一、概述    

    磁浮轴承是利用磁力实现无接触的新型轴承，具有无接触、不需要润滑和密封、振动小、使用寿命长、维护费用低等一系列优良品质，属于高技术领域。轴承是机电工业的基础产业之一，其性能的好坏直接影响到机电产品（如超高速超精密加工机床）的科技含量及其在国际上的竞争力。本项目不仅要可以在国内建立生产磁浮轴承的高技术企业，填补国内在这方面的空白，而且可以带动机电行业的很多相关企业进行产品结构调整，形成新的经济增长点。此外，本项目具有重要的国防应用价值，可为我国研制以磁轴承支承的新一代航空发动机储备先进的科学技术。

l          磁浮轴承的基本原理    

    磁浮轴承从原理上可分为两种，一种是主动磁浮轴承（active magnetic bearing），简称AMB；另一种是被动磁浮轴承（passive magnetic bearing），简称PMB。由于前者具有较好的性能，它在工业上得到了越来越广泛的应用。这里介绍的是主动磁浮轴承。

磁浮轴承系统主要由被悬浮物体、传感器、控制器和执行器四大部分组成。其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。下图是一个简单的磁浮轴承系统，电磁铁绕组上的电流为I，它对被悬浮物体产生的吸力和被悬浮物体本身的重力mg相平衡，被悬浮物体处于悬浮的平衡位置，这个位置也称为参考位置。假设在参考位置上，被悬浮物体受到一个向下的扰动，它就会偏离其参考位置向下运动，此时传感器检测出被悬浮物体偏离其参考位置的位移，控制器将这一位移信号变换成控制信号，功率放大器使流过电磁绕组上的电流变大，因此，电磁铁的吸力也变大了，从而驱动被悬浮物体返回到原来的平衡位置。如果被悬浮物体受到一个相上的扰动并向上运动，此时控制器和功率放大器使流过电磁场铁绕组上的电流变小，因此，电磁铁的吸力也变小了，被悬浮物体也能返回到原来的平衡位置。因此，不论被悬浮物体受到向上或向下的扰动，下图中的球状被悬浮物体始终能处于稳定的平衡状态。

l          主要开发内容      

    本项目主要开发磁浮轴承及实现其相关技术的产业化，填补国内空白。开发的磁轴承系统主要用于超高速超精密加工机床(磨床、铣床、高速数控钻床)和离心干燥机。开发工作主要由南京航空航天大学承担，负责磁轴承系统的总体设计、控制器、功率放大器以及位移检测系统的开发工作，在江苏星轮高速机电设备制造公司的协助下，完成机床主轴头和离心干燥机的结构改造设计以及磁浮轴承在机床和离心干燥机上的工业性应用试验。

l          技术目标   

   主要开发高速磨床、铣床、数控钻床以及离心干燥机等高速旋转机械用的磁浮轴承系统。

l          性能指标

☆       转        速：10000—120000r／min;

   ☆        主轴径向跳动：5μm— l5μm;

☆       刚        度：20～100N/ m;

二、该项目国内外现状 

    1976年，法国SEP公司与瑞典 SKF轴承公司联合投资成立了 S2M公司，对超高速超精密加工机床用的磁浮轴承进行了系统的研究和开发。1977年，该公司开发了世界第一台高速机床的磁主轴。1981年在 Hanover欧洲国际机床展览会上，首次推出了 B20／500磁主轴系统，并在3500r/min速度下进行了钻、铣现场表演，其高速、高精度、高效、低能耗的优良性能引起了各国专家的极大关注。此后， S2M公司在日本和美国相继建立了一家分公司。近十几年来，该公司已开发了30多个品种数百套磁浮轴承用于各类机床。1988年，瑞士IBAG公司与瑞士联邦工业大学合作，开发了高速铣床用的磁浮轴承系统，并成立了专门研制、开发、制造磁浮轴承的企业—Mecos公司。目前，S2M和Mecos已成为世界上著名的生产磁浮轴承的专业公司。下表是国外已经使用磁浮轴承系统的机床。此外，磁浮轴承在离心压缩机、分子涡轮泵、储能飞轮、离心干燥机、汽轮发电机等大型设备也得到了越来越广泛的应用。

