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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Vakuumtechnik, insbesondere ein Verfahren zur Realisierung des dynamischen Gleichgewichts der Magnetschwebe-Molekularpumpe.
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Technischer Hintergrund
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Die Molekularpumpe ist eine Vakuumpumpe, dabei wird die Energie durch die Rotorlaufräder mit einer hohen Drehzahl zu den Gasmolekülen überträgt, um eine direktionale Geschwindigkeit zu erhalten, sodass das Gas komprimiert wird, damit zu der Entlüftungsöffnung geführt und schließlich von der Pumpe abgepumpt wird. Bei der Magnetschwebe-Molekularpumpe wird ein Magnetlager (auch als initiativer Magnetschwebe-Lader genannt) als die Unterstützung des Rotors der Molekularpumpe verwendet, durch das Magnetlager kann der Rotor stabil in der Luft suspendiert wird, sodass während des Betriebs bei hoher Geschwindigkeit kein mechanischer Kontakt zwischen dem Rotor und dem Stator gibt, welches folgende Vorteile aufweist: kein mechanischer Verschleiß, geringer Energieverbrach, hohe Drehzahl möglich, geringes Geräusch, lange Lebensdauer, keine Schmierung notwendig usw. Derzeit ist die Magnetschwebe-Molekularpumpe weit in den Gebieten von Hochvakuum, hohe Sauberkeit verbreitet.
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Wie in 1 gezeigt, die Magnetschwebe-Molekularpumpe umfasst eine Rotorwelle 7 und ein Laufrad 1, wobei das Laufrad 1 mit der Rotorwelle 7 fest verbunden ist. Das Laufrad 1 ist an dem oberen Teil der Rotorwelle 7 befestigt. An der Rotorwelle sind beabstandet der erste radiale Magnetlager 6, der Motor 8 und der zweite radiale Magnetlager 9 angeordnet, die obige Vorrichtungen bilden dann das Rotorwellensystem der Magnetschwebe-Molekularpumpe.
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Wegen des Unterschiedes der Genauigkeit der verschiedenen Komponenten des Rotors entsteht die Unwucht-Masse (Unwucht-Masse ist die Masse, die sich in einer bestimmten radialen Position des Rotors befindet, wobei die Masse·Zentripetalbeschleunigung = Unwucht-Zentrifugalkraft) in dem Rotor nach dem Einbau der Magnetschwebe-Molekularpumpe. Wenn die Unwucht-Masse viel größer als 10 mg ist, wird wegen der Unwucht-Masse durch den Schwerpunkt und die Welle des Rotors einen deutlichen exzentrischen Moment erzeugt, während der Beschleunigung des Rotors entsteht dann die laterale mechanische Schwingung des Rotors (allgemein als radiale Schwingung genannt), welche negativ für den normalen Betrieb des Systems ist. Wenn die normale Betriebsgeschwindigkeit des Magnetschwebe-Molekularpumpe-Rotors die starre kritische Drehzahl überschreitet (bleibt in der Hohegeschwindigkeit-Zone), kann die Unwucht-Masse noch führen, dass die Drehzahl des Rotors nicht direkt zu der Betriebsdrehzahl beschleunigt werden kann, welche auch negativ für den normalen Betrieb des Systems ist. Wobei, die starre kritische Drehzahl ist die Drehzahl bei dem Zustand, dass die Drehfrequenz des Rotors gleich der starren Resonanzfrequenz des Rotorlagersystems ist; die Hohegeschwindigkeit-Zone ist eine superstarre kritische Drehzahl-Zone.
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Aus dem Stand der Technik ist ein Verfahren zur Unterdrückung der Unwucht-Schwingung des Rotors bei einer hohen Geschwindigkeit während der Beschleunigung oder Abbremsung in dem Magnetschwebe-Rotor-System bekannt, welches als „Verfahren zur Steuerung der Unwucht-Schwingung” genannt. In der chinesischen Zeitschriftenliteratur „Verfahren zur Steuerung der Unwucht-Schwingung in einem Magnetschwebe-Lager-System” (Dekui Zhang, Wie Jiang, Hongbin Zhao, Tsinghua University (Naturwissenschaften) 2000, Bd. 40, Nr. 10) sind zwei Verfahren zur Steuerung der Unwucht-Schwingung bekannt: Das erste Verfahren ist ein Kraft-Frei-Steuerungsverfahren, bei dem ein Kompensationssignal erzeugt wird, das die selbe Phase und Amplitude wie das Verschiebung/Schwingungssignal des Rotors aufweist, um das synchrone Signal der Rotorschwingung auszugleichen, sodass der Kontroller das synchrone Schwingungssignal nicht antworten. Das zweite Verfahren ist eine Open-Loop-Vorsteuerung (oder als Kraft-Steuerung genannt), dabei wird die synchrone Schwingungskomponente des Schwingungssignals raugenommen, dann wird entsprechendes Steuerungssignal von anderer Vorsteuerung erzeugt, und auf das Steuerungssignal des Hauptkontrollers überlagert.
