在转子转速超过刚性临界转速过程中，转子径向振动始终不超过径向保护间隙的1/2 ；然后转子转速超过其刚性临界转速后， 顺序执行步骤②。
②所述电机8继续加速，由所述位移检测装置18检测所述转子的径向振动情况， 当所述转子的径向振动幅值超过预设非额定转速振幅时，停止所述电机8加速，使转子转
速稳定在该转速CoiG = 0，1，2......)处。所述预设非额定转速振幅的范围是[20 μ m，
40μπι]，在本实施例中，所述预设非额定转速振幅为40μπι。由所述磁悬浮分子泵控制器2 控制所述转速检测装置19检测此时转子转速Oi，在本实施例中所述转速检测装置19通过转速检测传感器采集转子转速。判断转速ω 1是否小于转子额定转速ωΕ，如果Coi小于ωΕ 则按顺序执行步骤③，否则执行步骤⑤。③在所述不平衡振动控制模块的控制下，进行转子转速为非额定转速的动平衡操作，使转子转速从零升至Oi过程中以及转子转速为COi时，所述转子的径向振动幅值都小于预设非额定转速振幅，即40 μ m，之后按顺序执行步骤④。具体步骤包括I.所述磁悬浮分子泵控制器2根据此时所述转子的径向振幅和转速，调用动平衡模块，依据影响系数法进行转子动平衡，获得所述转子所需的平衡质量及平衡质量的加载相位，关闭所述电机8，使转子转速降到零，之后按顺序执行步骤II。在实施影响系数法过程中，预设第一平衡面和第二平衡面，第一平衡面和第二平衡面均垂直于所述转子的轴向，并且设置在远离转子中心、靠近两端的位置上。启动电机升速，当转子转速到达转速Qi时，停止电机加速，使转速稳定在ω”分别记录由第一平衡面和第二平衡面处的位移传感器测得的初始不平衡矢量Vtl。关闭所述电机8，转子转速降为零后，在第一平衡面上加上试重mi。启动电机升速，当转子转速到达转速Qi时，停止电机加速，使转速稳定在ω”分别记录由第一平衡面和第二平衡面处的位移传感器测得的初始不平衡矢量义。关闭所述电机8，转子转速降为零后，在第二平衡面上加上试重m2。启动电机升速，当转子转速到达转速Qi时，停止电机加速，使转速稳定在ω”分别记录由第一平衡面和第二平衡面处的位移传感器测得的初始不平衡矢量V2。关闭所述电机8，转子转速降为零。利用影响系数法根据上述数据可以计算出每个平衡面所需的平衡质量及其加载相位。II.根据计算获得的所需平衡质量及平衡质量的加载相位，对所述转子进行平衡加工，之后按顺序执行步骤III。III.启动所述电机8，开启所述不平衡振动控制模块，由所述位移检测装置18检测所述转子的径向振幅，如果在所述不平衡振动控制模块的控制下，所述转子上不平衡质量使所述转子在升速过程中的最大径向振幅不超过保护间隙的1/2，那么所述不平衡振动控制模块能够抑制所述转子的同频振动，使转子转速超过其刚性临界转速，按顺序执行步骤IV。IV.所述电机8继续加速，检测转子转速升速至ω ia程中以及转子转速为Coi时所述转子的径向振幅，如果所述转子的径向振幅都小于预设非额定转速振幅，则执行步骤 ④；如果发现所述转子的径向振幅大于或等于预设非额定转速振幅，则停止所述电机8加速，重复执行所述步骤I。④令i = i+Ι，重复步骤②。⑤在所述不平衡振动控制模块的控制下，进行转子转速为额定转速动平衡操作， 使转子转速从零升至ωΕ过程中，所述转子的径向振动幅值都小于预设非额定转速振幅；并且使转子转速为ωΕ时，所述转子的径向振动幅值小于预设额定转速振幅且所述转子残余的不平衡质量小于预设不平衡质量，至此整个动平衡过程完成。所述预设额定转速振幅范围是
