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一文看懂电磁轴承
2021-11-18 11:39:36 分类:轴承知识
摘要:电磁轴承作为新型无接触的支承形式,其无摩擦磨损,转速高,无需润滑,寿命长等优点引起了国内外工程界和学术界的广泛关注。

20世纪60年代中期,国际上开始研究电磁轴承技术,苏尔寿(Sulzer)在HST涡轮压缩机系列中使用磁性轴承已有25年了。第一台HST机器于1996年安装,目前仍在运行。这让人们对电磁轴承技术的应用充满信心。随着科技的不断进步,电磁轴承作为新型无接触的支承形式,其无摩擦磨损,转速高,无需润滑,寿命长等优点引起了国内外工程界和学术界的广泛关注。

工作原理:

电磁轴承的原理与磁悬浮列车类似。磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具,它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向,再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行,减少了摩擦力。

  电磁轴承通过位置传感器检测轴的位置偏差信号,将信号送到控制器,通过功率放大器来控制电磁铁的电流,从而产生电磁力的变化使主轴悬浮于规定的位置。



优点:

1)转速高:电磁轴承允许转子高速旋转,其转速主要受材料强度的限制,可以在超临界,每分钟数十万转的工况下工作,而且转子的回转精度已经达到微米级甚至更高,这是普通机械轴承远远达不到的转速和精度。

2)功耗低由于电磁轴承没有机械接触,几乎没有摩擦力,克服摩擦力的功耗很低。在转速为10000 r/min时,其功耗只有机械轴承的15%左右。

3)维护成本低、寿命长由于电磁轴承无接触、无磨损,对运动表面之间无接触,不产生机械摩擦和接触疲劳,解决了机械部件损耗和寿命问题,而且电子元器件的可靠性在很大程度上高于传统的机械零部件。

4)无需润滑电磁轴承不需要润滑,省掉了润滑系统等装置,即节省了空间又不存在润滑系统对环境的污染问题。

5)能在真空中和很宽的温度范围内工作,结构可多样化。




缺点和难点

1)静电轴承需要很大的电场强度,应用受到限制。

2)控制器是关键,如何设计一个结构简单、性能良好、调试方便的控制器是技术的难点。

3)如何评估加工制造误差对电磁控制的影响也是个难点。

4)如何控制转子的失稳,需要进一步的研究和应用中得到经验。

电磁轴承的应用

电磁轴承具有较大的承载能力和刚度,已用于超高速列车、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等。随着磁性材料和电子技术的发展,电磁轴承的应用正日益扩大。

电力公司通常在电能表中使用电磁轴承来测量家庭功耗。它们还用于能量存储或运输应用中,并在真空中支撑设备,例如在飞轮能量存储系统中。真空中的飞轮的风阻损失很小,但是常规轴承通常由于润滑不良而在真空中很快失效。磁性轴承还用于支撑磁悬浮列车,以通过消除物理接触表面来获得低噪音和平稳行驶。缺点包括成本高,重量重和尺寸较大。

电磁轴承还用于某些用于冷水机的离心压缩机中,其轴由磁性材料制成,位于磁性轴承之间。少量电流会向轴提供磁悬浮,使磁悬浮自由悬浮在空气中,从而确保轴承和轴之间的摩擦为零。

一些心室辅助设备使用电磁轴承,包括LifeFlow心脏泵、 DuraHeart左心室辅助系统、Levitronix CentriMagBerlin Heart。在这些装置中,单个运动部件通过流体动力和磁力的组合而悬挂。通过消除物理接触表面,磁性轴承可以更轻松地减少这些血泵中的高剪切应力(这会导致红血球受损)和血流停滞(这会导致血凝块)的面积。

Calnetix TechnologiesSynchrony电磁轴承(Johnson Controls International的子公司)、Waukesha电磁轴承和S2MSKF的子公司)是全球主要的磁性轴承开发商和制造商。

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