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In der chinesischen Patent
CN 101261496 A ist ein präzises aktives System zur Steuerung der Schwingung der Magnetschwebeschwungrad bekannt, umfasst Verschiebungssensor, Stromsensor, Magnetlager-Kontroller und Leistungsverstärker des Magnetlagers. Wobei, der Magnetlager-Kontroller umfasst Stabilitätskontroller, exzentrische Schätzung, magnetische Kompensation und Schalter. Neben dem Stabilitätskontroller weist diese Erfindung noch exzentrische Schätzung und magnetische Kompensation auf, durch die Parameter der Unwucht-Schwingung des Schwungrads werden die Unwucht-Masse und die Verschiebung der negativen Steifigkeit des Schwungrads in dem ganzen Drehzahlbereich kompensiert, sodass die Steuerung der Unwucht-Schwingung des Schwungrads in den ganzen Drehzahlbereich realisiert werden kann, in diesen Fall kann sich der Schwungrad während der Beschleunigung und Abbremsung präzise um die Trägheitswelle drehen. In der chinesischen Patent
CN 101046692 A ist ein System zur präzisen Open-Loop-Steuerung der Unwucht-Schwingung des Magnetschwebe-Reaktion-Schwungrads, umfasst Verschiebungssensor, Schnittstellenschaltung des Verschiebungssignals, Drehzahldetektor, Magnetlager-Kontroller, Magnetlager-Leistungsverstärker-Treiberschaltung und Positionsidentifikationsgerät des Schwungrads. Der Magnetlager-Kontroller umfasst radialer Magnetlager-Kontroller und axialer Magnetlager-Kontroller, der axiale Magnetlager-Kontroller besteht aus Stabilitätskontroller und Unwucht-Schwingung-Kontroller, wobei die Verschiebungsrückkopplung des Stabilitätskontrollers durch den Unwucht-Schwingung-Kontroller kompensiert wird. Neben dem Stabilitätskontroller weist diese Erfindung noch die Steuerung der Unwucht-Schwingung auf, durch die Parameter der Unwucht-Schwingung des Schwungrads und die aktuelle Position des Schwungradrotors wird die präzise Open-Loop-Steuerung der Unwucht-Schwingung Schwungrads realisiert, wobei die Parameter der Unwucht-Schwingung des Schwungrads bei der hohen Drehzahl erfasst wird und die aktuelle Position des Schwungradrotors durch die Positionsidentifikationsgerät des Schwungrads erhalten wird, sodass die Steuerung der Unwucht-Schwingung des Schwungrads in den ganzen Drehzahlbereich realisiert werden kann, in diesen Fall kann sich der Schwungrad während der Beschleunigung und Abbremsung präzise betreiben.
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Die obigen beiden Patente sind die spezielle Anwendung von „Verfahren zur Steuerung der Unwucht-Schwingung”, jedoch ist das „Verfahren zur Steuerung der Unwucht-Schwingung” begrenzt, nur wenn die Unwucht-Masse des Drehkörpers unterhalb eines bestimmten Schwellenbereichs ist, kann erst die Unwucht-Schwingung des Drehkörpers unterdrückt, d. h. „Verfahren zur Steuerung der Unwucht-Schwingung” kann die Rotorschwingung nicht vollständig lösen, welche von der Unwucht-Masse verursacht wird. Deswegen ist das „Verfahren zur Steuerung der Unwucht-Schwingung” bei einer großen Unwucht-Masse nicht mehr effektiv.
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Deshalb nach dem Einbau der Magnetschwebe-Molekularpumpe muss das dynamische Gleichgewicht des Rotors durchgeführt, wobei das dynamische Gleichgewicht bedeutet: für einen Rotor mit Unwucht-Masse, nach der Messung der Größe und der Phase der Unwucht-Masse wird die Unwucht-Masse korrigiert und beseitigt, sodass keine Zentrifugalkraft während der Drehung des Rotors nicht entsteht.
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Aus dem Stand der Technik wird normalerweise das dynamische Gleichgewicht durch dynamische Gleichgewichtsgeräte durchgeführt, umfasst folgende Schritte: Zuerst dreht sich der Rotor bei einer niedrigen Geschwindigkeit (unterhalb der starren kritischen Drehzahl), und wird bei der niedrigen Geschwindigkeit das dynamische Gleichgewicht durch dynamische Gleichgewichtsgeräte durchgeführt, anschließend wird Masse in dem Rotor hinzugefügt oder entfernt, um die Unwucht-Masse vorläufig zu beseitigen, dann widerholt die obigen Schritte mehrmals, sodass die Drehzahl des Rotors die starre kritische Drehzahl überschreitet kann, wenn die Drehzahl des Rotors die starre kritische Drehzahl überschreitet hat, wird dann bei der hohen Geschwindigkeit das dynamische Gleichgewicht durch dynamische Gleichgewichtsgeräte nochmal durchgeführt, anschließend wird Masse in dem Rotor nochmal hinzugefügt oder entfernt. Darüber hinaus müssen die obigen Schritte mehrmals widerholt werden, um die Unwucht-Masse präzise zu beseitigen.