，所述预设不平衡质量为[5mg，12mg]，在本实施例中，所述预设额定转速振幅为0. 1 μ m，所述预设不平衡质量为10mg。具体步骤包括A.如果…> ω ,则启动所述电机8进行减速将转子转速调整为ω Ε，否则将转子转速保持在ωΕ。B.所述磁悬浮分子泵控制器2根据此时所述转子的径向振幅和转速，调用动平衡模块，依据影响系数法进行转子动平衡，获得所述转子所需的平衡质量及平衡质量的加载相位，关闭所述电机8，使转子转速降到零，之后按顺序执行步骤C。在实施影响系数法过程中，预设第一平衡面和第二平衡面，第一平衡面和第二平衡面均垂直于所述转子的轴向，并且设置在远离转子中心、靠近两端的位置上。启动电机升速，当转子转速到达额定转速ωΕ时，停止电机加速，使转速稳定在ωΕ。分别记录由第一平衡面和第二平衡面处的位移传感器测得的初始不平衡矢量V' 00关闭所述电机8，转子转速降为零后，在第一平衡面上加上试重m' 10启动电机加速，当转子转速到达额定转速ωΕ 时，停止电机加速，使转速稳定在ωΕ。分别记录由第一平衡面和第二平衡面处的位移传感器测得的初始不平衡矢量V' 10关闭所述电机8，转子转速降为零后，在第二平衡面上加上试重m' 2。启动电机加速，当转子转速到达额定转速ωΕ时，停止电机加速，使转速稳定在 ωΕ。分别记录由第一平衡面和第二平衡面处的位移传感器测得的初始不平衡矢量V' X。 关闭所述电机8，转子转速降为零。利用影响系数法根据上述数据可以计算出每个平衡面所需的平衡质量及其加载相位。C.根据计算获得的所需平衡质量及平衡质量的加载相位，对所述转子进行平衡加工，之后按顺序执行步骤D。D.启动所述电机8，开启所述不平衡振动控制模块，由所述位移检测装置18检测所述转子的径向振幅，如果在所述不平衡振动控制模块的控制下，所述转子上不平衡质量使所述转子在升速过程中的最大径向振幅不超过保护间隙的1/2，那么所述不平衡振动控制模块能够抑制所述转子的同频振动，使转子转速超过其刚性临界转速，按顺序执行步骤
E0Ε.所述电机8继续加速，检测转子转速升速至ωΕ过程中所述转子的径向振幅，如果所述转子的径向振幅都小于预设非额定转速振幅，则按顺序执行步骤F ；如果发现所述转子的径向振幅大于或等于预设非额定转速振幅，则停止所述电机8加速，重复执行所述步骤B。F.启动所述电机8继续升速至ωΕ，停止所述电机8加速，使转速稳定在该转速ωΕ 处，之后按顺序执行步骤G。G.检测此时所述转子的径向振幅，a.如果所述转子的径向振幅小于预设额定转速振幅，则所述磁悬浮分子泵控制器 2根据此时所述转子的径向振幅和转速，调用动平衡模块，依据影响系数法进行转子动平衡，获得所述转子所需的平衡质量及平衡质量的加载相位，关闭所述电机8，使转子转速降到零；i.如果所述转子残余的不平衡质量小于预设不平衡质量，则整个动平衡过程完成；ii.否则执行所述步骤C ；
b.如果所述转子的径向振幅大于或等于预设额定转速振幅，则重复执行所述步骤 B0在其他实施例中，在所述步骤①之前还包括根据所述磁悬浮分子泵的动力学仿真计算和实验得到转子刚性临界转速和额定转速ωΕ的步骤，所述动力学仿真计算和实验采用现有技术中已知的计算和实验方法。在其他实施例中，所述动平衡模块除了影响系数法还可采用模态平衡法。在其他实施例中，所述不平衡振动控制模块还可采用力控制不平衡振动控制算法。在其他实施例中，根据不同情况，所述预设非额定转速振幅还可选取为20 μ m、 25 μ m、30 μ m或35 μ m等，所述预设额定转速振幅还可选取为0. 05 μ m、0. 07 μ m或0. 09 μ m 等，所述预设不平衡质量还可选取为5mg、8mg或12mg等，同样能够实现本发明的目的。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
