CN102425555A - 一种获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，分别以径向磁轴承定子内圆中心和径向位移传感器定子内圆中心为原点建立径向磁轴承坐标系和径向位移传感器坐标系。通过获得在径向磁轴承坐标系下所述径向保护轴承定子内圆中心坐标，得到所述径向磁轴承定子内圆中心与所述径向保护轴承定子内圆中心在X、Y方向的偏差。根据这一偏差，获得在径向位移传感器坐标系下的径向磁轴承定子内圆中心。通过上述过程调整转子的第一径向悬浮中心和第二径向悬浮中心于第一径向磁轴承定子内圆中心和第二径向磁轴承定子内圆中心处，保证磁悬浮分子泵系统稳定运行。

Description

一种获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法

技术领域

本发明涉及真空获得设备技术领域，具体涉及一种获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法。 

背景技术

磁悬浮分子泵是一种采用磁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。 

磁悬浮分子泵的一般内部结构如图1所示，所述磁悬浮分子泵的转子包括转子轴7和与转子轴7固定连接的叶轮1。所述叶轮1固定安装在转子轴7的上部；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、第一径向磁轴承6、电机8、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。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。理论上，所述第一径向磁轴承6和所述第二径向磁轴承同轴9，所述第一径向保护轴承4和所述第二径向保护轴承同轴11，且所述径向保护轴承和所述径向磁轴承同轴，即所述径向保护轴承定子内圆中心和所述径向磁轴承定子内圆中心重合。 

所述磁悬浮分子泵还配置有控制其运转的控制器2，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，进而驱动相应的所述径向磁轴承输出电磁力对转子的径向运动进行控制。其中，设置所述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，由于所述径向保护轴承的内径小于所述径向磁轴承定子的内径，失稳的转子会直接跌落在所述径向保护轴承上，而不会接触到所述径向磁轴承，由此对所述径向磁轴承起到保护作用。 

现有磁悬浮分子泵中的径向磁轴承包括径向磁轴承定子，径向磁轴承定子的内壁均匀地设置有2^N个磁极，N为整数且2≤N≤5。将2^N个磁极分为X向磁极对组和Y向磁极对组，X向磁极对组和Y向磁极对组各包含两个相对设置的磁极对，分别为X正向磁极对和X负向磁极对，Y正向磁极对和Y负向磁极对。每个磁极对中包含2^N-2个磁极，且每个磁极对上分别缠绕有线圈。其中，X正向磁极对和X负向磁极对上分别缠绕有X正向磁极对线圈和X负向磁极对线圈，通电后的X正向磁极对线圈和X负向磁极对线圈产生吸力，分别对转子施加X正向电磁力和X负向电磁力；同样地，Y正向磁极对线圈和Y负向磁极对线圈上分别缠绕有Y正向磁极对线圈和Y负向磁极对线圈，通电后的Y正向磁极对线圈和Y负向磁极对线圈产生吸力，分别对转子施加Y正向电磁力和Y负向电磁力。 

如图2所示，以N＝3为例，8个磁极均匀地设置在径向磁轴承定子的内壁，8个磁极形成4个磁极对I-IV，磁极对I和磁极对III构成X向磁极对组，磁极对II和磁极对IV构成Y向磁极对组，磁极对I-IV上均缠绕有线圈。其中，磁极对I线圈和磁极对III线圈分别对转子施加X正向电磁力和X负向电磁力；而磁极对II线圈和磁极对IV线圈分别对转子施加Y正向电磁力和Y负向电磁力。 

理论上，控制器可以通过控制径向磁轴承各个磁极对线圈中的电流，使转子稳定地悬浮于所述径向保护轴承定子内圆内的任意一 点，并且在磁悬浮分子泵工作过程中，当转子受外界扰动力作用而发生运动时，控制器也能通过调整径向磁轴承各个磁极对线圈中电流的大小，来对转子相应地施加X方向电磁力或Y方向电磁力，从而克服外界扰动力对转子的影响，使转子复位。 

根据安培环路定律，径向磁轴承各个磁极对线圈产生的电磁力大小与转子到磁极对线圈的距离的平方呈反比。因此，各个磁极对线圈所产生的电磁力与转子到磁极对线圈的距离呈非线性关系。根据现有磁悬浮分子泵控制理论，可知当转子悬浮于径向磁轴承定子内圆中心，且转子偏离中心的位移较小时，可以将径向磁轴承各个磁极对产生的电磁力与转子到磁极对的距离的关系近似为线性关系，从而简化控制过程。而且，当转子悬浮于径向磁轴承定子内圆中心时，转子与径向磁轴承各个磁极对线圈的距离相等，径向磁轴承各磁极对线圈通入的电流大小相等，转子受力比较均衡，此时磁悬浮分子泵系统稳定性较好。 

另外，现有技术是通过径向位移传感器的测量结果来获得转子偏离径向悬浮中心的位移量的，径向位移传感器的磁极结构与径向磁轴承类似，如图3所示，设径向位移传感器包括8个磁极，如图4所示为电感式径向位移传感器的原理图，其中S′表示频率和幅值固定的正弦电压信号(激励信号)，G表示地。其工作原理叙述如下： 

(1)当转子静止不动时，四个磁极对的感抗不发生变化，径向位移传感器的X向输出V_wx和Y向输出V_wy都保持不变。 

(2)当转子靠近径向位移传感器的磁极对i线圈时，磁极对i线圈的感抗增加，则径向位移传感器的X向输出V_wx变小；当转子靠近磁极对iii线圈时，磁极对iii线圈的感抗增加，则电感式径向位移传感器的X向输出V_wx增大。 

