專利名稱：一種磁懸浮分子泵動(dòng)平衡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空獲得設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種磁懸浮分子泵動(dòng)平衡方法。
背景技術(shù)：
分子泵是一種真空泵，它是利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉輪把動(dòng)量傳遞給氣體分子，使之獲得定向速度，從而使氣體被壓縮、并被驅(qū)向至排氣口、再被前級(jí)泵抽走。磁懸浮分子泵是一種采用磁軸承(又稱主動(dòng)磁懸浮軸承)作為分子泵轉(zhuǎn)子支承的分子泵，它利用磁軸承將轉(zhuǎn)子穩(wěn)定地懸浮在空中，使轉(zhuǎn)子在高速工作過程中與定子之間沒有機(jī)械接觸，具有無機(jī)械磨損、能耗低、允許轉(zhuǎn)速高、噪聲低、壽命長(zhǎng)、無需潤(rùn)滑等優(yōu)點(diǎn)，目前磁懸浮分子泵廣泛地應(yīng)用于高真空度、高潔凈度真空環(huán)境的獲得等領(lǐng)域中。磁懸浮分子泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，所述磁懸浮分子泵的轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸7和與所述轉(zhuǎn)子軸7固定連接的葉輪1。所述葉輪1固定安裝在所述轉(zhuǎn)子軸7的上部；所述轉(zhuǎn)子軸7上依此間隔地套設(shè)有第一徑向磁軸承6、電機(jī)8和第二徑向磁軸承9等裝置，上述裝置共同構(gòu)成了所述磁懸浮分子泵的轉(zhuǎn)子軸系。在磁懸浮分子泵裝配完成后，由于轉(zhuǎn)子各零件加工精度差異等問題，會(huì)造成轉(zhuǎn)子上存在不平衡質(zhì)量(不平衡質(zhì)量，是指位于轉(zhuǎn)子特定半徑處的質(zhì)量，該質(zhì)量與向心加速度的乘積等于不平衡離心力。)，當(dāng)不平衡質(zhì)量遠(yuǎn)大于10毫克時(shí)，該不平衡質(zhì)量將使轉(zhuǎn)子的重心與軸心產(chǎn)生一個(gè)明顯偏心矩，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)升速過程中，轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量引起的離心慣性力會(huì)造成轉(zhuǎn)子的橫向機(jī)械振動(dòng)(通常為徑向振動(dòng))影響系統(tǒng)正常工作。另外，磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子的正常工作速度處于超過轉(zhuǎn)子剛性臨界轉(zhuǎn)速的高速區(qū)，上述不平衡質(zhì)量還會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速無法直接升高到其工作轉(zhuǎn)速，磁懸浮分子泵不能正常工作。其中，轉(zhuǎn)子剛性臨界轉(zhuǎn)速是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的剛性共振頻率相等時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速；而超過轉(zhuǎn)子剛性臨界轉(zhuǎn)速的高速區(qū)可稱為超剛性臨界轉(zhuǎn)速區(qū)?，F(xiàn)有技術(shù)中有一種能夠抑制磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子等高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體在升速、 降速過程中產(chǎn)生的不平衡振動(dòng)的方法，稱為“不平衡振動(dòng)控制方法”。如中國(guó)期刊文獻(xiàn)《磁懸浮軸承系統(tǒng)不平衡振動(dòng)控制的方法》(張德魁，江偉，趙鴻賓，清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2000年，第40卷，第10期)中介紹了兩種不平衡振動(dòng)控制方法一種是力自由控制 (force free control)，其基本思想是產(chǎn)生一個(gè)和轉(zhuǎn)子位移/振動(dòng)信號(hào)同相位、同幅度的補(bǔ)償信號(hào)，用以抵消轉(zhuǎn)子振動(dòng)的同頻信號(hào)，使控制器對(duì)同步振動(dòng)信號(hào)不響應(yīng)；另一種是開環(huán)前饋控制(open loop feedforward control)(或稱為力控制)，其基本思想是提取轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)的同頻振動(dòng)分量，然后由另外的前饋控制產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，疊加到主控制器的控制信號(hào)中。而如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN101261496A中公開了一種磁懸浮飛輪高精度主動(dòng)振動(dòng)控制系統(tǒng)，包括位移傳感器、電流傳感器、磁軸承控制器和磁軸承功率放大器。其中磁軸承控制器包括穩(wěn)定控制器、偏心估計(jì)、磁力補(bǔ)償和作用開關(guān)。該專利在穩(wěn)定控制的基礎(chǔ)上，引入偏心估計(jì)和磁力補(bǔ)償，利用飛輪不平衡振動(dòng)參數(shù)，對(duì)飛輪整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不平衡量和位移負(fù)
4剛度進(jìn)行補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)飛輪在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的不平衡振動(dòng)控制，使飛輪在整個(gè)升、降速過程中都能夠高精度地繞慣性主軸運(yùn)轉(zhuǎn)。再如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 101046692A中公開了一種磁懸浮反作用飛輪開環(huán)高精度不平衡振動(dòng)控制系統(tǒng)，包括位移傳感器、位移信號(hào)接口電路、 轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置、磁軸承控制器、磁軸承功率放大驅(qū)動(dòng)電路和飛輪位置鑒別裝置。磁軸承控制器包括軸向磁軸承控制器和徑向磁軸承控制器，徑向磁軸承控制器由穩(wěn)定控制器和不平衡振動(dòng)控制器兩部分組成，其中不平衡振動(dòng)控制器對(duì)穩(wěn)定控制器的位移反饋進(jìn)行補(bǔ)償。在穩(wěn)定控制的基礎(chǔ)上，引入不平衡振動(dòng)控制，利用飛輪高速時(shí)識(shí)別的飛輪不平衡振動(dòng)參數(shù)，并結(jié)合飛輪位置鑒別裝置獲得的飛輪轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置，對(duì)飛輪整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)行開環(huán)高精度不平衡振動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)飛輪在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的不平衡振動(dòng)控制，使飛輪的在整個(gè)升、降速過程中都能夠高精度運(yùn)轉(zhuǎn)。上述兩篇專利文獻(xiàn)即為“不平衡振動(dòng)控制方法，，的具體應(yīng)用，然而由于“不平衡振動(dòng)控制方法”的調(diào)整控制力有限，只有在旋轉(zhuǎn)體的不平衡質(zhì)量在一定閾值范圍內(nèi)時(shí)才能抑制旋轉(zhuǎn)體的不平衡振動(dòng)，也就是說，“不平衡振動(dòng)控制方法”不能徹底解決由于存在不平衡質(zhì)量而引起的轉(zhuǎn)子振動(dòng)問題。所以，當(dāng)轉(zhuǎn)子存在較大不平衡質(zhì)量時(shí)，不能利用“不平衡振動(dòng)控制方法”來實(shí)現(xiàn)振動(dòng)抑制、使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速直接超過轉(zhuǎn)子剛性臨界轉(zhuǎn)速，到達(dá)其正常工作轉(zhuǎn)速。因此，在磁懸浮分子泵裝配完成之后必須對(duì)其轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡操作，所謂“動(dòng)平衡”是指存在不平衡質(zhì)量的轉(zhuǎn)子經(jīng)過測(cè)量其不平衡質(zhì)量大小和相位后，加以矯正、消除其不平衡質(zhì)量，使轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)不致產(chǎn)生不平衡離心力的操作?