關(guān)于磁懸浮電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

1、關(guān)于磁懸浮電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨向關(guān)于磁懸浮電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨向關(guān)于磁懸浮電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨向創(chuàng)作時(shí)間：貳零貳壹年柒月貳叁拾日關(guān)于磁懸浮電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨向之答祿夫天創(chuàng)作創(chuàng)作時(shí)間：貳零貳壹年柒月貳叁拾日李宇佳（北京交通大學(xué)，北京，100000)綱領(lǐng)：本文概括了磁懸浮電機(jī)的原理及長(zhǎng)處，要點(diǎn)介紹了磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的構(gòu)造和工作原理。并簡(jiǎn)述了磁懸浮電機(jī)目前的應(yīng)用領(lǐng)域。最后本文展望了磁懸浮電機(jī)將來(lái)的發(fā)展方向。要點(diǎn)詞：磁懸浮電機(jī)；風(fēng)力發(fā)電機(jī)DevelopingTrendsofMagneticallyLevitatedElectricMachinesandTheirApplicationsLiY

2、ujia(BeijingjiaotongUniversity,Beijing,100000)Abstract：Inthispaper,theprincipleandadvantagesoftheagneticallyLevitatedElectricMachinesaresummarized.Thestructureandworkingprincipleofthemagneticlevitationwindgeneratorareintroduced.ThecurrentapplicationfieldofagneticallyLevitatedElectricMachinesisbriefl

3、yintroduced.Finally,thefuturedevelopmentdirectionoftagneticallyLevitatedElectricMachinesisprospected.Keyword:lagneticallyLevitatedElectric;Machineswind創(chuàng)作時(shí)間：貳零貳壹年柒月貳叁拾日創(chuàng)作時(shí)間：貳零貳壹年柒月貳叁拾日powergenerator1前言2.3電磁懸浮軸承傳統(tǒng)的a電機(jī)是由定子和動(dòng)子構(gòu)成，定這類多自由度電磁力控制的磁懸浮軸子與動(dòng)子之間經(jīng)過(guò)機(jī)械軸承聯(lián)接或存在機(jī)承，轉(zhuǎn)軸兩頭均有水平方向和垂直方向兩個(gè)械接觸，因此動(dòng)子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在機(jī)械摩自由度

4、電磁力控制系統(tǒng)，而軸向經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)部擦。機(jī)械摩擦不單增添動(dòng)子的摩擦阻力，使分控制。當(dāng)轉(zhuǎn)軸在水平方向或垂直方向發(fā)生運(yùn)動(dòng)零件磨損，發(fā)活力械振動(dòng)和噪聲，并且偏離時(shí)，分別控制水平或垂直方向的差動(dòng)勵(lì)會(huì)造成零件發(fā)熱，使?jié)櫥瑒┬阅茏儾?，?yán)重磁線圈電流，因?yàn)殡姶帕Υ笮∨c勵(lì)磁線圈和的會(huì)使電機(jī)氣隙不平均，繞組發(fā)熱，溫升增氣隙大小相關(guān)，因此能夠經(jīng)過(guò)改變電磁力使大，進(jìn)而降低電機(jī)效能，最后縮短電機(jī)使用轉(zhuǎn)軸趨于均衡地點(diǎn)。這類磁軸承固然轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)壽命。磁懸浮電機(jī)是利用定子和動(dòng)子勵(lì)磁磁動(dòng)慣量不大，但因?yàn)榭刂凭€圈發(fā)生磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)場(chǎng)之間“同性相斥，異性相吸”的原理使動(dòng)子軸遇到一個(gè)與轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，并且該懸浮起來(lái)，同時(shí)發(fā)生推動(dòng)力驅(qū)遣動(dòng)子在

