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主動磁軸承工作原理
磁軸承是一種新型高性能軸承，在磁懸浮領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的就是主動磁軸承。圖1表明了一個簡單磁軸承的組成部分及其功能。傳感器檢測出轉(zhuǎn)子偏離參考點的位移作為控制器的微處理器將檢測的位移變換成控制信號然后功率放大器將這一控制信號轉(zhuǎn)換成控制電流控制電流在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力從而使轉(zhuǎn)子維持其懸浮位置不變。懸浮系統(tǒng)的剛度阻尼以及穩(wěn)定性由控制規(guī)律決定。
圖1主動磁軸承的工作原理
剛度和阻尼可在物理極限范圍內(nèi)廣泛地變動亦可根據(jù)技術(shù)要求進行調(diào)節(jié)甚至可以在運行過程中加以改變。
一個實際的轉(zhuǎn)子需要多個磁鐵組成如圖2所示，這些磁鐵由一個多變量控制器相互聯(lián)接在一起相應(yīng)的硬件示于圖3中。轉(zhuǎn)子長約0. 8m質(zhì)量為12kg，用一個CCD傳感器測量位移并能為微機控制器直接生成數(shù)字信號。該示范轉(zhuǎn)子的氣隙相當(dāng)大為10mm。作為一種新穎的尚未普遍采用的機器部件，磁軸承屬于機械電子這一的產(chǎn)品。
圖2轉(zhuǎn)子在一個平面內(nèi)的支承截圖
圖3左、右磁軸承支承的轉(zhuǎn)子（中間驅(qū)動）
支承轉(zhuǎn)子的主動磁軸承特點
下面介紹的是支承轉(zhuǎn)子磁軸承的特殊性能，正是由于它具有這些特殊的性能，才使得磁軸承在應(yīng)用領(lǐng)域倍受青睞。
1、由于磁浮軸承具有無接觸、無潤滑以及無磨損等特點它可用于真空技術(shù)、凈室及無菌車間以及腐蝕性介質(zhì)或非常純凈介質(zhì)的傳輸。軸承氣隙一般只有幾十分之一毫米但在特殊情況下氣隙可達到20mm此時軸承的承載能力非常小。
2、允許轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)其轉(zhuǎn)速只受材料強度的限制。速度的不斷提高為設(shè)計具有全新結(jié)構(gòu)的大功率機器提供了可能性。實際上如果采用能承受高應(yīng)力并同時具有優(yōu)良的軟磁特性的非晶態(tài)金屬圓周速度大約可達350m/s。由于不需要潤滑與密封.而且軸頸直徑可以取得比較大給設(shè)計帶來了很多優(yōu)越性，如軸的剛性更大且對振動不敏感。
3、軸承的功耗低，僅是傳統(tǒng)軸承功耗的1/5-1/20，降低了運行費用。
4、由于沒有機械磨損不但維護費用低而且工作壽命長這也是目前在透平機械中不斷應(yīng)用磁軸承的主要原因。
5、磁軸承單位面積上的承載力(比載荷)取決于鐵磁材料和軸承磁鐵的設(shè)計大約為20N/cm2 也可達到40N/cm2。參考面積是軸承的橫截面積因而軸承的最大承載能力主要是軸承體積的函數(shù)。
6、磁懸浮的動態(tài)性能主要取決于所采用的控制規(guī)律這樣就有可能在物理極限內(nèi)使剛度和阻尼與軸承的工作環(huán)境甚至與運行狀態(tài)和轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。術(shù)語“剛度”和“阻尼”不僅包括傳統(tǒng)的靜態(tài)部分即彈簀和阻尼常數(shù)而且還包括與頻率有關(guān)的動剛度。這就使得人們有可能利用磁釉承進行隔振使轉(zhuǎn)子平穩(wěn)地通過臨界轉(zhuǎn)速甚至當(dāng)系統(tǒng)受到非守恒擾動時穩(wěn)定轉(zhuǎn)子。
7、轉(zhuǎn)子的控制精度例如轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)精度主要取決于控制環(huán)節(jié)中信號的測量精度。例如，普通的電感傳感器的分辨率大約在0.01-0.001mm之間。
8、為了對磁軸承實施控制，需要對轉(zhuǎn)子的全部或部分狀態(tài)變量進行測量。這些測量信號還可用于不平衡大小的評估和運行工況的在線監(jiān)測從而提高了系統(tǒng)的可靠性。
9、磁軸承不僅可以支承轉(zhuǎn)子.阻尼振動和穩(wěn)定轉(zhuǎn)子，而且還可作為激振器使用。對轉(zhuǎn)子施加激振利用激振信號和響應(yīng)信號可以識別一些尚屬未知的轉(zhuǎn)子特性。
當(dāng)然也必須對磁軸承的缺點有所提及現(xiàn)歸納如下:
1、由于磁軸承尚處于發(fā)展階段不能形成批量生產(chǎn)，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜從而導(dǎo)致磁軸承的價格極高。不過，已經(jīng)看到了大幅度降低成本的前景。
2、由于用戶尚不兒.設(shè)計磁軸承的基本知識因此這項新技術(shù)不大容易被接受。
3、由于磁軸承是一項處F迅速發(fā)展中的新技術(shù)，目前還很難對它今后的應(yīng)用作出明確的評估這種情況和計算機在應(yīng)用過程中所出現(xiàn)的局面頗有相似之處。
4、在一些特例中雖然在安全性、可靠性、能耗以及最優(yōu)設(shè)計等方面取得了令人滿意的結(jié)果但是我們尚需努力對通用的系統(tǒng)設(shè)計方法進行研究。
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