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國(guó)內(nèi)外無軸承電機(jī)的研究以及前景分析
中國(guó)軸承網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間:2008/08/28
江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院朱熀秋與瑞士蘇黎世聯(lián)邦工學(xué)院J.Hugel教授共同研制成功的世界第一臺(tái)功率為4kW的無軸承永磁薄片電機(jī)工業(yè)樣機(jī)。
無軸承電機(jī)起源及發(fā)展
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。
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。
20世紀(jì)后半期，為了滿足核能開發(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，于是在歐洲開始了研究各種磁軸承計(jì)劃。1975年，赫爾曼申請(qǐng)了無軸承電機(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軸承電機(jī)的。
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損開關(guān)電路結(jié)合，能夠制造出滿足無軸承電機(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軸承電機(jī)。
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)的無軸承技術(shù)。
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)的無軸承技術(shù)。
無軸承電機(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。
2000年，蘇黎世聯(lián)邦工學(xué)院的S.Sliber研制出無軸承單相電機(jī)，再一次在無軸承電機(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)域采用無軸承電機(jī)也很經(jīng)濟(jì)。我們認(rèn)為在不久的將來，這種技術(shù)在中國(guó)將取得廣泛的應(yīng)用。
無軸承電機(jī)特點(diǎn)及應(yīng)用
無軸承電機(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，無菌、無污染以及有毒有害液體或氣體的傳輸是無軸承電機(jī)典型應(yīng)用場(chǎng)合。目前得到了如下應(yīng)用。
1.半導(dǎo)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(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)。
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