1、軸承在機械行業中的地位就如同芯片在IT行業中的地位。這項技術目前所面臨的態勢與60年代初電子計算機的發展狀況極為類似，它將迅速地發展并為越來越多的技術領域所接受。 -Gerhard.Schweitzer (1994)1. 背景2. 基本原理與性能特點3. 國內外技術應用案例4. 技術特點和產業化思路5. Q&A1. 背景1. 背景 主動控制電磁懸浮軸承（Active Magnetic Bearing，簡稱“電磁軸承”、“磁軸承”或“AMB”）是利用電磁鐵線圈中的電流產生不接觸的可控電磁力來使轉子運轉于空間穩定懸浮狀態的一種裝置。1. 背景20世紀30年代 7090年代 21世紀產品生命周期曲線

2、1. 背景研究現狀：基本技術已經成熟產業現狀：產業化初期 - 年產值約10億美元2003年累計 / 臺套2009年年 / 臺套透平膨脹機64340壓縮機111152電動機/發電機28081透平真空分子泵大于 70000約 20000公司技術人員10人100人法國S2M公司國際上1. 背景研究現狀：各項技術研究基本與世界同步產業現狀：基本空白國內 產業化技術研究契機：能源產業快速發展、振興裝備制造業 轉變經濟增長方式尋求產業化合作伙伴實驗室技術 產品應用2. 基本原理與性能特點2. 基本原理與性能特點單自由度電磁軸承：傳感器電磁線圈電磁軸承主要由兩大部分組成： 機械結構部分 電氣控制部分 剛性轉

3、子6個自由度，除旋轉自由度外，需要5組單自由度電磁軸承約束。2. 基本原理與性能特點多自由度電磁軸承：2. 基本原理與性能特點多自由度電磁軸承：余熱氣體回收壓縮機 一體式電機驅動壓縮機2. 基本原理與性能特點 由于轉子運轉于與定子無接觸的穩定懸浮狀態，因此電磁軸承具有以下突出的性能特點： 1）不接觸、無須潤滑（無需預熱），無磨損； 2）轉子轉速可以達到材料和結構允許的極限轉速； 3）系統運行費用低，維護費用少，使用壽命長； 4）對極端高溫、極端低溫的運行特殊環境都具有很好的適應性； 5）通過控制器的設計，可有效抑制外界干擾和系統振動；實現超 臨界運轉、低噪聲自平衡運轉等； 6）實時監測系統的運

4、行轉態，便于提高系統的穩定性和安全性。3. 國內外技術應用案例3. 國內外技術應用案例 電磁軸承的出現和應用，打破了許多傳統的觀念，導致了支承技術的革命。 事實也正如G.Schweitzer先生所預料的一樣，近十幾年間，隨著磁性材料技術、電力電子技術、轉子動力學和控制理論的進步，電磁軸承技術飛速的發展并日趨成熟，國際上已有超過10萬臺電磁軸承設備成功的應用在了水泵、風機、離心機、壓縮機、高速磨銑切削機床、飛輪儲能裝置等300多個領域，并且仍在不斷的擴展。3. 國內外技術應用案例 很多大學和科研機構很早就已經開展了電磁軸承技術的研究，如瑞士聯邦工學院、美國的維吉尼亞大學、馬里蘭大學、伯克利大學、

5、德州大學奧斯丁分校，日本的東京大學、茨城大學和千葉大學等。 電磁軸承技術在一些國家已逐漸走向成熟，涌現出一大批知名的電磁軸承設計和制造公司，如瑞士的MECOS公司、加拿大的REVOLVE公司、法國的S2M公司、德國的LEViTEC公司、芬蘭的High Speed公司、俄羅斯的OKBM、美國的NASA、Waukesha公司和日本的精工等。 3. 國內外技術應用案例高速、重載軸承解決方案轉速質量目前的傳統軸承磁軸承技術前沿學術界（磁軸承、混合軸承特殊環境無油透平分子泵大功率鼓風機、壓縮機、膨脹機渦輪燃氣機儲能飛輪高速電主軸人工心臟航天動量飛輪陀螺儀高溫堆氦氣風機、氦氣透平“三干”電機風能發電機電磁