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Die Betriebsdrehzahl des Magnetschwebe-Molekularpumpe-Rotors ist größer als die starre kritische Drehzahl sind dann die verschiedenen Eigenschaften bei hoher Geschwindigkeit kritisch, nur wenn die Drehzahl des Rotors deutlich größer als die starre kritische Drehzahl ist, ist es erst präzise, das dynamische Gleichgewicht durchzuführen. Wegen der Unwucht-Masse kann der Rotor nicht direkt bis größer als die starre kritische Drehzahl beschleunigt werden, und kann das dynamische Gleichgewichts nicht direkt bei der hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden, deswegen muss das dynamische Gleichgewichts zuerst bei der niedrigen Geschwindigkeit durchgeführt, und wird die Drehzahl langsam beschleunigt bis größer als die starre kritische Drehzahl, dann kann das dynamische Gleichgewichts erst bei der hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden, solche Verfahren ist sehr kompliziert und ineffizient. Außerdem ist das obige dynamische Gleichgewichtsgerät ein im Handel erhältliche Vorrichtung, man muss selbst kaufen, um das dynamische Gleichgewicht durchzuführen, was erhöht dann zweifellos die Kosten des Produkts.
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Aus der
DE 10 2007 027 711 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung mit Vakuumpumpe mit wenigstens einem aktiven Magnetlager bekannt. Um die Schwingungen zu reduzieren, die von der Vakuumpumpe ausgehend auf einen Rezipienten übertragen werden, wird die Anordnung mit einem Umschaltmittel versehen. Durch eine Absenkung der Vormagnetisierung abhängig vom Schaltzustands des Umschaltmittels soll eine Verringerung der im Lager wirkenden Kräfte bewirkt werden, so dass sich Elektronikrauschen, das vom Elektromagneten des Lagers in ungewollte Kraftänderungen umgesetzt wird, nicht mehr so stark auswirkt und die Entstehung von mechanischen Schwingungen verringert wird.
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Aus der
DE 600 30 833 T2 ist eine Vakuumpumpe bekannt, die mit einem externen Behälter in Verbindung steht, um Gas, das in dem externen Behälter enthalten ist, anzusaugen. Durch ein Vibrationsabsorptionselement, welches zwischen einem Statorabschnitt und einer Basis eingesetzt ist, wird der Statorabschnitt zu der Basis verschiebbar gestützt, und pflanzen sich Vibrationen, die an dem Motorabschnitt und dem Magnetlager verursacht werden, von dem Statorabschnitt zu der Basis fort, nachdem die Vibrationen von dem Vibrationsabsorptionselement absorbiert und abgeschwächt wurden. Daher ist es möglich, das Fortpflanzen der Vibrationen zu dem externen Behälter ohne Verwendung von Dämpfern zu unterdrücken.
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Aus der
DE 10 2009 009 961 A1 ist ein Rotationskörper mit einem Rotor, mit einem Elektromotor enthaltend einen Ständer und einen Läufer, wobei der Läufer drehfest mit dem Rotor gekoppelt ist, mit einem Träger, an dem der Ständer des Elektromotors befestigt ist, mit einer Lagereinheit zur drehbaren Lagerung des Läufers um eine Drehachse bekannt. Die Lagereinheit weist mindestens ein Lager auf, und eine elektrisch ansteuerbare Stabilisierungseinrichtung wirkt auf den Läufer derart ein, dass Störkräften bzw. Störschwingungen des Rotors entgegengewirkt wird und/oder dass Störkräfte bzw. Störschwingungen des Rotors reduziert werden und/oder zueinander teilweise kompensiert werden.
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Aus der
DE 694 25 698 T2 ist eine Magnetlagervorrichtung mit einem Magnetlager zum drehbaren Lagern eines Rotors durch die Verwendung einer Magnetkraft bekannt. Eine Steuerung der Magnetlagervorrichtung sieht eine Unterdrückung einer Run-Out-Komponente im Versetzungssensorsignal des Magnetlagers vor, um eine Last des den Elektromagneten treibenden Leistungsverstärkers zu verringern. Dadurch soll ein Überschuß bei der Sättigung in einem Hochfrequenzband entstehen und dadurch die Zuverlässigkeit des Steuerungssystems sowie eine Positionierungsgenauigkeit, die aufgrund des Run-Outs beeinträchtigt war, verbessert werden. Die Simulationsschaltung wird so eingestellt, daß eine Transfer-Funktion (Rundlauf) des Rotors mit großer Laufgenauigkeit simuliert wird. Die Kraft, die durch das Magnetlager auf den Rotor ausgeübt wird, wird als Information eingegeben, und es wird eine Schätzung über die Versetzung des Rotors erzeugt. Auf der anderen Seite wird der Run-Out, der aufgrund einer Nichtmittigkeit eines Sensorziels oder einer Bearbeitungsunebenheit entsteht, in das Ausgangssignal des Versetzungssensors, der direkt in der Maschine sitzt, mit aufgenommen. Durch Subtrahieren des Ausgangssignals der Simulationsschaltung wird jedoch die Run-Out-Komponente herausgerechnet.
