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磁悬浮轴承的原霾应用
综述
磁悬浮轴承的原理与应用
北京科技大学吕嶂丁于展高庆
动磁轴承按控制方式的不同分为直流
悬浮轴的原理与特点
控制型和交流控制型,按支承方式的不同分
磁悬浮轴承(磁轴承)就是利用磁场力为径向AMB(图2)和轴向AMB(图3)。
将转轴悬浮在磁场中,使转轴在空间无机被目前,在主动磁轴承中,应用最广泛的是直
接触、无损地旋转。
流控制型磁轴承。
磁悬浮轴承系统具有多种分类方法,但
按工作原理可将其分为3类:主动磁轴承
定子
电饮
( Active Magnetic Bearing简称AMB)、
被动磁轴承( Passive Magnctic Bearing
简称PMB)、混合磁轴承(Hvbに ii Mal
转子
netic Bearing简称上!MR
1主动战轴承的工作原理
主动磁轴承是利用电磁力将转轴悬浮起
图2径向AMB结构
来,它主要由转子、电磁铁、传感器、控制
器和功率放大器等纽成。如图1所示为径向
AMB工作原理简图,电磁铁安装在定子上,
电
定于
电磁
转子
定于
电
传
传
图3轴向AMB结构
被动轴承的结拘与原理
被动磁轴承没有主动电子控制系统,它
图1係向AMB工作原理
是利用磁场本身的特性将转轴悬浮起来。从
前来看,在被动磁轴承中,应用最多的是
转子悬浮在按径向成对放置的电磁铁所产生.由永久磁体构成的水磁轴承。
的磁场中,每个电磁铁上都装有一个(或多
永磁轴承(P
个)传感器,由精密的传感器连续监測转轴 AI In g)是利用水久酸体产生的磁场力将转
的位置变动情况。从传感器中输出的信号,轴悬浮起来,它大体上可分两类。一类是转
借助于电子控制系统,户动校正通过电磁铁子和定子轴承均由永久磁体构成,这类永磁
的电流,从而控制电磁铁的吸引力,使转轴轴承一般采月若干个水久磁环按一定的极性
在稳定平衡状态下运转,并达到一定的精度布置而成,它有许多种结构,图4表示其比
要求。
较典型的基本结构其中,A1A2为径向斥
(/994-2007chinacademic a/ ronc Pishing House gh reserved. h. ww. cn ne
《机》y1994-0第21卷,第6期
力形磁轴承,A3、A为径向引力形磁轴承,此,对于永磁轴承系统,至少要在一个方向上
B1、B2为轴向引カ形磁轴承,B3、B4为轴引入外力(如电磁力、机械力、气动力等
向斥力形磁轴承,图中箭头所指方向为永久才能实现系统的稳定。
磁体的磁化方向;另一类是转子由软磁材1.3混合礁轴承
料,定子主要由永久磁体构成,这类磁轴承
混合磁轴承是在主动磁轴承。被动磁轴
是利用转子和定子磁极之间产生的吸引力T.、承以及其它…一些辅助支承和稳定机构基础上
作的,图5表示其结构简图。
形成的一种组合式磁轴承系统,它兼顾了
AMB、PMB以及些辅助机构的综合特点。
1.4磁悬浮轴承的性能持点41
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磁悬浮轴承与其它一些轴承相比,具有
以下主要特点
无机械摩擦、无磨损、无需润滑和保
养,能实现无噪音运转。并且由于转子和定
子无机裓接触,从理论上讲具有相当长的寿
命
图4永磁拙承基本结构
转速极高。据亲国J.W, Bea is授証
明,磁承可在分钟几直刀转的转速下运
软磁材料(转子)久世体(定子)
转。磁轴承的最大圆周速度只受材料本身强
度的限制,其工作气隙允许的最大园周速度
可达200m/s以
刚度高、阻尼大,可根据需要进行调
整,具有良好的动力学性能,能实现超精
图5磁轴承结构
密回转。主动磁轴承的回转精度可达0.
图G为径向永磁轴承结构原理筒图く其
承载能力大。能耗小,环境迁应性强
基本结构为图4A1),它采用多个径向充磁的磁轴承可在高真空、高温、低温、超净以及
水久磁环按一定的极性排列而成,且转子磁腐蚀性介质等特殊环境下工作,其可能使用
环和定子磁环同性
转触转子定子
的温度范围为-200℃≤ts≤450°。
磁极相对,利用转
子和定子上的永水久
谜悬浮轴承在工业中的应用6
磁体之间产牛的排
将转轴无机械接触地悬浮在磁场中,并
斥力支承转轴,当
不是一个新概念。1842年英国物理学家Ea
转轴上作用于径向
r nsha w首先提出了被动磁悬浮的慨念。但
载荷时,转子和定图6径向永磁轴承结
是,在此后的100多年时间里,这项研究
子磁环间的工作气
构原理
工作的进展一直比较缓慢。1950年,美国J
隙将要发生変化,最小工作气隙的斥力要比W、 Beams教授最早研制出离心机用混合磁
最大气隙处的斥力大,从而使转轴径向位置轴承系统,但其稳定度并不理想。1957年
发生变化,趋于平衡状态。根据 Ear nsha w定法国第一个提出了完整的主动磁轴承系统的
理
只有永久磁体构成的磁轴承系统是技术设想,但由于当时的技术和物质条件尚
不可能在全部自由度上实现稳定平衡的,因宋具备,这个技术设想未能投入实用。直到
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