磁力轴承的发展及应用

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1、万方数据第21卷第4期济南大学学报(自然科学版)Vol：21No．41堡坚兰!!星!Q型墨型垒垦Q!型塑!∑垦墅!!羔Q￡墨墨垒型f塾i：垒兰竺塾：2竺!：!竖坚文章编号：1671—3559(2007)04—0325一cr7磁力轴承的发展及应用白城均，宋方臻，邵海燕(济南大学机械工程学院，山东济南250022)摘要：综述磁力轴承的基本原理、优越性、分类、发展历史以及国内外应用研究现状，特别是磁力轴承在转子振动主动控制中的应用一电磁动力吸振器；提出电磁动力吸振器固有频率控制的新方法一间隙控制法，即保持电磁铁线圈电流不变，只通过调整电磁动力吸振器与转子之

2、间的间隙来改变动力吸振器的固有频率；详细论述了采用问隙控制法的间隙控制型电磁动力吸振器的结构和原理。通过分析刚度计算公式，表明采用间隙控制法的电磁动力吸振器，固有频率调节范围宽，系统功耗小，响应速度快。关键词：磁力轴承；转子；电磁动力吸振器；振动控制；问隙控制中图分类号：THl33．3文献标识码：A磁力轴承是利用电磁力使转子稳定悬浮起来且轴心位置可以由控制系统控制的一种新型轴承，是集机械学、力学、控制工程、电磁学、电子学和计算机科学于一体的具有代表性的机电一体化产品。因为其无摩擦磨损、无需润滑、转速高、寿命长等优点和广阔的应用前景引起了国内外工程界和

3、学术界的广泛关注。振动控制是振动工程领域内的一个重要分支，可分为被动控制与主动控制两类。被动控制由于不需外界能源，装置结构简单，许多场合下减振效果与可靠性较好，已经获得广泛应用。但随着科学技术的发展，以及人们对振动环境、产品与结构振动特性越来越高的要求，被动控制已难以满足要求。振动主动控制是指在振动控制过程中，根据所检测到的振动信号，应用一定的控制策略，经过实时计算，通过控制器和执行机构对控制目标施加一定的影响，达到抑制或消除振动的目的。磁力轴承技术除了在转子支承方面的应用外，也广泛地应用于转子振动的主动控制，将锥形磁力轴承用于转子振动的主动控制，是

4、锥形磁力轴承的新应用，也是转子振动主动控制的一种新方法。1磁力轴承的结构及原理磁力轴承也称电磁轴承或磁悬浮轴承⋯，是利用磁力的作用使转轴悬浮在空间特定位置，实现传统轴承的作用，但它避免了转子与轴承的直接接触。图l为径向磁力轴承结构简图，图2为主动磁力轴承的工作原理示意图。磁力轴承系统由转子、传感器、控钥器和执行器四大部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。电磁铁绕组具有电流jlD，它对转子产生的吸力和转子的重力以及转子负载相平衡，转子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，转子受到一个向下的扰动，就会偏离其参考位置向下

5、运动，此时传感器检测出转子偏离其参考位置的位移。控制器将检测到的位移变换成控制信号，功率放大器再将这一控制信号转换成控制电流，相对于参考位置，此时的控制电流由厶增加到厶+i，因此电磁铁的磁力变大了，从而驱动转子返回到原来的平衡位置心。3k子盯-3L』收稿日期：2007—02—01基金项目：山东省自签型兰量龛j三罂嗖冤)；璺东省教育厅资助圈l径向磁力轴承结构简圈(03a04)；济南大学科研基金(Y0207)⋯一⋯⋯⋯⋯—‘作者简介：白城均(1982一)，男，四川I巴中人，硕士生；宋方臻’(1961一)，男，黑龙江方正人，教授，博士，硕士生导师。万方数据

6、济南大学学报(自然科学版)第2l卷图2主动磁力轴承工作原理示意图2磁力轴承的特点与分类器磁力轴承具有普通轴承无法比拟的优点：由于其无机械接触，因而无磨损，其寿命实际上是控制电路元器件的寿命，比接触式轴承寿命长得多。无须润滑，可省去泵、管道、过滤器、密封元件和相关仪表，减少了物耗和维护费用，也不会因使用润滑剂而污染环境，因此特别适合于真空技术、无菌车间等超净环境HJ。也可以用于由于环境恶劣(温度，粉尘，辐射)而引起的润滑不良的场合，可在真空、空气、氦、碳氢化合物、蒸汽、铀、海水、液态氧和液态氢中工作。可以减少由于摩擦升温带来的能量损耗，其能耗是传统机械

7、轴承能耗的5％一20％，是空气静压轴的10％～20％。允许转子高速旋转，其转速只受转子材料能承受离心力强度限制，转速范围从0～8×105r·min～，转子表面线速度可达200m·s～，采用具有很高的饱和磁密度和机械强度的新型材料后，线速度可以达到300m·s～，今年已有技术使转子表面限速达到了l000m·s～，当用于超高速加工时，单位时间内材料的切除量可增加3—6倍，进给速度可提高5一10倍，切削力可减小30％，特别是径向切削力得到大幅度减小，从而有利于提高薄壁工件和细长杆件等刚性差的工件的加工精度。另外，95％以上的切削热被切屑迅速带走，工件上基本

8、保持冷态，因而特别适合于加工易产生热变形的零件。超高速加工的激振频率特别高，远离工业系统的固有频率范围，工作