    目前，德国的GMN滚动轴承公司、日本的精工精机、东洋轴承株式会社和光洋精工等厂家都在从事这种高技术产品的研究与开发。下表是国外部分使用磁浮轴承的机床：

公司名称    机床类别     最高转速 r／min    最大功率 kw

S2M        钻、铣、磨          60000             22.0

S2M            磨              120000            3.5

S2M            磨              180000            1.0

IBAG           铣              40000             40.0

精工公司       磨              40000             12.0

    在航空领域，1997年前后，美国德雷伯实验室( Draper  Laboratory)报道了一系列有关航空发动机用的高温磁轴承的研究成果，他们成功地研制了能够在519°C高温下工作的磁轴承系统，转速为22000(r／min)，轴承的Dn值高达4.5×106(r-mm／min)，研制的高温磁轴承在单轴发动机的模型转子上成功地进行了试验。美国另一家 Synchrony公司的研究人员研制出了能在570℃高温下工作的磁轴承系统，采用了硬件冗余技术，大大提高了高温磁轴承的安全性和可靠性。美国的 GE公司和 NASA  Lewis研究中心在近3年也成功地研制出了高温磁轴承;美国普惠公司在 XTC—65发动机的验证机上采用了磁轴承，已通过了100小时的试验，日本的 Ebara公司研制的高温磁轴承在410℃下，连续、安全运行了2500小时，这是迄今为止世界上连续工作时间最长的高温磁轴承系统。面对美国的超前研究，并基于保持欧洲的空中优势和安全，经过紧急磋商后，1997年12月，欧共体组成了一个由5个工业发达国家(英国、德国、法国、奥地利和瑞士)参加的联合舰队，制定了3年的 AMBI(Active Magnetic Bearings in Aircraft Turbo—machinery)研究计划，该计划从1998年4月正式启动，具体的参加单位来自上述5个国家的3所大学、3个发动机公司和 l家磁轴承公司，该计划的目的就是要和美国争夺这个高技术领域的制高点，期望率先研制出用磁轴承支承的新一代航空发动机，抢占下个世纪的航空市场，保持欧洲的空中优势。

三、技术经济分析

 1、设备投入(含厂房、大型机电设备等) 

    机械加工设备(车、铣、磨、线切割)、 常规仪器仪表，安装、检验场地，动力电。

 2、产品成本(原材料来源、加工难易等)

    该项目所需的原材料可在国内市场购买，加工容易。

 3、产品标准，质量保证体系 

    按 ISO标准组织生产并保证质量。

 4、环保要求： 

    整个生产过程没有污染，没有特殊的环保要求。

 5、工艺路线：

    成熟可行。

 6、资金需求： 

 需要投资500万元。

 7、人员构成 

 技术和生产人员6人，财务和管理人员1人。

 8、经济分析 

 在国内建立一个生产磁轴承的专业公司，其特征是高技术、高效益、高附加值。年产值为2000万元左右，效益为1000万元左右。

 9、市场分析： 

国外一套磁浮轴承的售价约为3万美元，我们研制的磁轴承的售价为3万人民币。某数控设备制造公司，年产数控钻床 30台左右，每台需要4套滚动轴承，如果全部改用磁浮轴承，每年就需要120套，而且，国内同类厂家有50家左右。此外，国内很多大型机床以及其他设备上都急需用磁浮轴承取代传统的滚动轴承。根据上述分析，在开发初期，全国每年至少需要600套以上的磁浮轴承。按这个产量估算，在开发初期的年产值可达2000万元，税前利润为1000万元左右。以后每年递增。如能打入国际市场，经济效益更加明显。每年的效益和产值如下：

四、合作方式 

技术入股，联合开发，共同开拓市场，利益共享。

五、联系方式

南京航空航天大学    孔祥浩    科技开发办公室主任

电话：025-84892757      手机：13851550745       邮箱：std01@nuaa.edu.cn