磁懸浮電機(jī)，定子和動(dòng)子無(wú)接觸運(yùn)行的特種電機(jī)。按磁場(chǎng)作用力,分為吸引型和推斥型;按磁場(chǎng)耦合程度,分為懸浮力與驅(qū)動(dòng)力獨(dú)立控制型和懸浮力與驅(qū)動(dòng)力耦合控制型;按定子和動(dòng)子結(jié)構(gòu),分為磁懸浮旋轉(zhuǎn)電機(jī)和磁懸浮直線(xiàn)電機(jī)。用于磁懸浮列車(chē)、磁懸浮軸承和磁懸浮人工心臟血泵等場(chǎng)合。

　　一、磁鋼的設(shè)計(jì)

　　高速大功率的磁浮電機(jī)轉(zhuǎn)子表面線(xiàn)速度會(huì)很高，大多采用實(shí)心軸的結(jié)構(gòu)，從而減小轉(zhuǎn)子外徑來(lái)減小轉(zhuǎn)子表面線(xiàn)速度。磁鋼用厭氧膠直接貼在轉(zhuǎn)軸上，磁鋼之間的縫隙需要有填充物，保證電機(jī)在運(yùn)行時(shí)磁鋼不會(huì)攢動(dòng)。這一點(diǎn)很重要，磁鋼攢動(dòng)會(huì)破壞轉(zhuǎn)子初始動(dòng)平衡，使磁軸承的控制難度加大，所以填充物一定要是硬質(zhì)材料，不能變形。磁鋼的設(shè)計(jì)上也應(yīng)該注意，為減小渦流損耗，磁鋼軸向進(jìn)行分段設(shè)計(jì)，如下圖所示，220厚的磁鋼軸向分8段。

     另外，磁鋼貼在轉(zhuǎn)子上后，外表面會(huì)纏碳纖維或者合金護(hù)套。

       單塊磁鋼與轉(zhuǎn)子的貼合面積過(guò)大，外表面纏碳纖維后，容易將磁鋼壓裂，即使纏繞時(shí)工藝性較好，沒(méi)有裂開(kāi)，電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后也容易甩裂開(kāi)，所以設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意將磁鋼水平方向再分段，如下圖所示，磁鋼分五段，然后用膠水粘起來(lái)，保證磁鋼不會(huì)被壓裂開(kāi)。

二、轉(zhuǎn)子芯軸

　　在轉(zhuǎn)子芯軸的設(shè)計(jì)上，采用三段軸的設(shè)計(jì)，兩端軸承各一段，中間轉(zhuǎn)子鐵芯一段，如下圖：

       這種結(jié)構(gòu)便于后續(xù)的拆卸維修，售后維護(hù)成本低。中間鐵芯段可以采用硅鋼片疊壓成型，采用一些特殊的設(shè)計(jì)方法將其固定住，轉(zhuǎn)子外徑可以做的特別小。這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)問(wèn)題是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)強(qiáng)度沒(méi)有一整段的高，中間的工藝也復(fù)雜，但這些問(wèn)題都是可以很容易克服的。而且這種轉(zhuǎn)子不僅成本可以做低，性能上優(yōu)勢(shì)也很明顯，我們知道，實(shí)心軸的轉(zhuǎn)子高次諧波引起的渦流損耗較高，為了濾雜波，大多都會(huì)配一個(gè)電抗器或者正弦波濾波器，不談電抗器的成本問(wèn)題，即使配了濾波器，轉(zhuǎn)子發(fā)熱還是會(huì)很?chē)?yán)重，特別是對(duì)于大功率的電機(jī)，轉(zhuǎn)子發(fā)熱嚴(yán)重是最頭疼的問(wèn)題。而這種三段式的結(jié)構(gòu)中間段如果做成硅鋼片式，發(fā)熱會(huì)小很多，效率也高，也容易做散熱，應(yīng)該是未來(lái)大功率型電機(jī)的優(yōu)選方案。

　　三、磁軸承

　　電機(jī)定子兩端為徑向磁懸浮軸承，說(shuō)的通俗一點(diǎn)，這玩意就是個(gè)吸鐵石，如下圖所示：

       上面的定子為磁懸軸承定子，定子齒上繞線(xiàn)，線(xiàn)圈通電后產(chǎn)生吸力，將下面的轉(zhuǎn)子鐵芯吸起來(lái)，定轉(zhuǎn)子氣隙大概在0.4mm左右。定子線(xiàn)圈對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生四個(gè)方向的吸力，對(duì)應(yīng)的四個(gè)方向上有四個(gè)徑向傳感器，傳感器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)子保持在正中心，稍有偏離就會(huì)加大相應(yīng)方向的電流將轉(zhuǎn)子拉到中心位置。軸向的推力軸承也一樣，兩個(gè)推力軸承定子都去吸中間那個(gè)推力盤(pán)，保持推力盤(pán)在兩個(gè)定子中間，同樣也是軸向傳感器監(jiān)測(cè)推力盤(pán)的軸向位置。(磁軸承設(shè)計(jì)后續(xù)單獨(dú)講)

