磁力轴承

1.永磁型磁力轴承

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。

2.被动式交流激励型磁力轴承

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。

一、特点与分类

1.特点

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。

3.可在高温、深冷及真空环境下运转。

4.结构复杂，要求条件苛刻，对环境有磁干扰，但无其他污染。

5.完全消除磨损，理论寿命是无限的

6.转速只受轴承材料限制

7.精度高可达微米级

8.功耗为普通轴承的10%

9.阻尼、刚度可控，便于智能控制

10.转子的运转特性可以监控和控制

11.无润滑、密封装置，没有环境污染

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。

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。

②直流激励型轴承只能是有源型(主动型)。

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。

二、磁力轴承的应用实例

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

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

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

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

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。

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

用电场力悬浮的为静电轴承，用磁场力悬浮的为磁力轴承,用电场力和磁场力共同悬浮的为组合式轴承。后一种轴承既有电极又有磁极，在电路连接上使电容和电感相互对应调谐，其刚度比前两者要高得多，而最大力所对应的位移却很小。