6、阻尼器艦載電機高速離心機帶材糾偏輥磁懸浮工作平臺。3. 國內外技術應用案例應用案例MECOS公司分子泵36000-50000rpm3. 國內外技術應用案例應用案例MECOS公司膨脹機32000rpm, 500kW3. 國內外技術應用案例應用案例S2M公司壓縮機9775rpm, 8MW3. 國內外技術應用案例應用案例S2M公司酸性氣體膨脹機6900-14000rpm 3. 國內外技術應用案例應用案例S2M公司9MW氣輪機6000rpm3. 國內外技術應用案例應用案例S2M公司9MW氣輪機6000rpm3. 國內外技術應用案例應用案例 IBAG公司的高速銑頭, 7-40KW 40000-70000

7、rpm（MECOS 配套電磁軸承）3. 國內外技術應用案例應用案例Levitronix 公司植入型人工心臟3. 國內外技術應用案例應用案例清華大學磁軸承實驗室過臨界細長轉子3. 國內外技術應用案例應用案例清華大學磁軸承實驗室氦氣鼓風機3. 國內外技術應用案例應用案例清華大學磁軸承實驗室高溫堆氦氣透平3. 國內外技術應用案例應用案例清華大學磁軸承實驗室重載磁軸承試驗臺架3. 國內外技術應用案例應用案例3. 國內外技術應用案例4. 技術特點和產業化思路技術特點： 磁軸承是典型的機電一體化系統，技術涵蓋面廣，綜合性強。關鍵技術： 傳感器、控制系統、轉子動力學、輔助軸承、 材料等4. 技術特點和產業化

8、思路4. 技術特點和產業化思路 采用電渦流、電感、電容、光電式等高靈敏度位移傳感器，須滿足響應速度快，抗干擾能力強等特殊要求。關鍵技術-高靈敏度傳感器關鍵技術-控制算法與控制器 PID控制算法和高速DSP控制。4. 技術特點和產業化思路 用于電磁軸承控制的高性能的專用功率放大器，須具備大功率、高帶寬、大電流、高頻響、抗干擾能力強等特點。關鍵技術-高性能功率放大器4. 技術特點和產業化思路 CAD、CAE、FEA 轉子動力學計算、分析 振動測試 系統辨識關鍵技術-轉子動力學4. 技術特點和產業化思路 采用深溝球軸承設計的輔助軸承可以提供轉子在全速運轉下10次以上的跌落保護。關鍵技術-輔助軸承4.

9、 技術特點和產業化思路 使用軟磁材料和低渦流損耗的疊片結構，并根據不同的應用場合，選擇能夠適應環境的相關線圈和鐵磁材料，如耐高溫、耐腐蝕材料等。 工藝關鍵技術-線圈與鐵磁材料4. 技術特點和產業化思路國內外技術狀況分析： 國際上：S2M為代表 國內：清華大學、南京航空航天大學為代表 4. 技術特點和產業化思路 70年代初從航天器應用研究項目起步，迅速成立公司，發展至今。技術比較成熟，工藝也比較完善，取得了在多個領域的大量應用實踐經驗。 “量身定做”產品，價格高昂。 無可靠性研究，標準化產品工藝欠缺。 歷經多次資產重組，研發精力投入少。4. 技術特點和產業化思路國際磁軸承技術 從80年代初發展至

10、今，大部分功能性技術已經比較成熟，各種類型實驗臺架、樣機做了不少，但總的來說實踐經驗仍非常有限，技術上也存在一定的缺陷：實現功能不難，難在做的東西可靠、好用4. 技術特點和產業化思路 產業化技術上最大的欠缺：工藝 和 可靠性國內磁軸承技術4. 技術特點和產業化思路磁軸承未來可能的發展趨勢：可靠、易用、價廉技術上：磁軸承成為標準件：專注于軸承及其關鍵技術 結構組件、電氣組件成為標準件可靠性和保護軸承技術發展： 可靠性提升，只保留一個靜態輔助支承（滑動）全數字控制，參數實時可調軸承和電機合為一體 （智能機電產品）4. 技術特點和產業化思路國內技術發展的一些局限： 資金：實驗室技術到產業化之間的投入 市場：對市場需求了解的局限 地校合作、企校合作 實現優勢互補解決方案4. 技術特點和產業化思路合作產業化模式（初步思路）： 1、選擇一個示范性應用應具備條件：有市場前景，適合使用磁軸承 2、針對應用項目進行共同開發完善工藝設計、提升性能形成完備技術文件、設計規范形成完整知識產權 3、共同建立產業實體新產品、新技術的滾動技術推廣和技術咨詢服務市場 4. 技術特點和產業化思路目標： 用23年時間，完成全部技術產業化的轉化工作形成良好的產品示范和收益形成完備技術文件、設計規范和完整知識產權