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國內外無軸承電機的研究以及前景分析
中國軸承網 發布時間:2008/08/28
江蘇大學電氣信息工程學院朱熀秋與瑞士蘇黎世聯邦工學院J.Hugel教授共同研制成功的世界第一臺功率為4kW的無軸承永磁薄片電機工業樣機。
無軸承電機起源及發展
在費拉里斯和特斯拉發明多相交流系統后，19世紀80年代中期，多沃羅沃爾斯基發明了三相異步電機，異步電機無需電刷和換向器，但長期高速運行，軸承維護保養仍是難題。
二次世界大戰后，直流磁軸承技術的發展，使得電機和傳動系統無接觸運行成為可能，但這種傳動系統造價很高，因為鐵磁性物體不可能在一個恒定磁場中穩定懸浮。主動磁軸承的發明，解決了這個難題，但用主動磁軸承支承剛性轉子要在5個自由度上施加控制力，磁軸承體積大、結構復雜和造價高。
20世紀后半期，為了滿足核能開發和利用，需要用超高速離心分離方法生產濃縮鈾，磁軸承能滿足高速電機支撐要求，于是在歐洲開始了研究各種磁軸承計劃。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和磁軸承繞組極對數的關系為±1。用赫爾曼提出的方案，在那個年代是不可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合，能夠制造出滿足無軸承電機要求的新一代高性能功率放大器。大約在1985年，具有快速和負載能力的功率開關器件和數字信號處理器的出現，使得已經提出20多年的交流電機矢量控制技術才得以實際應用，這樣解決了無軸承電機數字控制的難題。瑞士蘇黎世聯邦工學院的比克爾在這些科技進步的基礎上，于20世紀80年代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首次實現磁阻電機的無軸承技術。
1993年，蘇黎世聯邦工學院的R.Schoeb首次實現交流電機的無軸承技術。
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，電機結構簡單，大大降低了控制系統費用，在很多領域具有很大應用價值。
2000年，蘇黎世聯邦工學院的S.Sliber研制出無軸承單相電機，再一次在無軸承電機研究歷史上前進了一步，降低了控制系統的費用，使得無軸承電機實際應用不僅僅是可想的，而且是經濟的。無軸承電機像機械軸承支承的電機一樣簡單，電氣控制系統并不復雜，在很多領域采用無軸承電機也很經濟。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
無軸承電機是根據磁軸承與電機產生電磁力原理的相似性，把磁軸承中產生徑向力的繞組安裝在電機定子上，通過解耦控制實現對電機轉矩和徑向懸浮力的獨立控制。無軸承電機具有磁懸浮磁軸承所有優點，需要免維修、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
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，產品質量很大程度上取決于化學液體質量，液體輸送泵是關鍵的一個環節。
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