(3)当转子靠近径向位移传感器的磁极对ii线圈时，磁极对ii线圈的感抗增加，则径向位移传感器的Y向输出V_wy变小；当转子靠近磁极对iv线圈时，磁极对iv线圈的感抗增加，则电感式径向位移传感器的Y向输出V_wy增大。 

上述V_wx和V_wy均为频率固定且幅值随转子位移的变化而变化的正弦电压信号。这两个正弦电压信号经过控制器内解调电路的解调处理后变为与转子与磁极对线圈之间的距离呈线性关系的直流电压信号V_o＝K×L(L表示转子与磁极对线圈之间的距离，K为常数)。解调处理后，控制器内的处理芯片可以直接检测并分析该直流电压信号，从而得到转子位移量。 

转子的径向悬浮中心有两个，分别是与第一径向保护轴承、第一径向磁轴承对应的第一径向悬浮中心，及与第二径向保护轴承、第二径向磁轴承对应的第二径向悬浮中心。现有技术获得转子径向悬浮中心的方法，以获得转子第一径向悬浮中心为例进行说明，操作过程如下： 

(1)对第一径向位移传感器进行标定，获得第一径向位移传感器X向输出的正弦电压信号V_wx经控制器内解调电路解调后得到的直流电压信号与转子X方向位移的关系：V_ox＝f(x)，及第一径向位移传感器Y向输出的正弦电压信号V_wy经控制器内解调电路解调后得到的直流电压信号与转子Y方向位移的关系：V_oy＝f(y)； 

(2)由控制器控制第一径向磁轴承和第二径向磁轴承的X正向磁极对线圈产生X正向的电磁力(X负向和Y方向电磁力为零)，将转子吸附在X正向的极限位置。此时转子与径向保护轴承接触，第一径向位移传感器X向输出的信号经过控制器内部的解调电路处理后得到直流电压值V₁，由V₁和V_ox＝f(x)可获得在第一径向位移传感器坐标系下转子在X正向的极限位置坐标X_max+； 

再由控制器控制第一径向磁轴承和第二径向磁轴承的X负向磁极对线圈产生X负向的电磁力(X正向和Y方向电磁力为零)，将转子吸附在X负向的极限位置。此时转子与径向保护轴承接触，第一径向位移传感器X向输出的信号经过控制器内部的解调电路处理后得到直流电压值V₂，由V₂和V_ox＝f(x)可获得在第一径向位移传感器坐标系下转子在X负向的极限位置坐标X_min-； 

由第一径向位移传感器坐标系下X正向的极限位置坐标X_max+和X负向的极限位置坐标X_min-可获得在第一径向位移传感器坐标系下转子第一径向悬浮中心X方向坐标为X_z0＝(X_max++X_min-)/2； 

(3)利用步骤(2)所述方法，获得在第一径向位移传感器坐标系下转子在Y正向的极限位置坐标Y_max+和转子在Y负向的极限位置坐标Y_min-，以及在第一径向位移传感器坐标系下转子第一径向悬浮中心Y方向坐标为Y_z0＝(Y_max++Y_min-)/2； 

由此得到转子第一径向悬浮中心(X_z0，Y_z0)，获得转子第二径向悬浮中心(X_z1，Y_z1)的方法同上，在此不再赘述。 

显然，通过上述方法获得的转子的第一径向悬浮中心(X_z0，Y_z0)和第二径向悬浮中心(X_z1，Y_z1)分别是第一径向位移传感器坐标系下第一径向保护轴承定子内圆中心坐标(X_b0，Y_b0)和第二径向位移传感器坐标系下第二径向保护轴承定子内圆中心坐标(X_b1，Y_b1)。虽然理论上，径向磁轴承定子内圆中心和径向保护轴承的定子内圆中心是重合的，但是由于磁悬浮分子泵零件加工精度和装配精度的限制，径向磁轴承定子内圆中心和径向保护轴承定子的内圆中心不能做到完全重合。因此，在同一坐标系下，第一径向磁轴承和第一径向保护轴承在X方向和Y方向具有同轴度偏差(ΔX₀，ΔY₀)，其中ΔX₀和ΔY₀分别为用第一径向磁轴承定子内圆中心坐标减去第一径向保护轴承定子内圆中心坐标得到的常量，第二径向磁轴承和第二 径向保护轴承在X方向和Y方向具有同轴度偏差(ΔX₁，ΔY₁)，其中ΔX₁和ΔY₁分别为用第二径向磁轴承定子内圆中心坐标减去第二径向保护轴承定子内圆中心坐标得到的常量。 

然而，在磁悬浮分子泵开始工作时，首先要将转子悬浮在其事先设定的悬浮中心上(此时，其第一径向悬浮中心即为第一径向位移传感器坐标系下的第一径向保护轴承定子内圆中心，第二径向悬浮中心即为第二径向位移传感器坐标系下的第二径向保护轴承定子内圆中心)，由于同轴度偏差的存在，转子的第一径向悬浮中心在X方向偏离第一径向磁轴承定子内圆中心的距离为ΔX₀，在Y方向偏离第一径向磁轴承定子内圆中心的距离为ΔY₀，转子的第二径向悬浮中心在X方向偏离第二径向磁轴承定子内圆中心的距离为ΔX₁，在Y方向偏离第二径向磁轴承定子内圆中心的距离为ΔY₁。由于转子径向悬浮中心与径向磁轴承定子内圆中心存在上述偏差，会影响磁悬浮分子泵的稳定运行，不利于后续对转子的稳定控制。 

