电磁轴承的发展与研究
永磁偏置的电磁轴承研究
南京航空航天大学博士后学位论文永磁偏置的电磁轴承研究姓名：曾励申请学位级别：博士后指导教师：刘正埙;徐龙祥19990501曾励・南京航空航天大学博士后科研工作报告摘要型高性能轴承。
由于定子和转子之机械能耗极低、无噪声、无需润滑、无油污染、寿命长等优点，因此它具有广泛的应用前景。
２艉出并设计了实验用励磁电磁轴承的具体装配结构，给出了主要零部件的结构及其甫蜷工艺。
３．提出并建立了永磁电轴承磁铁在空载和负载时的磁铁工作图图解分析及数学分析方法。
为了使磁铁得至峨大限度的利用，详细地分析了永磁电轴承磁铁对磁路系统发出的磁能，导出了磁铁工作在去磁曲线上时，磁铁向步卜发出总磁能的最大磁能积点；并铪出了去磁曲线为直线性和双曲线性但磁铁工作在回复直线上）的永磁电轴承磁铁输出的最大总磁能及最大有效磁能的计算公式，为研究永磁电轴承磁路的磁能奠定了理论基础。
４对永磁电轴承的悬浮机理进行了研究，利用磁铁工作图的数学分析法，导出了永磁电轴承工作气隙处的叠加磁通关系，进而得出了磁悬浮力与转予位移、控制电流以及永磁体内部磁动势的非线性关系分析式，为分析永磁电轴承的静、动态特性及稳定性，提供了理论依据。
５．分偏置磁通小于磁极饱和磁通、偏置磁通等于磁极饱和磁通、偏置磁通大于磁极饱和磁通等三种情况，讨论了永磁电轴承的最大承载能力，并得出结论；永磁体的设计选择，应使其提供的偏置磁感应强度大于等于饱和磁感应强度的—半，以使承载力为最大。
６．介绍了设计永磁电轴承的结构参数计算式，提出根据最大总磁能原理确定永久磁铁的参数，力求有最大的磁能输出，以缩小磁铁和整个电轴承的尺寸。
ｚ建立了永磁电轴承控制系统的模型。
为分析系统稳定性，及静、动态特性提供了理论依据。
８．对所研制的永磁电磁轴承进行了实验研究。
给出了试验所得的磁轴承刚度特性、控制电流特性以及起浮特性，并得出结论：永磁电磁轴承比勖磁电磁轴承功耗低，体积小，重量轻，且控制系统设计简单。
卜～致谢本报告是在导师刘正埙教授、徐龙祥教授的细心指导下完成的。
磁悬浮轴承
主动磁轴承技术课程作业姓名：程兆亮学号：201012608磁悬浮轴承原理与应用摘要：磁悬浮轴承也称电磁轴承或磁力轴承,是利用磁场力将轴承无机械摩擦、无润滑地悬浮在空间的一种新型高性能轴承。
由于它具有一系列独特的优点, 近年来对其研究颇为重视。
又因为磁悬浮轴承技术涉及多个领域, 多项技术的交织在其中表现突出, 研究和开发利用的难度较大, 对其研究力度正在进一步加强。
1 磁悬浮轴承概述利用磁力使物体处于无接触悬浮状态的设想由来已久, 但实现起来并不容易。
早在1842 年, Earn show 就证明: 单靠永久磁体是不能将一个铁磁体在所有6 个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态的。
然而, 真正意义上的磁悬浮研究是从本世纪初的利用电磁相吸原理的悬浮车辆研究开始的。
1937 年, Kenper 申请了第一个磁悬浮技术专利, 他认为要使铁磁体实现稳定的磁悬浮, 必须根据物体的悬浮状态不断的调节磁场力的大小, 即采用可控电磁铁才能实现,这一思想成为以后开展磁悬浮列车和磁悬浮轴承研究的主导思想。
伴随着现代控制理论和电子技术的飞跃发展, 本世纪60 年代中期对磁悬浮技术的研究跃上了一个新台阶。
英国、日本、德国都相继开展了对磁悬浮列车的研究。
磁悬浮轴承的研究是磁悬浮技术发展并向应用方向转化的一个重要实例。
据有关资料记载: 1969 年, 法国军部科研实验室(LRBA ) 开始对磁悬浮轴承的研究; 1972 年,将第一个磁悬浮轴承用于卫星导向轮的支撑上, 从而揭开了磁悬浮轴承发展的序幕。
此后, 磁悬浮轴承很快被应用到国防、航天等各个领域。
美国在1983 年11 月搭载于航天飞机上的欧洲空间试验仓里采用了磁悬浮轴承真空泵; 日本将磁悬浮轴承列为80 年代新的加工技术之一, 1984 年, S2M 公司与日本精工电子工业公司联合成立了日本电磁轴承公司, 在日本生产、销售涡轮分子泵和机床电磁主轴等。
经过30 多年的发展, 磁悬浮轴承在国外的应用场合进一步扩大, 从应用角度看,在高速旋转和相关高精度的应用场合磁悬浮轴承具有极大的优势并已逐渐成为应用研究的主流。
电磁轴承的原理与应用
磁轴承 的结构 、原理 、特点 ，并分 析了国内外电磁轴 承的发展现状及前景。第二部分， 以乙烯装置 的甲烷膨胀／ 压缩机 为例， 阐述 了电磁轴承设计选型时的注意事项及其应用。 关 键 词 ：电磁轴承 ；发展 ；制冷系统 ；应用
