磁悬浮复合分子泵的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种分子栗，特别是一种磁悬浮复合分子栗。
【背景技术】
[0002]分子栗是根据分子运动规律而设计的机械涡轮式真空获得设备，能够获得超高真空度，是加速器、电子对撞机、激光器等系统的必需设备，具有广泛的应用领域。其抽气机理是，在分子流区域内靠高速运动的刚体表面传递给气体分子以动量，使气体分子在刚体表面的运动方向上产生定向流动，从而达到抽气的目的。从分子栗的抽气原理知:分子栗的转子叶片必须具有与气体分子速度相近的线速度，具有这样的高速度才能使气体分子与动叶片相碰撞后改变随机散射的特性而作定向运动。因此分子栗的转速越高，分子栗的性能越好。
[0003]分子栗主要应用于太阳能光伏发电产业、半导体产业、真空镀膜产业、蓝宝石屏产业及科研院所。例如，半导体芯片制造业中一些关键工艺，如等离子刻蚀、薄膜生长等都需要在高真空下完成，同时在加工过程中会有气体产生，从而引起真空度的大幅度降低，因而要求分子栗在较宽真空范围内有较大抽速以迅速提高真空度，需要分子栗经常在压强为几帕至几十帕时有较大的抽气能力。另外，这些产业要求分子栗长时间连续工作，需要分子栗有非常高的可靠性和稳定性。
[0004]现有的分子栗都采用传统机械轴承，传统机械轴承在运行过程中，转子与定子之间存在机械磨损，转速越高，磨损越严重，轴承使用寿命就大幅度降低，因此采用传统轴承的分子栗很难实现高转速，轴承需要定期更换。同时，分子栗中的机械轴承需要油或油脂润滑，带来的油蒸汽返流对真空室产生污染，影响产品质量。另外，机械轴承存在游隙，分子栗在运转过程中，转子摆动较大，因此分子栗存在振动噪声相对较大、平均无故障工作周期短、安装角度只能垂直或水平方向等缺陷。因此，在分子栗领域急需一种无油轴承作为支承部件以克服上述缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、性能稳定可靠、应用了五自由度控制磁悬浮轴承的磁悬浮复合分子栗。
[0006]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下:
[0007]磁悬浮复合分子栗，包括栗壳、叶轮、隔环、静片、牵引级定子、永磁高速电机、上保护轴承、下保护轴承、五自由度磁悬浮轴承和控制器，控制器通过信号接头与磁悬浮复合分子栗连接，五自由度磁悬浮轴承由电磁主轴、上径向磁力轴承、下径向磁力轴承、上轴向磁力轴承、下轴向磁力轴承、上径向传感器、下径向传感器、轴向传感器、推力盘组成，上径向磁力轴承、下径向磁力轴承、上轴向磁力轴承、下轴向磁力轴承、上径向传感器、下径向传感器、永磁高速电机由定转子部件组成，转子部件组合成电磁主轴，定子组件设置在电磁主轴外围，轴向传感器设置在推力盘的下方，隔环设置在叶轮与栗壳之间。
[0008]本发明采用涡轮级和牵引级复合设计，具有很宽的压力范围(10—6至IPa)、较大的抽速、较高的压缩比和很高的极限真空度，满足高真空、超高真空应用行业的使用需求。同时采用五自由度磁悬浮轴承，不存在机械接触，可以达到很高转速，具有无机械磨损、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污等优点。
[0009]作为优选，永磁高速电机为霍尔永磁高速电机，电机定子铁芯采用多片厚度为
0.15-0.5mm的硅钢片叠压成型，采用6磁极、12磁极或24磁极，磁极形状为马蹄形，在铁芯上缠绕线包制成；电机转子由永磁片通过高强度胶水粘贴到电磁主轴上并通过合金或碳纤维护套固定制成。其优点在于，具有效率高、噪音低、转矩波动小、控制特性良好等优点，适合高速运行。
[0010]作为优选，上径向磁力轴承、下径向磁力轴承、上轴向磁力轴承、下轴向磁力轴承分别由定子和转子组成，上径向磁力轴承、下径向磁力轴承的定子采用8磁极或16磁极，由多片0.15-0.5mm厚硅钢片叠压成型，在磁极上绕制线圈制成，转子由多片环形硅钢片叠压成型;上轴向磁力轴承、下轴向磁力轴承的定子采用空心导磁铁芯和励磁线圈组成，转子由实心导磁圆盘制成。其优点在于，径向磁力轴承的设计是为了在最小的空间里获得最大的电磁力，同时由于磁力轴承处于真空状态下，热量只能通过热辐射传导散热，这样的设计也极大的降低了磁力轴承在高频下的铁损，从而大大减少了热量的产生。轴向磁力轴承的设计是为了降低转子系统的轴向长度，从而提高转子系统的弯曲模态，使得分子栗系统的稳定性得到了很大的提高。
[0011]作为优选，上径向传感器、下径向传感器和轴向传感器分别采用电感式或电涡流式位移传感器。其优点在于，具有长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点。
[0012]作为优选，叶轮采用整体式设计，选用高强度合金材料通过多轴加工中心一次铣削成型；其叶片采用变截面设计，叶轮上端面上设置有呈圆周均匀分布的螺钉孔，用于调节转子系统质量的不平衡分布。其优点在于，一次铣削成型，这样极大的降低了叶轮的重量，提高了磁轴承系统的稳定性，提高了叶轮的最高转速，从而提高了分子栗的各项性能;叶片横截面形状为导流性能良好的不规则四边形，从叶片根部开始逐渐沿径向方向变薄，这样不仅有效得提高了叶片的强度和固有频率，同时降低了叶轮的重量，提高了分子栗涡轮级的抽气性能。
[0013]作为优选，还包括设置于霍尔永磁高速电机定子边缘的循环水隔环、设置于牵引级定子上的出气口法兰、设置于牵引级定子基座上的保护气体法兰。其优点在于，循环水隔环处于分子栗电机定子边缘，分子栗的大部分热量来自电机，有了循环水，获得了明显的冷却效果；出气口法兰位于牵引级定子上，通过连接前级栗将分子栗压缩过来的气体排出;保护气体法兰位于定子基座上，当分子栗工作环境中由腐蚀性气体时，可通过从保护气体法兰处冲入保护气体保护分子栗磁轴承系统不被腐蚀损坏。
[0014]作为优选，控制器包括磁悬浮轴承控制模块和永磁高速电机控制模块，具体包括:
[0015]通信模块，包含A/D和D/A转化电路；
[0016]控制算法模块，采用集中反馈控制算法，以DSP为平台，设有分别与转子系统并连的陷滤波电路、基于电感式或电涡流式位移传感器，和与电磁主轴并连的信号测量电路，位移传感器用于实时测量转子系统位置，陷滤波电路用于消除同频电流，信号测量电路用于提取转子系统的电流同频成分;位移传感器指上径向传感器、下径向传感器和轴向传感器；
[0017]数据采集模块、数字滤波模块，分别设有数据采集电路和三个数字滤波器，分别用于合成上X/Y向轴心轨迹图、下X/Y向轴心轨迹图和Z向轴心轨迹图，实时监测和记录分子栗运行轨迹，当运行轨迹超出预设的边界时，发出故障警报，实现在线高速动平衡；
[0018]PWM输出控制模块，包括串联的5组运算放大电路和比较电路；
[0019]初始化模块，用于对定子系统和转子系统位置进行初始化。