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磁浮轴承产业高速化的利器-(新闻)

2022-08-05 来源:昆明农业机械网

磁浮轴承 产业高速化的利器

现代工业要求高产能与高效率,因而高速化是许多仪器设备发展的一个重要方向;以光驱为例,从早期的几倍速,进展至目前的几十倍速;以工具机主轴为例,从每分钟几千转,进展至目前的几万转,人们对于速度的要求似乎永无止尽,但速度的提升却常遭遇瓶颈;分析许多设备之速度瓶颈,常发现卡在轴承问题。<BR><BR>常用的轴承为接触式的滚珠轴承,摩擦问题因而不可避免,摩擦力不仅损耗能量及机件,也会生热,使机件因温升而变形,影响精度,甚至破坏整个设备。速度愈高,问题愈严重,通常配合适当的润滑以降低摩擦系数,来改善问题,然而,润滑会产生污染问题,不利于环保;为解决摩擦问题,透过非接触方式来支撑转子是未来必走的方向,唯有如此才能避免机件因相互接触产生耗损,进而达到高速化。<BR><BR>非接触式轴承主要有三类,一是空气轴承,其缺点是负荷大时精度较差,难以控制,且刚性不佳,可承受力量较小;再者,它必须搭配一空气帮浦,对于像光驱系统而言,并不实用。第二类为流体轴承,刚性高、可承受负荷大,成本也不高,但流体阻尼不小,且会受温度影响,进而影响精度。被认为最具发展潜力的非接触式轴承为磁浮轴承,它是根据磁力作用的原理,借着磁场感应产生的磁浮力,将转轴悬浮起来,使得转子与轴承不互相接触。<BR><BR>自古以来,利用磁浮力使一个物体能够悬浮起来,一直是人类梦想,然而并不容易实现;其实早在1842年就有人提出单独利用永久磁铁或固定电流的电磁铁,无论如何配置,也无法使一个导磁的物体稳定地悬浮在半空中,必须要加入控制后才能稳定运行。直到1937年美国维吉尼亚大学才首度制作一主动式磁浮轴承,成功地将纵轴型离心分离机转子悬浮起来,虽然如此,磁浮轴承的研究却发展缓慢,主要是早期控制理论与技术之软硬件并不完备,再加上对高速化的需求不强烈,直到近20年,由于控制理论与电子技术的发展渐趋成熟,且高速化的需求转强,使得相关研发愈来愈蓬勃。<BR><BR>相较于其它轴承,磁浮轴承拥有许多优点;首先,它几乎无任何旋转阻力,转子之转速可远高于其它轴承。第二,不需复杂的润滑系统或气压系统,可节省空间。第三,生命周期长,维修成本低。第四,可避免因摩擦所产生之噪音。第五,可适用于非常低温或高真空状态等特殊工作环境,如外层空间。第六,可透过主动式控制提供所需之刚性,并有效抑制因高速运转所产生振动问题。<BR><BR>正由于这些优点,磁浮轴承已实际应用在众多领域中:在商业应用方面,有发电机、涡轮压缩机、高速离心机、超真空帮浦系统、飞轮储能系统和磁浮式微型马达系统等;在工具机方面,已经有高速切削机、研磨机与精密加工等工具机问世;在运输系统,有磁浮列车;在生医工程,磁浮轴承已应用于人工心脏或心室辅助器;在航空太空工程,则有太空望远镜、人造卫星姿态控制用飞船及风洞实验应用等。在未来发展上,则有电动汽机车储能装置、及各储能系统间之能量转换等研究与应用。<BR><BR>目前磁浮轴承的发展面临某些瓶颈;首先是如何将磁浮轴承的价格压低,目前磁浮轴承最为人诟病的是价格太昂贵,因此传统轴承仍然占有大部分的市场,只是配合较佳之润滑技术以提高转速。第二个瓶颈是如何有系统的设计磁浮轴承。最后,磁浮轴承的极限特性也值得重视。若能克服这些瓶颈,高速化将可轻易达成,除工业应用外,磁浮轴承也将会普遍应用于各个领域。

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