文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ６ ７ １ － ０ ４ ６ ０（ ２ ０ １ ３ ）Ｏ ８ — １ ０ ８ ４ — ０ ４ 中图分 类号 ：Ｔ Ｑ０ ５ ２
（ １ ． Ｃ ＮＰ Ｃ Ｎｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｒｅ ｉ ｆ ｎ ｉ ｎ ｇ ＆ Ｃｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉｎ ｒ ｇ Ｃｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｌｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｆ ｕ ｓ ｈ ｕ ｎ １ １ ３ ０ ０ １ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｆ ｕ ｓ ｈ ｕ ｎ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｃｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ ， Ｌｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｆ ｕ ｓ ｈ ｕ ｎ １ １ ３ ０ ０ １ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
种颠 覆性 的突破 ，这 种新 型轴 承依靠 附加 的 电磁 线圈产生的磁场力将轴悬浮起来 ，因而实现 了真正
一
油润 滑 ，而润 滑油通 过动 静 间隙 的泄漏 ，很 容 易进
到深冷系统 ， 这将会导致深冷系统的换热效果变差 ， 如系统中有冷箱 ，也会导致冷箱因润滑油的凝固而
堵塞 通道 ，影 响 系统 的安 全运 行 。
的无接 触 ，当然也 无需 润滑 和密 封 。实际应 用 中 ， 它具有 的振 动低 、寿命长 、 保 养 简易 、 维护 费用 低 、
另外由于旋转机械的特点 ， 为了提高机械效率 ，
适应性强等特点 日 益突出。国内外在磁力轴承的研 各部的间隙被控制在一个合理的范围内，间隙大了 制 和应 用 已经有 了很 大 的突破 ，在很 多领域 得 到应 效率就要降低 ，间隙小了很容易发生摩擦。
电磁轴承的原理与应用
I0 I x x x0 x 0
2
2
式中: μ0 ——真空磁导率； A ——磁极面积； N ——线圈匝数； I0 , I ——偏置电流与控制电流； x0 , x ——静态间隙与转子位移。
图 3 轴向磁轴承结构图 Fig.3 The structure of the axial active magnetic bearing
第 42 卷第 8 期
严文彩， 等： 电磁轴承的原理与应用
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部件包括轴、传感器、控制器和执行器（见图 1） ， [1] 其中执行器由电磁铁和功率放大器组成 。
数和磁极面积决定的，而磁极的面积最终是由磁极 的几何参数所决定。
图 1 电磁轴承ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ构原理图 Fig.1 The structure and principle of active magnetic bearings
图 2 径向电磁轴承的电磁结构 Fig.2 The magnetic structure of the radial active magnetic bearing
转子能否悬浮起来，取决于电磁轴承的电磁力 的大小，转子上的电磁力是电磁铁线圈电流与转子 位移的非线性函数关系，即：
Fx
0 AN 2 I 0 I
油润滑，而润滑油通过动静间隙的泄漏，很容易进 到深冷系统， 这将会导致深冷系统的换热效果变差， 如系统中有冷箱，也会导致冷箱因润滑油的凝固而 堵塞通道，影响系统的安全运行。 另外由于旋转机械的特点， 为了提高机械效率， 各部的间隙被控制在一个合理的范围内，间隙大了 效率就要降低，间隙小了很容易发生摩擦。 从技术性能角度， 电磁轴承应该具有以下特点： 转速高——最高可达每分钟数十万转； 精度高——具有良好的动态性能。例如：转子 的动态振幅要求控制在较低的范围内且具有自动调 节功能； 可控性好——在一定的范围内，轴承的承载能 力得到良好控制； 适应性强——适应各种极限环境、工况； 安全可靠——满足大型炼化装置五年一修的要 [1] 求 。