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转子径向悬浮中心与径向磁轴承定子内圆中心存在偏差，影响磁悬浮分子泵的稳定运行，不利于后续对转子的稳定控制，而提供一种能够保证磁悬浮分子泵的稳定运行，利于控制系统后续对转子稳定控制的获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法。 

为解决上述技术问题，本发明提供一种获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，包括如下步骤： 

A.获取转子第一径向悬浮中心，包括如下步骤 

①在第一径向磁轴承装入所述磁悬浮分子泵之前，将所述第一径向磁轴承的X正向磁极对线圈和X负向磁极对线圈串联形成X方向磁极对线圈组，二者之间设为所述第一径向磁轴承的X向检测信号 输出端；将第一径向磁轴承的Y正向磁极对线圈和Y负向磁极对线圈串联形成Y方向磁极对线圈组，二者间设为所述第一径向磁轴承的Y向检测信号输出端； 

②将第一径向磁轴承定子固定于标定台架上，并将转子插入第一径向磁轴承定子内圆中，以第一径向磁轴承定子内圆中心为坐标原点建立径向磁轴承坐标系； 

将所述第一径向磁轴承的X向磁极对线圈组和Y向磁极对线圈组分别连接于正弦激励信号S与地信号之间； 

将所述第一径向磁轴承的X向电压信号输出端与X向解调电路连接，所述X向解调电路的输出端输出X向检测电压信号V_x； 

将所述第一径向磁轴承的Y向电压信号输出端与Y向解调电路连接，所述Y向解调电路的输出端输出Y向检测电压信号V_y； 

V_x和V_y均为直流电压信号，利用所述第一径向磁轴承的X方向磁极对线圈组得到第一径向磁轴承坐标系下所述第一径向磁轴承的X向检测电压信号与转子X方向位移的数据关系V_x＝f(x)；利用所述第一径向磁轴承的Y向磁极对线圈组得到第一径向磁轴承坐标系下所述第一径向磁轴承的Y向检测电压信号与转子Y方向位移的数据关系V_y＝f(y)； 

③将所述第一径向磁轴承装入所述磁悬浮分子泵，使所述第一径向磁轴承的X向磁极对线圈组和Y向磁极对线圈组仍连接于正弦激励信号S与地信号之间；所述第一径向磁轴承的所述X向检测信号输出端仍与所述X向解调电路连接；所述第一径向磁轴承的所述Y向检测信号输出端仍与所述Y向解调电路连接； 

④得到转子位于所述第一径向保护轴承定子内圆中心时，所述X向解调电路输出的X向检测电压信号V_x1和所述Y向解调电路输出的Y向检测电压信号V_y1； 

由V_x1和V_x＝f(x)获得所述第一径向保护轴承定子内圆中心在第一径向磁轴承坐标系下的X方向坐标X′_b0；由V_y1和V_y＝f(y)获得所述第一径向保护轴承定子内圆中心在第一径向磁轴承坐标系下的Y方向坐标V′_b0；即得到在第一径向磁轴承坐标系下，所述第一径向保护轴承定子内圆中心坐标(X′_b0，Y′_b0)； 

由此得到所述第一径向磁轴承与第一所述径向保护轴承在X、Y方向的同轴度偏差分别为ΔX₀＝-X′_b0和ΔY₀＝-Y′_b0； 

⑤以第一径向位移传感器定子内圆中心为坐标原点建立第一径向位移传感器坐标系并获得在第一径向位移传感器坐标系下，所述第一径向保护轴承定子内圆中心坐标(X_b0，Y_b0)； 

⑥最终得到在第一径向位移传感器坐标系下，所述第一径向磁轴承定子内圆中心坐标为(X_b0-X′_b0，Y_b0-Y′_b0)，此即为磁悬浮分子泵转子的第一径向悬浮中心； 

B.用与步骤A所述获取转子第一径向悬浮中心相同的方法获取转子第二径向悬浮中心。 

上述的获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，所述步骤②包括如下步骤 

i.在所述第一径向磁轴承装入所述磁悬浮分子泵之前，测量出所述第一径向磁轴承定子内圆中心并以所述第一径向磁轴承定子内圆中心为坐标原点建立第一径向磁轴承坐标系； 

ii.控制转子自第一径向磁轴承坐标系原点沿着X正向移动长度为S的距离，测量此过程中所述第一径向磁轴承的X向解调电路输出的X向检测电压信号V_x+；控制所述转子自第一径向磁轴承坐标系原点沿着X负方向移动长度为S的距离，测量此过程中所述X向解调电路输出的X向检测电压信号V_x-；由此获得所述第一径向磁轴承的所述X向检测电压信号与转子X方向位移的数据关系V_x＝f(x)； 

iii.控制转子自第一径向磁轴承坐标系原点沿着Y正向移动长度为S的距离，测量此过程中所述第一径向磁轴承的Y向解调电路输出的Y向检测电压信号V_y+；控制转子自第一径向磁轴承坐标系原点沿着Y负方向移动长度为S的距离，测量此过程中所述Y向解调电路输出的Y向检测电压信号V_y-；由此获得所述第一径向磁轴承的所述Y向检测电压信号与转子Y方向位移的数据关系V_y＝f(y)。 

上述的获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，S大于所述第一径向保护轴承定子内圆半径r且小于所述第一径向磁轴承定子内圆半径R，即R＞S＞r。 

上述的获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，S为所述第一径向磁轴承定子内圆半径R的三分之二，即S＝2R/3。 

