[01709708]高速大功率磁悬浮电机关键技术研发及应用

高速电机具有功率密度高、体积小、动态响应快、直驱传动效率高等优点,在风机、涡轮泵、压缩机、涡轮发电机、电主轴、飞轮储能、卫星姿态陀螺等领域具有广阔的应用市场。由于高端轴承技术一直被瑞士、日本等国家封锁,我国的高速电机在转速、寿命等性能上较为落后,因此我国需要聚焦轴承未来发展方向,抢占未来轴承和高速电机技术的制高点。磁悬浮轴承具有无摩擦、无润滑、高速、长寿命、低噪音、低振动、低维护成本等优点,是未来最具潜力的轴承,因此磁悬浮电机技术不仅能打破外国轴承技术封锁,使电机向更高转速迈进、促进相关应用产业生产效率提高、性能和技术升级,而且能有效降低相关行业能耗,促进我国“碳达峰”和“碳中和”目标早日实现。 国内的磁悬浮轴承技术虽然已经在鼓风机、卫星姿态飞轮等领域得到了应用,但与国际磁悬浮轴承标准的A类指标之间还有一定的差距。本项目在国家自然科学基金（51405040）等项目的支持下,以高于国际磁悬浮轴承标准ISO14839的A类技术指标为目标,以最高转速50 000转/分、最大功率200kW、转子振幅小于10μm、控制系统灵敏度小于9.5dB、高稳定性、高可靠性为技术要求,开展高速大功率磁悬浮电机关键技术研发,主要技术内容如下： （1）磁悬浮电机的自适应混合机电模型控制技术：控制是磁悬浮轴承的核心技术,它决定着磁悬浮轴承性能的优劣,本项目的创造性核心控制技术包括：多模自适应混合控制技术;磁悬浮轴承干扰力实时补偿技术;基于振动补偿的不平衡力抑制控制方法;高速电机控制技术。 （2）磁悬浮电机的高可靠性技术：磁悬浮电机的可靠性决定其是否能够投入市场应用,本项目提高可靠性的关键技术包括：失稳后再悬浮控制技术;自动消除和恢复保护间隙的智能保护轴承技术。 （3）磁悬浮电机的工程应用关键技术：磁悬浮高速电机从技术研发走向产业化面临着很多关键技术和问题,本项目在应用与产业化中的关键技术包括：高可靠性磁悬浮高速智能电机设计技术;高可靠性磁悬浮轴承设计技术;磁悬浮高速电机转子设计与加工技术;在线远程调试的智能化控制器技术。 本项目形成了一系列的成果,包括授权发明专利6件,授权实用新型专利10件,登记软件著作权2件,发表论文9篇,其中SCI检索2篇,出版专著3部;研发的磁悬浮电机系列产品达到了国际ISO14839标准的A类技术指标,其中部分型号最高转速达到60 000转/分,部分型号最大功率达到350kW,转子五自由度最大振幅小于10μm,各型号电机控制系统灵敏度最大为9dB,具有良好的系统稳定性、可靠性以及抗冲击能力。相关技术和产品得到了中国中车、日立产机、武汉格瑞拓等多家大型企业的应用,累计创造经济效益超7000万元。本项目产品吸引了日本磁悬浮轴承Mutecs公司技术主管到项目组进行参观与交流,推动了我国高速大功率磁悬浮电机走向国际的步伐。本项目产品有效降低了应用行业的能源损耗,对我国发展低碳经济、节能减排、创建节约型社会起到了促进作用,取得了良好的社会效益。