磁悬浮轴承的发展历史
磁悬浮轴承的发展历史磁悬浮轴承是一种利用磁力来支撑和悬浮旋转轴的装置，它的发展历史可以追溯到20世纪60年代。
在过去的几十年里，磁悬浮轴承经历了许多重要的里程碑，不断演进和改进，成为现代工业领域中不可或缺的关键技术之一。
磁悬浮轴承的发展始于对传统机械轴承的局限性的认识。
传统机械轴承存在摩擦和磨损问题，限制了其在高速、高负荷和高精度应用中的使用。
为了解决这些问题，研究人员开始探索利用磁力来支撑轴承的方法。
1960年代，磁悬浮轴承的概念首次被提出。
最早的磁悬浮轴承是基于电磁原理的，通过电磁线圈产生的磁场来支撑轴承。
然而，这种设计存在能耗高、稳定性差等问题，限制了其实际应用。
随着科技的进步，磁悬浮轴承在20世纪70年代和80年代得到了进一步的发展。
研究人员开始尝试利用超导材料来提高磁悬浮轴承的性能。
超导材料具有零电阻和完全抗磁性的特点，可以产生更强的磁场并减少能耗。
这一技术的突破使得磁悬浮轴承在高速列车、风力发电机等领域得到了广泛应用。
在20世纪90年代，磁悬浮轴承迎来了一个重要的里程碑，即磁悬浮轴承在商业飞机中的首次应用。
这标志着磁悬浮轴承从实验室走向了实际工业应用。
商业飞机中的磁悬浮轴承可以提供更高的可靠性和性能，减少了维护和维修成本，提高了飞机的安全性和经济性。
随着磁悬浮轴承技术的不断发展，新的设计和材料也不断涌现。
例如，永磁磁悬浮轴承利用永磁体产生的磁场来支撑轴承，具有更低的能耗和更高的稳定性。
此外，磁悬浮轴承还可以与传感器和控制系统相结合，实现对轴承位置、速度和振动等参数的实时监测和控制，提高了系统的性能和可靠性。
磁悬浮轴承已经广泛应用于高速列车、风力发电机、离心压缩机等领域。
它不仅提高了设备的性能和可靠性，还减少了能耗和维护成本，对于推动工业技术的发展和提高生产效率起到了重要作用。
总结起来，磁悬浮轴承的发展历史经历了从最早的电磁轴承到超导轴承再到永磁轴承的演进过程。
随着科技的进步和应用需求的不断提高，磁悬浮轴承在工业领域的应用前景将更加广阔。
磁力轴承简介(1)
磁力轴承简介磁力轴承是磁悬浮原理应用在机械工程领域中的一项新的支承技术，其区别于传统的支承方式，具有无摩擦、无磨损、无润滑、运动阻力小、转速高、精度高、功耗低以及寿命长等优点，随着有关研究的不断发展，已有的电磁轴承种类很多，按工作原理可分为三类：主动磁轴承、被动磁轴承、混合磁轴承。
对于磁力轴承的研究，国外早在 18 世纪 40 年代就开展了理论分析，并在 19 世纪中、后期逐步应用于工业领域，随着轴承的性能在不断提高，某些电磁轴承类产品已相当成熟；国内的相关研究虽然一直在升温，但整体上来说依然处于理论研究阶段，离工业应用仍有较大的差距。
总体来说，磁力轴承有很好的应用前景，这项技术的研究与应用标志着支承技术的全新革命。
一．磁力轴承的工作原理和基本结构在工业应用中，由于主动磁轴承明显的优于被动磁轴承，所以在此以主动磁轴承为例进行探讨。
主动磁轴承一般被称为电磁轴承，其集机械学、力学、控制工程、电磁学、电子学和计算机学于一体，其是靠主动电子控制系统，由可控电磁力使转子非接触地“支承”着轴承体，通常由转子、定子（电磁铁）、放大器、位置传感器、控制器和辅助轴承等部分组成（如图1.1）。
转子是系统的控制对象，转子和电磁铁要求有良好的磁性和机械性能；控制器是电磁轴承系统的核心，决定电磁轴承的好坏；放大器向电磁铁提供产生电磁力所需的控制电流；位置传感器用来检测转子的偏转量；辅助轴承的功能是在电磁轴承出现故障时支承转子或在轴承过载时承受部分载荷承，避免转子与定子的任何直接接触，防止擦伤。
图 1.1 电磁轴承基本结构电磁轴承的机械部分一般是由轴向轴承和径向轴承组成（如图 1.2）。
轴向轴承由定子和推力盘组成；径向轴承由定子和转子组成。
(a) (b)图 1.2 (a)径向轴承横截面结构示意图 (b)轴向轴承结构示意图一个转子要实现完全的悬浮，需要在其五个自由度上施加控制力，即需要两个径向轴承和一个轴向轴承。
一个完整的电磁轴承系统通常包括 2 个径向轴承和 1 个轴向轴承及其控制系统；每个径向轴承有 2 个自由度，每个轴向轴承有 1 个自由度，这样一个电磁轴承共有 5 个自由度。
主动磁悬浮轴承的工作原理及发展趋势
圈 １ 主动 磁 悬 浮 轴 承 的 工 作 原 理
它具 有 这样 一 系列 独 特 的 优点 ， 近年 来 国内外 对 其 研 究都颇 为重 视 。
根 据产 生 悬 浮力 的不 同 方式 。 将 磁 悬 浮轴 承 可 分 为 ： 动磁 悬 浮轴承 、 导磁轴 承 、 主 超 永久磁 铁轴 承 、
・
４ ・ ７
