未來(lái)黑科技，磁懸浮軸承你知道多少？

       磁懸浮軸承是靠磁場(chǎng)力支承載荷或懸浮轉子的一種支承形式。近年來(lái)，這種軸承發(fā)展很快，特別在高速、低摩阻、高（低）溫及真空環(huán)境下的應用。磁懸浮軸承與其他支承形式相比有其獨特的優(yōu)越性，非常有發(fā)展前景。

磁懸浮軸承如何工作？

     電磁鐵布置成徑向軸承和軸向軸承的形式，并提供磁拉力以抬起旋轉機器的轉軸。電磁鐵中的電流由一個(gè)精確的數字式控制柜調節，提供磁力隨時(shí)應對外部負載的變化以保持轉軸良好居中。這樣，轉軸被無(wú)接觸抬起，而且軸承的剛度和阻尼均可由一個(gè)數字式控制柜來(lái)調節。這些特點(diǎn)增強了高速旋轉機器的性能，使設備具有高可靠性、低能耗的顯著(zhù)特點(diǎn)。

磁懸浮軸承的類(lèi)型

     磁懸浮軸承根據其控制方式、磁能來(lái)源、結構形式等分類(lèi)。此外，還可以按磁場(chǎng)類(lèi)型劃分為永久磁鐵型、電磁鐵型和永久磁鐵—電磁鐵混合型。也可按軸承懸浮力類(lèi)型劃分為吸力型和斥力型。超導磁力軸承還分為低溫超導和高溫超導兩種。

以上各種分類(lèi)中不同類(lèi)型之間還存在一些特殊限制，應特別注意：

①永磁型軸承只能是無(wú)源型(被動(dòng)型)，而無(wú)源型軸承不可能在3個(gè)方向上都穩定，至少有1個(gè)方向應采用有源型。

②直流激勵型軸承只能是有源型(主動(dòng)型)。

③純電磁鐵型軸承只能是5自由度控制型軸承，其體積、質(zhì)量和功耗都比較大。

④斥力型磁力軸承，由于磁力利用率低，結構較吸力型復雜，一般很少采用。

磁懸浮軸承的特點(diǎn)

(1)無(wú)接觸、無(wú)磨損、無(wú)潤滑:磁懸浮軸承工作時(shí)，處于懸浮狀態(tài)，相對運動(dòng)表面之間無(wú)接觸，不產(chǎn)生機械摩擦和接觸疲勞，解決了機組部件損耗和更換問(wèn)題。同時(shí)省掉了潤滑系統等一系列裝置，即節省了空間又不存在前述裝置對環(huán)境的污染問(wèn)題。

(2)低振動(dòng)、低噪聲、低功耗:磁懸浮軸承轉子避免了傳統軸承在運行時(shí)的接觸碰撞引起的大幅振動(dòng)以及高分貝噪聲，提高了穩定性，降低了維護費用，延長(cháng)了其使用壽命，同時(shí)懸浮磁懸浮軸承的低功耗，僅是傳統機械軸承功耗的6%~25%。在轉速為10000r/min時(shí)，其功耗只有機械軸承的15%左右。

(3)高轉速、高精度、高可靠性:允許轉子高速旋轉，其轉速主要受材料強度的限制，可以在超臨界，每分鐘數十萬(wàn)轉的工況下工作，而且轉子的回轉精度已經(jīng)達到微米級甚至更高，這是普通機械軸承遠遠達不到的轉速和精度，而且電子元器件的可靠性在很大程度上高于傳統的機械零部件。

(4)可控性、可在線(xiàn)工況監測、可測試診斷:我們可以對磁懸浮軸承的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行在線(xiàn)控制。事實(shí)上，其本身系統就實(shí)現了集工況監測、故障診斷和在線(xiàn)調節的一體化。

