磁悬浮轴承

磁悬浮轴承

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摘要

磁悬浮轴承(Magnetic Bearing) 是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触。其原理是磁感应线与磁浮线成垂直，轴芯与磁浮线是平行的，所以转子的重量就固定在运转的轨道上，利用几乎是无负载的轴芯往反磁浮线方向顶撑，形成整个转子悬空，在固定运转轨道上。与传统的滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速，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，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中。磁悬浮事实上只是一种辅助功能，并非是独立的轴承形式，具体应用还得配合其它的轴承形式，例如磁悬浮+滚珠轴承、磁悬浮+含油轴承、磁悬浮+汽化轴承等等。这项技术并没有得到欧美国家的认可。

编辑摘要

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1.1概述

2.2工作原理

编辑本段|回到顶部概述

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, Ea rn 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, Kenp er 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

(L RBA ) 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。

编辑本段|回到顶部工作原理

磁悬浮轴承是一个复杂的机电耦合系

统。在早期的研究过程中, 它由机械系统和

控

制系统两个子系统组成。计算机技术的发展

为实现整个系统的智能化提供了条件, 将

计

算机加到系统中得到磁悬浮轴承系统。在这

个系统中, 利用计算机可以更方便地从外界

拾取信号, 并对其进行智能处理, 实现轴承的

稳定运行与控制。

机械系统由转子和定子组成 ( 径向轴

承图 1 径向轴承结构简图

结构如图 1, 推力轴承结构如图 2) , 通常它们

都是由铁磁叠片构成的。转子叠片装在轴

径

上, 定子叠片上开有槽, 并缠绕着线圈以提供

磁力。

控制系统指控制转子位置的电气系统,

简单的控制系统由传感器、控制器和功率放

大器组成 ( 如图 3) 。传感器: 即检测元件, 是

磁悬浮轴承的重要组成部分, 位置传感器用

于检测转子的偏移情况, 速度传感器用于检

测转子的运动速度; 控制器: 是个整个磁悬浮

轴承的核心, 其性能决定了磁悬浮轴承的好

坏, 其作用是对传感器检测到的位置偏差信号

进行适度的运算, 使得转子有高精度的定位,

在外力的干扰作用下能通过迅速而恰当的电

流变化使转子回到基准位置; 功率放大器: 其

作用是向电磁铁提供产生电磁力所需的电流。

图 3 轴承控制系统简图

磁悬浮轴承工作的基本原理: 通过位置传感器检测转子的轴偏差信号, 将该信号送入控制器, 通过功率放大器控制电磁铁中的电流, 从而产生电磁力的变化使转子悬浮于规定的位置。

磁悬浮轴承可以按磁悬浮方式和结构等多种方法来分类, 有很多类型。按悬浮方式可分为主动式和被动式; 按结构可分为立式、卧式、内转子型和外转子型; 按作用力可分为吸引式和排斥式; 按接触方式可分为完全非接

触型和部分接触型; 按电磁铁类型可分为超导式、交流控制式和直流控制式. 目前, 在磁悬浮轴承研究领域主要以主动的直流控制式磁悬浮轴承为研究对象. 图 4 为主动的直流控制式磁悬浮轴承的工作原理示意图.

需要指出的是: 与主动磁悬浮轴承相比, 被动磁悬浮轴承具有系统设计简单, 并在无控制环节的情况下即可稳定. 但是它不能产生阻尼, 亦即缺少像机械阻尼或像主动轴承那样的附加手段, 因此这个系统的稳定域是很小的, 外界干扰的小变化也会使它趋于不稳定。

图 4 主动磁悬浮轴承工作原理示意图

电磁悬浮轴承的发展及在鼓风机上的

应用前景

/ 2010年04月15日15:03 中国风机网

生意社2010年04月15日讯

飏王军／沈阳鼓风机(集团)有限公司

王瓯／清华同方股份有限公司

摘要：阐述了电磁轴承的基本原理及该种轴承的发展，对国内国外电磁轴承的技术研究和应用水平做了详

细的比较，调研了电磁轴承在鼓风机上的应用情况，尤其结合企业的实际情况，得出电磁悬浮轴承完全具备

应用在鼓风机、压缩机上的结论。

关键词：电磁悬浮轴承；透平式鼓风机；应用

中图分类号：TH133.3 文献标识码：B

文章编号：1006 - 8155 （2008 ）02-0070-04

Development of Magnetic Fl oating Bearing and Its Application Prospect for Blowers

Abstract: The paper specifies the basic principle of magnetic bearing and its developing prospect. The

technology research and application between domestic and overseas magnetic bearings are compared in

detail. The research on the application of magnetic bearing on blowers is carried out combining with the

actual condition of enterprises. Then the conclusion that magnetic fl oating bearing can totally apply on

blowers and compressors is summarized.

Key words: magnetic fl oating bearing; turbine blower; application

0 引言

电磁悬浮轴承是利用磁力实现无接触的新型轴承，具有无接触、不需要润滑和密封、振动小、使用寿命长、维护费用低等一系列优点，属于高技术领域。磁浮轴承的研制不仅可以填补国内空白，而且可以带动机

电行业的很多相关企业进行产品结构调整，形成新的经济增长点。此外，电磁悬浮轴承的研制具有重要的国

防应用价值，可为我国研制以磁轴承支承的新一代航空发动机储备先进的科学技术。

电磁悬浮轴承是典型的机械电子学产品，机械电子学是融机械工程、电气工程、计算机科学于一体的