磁力軸承

1． 永磁型磁力軸承

永磁型磁力軸承是由永久磁鐵製成的，可做成各種形狀。軸承的承載能力和剛度決定於永磁材料的種類，磁極的形狀、面積、厚度和配置方式，軸承間隙，以及軟磁鋼部分的尺寸。這種軸承的理論計算十分困難，常採用“實驗相似法”進行結構設計。即用實驗方法確定幾種典型軸承結構，測出其承載能力、剛度值。新設計軸承只要取相同的材料，結構形式與尺寸按比例確定，其性能即可按比例求出，如承載能力與軸承特徵尺寸的平方成比例等。

2． 被動式交流激勵型磁力軸承

推力軸承通常都是成對組合式，每個軸承就是一個電磁鐵。鐵心幾何形狀一般為E形、U形或圓環形。調諧方式分串聯和並聯兩種。

一、特點與分類

1．特點

1.摩擦小，功耗低，可實現超高速運轉。

2.支承精度高，工作穩定，可靠。

3.可在高溫、深冷及真空環境下運轉。

4.結構複雜，要求條件苛刻，對環境有磁干擾，但無其他污染。

5.完全消除磨損，理論壽命是無限的

6.轉速只受軸承材料限制

7.精度高可達微米級

8.功耗為普通軸承的10%

9.阻尼、剛度可控，便於智能控制

10.轉子的運轉特性可以監控和控制

11.無潤滑、密封裝置，沒有環境污染

2．分類

磁力軸承根據其控制方式、磁能來源、結構形式等分類。此外，還可以按磁場類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。

以上各種分類中不同類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源型(被動型)，而無源型軸承不可能在3個方向上都穩定，至少有1個方嚮應採用有源型。

②直流激勵型軸承只能是有源型(主動型)。

③純電磁鐵型軸承只能是5自由度控制型軸承，其體積、質量和功耗都比較大。

④斥力型磁力軸承，由於磁力利用率低，結構較吸力型複雜，一般很少採用。

二、磁力軸承的應用實例

1．機床中的應用 在機床主軸中的應用有限，屬試用性質。

(1)精密機床主軸

法國S2M公司製造了採用5自由度控制磁力軸承支承的精密主軸，其徑向軸承的dn值為4X106mm·r/min，軸頸線速度為200m/s，推力軸承的dn值為8X106mm·r/min，止推軸頸線速度為400m/s。

(2)超精透鏡車床

法國S2M公司由主動磁力軸承支承的超精透鏡車床主軸，轉速2000r/min，功率lkW，加工精度0．05ttm。

2．精密儀器中的應用

英國國家物理實驗室研製了採用磁浮導軌的自動分辨測量儀，在lkHz的頻帶內，支承剛度為175N/gm，解析度達0．1nm。

3．泵類中的應用

(1)血液泵

日本東京大學與NTN公司合作研製的磁力軸承血液泵。主軸由5自由度主動控制型磁力軸承支承，進口徑向軸承的承載能力為18N，出口軸承徑向承載能力為22N，推力軸承的承載能力為9．2N。

(2)循環泵 法國SEP公司採用S2M公司的主動型磁力軸承研製開發出火箭發動機用液氧、液氫循環泵。

4．空間技術中的應用

日本NAL&MELCO和NAL&TOSIBA公司用主動型磁力軸承支承空間姿態控制慣量輪。

5．物理實驗中的應用

(1)高精密粒子束變換器 德國Uranit公司推出了三種用磁力軸承支承轉子的粒子束變換器。

(2)中子選擇器

德國KFA公司製造的中子選擇器，採用單自由度被動型磁力軸承支承轉子，轉速為36000r/min