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無軸承電機起源及發(fā)展
發(fā)布時間:2010.09.21

在費拉里斯和特斯拉發(fā)明多相交流系統(tǒng)后,19世紀80年代中期,多沃羅沃爾斯基發(fā)明了三相異步電機,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(yǎng)仍是難題。

二次世界大戰(zhàn)后,直流磁軸承技術的發(fā)展,使得電機和傳動系統(tǒng)無接觸運行成為可能,但這種傳動系統(tǒng)造價很高,因為鐵磁性物體不可能在一個恒定磁場中穩(wěn)定懸浮。主動磁軸承的發(fā)明,解決了這個難題,但用主動磁軸承支承剛性轉子要在5個自由度上施加控制力,磁軸承體積大、結構復雜和造價高。

20世紀后半期,為了滿足核能開發(fā)和利用,需要用超高速離心分離方法生產(chǎn)濃縮鈾,磁軸承能滿足高速電機支撐要求,于是在歐洲開始了研究各種磁軸承計劃。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(shù)和磁軸承繞組極對數(shù)的關系為±1。用赫爾曼提出的方案,在那個年代是不可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,能夠制造出滿足無軸承電機要求的新一代高性能功率放大器。大約在1985年,具有快速和負載能力的功率開關器件和數(shù)字信號處理器的出現(xiàn),使得已經(jīng)提出20多年的交流電機矢量控制技術才得以實際應用,這樣解決了無軸承電機數(shù)字控制的難題。瑞士蘇黎世聯(lián)邦工學院的比克爾在這些科技進步的基礎上,于20世紀80年代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(xiàn)磁阻電機的無軸承技術。

1993年,蘇黎世聯(lián)邦工學院的R.Schoeb首次實現(xiàn)交流電機的無軸承技術。

無軸承電機取得實際應用,關鍵性突破是1998年蘇黎世聯(lián)邦工學院的巴萊塔研制出無軸承永磁同步薄片電機,電機結構簡單,大大降低了控制系統(tǒng)費用,在很多領域具有很大應用價值。

2000年,蘇黎世聯(lián)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研究歷史上前進了一步,降低了控制系統(tǒng)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(jīng)濟的。無軸承電機像機械軸承支承的電機一樣簡單,電氣控制系統(tǒng)并不復雜,在很多領域采用無軸承電機也很經(jīng)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。


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