无轴承电机的研究和应用前景 

    

 

无轴承电机起源及发展

    在费拉里斯和特斯拉发明多相交流系统后，19 世纪 80 年代中期，多沃罗沃尔斯基发明
了三相异步电机，异步电机无需电刷和换向器，但长期高速运行，轴承维护保养仍是难

 

题。

    二次世界大战后，直流磁轴承技术的发展，使得电机和传动系统无接触运行成为可能，
但这种传动系统造价很高，因为铁磁性物体不可能在一个恒定磁场中稳定悬浮。主动磁轴
承的发明，解决了这个难题，但用主动磁轴承支承刚性转子要在 5 个自由度上施加控制

 

力，磁轴承体积大、结构复杂和造价高。

    20 世纪后半期，为了满足核能开发和利用，需要用超高速离心分离方法生产浓缩铀，
磁轴承能满足高速电机支撑要求，于是在欧洲开始了研究各种磁轴承计划。 1975 年，赫
尔曼申请了无轴承电机专利，专利中提出了电机绕组极对数和磁轴承绕组极对数的关系
为±1

 

。用赫尔曼提出的方案，在那个年代是不可能制造出无轴承电机的。

    随着磁性材料磁性能进一步提高，为永磁同步电机奠定了有力竞争地位。同时，随着双
极晶体管的应用，以及和柏林格尔提出的无损开关电路结合，能够制造出满足无轴承电
机要求的新一代高性能功率放大器。大约在 1985 年，具有快速和负载能力的功率开关器
件和数字信号处理器的出现，使得已经提出 20 多年的交流电机矢量控制技术才得以实际
应用，这样解决了无轴承电机数字控制的难题。瑞士苏黎世联邦工学院的比克尔在这些科
技进步的基础上，于 20 世纪 80

 

年代后期才首次制造出无轴承电机。

    几乎与比克尔同时，1990 年日本 A.Chiba

 

首次实现磁阻电机的无轴承技术。

    1993 年，苏黎世联邦工学院的 R.Schoeb

 

首次实现交流电机的无轴承技术。

    无轴承电机取得实际应用，关键性突破是 1998 年苏黎世联邦工学院的巴莱塔研制出无
轴承永磁同步薄片电机，电机结构简单，大大降低了控制系统费用，在很多领域具有很

 

大应用价值。

    2000 年，苏黎世联邦工学院的 S.Sliber 研制出无轴承单相电机，再一次在无轴承电机
研究历史上前进了一步，降低了控制系统的费用，使得无轴承电机实际应用不仅仅是可
想的，而且是经济的。无轴承电机像机械轴承支承的电机一样简单，电气控制系统并不复
杂，在很多领域采用无轴承电机也很经济。我们认为在不久的将来，这种技术在中国将取

 

得广泛的应用。

    

 

无轴承电机特点及应用

    无轴承电机是根据磁轴承与电机产生电磁力原理的相似性，把磁轴承中产生径向力的
绕组安装在电机定子上，通过解耦控制实现对电机转矩和径向悬浮力的独立控制。无轴承
电机具有磁悬浮磁轴承所有优点，需要免维修、长寿命运行，无菌、无污染以及有毒有害