维普资讯
郭树涛 ： 主动磁 悬浮轴承 的 工作原理 及发展 趋 势
从科 学研 究走 向 工业 化 、 品化 ， 工业应用 包括 透 商 其 平 机 、 缩机 、 、 风机 、 压 泵 鼓 飞轮 、 加工 刀具 的旋 转 头 、 粉碎机 、 心机等 。到 目前 为 止 ， 主要应用 在 如下 离 它 几 个方 面 ： （） １ 用作支 承元 件 即通常 意义下 的磁悬浮 轴承 。 对性 ， 并在 重视 控制 系统研 究 的同 时 ， 着重 研究 系统
２０ ０６年 １ ２月
主动磁悬浮轴承的工作原理及发展趋势
郭树 涛
（ 南交通 大 学 ， 西 成都 ６０３ ） １０ １
电磁轴承原理
电磁轴承原理
电磁轴承原理是一种基于电磁力作用的轴承技术，在机械制造、航空航天、能源等领域有着广泛的应用。
电磁轴承由定子、转子、磁极、传感器、控制器等组成，其工作原理主要是利用电磁力来支撑和稳定转子运转，从而实现轴承的功能。
电磁轴承的核心部件是电磁铁，其结构类似于通常所见的铁心线圈。
当通电时，电磁铁会产生磁场，磁场会与转子上的永磁体相互作用，从而产生电磁力，使转子浮起。
不同类型的电磁轴承其原理有所不同，但都是基于电磁力的作用实现转子浮起和转动。
电磁轴承相比于传统机械轴承具有诸多优势。
首先，电磁轴承无需使用油润滑，可以减少污染和环境污染；其次，电磁轴承没有机械接触，可以减少磨损和维护成本；最后，电磁轴承具有高速度、高精度、高可靠性等优点，能够适应复杂的工况环境。
电磁轴承的应用领域非常广泛，例如在机械制造中，电磁轴承可以用于高速电机、离心机、压缩机等设备；在航空航天领域，电磁轴承可以用于飞行控制、卫星姿态稳定等方面；在能源领域，电磁轴承可以用于风力发电、机组转子等方面。
尽管电磁轴承具有许多优点，但也存在一些缺点。
首先，电磁轴承需要消耗大量电能，因此需要配备相应的电源设备；其次，电磁轴承的控制器需要进行精密的调整和维护，成本较高；最后，电磁轴
承的应用范围受到限制，一些高温、高压、高载荷等极端工况下，电磁轴承可能无法胜任。
电磁轴承作为一种新型的轴承技术，具有广泛的应用前景。
尽管存在一些缺点，但随着科技的发展和技术的不断进步，相信电磁轴承的应用范围将会不断扩大，为各个领域的发展做出更大的贡献。
磁悬浮轴承的设计和控制
磁悬浮轴承的设计和控制随着科技的不断进步，磁悬浮轴承作为一种新型的轴承技术，逐渐引起了人们的关注。
它的出现不仅提升了机械设备的性能，还改变了传统轴承的运行方式。
本文将探讨磁悬浮轴承的设计原理和控制方法，以及与传统轴承相比的优势。
1. 磁悬浮轴承的设计原理磁悬浮轴承是通过电磁原理实现对轴的支承和稳定。
它由电磁悬浮部分和控制部分组成。
电磁悬浮部分包括固定部分和旋转部分，固定部分由电磁铁和轴承复合体组成，旋转部分则是装载在轴上的磁体。
通过控制电磁悬浮部分的电流，可以调节磁悬浮轴承与轴之间的力的大小和方向。
磁悬浮轴承的设计原理主要包括磁力支撑、磁力定位和磁力恢复三个方面。
磁力支撑是指通过向轴施加一个与重力相等且方向相反的力，使得轴悬浮在空中。
磁力定位则是通过调节支撑力的大小和方向，实现轴在水平方向上的位置控制。
磁力恢复是指通过控制轴与磁体之间的力，使得轴能够在受到外力作用后迅速恢复到平衡位置。
2. 磁悬浮轴承的控制方法磁悬浮轴承的控制方法主要分为闭环控制和开环控制两种。
闭环控制是通过给定轴的位置和速度信号，利用传感器和控制算法计算出合适的电流信号，控制电磁悬浮部分的电流大小和方向，从而实现轴的稳定运行。
开环控制则是通过预先设置电流信号，将其直接送至电磁悬浮部分，忽略轴的位置和速度变化，从而实现对轴的基本控制。
闭环控制是磁悬浮轴承常用的控制方法。
其主要包括位置控制和速度控制两个环节。
位置控制是通过传感器感知轴的位置，并与给定的位置信号进行比较，得出控制误差，然后根据控制算法计算出相应的电流信号。
速度控制是在位置控制的基础上，增加了速度传感器，通过对速度信号进行反馈和控制，实现对轴的更精确控制。
3. 磁悬浮轴承与传统轴承的比较与传统轴承相比，磁悬浮轴承具有许多优势。
首先，磁悬浮轴承没有机械接触，消除了传统轴承由于摩擦和磨损产生的问题，大幅提高了轴承的使用寿命。
其次，磁悬浮轴承具有低摩擦系数和高转速特性，减小了能量损耗和轴向受力，提高了机械设备的效率。
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磁悬浮轴承的技术进展及发展趋势