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常采用動(dòng)平衡機(jī)來對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡操作，其操作過程如下首先使轉(zhuǎn)子在低速(即轉(zhuǎn)子剛性臨界轉(zhuǎn)速以下的速度范圍)下轉(zhuǎn)動(dòng)，并在低速下利用動(dòng)平衡機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡操作，然后對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行加重或去重的平衡加工，初步消除其不平衡質(zhì)量， 然后多次重復(fù)上述步驟使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速能夠突破剛性臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)入超剛性臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，待轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進(jìn)入超剛性臨界轉(zhuǎn)速區(qū)后，在高速下利用動(dòng)平衡機(jī)再次對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡操作，之后再對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行加重或去重的平衡加工。而且，為了精確去除不平衡質(zhì)量，以上動(dòng)平衡操作也通常要反復(fù)進(jìn)行多次。磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速在超剛性臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，我們所關(guān)注的是高速下轉(zhuǎn)子的各項(xiàng)性能，所以低速下的動(dòng)平衡效果是比較有限的，只有當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過并離開轉(zhuǎn)子剛性臨界轉(zhuǎn)速一段距離后(進(jìn)入超剛性臨界轉(zhuǎn)速區(qū))，轉(zhuǎn)子將近似圍繞其質(zhì)量中心旋轉(zhuǎn)，此時(shí)進(jìn)行動(dòng)平衡，更加準(zhǔn)確，可以獲得更好的效果。而由于存在不平衡質(zhì)量的轉(zhuǎn)子無法直接升速到超剛性臨界轉(zhuǎn)速，也就無法直接在高速下進(jìn)行動(dòng)平衡，所以必須先在低速下動(dòng)平衡使其逐漸升速到超剛性臨界轉(zhuǎn)速，再重新進(jìn)行高速下的動(dòng)平衡，這就使得這種動(dòng)平衡方法步驟繁瑣、效率低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中磁懸浮分子泵的動(dòng)平衡方法步驟繁瑣、 效率低，因此提供一種可直接在高速下對(duì)磁懸浮分子泵的轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡操作，步驟簡(jiǎn)單、 效率高的磁懸浮分子泵動(dòng)平衡方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
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一種磁懸浮分子泵的動(dòng)平衡方法，包括①啟動(dòng)所述磁懸浮分子泵的電機(jī)開始升速，開啟磁懸浮分子泵控制器中的力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，由所述磁懸浮分子泵控制器控制位移檢測(cè)裝置采集所述磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子的徑向位移信號(hào)，檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，如果在所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊的控制下，所述轉(zhuǎn)子上的不平衡質(zhì)量使所述轉(zhuǎn)子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護(hù)間隙的1/2，那么所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊能夠抑制所述轉(zhuǎn)子的同頻振動(dòng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過其剛性臨界轉(zhuǎn)速，順序執(zhí)行步驟②；②所述電機(jī)繼續(xù)加速，由所述位移檢測(cè)裝置檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)情況，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)幅值超過預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅時(shí)，停止所述電機(jī)加速，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在該
轉(zhuǎn)速= 0，1，2......)處，關(guān)閉所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊；由所述磁懸浮分子
泵控制器( 控制轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置或動(dòng)平衡機(jī)檢測(cè)此時(shí)的轉(zhuǎn)速Q(mào)i ；判斷轉(zhuǎn)速Coi是否小于轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速ωΕ，如果Coi小于ω Ε則按順序執(zhí)行步驟③，否則執(zhí)行步驟⑤；③利用所述動(dòng)平衡機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為非額定轉(zhuǎn)速的動(dòng)平衡操作，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從零升至ω ia程中以及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為COi時(shí)，所述轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)幅值都小于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅，之后按順序執(zhí)行步驟④；④令i = i+1，重復(fù)步驟②；⑤利用所述動(dòng)平衡機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速動(dòng)平衡操作，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從零升至 ,過程中，所述轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)幅值都小于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅；并且使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為ωΕ 時(shí)，所述轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)幅值小于預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅且所述轉(zhuǎn)子殘余的不平衡質(zhì)量小于預(yù)設(shè)不平衡質(zhì)量，至此整個(gè)動(dòng)平衡過程完成。上述動(dòng)平衡方法中，所述步驟③具體為I.利用所述動(dòng)平衡機(jī)測(cè)量所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)，并同步獲取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)，所述動(dòng)平衡機(jī)采用影響系數(shù)法或模態(tài)平衡法根據(jù)所測(cè)得的所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算得出所述轉(zhuǎn)子所需的平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，關(guān)閉所述電機(jī)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降到零，之后按順序執(zhí)行步驟II ；II.根據(jù)計(jì)算獲得的所需平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位，對(duì)所述轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡加工，之后按順序執(zhí)行步驟III ；III.啟動(dòng)所述電機(jī)，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，由所述位移檢測(cè)裝置檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，如果在所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊的控制下，所述轉(zhuǎn)子上的不平衡質(zhì)量使所述轉(zhuǎn)子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護(hù)間隙的1/2，那么所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊能夠抑制所述轉(zhuǎn)子的同頻振動(dòng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過其剛性臨界轉(zhuǎn)速，按順序執(zhí)行步驟IV;IV.