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Aus der
DE 693 19 004 T2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Durchgangs eines Reflexionspunkts durch eine vorgewählte Distanz mit Hilfe einer indirekten Messung der Ausbreitungszeit einer kontinuierlichen, nach Phase und/oder Frequenz modulierten Welle, die von diesem Punkt reflektiert wurde, bekannt. Dadurch soll es ermöglicht werden, eine gezielte Störung zu erschweren oder gar unwirksam zu machen, wobei die Welle in Richtung zu dem Punkt mit einer charakteristischen Phasen- und/oder Frequenzkodierung ausgesendet wird, die von dem Punkt reflektierte Welle empfangen wird und eine zeitliche Analyse der Verzögerung zwischen dem ausgesendeten und dem empfangenen Kode durch eine an die vorgewählte Distanz angepaßte Filterung erfolgt, und wobei das Verfahren außerdem einen Schritt enthält, demgemäß beim Aussenden der Welle der charakteristischen Kodierung eine periodische Übermodulation überlagert wird, und die mindestens eine der charakteristischen Kodierung überlagerte periodische Übermodulation eine Periode besitzt, die N mal der Laufzeit der empfangenen Welle für die vorbestimmte Distanz entspricht, wobei N eine Zahl 1 ist.
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Aus der
DE 196 19 997 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Unwucht und zum Auswuchten eines supraleitend magnetgelagerten Rotors bekannt. Dabei wird die relative Schwingung des Rotors mit berührungsfreien Näherungssensoren abgetastet, damit die radiale Lagerschwingung in Abhängigkeit von dem Drehwinkel bei niedrigen Drehzahlen gemessen und daraus die Lage der Unwucht festgestellt. Der Magnet wird dann so weit verschoben, dass seine Magnetfeldachse mit der polaren Trägheitsachse des Rotors übereinstimm, oder die polare Trägheitsachse des Rotors wird durch Anbringen einer Ausgleichsmasse oder Wuchtbohrungen am Rotor in die Magnetfeldachse verschoben.
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Beschreibung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Realisierung des dynamischen Gleichgewichts der Magnetschwebe-Molekularpumpe zu stellen, welches die Rotorschwingung aufgrund einer Unwucht besser, insbesondere kostengünstig, mit einem einfachen Aufbau, einfachen Schritten und hoher Effizient lösen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde:
Im Vergleich mit dem Stand der Technik weist die vorliegende Erfindung folgende Vorteile:
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Realisierung des dynamischen Gleichgewichts der Magnetschwebe-Molekularpumpe, nach dem Einschalten des Magnetschwebe-Molekularpumpe-Motors wird dann der Steuermodul der Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung gestartet, wenn unter der Steuerung des Steuermoduls der Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung wegen der Unwucht-Qualität des Rotors die maximale axiale Amplitude des Rotors während der Beschleunigung 1/2 der Schutzlücke nicht überschreitet, wird die synchrone Schwingung des Rotors von dem Steuermoduls der Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung unterdrückt, sodass die Rotordrehzahl schnell seine starre kritische Drehzahl überschreiten kann, in diesem Fall kann das dynamische Gleichgewicht des Rotors der Magnetschwebe-Molekularpumpe bei einer hohen Geschwindigkeit mittels des Einflusskoeffizienten-Verfahrens realisiert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann das dynamische Gleichgewicht des Rotors der Magnetschwebe-Molekularpumpe bei einer hohen Geschwindigkeit direkt realisiert, welche einfache Schritte und hohe Effizient aufweist. Außerdem ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kein dynamisches Gleichgewichtsgerät notwendig, die Messung wird hier durch den eigenen ersten radialen Sensor und den eigenen zweiten radialen Sensor durchgeführt, was die Vorrichtung vereinfachen und die Kosten reduzieren kann.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Realisierung des dynamischen Gleichgewichts der Magnetschwebe-Molekularpumpe, bei dem Verfahren kann die Berechnung der gewünschten Gleichgewichtsmasse sowie die Ladungsphase der Gleichgewichtsmasse durch den dynamischen Gleichgewichtsmodul in dem Kontroller durchgeführt, in diesem Fall braucht dann kein dynamisches Gleichgewichtsgerät, was die Kosten sparen kann.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Realisierung des dynamischen Gleichgewichts der Magnetschwebe-Molekularpumpe, bei dem Verfahren sind die beiden Gleichgewichtsebene jeweils entfernt von der Mitte des Rotors, nähe zu dem oberen Ende und dem unteren Ende vorgesehen, in diesem Fall kann relativ groß Moment während des Hinzufügens von Kompensationsvektoren entsteht, was den Wirkungsgrad verbessern kann.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Realisierung des dynamischen Gleichgewichts der Magnetschwebe-Molekularpumpe, bei dem Verfahren ist die voreingestellte Schwingungsschwellenwert bei der Non-Nenndrehzahl 40 μm, die voreingestellte Schwingungsschwellenwert bei der Nenndrehzahl 0.1 μm, und die voreingestellte Unwucht-Masse 10 mg, was gewährleisten kann, dass der Rotor stabil bei Nenndrehzahl betreiben, sodass die Magnetschwebe-Molekularpumpe stabil betreiben kann.
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Darstellung der Abbildungen
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand der vorteilhaften Ausführungsform und Zeichnung beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
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1: Eine Strukturansicht der erfindungsgemäßen Magnetschwebe-Molekularpumpe;
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2: Ein schematischer Steuerungsalgorithmus der erfindungsgemäßen Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung;
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3: Ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen dynamischen Gleichgewichts;
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4: Ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen dynamischen Gleichgewichts mittels des Einflusskoeffizienten-Verfahrens.
