磁悬浮轴承的发展历史

1842年，英国剑桥大学的恩休(Eamshaw) 提出了磁悬浮概念，并证明了铁磁体不可能仅由另一个永久磁铁支承而在六个自由度上都保持自由、稳定的悬浮，必须至少有一个自由度被机械或其他约束所消除。经过近一个世纪的研究及其他科学技术的发展，1937年，肯珀(Kemper)申请了一项有关悬浮支承的专利，其构成了之后开展的磁悬浮列车和磁悬浮轴承研究的主导思想。1938年肯珀采用电感式传感器和电子管放大器做了一个可控电磁铁，对一个重量为2 100 N的物体成功实现了稳定磁悬浮，这就是磁悬浮列车的雏形。在同一时期内，美国弗吉尼亚大学的比姆斯（Beams）和霍姆斯(Holmes)采用电磁悬浮技术悬浮小钢球，通过钢球高速旋转时能承受的离心力来测定试验材料的强度，所达到的旋转速度高达1.8x106 r/min，这可能是世界上采用磁悬浮技术支承旋转物体最早的应用实例。

伴随着现代控制理论和电子技术的飞跃发展，从20世纪60年代初，国际上磁悬浮轴承在空间技术中最先开展应用。美国德雷伯实验室首先在空间制导和惯性轮上成功地使用了磁悬浮轴承。1969 年，法国军部科研实验室开始对磁悬浮轴承进行研究，并在1972年，将第一个磁悬浮轴承用于卫星导向轮的支承上。20世纪60年代后，美国、日本、法国、前苏联等国家纷纷开始进行主动磁浮轴承的研究工作，这一时期的工作为以后的实践打下理论基础。

20世纪70年代后，随着大规模集成电路、新型永磁材料的出现和科技发展的迫切需要，磁悬浮技术迅速发展，并在许多领域得到应用，如机械工业领域中各种高速旋转机械包括各类机床、涡轮分子泵、高速离心机、涡轮发电机、液氦泵等。1977 年，美国麻省理工学院的林肯实验室设计并制造了一种用于宇宙飞船动量或能量储存飞轮的磁悬浮轴承。1976年，法国SEP公司和瑞典SKF轴承公司共同投资建立的S2M公司，在1981年的Hanover欧洲国际机床展览会上，首次推出B20/500磁浮主轴系统，并在35 000 r/min下进行了现场钻、铣削表演，该公司还在1983年的第5届欧洲机床展览会上展出了系列磁浮轴承和其支承的机床主轴部件。1983年，美国航天飞机的欧洲空间舱内安装了采用磁悬浮轴承的真空泵。1986 年，日本在H-1型火箭上进行了磁悬浮飞轮的空间试验。1994 年，Meeks 等人为航空发动机设计了两代航空用的磁悬浮轴承，转速达到了24 000r/min，轴承环境温度达到了420 ℃左右。1997 年前后，美国德雷伯实验室又报道了一系列有关航空发动机用的高温磁悬浮轴承研究成果，成功地研制了能够在510 ℃高温下工作的磁悬浮轴承系统，研制的高温磁悬浮轴承在单轴发动机的模型转子上成功地进行了实验。

国内从20世纪80年代初开始研究磁浮轴承技术。1980年清华大学开始对磁浮轴承的稳定性进行研究；1981年上海微机电研究所研制了用于径向、轴向主轴的磁浮轴承：1986年广州机床研究所与哈尔滨工业大学首先对“磁力轴承的开发及其在FMS中的应用”这一课题进行了研究。目前在国内许多科研院校，如清华大学、武汉理工大学、北京航空航天大学、上海大学、南京航空航天大学、西安交通大学、江苏大学、国防科技大学、浙江大学、山东大学等都在开展磁悬浮轴承方面的研究。其中，清华大学主要进行磁悬浮轴承在高温气冷堆中的应用、磁悬浮储能飞轮、磁悬浮高频电主轴和柔性转子控制器等方面的研究；武汉理工大学研究了磁悬浮高速硬盘的关键技术；上海大学主要进行磁悬浮高速电主轴及智能磁悬浮轴承的研究；国防科技大学侧重于磁悬浮储能飞轮的研究；浙江大学主要进行主动磁悬浮轴承控制、转子在轴承失效后坠落过程中的瞬态响应和高温超导磁悬浮轴承等方面的研究；山东大学主要针对电主轴用磁悬浮轴承的结构、控制及传感器进行研究，还针对轴流式人工心脏泵系统设计进行了研究；南京航空航天大学的研究重点是磁悬浮高速电机和磁悬浮轴承在航空发动机中的应用等；北京航空航天大学主要进行磁悬浮飞轮用磁悬浮轴承的研究，西安交通大学主要针对高温超导磁悬浮轴承、主动磁悬浮轴承的结构设计、控制器和动力学特性等进行研究；江苏大学主要针对电主轴用交流磁悬浮轴承的结构及控制进行研究，并且对人工心脏泵用的永磁悬浮轴承的结构及性质进行探讨。

国内高校的研究和企业的结合，目前在风机、泵类、压缩机等设备实际应用中取得了重大突破，但是与国际相比，在高端应用（高性能机床、储能飞轮等）市场还有差距，工艺和可靠性问题仍待进一步加强。