國內外無軸承電機的研究以及應用前景無軸承電機起源及進展

在費拉里斯和特斯拉創造多相溝通系統后，19世紀80年月中期，多沃羅沃爾斯基創造了三相異步電機，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，直流磁軸承技術的進展，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，由于鐵磁性物體不行能在一個恒定磁場中穩定懸浮。主動磁軸承的創造，解決了這個難題，但用主動磁軸承支承剛性轉子要在5個自由度上施加掌握力，磁軸承體積大、結構簡單和造價高。

20世紀后半期，為了滿意核能開發和利用，需要用超高速離心分別方法生產濃縮鈾，磁軸承能滿意高速電機支撐要求，于是在歐洲開頭了討論各種磁軸承方案。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，在那個年月是不行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，能夠制造出滿意無軸承電機要求的新一代高性能功率放大器。大約在1985年，具有快速和負載力量的功率開關器件和數字信號處理器的消失，使得已經提出20多年的溝通電機矢量掌握技術才得以實際應用，這樣解決了無軸承電機數字掌握的難題。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年月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首次實現溝通電機的無軸承技術。

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，電機結構簡潔，大大降低了掌握系統費用，在許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討論歷史上前進了一步，降低了掌握系統的費用，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潔，電氣掌握系統并不簡單，在許多領域采納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

無軸承電機是依據磁軸承與電機產生電磁力原理的相像性，把磁軸承中產生徑向力的繞組安裝在電機定子上，通過解耦掌握實現對電機轉矩和徑向懸浮力的獨立掌握。無軸承電機具有磁懸浮磁軸承全部優點，需要免修理、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。

像酸液、有機溶劑等腐蝕的化學液體，泵必需無污染牢靠傳輸，并且泵要具有抗腐蝕和耐肯定溫度的要求。傳統氣動和薄片泵壽命短，大多數耐溫最高只有100℃左右，運動閥和薄片仍舊會產生少量的微粒，液體傳輸也存在著不勻稱的脈動，影響了工藝處理質量。采納無軸承電機密封泵能解決傳統傳輸中存在的缺陷，大大滿意精密半導體器件生產工藝要求。目前，功率為300W的無軸承電機密封泵已經在半導體工業得到應用。

2.化工領域放射性環境或高溫輻射環境等惡劣條件下，用無軸承電機密封泵進行廢料處理，能解決機械軸承磨損和修理的難題。在化學工業，對有效密封傳輸和生產系統的需求進一步提高，傳統的轉軸密封的密封泵，機械軸承需要潤滑，據報道80%%的故障是由于密封失效引起的，20%%是軸承、連接及其它故障。為了平安生產，免遭環境污染，使用無軸承電機密封泵是最佳選擇。目前，蘇黎世聯邦工學院和Sulzer泵公司合作完成了功率為30kW的無軸承密封泵樣機的研制和測試工作，進入了試運行階段。

3.生命科學領域

心臟是生命的永動機，一旦發生故障難以修復。利用人工心臟部分或全部替代心臟功能成為心臟病患者生命連續的福音。利用機械軸承的血泵會產生摩擦和發熱，使血細胞破損，引起溶血、凝血和血栓，甚至危及病人生命。

蘇黎世聯邦工學院和Levitronix公司研制勝利的無軸承永磁電機驅動的血泵和可以移植到人體內的心臟左心室幫助裝置已經在臨床中應用。

討論和應用前景

我國開展磁懸浮列車和磁軸承討論多年，自20世紀90年月后期，江蘇高校、沈陽工業高校和南京航空航天高校等先后得到了國家自然科學基金資助，開展了無軸承電機討論工作，在理論和試驗方面取得了一些成果。江蘇高校電氣信息工程學院朱熀秋與瑞士蘇黎世聯邦工學院J.Hugel教授等共同開展了功率為4kW的無軸承永磁同步電機討論和應用工作，攻克了傳感器檢測、功率損耗等關鍵技術難題，勝利研制出世界上第一臺功率為4kW的無軸承永磁薄片電機，估計今年將在化工工業、半導體工業等得到應用。

在美國、日本等國家，無軸承電機在生命科學、制藥行業、化工行業、半導體工業、食品工業等領域得到了應用。隨著我國經濟進一步進展，在許多特別的電氣傳動領域必將轉變傳統的傳動和傳輸方式，對提高產品質量、降低成本、削減污染將會起到重要作用。因此，在我