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磁悬浮轴承
磁悬浮轴承
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MAQ75E
摘要
磁悬浮轴承(MagneticBearing)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
目录-[隐藏]
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,Earnshow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。
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
壬一子
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
图1径向
承
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
DevelopmentofMagneticFloatingBearingandItsApplicationProspectforBlowers
Abstract:
Thepaperspecifiesthebasicprincipleofmagneticbearinganditsdevelopingprospect.Thetechnologyresearchandapplicationbetweendomesticandoverseasmagneticbearingsarecomparedindetail.Theresearchontheapplicationofmagneticbearingonblowersiscarriedoutcombiningwiththeactualconditionofenterprises.Thentheconclusionthatmagneticfloatingbearingcantotallyapplyonblowersandcompressorsissummarized.
Keywords:
magneticfloatingbearing;turbineblower;application
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。
机械电子学是融机械工程、电气工程、计算机科学于一体的
跨学科工程领域。
1电磁悬浮轴承产生的背景
电磁悬浮轴承技术的发展是由于现代工业对新一代支承技术的需求推动的。
随着现代工业的发展,对旋转机械提出了各种越来越苛刻的性能要求。
在能源化工机械中,要求转子的旋转速度和精度越来越高、转子和定子之间的间隙越小越好以追求更高的效率。
而对另一些工作在极端高温或低温环境下的军工、航空航天领域的旋转机械来说,除了要求能够承受严酷的环境考验之外,对于支承的可控性、安全及可靠性的考虑往往是第一位的。
与其他机械相比,旋转机械的最大特点在于:
转子运动始终被约束在间隙比较小的空间内。
这种间隙比,对于传统的油润滑轴承来说,大致在1/1000〜5/1000范围内。
由于转子在运行中所受到的各种激励作
用,这种小间隙约束是很容易遭到破坏的,这也是支承之所以成为制约高性能旋转机械进一步发展的关键技术的原因[1]。
对于新一代支承技术性能指标的要求为
(1)高转速:
从每分钟数十转到数十万转;
(2)高精度:
要求支承具有良好的动态性能。
例如:
转子的动态振幅要求控制在一定的范围内;(3)可控性;(4)对于各种严酷环境的适应性;(5)可靠性。
迄今为止,能够同时满足上述要求,可投入实际工程应用的支承技术当首推主动控制的电磁轴承。
2电磁悬浮轴承的基本原理
2.1基本原理
磁浮轴承从原理上可分为两种,一种是主动磁浮轴承(activemagneticbearing),简称AMB;另一种是被动磁浮轴承(passivemagneticbearing),简称PMB。
由于前者具有较好的性能,它在工业上得到了越来越广泛的应用。
磁浮轴承系统主要由被悬浮物体、传感器、控制器和执行器四大部分组成,见图1。
其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。
图1是一个简单的磁浮轴承系统,电磁铁绕组上的电流为I,它对被悬浮物体产生的吸力和被悬浮物体本身的重力(mg)相平衡,被悬浮物体处于悬浮的平衡位置,这个位置也称为参考位置。
假设在参考位置上,被悬浮物体受到一个向下的扰动,它就会偏离其参考位置向下运动,此时传感器检测出被悬浮物体偏离其参考位置的位移,控制器将这一位移信号变换成控制信号,功率放大器使流过电磁绕组上的电流变大,因此,电磁铁的吸力也变大,从而驱动被悬浮物体返回到原来的平衡位置。
如果被悬浮物体受到一个向上的扰动并向上运动,此时控制器和功率放大器使流过电磁铁绕组上的电流变小,因此,电磁铁的吸力也变小,被悬浮物体也能返回到原来的平衡位置[2]。
控制器
悬浮系统的刚度、阻尼以及稳定性由控制规律决定。
刚度和阻尼可在物理极限范围内广泛地变动,亦可根据技术要求进行调节,甚至可以在运行过程中加以改变。
2.2电磁悬浮轴承的优点
电磁悬浮轴承拥有许多传统轴承所不具备的优点。
(1)可以达到较高的转速:
理论上讲,电磁悬浮轴承支承的转子最高转速只受到转子材料的限制。
通常,
在相同的轴颈直径下,电磁悬浮轴承所达到的转速比滚动轴承大约高5倍,比流体动压滑动轴承大约高2.5
倍。
⑵摩擦功耗较小:
曾对一台压缩机采用不同支承时的功耗做过比较,在10000r/min时,其功耗大约
只有流体动压滑动轴承的10%〜20%。
(3)寿命长、可靠性高:
由于电磁悬浮轴承依靠磁场力悬浮转子,因此在相对运动表面之间不接触,没
有磨损和接触疲劳所带来的寿命问题。
电子元器件的可靠性大大高于机械零部件,所以电磁悬浮轴承的寿命和可靠性均高于传统轴承。
(4)无需润滑:
电磁悬浮轴承不存在润滑剂对环境所造成的污染问题,省去了润滑油的存储、过滤、加温、冷却及循环等成套设备。
因此从整体上讲,电磁悬浮轴承在价格和空间上完全可以和常规轴承技术相竞争。
(5)适应性好:
对极端高温、极端低温运行环境都具有很好的适应性。
(6)可控性:
电磁悬浮轴承的静态及动态性能都是在线可控的。
(7)可测试、可诊断
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- 关 键 词:
- 磁悬浮 轴承