Wobei: 1 – Laufrad, 2 – Magnetschwebe-Molekularpumpe-Kontroller, 3 – Pumpe-Körper, 4 – erstes radiales Schutzlager, 5 – erstes radiales Positionsensor, 6 – erstes radiales Magnetlager, 7 – Rotorwelle, 8 – Motor, 9 – zweites radiales Magnetlager, 10 – zweites radiales Positionsensor, 11 – zweites radiales Schutzlager, 12 – axiales Schutzlager, 13 – erstes axiales Magnetlager, 14 – Schubplatte, 15 – zweites axiales Magnetlager, 16 – axialer Positionsensor, 17 – Terminal, 18 – Verschiebungdetektor, 19 – Drehzahndetektor.
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Ausführungsbeispiel
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Wie 1 gezeigt ist eine Strukturansicht der erfindungsgemäßen Magnetschwebe-Molekularpumpe, in dem Ausführungsbeispiel ist die Magnetschwebe-Molekularpumpe vertikal vorgesehen, die Magnetschwebe-Molekularpumpe umfasst der Pumpe-Körper 3, sich in dem Pumpe-Körper 3 befindendes Rotorwellensystem und andere Strukturen, welche die Magnetschwebe-Molekularpumpe aus dem Stand der Technik aufweisen soll.
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Das Rotorwellensystem umfasst den Rotor, den ersten radialen Magnetlager 6, den zweiten radialen Magnetlager 9, den ersten radialen Magnetlager 13 und den zweiten radialen Magnetlager 15; Der Rotor umfasst die Rotorwelle 7, das an der Rotorwelle 7 befestigte Laufrad 1 und die Befestigungselement zur Befestigung des Laufrads 1, z. B. Schrauben, Muttern usw.
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Die Achse der Rotorwelle 7 ist entlang der vertikalen Richtung vorgesehen, das Laufrad 1 ist an dem oberen Teil der Rotorwelle 7 vorgesehen. An dem unteren Teil der Rotorwelle 7 sind das erste radiale Magnetlager 13, das zweite radiale Magnetlager 15, die Schubplatte 14, das axiale Schutzlager 12 und der axiale Positionsensor 16 vorgesehen. An der Rotorwelle 7 sind beabstandet das erste radiale Schutzlager 4, der erste radiale Sensor 5, das erste radiale Magnetlager 6, der Motor 8, das zweite radiale Magnetlager 9, das zweite radiale Sensor 10 und das zweite radiale Schutzlager 11 usw. angeordnet. Das erste radiale Schutzlager 4 und das zweite radiale Schutzlager 11 sind koaxial und weisen die gleiche Dimension in der radialen Richtung auf. Das erste radiale Magnetlager 6 umfasst einen ersten radialen Magnetlager-Stator und einen ersten radialen Magnetlager-Rotor, der erste radiale Magnetlager-Stator ist mit dem Pumpe-Körper 3 fest verbunden, und der erste radiale Magnetlager-Rotor ist mit dem Rotorwelle 7 fest verbunden; Der erste radiale Sensor 5 erfasst das radiale Verschiebungssignal des Rotors in dem Bereich von den ersten radialen Sensor 5. Das zweite radiale Magnetlager 9 umfasst einen zweiten radialen Magnetlager-Stator und einen zweiten radialen Magnetlager-Rotor, der zweite radiale Magnetlager-Stator ist mit dem Pumpe-Körper 3 fest verbunden, und der zweiten radialen Magnetlager-Rotor ist mit dem Rotorwelle 7 fest verbunden; Der zweite radiale Sensor 10 erfasst das radiale Verschiebungssignal des Rotors in dem Bereich von den zweiten radialen Sensor 10. Die Rotorwelle 7 ist von dem ersten radialen Magnetlager 6, dem zweiten radialen Magnetlager 9, dem ersten axialen Magnetlager 13 und dem zweiten axialen Magnetlager 15 abgestützt.
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Das Steuerungssystem der Magnetschwebe-Molekularpumpe umfasst den Verschiebungsdetektor 18, den Drehzahldetektor 19 und den Magnetschwebe-Molekularpumpe-Kontroller 2; Der Verschiebungsdetektor 18 empfängt das Verschiebungssignal, wobei die Signaleingangsanschlüsse des Verschiebungsdetektors 18 mit den Signalausgangsanschlüssen von dem ersten radialen Sensor 5, dem zweiten radialen Sensor 10 und dem axialen Sensor 16 verbunden sind, und die Signalausgangsanschlüsse des Verschiebungsdetektors 18 mit den Signaleingangsanschlüssen des Magnetschwebe-Molekularpumpe-Kontrollers 2 verbunden sind; Der Drehzahldetektor 19 erfasst das Drehzahlsignal des Rotors, wobei die Signaleingangsanschlüsse des Drehzahldetektors 19 durch die Verdrahtungsanschlüsse der Magnetschwebe-Molekularpumpe mit dem Drehzahlsensor verbunden sind, und die Signalausgangsanschlüsse des Drehzahldetektors 19 mit den Signaleingangsanschlüssen des Magnetschwebe-Molekularpumpe-Kontrollers 2 verbunden sind.