磁悬浮轴承的技术进展及发展趋势磁悬浮轴承的发展现状及应用研究一、磁悬浮技术概述磁悬浮，亦作磁浮，是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”，从而使物件不受引力束缚自由浮动，具有无接触、无摩擦、低能耗、低噪声、无需润滑、维护费用低、使用寿命长、高精度以及自动化程度高等优点。
磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学等为一体的机电一体化综合性较强的高新技术，其研究源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼〃肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。
1966年，美国科学家詹姆斯·鲍威尔和戈登·丹比提出了第一个具有实用性质的磁悬浮运输系统，此后，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家为提高交通运输能力以适应经济发展需要加快筹划磁悬浮运输系统的开发。
随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进展，磁悬浮技术得到了长足的发展。
至2012年世界上已有三种类型的磁悬浮，一是以德国为代表的常导电式磁悬浮，二是以日本为代表的超导电动磁悬浮，这两种磁悬浮都需要用电力来产生磁悬浮动力。
第三种是中国的永磁悬浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他动力支持。
磁悬浮技术应用范围及其广泛，涉及工业、民用及军事各个领域，磁悬浮产品涵盖高速精密电主轴、磁悬浮飞轮电池、磁悬浮人工心脏泵，磁悬浮火车、卫星、远程导弹的制导与姿态控制，军事通讯用的UPS，航空发动机的高速转子，潜艇的振动控制与传动噪音，坦克、装甲车的动力储能、磁悬浮冶炼、搬运技术等。
当前，国内外对磁悬浮技术的研究热点是磁悬浮轴承和磁悬浮列车，而应用最广泛的是磁悬浮轴承。
二、磁悬浮轴承及其类型磁悬浮轴承也称电磁轴承或磁力轴承，是利用磁场力将轴承无机械摩擦、无润滑的、悬浮在空间的一种新型高性能轴承，其作为一种新颖的支撑部件,是继油润滑、气润滑之后轴承行业的又一次革命性变化, 被誉为21世纪最有发展前景的高新技术之一。
电磁轴承原理
电磁轴承原理
电磁轴承原理是一种利用电磁力来支撑和控制转子运动的技术。
它与传统的机械轴承相比，具有更高的精度、更低的摩擦和磨损、更长的使用寿命等优点，因此在各种领域得到了广泛的应用。
电磁轴承原理的核心是利用电磁感应产生的磁场来支撑和控制转子的运动。
一般来说，电磁轴承由两部分组成：定子和转子。
定子上安装有线圈，通过通电产生磁场；转子上带有永磁体，与定子的磁场相互作用，从而实现转子的悬浮和控制。
在电磁轴承中，通常会有多个定子和转子组成一组电磁轴承单元，以提高支撑力和稳定性。
通过控制定子线圈的电流，可以实现对转子的位置和运动状态的精确控制。
同时，电磁轴承还可以通过改变电流的大小和方向来调节支撑力的大小和方向，从而适应不同工况下的需要。
电磁轴承原理的应用非常广泛，特别是在高速旋转机械设备中，如风力发电机、离心压缩机、离心泵等领域。
由于电磁轴承具有零摩擦、低噪音、高速旋转等优点，可以大大提高设备的性能和可靠性，降低能耗和维护成本，因此受到了广泛的关注和应用。
除了在旋转机械领域，电磁轴承还在磁悬浮列车、磁悬浮离心制冷机、磁悬浮泵等领域有着重要的应用。
在这些领域，电磁轴承不仅可以实现高速、稳定的悬浮和控制，还可以实现无接触、无磨损的
运动，从而大大提高了设备的性能和可靠性。
总的来说，电磁轴承原理是一种先进的技术，具有许多优点和广阔的应用前景。
随着科技的不断进步和发展，电磁轴承将在更多领域发挥重要作用，为人类的生产生活带来更多的便利和效益。
希望通过不断的研究和创新，可以进一步发展和完善电磁轴承技术，为人类创造更美好的未来。
磁悬浮轴承-转子系统的理论与试验模态分析
磁悬浮轴承-转子系统的理论与试验模态分析磁悬浮轴承是一种通过磁力悬浮和控制的方式来支撑和旋转转子的轴承系统。
它拥有许多优点，比如无接触、无磨损、低噪音和高转速等，因此被广泛应用于高速旋转机器领域，比如发电机、风力机和压缩机等。
磁悬浮轴承的转子系统的理论和试验模态分析是磁悬浮轴承研究中的一个重要方面，它对于磁悬浮轴承系统的优化设计和故障诊断具有重要意义。
1.轴承系统的结构与工作原理磁悬浮轴承系统由上、下磁轴承和转子组成。
上、下磁轴承分别位于转子的两端，它们通过电磁力和磁悬浮控制系统来支撑和操控转子的运动。
磁悬浮轴承系统的工作原理是利用磁场产生的磁力来支撑转子，从而实现无接触悬浮。
