磁力轴承是什么？有什么特点，可以用在哪些领域呢？

Sulli小苏：今天详细介绍下磁力轴承。磁轴承具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染的特点，特别适用高速、真空、超净等特殊环境。

磁轴承是一种应用转子动力学、机械学、电工电子学、控制工程、磁性材料、测试技术、数字信号处理等综合技术,通过受控磁场力将转子和轴承分开,实现无机械接触的新型高性能轴承。可广泛用于机械加工、涡轮机械、航空航天、真空技术、转子动力学特性辨识与测试等领域，被公认为极有前途的新型轴承。

与传统滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，由于不存在机械接触，磁轴承具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染的特点，特别适用高速、真空、超净等特殊环境。转子可以达到很高的运转速度，其转速只受转子材料强度的限制，功耗和噪声极低，能适用于多种复杂的应用环境。磁轴承的另一个突出优点是转子运行状态可以由控制系统实时检测，可以在线评估不平衡大小并能对不平衡进行主动控制，从而使转子系统的控制达到很高的精度。磁轴承具有的这些特点，使它在很多应用领域内与传统滚动轴承、油膜轴承以及气体轴承相比具有明显的优越性。

磁力轴承的分类方法颇多，按结构可分为轴向型、径向型和径向止推型；按作用力可分为吸引式和排斥式；按接触方式可分为完全非接触型和部分接触型；按电磁铁类型可分为超导式、交流控制式和直流控制式；

按照磁力的提供方式可分为如下三大类：

（1）有源磁轴承也称为主动磁轴承，磁场是可控的，通过检测被悬浮转子的位置，由控制系统进行主动控制实现转子悬浮；

（2）无源磁轴承也称为被动磁轴承，以永磁体或超导体实现对转子部分自由度的支承；

（3）混合磁轴承(永磁偏置)，其机械结构中包含了电磁铁和永磁体或超导体。

无源磁力轴承由永久磁铁提供磁力，也称被动磁力轴承，当永久磁铁和电磁铁共同提供磁力时得到的轴承称混合磁力轴承；当磁力轴承用作动力吸振器时，称之为电磁动力吸振器。

磁轴承利用电磁铁和铁磁材料之间的吸力实现转子的无接触悬浮，如果电磁铁中通过的是恒定励磁电流，则转子属于不稳定系统，微小的扰动就能使转子偏离平衡位置而无法复原，因此，必须对磁轴承施加主动控制才能使转子稳定工作。

两种典型的磁性轴承

永磁型磁性轴承是由永久磁铁制成的，可做成各种形状。轴承的承载能力和刚度决定于永磁材料的种类，磁极的形状、面积、厚度和配置方式，轴承间隙，以及软磁钢部分的尺寸。这种轴承的理论计算十分困难，常采用“实验相似法”进行结构设计。即用实验方法确定几种典型轴承结构，测出其承载能力、刚度值。新设计轴承只要取相同的材料，结构形式与尺寸按比例确定，其性能即可按比例求出，如承载能力与轴承特征尺寸的平方成比例等。

推力轴承通常都是成对组合式，每个轴承就是一个电磁铁。铁心几何形状一般为E形、U形或圆环形。调谐方式分串联和并联两种。

磁轴承系统组成

磁轴承系统是由以下五部分组成：控制器、转子、电磁铁、传感器和功率放大器。其中最为关键的部件就是控制器。控制器的性能基本上决定了整个磁悬浮轴承系统的性能。控制器的控制规律决定了磁轴承系统的动态性能以及刚度、阻尼和稳定性。

