【導(dǎo)讀】MAGNETIC-BEARINGBASICS:. CONTROLSYSTEMS:

　　

【正文】 軸懸浮。該系統(tǒng)有三個主要元素：軸承制動器，位置傳感器和控制器。機(jī)械系統(tǒng)包括兩個磁徑向軸承和一個磁推力軸承。他們從六個自由度來控制軸承。磁懸浮軸承有固定部分和旋轉(zhuǎn)部分。 —— 定子，轉(zhuǎn)子。徑向定子是由疊片堆積形成的，疊片堆積在一起形成極點(diǎn)。每一個極點(diǎn)上都繞有線圈?？刂齐娏魍ㄟ^線圈，同時產(chǎn)生電勵磁，電勵磁對鐵磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生吸引力，并使其在氣隙內(nèi)懸浮。空氣間隙通常約為 毫米，在某些應(yīng)用里可以是大于兩毫米。轉(zhuǎn)子疊片裝在氣隙里的軸上。這在一些要彌補(bǔ)磨損的實(shí)例中得到了很大的應(yīng)用，或如果軸擺動。例如在機(jī)床磨削過程中 磨輪的磨損會隨著時間增加而增多。磁推力軸承是提供軸向控制。推力軸承轉(zhuǎn)子是固體銅磁盤，從定子一側(cè)或兩側(cè)連接到軸，并定位在一個預(yù)定的距離。在操作時，有定子產(chǎn)生的電磁力作用在轉(zhuǎn)子上并控制軸向運(yùn)動。磁軸承配置還包括輔助軸承，其主要功能是當(dāng)支撐軸處于空載時和在電流中斷或失敗的情況下保護(hù)機(jī)件。著陸軸承外圈內(nèi)徑小于磁軸承空氣間隙主要是為了防止對軸承潛在損害 。 控制系統(tǒng) ： 控制系統(tǒng)是控制磁軸承的電流，從而控制軸承的電磁力。在操作期間，徑向和軸向位置傳感器把軸位置和動態(tài)數(shù)據(jù)傳給控制器它比較實(shí)際和理想的軸的位置，計算使軸保持在 預(yù)設(shè)位置處的力，如果有必要，控制器將控制電流的大小來改變電勵磁磁通量。電子信號處理，電源和放大器是控制系統(tǒng)的三個主要部分。一般情況下，機(jī)器越大放大器就越大?？刂破鞯拇笮∪Q于動態(tài)負(fù)載能力的需求，這在重機(jī)應(yīng)用中尤為明顯。可通過適應(yīng)于高速和更苛刻的應(yīng)用程序，如單輸入 /單輸出或者多輸入 /輸出算法控制軸?？刂破魍ǔＲ?10 千赫的頻率來測量和處理位置信號。使旋轉(zhuǎn)速度精確的控制在 100000rpm 或者更快的速度。磁懸浮技術(shù)的一個重要優(yōu)點(diǎn)是控制器作為內(nèi)置的監(jiān)測系統(tǒng)提供廣泛的實(shí)時信息，并使其不需要其他監(jiān)控設(shè)備。像來自 SKF 的 MBScope 軟件可以提供有關(guān)機(jī)器健康的詳細(xì)診斷信息并且可以更加有效地定期監(jiān)測。該軟件包括調(diào)整輸入?yún)?shù)和在啟動前檢測空襲配置裝置，其工具包括對位置，電流和力的實(shí)時監(jiān)控器。記錄在發(fā)生不正常情況前后的所有系統(tǒng)產(chǎn)量以及短期或長期趨勢分析的警報日志。這使用戶可以以不同的形式來查看軸承的信息以及機(jī)器診斷程序。自適應(yīng)振動控制是另一個重要的工具。 AVC 利用兩種方法來計算消除振動是的力，一種是嚴(yán)格控制軸的位移讓軸圍繞其幾何中心旋轉(zhuǎn)，從而消除不平衡引起的跳動，其在像機(jī)床這樣的高精度程序中很有用。另一種方式是使軸圍繞質(zhì)量中心旋 轉(zhuǎn)以減少移到外殼上的振動，這是分子泵和半導(dǎo)體制造設(shè)備一個有價值的特點(diǎn)， AVC 可以增加可靠性和服務(wù)間隔之間的時間。其自適應(yīng)的功能是即使轉(zhuǎn)子污垢積聚越來越厲害也能最大限度的減小振動來消除過程干擾，擴(kuò)展設(shè)備的工作范圍 。 設(shè)計考慮事項(xiàng) ： 磁懸浮軸承設(shè)計的最終目標(biāo)是讓機(jī)器在整個速度范圍內(nèi)可靠無接觸運(yùn)轉(zhuǎn)。在不影響性能的情況下滿足 OEM 和終端用戶的成本目標(biāo)也是非常重要的。減少控制系統(tǒng)的大小可以實(shí)現(xiàn)更合算的解決方案，緊密的磁性軸承的設(shè)計可以使機(jī)器變得更小更強(qiáng)大。發(fā)展磁懸浮軸承系統(tǒng)時，要考慮的主要因素是速度，荷載和操作環(huán)境。 機(jī)械強(qiáng)度的軸通常限制速度。 X 10 的表面速度 6 DN (mm 3 rpm 的直徑 ) 是可能的 。 靜態(tài)能力 —— 磁懸浮軸承產(chǎn)生的最大力量，它是一個函數(shù)變量。如放大器電流表面面積磁極，線圈繞組和氣隙尺寸 。 動態(tài)能力 —— 磁懸浮軸承改變外加力的速率，由放大器電壓這一單一變量決定。