上述的获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，所述步骤④包括如下步骤 

a.将所述磁悬浮分子泵水平放置，保持转子轴线平行于水平面，手动控制转子，使转子紧贴所述径向保护轴承定子的内壁旋转一周，同时利用示波器观测所述第一径向磁轴承的所述X向解调电路输出的X向检测电压信号和所述第一径向磁轴承的所述Y向解调电路输出的Y向检测电压信号，记录所述X向检测电压信号的最大值V′_xmax+和最小值V′_xmin-，以及所述Y向检测电压信号的最大值V′_ymax+和最小值V′_ymax-；由此得到转子位于所述第一径向保护轴承定子内圆中心时，所述X向检测电压信号V_x1＝(V′_xmax++V′_xmax-)/2及所述Y向检测电压信号V_y1＝(V′_ymax++V′_ymax-)/2； 

b.将V_x1＝(V′_xmax++V′_xmax-)/2代入V_x＝f(x)，得出在第一径向磁轴承坐标系下所述第一径向保护轴承定子内圆中心X坐标X′_b0； 

将V_y1＝(V′_ymax++V′_ymax-)/2代入V_y＝f(y)，得出在第一径向磁轴承坐标系下所述第一径向保护轴承定子内圆中心Y坐标Y′_b0； 

c.由此，得到所述第一径向磁轴承与所述第一径向保护轴承在X、Y方向的同轴度偏差ΔX₀＝-X′_b0和ΔY₀＝-Y′_b0。 

上述的获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，所述步骤④包括如下步骤 

a.将所述磁悬浮分子泵竖直放置，保持转子轴线垂直于水平面，利用电机驱动转子旋转，使转子在离心力作用下紧贴所述径向保护轴承定子的内壁旋转，同时利用示波器观测所述第一径向磁轴承的所述X向解调电路输出的X向检测电压信号和所述第一径向磁轴承的所述Y向解调电路输出的Y向检测电压信号，记录所述X向检测电压信号的最大值V′_xmax+和最小值V′_xmin-，以及所述Y向检测电压信号的最大值V′_ymax+和最小值V′_ymax-；由此得到转子位于所述第一径向保护轴承定子内圆中心时，所述X向检测电压信号V_x1＝(V′_xmax++V′_xmax-)/2及所述Y向检测电压信号V_y1＝(V′_ymax++V′_ymax-)/2； 

b.将V_x1＝(V′_xmax++V′_xmax-)/2代入V_x＝f(x)，得出在第一径向磁轴承坐标系下所述径向保护轴承定子内圆中心X坐标X′_b0； 

将V_y1＝(V′_ymax++V′_ymax-)/2代入V_y＝f(y)，得出在径向磁轴承坐标系下所述第一径向保护轴承定子内圆中心Y坐标Y′_b0； 

c.由此，得到所述第一径向磁轴承与所述第一径向保护轴承在X、Y方向的同轴度偏差ΔX₀＝-X′_b0和ΔY₀＝-Y′_b0。 

上述的获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，所述步骤②中应用的所述正弦激励信号S与所述磁悬浮分子泵内部的第一径向位移传感器所使用的激励信号S′具有相同的幅值和频率；所述X向解调电路和所述Y向解调电路与所述磁悬浮分子泵的控制器内第一径向位移传感器解调电路具有相同的电路结构。 

上述的获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，所述步骤③将所述第一径向磁轴承装入所述磁悬浮分子泵，使所述第一径向磁 轴承的所述X向磁极对线圈组和所述Y向磁极对线圈组分别连接于所述第一径向位移传感器的激励信号S′与地信号之间；使第一径向磁轴承的所述X向电压信号输出端和所述Y向电压信号输出端均与所述控制器内的所述第一径向位移传感器解调电路连接。 

本发明的上述技术方案与现有技术相比存在如下有益效果： 

(1)本发明通过在第一径向磁轴承坐标系下获得第一径向保护轴承定子内圆中心坐标(X′_b0，Y′_b0)，且第一径向磁轴承定子内圆中心即第一径向磁轴承坐标系的原点(0，0)，由此得到第一径向磁轴承定子内圆中心与第一径向保护轴承定子内圆中心在径向上的偏差值为ΔX₀＝-X′_b0和ΔY₀＝-Y′_b0。由于在磁悬浮分子泵工作过程中，不考虑第一径向磁轴承定子内圆中心和第一径向保护轴承定子内圆中心同轴度偏差时，转子悬浮中心位置在第一径向位移传感器坐标系下的坐标为(X_b0，Y_b0)，因此本发明最终获得第一径向位移传感器坐标系下转子的第一径向悬浮中心为(X_b0-X′_b0，Y_b0-Y′_b0)即为径向位移传感器坐标系下径向磁轴承定子内圆中心坐标，消除了转子第一径向悬浮中心与第一径向磁轴承定子内圆中心的偏差，采用同样的方法消除转子第二径向悬浮中心与第二径向磁轴承定子内圆中心之间的偏差，能够保证磁悬浮分子泵的稳定运行，利于控制系统后续对转子稳定控制。 

(2)本发明在获得转子径向悬浮中心的过程中，获得了第一径向磁轴承定子内圆中心与第一径向保护轴承定子内圆中心在X、Y方向的偏差以及第二径向磁轴承定子内圆中心与第二径向保护轴承定子内圆中心在X、Y方向的偏差；由于磁悬浮分子泵零件加工和装配是批量进行的，因此当某一批磁悬浮分子泵加工装配完成后，如果所述径向磁轴承定子内圆中心和所述径向保护轴承定子内圆中心之间存在较大的偏差，则希望下一批磁悬浮分子泵在零件加工和装配过程中能够有所改进。因此，本发明获得的径向磁轴承定 子内圆中心与径向保护轴承定子内圆中心在X、Y方向的偏差，可作为下一批磁悬浮分子泵零件加工和装配的指导性技术指标，作为下一批磁悬浮分子泵零件加工和装配进行改进的依据，缩小径向磁轴承定子内圆中心与径向保护轴承定子内圆中心在X、Y方向的偏差，尽量保证径向磁轴承的定子内圆中心和径向保护轴承的定子内圆中心重合。 