2.磁悬浮轴承的理论模态分析理论模态分析是研究磁悬浮轴承系统振动特性的一种重要方法。
通过对磁悬浮轴承系统的结构和动力学方程进行建模，可以得到系统的模态特性，包括自然频率、模态形态和模态阻尼等。
通过理论模态分析可以为磁悬浮轴承系统的优化设计和性能改进提供理论依据。
3.磁悬浮轴承的试验模态分析试验模态分析是通过实验手段研究磁悬浮轴承系统的振动特性。
通过在实验室或现场进行振动测试和频谱分析，可以得到系统的实际振动特性，包括模态参数、共振频率和振动模态等。
试验模态分析可以验证理论模态分析的结果，同时也可以为系统的故障诊断和状态监测提供重要信息。
4.磁悬浮轴承系统的模态优化设计磁悬浮轴承系统的模态特性直接影响着系统的动态稳定性和运行性能。
因此，通过对系统的模态特性进行分析和优化设计，可以提高系统的抗干扰能力和动态性能。
常见的优化方法包括结构优化、控制系统设计和材料选择等。
5.磁悬浮轴承系统的振动控制与故障诊断磁悬浮轴承系统在实际运行中可能会受到外部扰动或内部故障的影响，导致振动异常和系统性能下降。
因此，通过对系统的振动特性进行实时监测和分析，可以实现振动控制和故障诊断。
常见的方法包括模型预测控制、自适应控制和信号处理技术等。
6.磁悬浮轴承系统的应用与发展趋势磁悬浮轴承系统具有许多优点，已经被广泛应用于各种高速旋转机器中。
电磁轴承技术及其发展趋势
于是 在这 一对 磁极 问所 产生 的合 力为
收 稿 日期 ：０ ５—０ ２ ２０ ６— ８
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２０ ０６年 第 ３期
工 业 仪 表 与 自动 化 装 置
・ ５・ ７
电磁 轴 承 技 术及 其 发 展 趋 势
李晨光 ， 齐 蓉， 林 辉
（ 西北 工业 大学 ， 陕西 西安 ７ ０ ７ ） １０ ２ 摘 要 ： 绍 了电磁 轴 承 工作原 理 ， 讨 了一 些热点 问题 ， 介 探 并分 析 了电磁 轴承 的发展 现状 及 前景 。 关键 词 ： 电磁 轴承 ； 无传 感 器轴 承 ； 无轴 承 电动 机
磁轴承技 术也得 到了飞速 的发展 。目前 ， 士 、 瑞
美 国、 日本等 国家 研 制 的 电磁 轴 承 性 能 指标 已经 很 高 ， 且 已成 功应 用于透 平 机械 、 并 离心 机 、 空泵 、 真 机
差 动励 磁 电磁 轴 承示 意 图。这 里 ， 感 器 将 测 得 的 传 转 子 位置与 参 考位 置 的差 值信 号 送 人 控 制 器 ， 制 控 器 根 据一定 的控制 算 法输 出控 制 信 号 ， 功 率 放 大 使
上 海大 学 、 京航 空 航 天大 学 等 单 位 的 相关 研 究 都 北 取得 了阶段性 成 果 ， 由于 电磁 轴 承 系 统 涉 及 的学 但 科 领域 广 、 系统较 复杂 等原 因 ， 内对 电磁 轴承 系统 国
电磁 铁 以偏 磁 电流 ， 与控制 电流 ， 之 和励磁 ， 方 ０ 。 下
电磁轴承的相关知识
电磁轴承的相关知识什么是电磁轴承电磁轴承，利用电场力、磁场力使轴悬浮的滑动轴承。
电磁轴承的原理与磁悬浮列车类似。
磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行，减少了摩擦力。
电磁轴承通过位置传感器检测轴的位置偏差信号，将信号送到控制器，通过功率放大器来控制电磁铁的电流，从而产生电磁力的变化使主轴悬浮于规定的位置。
电磁轴承的优缺点1、电磁轴承的优点1）转速高电磁轴承允许转子高速旋转，其转速主要受材料强度的限制，可以在超临界，每分钟数十万转的工况下工作，而且转子的回转精度已经达到微米级甚至更高，这是普通机械轴承远远达不到的转速和精度。
2）功耗低由于电磁轴承没有机械接触，几乎没有摩擦力，克服摩擦力的功耗很低。
在转速为10000 r/min时，其功耗只有机械轴承的15%左右。
3）维护成本低、寿命长由于电磁轴承无接触、无磨损，对运动表面之间无接触，不产生机械摩擦和接触疲劳，解决了机械部件损耗和寿命问题，而且电子元器件的可靠性在很大程度上高于传统的机械零部件。
4）无需润滑电磁轴承不需要润滑，省掉了润滑系统等装置，即节省了空间又不存在润滑系统对环境的污染问题。
5）能在真空中和很宽的温度范围内工作，结构可多样化。
2、电磁轴承的缺点和难点：1）静电轴承需要很大的电场强度，应用受到限制。
2）控制器是关键，如何设计一个结构简单、性能良好、调试方便的控制器是技术的难点。
3）如何评估加工制造误差对电磁控制的影响也是个难点。
4）如何控制转子的失稳，需要进一步的研究和应用中得到经验。
