[发明专利]磁悬浮分子泵转子起浮位置选择方法及转子起浮控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及真空获得设备技术领域，具体涉及一种永磁电机驱动的磁悬浮分子泵转子起浮位置选择方法及转子起浮控制方法。

背景技术

磁悬浮分子泵是一种采用磁轴承作为转子支承的分子泵，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，图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内腔的转子轴系。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、所述第一径向磁轴承6、电机8、所述第二径向磁轴承9、第二径向位移传感器10和第二径向保护轴承11等。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位移传感器16。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和磁悬浮分子泵的控制器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位移传感器5、所述第二径向位移传感器10和所述轴向位移传感器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用于检测所述转子的转速信号，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控制器2的信号输入端连接。

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。所述第一径向磁轴承6和所述第二径向磁轴承9同轴，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，且所述径向保护轴承、所述径向磁轴承和所述电机8同轴，即径向保护轴承定子内圆中心、径向磁轴承定子内圆中心及电机定子内圆中心重合。该结构中，所述转子轴7分别与第一径向位移传感器转子，第一径向磁轴承转子，电机转子，第二径向磁轴承转子，第二径向位移传感器转子等固定连接。

所述磁悬浮分子泵工作时，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，由于径向保护轴承的内径小于径向磁轴承定子的内径，失稳的转子会直接跌落在径向保护轴承上，而不会接触到径向磁轴承，由此对径向磁轴承起到保护作用。

在磁悬浮分子泵开始工作之前，转子是靠在径向保护轴承内壁上的，启动磁悬浮分子泵后转子开始起浮。控制器将根据转子的初始位置和转子与径向磁轴承定子内圆中心之间的距离，调整径向磁轴承的各个磁极对线圈所通电流的大小，以保证转子平稳起浮并最终悬浮在径向磁轴承定子内圆中心处。

在磁悬浮分子泵工作过程中，所述控制器2控制所述电机8驱动转子转动。现有技术中，多数磁悬浮分子泵都采用永磁电机驱动转子转动。如图2所示为永磁电机结构简要示意图，永磁电机由电机转子和电机定子20组成，如前所述，在磁悬浮分子泵中，电机转子固定连接于所述转子轴7上，电机转子圆周上套设两片半圆形的磁钢21，其分别为电磁铁的N极和S极，两片磁钢21由磁钢隔片22分隔开。电机定子20的内壁均匀地设置有2^N个磁极，N为整数且N≥3，且每个磁极上缠绕有线圈。所述磁钢21中越远离N极中心点及S极中心点的部分，磁力线越稀疏，磁场强度越弱，即所述磁钢隔片22处磁场强度最弱，如图2中C点所示；而越靠近N极中心点或S极中心点的位置，磁力线越密，磁场强度越强，如图2中B点所示。在所述磁钢21随电机转子转动过程中，当所述磁钢21磁场强度最强的点(即N极中心点和S极中心点)恰好正对所述电机定子20的某一个磁极时，二者间产生的电磁作用力最强，电机转子受到磁钢21的磁偏拉力最大。