磁轴承

      我国对磁轴承的研究始于50年代末，后因各种原因进展不快，近十年才引起科研单位的足够重视。清华大学工程物理系的赵鸿宾教授从1988年致力于此项研究，赵教授介绍说，磁轴承属机电一体化产品，是控制理论、电子电力、电磁学、转子动力学及计算机科学等学科交叉的结晶，进行这项研究，有很强的学科意义。同时，磁轴承具有的高速、高精度、长寿命等突出优点，将逐渐带领机电行业走向一个没有摩擦、没有损耗、没有限速的崭新境界。
      衡量磁轴承质量的关键是看它的转速、回旋精度和支承刚度。赵鸿宾教授所在机电与控制实验室1994年研制的卧式五自由度磁轴承系统，转速高达每分钟53200转；1997年成功进行了内圆磨削实验；今年实现了数控高速磁转速每分钟近5万转轴承，回转精度1μm，这些成绩均属国内首创。
      与国外磁轴承相比，我们在水平上还存在着一定差距，但国外磁轴承的价格十分昂贵，而且出于技术上保密的原因，国外磁轴承公司不对中国进行小批量磁轴承的出售。磁轴承能否产业化，其发展速度和水平关系着民族工业的前途，其市场潜力也是非常巨大的。

      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。