5、懸浮電磁轉(zhuǎn)矩跟著轉(zhuǎn)速增大而增大，因此對(duì)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)。因此，定子與動(dòng)子之間不存在系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩要求比較高，僅合用于低速大轉(zhuǎn)矩任何機(jī)械接觸，能夠發(fā)生較高的加快度和減的領(lǐng)域應(yīng)用。磁懸浮軸承電機(jī)要解決的主要速度，機(jī)械磨損小，機(jī)械與電氣珍愛(ài)簡(jiǎn)單，問(wèn)題是軸承的支撐力，而驅(qū)動(dòng)力仍舊依賴電保護(hù)、檢修和改換方便，合用于惡劣環(huán)境、機(jī)自己來(lái)解決。因此，磁懸浮軸承電機(jī)固然極其干凈無(wú)污染環(huán)境和特別需要的領(lǐng)域。磁能夠做到懸浮與驅(qū)動(dòng)獨(dú)立控制，但系統(tǒng)構(gòu)造懸浮電機(jī)的研究愈來(lái)愈遇到科技工作者的尺寸比較弘大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，系統(tǒng)動(dòng)向響應(yīng)重視，其發(fā)展遠(yuǎn)景令人激勵(lì)。比較遲緩，易于惹起系統(tǒng)振蕩甚至不堅(jiān)固運(yùn)2磁懸浮軸承電機(jī)行。為了戰(zhàn)勝傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)

6、存在機(jī)械軸承3磁懸浮電機(jī)的應(yīng)用和機(jī)械摩擦的缺少，目前已研制出各樣無(wú)接觸式磁軸承，用來(lái)代替機(jī)械軸承。典型的磁（1）工作原理懸浮軸承如徑向磁軸承、徑向推力磁軸承和直驅(qū)式磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其風(fēng)輪和發(fā)軸向磁懸浮軸承，以及徑向自由度可控的電電機(jī)直接耦合，構(gòu)造與傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)構(gòu)造磁懸浮軸承。相像，比方，能夠把本來(lái)的機(jī)械軸承所有換2.1徑向磁懸浮軸承成主動(dòng)磁懸浮軸承，徑向有前后兩個(gè)徑向磁徑向磁懸浮軸承是由兩個(gè)徑向磁化同軸承支承，軸向采納軸向推力磁軸承支承。軸空心圓柱構(gòu)成，磁化方向相反。當(dāng)兩個(gè)磁如圖1所示，一種水平軸磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)化圓柱軸向重合、徑向齊心時(shí)，圓柱所受徑是由風(fēng)輪葉片、發(fā)電機(jī)構(gòu)造、珍愛(ài)軸承、主向

7、磁場(chǎng)推力為零。而當(dāng)兩個(gè)磁化圓柱發(fā)生軸動(dòng)磁懸浮軸承等構(gòu)成的?？紤]到軸向推力盤線偏移時(shí)，因?yàn)閳A柱之間氣隙磁場(chǎng)極性同樣重量比較大，因此將其放在湊近中間的位發(fā)生不服衡排擠力使圓柱軸線趨于一致。這置，珍愛(ài)軸承位于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸雙側(cè)的最外種徑向磁軸承固然能做到徑向自動(dòng)堅(jiān)固，但端。磁軸承軸向不堅(jiān)固，并且當(dāng)軸線偏轉(zhuǎn)時(shí)，角向堅(jiān)固性也不好，因此用途有限。2.2徑向推力磁懸浮軸承徑向推力磁懸浮軸承平常采納兩個(gè)軸向磁化，而磁化方向相反(也可采納一個(gè)軸向磁化，而另一個(gè)徑向磁化的同軸空心圓柱，但軸向錯(cuò)開必然地點(diǎn)，不單好堅(jiān)持徑向堅(jiān)固性，并且提高了軸向和角向堅(jiān)固性。圖1磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)表示圖創(chuàng)作時(shí)間：貳零貳壹年柒月貳叁拾日創(chuàng)