所述電機(jī)繼續(xù)加速，檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升速至Qi過程中以及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為Coi時(shí)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，如果所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅都小于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅，則執(zhí)行步驟④; 如果發(fā)現(xiàn)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅大于或等于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅，則停止所述電機(jī)加速，關(guān)閉所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，重復(fù)執(zhí)行所述步驟I。上述動(dòng)平衡方法中，所述步驟⑤具體為Α.如果…> ω ,則啟動(dòng)所述電機(jī)進(jìn)行減速將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)整為ω Ε，否則將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持在ωΕ;B.利用所述動(dòng)平衡機(jī)測(cè)量所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)，并同步獲取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)，所述動(dòng)平衡機(jī)采用影響系數(shù)法或模態(tài)平衡法根據(jù)所測(cè)得的所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算得出所述轉(zhuǎn)子所需的平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，關(guān)閉所述電機(jī)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降到零，之后按順序執(zhí)行步驟C;C.根據(jù)計(jì)算獲得的所需平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位，對(duì)所述轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡加工，之后按順序執(zhí)行步驟D ；D.啟動(dòng)所述電機(jī)，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，由所述位移檢測(cè)裝置檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，如果在所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊的控制下，所述轉(zhuǎn)子上的不平衡質(zhì)量使所述轉(zhuǎn)子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護(hù)間隙的1/2，那么所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊能夠抑制所述轉(zhuǎn)子的同頻振動(dòng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過其剛性臨界轉(zhuǎn)速，按順序執(zhí)行步驟E ；Ε.所述電機(jī)繼續(xù)加速，檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升速至ωΕ過程中所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，如果所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅都小于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅，則按順序執(zhí)行步驟F ；如果發(fā)現(xiàn)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅大于或等于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅，則停止所述電機(jī)加速，關(guān)閉所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，重復(fù)執(zhí)行所述步驟B ；F.啟動(dòng)所述電機(jī)繼續(xù)升速至ωΕ，停止所述電機(jī)加速，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在該轉(zhuǎn)速ωΕ處， 關(guān)閉所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，之后按順序執(zhí)行步驟G ；G.檢測(cè)此時(shí)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，a.如果所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅小于預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅，則利用所述動(dòng)平衡機(jī)測(cè)量所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)，并同步獲取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)，所述動(dòng)平衡機(jī)采用影響系數(shù)法或模態(tài)平衡法根據(jù)所測(cè)得的所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算得出所述轉(zhuǎn)子所需的平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，關(guān)閉所述電機(jī)(8)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降到零；i.如果所述轉(zhuǎn)子殘余的不平衡質(zhì)量小于預(yù)設(shè)不平衡質(zhì)量，則整個(gè)動(dòng)平衡過程完成；ii.否則執(zhí)行所述步驟C ；b.如果所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅大于或等于預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅，則重復(fù)執(zhí)行所述步驟 B0上述動(dòng)平衡方法中，所述預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅為[20 μ m，40 μ m]，所述預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅為[ο. 05 μ m，0. 1 μ m]，所述預(yù)設(shè)不平衡質(zhì)量為[5mg, 12mg]。上述動(dòng)平衡方法中，所述預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅為40 μ m,所述預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅為 0. 1 μ m，所述預(yù)設(shè)不平衡質(zhì)量為10mg。上述動(dòng)平衡方法中，所述步驟①之前還包括根據(jù)所述磁懸浮分子泵的動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)得到轉(zhuǎn)子剛性臨界轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速ωΕ的步驟。上述動(dòng)平衡方法中，在所述步驟③和⑤中，所述動(dòng)平衡機(jī)通過其上設(shè)置的振動(dòng)檢測(cè)探頭測(cè)量所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)，所述動(dòng)平衡機(jī)通過其上設(shè)置的轉(zhuǎn)速探頭測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)。
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本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)①本發(fā)明提供的磁懸浮分子泵的動(dòng)平衡方法，在啟動(dòng)磁懸浮分子泵的電機(jī)后，開啟力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，如果在力自由不平衡振動(dòng)控制模塊的控制下，轉(zhuǎn)子上的不平衡質(zhì)量使轉(zhuǎn)子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護(hù)間隙的1/2(即轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量要在一定閾值范圍內(nèi))，那么力自由不平衡振動(dòng)控制模塊能抑制轉(zhuǎn)子的同頻振動(dòng)，使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速能夠很快超過其剛性臨界轉(zhuǎn)速，直接在較高速度下對(duì)磁懸浮分子泵的轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡操作，這樣不必在低速下做轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，簡(jiǎn)化了操作步驟，能快速、高效地進(jìn)行動(dòng)平衡操作，大大提高了動(dòng)平衡的效率。