附图说明

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为磁悬浮分子泵结构示意图； 

图2为设置八个磁极的径向磁轴承定子结构示意图； 

图3为设置八个磁极的径向位移传感器定子结构示意图； 

图4为电感式径向位移传感器测量电路原理图； 

图5为本发明所述获得转子第一径向悬浮中心的流程图； 

图中附图标记表示为：1-叶轮，2-控制器，3-泵体，4-第一径向保护轴承，5-第一径向位移传感器，6-第一径向磁轴承，7-转子轴，8-电机，9-第二径向磁轴承，10-第二径向位移传感器，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-轴向位移传感器，17-接线端子，18-位移检测装置，19-转速检测装置，20-径向磁轴承定子，21-径向位移传感器定子，22-磁极。 

具体实施方式

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。 

实施例1 

本实施例提供一种获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，包括如下步骤： 

①在第一径向磁轴承装入所述磁悬浮分子泵之前，将所述第一径向磁轴承的X正向磁极对线圈和X负向磁极对线圈串联形成X方向磁极对线圈组，二者之间设为所述第一径向磁轴承的X向检测信号输出端；将第一径向磁轴承的Y正向磁极对线圈和Y负向磁极对线圈串联形成Y方向磁极对线圈组，二者间设为所述第一径向磁轴承的Y向检测信号输出端； 

②将第一径向磁轴承定子固定于标定台架上，并将转子插入第一径向磁轴承定子内圆中，以第一径向磁轴承定子内圆中心为坐标原点建立径向磁轴承坐标系； 

将所述第一径向磁轴承的X向磁极对线圈组和Y向磁极对线圈组分别连接于正弦激励信号S与地信号之间； 

将所述第一径向磁轴承的X向电压信号输出端与X向解调电路连接，所述X向解调电路的输出端输出X向检测电压信号V_x； 

将所述第一径向磁轴承的Y向电压信号输出端与Y向解调电路连接，所述Y向解调电路的输出端输出Y向检测电压信号V_y； 

V_x和V_y均为直流电压信号，利用所述第一径向磁轴承的X方向磁极对线圈组得到第一径向磁轴承坐标系下所述第一径向磁轴承的X向检测电压信号与转子X方向位移的数据关系V_x＝f(x)；利用所述第一径向磁轴承的Y向磁极对线圈组得到第一径向磁轴承坐标系下所述第一径向磁轴承的Y向检测电压信号与转子Y方向位移的数据关系V_y＝f(y)； 

③将所述第一径向磁轴承装入所述磁悬浮分子泵，使所述第一径向磁轴承的X向磁极对线圈组和Y向磁极对线圈组仍连接于正弦激励信号S与地信号之间；所述第一径向磁轴承的所述X向检测信号 输出端仍与所述X向解调电路连接；所述第一径向磁轴承的所述Y向检测信号输出端仍与所述Y向解调电路连接； 

④得到转子位于所述第一径向保护轴承定子内圆中心时，所述X向解调电路输出的X向检测电压信号V_x1和所述Y向解调电路输出的Y向检测电压信号V_y1； 

由V_x1和V_x＝f(x)获得所述第一径向保护轴承定子内圆中心在第一径向磁轴承坐标系下的X方向坐标X′_b0；由V_y1和V_y＝f(y)获得所述第一径向保护轴承定子内圆中心在第一径向磁轴承坐标系下的Y方向坐标Y′_b0；即得到在第一径向磁轴承坐标系下，所述第一径向保护轴承定子内圆中心坐标(X′_b0，Y′_b0)； 

由此得到所述第一径向磁轴承与第一所述径向保护轴承在X、Y方向的同轴度偏差分别为ΔX₀＝-X′_b0和ΔY₀＝-Y′_b0； 

⑤以第一径向位移传感器定子内圆中心为坐标原点建立第一径向位移传感器坐标系并获得在第一径向位移传感器坐标系下，所述第一径向保护轴承定子内圆中心坐标(X_b0，Y_b0)； 

⑥最终得到在第一径向位移传感器坐标系下，所述第一径向磁轴承定子内圆中心坐标为(X_b0-X′_b0，Y_b0-Y′_b0)，此即为磁悬浮分子泵转子的第一径向悬浮中心； 

B.用与步骤A所述获取转子第一径向悬浮中心相同的方法获取转子第二径向悬浮中心。 

显然，在第一径向位移传感器坐标系下(X_b0-X′_b0，Y_b0-Y′_b0)即为第一径向磁轴承定子内圆中心坐标，同理能够获得转子的第二径向悬浮中心在第二径向磁轴承的定子内圆中心。由此，转子悬浮于上述径向悬浮中心处时，转子径向悬浮中心与径向磁轴承定子内圆中心重合，能够保证磁悬浮分子泵的稳定运行，利于控制系统后续对转子稳定控制。 