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Der Magnetschwebe-Molekularpumpe-Kontrollers 2 weist verschiedene Steuerungsalgorithmus-Module auf, mittels des Verschiebungsdetektors 18 erhaltet der Magnetschwebe-Molekularpumpe-Kontrollers 2 das Verschiebungssignal, dann wird geeigneter Steuerungsalgorithmus ausgewählt, um Berechnen und Analyse durchzuführen, schließlich wird das entsprechende Magnetlager (ein oder mehr von dem ersten radialen Magnetlager 6, dem zweiten radialen Magnetlager 9, dem ersten axialen Magnetlager 13 und dem zweiten axialen Magnetlager 15) betrieben, um elektromagnetische Kraft zur Steuerung der Bewegung des Rotors auszugeben. Mittels des Drehzahldetektors 19 erhaltet der Magnetschwebe-Molekularpumpe-Kontrollers 2 auch das Drehzahlsignal, um die Drehzahl des Rotors echtzeitig zu überwachen, und nach Bedarf die Drehzahl des Rotors einzustellen.
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Der Magnetschwebe-Molekularpumpe-Kontrollers 2 weist auch den Steuermodul der Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung und den dynamischen Gleichgewichtsmodul. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird bei dem Steuermodul der Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung die Steuerungsalgorithmus der Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung verwendet, dadurch entsteht eine Steuerungskraft in der entgegengesetzten Richtung von der synchronen Anregungskraft des Rotors, um die synchrone Schwingung des Rotors zu unterdrücken. Wie 2 gezeigt, die Steuerungsalgorithmus der Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung kann im Wesentlichen die synchrone Komponente des Verschiebungssignals beseitigen, und die synchrone Schwingung des Rotors unterdrücken, sodass der Rotor um die geometrische Mitte drehen kann. Bei diesem Verfahren muss der Kontroller den Leistungsverstärker steuern, einen synchronen Steuerungsstrom zu stellen, in diesem Fall müssen der Leistungsverstärker und das Magnetlager ausreichende Ausgangskapazität aufweisen. Der dynamische Gleichgewichtsmodul kann die gewünschten Gleichgewichtsmasse sowie die Ladungsphase der Gleichgewichtsmasse berechnen, in diesem Ausführungsbeispiel wird das Einflusskoeffizienten-Verfahren verwendet, um die Unwucht-Masse zu erhalten.
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Nach dem Einbau der Magnetschwebe-Molekularpumpe muss das dynamische Gleichgewicht der Magnetschwebe-Molekularpumpe durchgeführt werden, um die Unwucht-Masse zu entfernen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die starre kritische Drehzahl und die Nenndrehzahl ωE bekannt, wie 3 zu entnehmen umfasst das Verfahren:
Nach dem Einschalten des Magnetschwebe-Molekularpumpe-Motors 8 beschleunigt sich der Motor, dann wird der Steuermodul der Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung in dem Magnetschwebe-Molekularpumpe-Kontroller 2 gestartet, unter der Steuerung des Magnetschwebe-Molekularpumpe-Kontrollers 2 sammelt der Verschiebungsdetektor 18 das radiale Verschiebungssignal des Magnetschwebe-Molekularpumpe-Rotors, und erfasst die radiale Amplitude des Rotors, in diesem Ausführungsbeispiel sammelt der Verschiebungsdetektor 18 durch den ersten radialen Sensor 5 und den zweiten radialen Sensor 10 die radiale Amplitude des Rotors. Wenn unter der Steuerung des Steuermoduls der Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung wegen der Unwucht-Masse des Rotors die maximale axiale Amplitude des Rotors während der Beschleunigung 1/2 der Schutzlücke nicht überschreitet, wird die synchrone Schwingung des Rotors von dem Steuermoduls der Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung unterdrückt, sodass die Rotordrehzahl seine starre kritische Drehzahl überschreiten kann, und geht zum Schritt ➁. Wenn die maximale axiale Amplitude des Rotors 1/2 der Schutzlücke überschreitet, wird hier dann das traditionelle Verfahren zur Realisierung des dynamischen Gleichgewichts verwendet, zuerst wird das dynamische Gleichgewichts bei einer niedrigen Geschwindigkeit durchgeführt, sodass die maximale axiale Amplitude des Rotors 1/2 der Schutzlücke nicht überschreitet, während die Rotordrehzahl seine starre kritische Drehzahl überschreitet; Wenn die Rotordrehzahl seine starre kritische Drehzahl überschritten ist, geht dann zum Schritt ➁.
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Der Motor 8 beschleunigt sich weiter, erfassen der Verschiebungsdetektor 18 die radiale Amplitude des Rotors, wenn die radiale Amplitude des Rotors die Schwingungsschwellenwert bei der Non-Nenndrehzahl überschritten ist, wird die Beschleunigung des Motors 8 beendet, sodass die Drehzahl des Rotors bei ωi (i = 0, 1, 2...) bleibt. Die voreingestellte Schwingungsschwellenwert bei der Non-Nenndrehzahl liegt in dem Bereich [20 μm, 40 μm], in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die voreingestellte Schwingungsschwellenwert bei der Non-Nenndrehzahl 40 μm. Unter der Steuerung des Magnetschwebe-Molekularpumpe-Kontrollers 2 erfasst der Drehzahndetektor 19 die aktuelle Drehzahl ωi; Bestimmen, ob die Drehzahl ωi kleiner als die Nenndrehzahl ωE des Rotors ist, wenn die Drehzahl ωi kleiner als die Nenndrehzahl ωE des Rotors ist, geht dann zum Schritt ➂, sonst geht zum Schritt ➄.
