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1.磁悬浮电机轴承的国内外发展及现状
国外状况：电机的轴承维护和保养是研制无轴承电机的首要原因。在费拉里斯和特斯拉发明多相交流系统后，由于长期高速运行，轴承的维护和保养仍是悬而未决的难题。当时间来到世纪后半期，各国为了满足自己核能的幵发和使用，就需要用超高速离心分离法生产浓缩铀，刚好电磁轴承能满足高速电机支撑要求，于是欧洲各国开始着手研究磁轴承。与此同时，赫尔曼申请了无轴承电机专利，专利中提出了电机绕组极对数和磁轴承绕组极对数的关系为plusmn;，这是电机悬浮的必要条件。[1]
随着导磁材料磁性性能的进一步提升，永磁电机的研究就变得意义非凡。另外，由于双极晶体管和柏林格尔提出的无损开关电路的同时使用，新一代高性能功率放大器的研发能够满足无轴承电机要求。由于具备快速负载功能的功率开关和数字信号处理器的出现，使得已经尘封已久的交流电机矢量控制技术得以应用到实际中来，这样便顺理成章的攻克了无轴承电机数字控制的难题。在这些研发成果的基础上，瑞士苏黎世联邦工学院的比克尔才首次制造出无轴承电机，毫不夸张的说，这具有划时代的意义。几乎与比克尔同时，本的首次提出磁阻电机的无轴承技术，提出了交替极永磁型无轴承电机。年，苏黎世联邦工学院的研制出无轴承单相电机，再一次在无轴承电机研究历史画上了浓墨重彩的一笔，相对而言降低了控制的难度，使得无轴承电机的实际应用不仅仅是可及的，还是经济的。无轴承电机像机械轴承支承的电机一样简单，电气控制系统并不复杂，在很多领域采用无轴承电机也很经济。[2]
国内状况：最近十几年国内科研单位和企业开始重视磁悬浮轴承技术的研究,跟国外相比技术相对落后。1982年清华大学张祖明、温诗铸对小刚球的单自由度磁悬浮进行了理论分析和实验研究：1983年上海微电机研究所研制了我国第一台全磁悬浮轴承样机,采用了径向被动、轴向主动的混合结构,这些研究由于模型简单、刚度小、负载能力差,离工业应用还有很大距离；[3]1998年哈尔滨工业大学陈易新教授等提出了磁悬浮轴承结构优化设计理论和方法,建立了主动磁悬浮轴承机床主轴控制系统的数学模型,这是国内第一次从结构设计到控制系统数学模型建立的系统研究；1992年开始,武汉理工大学对磁力轴承高速磨削主轴机构以及磁力轴承虚拟设计进行了研究,深入研究了转子结构以及转子系统的力和力矩的藕合；[4]同时南京航空航天大学对航空发动机用磁悬浮技术进行了系统研究与开发。[5]2005年8月,由武汉理工大学、清华大学等单位发起的主题为“磁悬浮轴承研究进展”的第一届中国电磁轴承学术会议一在北京举行,这次会议的举办促进了国内磁悬浮轴承领域的学术交流,此后的几届会议为磁悬浮技术的工业应用做出了巨大贡献。就目前而言,国内的磁悬浮轴承技术经过这些年的发展在机械结构设计上已经相对成熟,控制系统方面也有了一定的进展,但是可靠性和稳定性不是非常理想,而且整体造价非常高,严重制约了磁悬浮轴承技术的工业化应用。
2.磁悬浮技术的应用与发展
徐州工程学院的张小红，曾励[6] 采用一种基于球形转子的类球形特殊结构的电机转子位姿检测是磁悬浮球形主动关节运行的重要环节主要包括转子的位置检测和姿态检测在球形主动关节上建立三维坐标系提出转子位置和姿态的数学表达式，基于 ＭＥＭＳ陀螺仪测量转子加速度和角速度，计算转子的姿态矩阵，得出转子的姿态角和球心的位置坐标．通过实验验证了转子位姿检测系统数学模型与位姿公式的正确性
武汉理工大学的刘雪冬,刘泉,胡业发[7] 在功率放大器的输入端加一个高频小电压作为测试信号,该信号将在线圈中产生一高频小电流,则气隙变化引起的线圈电感变化会导致其两端高频电压幅值的变化,然后利用解调、精密整流、稳压等措施将高频电压幅值的变化量转换为一个直流电压,以此作为反馈信号,从而为闭环控制提供可能。
西安理工大学的徐敬文,李守智,李强[8]对数控磨床主轴用五自由度电磁浮轴承功率驱动电路的设计与实验研究作一介绍,用双极H型PWM功率驱动电路、 PWM调制波形成电路和鉴相保护电路使得功率驱动电路用在五自由度数控磨床主轴磁浮轴承研究中获得了满意的效果。
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