实施例2 

本实施例在实施例1的基础上，所述步骤②包括如下步骤 

i.在所述第一径向磁轴承装入所述磁悬浮分子泵之前，测量出所述第一径向磁轴承定子内圆中心并以所述第一径向磁轴承定子内圆中心为坐标原点建立第一径向磁轴承坐标系； 

ii.控制转子自第一径向磁轴承坐标系原点沿着X正向移动长度为S的距离，测量此过程中所述第一径向磁轴承的X向解调电路输出的X向检测电压信号V_x+；控制所述转子自第一径向磁轴承坐标系原点沿着X负方向移动长度为S的距离，测量此过程中所述X向解调电路输出的X向检测电压信号V_x-；由此获得所述第一径向磁轴承的所述X向检测电压信号与转子X方向位移的数据关系V_x＝f(x)； 

iii.控制转子自第一径向磁轴承坐标系原点沿着Y正向移动长度为S的距离，测量此过程中所述第一径向磁轴承的Y向解调电路输出的Y向检测电压信号V_y+；控制转子自第一径向磁轴承坐标系原点沿着Y负方向移动长度为S的距离，测量此过程中所述Y向解调电路输出的Y向检测电压信号V_y-；由此获得所述第一径向磁轴承的所述Y向检测电压信号与转子Y方向位移的数据关系V_y＝f(y)。 

同样采用上述步骤即可获得第二径向磁轴承X正向磁极对线圈的电感值与转子X方向位移的数据关系；第二径向磁轴承的所述X负向磁极对线圈的电感值与转子X方向位移的数据关系；所述第二径向磁轴承Y正向磁极对线圈的电感值与转子Y方向位移的数据关系；所述第二径向磁轴承Y负向磁极对线圈的电感值与转子Y方向位移的数据关系。 

在第ii步和第iii步中，考虑磁悬浮分子泵实际工作过程中，转子在径向移动过程中不能距离径向磁轴承磁极太近，因为转子距离径向磁轴承过近时，径向磁轴承的电磁力非线性严重。因此，作为优选的实施方式，令S大于所述第一径向保护轴承定子内圆半径r且小 于所述第一径向磁轴承定子内圆半径R，即R＞S＞r。更为优选地，S为所述第一径向磁轴承定子内圆半径R的三分之二，即S＝2R/3。由此当转子自第一径向磁轴承坐标系原点沿着X正向移动长度为S的距离，X负向移动长度为S的距离，沿着Y正向移动长度为S的距离，Y负向移动长度为S的距离后基本可以涵盖磁悬浮分子泵工作过程中转子可移动的范围。 

实施例3 

本实施例在实施例1或实施例2的基础上，所述步骤④包括如下步骤 

a.将所述磁悬浮分子泵水平放置，保持转子轴线平行于水平面，手动控制转子，使转子紧贴所述径向保护轴承定子的内壁旋转一周，同时利用示波器观测所述第一径向磁轴承的所述X向解调电路输出的X向检测电压信号和所述第一径向磁轴承的所述Y向解调电路输出的Y向检测电压信号，记录所述X向检测电压信号的最大值V′_xmax+和最小值V′_xmin-，以及所述Y向检测电压信号的最大值V′_ymax+和最小值V′_ymax-；由此得到转子位于所述第一径向保护轴承定子内圆中心时，所述X向检测电压信号V_x1＝(V′_xmax++V′_xmax-)/2及所述Y向检测电压信号V_y1＝(V′_ymax++V′_ymax-)/2； 

b.将V_x1＝(V′_xmax++V′_xmax-)/2代入V_x＝f(x)，得出在第一径向磁轴承坐标系下所述第一径向保护轴承定子内圆中心X坐标X′_b0； 

将V_y1＝(V′_ymax++V′_ymax-)/2代入V_y＝f(y)，得出在第一径向磁轴承坐标系下所述第一径向保护轴承定子内圆中心Y坐标X′_b0； 

c.由此，得到所述第一径向磁轴承与所述第一径向保护轴承在X、Y方向的同轴度偏差ΔX₀＝-X′_b0和ΔT₀＝-Y′_b0。 

作为本实施例的可变实施方式，在上述步骤a中，获得所述第一径向磁轴承的所述X向检测电压信号的最大值V′_xmax+和最小值V′_xmax-， 以及所述第一径向磁轴承的所述Y向检测电压信号的最大值V′_xmax+和最小值V′_xmin-后所述步骤b中将V′_xmax+和V′_xmin-代入V_x＝f(x)，得出在第一径向磁轴承坐标系下所述第一径向保护轴承X正向极限位置的坐标X_max和X负向极限位置的坐标X_min，由此计算得出在第一径向磁轴承坐标系下的所述第一径向保护轴承定子内圆中心X坐标X′_b0；将V′_ymax+和V′_ymin-代入V_y＝f(y)，得出在第一径向磁轴承坐标系下所述第一径向保护轴承Y正向极限位置的坐标T_max和Y负向极限位置的坐标Y_min，由此计算得出在第一径向磁轴承坐标系下所述径向保护轴承定子内圆中心Y坐标Y′_b0；由此，得到所述第一径向磁轴承与所述第一径向保护轴承在X、Y方向的同轴度偏差分别为ΔX₀＝-X′_b0和ΔY₀＝-Y′_b0。 

