
1、前言
电磁悬浮技术(electromagnetic levitation1简称EML技术,是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的机电一体化高新技术。随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进展。磁悬浮技术得到了长足的发展。目前人们接触比较多的是磁悬浮列车(图1),应用最广泛的是磁悬浮轴承。由于具有无接触、无摩擦、免润滑、使用寿命长等优点。特别适合于超洁净、低噪音、节能环保等领域。具有国际先进水平的清华大学能源楼就使用了一台磁悬浮制冷机组。
2、磁悬浮原理
磁悬浮利用磁性“同性相斥,异性相吸”的原理,在轨道和列车间、在轴承的转子和定子间加上相应的电磁场,通过控制电磁场,使之处于相对“悬浮”状态。

图2为一简单磁悬浮系统,它是由转子、传感器、控制器和执行器4部分组成,其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。
在工作过程中,如果转子受到一个任何方向的扰动,就会偏离其原来位置,这时传感器检测出转子偏离原点的位移,作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号,然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流,控制电流在执行磁铁中产生磁力,从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此。不论转子受到向下或向上的扰动,转子始终能处于稳定的平衡状态。
3、磁悬浮轴承
目前在工业上得到广泛应用的基本上都是传统的磁悬浮轴承(需要位置传感器的磁悬浮轴承),这种轴承需要5个或10个非接触式位置传感器来检测转子的位移。由于传感器的存在,使磁悬浮轴承系统的轴向尺寸变大、系统的动态性能降低,而且成本高、可靠性低。由于结构的限制,传感器不能装在磁悬浮轴承的中间,使控制器设计更为复杂。此外,由于传感器的价格较高,从而加大磁悬浮轴承的成本,限制其在工业上的推广应用。
最近几年,结合磁悬浮轴承和无传感器检测两大研究领域的最新研究成果,出现了新的磁悬浮轴承--无传感器的磁悬浮轴承。它不需要设计专门的位移传感器,转子的位移是根据电磁线圈上的电流和电压信号而得到的。这类磁悬浮轴承在以下几个方面得到了显著的改善和提高:转子的轴向尺寸变小,系统的动态性能得到提高;进一步提高了磁悬浮轴承的可靠性:便于设计磁悬浮轴承的控制器;成本显著下降。
4、磁悬浮技术在制冷机组上的应用
空调系统的核心设备是制冷机组,制冷机组的核心部件是压缩机。传统制冷机组根据压缩机类型分为离心式制冷机组和螺杆式制冷机组。
在传统的制冷压缩机中,机械轴承是必需的部件,并且需要有润滑油以及润滑油循环系统来保证机械轴承的工作。在所有烧毁的压缩机中90%是由于润滑的失效而引起的。而机械轴承不仅产生摩擦损失,润滑油随制冷循环而进入到热交换器中,在传热表面形成的油膜成为热阻,影响换热器的效率,并且过多的润滑油存在于系统中对制冷效率带来很大的影响。
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