無(wú)軸承電機(jī)研究和應(yīng)用前景

freddymusic · 發(fā)表于 2005-12-23 15:45:10

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ffice:smarttags" /><st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="19" Month="3" Year="2008">03/19/c</st1:chsdate>ontent_223789.htm<o:p></o:p>
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class=MsoNormal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 130%; TEXT-ALIGN: left; mso-pagination: widow-orphan; mso-margin-top-alt: auto; mso-margin-bottom-alt: auto" align=left>　　無(wú)軸承電機(jī)起源及發(fā)展<o:p></o:p>
　　在費(fèi)拉里斯和特斯拉發(fā)明多相交流系統(tǒng)后,，19世紀(jì)80年代中期，多沃羅沃爾斯基發(fā)明了三相異步電機(jī),，異步電機(jī)無(wú)需電刷和換向器,，但長(zhǎng)期高速運(yùn)行，軸承維護(hù)保養(yǎng)仍是難題。 <o:p></o:p>
　　二次世界大戰(zhàn)后,，直流磁軸承技術(shù)的發(fā)展,，使得電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)無(wú)接觸運(yùn)行成為可能，但這種傳動(dòng)系統(tǒng)造價(jià)很高,，因?yàn)殍F磁性物體不可能在一個(gè)恒定磁場(chǎng)中穩(wěn)定懸浮,。主動(dòng)磁軸承的發(fā)明，解決了這個(gè)難題,，但用主動(dòng)磁軸承支承剛性轉(zhuǎn)子要在5個(gè)自由度上施加控制力,，磁軸承體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和造價(jià)高,。 <o:p></o:p>
　　20世紀(jì)后半期,，為了滿足核能開(kāi)發(fā)和利用，需要用超高速離心分離方法生產(chǎn)濃縮鈾,，磁軸承能滿足高速電機(jī)支撐要求,，于是在歐洲開(kāi)始了研究各種磁軸承計(jì)劃。1975年,，赫爾曼申請(qǐng)了無(wú)軸承電機(jī)專利,，專利中提出了電機(jī)繞組極對(duì)數(shù)和磁軸承繞組極對(duì)數(shù)的關(guān)系為±1。用赫爾曼提出的方案,，在那個(gè)年代是不可能制造出無(wú)軸承電機(jī)的,。 <o:p></o:p>
　　隨著磁性材料磁性能進(jìn)一步提高，為永磁同步電機(jī)奠定了有力競(jìng)爭(zhēng)地位,。同時(shí),，隨著雙極晶體管的應(yīng)用，以及和柏林格爾提出的無(wú)損開(kāi)關(guān)電路結(jié)合,，能夠制造出滿足無(wú)軸承電機(jī)要求的新一代高性能功率放大器,。大約在1985年，具有快速和負(fù)載能力的功率開(kāi)關(guān)器件和數(shù)字信號(hào)處理器的出現(xiàn),，使得已經(jīng)提出20多年的交流電機(jī)矢量控制技術(shù)才得以實(shí)際應(yīng)用,，這樣解決了無(wú)軸承電機(jī)數(shù)字控制的難題。瑞士蘇黎世聯(lián)邦工學(xué)院的比克爾在這些科技進(jìn)步的基礎(chǔ)上,，于20世紀(jì)80年代后期才首次制造出無(wú)軸承電機(jī),。 <o:p></o:p>
　　幾乎與比克爾同時(shí)，1990年日本A.Chiba首次實(shí)現(xiàn)磁阻電機(jī)的無(wú)軸承技術(shù),。 <o:p></o:p>
　　1993年,，蘇黎世聯(lián)邦工學(xué)院的R.Schoeb首次實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的無(wú)軸承技術(shù)。 <o:p></o:p>
　　無(wú)軸承電機(jī)取得實(shí)際應(yīng)用,，關(guān)鍵性突破是1998年蘇黎世聯(lián)邦工學(xué)院的巴萊塔研制出無(wú)軸承永磁同步薄片電機(jī),，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，大大降低了控制系統(tǒng)費(fèi)用，在很多領(lǐng)域具有很大應(yīng)用價(jià)值,。 <o:p></o:p>
　　2000年,，蘇黎世聯(lián)邦工學(xué)院的S.Sliber研制出無(wú)軸承單相電機(jī)，再一次在無(wú)軸承電機(jī)研究歷史上前進(jìn)了一步,，降低了控制系統(tǒng)的費(fèi)用,，使得無(wú)軸承電機(jī)實(shí)際應(yīng)用不僅僅是可想的，而且是經(jīng)濟(jì)的,。無(wú)軸承電機(jī)像機(jī)械軸承支承的電機(jī)一樣簡(jiǎn)單,，電氣控制系統(tǒng)并不復(fù)雜，在很多領(lǐng)域采用無(wú)軸承電機(jī)也很經(jīng)濟(jì),。我們認(rèn)為在不久的將來(lái),，這種技術(shù)在中國(guó)將取得廣泛的應(yīng)用。 <o:p></o:p>
　　無(wú)軸承電機(jī)特點(diǎn)及應(yīng)用 <o:p></o:p>
　　無(wú)軸承電機(jī)是根據(jù)磁軸承與電機(jī)產(chǎn)生電磁力原理的相似性,，把磁軸承中產(chǎn)生徑向力的繞組安裝在電機(jī)定子上,，通過(guò)解耦控制實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力的獨(dú)立控制。無(wú)軸承電機(jī)具有磁懸浮磁軸承所有優(yōu)點(diǎn),，需要免維修,、長(zhǎng)壽命運(yùn)行,，無(wú)菌,、無(wú)污染以及有毒有害液體或氣體的傳輸是無(wú)軸承電機(jī)典型應(yīng)用場(chǎng)合。目前得到了如下應(yīng)用,。 <o:p></o:p>