实施例4 

本实施例是实施例3的可变实施方式，将手动控制转子紧贴所述径向保护轴承定子的内壁旋转变换为利用电机离心力驱动转子紧贴所述径向保护轴承定子的内壁旋转，即所述步骤④包括如下步骤 

a.将所述磁悬浮分子泵竖直放置，保持转子轴线垂直于水平面，利用电机驱动转子旋转，使转子在离心力作用下紧贴所述径向保护轴承定子的内壁旋转，同时利用示波器观测所述第一径向磁轴承的所述X向解调电路输出的X向检测电压信号和所述第一径向磁轴承的所述Y向解调电路输出的Y向检测电压信号，记录所述X向检测电压信号的最大值V′_xmax+和最小值V′_xmin-，以及所述Y向检测电压信号的最大值V′_ymax+和最小值V′_ymax-；由此得到转子位于所述第一径向保护轴承定子内圆中心时，所述X向检测电压信号V_x1＝(V′_xmax++V′_xmax-)/2及所述Y向检测电压信号V_y1＝(V′_ymax++V′_ymax-)/2； 

b.将V_x1＝(V′_xmax++V′_xmax-)/2代入V_x＝f(x)，得出在第一径向磁轴承坐标系下所述径向保护轴承定子内圆中心X坐标X′_b0； 

将V_y1＝(V′_ymax++V′_ymax-)/2代入V_y＝f(y)，得出在径向磁轴承坐标系 下所述第一径向保护轴承定子内圆中心Y坐标Y′_b0； 

c.由此，得到所述第一径向磁轴承与所述第一径向保护轴承在X、Y方向的同轴度偏差ΔX₀＝-X′_b0和ΔT₀＝-Y′_b0。 

实施例5 

由实施例1至实施例4可以看出，本发明所述获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的过程中，径向磁轴承所起的作用与径向位移传感器类似，因此为了简化操作过程，同时在获得转子径向悬浮中心过程中不再附加其他处理电路及信号源，本实施例在实施1至实施例4任一实施例的基础上可作如下变化： 

所述步骤②中应用的所述正弦激励信号S与所述磁悬浮分子泵内部的第一径向位移传感器所使用的激励信号S′具有相同的幅值和频率；所述X向解调电路和所述Y向解调电路与所述磁悬浮分子泵的控制器内第一径向位移传感器解调电路具有相同的电路结构。 

所述步骤③将所述第一径向磁轴承装入所述磁悬浮分子泵，使所述第一径向磁轴承的所述X向磁极对线圈组和所述Y向磁极对线圈组分别连接于所述第一径向位移传感器的激励信号S′与地信号之间；使第一径向磁轴承的所述X向电压信号输出端和所述Y向电压信号输出端均与所述控制器内的所述第一径向位移传感器解调电路连接。 

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。 

Claims (8)

1.一种获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.获取转子第一径向悬浮中心，包括如下步骤

①在第一径向磁轴承装入所述磁悬浮分子泵之前，将所述第一径向磁轴承的X正向磁极对线圈和X负向磁极对线圈串联形成X方向磁极对线圈组，二者之间设为所述第一径向磁轴承的X向检测信号输出端；将第一径向磁轴承的Y正向磁极对线圈和Y负向磁极对线圈串联形成Y方向磁极对线圈组，二者间设为所述第一径向磁轴承的Y向检测信号输出端；

②将第一径向磁轴承定子固定于标定台架上，并将转子插入第一径向磁轴承定子内圆中，以第一径向磁轴承定子内圆中心为坐标原点建立径向磁轴承坐标系；

将所述第一径向磁轴承的X向磁极对线圈组和Y向磁极对线圈组分别连接于正弦激励信号S与地信号之间；

将所述第一径向磁轴承的X向电压信号输出端与X向解调电路连接，所述X向解调电路的输出端输出X向检测电压信号V_x；

将所述第一径向磁轴承的Y向电压信号输出端与Y向解调电路连接，所述Y向解调电路的输出端输出Y向检测电压信号V_y；

V_x和V_y均为直流电压信号，利用所述第一径向磁轴承的X方向磁极对线圈组得到第一径向磁轴承坐标系下所述第一径向磁轴承的X向检测电压信号与转子X方向位移的数据关系V_x＝f(x)；利用所述第一径向磁轴承的Y向磁极对线圈组得到第一径向磁轴承坐标系下所述第一径向磁轴承的Y向检测电压信号与转子Y方向位移的数据关系V_y＝f(y)；

③将所述第一径向磁轴承装入所述磁悬浮分子泵，使所述第一径向磁轴承的X向磁极对线圈组和Y向磁极对线圈组仍连接于正弦激励信号S与地信号之间；所述第一径向磁轴承的所述X向检测信号输出端仍与所述X向解调电路连接；所述第一径向磁轴承的所述Y向检测信号输出端仍与所述Y向解调电路连接；

④得到转子位于所述第一径向保护轴承定子内圆中心时，所述X向解调电路输出的X向检测电压信号V_x1和所述Y向解调电路输出的Y向检测电压信号V_y1；

由V_x1和V_x＝f(x)获得所述第一径向保护轴承定子内圆中心在第一径向磁轴承坐标系下的X方向坐标X′_b0；由V_y1和V_y＝f(y)获得所述第一径向保护轴承定子内圆中心在第一径向磁轴承坐标系下的Y方向坐标Y′_b0；即得到在第一径向磁轴承坐标系下，所述第一径向保护轴承定子内圆中心坐标(X′_b0，Y′_b0)；

由此得到所述第一径向磁轴承与第一所述径向保护轴承在X、Y方向的同轴度偏差分别为ΔX₀＝-X′_b0和ΔY₀＝-Y′_b0；

⑤以第一径向位移传感器定子内圆中心为坐标原点建立第一径向位移传感器坐标系并获得在第一径向位移传感器坐标系下，所述第一径向保护轴承定子内圆中心坐标(X_b0，Y_b0)；

⑥最终得到在第一径向位移传感器坐标系下，所述第一径向磁轴承定子内圆中心坐标为(X_b0-X′_b0，X_b0-Y′_b0)，此即为磁悬浮分子泵转子的第一径向悬浮中心；

