磁悬浮轴承和磁悬浮旋转电机

徐长发，华中科技大学，2018.3.15

大家知道，两块同极性的磁铁是相互排斥的，能不能用磁力克服重力让物体悬空呢？理论上好像没有问题，但真正做起来并不容易。要让物体悬浮起来，稳定的悬浮才有意义。所谓稳定悬浮，也就是说，当悬浮物受到小的扰动时，磁力会即时地抗衡这种扰动，并让悬浮物又重新恢复到原来的平衡位置上。

要实现稳定的磁悬浮，一是需要磁性体，可以是永磁体，也可以是电磁体，二是需要控制系统去实现悬浮的稳定性。

现在，稳定的磁悬浮技术已经比较成熟了，相应的产品越来越多，应用的领域也越来越广。

一．磁悬浮家用摆件

1.磁悬浮地球仪。目前市面上有上悬浮系统的和下悬浮系统的两种。

下悬浮系统的支架底部固定有一个永久磁铁,支架上方有一个圆环形塑框，框内有金属线圈电磁铁。地球仪内壁也有磁铁，上方的电磁铁与底座的永久磁铁互相排斥，这种排斥力用于悬浮地球仪。为了让悬浮平稳，在支架上方的线圈内还装有一个探测器，专门侦测底端磁场变化情况，并产生补偿电流，调节电磁强度，让地球仪平稳悬浮。在稳定悬浮时，只要轻轻转动一下，地球仪便可持续不停地转动下去。

上悬浮系统的支架顶部有永久磁铁，下部放电磁铁，产生的是吸引力，是用引力让地球仪悬浮的。

2.磁悬浮摆件系列。现在市场上已经有很多了，例如磁悬浮相框，磁悬浮酒展示架，磁悬浮电子烟展示架，磁悬浮平板电脑展示架，磁悬浮手机展示，磁悬浮人体模特，等等。

二．磁悬浮轴承

所谓磁悬浮轴承，是利用磁力作用将转子悬浮，转子与定子之间没有机械接触。转子的重量由磁力支撑，整个转子悬空。

磁悬浮轴承的原理是：定子内面开槽绕线，把定子做成电磁体，转子的外表面开槽嵌有永磁铁片；当转子转动时，定子和转子的磁斥力让转子悬浮起来；为了让转子稳定悬浮，定子中装有检测转子位置和速度的传感器，如果转子受到扰动，传感器将检测到的信号传给控制器，控制信号会让功率放大器产生控制电流，控制电流又去控制磁力，这样就可以让转子稳定地保持在平衡位置上了。

这里，位置传感器用于检测转子的偏移情况,速度传感器用于检测转子的运动速度；控制器是个整个磁悬浮轴承的核心, 其性能决定了磁悬浮轴承的好坏, 其作用是对传感器检测到的位置偏差信号进行适度的运算, 使得转子有高精度的定位,在外力的干扰作用下能通过迅速而恰当的电流变化使转子回到基准位置；功率放大器的作用是向电磁铁提*生电磁力所需的电流。显然，这是一个智能化的机电耦合系统，没有计算机的发展就不会有磁悬浮轴承。

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