控制器又分为两种：模拟控制器和数字控制器。虽然国内目前广泛采用的模拟控制器虽然在一定程度上满足了系统的稳定性，但模拟控制器与数字控制器相比有以下不足：

1、调节不方便；

2、难以实现复杂的控制；

3、不能同时实现两个及两个以上自由度的控制；

4、互换性差，即不同的磁悬浮轴承必须有相对应的控制器；

5、功耗大、体积大等。

磁轴承要得到广泛的应用，模拟控制器的在线调节性能差不能不说是其原因之一，因此，数字化方向是磁轴承的发展趋势。同时，要实现磁轴承系统的智能化，显然模拟控制器是难以满足这方面的要求。因此从提高磁轴承性能、可靠性、增强控制器的柔性和减小体积、功耗和今后往网络化、智能化方向发展等角度，必须实现控制器数字化。近三十年来控制理论得到飞速发展并取得了广泛应用。

磁轴承的工作原理

利用电场力、磁场力使轴悬浮的滑动轴承。用电场力悬浮的为静电轴承，用磁场力悬浮的为磁力轴承（见图），用电场力和磁场力共同悬浮的为组合式轴承。后一种轴承既有电极又有磁极，在电路连接上使电容和电感相互对应调谐，其刚度比前两者要高得多，而最大力所对应的位移却很小。电磁轴承因轴与轴承无直接接触，不需润滑，能在真空中和很宽的温度范围内工作，摩擦阻力小，不受速度限制（有的转速高达2300万转/分,线速度高达3倍音速）,使用寿命长,结构可多样化。静电轴承需要很大的电场强度,应用受到限制，只能在少数仪表中使用。磁力轴承具有较大的承载能力和刚度，已用于超高速列车、超高速离心机、水轮发电机、空间飞行器的角动量飞轮、流量计、密度计、功率表、真空泵、精密稳流器和陀螺仪等。随着磁性材料和电子技术的发展，电磁轴承的应用正日益扩大。

电场力与电场强度、电位移和电极面积成正比，磁场力与磁场强度、磁感应强度和磁极面积成正比。适当选择电场或磁场参数和几何尺寸，可得到一定的轴承承载能力和刚度。静电吸力或磁引力与物体间距离的平方成反比，根据安尔休定理，这种静力学系统是静不定的，所以除采用抗磁体或超导体的轴承外，在静电场或静磁场下工作的轴承是不稳定的。为使电磁轴承能稳定工作，必须采用伺服装置或调整电路参数等方法进行控制。实际使用的电磁轴承一般由径向轴承、推力轴承、伺服控制回路、阻尼器、速度传感器或位置传感器等组成。

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磁力轴承在磁力泵中的应用与优势

一、磁力轴承的定义

磁力轴承，顾名思义，是靠磁场力支承载荷或悬浮转子的一种支承形式。在磁场的作用下，轴承的转子和定子之间没有直接的机械接触，从而实现了无摩擦和低功耗的运转。

二、磁力轴承的特点

摩擦小，功耗低：磁力轴承利用磁场力来支撑载荷或悬浮转子，无需直接接触，因此摩擦小，功耗低。

支承精度高：由于磁力轴承无摩擦，其支承精度较高，对转子的定位和控制更为精准。

高温、深冷及真空环境下稳定运行：磁力轴承能够适应高温、深冷及真空环境下的运转，不会受到环境因素的影响。

结构复杂但设计简便：磁力轴承的结构复杂，但只要掌握磁场、材料等因素，设计起来相对简便。

无污染：由于磁力轴承运转无需润滑油，因此对环境无污染。

三、磁力轴承与磁力驱动泵的关系

磁力驱动泵的驱动部分就是磁力轴承。磁力泵之所以采用磁力轴承，是因为磁力轴承具有上述的优点，能够满足流体输送过程中对无污染、高精度、低功耗、适应各种环境因素的要求。

四、总结

相比传统的滚动轴承、滑动轴承和油膜轴承，磁力轴承具有更高的精度和更长的使用寿命，同时能够适应高温、深冷及真空环境下的运转。然而，磁力轴承的价格也较高，因此在一些常规应用中并未得到广泛应用。然而，随着科技的进步和应用要求的提高，磁力轴承的应用前景非常广阔。对于需要高精度、无污染、适应各种环境因素要求的泵类产品，磁力泵及其磁力轴承是一种理想的选择。

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