电磁轴承的应用目前，电磁轴承已经广泛应用于诸多领域，如超高速列车、超高速离心机、水轮发电机、空间飞行器的角动量飞轮、流量计、密度计、功率表、真空泵、精密稳流器和陀螺仪等。
论文范本
1、绪论1.1 磁悬浮轴承简介现代机械工程都在朝着信息化、自动化、智能化发展，近几十年的发展表明，在现代机械工程领域里，几乎所有有生命力、有发展前途、有较大影响的新技术、新工艺和新生科研方向都集中在机电一体化（mechantronics）领域。
和传统机械相比，机电一体化机械主要增添了传感器(sensor)和控制器(controller)两大部分，它不仅能感受环境的变化，而且还能根据控制程序对此做出反应，具有类似于人的功能。
磁悬浮轴承(magnetic bearing)就是机电一体化机械的典型产品，是现代高技术的结晶。
磁悬浮轴承是一种利用电磁场力将转子悬浮于空间，不需要任何介质而实现承载的非接触式支承装置，与传统的滚动轴承和滑动轴承相比，磁悬浮轴承明显的特点在于没有机械接触，不需要传力介质，而且其支承力可控。
因此而具有传统轴承无法比拟的优越性：由于没有机械摩擦和磨损，所以降低了工作能耗和噪声，延长了使用寿命；动力损失小，便于应用在高速运动场合；由于不需要润滑和密封系统，排除了污染，可用于真空超净，腐蚀性介质以及极端温度和压力等特殊工作环境；具有良好的转子动力学特性。
轴承是机电工业的基础产业之一，其性能的好坏直接影响到机电产品（如超高速超精密加工机床）的科技含量及其在国际上的竞争力。
由于磁悬浮轴承具有一系列的优良品质，从根本上改变了传统的支承形式，它在航空航天、能源交通、机械工程、机器人等高技术领域具有广泛的应用前景。
磁悬浮轴承的种类很多，按照悬浮磁场的不同，可分为以下几类：(1)按磁场力的来源分为永久磁铁型、电磁铁和永久磁铁混合型以及纯电磁铁型；(2)按磁场力是否受控可以分为被动型和主动型；(3)按磁场力类型可以分为吸力型和斥力型。
目前，常用的是主动磁悬浮轴承（AMB），利用转子上的电磁线圈与转子上的铁磁材料之间的吸力实现支承。
磁悬浮轴承的特点：这种新型转子支撑件有如下突出优点：(1)回转速度高，磁悬浮轴承的转速只受转子铁磁材料的限制，最大线速度可达200m/s；(2)无磨损，功耗低；(3)无需润滑和密封系统，适用多种工作环境，而且对环境温度不敏感；(4)具有自动平衡性，可使转子系统自身的惯性轴回转，从而消除了不平衡力，使机身的震动大大降低。
磁轴承在船舶推进轴系振动控制中的应用现状与展望
磁轴承在船舶推进轴系振动控制中的应用现状与展望摘要：船舶推进轴系的振动噪声包括径向轴承处的横向激励及推力轴承处的纵向激励船体产生的耦合振动噪声。
在正常情况下，纵向激励引起的振动噪声是主要分量，横向激励引起的噪声也不可忽略。
基于此，本文详细分析了磁轴承在船舶推进轴系振动控制中的应用现状与展望。
关键词：磁轴承；船舶；推进轴系；振动控制磁轴承又称磁悬浮轴承，具有无接触微振动、高精度、低功耗、无需润滑、实时主动控制等特点。
磁轴承的特征使其在航空航天姿态控制、航空发动机涡轮泵、电机主轴等稳定性、精度与振动特性要求高的高转速、低载荷系统振动控制中首先得到较多应用。
随着对一些高转速和重载荷系统稳定性、精度与振动特性的要求越来越高，磁轴承已逐渐应用于高转速和重载荷的振动控制中。
一、磁轴承概述磁轴承是一种新型高性能轴承，其不存在机械接触，转子能达到很高的运转速度，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，适用于高速、真空、超净等特殊环境。
可广泛用于机械加工、涡轮机械、航空航天、真空技术、转子动力学特性辨识与测试等领域，被公认为极有前途的新型轴承。
二、国内磁轴承我国磁轴承的研究始于20世纪80年代，当前，国内许多科研院校，如清华大学、南京航空航天大学、武汉理工大学、上海大学、国防科技大学、浙江大学、山东大学、北京航空航天大学、西安交通大学等，正在进行磁轴承方面的研究。
1988年，有学者研究了主动磁轴承机床主轴控制系统的数学模型，这是国内首次对主动磁轴承全悬浮机床主轴从结构到控制的系统研究；1989年，有学者利用状态反馈原理讨论了磁控制的多自由度解耦问题；并利用磁荷库仑定律分析计算了磁轴承的径向磁力，提出的方法更易于理解；1994年，在机电与控制实验室成功研制出卧式五自由度磁轴承系统，转速高达53200r/min。
一些学者研究了三种混合磁轴承(轴向、径向和轴向-径向)的具体参数设计和优化方法，在分析其拓扑结构和磁场分布基础上，以最大悬浮力为设计目标，以软磁材料中的磁场不饱和为约束条件，以最小体积为优化目标，推导了其软磁材料、永磁材料和控制绕组的参数设计及优化公式，并基于MATLAB开发了界面友好、操作简单的混合型磁悬浮轴承参数设计与优化软件。