例如，考慮將連接在 的 150N 的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換到更大線圈砸數(shù)的 200N 或更大磁極范圍等等，如果控制器不變則靜態(tài)能力將會增大，但不會影響動態(tài)能力 —— 在操作過程中處理軸的失衡狀態(tài)和其他動態(tài)力量的能力。相反，保持 150N 的 磁性軸承但切換到 3A， 50V，系統(tǒng)將增加該軸的動態(tài)能力，但對靜態(tài)能力沒有影響 。 不同的應(yīng)用程序 ： 磁懸浮軸承獨(dú)特的設(shè)計和廣泛 應(yīng)用 的 能力為 不同應(yīng)用程序提供 了 解決方案。其中一個例子是 半導(dǎo)體制造 ，尤其是前端 的生產(chǎn)包括 有機(jī)硅生產(chǎn)。磁懸浮軸承可以提高 生產(chǎn)產(chǎn)量 ，這些 對 振動和污染高度敏感。例如，磁性軸承允許 300 毫米晶 片 的旋轉(zhuǎn)，允許方便地訪問到雙方晶圓片邊緣。 因?yàn)?磁懸浮軸承有氣隙， 所以他們是某些生物制藥應(yīng)用的理想選擇。血液細(xì)胞或其它液體可以 安然無恙的 通過空氣隙。制冷壓縮機(jī)是另一個重要的應(yīng)用。磁懸浮軸承可以 以 新一代制冷 劑所需的的高速度 運(yùn)行 ，與常規(guī)油潤滑軸承不同的是，它們構(gòu)成污染風(fēng)險降至最低。磁懸浮軸承也可以密封，因此 對 處理會 腐蝕線圈 與 疊 片 的 流體 很有吸引力 。 磁懸浮軸承原理 ： 磁懸浮軸承的運(yùn)作 無 接觸。這 會帶來 許多獨(dú)特的特性， 這些特性在很多的 設(shè)備中 很有價值 。適合磁懸浮軸承的應(yīng)用程序通常需要多個以下屬性 : 無潤滑 ： 考慮磁懸浮軸承 當(dāng) 其他類型的軸承潤滑系統(tǒng)是昂貴、 不可靠的或不安全的 ；潤滑劑包含不環(huán)保的 成分 和 支配 成為一個問題 ；或潤滑劑與流體不兼容或 可以造成 污染 。 可靠性 ： 軸承提供優(yōu)異的可靠性的電動馬達(dá)，合理期望壽命 15 至 20 年 ?？刂葡到y(tǒng)具有典型的保守平均 5 年故障時間與電子元器件的可靠性。 真空操作 ： 高真空 對 潤滑劑 是種挑戰(zhàn) 。許多 系統(tǒng)在 高到超高真空系統(tǒng) (10 16 托爾 ) 對排 氣和揮發(fā)性潤滑劑污染 很敏感 。 測力 ： 控制器可以通過測量 電流 和軸承內(nèi)的位置確定軸承負(fù)荷和 力方向 。這給 開發(fā) 磁懸浮軸承系統(tǒng) 的 設(shè)計師 提供了 有價值的信息。可以測量 的力 的精度一般優(yōu)于 5%。 軸位置控制 ： 因?yàn)閭鞲衅鞅O(jiān)測軸的位置，控制系統(tǒng)可以重新定位或擺動軸轉(zhuǎn)動。例如，控制系統(tǒng)可以彌補(bǔ)磨損和調(diào)整 軸向位置以優(yōu)化間隙 和提高紙漿煉油 廠的 產(chǎn)品質(zhì)量。 精密 ： 嚴(yán)格控制消除了不平 衡所致 的 軸徑向跳動。這是 有 自適應(yīng)振動控制來完成 的 。軸位移在運(yùn)行速度可以減至約 1 m m， 對 精密磨削加工和機(jī)床切割操作很重要。 污染 ： 對 微污染物 敏感的 操作可以從有 不銹鋼罐或障礙 的 磁懸浮軸承 中受益 。 在晶元加工的所有方面，伴隨著 300 毫米晶片和 毫米設(shè)備尺寸的出現(xiàn)，這些工序?qū)p少微污染物來說已經(jīng)變得尤為重要 。 淹沒操作 ： 磁軸承可在工序中直接操作流體而不需用機(jī)械密封，這將減少排放，降低機(jī)器成本以及運(yùn)營維護(hù)成本。 降低能耗 ： 磁軸承可減少摩擦損耗，進(jìn)而提高整體機(jī)械效率。而且摩擦損耗的減少可以部分省卻潤滑系統(tǒng)，進(jìn) 一步節(jié)省對于水泵、冷卻風(fēng)扇以及水庫通風(fēng)風(fēng)扇等的操作費(fèi)用。 狀態(tài)監(jiān)測。 磁力軸承具有內(nèi)置的狀態(tài)監(jiān)測能力，這消除了對一些設(shè)備的需求，比如加速表和振動傳感器，以及監(jiān)測設(shè)備和接口軟件。此外，磁軸承控制系統(tǒng)直接觀察軸和過程流體而無需解釋轉(zhuǎn)動體與運(yùn)行頻率。 氣隙 ： 某些應(yīng)用程序受益于非接觸式操作。例如，在生物技術(shù)應(yīng)用中，心臟泵或攪拌機(jī) 在 不破壞細(xì)胞的接觸面 情況下可以受益 。在紡織 業(yè)， 纖維可以通過差距。氣隙可以到 2 毫米。 高速 ： 軸的機(jī)械強(qiáng)度 可以限制速度 。徑向軸承的表面速度高達(dá) 3 10 6 DN （直徑 (mm) 3 rpm）。隨著潤滑變得更加困難 ， 此屬性將 變得更 有價值。