[发明专利]一种磁悬浮分子泵平衡质量校正方法

说明书

本发明公开了一种磁悬浮分子泵平衡质量校正方法，首先，建立磁悬浮分子泵力学模型，得到平衡质量的表达式；然后将分子泵涡轮转子升速至平衡转速，在普通控制模式下解算平衡质量，并将涡轮转子降速到静止，按照前一步计算的平衡质量配重；接着升速涡轮转子至平衡转速进行平衡质量校正，得到校正后的转换系数矩阵；最后通过转换系数矩阵以及平衡质量表达式算出校正后的平衡质量。本发明提出的磁悬浮分子泵电平衡质量校正方法，具有效率高、精度高、步骤简单的优点。

技术领域

本发明属于磁悬浮分子泵的技术领域，具体涉及一种磁悬浮分子泵平衡质量校正方法，用于高精度校正转子的不平衡质量。

背景技术

超高真空系统是高技术装备制造和高精尖科学装置研制过程中必需的仪器设备。作为超高真空系统的核心设备，其主要作用是为其他仪器设备提供高真空的环境，在芯片生产、真空镀膜、激光陀螺生产、药品生产以及原子物理等行业和领域有着广泛的应用。分子泵的工作原理是涡轮转子由电机带动而快速旋转，高速的涡轮转子“撞击”气体分子，转子的动量从而传递给泵体内的气体分子，气体分子获得动量，从而被排向出气口。分子泵的应用范围比较广，不仅工作压力范围比较宽，而且泵送速度和压缩比都比较大，因此，在需要高真空环境的许多情况下，都会使用分子泵。磁悬浮分子泵的叶片安装在转子一端，转子质心分布在靠近叶片一端，这种特殊的不对称结构造成分子泵的涡轮转子很强的陀螺效应，因此该领域的主要问题是如何在分子泵高速运行的同时，保持涡轮转子稳定。

此外，由于转子各部分材料特性有差异、生产加工和装配过程中产生误差等原因，转子的惯性轴与几何轴不重合，从而导致转子质量不平衡。对于转子本身来说，转子不平衡扰动会使转子有碰到保护轴承的可能，进而导致系统失稳。对于整个磁悬浮系统来说，转子不平衡导致功率放大器的电流和磁轴承磁过饱和，直接影响控制系统的稳定性，并且会增加系统功耗，引起额外的发热散热问题。对于分子泵来说，转子几何轴的跳动降低了机器的性能指标，直接限制了分子泵的极限真空度、最大抽速和压缩比。而对于接入分子泵的仪器设备来说，不平衡产生的振动会缩短设备的使用寿命，而且不平衡引起的噪声污染会损坏操作者的身心健康，不平衡离传递到设备上，会影响仪器设备敏感元件的性能。因此必须要对磁悬浮分子泵进行动平衡校正。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中磁悬浮分子泵转子系统平衡质量校正精度低、步骤繁琐、实用性低的缺陷，克服现有技术的不足，利用互相关算法提取同频电流和同频位移，高精度解算平衡质量，并二次校正平衡质量，该方法步骤简单、效率高，且此测量方法成本极低。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种磁悬浮分子泵平衡质量校正方法，包括以下步骤：

步骤(1)、磁悬浮分子泵涡轮转子转速Ω下，磁悬浮分子泵力学模型；

平衡面1的平衡质量m₁和平衡面2的平衡质量m₂对应的力和力矩等价于转子旋转时的径向磁轴承力、不不平衡力和径向磁轴承力矩、不平衡力矩，其等价关系式表示为：

其中，平衡面1和平衡面2的轴心距分别为r₁和r₂，质心C到平衡面1和平衡面2的横向距离用L_b1和L_b2表示，磁轴承1、磁轴承2到质心C的横向距离分别用L_m1、L_m2表示，磁悬浮转子带叶片质量用m表示，转子轴向转动惯量用J_z表示，径向转动惯量用J_r表示，磁轴承1、磁轴承2的电流刚度分别用k_i1、k_i2表示，磁轴承1、磁轴承2两端上位移刚度分别用k_s1、k_s2表示，磁轴承1、磁轴承2的同频控制电流矢量分别用i₁、i₂表示，磁悬浮转子的平动和转动位移分别用R、γ表示。