电磁轴承
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电磁轴承的原理与应用
很久以来，人类一直设想用磁力使物体处于无接触悬浮状态。
直到十九世纪中叶，人们才发现：为了使电磁铁实现稳定地磁悬浮，必须根据物体的悬浮状态不断地调节磁场力的大小，即采用可控电磁铁才能实现。
这是电磁轴承的基本原理。
电磁轴承是利用电磁力使轴承稳定悬浮起来且轴心位置可以由控制系统控制的一种新型轴承，是集机械，电子、计算机科学于一体的机电一体化的高新技术产品。
自从1983年瑞典S2M公司在第五届欧洲机床展览会上展示了电磁轴承电主轴部件以来，电磁轴承的开发和应用进入了一个新纪元。
一、电磁轴承的特点
1．可容许转子达到很高的转速。
由电磁轴承支承的转子可以在超临界、每分钟数十万转的工况下工作，其圆周速度只受转子材料强度的限制）。
通常在相同轴颈下，电磁轴承能达到的转速比滚动轴承大约高5倍，比滑动轴承大约高2．5倍。
2.轴承功耗小。
在转速为10000r／min时，电磁轴承大约只有流体动压滑动轴承的6%，只有滚动轴承的17%。
这对当今克服能源危机具有重要意义。
3.维护成本低，寿命长。
由于电磁轴承是靠磁场力来悬浮轴颈,相对运动表面之间没有接触，不存在摩擦、磨损和接触疲劳产生的寿命
问题，而电子元器件的可靠性在额定的工作条件下大大高于机械零部件，所以电磁轴承的寿命和可靠性均远高于传统类型轴承。
4．电磁轴承无需润滑。
因而不存在润滑剂对环境的污染，在真空、辐射和禁止润滑剂介质污染的应用场合，如真空技术、超净无菌室以及腐蚀性或非常纯净的介质等，电磁轴承具有无可比拟的优势。
在一般场合，由于省掉了润滑油的存储、过滤、冷却和循环等设施，在价格和占有空间的位置上，完全可以和滑动轴承相竞争。
5.电磁轴承的动力学参数（如刚度、阻尼等）可以通过调节控制器参数方便地进行调节，其回转精度可以达到微米级或更高。
刚度也可按实际要求来设计，也可达到很高的刚高。
6.电磁轴承可以自动输出支承载荷和轴颈位置的变化等信息，不需添加任何设备即可实现轴承转子系统的运行状态监测。
7.除产生悬浮转子的支承力外，电磁轴承还能作振动阻尼器和振动发生器。
二、电磁轴承的应用
美国在1983年11月搭载于航天飞机的欧洲空间实验室般里采用了电磁轴承真空泵。
在1984年，S2M公司与日本精工电子工业公司联合成立了日本电磁轴承公司，在日本生产、销售涡轮分子泵和机床电磁轴承主轴。
同年日本NTN东洋公司也推出了高速电磁轴承主轴。
同年日本电磁轴承应用广阔，在基础工业部门、核工业部门、军事工业部门都有广泛应用，如高速磨床、高速铣床、高速车床、高速电动机、离心机、透平压缩机和真空泵、斯特林制冷机、（红外夜视）、热汽机（潜艇）、斯特林热泵等。
所达到的技术指标范围为:
转速：0～8×105r／min
直径：14～600mm
单个轴承承载力：0.3～5×l04N
使用温度范围：-253一450℃
刚度：105～108N／m
必须指出,电磁轴承只有在工作转速为每分钟数万转至数十万转的高速场合,其独特的优越性才能充分地显示出来。
进入90年代,高速加工技术在国内外发展十分迅猛。
它大幅度节省切削工时并实现高效精密生产,是国际上公认的四大先进制造的技术之一。
高效加工中主轴采用电主轴形式,转速在10000r/min～100000r/min,目前电主轴支承虽采用陶瓷球轴承和液体动静压轴承较多,但是随着主轴转速的升高,采用电磁轴承将是唯一合理形式。
如德国：Ibag公司开发了一系列磁轴承主轴,最高速度为200000r/min。
承载力达300KN,轴向静刚度达2000N/um,动刚度达100N/um,可靠性超过4000h。
另外GMN,和日本的Seiko、Seiki两家公司也供应带电磁轴承的电主轴。
它们均采用S2M公司的设计和技术，目前Seiko、Seiki公司已市场供应了40000套电磁轴承。
目前在磨削领域里，高效深磨技术发展迅速。
法国的Societe de MccaniqueMaguetigue公司及日本Koyoseiko公司、欧洲的Kapp公司都成功地在其磨床上使用了电磁轴承实现了高效深磨加工。
可以预计，尽管电磁轴承较现有轴承昂贵，但随着机器向高速、精密方向发展，电磁轴承的应用将越来越广泛。