②本發(fā)明提供的磁懸浮分子泵的動(dòng)平衡方法，利用通用設(shè)備動(dòng)平衡機(jī)即可完成對(duì)轉(zhuǎn)子所需平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量加載相位的計(jì)算，操作簡(jiǎn)便。③本發(fā)明提供的磁懸浮分子泵的動(dòng)平衡方法，在采用影響系數(shù)法或模態(tài)平衡法獲取轉(zhuǎn)子所需的平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位時(shí)，每次降速再次開啟力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)地降到零，以減少不平衡質(zhì)量引起的機(jī)械振動(dòng)，保護(hù)轉(zhuǎn)子部件。④本發(fā)明提供的磁懸浮分子泵的動(dòng)平衡方法，采用力自由不平衡振動(dòng)控制算法， 力自由不平衡振動(dòng)控制算法適用于轉(zhuǎn)子振動(dòng)較小的情況，其優(yōu)點(diǎn)是所需控制電流小，對(duì)磁軸承功率放大器要求較低。⑤本發(fā)明提供的磁懸浮分子泵動(dòng)平衡方法，其中預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅為40 μ m,該值能夠滿足非額定轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子徑向振幅的振動(dòng)情況要求，使轉(zhuǎn)子能夠比較平穩(wěn)地升速，直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。其中預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅為0. 1 μ m，預(yù)設(shè)不平衡質(zhì)量為10mg，以上兩個(gè)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)能夠確保轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速下，平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，保證磁懸浮分子泵的穩(wěn)定運(yùn)行。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中圖1是本發(fā)明中磁懸浮分子泵的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中力自由不平衡振動(dòng)控制算法原理圖；圖3是本發(fā)明中動(dòng)平衡方法流程圖。圖中附圖標(biāo)記表示為1-葉輪，2-磁懸浮分子泵控制器，3-泵體，4-第一徑向保護(hù)軸承，5-第一徑向傳感器，6-第一徑向磁軸承，7-轉(zhuǎn)子軸，8-電機(jī)，9-第二徑向磁軸承， 10-第二徑向傳感器，11-第二徑向保護(hù)軸承，12-軸向保護(hù)軸承，13-第一軸向磁軸承， 14-推力盤，15-第二軸向磁軸承，16-軸向傳感器，17-接線端子，18-位移檢測(cè)裝置，19-轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，是本發(fā)明所涉及的磁懸浮分子泵的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例中所述磁懸浮分子泵豎直設(shè)置，所述磁懸浮分子泵包括泵體3、設(shè)置在所述泵體3內(nèi)的轉(zhuǎn)子軸系、以及現(xiàn)有技術(shù)中所述磁懸浮分子泵應(yīng)當(dāng)具有的其他結(jié)構(gòu)，由于本發(fā)明不涉及上述其他結(jié)構(gòu)， 在此不再贅述。所述轉(zhuǎn)子軸系包括轉(zhuǎn)子、第一徑向磁軸承6、第二徑向磁軸承9、第一軸向磁軸承
813和第二軸向磁軸承15 ；所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸7、與所述轉(zhuǎn)子軸7固定的葉輪1、以及用于固定所述葉輪1的裝配部件，如螺釘、螺母等。所述轉(zhuǎn)子軸7的軸線沿豎直方向設(shè)置，所述葉輪1固定設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子軸7的上部。所述轉(zhuǎn)子軸7的下部設(shè)置有所述第一軸向磁軸承13、所述第二軸向磁軸承15、推力盤 14以及軸向保護(hù)軸承12和用于檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子軸向位移信號(hào)的軸向傳感器16。所述轉(zhuǎn)子軸 7上依此間隔地套設(shè)有第一徑向保護(hù)軸承4、第一徑向傳感器5、第一徑向磁軸承6、電機(jī)8、 第二徑向磁軸承9、第二徑向傳感器10和第二徑向保護(hù)軸承11等裝置。所述第一徑向保護(hù)軸承4和所述第二徑向保護(hù)軸承11同軸，且徑向尺寸相同。所述第一徑向磁軸承6包括第一徑向磁軸承定子和第一徑向磁軸承轉(zhuǎn)子，所述第一徑向磁軸承定子與所述泵體3固定連接，所述第一徑向磁軸承轉(zhuǎn)子與所述轉(zhuǎn)子軸7固定連接；所述第一徑向傳感器5用于檢測(cè)在所述第一徑向傳感器5處所述轉(zhuǎn)子的徑向位移信號(hào)。所述第二徑向磁軸承9包括第二徑向磁軸承定子和第二徑向磁軸承轉(zhuǎn)子，所述第二徑向磁軸承定子與所述泵體3固定連接，所述第二徑向磁軸承轉(zhuǎn)子與所述轉(zhuǎn)子軸7固定連接；所述第二徑向傳感器10用于檢測(cè)在所述第二徑向傳感器10處所述轉(zhuǎn)子的徑向位移信號(hào)，包括轉(zhuǎn)子平動(dòng)位移信號(hào)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)位移信號(hào)。所述轉(zhuǎn)子軸7由所述第一徑向磁軸承6、所述第二徑向磁軸承9、所述第一軸向磁軸承13和所述第二軸向磁軸承15支承。所述磁懸浮分子泵的控制系統(tǒng)包括位移檢測(cè)裝置18、轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置19和磁懸浮分子泵控制器2 ；所述位移檢測(cè)裝置18用于接收位移信號(hào)，其信號(hào)輸入端與所述第一徑向傳感器5、所述第二徑向傳感器10和所述軸向傳感器16的信號(hào)輸出端連接，所述位移檢測(cè)裝置18的信號(hào)輸出端與所述磁懸浮分子泵控制器2的信號(hào)輸入端連接；所述轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置 19用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)，其信號(hào)輸入端通過所述磁懸浮分子泵的接線端子17連接到轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器，所述轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置19的信號(hào)輸出端與所述磁懸浮分子泵控制器2的信號(hào)輸入端連接。所述磁懸浮分子泵控制器2內(nèi)置各種控制算法模塊，所述磁懸浮分子泵控制器2 可根據(jù)所述位移檢測(cè)裝置18獲得的位移信號(hào)，調(diào)用合適的控制算法進(jìn)行分析運(yùn)算，最終驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的磁軸承(所述第一徑向磁軸承6、所述第二徑向磁軸承9、所述第一軸向磁軸承13 和所述第二軸向磁軸承15中的一個(gè)或多個(gè))輸出電磁力對(duì)所述轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)施加控制。所述磁懸浮分子泵控制器2還可根據(jù)所述轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置19獲得的轉(zhuǎn)速信號(hào)，對(duì)所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)需要調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。所述磁懸浮分子泵控制器2中還內(nèi)置有力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊可基本消除控制電流中的同頻成分，抑制所述轉(zhuǎn)子的同頻振動(dòng)，使所述轉(zhuǎn)子圍繞質(zhì)量中心旋轉(zhuǎn)，如圖2所示。在所述磁懸浮分子泵加工裝配完成后，需要對(duì)所述磁懸浮分子泵進(jìn)行動(dòng)平衡操作，去除所述轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量。本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子剛性臨界轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速《,已知，如圖3所示，所述動(dòng)平衡方法包括①啟動(dòng)所述電機(jī)8開始升速，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，由所述磁懸浮分子泵控制器2控制所述位移檢測(cè)裝置18采集所述磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子的徑向位移信號(hào)， 檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，在本實(shí)施例中所述位移檢測(cè)裝置18通過所述第一徑向傳感器5 和所述第二徑向傳感器10采集所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅。如果在所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊的控制下，所述轉(zhuǎn)子上的不平衡質(zhì)量使所述轉(zhuǎn)子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護(hù)間隙的1/2，那么所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊能夠抑制所述轉(zhuǎn)子的同頻振動(dòng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過其剛性臨界轉(zhuǎn)速，順序執(zhí)行步驟②。如果轉(zhuǎn)子最大徑向振幅超過徑向保護(hù)間隙的1/2，則采用傳統(tǒng)動(dòng)平衡方法，首先進(jìn)行低速動(dòng)平衡，以保證在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過剛性臨界轉(zhuǎn)速過程中，轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)始終不超過徑向保護(hù)間隙的1/2 ；然后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過其剛性臨界轉(zhuǎn)速后，順序執(zhí)行步驟②。②所述電機(jī)8繼續(xù)加速，由所述位移檢測(cè)裝置18檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)情況， 當(dāng)所述轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)幅值超過預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅時(shí)，停止所述電機(jī)8加速，使轉(zhuǎn)速
穩(wěn)定在該轉(zhuǎn)速CoiG = 0，1，2......)處，關(guān)閉所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊。所述預(yù)
設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅的范圍是[20 μ m，40 μ m]，在本實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅為 40 μ m。由所述磁懸浮分子泵控制器2控制所述轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置19或動(dòng)平衡機(jī)檢測(cè)此時(shí)的轉(zhuǎn)速ω i (所述轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置19通過轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器采集轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速)。判斷轉(zhuǎn)速ω i是否小于轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速ωΕ，如果Coi小于ω Ε則按順序執(zhí)行步驟③，否則執(zhí)行步驟⑤。③利用所述動(dòng)平衡機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為非額定轉(zhuǎn)速的動(dòng)平衡操作，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從零升至ω ia程中以及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為COi時(shí)，所述轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)幅值都小于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅，即40 μ m，之后按順序執(zhí)行步驟④。具體步驟包括I.利用所述動(dòng)平衡機(jī)測(cè)量所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)，并同步獲取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)，所述動(dòng)平衡機(jī)通過其上設(shè)置的振動(dòng)檢測(cè)探頭測(cè)量所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)，所述動(dòng)平衡機(jī)通過其上設(shè)置的轉(zhuǎn)速探頭測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)。所述動(dòng)平衡機(jī)采用影響系數(shù)法根據(jù)所測(cè)得的所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算得出所述轉(zhuǎn)子所需的平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，關(guān)閉所述電機(jī)8，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降到零，之后按順序執(zhí)行步驟II。在實(shí)施影響系數(shù)法過程中，預(yù)設(shè)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轉(zhuǎn)子的軸向，并且設(shè)置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子中心、靠近兩端的位置上。啟動(dòng)電機(jī)升速，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速到達(dá)轉(zhuǎn)速Q(mào)i時(shí)，停止電機(jī)加速，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在ω”分別記錄由第一平衡面和第二平衡面處的位移傳感器測(cè)得的初始不平衡矢量Vtl。關(guān)閉所述電機(jī)8，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降為零后，在第一平衡面上加上試重mi。啟動(dòng)電機(jī)升速，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速到達(dá)轉(zhuǎn)速Q(mào)i時(shí)，停止電機(jī)加速，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在ω”分別記錄由第一平衡面和第二平衡面處的位移傳感器測(cè)得的初始不平衡矢量義。關(guān)閉所述電機(jī)8，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降為零后，在第二平衡面上加上試重m2。啟動(dòng)電機(jī)升速，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速到達(dá)轉(zhuǎn)速Q(mào)i時(shí)，停止電機(jī)加速，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在ω”分別記錄由第一平衡面和第二平衡面處的位移傳感器測(cè)得的初始不平衡矢量V2。關(guān)閉所述電機(jī)8，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降為零。利用影響系數(shù)法根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以計(jì)算出每個(gè)平衡面所需的平衡質(zhì)量及其加載相位。II .根據(jù)計(jì)算獲得的所需平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位，對(duì)所述轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡加工，之后按順序執(zhí)行步驟III。III.啟動(dòng)所述電機(jī)8，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，由所述位移檢測(cè)裝置18檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，如果在所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊的控制下，所述轉(zhuǎn)子上的不平衡質(zhì)量使所述轉(zhuǎn)子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護(hù)間隙的1/2，那么所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊能夠抑制所述轉(zhuǎn)子的同頻振動(dòng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過其剛性臨界轉(zhuǎn)速，按順序執(zhí)行步驟IV。