　　四、保護(hù)軸承

　　磁懸浮電機(jī)是都有保護(hù)軸承的，保護(hù)軸承內(nèi)圈比轉(zhuǎn)子外徑大，一般單邊會(huì)有0.2mm的間隙。電機(jī)停機(jī)的時(shí)候轉(zhuǎn)子軸放置在保護(hù)軸承上，如下圖所示：

        運(yùn)行時(shí)磁軸承先通電將轉(zhuǎn)子浮起來(lái)，使轉(zhuǎn)子與保護(hù)軸承不接觸，停機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)子直接跌落到保護(hù)軸承上。保護(hù)軸承目前都是用一般的機(jī)械軸承(角接觸球軸承和深溝球軸承)，這種抗跌落的大型機(jī)械軸承成本都比較高，后期還需要經(jīng)常維護(hù)更換。就保護(hù)軸承而言，采用空氣軸承作為磁懸浮軸承的保護(hù)軸承是未來(lái)的發(fā)展方向。

　　五、磁懸浮電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

　　1、電子工業(yè)方面：例如，大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)過(guò)程，要求半導(dǎo)體硅片在超真空、無(wú)雜質(zhì)密封室內(nèi)加工，這對(duì)加工機(jī)器提出了苛刻的要求，不能用潤(rùn)滑油，不能產(chǎn)生塵粒和氣體，因此采用磁懸浮電機(jī)直接控制的機(jī)器人及其操縱手臂成為理想的選擇。

　　2、化工領(lǐng)域方面：因?yàn)榇艖腋‰妱?dòng)機(jī)可以做成全封閉形式，所以它可以做成離心機(jī)、壓縮機(jī)等，可以在污染嚴(yán)重的環(huán)境中工作，使用壽命長(zhǎng)。

　　3、生命科學(xué)領(lǐng)域：人工心臟的泵體要求很高，用磁懸浮壓縮泵正合適，現(xiàn)在國(guó)外研制成功的離心式和振動(dòng)式磁懸浮人工心臟血泵，不僅效率高，而且可以防止血細(xì)胞破損、溶血、凝血和血栓等問(wèn)題。

　　4、軌道交通方面：超導(dǎo)磁懸浮機(jī)車(chē)能實(shí)現(xiàn)超高速、大容量平穩(wěn)安全地輪軌運(yùn)輸，極大地提高運(yùn)輸效率。

　　5、磁懸浮潛水泵：是完全在水中工作的，它能把地下的水提升到地面。潛水泵的用途很廣，包括礦山搶險(xiǎn)、建設(shè)施工排水、農(nóng)業(yè)排灌、工業(yè)水循環(huán)、城鄉(xiāng)居民引用水供應(yīng)等。我國(guó)自主研發(fā)的磁懸浮潛水泵世界領(lǐng)先，它轉(zhuǎn)換效率高、轉(zhuǎn)速高、大流量、揚(yáng)程上千米、檢修周期長(zhǎng)。磁懸浮潛水泵不僅可以泵水，還可以泵油、石油、化學(xué)液體等。

　　6、磁懸浮氣體壓縮機(jī)：無(wú)噪音、轉(zhuǎn)速高、壓縮效率高。

　　7、磁懸浮(無(wú)負(fù)壓)加壓供水增壓機(jī)：代替?zhèn)鹘y(tǒng)的供水增壓機(jī)，把滿(mǎn)足設(shè)定壓力的自來(lái)水送入市政供水的管網(wǎng)系統(tǒng)。

　　8、磁懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)：它把磁懸浮技術(shù)和高速電機(jī)技術(shù)融入傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)之中，是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的新型鼓風(fēng)機(jī)，廣泛應(yīng)用于工廠(chǎng)、礦井、隧道等場(chǎng)地的通風(fēng);城市污水處理;風(fēng)洞風(fēng)源等工業(yè)項(xiàng)目中。

　　9、扁平式的磁懸浮電動(dòng)機(jī)：磁懸浮電機(jī)適用于電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)、電動(dòng)三輪車(chē)及電動(dòng)汽車(chē)等電動(dòng)機(jī)的更新?lián)Q代。