从本质上说,任何一个磁悬浮问题,归纳起来就是一个磁浮轴承问题,其机理基本一致,研究方法也类似。磁浮轴承是利用磁场力将转子无接触地悬浮在空间的新型机电一体化轴承,它综合运用了机械学、转子动力学、电磁学、电子学、控制理论和计算机科学等多学科的知识,是一项高科技前沿技术。
按磁浮轴承的工作原理,可将其分为如下几类:
1、部分接触式:部分接触式磁浮轴承是利用磁浮轴承卸载或隔振,主要用于火箭发动机和离心分离机上。
2、完全无接触式:这一类又可细分为无控制型、交流控制型和直流控制型。
⑴利用抗磁体和超导体有可能实现完全无控制式悬浮,但前者的悬浮重量太轻,难以实际应用,后者设备昂贵,应用场合受到限制。
⑵交流控制式是采用LC共振电路,利用转子位移产生的阻抗变化,使电磁铁上线圈电流发生变化,从而保持平衡的一种方式。
⑶直流控制式可分为轴向主动控制式(单轴主动控制)、径向主动控制式(两轴或四轴主动控制)和全方向主动控制式(五轴主动控制)。
此外,磁浮轴承还有许多分类方法,如按悬浮方式分为主动式和被动式,工业上主要应用主动式磁浮轴承(Active Magnetic Bearing,缩写为AMB),有时简称磁轴承;按结构分有立式和卧式,内转子型或外转子型;按作用力分有吸引式和排斥式等。
磁浮轴承的优点
与其它轴承相比,其优点主要表现在无机械接触和特性可控制两个方面。
1、无机械接触方面的优点
⑴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;
⑵无须润滑,可省去泵、管道、过滤器、密封元件,也不会因润滑剂而污染环境,因此特别适合于真空技术和无菌车间等超净环境使用;
⑶轴承功耗低,仅是传统轴承的1/5~1/20;
⑷允许转子高速旋转,其转速只受转子材料承受离心力的强度限制,这为设计具有全新结构的大功率机器提供了可能。
2、特性可控制带来的优点
⑴磁浮轴承的动态特性可控制、优化,其动态性能主要取决于所用控制规律,这样可使刚度、阻尼等与轴承的工作环境甚至运行状态和转速相适应,可使转子平稳运转;
⑵转子的控制精度,如转子的回转精度,主要取决于控制环节中信号的测量精度,不受其它因素影响;
⑶便于对机器的运行状态进行在线诊断和监控,提高系统的稳定性;
⑷它不仅可支承转子、阻尼振动和稳定转子,而且还可作为激振器使用,利用激振信号和响应信号可以识别一些尚属未知的转子特性。
当然,磁浮轴承也有不足之处,主要是必须外加控制装置,结构复杂,成本高(不过我们已看到了大幅降低成本的前景)。