　　1.半導(dǎo)體工業(yè) <o:p></o:p>
　　在蝕刻,、制板、清洗或拋光等加工過(guò)程中需用腐蝕性化學(xué)液體,，產(chǎn)品質(zhì)量很大程度上取決于化學(xué)液體質(zhì)量,，液體輸送泵是關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。像酸液,、有機(jī)溶劑等腐蝕的化學(xué)液體,，泵必須無(wú)污染可靠傳輸，并且泵要具有抗腐蝕和耐一定溫度的要求,。傳統(tǒng)氣動(dòng)和薄片泵壽命短,，大多數(shù)耐溫最高只有<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="100" UnitName="℃">100℃</st1:chmetcnv>左右，運(yùn)動(dòng)閥和薄片仍然會(huì)產(chǎn)生少量的微粒,，液體傳輸也存在著不均勻的脈動(dòng),，影響了工藝處理質(zhì)量。采用無(wú)軸承電機(jī)密封泵能解決傳統(tǒng)傳輸中存在的缺陷,，大大滿足精密半導(dǎo)體器件生產(chǎn)工藝要求,。目前,，功率為300W的無(wú)軸承電機(jī)密封泵已經(jīng)在半導(dǎo)體工業(yè)得到應(yīng)用。 <o:p></o:p>
　　2.化工領(lǐng)域放射性環(huán)境或高溫輻射環(huán)境等惡劣條件下,，用無(wú)軸承電機(jī)密封泵進(jìn)行廢料處理,，能解決機(jī)械軸承磨損和維修的難題。在化學(xué)工業(yè),，對(duì)有效密封傳輸和生產(chǎn)系統(tǒng)的需求進(jìn)一步提高,，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸密封的密封泵，機(jī)械軸承需要潤(rùn)滑,，據(jù)報(bào)道80%的故障是由于密封失效引起的,，20%是軸承、連接及其它故障,。為了安全生產(chǎn),，免遭環(huán)境污染，使用無(wú)軸承電機(jī)密封泵是最佳選擇,。目前,，蘇黎世聯(lián)邦工學(xué)院和Sulzer泵公司合作完成了功率為30kW的無(wú)軸承密封泵樣機(jī)的研制和測(cè)試工作，進(jìn)入了試運(yùn)行階段,。 <o:p></o:p>
　　3.生命科學(xué)領(lǐng)域 <o:p></o:p>
　　心臟是生命的永動(dòng)機(jī),，一旦發(fā)生故障難以修復(fù)。利用人工心臟部分或全部替代心臟功能成為心臟病患者生命延續(xù)的福音,。利用機(jī)械軸承的血泵會(huì)產(chǎn)生摩擦和發(fā)熱,，使血細(xì)胞破損，引起溶血,、凝血和血栓,，甚至危及病人生命。蘇黎世聯(lián)邦工學(xué)院和Levitronix公司研制成功的無(wú)軸承永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的血泵和可以移植到人體內(nèi)的心臟左心室輔助裝置已經(jīng)在臨床中應(yīng)用,。 <o:p></o:p>
　　研究和應(yīng)用前景 <o:p></o:p>
　　我國(guó)開(kāi)展磁懸浮列車和磁軸承研究多年,，自20世紀(jì)90年代后期，江蘇大學(xué),、沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)和南京航空航天大學(xué)等先后得到了國(guó)家自然科學(xué)基金資助,，開(kāi)展了無(wú)軸承電機(jī)研究工作，在理論和實(shí)驗(yàn)方面取得了一些成績(jī),。江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院朱,？秋與瑞士蘇黎世聯(lián)邦工學(xué)院J.Hugel教授等共同開(kāi)展了功率為4kW的無(wú)軸承永磁同步電機(jī)研究和應(yīng)用工作，攻克了傳感器檢測(cè),、功率損耗等關(guān)鍵技術(shù)難題,，成功研制出世界上第一臺(tái)功率為4kW的無(wú)軸承永磁薄片電機(jī)，預(yù)計(jì)2004年將在化工工業(yè),、半導(dǎo)體工業(yè)等得到應(yīng)用,。 <o:p></o:p>
　　在美國(guó),、日本等國(guó)家，無(wú)軸承電機(jī)在生命科學(xué),、制藥行業(yè),、化工行業(yè)、半導(dǎo)體工業(yè),、食品工業(yè)等領(lǐng)域得到了應(yīng)用,。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展，在很多特殊的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域必將改變傳統(tǒng)的傳動(dòng)和傳輸方式,，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量,、降低成本、減少污染將會(huì)起到重要作用,。因此,，在我國(guó)無(wú)軸承電機(jī)具有很大潛在應(yīng)用市場(chǎng)，積極開(kāi)展無(wú)軸承電機(jī)的研究和應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)和深遠(yuǎn)意義,。

黃一鈁 · 發(fā)表于 2006-9-20 23:24:55

謝謝樓主,，非常有用！

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無(wú)軸承電機(jī)研究和應(yīng)用前景

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