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IV.所述電機(jī)8繼續(xù)加速，檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升速至ω ia程中以及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為Coi時(shí)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，如果所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅都小于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅，則執(zhí)行步驟 ④；如果發(fā)現(xiàn)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅大于或等于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅，則停止所述電機(jī)8加速，關(guān)閉所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，重復(fù)執(zhí)行所述步驟I。④令i = i+Ι，重復(fù)步驟②。⑤利用所述動(dòng)平衡機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速動(dòng)平衡操作，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從零升至ωΕ過程中，所述轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)幅值都小于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅；并且使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 ￡時(shí)，所述轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)幅值小于預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅且所述轉(zhuǎn)子殘余的不平衡質(zhì)量小于預(yù)設(shè)不平衡質(zhì)量，至此整個(gè)動(dòng)平衡過程完成。所述預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅范圍是
,所述預(yù)設(shè)不平衡質(zhì)量為[5mg，12mg]，在本實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅為 0. 1 μ m，所述預(yù)設(shè)不平衡質(zhì)量為10mg。具體步驟包括A.如果…> ω ,則啟動(dòng)所述電機(jī)8進(jìn)行減速將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)整為ω Ε，否則將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持在ωΕ。B.利用所述動(dòng)平衡機(jī)測(cè)量所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)，并同步獲取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)，所述動(dòng)平衡機(jī)通過其上設(shè)置的振動(dòng)檢測(cè)探頭測(cè)量所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)，所述動(dòng)平衡機(jī)通過其上設(shè)置的轉(zhuǎn)速探頭測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)。所述動(dòng)平衡機(jī)采用影響系數(shù)法根據(jù)所測(cè)得的所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算得出所述轉(zhuǎn)子所需的平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，關(guān)閉所述電機(jī)8，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降到零，之后按順序執(zhí)行步驟C。在實(shí)施影響系數(shù)法過程中，預(yù)設(shè)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轉(zhuǎn)子的軸向，并且設(shè)置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子中心、靠近兩端的位置上。啟動(dòng)電機(jī)升速，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速到達(dá)額定轉(zhuǎn)速ωΕ時(shí)，停止電機(jī)加速，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在ωΕ。分別記錄由第一平衡面和第二平衡面處的位移傳感器測(cè)得的初始不平衡矢量V' 00關(guān)閉所述電機(jī)8，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降為零后，在第一平衡面上加上試重m' 10啟動(dòng)電機(jī)加速，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速到達(dá)額定轉(zhuǎn)速ωΕ 時(shí)，停止電機(jī)加速，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在ωΕ。分別記錄由第一平衡面和第二平衡面處的位移傳感器測(cè)得的初始不平衡矢量V' 10關(guān)閉所述電機(jī)8，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降為零后，在第二平衡面上加上試重m' 2。啟動(dòng)電機(jī)加速，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速到達(dá)額定轉(zhuǎn)速ωΕ時(shí)，停止電機(jī)加速，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在 ωΕ。分別記錄由第一平衡面和第二平衡面處的位移傳感器測(cè)得的初始不平衡矢量V' 2。 關(guān)閉所述電機(jī)8，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降為零。利用影響系數(shù)法根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以計(jì)算出每個(gè)平衡面所需的平衡質(zhì)量及其加載相位。C.根據(jù)計(jì)算獲得的所需平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位，對(duì)所述轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡加工，之后按順序執(zhí)行步驟D。D.啟動(dòng)所述電機(jī)8，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，由所述位移檢測(cè)裝置 18檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，如果在所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊的控制下，所述轉(zhuǎn)子上的不平衡質(zhì)量使所述轉(zhuǎn)子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護(hù)間隙的1/2，那么所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊能夠抑制所述轉(zhuǎn)子的同頻振動(dòng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過其剛性臨界轉(zhuǎn)速，按順序執(zhí)行步驟Ε。Ε.所述電機(jī)8繼續(xù)加速，檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升速至ωΕ過程中所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，如果所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅都小于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅，則按順序執(zhí)行步驟F ；如果發(fā)現(xiàn)所述
11轉(zhuǎn)子的徑向振幅大于或等于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅，則停止所述電機(jī)8加速，關(guān)閉所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，重復(fù)執(zhí)行所述步驟B。F.啟動(dòng)所述電機(jī)8繼續(xù)升速至ωΕ，停止所述電機(jī)8加速，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在該轉(zhuǎn)速ωΕ 處，關(guān)閉所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，之后按順序執(zhí)行步驟G。G.檢測(cè)此時(shí)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，a.如果所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅小于預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅，則利用所述動(dòng)平衡機(jī)測(cè)量所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)，并同步獲取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)，所述動(dòng)平衡機(jī)采用影響系數(shù)法根據(jù)所測(cè)得的所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算得出所述轉(zhuǎn)子所需的平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，關(guān)閉所述電機(jī)8，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降到零；i.