磁力轴承的应用

刘绍华666

　　磁力轴承是靠磁场力支承载荷或悬浮转子的一种支承形式。这种轴承近年来发展很快，特别在高速、低摩阻、高(低)温及真空环境下的应用。磁力轴承与其他支承形式相比有其独特的优越性，很有发展前景。
　　一、特点与分类
; E3 G+ D! g) [* h3 J4 I6 W( u　　1.特点
- a! Q8 z% K& {0 l- }) r+ \　　①摩擦小，功耗低，可实现超高速运转。
　　②支承精度高，工作稳定，可靠。
( Y1 ]# \5 {' H3 M/ q: M2 r! d4 Y　　③可在高温、深冷及真空环境下运转。
9 J; D7 n  i) t% e　　④结构复杂，要求条件苛刻，对环境有磁干扰，但无其他污染。
　　2.分类
　　磁力轴承根据其控制方式、磁能来源、结构形式等分类。此外，还可以按磁场类型划分为永久磁铁型、电磁铁型和永久磁铁—电磁铁混合型。也可按轴承悬浮力类型划分为吸力型和斥力型。超导磁力轴承还分为低温超导和高温超导两种。
7 v, T6 c3 B# ?, j3 I% z& @. f' V# M- ~& K　　以上各种分类中不同类型之间还存在一些特殊限制，应特别注意。　　
1 P3 u/ k1 f7 T- Z0 ^　　①永磁型轴承只能是无源型(被动型)，而无源型轴承不可能在3个方向上都稳定，至少有1个方向应采用有源型。
" B2 {' s# g: t% _1 U8 x　　②直流激励型轴承只能是有源型(主动型)。
" G4 n3 ^+ ?8 I3 q9 e　　③纯电磁铁型轴承只能是5自由度控制型轴承，其体积、质量和功耗都比较大。
　　④斥力型磁力轴承，由于磁力利用率低，结构较吸力型复杂，一般很少采用。
" F, }( o  d2 F# ~, W* |( D9 X　　二、几种典型的磁力轴承
　　1.永磁型磁力轴承
, B; Z- d) \8 b& B7 X' O/ P  w　　永磁型磁力轴承是由永久磁铁制成的，可做成各种形状。轴承的承载能力和刚度决定于永磁材料的种类，磁极的形状、面积、厚度和配置方式，轴承间隙，以及软磁钢部分的尺寸。这种轴承的理论计算十分困难，常采用“实验相似法”进行结构设计。即用实验方法确定几种典型轴承结构，测出其承载能力、刚度值。新设计轴承只要取相同的材料，结构形式与尺寸按比例确定，其性能即可按比例求出，如承载能力与轴承特征尺寸的平方成比例等。
; ]1 g' z% r/ v" p' Q$ H( k　　经验证明，增加磁铁厚度和采用软磁钢极靴结构，对提高轴承的承载能力是有效的。值得特别注意的是，永磁轴承无论取哪种永磁材料和任何结构形式，都有一最大尺寸限制，一旦超过该尺寸，轴承就不能支承其自身的重量。所以，永磁轴承不能设计得过大。
　　2.被动式交流激励型磁力轴承
, V& @4 ]1 {2 \$ y' }8 y, {. P$ U　　 (1)推力轴承
; r. ^  ?2 w; G) P+ z　　推力轴承通常都是成对组合式，每个轴承就是一个电磁铁。铁心几何形状一般为E形、U形或圆环形。调谐方式分串联和并联两种。
1 t: }. ^6 Y4 c* U　　三、磁力轴承的应用实例
2 b7 y! v" y0 k7 D　　磁力轴承目前还处于研究开发阶段，其应用多半是实验性的，未形成批量生产，也未商品化。
3 ]; O! I" R$ |/ p2 |7 D' W) |　　1.机床中的应用 在机床主轴中的应用有限，属试用性质。
　　(1)精密机床主轴
2 Y) Y  G7 `2 u% C- i　　法国S2M公司制造了采用5自由度控制磁力轴承支承的精密主轴，其径向轴承的dn值为4X106mm·r／min，轴颈线速度为200m／s，推力轴承的dn值为8X106mm·r／min，止推轴颈线速度为400m／s。
　　(2)超精透镜车床
+ A, @5 v( p; ?; ^% Z* l　　法国S2M公司由主动磁力轴承支承的超精透镜车床主轴，转速2000r／min，功率lkW，加工精度0.05ttm。
　　2.精密仪器中的应用
　　英国国家物理实验室研制了采用磁浮导轨的自动分辨测量仪，在lkHz的频带内，支承刚度为175N／gm，分辨率达0.1nm。
　　3.泵类中的应用
　　(1)血液泵
7 w! k: F0 r, T　　日本东京大学与NTN公司合作研制的磁力轴承血液泵。主轴由5自由度主动控制型磁力轴承支承，进口径向轴承的承载能力为18N，出口轴承径向承载能力为22N，推力轴承的承载能力为9.2N。
　　(2)循环泵 法国SEP公司采用S2M公司的主动型磁力轴承研制开发出火箭发动机用液氧、液氢循环泵。
　　4.空间技术中的应用
& B0 I! S) b( }" i2 q　　日本NAL＆MELCO和NAL＆TOSIBA公司用主动型磁力轴承支承空间姿态控制惯量轮。
1 I: ^  S9 q2 z4 Q- A, s  e. t- B　　5.物理实验中的应用
　　 (1)高精密粒子束变换器 德国Uranit公司推出了三种用磁力轴承支承转子的粒子束变换器。
　　(2)中子选择器
　　德国KFA公司制造的中子选择器，采用单自由度被动型磁力轴承支承转子，转速为36000r／min。
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