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Unter der Steuerung des Steuermoduls der Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung wird das dynamische Gleichgewicht des Rotors der Magnetschwebe-Molekularpumpe bei einer Non-Nenndrehzahl mittels des Einflusskoeffizienten-Verfahrens realisiert. Bei der Drehzahl ωi umfasst das Verfahren folgende Schritte, wie 4 gezeigt:
- 3a) In dem Rotor sind zwei Gleichgewichtsebene voreingestellt, wenn der Rotor ωi erreicht, aktiviert der Magnetschwebe-Molekularpumpe-Kontroller (2) den Gleichgewichtsmodul nach die aktuelle radiale Amplitude und Drehzahl des Rotors, um den ursprünglichen Unwucht-Vektor V0 aufzunehmen, der von dem ersten radialen Sensor und dem zweiten radialen Sensor erfasst wird;
- 3b) Schaltet den Magnetschwebe-Molekularpumpe-Motor aus, um die Drehzahl des Rotors bis 0 zu reduzieren, in der ersten Gleichgewichtsebene wird dann eine Probemasse m1 hinzugefügt, und anschließend schaltet den Magnetschwebe-Molekularpumpe-Motor nach dem obigen Verfahren erneuert ein, um die Drehzahl ωi zu erreichen, dann nimmt den Unwucht-Vektor V1 auf, der von dem ersten radialen Sensor und dem zweiten radialen Sensor erfasst wird;
- 3c) Die Drehzahl des Rotors wird wieder bis 0 reduziert, die Probemasse m1 wird dann entfernt und in der zweiten Gleichgewichtsebene eine Probemasse m2 hinzugefügt, anschließend schaltet den Magnetschwebe-Molekularpumpe-Motor nach dem obigen Verfahren erneuert ein, um die Drehzahl ωi zu erreichen, dann nimmt den Unwucht-Vektor V2 auf, der von dem ersten radialen Sensor und dem zweiten radialen Sensor erfasst wird;
- 3d) M1 und M2 sind jeweils die ursprüngliche Unwucht-Masse der beiden Gleichgewichtsebene, die Einflusskoeffizienten-Matrix T nach dem Einflusskoeffizienten-Verfahren berechnet, nämlich V0 = T[M1M2]T V1 = T[M1 + m1M2]T V2 = T[M1M2 + m2]T Nach der obigen Matrixgleichungen kann die Einflusskoeffizienten-Matrix T erhalten werden, dann wird in der ersten Matrixgleichung eingesetzt, um die ursprüngliche Unwucht-Masse-Matrix [M1M2]T = T–1V0 zu erhalten;
- 3e) Die Drehzahl des Rotors wird bis 0 reduziert, in der beiden Gleichgewichtsebene wird jeweils nach der in dem Schritt 3d) berechneten entsprechenden ursprünglichen Unwucht-Masse Masse hinzugefügt oder entfernt;
- 3f) Schaltet den Magnetschwebe-Molekularpumpe-Motor erneuert ein, wenn die Drehzahl des Rotors ωi erreicht, bestimmen, ob die Schwingungsamplitude des Rotors kleiner als die voreingestellte Schwingungsschwellenwert bei der Non-Nenndrehzahl ist, wenn die Schwingungsamplitude des Rotors kleiner als die voreingestellte Schwingungsschwellenwert bei der Non-Nenndrehzahl ist, ist das dynamische Gleichgewicht bei dieser Drehzahl fertig, dann geht zum nächsten Schritt; sonst wiederholt Schritt 3a) bis 3f), bis die Drehzahl des Rotors ωi erreicht hat, und die erfasste Schwingungsamplitude des Rotors kleiner als die voreingestellte Schwingungsschwellenwert bei der Non-Nenndrehzahl ist, dann geht zum Schritt ➃;
i = i + 1, wiederholt dann Schritt ➁;
Unter der Steuerung des Steuermoduls der Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung wird das dynamische Gleichgewicht bei einer Nenndrehzahl durchgeführt, während sich die Drehzahl des Rotors von 0 bis ωE beschleunigt, ist die radiale Schwingungsamplitude des Rotors immer kleiner als die voreingestellte Schwingungsschwellenwert bei der Non-Nenndrehzahl; Wenn die Drehzahl des Rotors ωE erreicht, ist die radiale Schwingungsamplitude des Rotors kleiner als die voreingestellte Schwingungsschwellenwert bei der Non-Nenndrehzahl und gleichzeitig die restliche Unwucht-Masse kleiner als die voreingestellte Unwucht-Masse, zu diesem Zeitpunkt ist das gesamte dynamische Gleichgewicht abgeschlossen. Die voreingestellte Schwingungsschwellenwert bei der Nenndrehzahl liegt in dem Bereich [0.05 μm, 0.1 μm], und die voreingestellte Unwucht-Masse liegt in dem Bereich [5 mg, 12 mg]. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die voreingestellte Schwingungsschwellenwert bei der Nenndrehzahl 0.1 μm und die voreingestellte Unwucht-Masse 10 mg. Insbesondere umfasst: - A. Falls ωi > ωE ist, wird dann der Motor (8) eingeschaltet, um die Drehzahl des Rotors bis ωE zu reduzieren, sonst, bleibt die Drehzahl des Rotors bei ωE;
