磁性与多孔介质空气轴承

轴承是支撑机器设备运转的重要零部件，目前有另一种流行的非接触式运动支撑解决方案：磁轴承。下面详细介绍以了解这些轴承的运行方式、优缺点，以及它们如何空气轴承叠加。

一、什么是磁轴承？

磁力轴承通过电磁悬浮为非接触式运动提供了另一种途径。正如我们在小学科学课上所学的那样，磁铁的同极相斥而相反极相吸。这个概念可以扩展到电磁体，其中法拉第定律描述了磁场和电路之间产生电动势的关系。

感应电动机的内部结构

简单的电动机使用定子、转子和换向器的基本结构。将电流馈入电机会产生运动，而手动转动转子会产生相应的电流。这实际上将电机变成了发电机，并且是几乎所有发电（包括煤炭、蒸汽、核能和风能）背后的原理。

磁力轴承使用所有这些原理来沿磁力轴承的内径悬浮其铁磁物品（例如，旋转轴）。转轴内部衬有电磁铁以悬挂旋转物品。根据恩肖定理，一旦处于暂停状态，一个由主动反馈控制器和传感器组成的复杂系统会不断地对磁场强度进行微调，因为磁轴承不能自然地产生平衡状态。磁性轴承系统也由辅助接触轴承支撑，在通电和断电期间支撑物品。

二、什么是空气轴承？

空气轴承——更具体地说是多孔介质空气轴承——通过在多孔石墨轴承和导向表面或旋转物品之间产生纳米厚的空气膜来工作。传统的孔板轴承使用带钻孔的不锈钢轴承面，而多孔介质轴承将压力均匀地分布在轴承上，形成弹性、无摩擦的运动系统。

三、多孔介质的好处

1、操作简单

机器舞台上的空气轴承磁性轴承声名鹊起在于提供非接触式运动。然而，无论是在财务支出还是系统复杂性方面，这都会付出高昂的代价。多孔介质轴承只需要轴承本身，以及过滤和调节其空气供应的气压系统。相比之下，磁轴承需要支撑接触轴承、铁磁金属导向表面或物品，以及轴承内置的主动控制系统。

2、稳定

如上所述，电磁悬浮不会降低到稳定的配置。与磁轴承相关的控制系统计算复杂，需要非线性控制和传递函数来确保持续运行。

相比之下，空气轴承由于挤压膜效应而自稳定，从而在刚度和阻尼之间产生正相关。对于机器操作，这意味着悬挂在空气轴承上的旋转轴自然地找到其旋转中心，使其成为涡轮机械和轴平衡操作的理想选择。

3、安全

安全是任何新项目最重要的考虑因素之一，也是我们在 的首要任务。传统的接触轴承不需要电力，因此断电不会影响它们。磁轴承系统中的功率损失是致命的，因为物品会撞到电磁铁上。虽然空气轴承仍然需要动力来为轴承提供加压空气，但空气供应的损失得到了更多的控制。

4、精密工程计量设备

随着气压下降，轴承本身会减压，慢慢地将旋转的物品或平台设置为静止。因为空气轴承流体层只有 5 微米厚，所以重力几乎没有时间形成灾难性的速度。即使在高速下发生碰撞，软石墨也可以作为烧蚀层，保护导向台。即使在这种情况下，由于气压分布在整个轴承表面上，有划痕的轴承仍然可以正常工作。

非接触式运动甚至不能保证磁轴承的平稳、长时间运行，因为它们容易受到沙子、污垢、电弧和线圈损坏造成的与老化有关的故障。空气轴承具有零动态组件，并且除了气泵之外没有支持电子设备，使其成为一种更简单的解决方案。

5、易于改造

对于许多工程团队来说，您更有可能寻找改造现有系统的方法，而不是开发全新的设计。有了磁轴承正常运行所需的基础设施，这甚至可能从一开始就不可行。另一方面，数十年来，空气轴承一直用于改造接触轴承系统。