8、作時(shí)間：貳零貳壹年柒月貳叁拾日磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種風(fēng)機(jī)電能量變換裝置，其工作原理:發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子堅(jiān)固懸浮于空間，經(jīng)過(guò)風(fēng)帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，并傳達(dá)到整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，由發(fā)電機(jī)達(dá)成機(jī)械能向電能的變換，最后，利用電力電子變換器將其變換成負(fù)載所需的電能。2）要點(diǎn)技術(shù)分析關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，降低其起動(dòng)風(fēng)速，提高風(fēng)力發(fā)電質(zhì)量是要點(diǎn)技術(shù)。要達(dá)到這兩個(gè)要求，需要解決的要點(diǎn)問(wèn)題有:風(fēng)輪葉片技術(shù)、磁懸浮支承技術(shù)、發(fā)電機(jī)技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)，下邊環(huán)繞磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的四點(diǎn)要點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行分析。由流體力學(xué)可知，風(fēng)能計(jì)算表達(dá)式:1Sv3(1)2式中:是空氣密度；S是葉片掃風(fēng)面積；是風(fēng)速。由貝茨理論能夠獲取葉片上所能獲取的最大功率:P

9、maxCPT(2)式中:Cp是貝茨功率系數(shù)，Cp=0593。由式(1)和式(2)可見，為提高風(fēng)能向機(jī)械能的變換效率，能夠經(jīng)過(guò)增添葉片的掃風(fēng)面積和葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這需解決3個(gè)問(wèn)題:提高葉尖速比；葉片資料的選擇；葉片構(gòu)造的設(shè)計(jì)。葉尖速比是用來(lái)表述風(fēng)電機(jī)特色的一個(gè)重要的參數(shù)，用來(lái)表示:V2Rn(3)v60v式中:V是葉片尖端線速度；是風(fēng)速；n是風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；是風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)半徑。由式(3)可知，同風(fēng)速下的葉尖速比越大，葉片轉(zhuǎn)速越快?，F(xiàn)代的風(fēng)力發(fā)電機(jī)常常使用的是2枚到3枚葉片，理想狀況下，由風(fēng)機(jī)葉片數(shù)與的般配關(guān)系知，在58的范圍更正。b依據(jù)風(fēng)輪葉片資料的發(fā)展史，葉片能夠分為木制葉片、鋁合金等弦長(zhǎng)葉片、鋼制葉

10、片、玻璃鋼葉片。因?yàn)槟局迫~片不簡(jiǎn)單制造成歪曲狀，且存在木材強(qiáng)度低等諸多問(wèn)題，限制了其在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用和發(fā)展。為知足歪曲葉片的要求并減少葉片重量，隨后，出現(xiàn)了鋼梁玻璃纖維、鋁合金和玻璃鋼制成的葉片。在選擇葉片資料時(shí)，平常采納葉片強(qiáng)度、剛度知足要求，又具備較好的氣動(dòng)性能的玻璃鋼復(fù)合資料。因此，資料的選擇將直接影響著風(fēng)輪葉片捕捉風(fēng)能的能力。葉片構(gòu)造設(shè)計(jì)主要包括剖面構(gòu)造設(shè)計(jì)、鋪層設(shè)計(jì)和根端設(shè)計(jì)三個(gè)方面的內(nèi)容。當(dāng)采納玻璃鋼資料來(lái)制造風(fēng)輪葉片刻，資料的強(qiáng)度、彈性模量的差異以及工藝的多樣性是重要的注意事項(xiàng)。比方，和空肚金屬資料的葉片比較較，固然玻璃鋼資料的彈性模量較低，但其強(qiáng)度比金屬資料高，完滿能夠在不

11、改變外形尺寸的狀況下，代替金屬資料?？墒?，玻璃鋼資料的葉片卻難以達(dá)到金屬資料同樣的剛度，而此時(shí)，盲目地增添葉片厚度，必然會(huì)影響到葉片的氣動(dòng)性能。綜上所述，采納玻璃鋼資料制作葉片刻，老是希望制作較厚的葉型，并采納空肚的構(gòu)造。鋪層設(shè)計(jì)主假如確立纖維量和纖維方向。合理地安插鋪層的方向、角度和比率，能夠擔(dān)保葉片氣動(dòng)載荷和所受離心力的知足要求；根端設(shè)計(jì)主要考慮到葉根是葉片和輪轂的親近連結(jié)處，并且葉片的斷裂也常常發(fā)生在葉根上。葉根依據(jù)各葉片的使用狀況、風(fēng)力機(jī)構(gòu)造、尺寸及功率來(lái)設(shè)計(jì)，其安全系數(shù)要比葉片自己要大一些，一般大152倍。其余，能夠借助三維建模軟件Pro/E對(duì)葉片進(jìn)行三維實(shí)體建模，并利用Ansys仿

