磁懸浮復(fù)合分子泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分子栗，特別是一種磁懸浮復(fù)合分子栗。
【背景技術(shù)】
[0002]分子栗是根據(jù)分子運(yùn)動規(guī)律而設(shè)計(jì)的機(jī)械渦輪式真空獲得設(shè)備，能夠獲得超高真空度，是加速器、電子對撞機(jī)、激光器等系統(tǒng)的必需設(shè)備，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。其抽氣機(jī)理是，在分子流區(qū)域內(nèi)靠高速運(yùn)動的剛體表面?zhèn)鬟f給氣體分子以動量，使氣體分子在剛體表面的運(yùn)動方向上產(chǎn)生定向流動，從而達(dá)到抽氣的目的。從分子栗的抽氣原理知:分子栗的轉(zhuǎn)子葉片必須具有與氣體分子速度相近的線速度，具有這樣的高速度才能使氣體分子與動葉片相碰撞后改變隨機(jī)散射的特性而作定向運(yùn)動。因此分子栗的轉(zhuǎn)速越高，分子栗的性能越好。
[0003]分子栗主要應(yīng)用于太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、真空鍍膜產(chǎn)業(yè)、藍(lán)寶石屏產(chǎn)業(yè)及科研院所。例如，半導(dǎo)體芯片制造業(yè)中一些關(guān)鍵工藝，如等離子刻蝕、薄膜生長等都需要在高真空下完成，同時在加工過程中會有氣體產(chǎn)生，從而引起真空度的大幅度降低，因而要求分子栗在較寬真空范圍內(nèi)有較大抽速以迅速提高真空度，需要分子栗經(jīng)常在壓強(qiáng)為幾帕至幾十帕?xí)r有較大的抽氣能力。另外，這些產(chǎn)業(yè)要求分子栗長時間連續(xù)工作，需要分子栗有非常高的可靠性和穩(wěn)定性。
[0004]現(xiàn)有的分子栗都采用傳統(tǒng)機(jī)械軸承，傳統(tǒng)機(jī)械軸承在運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)子與定子之間存在機(jī)械磨損，轉(zhuǎn)速越高，磨損越嚴(yán)重，軸承使用壽命就大幅度降低，因此采用傳統(tǒng)軸承的分子栗很難實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速，軸承需要定期更換。同時，分子栗中的機(jī)械軸承需要油或油脂潤滑，帶來的油蒸汽返流對真空室產(chǎn)生污染，影響產(chǎn)品質(zhì)量。另外，機(jī)械軸承存在游隙，分子栗在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子擺動較大，因此分子栗存在振動噪聲相對較大、平均無故障工作周期短、安裝角度只能垂直或水平方向等缺陷。因此，在分子栗領(lǐng)域急需一種無油軸承作為支承部件以克服上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、性能穩(wěn)定可靠、應(yīng)用了五自由度控制磁懸浮軸承的磁懸浮復(fù)合分子栗。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]磁懸浮復(fù)合分子栗，包括栗殼、葉輪、隔環(huán)、靜片、牽引級定子、永磁高速電機(jī)、上保護(hù)軸承、下保護(hù)軸承、五自由度磁懸浮軸承和控制器，控制器通過信號接頭與磁懸浮復(fù)合分子栗連接，五自由度磁懸浮軸承由電磁主軸、上徑向磁力軸承、下徑向磁力軸承、上軸向磁力軸承、下軸向磁力軸承、上徑向傳感器、下徑向傳感器、軸向傳感器、推力盤組成，上徑向磁力軸承、下徑向磁力軸承、上軸向磁力軸承、下軸向磁力軸承、上徑向傳感器、下徑向傳感器、永磁高速電機(jī)由定轉(zhuǎn)子部件組成，轉(zhuǎn)子部件組合成電磁主軸，定子組件設(shè)置在電磁主軸外圍，軸向傳感器設(shè)置在推力盤的下方，隔環(huán)設(shè)置在葉輪與栗殼之間。
[0008]本發(fā)明采用渦輪級和牽引級復(fù)合設(shè)計(jì)，具有很寬的壓力范圍(10—6至IPa)、較大的抽速、較高的壓縮比和很高的極限真空度，滿足高真空、超高真空應(yīng)用行業(yè)的使用需求。同時采用五自由度磁懸浮軸承，不存在機(jī)械接觸，可以達(dá)到很高轉(zhuǎn)速，具有無機(jī)械磨損、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污等優(yōu)點(diǎn)。
[0009]作為優(yōu)選，永磁高速電機(jī)為霍爾永磁高速電機(jī)，電機(jī)定子鐵芯采用多片厚度為
0.15-0.5mm的硅鋼片疊壓成型，采用6磁極、12磁極或24磁極，磁極形狀為馬蹄形，在鐵芯上纏繞線包制成；電機(jī)轉(zhuǎn)子由永磁片通過高強(qiáng)度膠水粘貼到電磁主軸上并通過合金或碳纖維護(hù)套固定制成。其優(yōu)點(diǎn)在于，具有效率高、噪音低、轉(zhuǎn)矩波動小、控制特性良好等優(yōu)點(diǎn)，適合高速運(yùn)行。