如果所述轉(zhuǎn)子殘余的不平衡質(zhì)量小于預(yù)設(shè)不平衡質(zhì)量，則整個(gè)動(dòng)平衡過程完成；ii.否則執(zhí)行所述步驟C ；b.如果所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅大于或等于預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅，則重復(fù)執(zhí)行所述步驟 B0在其他實(shí)施例中，在所述步驟①之前還包括根據(jù)所述磁懸浮分子泵的動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)得到轉(zhuǎn)子剛性臨界轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速ωΕ的步驟，所述動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)采用現(xiàn)有技術(shù)中已知的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方法。在其他實(shí)施例中，所述動(dòng)平衡機(jī)除了采用影響系數(shù)法外還可采用模態(tài)平衡法。在其他實(shí)施例中，根據(jù)不同情況，所述預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅還可選取為20 μ m、 25 μ m、30 μ m或35 μ m等，所述預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅還可選取為0. 05 μ m、0. 07 μ m或0. 09 μ m 等，所述預(yù)設(shè)不平衡質(zhì)量還可選取為5mg、8mg或12mg等，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的。顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
1權(quán)利要求
1.一種磁懸浮分子泵動(dòng)平衡方法，其特征在于包括①啟動(dòng)所述磁懸浮分子泵的電機(jī)(8)開始升速，開啟磁懸浮分子泵控制器O)中的力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，由所述磁懸浮分子泵控制器( 控制位移檢測(cè)裝置(18)采集所述磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子的徑向位移信號(hào)，檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，如果在所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊的控制下，所述轉(zhuǎn)子上的不平衡質(zhì)量使所述轉(zhuǎn)子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護(hù)間隙的1/2，那么所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊能夠抑制所述轉(zhuǎn)子的同頻振動(dòng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過其剛性臨界轉(zhuǎn)速，順序執(zhí)行步驟②；②所述電機(jī)(8)繼續(xù)加速，由所述位移檢測(cè)裝置(18)檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)情況， 當(dāng)所述轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)幅值超過預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅時(shí)，停止所述電機(jī)(8)加速，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在該轉(zhuǎn)速coji = 0，1，2......)處，關(guān)閉所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊；由所述磁懸浮分子泵控制器⑵控制轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置(19)或動(dòng)平衡機(jī)檢測(cè)此時(shí)的轉(zhuǎn)速Oi ；判斷轉(zhuǎn)速 Qi是否小于轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速ωΕ，如果Coi小于ω Ε則按順序執(zhí)行步驟③，否則執(zhí)行步驟⑤；③利用所述動(dòng)平衡機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為非額定轉(zhuǎn)速的動(dòng)平衡操作，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從零升至 Qi過程中以及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為Coi時(shí)，所述轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)幅值都小于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅， 之后按順序執(zhí)行步驟④；④令i= i+Ι，重復(fù)步驟②；⑤利用所述動(dòng)平衡機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速動(dòng)平衡操作，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從零升至ωΕ 過程中，所述轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)幅值都小于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅；并且使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為ωΕ時(shí)， 所述轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)幅值小于預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅且所述轉(zhuǎn)子殘余的不平衡質(zhì)量小于預(yù)設(shè)不平衡質(zhì)量，至此整個(gè)動(dòng)平衡過程完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)平衡方法，其特征在于所述步驟③具體為I.利用所述動(dòng)平衡機(jī)測(cè)量所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)，并同步獲取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)，所述動(dòng)平衡機(jī)采用影響系數(shù)法或模態(tài)平衡法根據(jù)所測(cè)得的所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算得出所述轉(zhuǎn)子所需的平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，關(guān)閉所述電機(jī)(8)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降到零，之后按順序執(zhí)行步驟II ；II.根據(jù)計(jì)算獲得的所需平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位，對(duì)所述轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡加工，之后按順序執(zhí)行步驟III ；III.啟動(dòng)所述電機(jī)(8)，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，由所述位移檢測(cè)裝置 (18)檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，如果在所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊的控制下，所述轉(zhuǎn)子上的不平衡質(zhì)量使所述轉(zhuǎn)子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護(hù)間隙的1/2，那么所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊能夠抑制所述轉(zhuǎn)子的同頻振動(dòng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過其剛性臨界轉(zhuǎn)速，按順序執(zhí)行步驟IV ；IV.