2022年行業(yè)分析國內(nèi)外無軸承電機的研究以及應用前景

國內(nèi)外無軸承電機的研究以及應用前景無軸承電機起源及進展

在費拉里斯和特斯拉創(chuàng)造多相溝通系統(tǒng)后，19世紀80年月中期，多沃羅沃爾斯基創(chuàng)造了三相異步電機，異步電機無需電刷和換向器，但長期高速運行，軸承維護保養(yǎng)仍是難題。

二次世界大戰(zhàn)后，直流磁軸承技術的進展，使得電機和傳動系統(tǒng)無接觸運行成為可能，但這種傳動系統(tǒng)造價很高，由于鐵磁性物體不行能在一個恒定磁場中穩(wěn)定懸浮。主動磁軸承的創(chuàng)造，解決了這個難題，但用主動磁軸承支承剛性轉(zhuǎn)子要在5個自由度上施加掌握力，磁軸承體積大、結(jié)構簡單和造價高。

20世紀后半期，為了滿意核能開發(fā)和利用，需要用超高速離心分別方法生產(chǎn)濃縮鈾，磁軸承能滿意高速電機支撐要求，于是在歐洲開頭了討論各種磁軸承方案。1975年，赫爾曼申請了無軸承電機專利，專利中提出了電機繞組極對數(shù)和磁軸承繞組極對數(shù)的關系為±1。用赫爾曼提出的方案，在那個年月是不行能制造出無軸承電機的。

隨著磁性材料磁性能進一步提高，為永磁同步電機奠定了有力競爭地位。同時，隨著雙極晶體管的應用，以及和柏林格爾提出的無損開關電路結(jié)合，能夠制造出滿意無軸承電機要求的新一代高性能功率放大器。大約在1985年，具有快速和負載力量的功率開關器件和數(shù)字信號處理器的消失，使得已經(jīng)提出20多年的溝通電機矢量掌握技術才得以實際應用，這樣解決了無軸承電機數(shù)字掌握的難題。瑞士蘇黎世聯(lián)邦工學院的比克爾在這些科技進步的基礎上，于20世紀80年月后期才首次制造出無軸承電機。

幾乎與比克爾同時，1990年日本A.Chiba首次實現(xiàn)磁阻電機的無軸承技術。

1993年，蘇黎世聯(lián)邦工學院的R.Schoeb首次實現(xiàn)溝通電機的無軸承技術。

無軸承電機取得實際應用，關鍵性突破是1998年蘇黎世聯(lián)邦工學院的巴萊塔研制出無軸承永磁同步薄片電機，電機結(jié)構簡潔，大大降低了掌握系統(tǒng)費用，在許多領域具有很大應用價值。

2000年，蘇黎世聯(lián)邦工學院的S.Sliber研制出無軸承單相電機，再一次在無軸承電機討論歷史上前進了一步，降低了掌握系統(tǒng)的費用，使得無軸承電機實際應用不僅僅是可想的，而且是經(jīng)濟的。無軸承電機像機械軸承支承的電機一樣簡潔，電氣掌握系統(tǒng)并不簡單，在許多領域采納無軸承電機也很經(jīng)濟。我們認為在不久的將來，這種技術在中國將取得廣泛的應用。

無軸承電機特點及應用

無軸承電機是依據(jù)磁軸承與電機產(chǎn)生電磁力原理的相像性，把磁軸承中產(chǎn)生徑向力的繞組安裝在電機定子上，通過解耦掌握實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力的獨立掌握。無軸承電機具有磁懸浮磁軸承全部優(yōu)點，需要免修理、長壽命運行，無菌、無污染以及有毒有害液體或氣體的傳輸是無軸承電機典型應用場合。目前得到了如下應用。

1.半導體工業(yè)

在蝕刻、制板、清洗或拋光等加工過程中需用腐蝕性化學液體，產(chǎn)品質(zhì)量很大程度上取決于化學液體質(zhì)量，液體輸送泵是關鍵的一個環(huán)節(jié)。

像酸液、有機溶劑等腐蝕的化學液體，泵必需無污染牢靠傳輸，并且泵要具有抗腐蝕和耐肯定溫度的要求。傳統(tǒng)氣動和薄片泵壽命短，大多數(shù)耐溫最高只有100℃左右，運動閥和薄片仍舊會產(chǎn)生少量的微粒，液體傳輸也存在著不勻稱的脈動，影響了工藝處理質(zhì)量。采納無軸承電機密封泵能解決傳統(tǒng)傳輸中存在的缺陷，大大滿意精密半導體器件生產(chǎn)工藝要求。目前，功率為300W的無軸承電機密封泵已經(jīng)在半導體工業(yè)得到應用。

2.化工領域放射性環(huán)境或高溫輻射環(huán)境等惡劣條件下，用無軸承電機密封泵進行廢料處理，能解決機械軸承磨損和修理的難題。在化學工業(yè)，對有效密封傳輸和生產(chǎn)系統(tǒng)的需求進一步提高，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸密封的密封泵，機械軸承需要潤滑，據(jù)報道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。為了平安生產(chǎn)，免遭環(huán)境污染，使用無軸承電機密封泵是最佳選擇。目前，蘇黎世聯(lián)邦工學院和Sulzer泵公司合作完成了功率為30kW的無軸承密封泵樣機的研制和測試工作，進入了試運行階段。

3.生命科學領域

心臟是生命的永動機，一旦發(fā)生故障難以修復。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連續(xù)的福音。利用機械軸承的血泵會產(chǎn)生摩擦和發(fā)熱，使血細胞破損，引起溶血、凝血和血栓，甚至危及病人生命。

蘇黎世聯(lián)邦工學院和Levitronix公司研制勝利的無軸承永磁電機驅(qū)動的血泵和可以移植到人體內(nèi)的心臟左心室?guī)椭b置已經(jīng)在臨床中應用。

討論和應用前景

我國開展磁懸浮列車和磁軸承討論多年，自20世紀90年月后期，江蘇高校、沈陽工業(yè)高校和南京航空航天高校等先后得到了國家自然科學基金資助，開展了無軸承電機討論工作，在理論和試驗方面取得了一些成果。江蘇高校電氣信息工程學院朱熀秋與瑞士蘇黎世聯(lián)邦工學院J.Hugel教授等共同開展了功率為4kW的無軸承永磁同步電機討論和應用工作，攻克了傳感器檢測、功率損耗等關鍵技術難題，勝利研制出世界上第一臺功率為4kW的無軸承永磁薄片電機，估計今年將在化工工業(yè)、半導體工業(yè)等得到應用。

在美國、日本等國家，無軸承電機在生命科學、制藥行業(yè)、化工行業(yè)、半導體工業(yè)、食品工業(yè)等領域得到了應用。隨著我國經(jīng)濟進一步進展，在許多特別的電氣傳動領域必將轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的傳動和傳輸方式，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、削減污染將會起到重要作用。因此，在我