12、真軟件對(duì)葉片進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。跟著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，磁懸浮軸承性能在不斷地提高，同時(shí)受電子元件的集成化也促進(jìn)其成本逐年降低。固然國(guó)內(nèi)外經(jīng)過(guò)多年的研究，磁懸浮產(chǎn)品在好多領(lǐng)域成功地應(yīng)用，可是該項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域仍舊存在好多災(zāi)題，如控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及資料轉(zhuǎn)子軸系動(dòng)力特色問(wèn)題等。為了更有效地改良控制方法和戰(zhàn)略需要在深人研究控制系統(tǒng)的同時(shí)，重視研究轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特色，進(jìn)而達(dá)到對(duì)復(fù)雜轉(zhuǎn)子的理想控制。目前空調(diào)風(fēng)機(jī)多采納機(jī)械軸承，風(fēng)機(jī)主軸與軸承之間會(huì)發(fā)活力械摩擦，而電機(jī)必然創(chuàng)作時(shí)間：貳零貳壹年柒月貳叁拾日創(chuàng)作時(shí)間：貳零貳壹年柒月貳叁拾日戰(zhàn)勝這部分摩擦才華驅(qū)動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，同時(shí)造成電機(jī)發(fā)熱發(fā)生較大幅度的振動(dòng)使得風(fēng)機(jī)

13、壽命降低。要想實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行還需軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的改良。假如采納磁懸浮軸承，定、轉(zhuǎn)子之間沒(méi)有機(jī)械摩擦，磁懸浮軸承運(yùn)行阻力為零不會(huì)發(fā)熱，進(jìn)而省去了冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)，減少了體積重量，提高了靠譜性和壽命懸浮運(yùn)行大大減少了機(jī)械噪聲，同時(shí)也大大減少了機(jī)械振動(dòng)，振動(dòng)幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一般風(fēng)機(jī)，提高了整個(gè)空調(diào)堅(jiān)固性。從目前內(nèi)的磁懸浮軸承技術(shù)水平來(lái)看，固然已經(jīng)具備了應(yīng)用在常溫設(shè)施上的條件，可是仍舊存在雙方面的問(wèn)題：一方面因?yàn)檩^難實(shí)現(xiàn)磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子的高精度控制，因此造成系統(tǒng)靠譜性差以及故障率高；另一方面，短缺尺度化的產(chǎn)品工藝。4磁懸浮電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域4.1電子工業(yè)超大規(guī)模集成電路的發(fā)展要求半導(dǎo)體硅片在超真

14、空、無(wú)雜質(zhì)密封室內(nèi)加工，對(duì)傳達(dá)硅片的機(jī)器人擁有苛刻的要求:既不克不及用潤(rùn)滑油，也不克不及發(fā)生塵粒平易體，因此采納磁懸浮電機(jī)直接控制機(jī)器人及其把持手臂成為理想的選擇。其余在集成電路制版過(guò)程中磁懸浮將會(huì)代替氣墊懸浮芯片布焊。4.2化工領(lǐng)域環(huán)境污染嚴(yán)重的放射性環(huán)境或高溫輻射環(huán)境，如用磁懸浮軸承驅(qū)動(dòng)調(diào)速離心泵進(jìn)行核廢料辦理，能夠解決機(jī)械軸承磨損與按期維修的難題。4.3柔性制造、加工和傳達(dá)系統(tǒng)工件的懸浮堅(jiān)持與傳達(dá)。如鑒于同高速通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的散布式磁懸浮直線感覺(jué)電機(jī)群、各樣功率變換和控制器構(gòu)成的高速、高加減速度資料運(yùn)輸系統(tǒng)。鑒于磁懸浮技術(shù)的石油和煤炭輸送系統(tǒng)，能夠減小原油與輸油管之間的接觸粘滯力，極大地提

