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工业应用型永磁悬浮轴承关键技术

张钢，刘汝卫，殷庆振，阮娟，刘莹（上海大学机电工程与自动化学院，上海200072）

摘提出了一种新的工业应用型永磁悬浮轴承，对其工作机理进行了详细的分析，并论述了要解决永磁悬浮轴承工要：

业应用的几个关键设计技术问题，即永磁悬浮轴承承载能力、刚度和安装维护等达到工业应用要求的设计技术问题、永磁悬浮轴承-转子系统动力学特性达到工业应用要求的设计技术问题，以及永磁悬浮轴承的标准化、系列化达到工业应为永磁悬浮轴承像滚动轴承一样在工业上得到普用要求的设计技术问题。拟定了设计方案并对其进行了可行性分析，遍应用奠定了理论基础。

工业应用型；永磁悬浮轴承；关键技术关键词：

中图分类号：TH133.3文献标识码：A文章编号：1002－2333（2009）12－0021－04

YINQing-zhen,

RUANJuan,

LIUYin

TheKeyTechnologyforIndustrialApplicationofPermanentMagneticBearings

ZHANGGang,LIURu-wei,

（SchoolofMechanical&ElectronicEngineeringandAutomation,ShanghaiUniversity,Shanghai200072,China）

Abstract：Thispaperputsforwardanewtypeofpermanentmagneticbearingsappliedtoindustry,andcarriesoutadetailedanalysisaboutitsworkingmechanism,andadditionally,severalkeytechnicalissuesonindustrialapplicationsofmagneticbearingarealsodesigned,suchasthetechnicalproblemsaboutthepermanentmagneticbearing'scarryingcapacity,stiffness,installationandmaintenancetomeetthedesignrequirementsofindustrialapplications,andthetechnicalissuesondynamiccharacteristicsofPMB-Rotorsystemtomeettherequirementsofindustrialapplications,thedesigntechnicalproblemsaboutthePMB'sstandardizationandserializationtoachievethedesignrequirementsofindustrialapplications.Basedontheabovedesignproblem,thepaperdevelopsandcarriesoutafeasibilityanalysisforthePMB.ItprovidesagoodbaseforthePMBbeusedinindustryasrollerbearings.

Keywords：industrialapplications;permanentmagneticbearings;keytechnology

磁悬浮轴承是利用磁场力将转轴悬浮起来的一种新型轴承，分为主动磁悬浮轴承AMB（如电磁悬浮）、被动（如永磁悬浮、超导悬浮）和主被动混合磁悬浮轴承PMB磁悬浮轴承HMB。

主动磁悬浮轴承是利用可控磁场力提供无接触支承、使转子稳定悬浮于空间且其动力学性能可由控制系统调节的一种新型高性能轴承，它是一种典型的机电一体化产品。它的研究涉及到机械学、电磁学、电子学、转子动力学、控制理论和计算机科学，它作为滚动轴承、滑动轴承和空气轴承等传统机械轴承的更新换代产品，成为本世纪最有发展前途的主导轴承之一［1］。但它需要一套复杂昂贵的主动电子控制系统才能工作，成本比滚动轴承高100倍，一般工业场合难以接受，只能在航空航天等高技术领域应用，且需要专业技术水平很高的研究人员设计、维护，在一般的工业应用领域应用较难。

被动磁悬浮轴承是利用永磁体产生的磁场力将转子悬浮起来，不需主动电子控制系统，不仅节省了电力消耗，更重要是减少了可能失效的复杂的控制系统部件，使系统更加可靠，使用寿命更长。被动磁悬浮轴承可分为：永磁悬浮轴承、超导磁悬浮轴承、抗磁体磁悬浮轴承、电

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的永磁环构成，利用永磁体之间的作用力来实现悬浮物体在部分自由度上的稳定悬浮，它不需控制系统，悬浮功与主动磁悬浮轴承相比，永磁悬浮轴承存在控制精耗小。

度低、刚度和阻尼小、装配困难等缺点，为了克服这些缺点，永磁悬浮轴承可以通过堆叠以及恰当的结构设计实高刚度来满足要求［2］。阻尼可以通过引入机现高承载力、

械阻尼器、电磁阻尼器来实现转子系统的动力稳定［3］。随着科学技术的发展，机械制造业得到了迅速的发展，同时也对机械设备及节能减耗提出了更高的要求。1

永磁悬浮轴承的研究和应用现状

在国外，Yonnet最早在他的文献［4］中提出永磁体磁轴承。在永磁体磁场数值计算方面，Yonnet［5］在一定假设基础上建立了适用于轴向磁化和径向磁化磁轴承的通用模型。而后Dellinger［6］在Yonne文献［5］假设基础上，结合等效磁荷法，将环形磁体假设成两个圆柱形，建立了轴向磁化径向磁轴承的数学模型。文献［7］介绍了永磁环作为弹簧和轴承的应用，分析得出永磁体可以产生自身重量100倍大小的力。文献［8］介绍了通过堆叠形式增加永磁轴承刚度的形式。文献［9］介绍了实现高刚度永磁轴承的设计方法，与传统的Yonnet堆叠形式［8］进行了计算对比。在以国内，谭清昌等［10］则根据两个点电荷之间作用力关系，径向磁化径向磁轴承为例，建立了径向磁轴承的数值积

动力磁悬浮轴承。其中的永磁悬浮轴承由轴向并行放置

基金项目：上海大学研究生创新基金资助项目（SHUCX092186）

机械工程师2009年第12期

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