磁懸浮軸承在經(jīng)濟性分析

技術(shù)性分析

     隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，磁懸浮軸承性能在不斷地提升，同時(shí)受電子元件的集成化也促使其成本逐年降低。雖然國內外經(jīng)過(guò)多年的探索，磁懸浮產(chǎn)品在不少領(lǐng)域成功地應用，但是該項技術(shù)領(lǐng)域仍然存在很多難題，如控制系統的優(yōu)化設計以及材料轉子軸系動(dòng)力特性問(wèn)題等。為了更有效地改進(jìn)控制方法和策略，需要在深人研究控制系統的同時(shí)，著(zhù)重研究轉子系統的動(dòng)力學(xué)特性，從而達到對復雜轉子的理想控制。

     目前空調風(fēng)機多采用機械軸承，風(fēng)機主軸與軸承之間會(huì )產(chǎn)生機械摩擦，而電機必需克服這部分摩擦才能驅動(dòng)風(fēng)葉旋轉，同時(shí)造成電機發(fā)熱，產(chǎn)生較大幅度的振動(dòng)，使得風(fēng)機壽命降低。要想實(shí)現風(fēng)機長(cháng)時(shí)間的運行，還需軸承潤滑系統和冷卻系統的改進(jìn)。如果采用磁懸浮軸承，定、轉子之間沒(méi)有機械摩擦，磁懸浮軸承運轉阻力為零，不會(huì )發(fā)熱，從而省去了冷卻系統和潤滑系統，減少了體積重量，提高了可靠性和壽命，懸浮運轉大大減少了機械噪聲同時(shí)也大大減少了機械振動(dòng)，振動(dòng)幅度遠遠小于普通風(fēng)機，提高了整個(gè)空調的穩定性。

     從目前國內的磁懸浮軸承技術(shù)水平來(lái)看，雖然已經(jīng)具備了應用在常溫設備上的條件，但是仍然存在兩方面的間題:一方面由于較難實(shí)現磁懸浮軸承轉子的高精度控制，因而造成系統可靠性差以及故障率高;另一方面，欠缺標準化的產(chǎn)品工藝。

經(jīng)濟性分析

     上述磁懸浮軸承的各種優(yōu)點(diǎn)的實(shí)現是建立在一套復雜的電子控制系統上。因為構成系統重要組成部分的傳感器費用比較高，再加上控制系統的設計費用，整體成本是普通機械軸承的數十倍以上，所以這在很大程度上限制了它在工業(yè)上的應用和推廣。  

     從長(cháng)遠看，傳統風(fēng)機和泵類(lèi)設備能耗高，其在整個(gè)能耗中占很大比重，長(cháng)時(shí)間的工作運行，電力成本昂貴，尤其是中后期的維護和損耗特別明顯，導致整個(gè)系統的能耗以及開(kāi)支增加。采用磁懸浮軸承還可以節省一些裝置的配置費用，如:潤滑系統、齒輪傳動(dòng)裝置、冷卻系統等。如果折算成磁懸浮軸承的費用，數目相當可觀(guān)。

     近年來(lái)，綠色節能是低碳經(jīng)濟發(fā)展的主旋律，也是全球機電行業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向。中國政府確定了建設資源節約型、環(huán)境友好型社會(huì )的奮斗目標，全面推進(jìn)綠色低碳經(jīng)濟的發(fā)展。從2012年起，財政部、發(fā)改委、工信部決定將消費品領(lǐng)域的高效節能臺式計算機和高效節能單元式空調以及工業(yè)品領(lǐng)域的風(fēng)機、水泵、壓縮機、變壓器燈6大類(lèi)產(chǎn)品列人新一輪節能補貼覆蓋范圍內，納人國家財政補貼范圍。這將會(huì )率先拉開(kāi)對節能空調的推廣普及的大幕。

     國外已經(jīng)開(kāi)始將磁懸浮軸承技術(shù)應用于空調，如在美國磁懸浮中央空調的市場(chǎng)份額已經(jīng)達到10%，然而在中國，同類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)份額卻尚不足1%，因此具有很大的利潤空間。如前所述，雖然磁懸浮軸承的經(jīng)濟效益和前景很好，但是由于其控制系統的價(jià)格偏高，因此如何降低其成本就成為了當前技術(shù)領(lǐng)域所研究的熱點(diǎn)之一。