电磁轴承的设计
电磁轴承的设计引言电磁轴承是一种无接触式的轴承，通过利用电磁力来支持转子，并实现稳定的旋转。
因其没有机械接触，不需要润滑，免维护，节约能源等优点，越来越受到工程师和科研人员的关注和研究。
本文将介绍电磁轴承的设计原理、优缺点以及设计过程。
电磁轴承的工作原理电磁轴承的工作原理基于磁悬浮技术和电磁力。
它由一对定子和一个转子组成。
定子包含电磁绕组，通过在定子绕组中通电，产生磁场。
磁场与转子上的永磁体相互作用，产生电磁力。
这个电磁力可以支撑转子，并维持转子的稳定旋转。
电磁轴承的优点电磁轴承相比传统机械轴承有以下优点：1.无接触式：电磁轴承不需要机械接触，无摩擦，无磨损，不需要润滑，减少能源消耗和维护成本。
2.高速运转：由于没有摩擦和磨损，电磁轴承可以运转在非常高的速度下，减小轴承磨损和寿命限制。
3.精密控制：电磁轴承可以通过改变电磁绕组的电流来调节磁场的强度和稳定性，实现对转子位置和转速的精确控制。
4.减少振动和噪音：由于没有机械接触，电磁轴承减少了由振动和噪音产生的问题，从而提供更加平稳和安静的运行环境。
5.长寿命：由于少了机械接触和磨损，电磁轴承具有更长的寿命，减少了维护成本和停机时间。
电磁轴承的设计过程步骤1：确定设计需求在电磁轴承的设计过程中，首先需要确定具体的设计需求和要求。
包括轴承的承载能力、转速范围、工作环境等。
这些需求将会指导后续的设计和选择。
步骤2：选择工作原理根据设计需求，选择合适的电磁轴承工作原理。
目前常见的原理有电涡流型、磁悬浮型和电磁悬浮型。
选择工作原理需要综合考虑承载能力、稳定性、精度要求和成本等因素。
步骤3：确定材料和尺寸根据电磁轴承的工作原理和设计需求，选择合适的材料和尺寸。
通常电磁轴承需要选择具有高导磁性和低电阻率的材料，以提高磁场强度和减少电流损耗。
步骤4：设计定子绕组根据工作原理和材料选择，设计定子绕组。
定子绕组的设计需要考虑磁场的强度和分布，通常采用多层线圈绕组来增加磁场的强度和稳定性。
微型旋转机械轴承研究进展
微 机 电系统 （ ＭＳ 是 科 技 发 展 的前 沿 ， 生 物 、 ＭＥ ） 在
的摩 擦 系数 ；ｅｔｎｅｇ等 提 出采 用销 轴 承 或球 轴 承 Ｌｇｅｂｒ
医学、 电子及航空航 天工业等领 域具有广泛 的应用价 值 ’ 。ＭＥ ＭＳ技术 的 巨大 成 功 在 旋 转 机 械 领 域 引 发 了一场微小型化革命 ， 以加工微／ 纳米旋转机械结构和 系统 为 目的的技 术也得 到相 应 发 展 ， 进 了微 电机 、 促 动 力 ＭＥ ＭＳ等 微 型 旋 转 机 械 的 长 足 发 展 ， 直 成 为 一 ＭＥ Ｓ研 究 中 的热点 。 Ｍ 相对 于传 统 机 械 而 言 ， 尺 度 效 应 作 用 下 微 型 旋 微 转机械的摩擦磨损问题显得十分突出 。因此 ， ’ 随着 对高性 能、 低能耗及 长寿命 Ｍ Ｍ Ｅ Ｓ旋转机械产品的需 求， 最大限度地降低摩擦磨损乃至实现零摩擦磨损 ， 是 保证 微 型旋转 机 械器 件 功 能 和使 用 寿 命 的 关键 。为 了 得到较高的能量密度输 出， 型旋 转机械必须具 备非 微 常高的转速 ， 由此会带来微 型旋 转机械 的轴承润 滑 问 题 。 目前 ， 已有许 多研 究 人 员 相继 提 出干 摩擦 轴 承 、 磁 轴承和气体轴承等诸多轴承润滑方 法 ， 局部解决 了微 电机和 动力 Ｍ ＭＳ的动 力润 滑 问题 。微 尺度 下 微 型 旋 Ｅ 转机械的轴承研究正成为微摩擦学 中的一个新分支。
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２ ８
振 动 与 冲 击
２０ ０ ８年第 ２ ７卷 表 １ 微气体轴承与宏观气 体轴 承参数对 比
是其 中之 一 。尽管 科技 人员 对 宏 观旋 转 机 械 中 的电磁 轴 承进行 了大 量 的研 究 ， 但其 在微 机 械 中 的应 用 尚处 于起 步 阶段 。与宏 观 电磁 轴 承 相 比 ， 型 电磁 轴 承结 微 构 复杂 ， 磁体 材料 与大 多数 微 加工 技 术不 兼 容 ， 对 其 且 于 动力 ＭＥ ＭＳ来说 ， 由于受温 度 的影 响 ， 电磁轴 承 需 增 加冷 却 系统 以控 制 电磁轴 承 温度 ， 同时 ， 由于 电磁 轴 承 的不稳定 性 ， 要添加 反馈 稳 定 系统 ， 样 就会 加 剧 整 需 这 个微 型旋 转机 械系统 的复杂 性 。 Ｑｎ 等 ’ 探 讨 了 ｉ Ｈ