权利要求
1.一种磁悬浮分子泵动平衡方法，其特征在于包括①启动所述磁悬浮分子泵的电机(8)开始升速，开启磁悬浮分子泵控制器O)中的不平衡振动控制模块，由所述磁悬浮分子泵控制器( 控制位移检测装置(18)采集所述磁悬浮分子泵转子的径向位移信号，检测所述转子的径向振幅，如果在所述不平衡振动控制模块的控制下，所述转子上的不平衡质量使所述转子在升速过程中的最大径向振幅不超过保护间隙的1/2，那么所述不平衡振动控制模块能够抑制所述转子的同频振动，使转子转速超过其刚性临界转速，顺序执行步骤②；②所述电机(8)继续加速，由所述位移检测装置(18)检测所述转子的径向振动情况， 当所述转子的径向振动幅值超过预设非额定转速振幅时，停止所述电机(8)加速，使转子转速稳定在该转速= 0,1,2-)处；由所述磁悬浮分子泵控制器( 控制转速检测装置(19)检测此时的转速Coi ；判断转速ω 1是否小于转子额定转速ωΕ，如果Coi小于0^则按顺序执行步骤③，否则执行步骤⑤；③在所述不平衡振动控制模块的控制下，进行转子转速为非额定转速的动平衡操作， 使转子转速从零升至ω ia程中以及转子转速为Oi时，所述转子的径向振动幅值都小于预设非额定转速振幅，之后按顺序执行步骤④；④令i= i+Ι，重复步骤②；⑤在所述不平衡振动控制模块的控制下，进行转子转速为额定转速动平衡操作，使转子转速从零升至ωΕ过程中，所述转子的径向振动幅值都小于预设非额定转速振幅；并且使转子转速为ωΕ时，所述转子的径向振动幅值小于预设额定转速振幅且所述转子残余的不平衡质量小于预设不平衡质量，至此整个动平衡过程完成。
2.根据权利要求1所述的动平衡方法，其特征在于所述步骤③具体为I.所述磁悬浮分子泵控制器( 根据此时所述转子的径向振幅和转速，调用动平衡模块，依据影响系数法或模态平衡法进行转子动平衡，获得所述转子所需的平衡质量及平衡质量的加载相位，关闭所述电机(8)，使转子转速降到零，之后按顺序执行步骤II ；II.根据计算获得的所需平衡质量及平衡质量的加载相位，对所述转子进行平衡加工，之后按顺序执行步骤III ；III.启动所述电机(8)，开启所述不平衡振动控制模块，由所述位移检测装置(18)检测所述转子的径向振幅，如果在所述不平衡振动控制模块的控制下，所述转子上不平衡质量使所述转子在升速过程中的最大径向振幅不超过保护间隙的1/2，那么所述不平衡振动控制模块能够抑制所述转子的同频振动，使转子转速超过其刚性临界转速，按顺序执行步骤IV ；IV.所述电机(8)继续加速，检测转子转速升速至Oi过程中以及转子转速为COi时所述转子的径向振幅，如果所述转子的径向振幅都小于预设非额定转速振幅，则执行步骤④; 如果发现所述转子的径向振幅大于或等于预设非额定转速振幅，则停止所述电机(8)加速，重复执行所述步骤I。
