磁悬浮轴承技术难点

三、性能特点
1.允许转子达到很高的转速 磁悬浮轴承的转子可以在超临界、每分钟数十万Hale Waihona Puke Baidu
转的工况下运行，其圆周速度只受转子材料强度的限 制。通常在相同的轴颈直径下，磁悬浮轴承支承的转 子能达到的转速比滚动轴承支承的转子大约高2倍， 比滑动轴承支承的转子大约高3倍。 2.摩擦功耗小
在10000 r/min时，磁悬浮轴承的功耗大约只有流 体动压润滑轴承的6％，滚动轴承的17％。
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) ① 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; ② 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; ③ 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。
磁悬浮轴承的应用
高速精密机床 配有数控式磁轴承的铣床主轴，用于高速铣削，转速 40000r/min,切削功率40kw。
磁悬浮轴承的应用
高温气冷堆
国家十五“863”计 划重点项目——“高 温气冷实验堆氦气透 平发电系统”，采用 直接循环氦气透平发 电系统替代了原有的 蒸汽透平循环发电系 统。
磁悬浮轴承的应用
如何设计一种结构简单、性能良好、调试方便的控制器，在全转速范围 内为转子的刚性和挠性模态提供强阻尼；
对于细长结构的强挠性转子，设计刚度高且稳定性好的控制器相对比较 困难；
如何评价系统加工装配误差对磁力轴承性能造成的影响，寻找合适的解 决方法；
挠性转子超越临界转速的过程中，有可能发生系统能量积累、转子振动 幅度过大，如果控制或调试方法不当，系统往往会失稳，严重者会造成 转子断裂、系统损坏、危及人员安全。
磁悬浮轴承
一、磁悬浮轴承工作原理
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。
磁悬浮轴承的结构
磁悬浮轴承（机 电耦合系统）
机械系统
控制系统
转子
定子
电气系统（控制 转子）
传感器
控制器
功率放大器
• 机械系统由转子和定子组成 ( 径向轴承结构如图 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。
避开临界转 速
变刚度
工程中受到实际条 件的影响而不容易
实现
动平衡
动平衡
校正平面的位置和个 数有限
过
减小振幅
临
界
方
法
增加阻尼比 系数
大范围内施加作用 的阻尼器
控制器设计
加速度
转速上得去下不来
过临界的技术难点
一个径向平面内只有两个输入量，要控制两个刚性模态和前三个挠性模 态的振动，需要综合考虑各模态的可控和可观测性3，以指导系统机械 结构设计；
五、磁悬浮轴承的应用
磁悬浮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（利 用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转 轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的 角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。）等。
3.维护成本低，寿命长 由于磁悬浮轴承是靠磁场力来悬浮轴颈，相对运
动表面之间没有接触，不存在摩擦、磨损和接触疲劳 产生的寿命问题，而电子元器件的可靠性在额定工作 条件下大大高于机械零部件，所以磁悬浮轴承的寿命 和可靠性均远高于传统轴承。 4.无需润滑
不存在润滑剂对环境的污染。在真空、超净无菌 室和禁止润滑剂介质污染的应用场合，磁悬浮轴承具 有无可比拟的优势。在一般应用场合，由于省掉了润 滑油的存储、过滤、冷却、循环等设施，在价格和占 有空间位置上也具有较强的竞争优势。
飞轮储能系统
主要采用基于真空磁 悬浮的飞轮储能技术， 在真空环境中，利用 飞轮旋转所储存的动 能，持续转化成电力。 为关键负载提供不间 断的电力保障，实现 了从化学储能到机械 储能的转变。
磁悬浮轴承的应用
新一代航空发动机 ——多电发动机
用磁轴承取 代传统的滚 动轴承是多 电发动机的 关键技术之 一。
四、磁悬浮轴承的技术难点
1.过临界转速 技术 2.系统设计， 调试运行经验 3.系统的可靠 性，安全性 4.系统寿命
转子过临界的危害 影响转子过临界的因素
驱动转子旋转的能量全部消耗于转子的振动或与定子的 碰撞中，转子无法继续加速
控制不当，转子的振幅过大，会破坏机械结构，引发事 故
振幅过大
转子具有质量不平衡 阻尼小，无法控制转子振动
展望
磁悬浮轴承特有的优点使之在现代化能 源动力，新能源领域、机床领域、航空航 天都有广泛的应用。可以预见磁悬浮轴承 在近几年将会成为世界各国研究的热点， 也将会越来越广泛地被应用于现代化的高 科技领域。
谢谢