磁力轴承的应用

时间：2010-12-20

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
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。

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、几种典型的磁力 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。
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
(1)推力 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。

三、磁力 轴承 的应用实例
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。
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。