B.用与步骤A所述获取转子第一径向悬浮中心相同的方法获取转子第二径向悬浮中心。

2.根据权利要求1所述的获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，其特征在于：所述步骤②包括如下步骤

i.在所述第一径向磁轴承装入所述磁悬浮分子泵之前，测量出所述第一径向磁轴承定子内圆中心并以所述第一径向磁轴承定子内圆中心为坐标原点建立第一径向磁轴承坐标系；

ii.控制转子自第一径向磁轴承坐标系原点沿着X正向移动长度为S的距离，测量此过程中所述第一径向磁轴承的X向解调电路输出的X向检测电压信号V_x+；控制所述转子自第一径向磁轴承坐标系原点沿着X负方向移动长度为S的距离，测量此过程中所述X向解调电路输出的X向检测电压信号V_x-；由此获得所述第一径向磁轴承的所述X向检测电压信号与转子X方向位移的数据关系V_x＝f(x)；

iii.控制转子自第一径向磁轴承坐标系原点沿着Y正向移动长度为S的距离，测量此过程中所述第一径向磁轴承的Y向解调电路输出的Y向检测电压信号V_y+；控制转子自第一径向磁轴承坐标系原点沿着Y负方向移动长度为S的距离，测量此过程中所述Y向解调电路输出的Y向检测电压信号V_y-；由此获得所述第一径向磁轴承的所述Y向检测电压信号与转子Y方向位移的数据关系V_y＝f(y)。

3.根据权利要求2所述的获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，其特征在于：S大于所述第一径向保护轴承定子内圆半径r且小于所述第一径向磁轴承定子内圆半径R，即R＞S＞r。

4.根据权利要求2或3所述的获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，其特征在于：S为所述第一径向磁轴承定子内圆半径R的三分之二，即S＝2R/3。

5.根据权利要求1-4任一所述的获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，其特征在于：所述步骤④包括如下步骤

a.将所述磁悬浮分子泵水平放置，保持转子轴线平行于水平面，手动控制转子，使转子紧贴所述径向保护轴承定子的内壁旋转一周，同时利用示波器观测所述第一径向磁轴承的所述X向解调电路输出的X向检测电压信号和所述第一径向磁轴承的所述Y向解调电路输出的Y向检测电压信号，记录所述X向检测电压信号的最大值V′_xmax+和最小值V′_xmin-，以及所述Y向检测电压信号的最大值V′_ymax+和最小值V′_ymax-；由此得到转子位于所述第一径向保护轴承定子内圆中心时，所述X向检测电压信号V_x1＝(V′_xmax++V′_xmax-)/2及所述Y向检测电压信号V_y1＝(V′_ymax++V′_ymax-)/2；

b.将V_x1＝(V′_xmax++V′_xmax-)/2代入V_x＝f(x)，得出在第一径向磁轴承坐标系下所述第一径向保护轴承定子内圆中心X坐标X′_b0；

将V_y1＝(V′_ymax++V′_ymax-)/2代入V_y＝f(y)，得出在第一径向磁轴承坐标系下所述第一径向保护轴承定子内圆中心Y坐标Y′_b0；

c.由此，得到所述第一径向磁轴承与所述第一径向保护轴承在X、Y方向的同轴度偏差ΔX₀＝-X′_b0和ΔY₀＝-Y′_b0。

6.根据权利要求1-4任一所述的获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，其特征在于：所述步骤④包括如下步骤

a.将所述磁悬浮分子泵竖直放置，保持转子轴线垂直于水平面，利用电机驱动转子旋转，使转子在离心力作用下紧贴所述径向保护轴承定子的内壁旋转，同时利用示波器观测所述第一径向磁轴承的所述X向解调电路输出的X向检测电压信号和所述第一径向磁轴承的所述Y向解调电路输出的Y向检测电压信号，记录所述X向检测电压信号的最大值V′_xmax+和最小值V′_xmin-，以及所述Y向检测电压信号的最大值V′_ymax+和最小值V′_ymax-；由此得到转子位于所述第一径向保护轴承定子内圆中心时，所述X向检测电压信号V_x1＝(V′_xmax++V′_xmax-)/2及所述Y向检测电压信号V_y1＝(V′_ymax++V′_ymax-)/2；

b.将V_x1＝(V′_xmax++V′_xmax-)/2代入V_x＝f(x)，得出在第一径向磁轴承坐标系下所述径向保护轴承定子内圆中心X坐标X′_b0；

将V_y1＝(V′_ymax++V′_ymax-)/2代入V_y＝f(y)，得出在径向磁轴承坐标系下所述第一径向保护轴承定子内圆中心Y坐标Y′_b0；

c.由此，得到所述第一径向磁轴承与所述第一径向保护轴承在X、Y方向的同轴度偏差ΔX₀＝-X′_b0和ΔY₀＝-Y′_b0。

7.根据权利要求1-6任一所述的获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，其特征在于：所述步骤②中应用的所述正弦激励信号S与所述磁悬浮分子泵内部的第一径向位移传感器所使用的激励信号S′具有相同的幅值和频率；所述X向解调电路和所述Y向解调电路与所述磁悬浮分子泵的控制器内第一径向位移传感器解调电路具有相同的电路结构。

8.根据权利要求7所述的获取磁悬浮分子泵转子径向悬浮中心的方法，其特征在于：所述步骤③将所述第一径向磁轴承装入所述磁悬浮分子泵，使所述第一径向磁轴承的所述X向磁极对线圈组和所述Y向磁极对线圈组分别连接于所述第一径向位移传感器的激励信号S′与地信号之间；使第一径向磁轴承的所述X向电压信号输出端和所述Y向电压信号输出端均与所述控制器内的所述第一径向位移传感器解调电路连接。

Images