3.根据权利要求2所述的动平衡方法，其特征在于所述步骤⑤具体为A.如果…>ω ,则启动所述电机⑶进行减速将转子转速调整为ω Ε，否则将转子转速保持在ωΕ;B.所述磁悬浮分子泵控制器( 根据此时所述转子的径向振幅和转速，调用动平衡模块，依据影响系数法或模态平衡法进行转子动平衡，获得所述转子所需的平衡质量及平衡质量的加载相位，关闭所述电机(8)，使转子转速降到零，之后按顺序执行步骤C ；C.根据计算获得的所需平衡质量及平衡质量的加载相位，对所述转子进行平衡加工， 之后按顺序执行步骤D ；D.启动所述电机(8)，开启所述不平衡振动控制模块，由所述位移检测装置(18)检测所述转子的径向振幅，如果在所述不平衡振动控制模块的控制下，所述转子上不平衡质量使所述转子在升速过程中的最大径向振幅不超过保护间隙的1/2，那么所述不平衡振动控制模块能够抑制所述转子的同频振动，使转子转速超过其刚性临界转速，按顺序执行步骤 E ；E.所述电机⑶继续加速，检测转子转速升速至ωΕ过程中所述转子的径向振幅，如果所述转子的径向振幅都小于预设非额定转速振幅，则按顺序执行步骤F ；如果发现所述转子的径向振幅大于或等于预设非额定转速振幅，则停止所述电机(8)加速，重复执行所述步骤B ；F.启动所述电机(8)继续升速至ωΕ，停止所述电机(8)加速，使转速稳定在该转速ωΕ 处，之后按顺序执行步骤G ；G.检测此时所述转子的径向振幅，a.如果所述转子的径向振幅小于预设额定转速振幅，则所述磁悬浮分子泵控制器(2) 根据此时所述转子的径向振幅和转速，调用动平衡模块，依据影响系数法或模态平衡法进行转子动平衡，获得所述转子所需的平衡质量及平衡质量的加载相位，关闭所述电机(8)， 使转子转速降到零；i.如果所述转子残余的不平衡质量小于预设不平衡质量，则整个动平衡过程完成； .否则执行所述步骤C;b.如果所述转子的径向振幅大于或等于预设额定转速振幅，则重复执行所述步骤B。
4.根据权利要求1-3任一所述的动平衡方法，其特征在于所述不平衡振动控制模块采用力自由不平衡振动控制算法或力控制不平衡振动控制算法。
5.根据权利要求4所述的动平衡方法，其特征在于所述预设非额定转速振幅为 [20 μ m，40 μ m]，所述预设额定转速振幅为
，所述预设不平衡质量为 [5mg,12mg]。
6.根据权利要求5所述的动平衡方法，其特征在于所述预设非额定转速振幅为 40 μ m,所述预设额定转速振幅为0. 1 μ m，所述预设不平衡质量为10mg。
7.根据权利要求6所述的动平衡方法，其特征在于所述步骤①之前还包括根据所述磁悬浮分子泵的动力学仿真计算和实验得到转子刚性临界转速和额定转速ωΕ的步骤。
8.根据权利要求7所述的动平衡方法，其特征在于所述位移检测装置(18)通过第一径向传感器( 和第二径向传感器(10)采集所述转子的径向振幅；所述转速检测装置 (19)通过转速检测传感器采集转子转速。
全文摘要
一种磁悬浮分子泵动平衡方法，在启动磁悬浮分子泵电机后，开启不平衡振动控制模块，如果在不平衡振动控制模块的控制下，转子上的不平衡质量使转子在升速过程中的最大径向振幅不超过保护间隙的1/2，那么不平衡振动控制模块能抑制转子的同频振动，使转子转速能够很快超过其刚性临界转速，从而在较高速度下对磁悬浮分子泵的转子进行动平衡操作。本发明提出的动平衡方法，可直接在高速下对磁悬浮分子泵转子进行动平衡操作，步骤简单、效率高。
文档编号F04D27/02GK102425560SQ20111039936
公开日2012年4月25日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者张剀, 张小章, 李奇志, 武涵, 邹蒙 申请人:北京中科科仪技术发展有限责任公司, 清华大学