轴承、磁悬浮轴承的概念
轴承是机械设备中不可或缺的核心零部件,主要功能是支撑机械旋转体,降低摩擦系数并保证回转精度。它是数学物理等理论加上材料科学、热处理技术、精密加工和数控技术等多学科的产物
磁悬浮轴承(Magnetic Bearing) 是利用磁力作用将转子悬浮于空中,使转子与定子之间没有机械接触。其原理是磁感应线与磁浮线成垂直,轴芯与磁浮线是平行的,所以转子的重量就固定在运转的轨道上,利用几乎是无负载的轴芯往反磁浮线方向顶撑,形成整个转子悬空,在固定运转轨道上。
与传统的滚动轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比,磁轴承不存在机械接触,转子可以运行到很高的转速,具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点,特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中。磁悬浮事实上只是一种辅助功能,并非是独立的轴承形式,具体应用还得配合其它的轴承形式,例如磁悬浮+滚珠轴承、磁悬浮+含油轴承、磁悬浮+汽化轴承等等。
根据中研普华产业研究院发布的《2022-2027年中国磁悬浮轴承行业市场深度调研及投资策略预测报告》显示:
磁悬浮轴承是由转子、传感器、控制器和执行器4部分组成,其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。假设在参考位置上,转子受到一个向下的扰动,就会偏离其参考位置,这时传感器检测出转子偏离参考点的位移,作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号。
因为磁悬浮轴承具多方面优点,各工业发达国家大力研究开发磁悬浮轴承技术。目前,在磁悬浮轴承的应用研制走在前列的国家有:美国、日本、德国、法国、瑞士、瑞典等,我国磁悬浮轴承技术的研发起步较晚但发展迅速,在国际上属于后起之秀。我国在磁悬浮轴承相关领域的研究工作起步较晚,进展较缓慢,远远落后于国外。不过相关研究一直在高校和企业中开展,并在理论分析方面取得了许多研究成果,产品应用则刚刚起步。
然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流,控制电流在执行磁铁中产生磁力,从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此,不论转子受到向下或向上的扰动,转子始终能处于稳定的平衡状态。主动磁悬浮轴承在国内还没有达到实用的技术,在国外则在一些领域实现了应用,如透平机,膨胀机,压缩机等等。
磁悬浮轴承可以按磁悬浮方式和结构等多种方法来分类,有很多类型。按悬浮方式可分为主动式和被动式;按结构可分为立式、卧式、内转子型和外转子型;按作用力可分为吸引式和排斥式;按接触方式可分为完全非接触型和部分接触型;按电磁铁类型可分为超导式、交流控制式和直流控制式。
磁悬浮轴承行业未来发展趋势预测
无论飞机、汽车、高铁还是高精密机床,凡是旋转的部分,一般都需要轴承。世界轴承市场70%以上的份额,被十大跨国轴承集团公司所占据,其中美国占23%、欧盟占21%、日本占19%。世界轴承市场基本是由日本NSK 等五大公司、瑞典SKF 公司、德国FAG 等两家公司、美国Timken 等几家公司所主导。
但在海尔等国产品牌的推动下,中国的磁悬浮离心机技术正蓬勃发展,市场需求也将迎来爆发期。据估计,到2020年底,磁悬浮离心机组在离心机的市场占有率有望接近40%,整体规模达到40亿元,未来几年内,磁悬浮离心机组都将保持高速增长。
磁悬浮事实上只是一种辅助功能,并非是独立的轴承形式,具体应用还得配合其它的轴承形式,例如磁悬浮+滚珠轴承、磁悬浮+含油轴承、磁悬浮+汽化轴承等等。磁悬浮轴承的特点决定了这种轴承适用于各种各样的高性能电机、发电机、涡轮机等等,其应用领域正在迅速扩展,涵盖了从暖通空调行业到军事工业、航空航天工业等众多行业。实际上,适宜于使用磁悬浮轴承的应用领域远不止这些,比如磁悬浮轴承还可应用于同位素分离高速离心机(转速达60000rpm以上)、飞轮储能装置、风力装置、机床高速电主轴等。其商业前景非常广阔。
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