- B. Nach der radialen Amplitude und Drehzahl des Rotors wird der Gleichgewichtsmodul von dem Magnetschwebe-Molekularpumpe-Kontroller (2) aktiviert, das dynamische Gleichgewichts wird nach dem Einflusskoeffizienten-Verfahren durchgeführt, nach dem dynamische Gleichgewicht des Rotors bei der Drehzahl von ωE in Schritt 3a–3e können die gewünschten GleichgewichtsMasse sowie Ladungsphase der GleichgewichtsMasse erhalten werden, dann wird der Motor (8) ausgeschaltet, um die Drehzahl des Rotors bis 0 zu reduzieren, dann geht zum Schritt C;
- C. Nach der gewünschten GleichgewichtsMasse sowie Ladungsphase der GleichgewichtsMasse wird das dynamische Gleichgewichts des Rotors durchgeführt, dann geht zum Schritt D;
- D. Schaltet den Magnetschwebe-Molekularpumpe-Motor (8) ein, dann startet den Steuermodul der Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung, der Verschiebungsdetektor (18) erfasst die radiale Amplitude des Rotors, wenn unter der Steuerung des Steuermoduls der Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung wegen der Unwucht-Masse des Rotors die maximale axiale Amplitude des Rotors während der Beschleunigung 1/2 der Schutzlücke nicht überschreitet, wird die synchrone Schwingung des Rotors von dem Steuermoduls der Kraft-Frei-Unwucht-Schwingung unterdrückt, sodass die Rotordrehzahl seine starre kritische Drehzahl überschreiten kann, und geht zum Schritt E;
- E. Der Motor (8) beschleunigt sich weiter, während sich die Drehzahl des Rotors von 0 bis ωE beschleunigt, wird die radiale Amplitude des Rotors erfasst, wenn die radiale Amplitude des Rotors kleiner als die Schwingungsschwellenwert bei der Non-Nenndrehzahl ist, geht dann zum Schritt F; Wenn die radiale Amplitude des Rotors größer als oder gleich die Schwingungsschwellenwert bei der Non-Nenndrehzahl ist, wird die Beschleunigung des Motors (8) beendet, widerholt dann Schritt B;
- F. Schaltet den Motor (8) weiter, um die Drehzahl bis ωE zu beschleunigen, dann wir die Beschleunigung des Motors (8) beendet, sodass die Drehzahl des Rotors bei ωE bleibt, dann geht zum Schritt G;
- G. Erfasst die aktuelle radiale Amplitude des Rotors,
a) Falls die radiale Amplitude des Rotors kleiner als die voreingestellte Schwingungsschwellenwert bei der Nenndrehzahl ist, wird der Gleichgewichtsmodul von dem Magnetschwebe-Molekularpumpe-Kontroller (2) nach der radialen Amplitude und Drehzahl des Rotors aktiviert, dann wird das dynamische Gleichgewichts nach dem Einflusskoeffizienten-Verfahren durchgeführt, um die gewünschten GleichgewichtsMasse sowie Ladungsphase der GleichgewichtsMasse zu erhalten, dann wird der Motor (8) ausgeschaltet, um die Drehzahl des Rotors bis 0 zu reduzieren;
i. Falls die restliche Unwucht-Masse kleiner als die voreingestellte Unwucht-Masse, ist das gesamte dynamische Gleichgewicht abgeschlossen;
ii. Sonst widerholt Schritt C;
b) Falls die radiale Amplitude des Rotors größer als oder gleich die voreingestellte Schwingungsschwellenwert bei der Nenndrehzahl ist, widerholt dann Schritt B.
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In den anderen Ausführungsbeispielen gibt es vor dem Schritt ➀ noch ein Schritt, um die starre kritische Drehzahl und die Nenndrehzahl ωE nach der dynamischen Simulation und Versuchen der Magnetschwebe-Molekularpumpe zu erhalten.
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In den anderen Ausführungsbeispielen kann die voreingestellte Schwingungsschwellenwert bei der Non-Nenndrehzahl auch 20 μm, 25 μm, 30 μm oder 35 μm sein, die voreingestellte Schwingungsschwellenwert bei der Nenndrehzahl kann 0.05 μm, 0.07 μm oder 0.09 μm sein, und die voreingestellte Unwucht-Masse kann 5 mg, 8 mg oder 12 mg sein, was auch die Vorteile der vorliegenden Erfindung erreichen kann.
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Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel ist nur ein erfindungsgemäßes optimales Beispiel und darauf ist die Erfindung ist nicht beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Abwandlungen, Ersetzungen, Verbesserungen oder dergleichen beruhenden auf diesen Erfindung denkbar, z. B. Austauschen von ähnlichen Elements, die die gleichen erfindungsgemäßen Effekte erfolgen, und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich den Ansprüchen fallen.
