磁悬浮技术国内外研究现状和发展趋势(2)
时间:2018-03-26 11:49 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
1 磁悬浮方式的分类 一般而言，磁悬浮可分为以下3种主要的应用方式[1]： （1） 电磁吸引控制悬浮方式 这种控制方式利用了导磁材料与电磁铁之间的吸力，几乎绝大部分磁悬浮技术采用该技术。虽然原理上这种吸引力是一种不稳定的力，但通过控制电磁铁电流的大小，可以将悬浮气隙保持在一定数值上。随着现代控制理论的发展和驱动元器件高性能、低价格化，该方式得到了广泛应用。在此基础上也有研究人员提出了把需要大电流励磁的电磁铁部分替换成可控型永久磁铁的方案，并深入的进行了研究和开发工作。该方案可以大幅度的降低励磁损耗，甚至在额定悬浮高度时不需要能量，是一种非常值得注目的新技术。 （2） 永久磁铁斥力悬浮方式 这种控制方式利用永久磁体间的斥力，一般产生斥力为1kg/cm2，所以被称为永久磁体斥力悬浮方式。当然，根据所用的磁材料的不同，其产生的斥力相应变化。但是，由于横向位移的不稳定因素，需要从力学角度来安排磁铁的位置。近年来出现了一些该方式的产品，例如日本1994年4月公布的专利中，就有关于该方式配置方案的内容。随着稀土材料的普及，该方式将会被更多的应用到各个领域。 （3） 感应斥力方式 这种控制方式利用了磁铁或励磁线圈和短路线圈之间的斥力，简称感应斥力方式。为了得到斥力，励磁线圈和短路线圈之间必须有相对的运动。这种方式主要应用于超导磁悬浮列车的悬浮装置上。但是，在低速时由于得不到足够的悬浮力，在低速或者停止时需要有车轮来支撑车身。从原理上而言，该方式很少被应用于低速传动机构。 2 控制方式的分类 目前，磁悬浮控制应用技术分为数字控制方式和模拟控制方式。随着近年来现代控制理论的日趋成熟，同时随着计算机计算速度的飞跃提高，数字式控制方式得到越来越多的应用。与数字式控制相比，由于模拟式的控制部分为硬件构成，容易被技术人员理解、掌握和调试，并且相对价格比较低。容易实现产品化、系列化，从而在产业界得到了广泛的应用。目前的磁悬浮轴承产品大多数为模拟式控制。但是，模拟运算电路一旦制板，则无法再做根本性修正，缺乏软件的灵活性，同时也无法发挥现代控制理论中 系统等理论的强大威力。 3 磁悬浮轴承对控制器的要求 要根据物体的悬浮状态主动地调节磁场来保持物体自由稳定的悬浮状态，必须要有反馈控制系统来实现。磁悬浮轴承的控制器是磁轴承系统中最关键的部分，控制器的性能不仅决定了磁悬浮能否实现，而且还直接影响到轴承的回转精度和承载能力等关键指标。所以在整个磁轴承系统设计中，控制器的设计及优化工作显得尤为重要。磁轴承对控制器性能指标有以下几点要求： ① 要求磁轴承的系统抗干扰能力强，即要求系统的增益大，保证定位精度高； ②系统的动态响应时间短； ③系统的阻尼特性好，系统的动态过程不应有大的超调量。 1.3 国内外发展情况 磁轴承的发展与研究一直受到国内外工业界的广泛关注。自1988年起，国际上每两年举行一届磁轴承国际会议，交流和研讨该领域的最新研究成果。目前较为活跃并处于领先地位的主要有瑞士联邦工学院(ETH)，美国Maryland大学和Virginia大学、日本东京大学和英国Sussex大学等研究机构，以及法国S2M、瑞士IBAG、英国Glacier、美国Avcon、MTI、Satcon等生产厂家。磁轴承在国外有较长的研究历史，目前已进入应用阶段：1969年，法国军部实验室(LRBN) 开始磁悬浮轴承研究，1972年将第一个磁悬浮轴承应用于卫星导向器飞轮支承上；美国在1983年11月搭载于航天飞机的欧洲空间实验舱采用了磁悬浮轴承真空泵；1995年，日本精工精机公司在意大利国际机床博览会上展出了采用了磁轴承主轴的机械加工中心MV--40B[4]。法国SEP公司的磁悬浮轴承产品，转速范围0-800,000r/min，转子直径14-600mm，单个轴承承载能力3,000～50,000N， 使用温度范围-253～450℃。美国Federal-Mogul公司生产的磁轴承转速在400～120,000r/min，最大线速度可达264m/s，轴向承载222kN，径向承载80kN。从目前国外的应用状况来看，在高速旋转和高精度的应用场合，磁轴承具有极大的优越性，并已逐渐成为应用的主流。 (责任编辑：qin) |