15、高輸油速度，在多山地域，磁懸浮煤炭輸送系統(tǒng)不單解決鐵路運(yùn)輸?shù)碾y題，并且合用于爬坡和全天候工作。4.4軌道交通超導(dǎo)磁懸浮機(jī)車能實(shí)現(xiàn)超高速、大容量安穩(wěn)安全運(yùn)輸，極大地提高運(yùn)輸效率，高溫超導(dǎo)磁懸浮機(jī)車是將來(lái)列車發(fā)展的趨向。4.5生命科學(xué)領(lǐng)域心臟是人生命中的永動(dòng)機(jī)，一旦發(fā)生故障難以修復(fù)。利用人工心臟部分或所有代替心臟功能成為心臟病患者生命連續(xù)的要點(diǎn)。過(guò)去利用機(jī)械軸承人工心臟血泵會(huì)發(fā)生摩擦和發(fā)熱，使血細(xì)胞損壞，惹起溶血、凝血和血栓，甚至危及病人生命。此刻外國(guó)研制成功的離心式和振動(dòng)式磁懸浮人工心臟血泵，采納無(wú)機(jī)械接觸式磁懸浮構(gòu)造不單效率高，并且能夠防備血細(xì)胞損壞，惹起溶血、凝血和血栓等問(wèn)題。磁懸浮血泵的研

16、究不單為消除心血管病患者的疾苦，提高患者生活質(zhì)量，并且為人類連續(xù)生命擁有深遠(yuǎn)意義。磁懸浮電機(jī)的發(fā)展趨向5.1新資料應(yīng)用(1)稀土永磁資料，如釹鐵硼NdFeB，擁有磁能積高和功耗低的特色，并且我國(guó)稀土積蓄量豐富，開發(fā)研究潛力巨大。(2)高溫超導(dǎo)資料，如YBaCuO，利用超導(dǎo)資料的抗磁特色或磁鏈?zhǔn)睾闾厣l(fā)生巨大的電磁力，能夠預(yù)示高溫超導(dǎo)資料在磁懸浮控制中將獲取寬泛應(yīng)用，如超導(dǎo)磁軸承用于電力系統(tǒng)大慣量飛輪儲(chǔ)能，直線電機(jī)超導(dǎo)磁場(chǎng)梯度懸浮推動(dòng)系統(tǒng)。(3)稀土高溫超導(dǎo)REBa2Cu3O7-x和光稀土高溫超導(dǎo)LREBa2Cu3O7-在x77K溫度下?lián)碛袠O高的電流密度，能夠發(fā)生極強(qiáng)的磁場(chǎng)，這些新資料的研制成功將為高速磁懸浮機(jī)車的應(yīng)用供給又一新的設(shè)計(jì)方案。超聲波傳感技術(shù)和激光傳感技術(shù)在高速磁懸浮運(yùn)動(dòng)定位控制中的應(yīng)用，提高了定位速度和精度；可編程邏輯控制技術(shù)在復(fù)雜磁懸浮系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)時(shí)序控制；高性能逆變器設(shè)計(jì)和智能化非線性電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用；利用以計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)的全世界定位系統(tǒng)GPS為磁懸浮系統(tǒng)供給快捷的宏觀監(jiān)測(cè)、控制和服務(wù)。磁懸浮電機(jī)不單在電氣等工業(yè)領(lǐng)域獲取寬泛應(yīng)用，并且在生命科學(xué)領(lǐng)域也開始獲取應(yīng)用，充分顯示了磁懸浮電機(jī)在公民經(jīng)濟(jì)創(chuàng)作時(shí)間：貳零貳壹年柒月貳叁拾日創(chuàng)作時(shí)間：貳零貳壹年