所述電機(jī)(8)繼續(xù)加速，檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升速至Oi過程中以及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為COi時(shí)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，如果所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅都小于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅，則執(zhí)行步驟④； 如果發(fā)現(xiàn)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅大于或等于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅，則停止所述電機(jī)(8)加速，關(guān)閉所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，重復(fù)執(zhí)行所述步驟I。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)平衡方法，其特征在于所述步驟⑤具體為Α.如果…> ω ,則啟動(dòng)所述電機(jī)⑶進(jìn)行減速將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)整為ω Ε，否則將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持在ωΕ;B.利用所述動(dòng)平衡機(jī)測(cè)量所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)，并同步獲取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)，所述動(dòng)平衡機(jī)采用影響系數(shù)法或模態(tài)平衡法根據(jù)所測(cè)得的所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算得出所述轉(zhuǎn)子所需的平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，關(guān)閉所述電機(jī)(8)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降到零，之后按順序執(zhí)行步驟C;C.根據(jù)計(jì)算獲得的所需平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位，對(duì)所述轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡加工， 之后按順序執(zhí)行步驟D ；D.啟動(dòng)所述電機(jī)(8)，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，由所述位移檢測(cè)裝置 (18)檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，如果在所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊的控制下，所述轉(zhuǎn)子上的不平衡質(zhì)量使所述轉(zhuǎn)子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護(hù)間隙的1/2，那么所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊能夠抑制所述轉(zhuǎn)子的同頻振動(dòng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過其剛性臨界轉(zhuǎn)速，按順序執(zhí)行步驟E ；Ε.所述電機(jī)⑶繼續(xù)加速，檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升速至ωΕ過程中所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，如果所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅都小于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅，則按順序執(zhí)行步驟F ；如果發(fā)現(xiàn)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅大于或等于預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅，則停止所述電機(jī)(8)加速，關(guān)閉所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，重復(fù)執(zhí)行所述步驟B ；F.啟動(dòng)所述電機(jī)(8)繼續(xù)升速至ωΕ，停止所述電機(jī)(8)加速，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在該轉(zhuǎn)速ωΕ 處，關(guān)閉所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，之后按順序執(zhí)行步驟G ；G.檢測(cè)此時(shí)所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅，a.如果所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅小于預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅，則利用所述動(dòng)平衡機(jī)測(cè)量所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)，并同步獲取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)，所述動(dòng)平衡機(jī)采用影響系數(shù)法或模態(tài)平衡法根據(jù)所測(cè)得的所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算得出所述轉(zhuǎn)子所需的平衡質(zhì)量及平衡質(zhì)量的加載相位，開啟所述力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，關(guān)閉所述電機(jī)(8)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降到零；i.如果所述轉(zhuǎn)子殘余的不平衡質(zhì)量小于預(yù)設(shè)不平衡質(zhì)量，則整個(gè)動(dòng)平衡過程完成； .否則執(zhí)行所述步驟C;b.如果所述轉(zhuǎn)子的徑向振幅大于或等于預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅，則重復(fù)執(zhí)行所述步驟B。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的動(dòng)平衡方法，其特征在于所述預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅為[20 μ m，40 μ m]，所述預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅為
，所述預(yù)設(shè)不平衡質(zhì)量為 [5mg,12mg]。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動(dòng)平衡方法，其特征在于所述預(yù)設(shè)非額定轉(zhuǎn)速振幅為 40 μ m,所述預(yù)設(shè)額定轉(zhuǎn)速振幅為0. 1 μ m，所述預(yù)設(shè)不平衡質(zhì)量為10mg。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動(dòng)平衡方法，其特征在于所述步驟①之前還包括根據(jù)所述磁懸浮分子泵的動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)得到轉(zhuǎn)子剛性臨界轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速ωΕ的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動(dòng)平衡方法，其特征在于在所述步驟③和⑤中，所述動(dòng)平衡機(jī)通過其上設(shè)置的振動(dòng)檢測(cè)探頭測(cè)量所述磁懸浮分子泵機(jī)殼的振動(dòng)信號(hào)，所述動(dòng)平衡機(jī)通過其上設(shè)置的轉(zhuǎn)速探頭測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)。
全文摘要
一種磁懸浮分子泵動(dòng)平衡方法，在啟動(dòng)磁懸浮分子泵電機(jī)后，開啟力自由不平衡振動(dòng)控制模塊，如果在力自由不平衡振動(dòng)控制模塊的控制下，轉(zhuǎn)子上的不平衡質(zhì)量使轉(zhuǎn)子在升速過程中的最大徑向振幅不超過保護(hù)間隙的1/2，那么不平衡振動(dòng)控制模塊能抑制轉(zhuǎn)子的同頻振動(dòng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速能夠很快超過其剛性臨界轉(zhuǎn)速，從而在較高速度下對(duì)磁懸浮分子泵的轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡操作。本發(fā)明的動(dòng)平衡方法，可直接在高速下對(duì)磁懸浮分子泵的轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡操作，步驟簡(jiǎn)單、效率高。
文檔編號(hào)F04D27/00GK102444607SQ201110399359
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者張剴, 張小章, 李奇志, 武涵, 鄒蒙 申請(qǐng)人:北京中科科儀技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司, 清華大學(xué)