[0010]作為優(yōu)選，上徑向磁力軸承、下徑向磁力軸承、上軸向磁力軸承、下軸向磁力軸承分別由定子和轉(zhuǎn)子組成，上徑向磁力軸承、下徑向磁力軸承的定子采用8磁極或16磁極，由多片0.15-0.5mm厚硅鋼片疊壓成型，在磁極上繞制線圈制成，轉(zhuǎn)子由多片環(huán)形硅鋼片疊壓成型;上軸向磁力軸承、下軸向磁力軸承的定子采用空心導(dǎo)磁鐵芯和勵磁線圈組成，轉(zhuǎn)子由實(shí)心導(dǎo)磁圓盤制成。其優(yōu)點(diǎn)在于，徑向磁力軸承的設(shè)計(jì)是為了在最小的空間里獲得最大的電磁力，同時由于磁力軸承處于真空狀態(tài)下，熱量只能通過熱輻射傳導(dǎo)散熱，這樣的設(shè)計(jì)也極大的降低了磁力軸承在高頻下的鐵損，從而大大減少了熱量的產(chǎn)生。軸向磁力軸承的設(shè)計(jì)是為了降低轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的軸向長度，從而提高轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的彎曲模態(tài)，使得分子栗系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了很大的提高。
[0011]作為優(yōu)選，上徑向傳感器、下徑向傳感器和軸向傳感器分別采用電感式或電渦流式位移傳感器。其優(yōu)點(diǎn)在于，具有長期工作可靠性好、測量范圍寬、靈敏度高、分辨率高、響應(yīng)速度快、抗干擾力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)的影響、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。
[0012]作為優(yōu)選，葉輪采用整體式設(shè)計(jì)，選用高強(qiáng)度合金材料通過多軸加工中心一次銑削成型；其葉片采用變截面設(shè)計(jì)，葉輪上端面上設(shè)置有呈圓周均勻分布的螺釘孔，用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)質(zhì)量的不平衡分布。其優(yōu)點(diǎn)在于，一次銑削成型，這樣極大的降低了葉輪的重量，提高了磁軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高了葉輪的最高轉(zhuǎn)速，從而提高了分子栗的各項(xiàng)性能;葉片橫截面形狀為導(dǎo)流性能良好的不規(guī)則四邊形，從葉片根部開始逐漸沿徑向方向變薄，這樣不僅有效得提高了葉片的強(qiáng)度和固有頻率，同時降低了葉輪的重量，提高了分子栗渦輪級的抽氣性能。
[0013]作為優(yōu)選，還包括設(shè)置于霍爾永磁高速電機(jī)定子邊緣的循環(huán)水隔環(huán)、設(shè)置于牽引級定子上的出氣口法蘭、設(shè)置于牽引級定子基座上的保護(hù)氣體法蘭。其優(yōu)點(diǎn)在于，循環(huán)水隔環(huán)處于分子栗電機(jī)定子邊緣，分子栗的大部分熱量來自電機(jī)，有了循環(huán)水，獲得了明顯的冷卻效果；出氣口法蘭位于牽引級定子上，通過連接前級栗將分子栗壓縮過來的氣體排出;保護(hù)氣體法蘭位于定子基座上，當(dāng)分子栗工作環(huán)境中由腐蝕性氣體時，可通過從保護(hù)氣體法蘭處沖入保護(hù)氣體保護(hù)分子栗磁軸承系統(tǒng)不被腐蝕損壞。
[0014]作為優(yōu)選，控制器包括磁懸浮軸承控制模塊和永磁高速電機(jī)控制模塊，具體包括:
[0015]通信模塊，包含A/D和D/A轉(zhuǎn)化電路；
[0016]控制算法模塊，采用集中反饋控制算法，以DSP為平臺，設(shè)有分別與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)并連的陷濾波電路、基于電感式或電渦流式位移傳感器，和與電磁主軸并連的信號測量電路，位移傳感器用于實(shí)時測量轉(zhuǎn)子系統(tǒng)位置，陷濾波電路用于消除同頻電流，信號測量電路用于提取轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的電流同頻成分;位移傳感器指上徑向傳感器、下徑向傳感器和軸向傳感器；
[0017]數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)字濾波模塊，分別設(shè)有數(shù)據(jù)采集電路和三個數(shù)字濾波器，分別用于合成上X/Y向軸心軌跡圖、下X/Y向軸心軌跡圖和Z向軸心軌跡圖，實(shí)時監(jiān)測和記錄分子栗運(yùn)行軌跡，當(dāng)運(yùn)行軌跡超出預(yù)設(shè)的邊界時，發(fā)出故障警報，實(shí)現(xiàn)在線高速動平衡；
[0018]PWM輸出控制模塊，包括串聯(lián)的5組運(yùn)算放大電路和比較電路；
[0019]初始化模塊，用于對定子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)位置進(jìn)行初始化。