磁懸浮電機替代傳統電機的技術經濟可行性分析

邱文俊

摘要：磁懸浮電機采用無接觸式磁軸承，避免了轉子與定子間的摩擦造成的功率損失，在使用成本方面，磁懸浮電機降低了維護過程的費用，同時避免了轉子磨損情況，大幅度的提升了電機的使用壽命，與此同時，較小的摩擦功損失提升了電機的能量轉化效率，提升了電機的使用經濟性，通過將磁懸浮電機目前技術現狀、使用成本與使用限制等因素的分析，得出結論，在使用效果與經濟性方面，部分領域磁懸浮電機相比傳統電機具有一定的優勢。

關鍵詞：磁懸浮電機；技術；經濟性；可行性分析

1 緒論

磁懸浮電機是磁懸浮軸承電機的簡稱，磁懸浮電機與傳統電機的最大差別在于，磁懸浮電機采用磁懸浮軸承，代替傳統電機中的滾珠軸承或浮動軸承，在使用過程中，磁懸浮電機的轉子不與定子發生相對滑動，因此可以降低因滑動摩擦造成的功率損失，同時在維護時也無需額外對運動面進行潤滑維護，但是磁懸浮電機對溫度要求較高，過高的溫度會導致磁懸浮軸承失穩，影響轉子正常運行，同時，磁懸浮軸承需額外消耗電能，以維持其懸浮能力，磁懸浮電機是否能夠代替傳統電機，有必要從技術與經濟方面開展可行性分析。

2 磁懸浮電機應用優勢分析

磁懸浮電機作為一種新型的電動機形式，一經推出即得到了良好的市場反饋，以下針對磁懸浮電機的應用優勢開展分析。

（1）節能高效。在傳統電動機日常使用的能量損耗中，摩擦損失占總能量損失的45%左右，較大的能量損失除了降低電動機的能量轉化能力外，也使摩擦副長期處于高速摩擦狀態，大量機械能轉化為熱能，嚴重影響了電動機的使用效能和設為可靠性，摩擦副作為電動機的易損部位，其使用壽命往往也決定了電動機的使用壽命，成為限制傳統電機壽命提升的“短板”，為了應對這一情況，磁懸浮電機采用磁懸浮軸承，消除了因摩擦造成的能量損失和熱量積聚，以最為常見的磁懸浮水冷機組為例，滿負荷運行時，其能量轉化率較傳統電機高約35%左右，具有顯著的節能高效特點。

（2）維護成本低廉。電動機作為運動部件，需要定期的進行清潔與維護，維護工作的重點一般在于潤滑油脂的補充、更換與易損部件的更換，在潤滑油脂的更換過程中，有時還應當根據電動機的實際使用狀況，對油道進行清潔，一般潤滑保養為常規保養，而油道清潔保養為特殊類型的保養，不論哪種保養類型，均會造成一定時間的電動機停機，影響電動機的使用效能，造成使用成本的提升，采用磁懸浮電機，因轉子與定子間的接觸部分較少，且主要軸承位置采用完全非接觸結構，大大減少了摩擦副的數量，從而降低了因摩擦造成的機械損傷，因此在很大程度上免去了潤滑保養的工作，同時，磁懸浮電動機因潤滑位置較少，在設計時避免了復雜的油道布置，從而免去了油道清潔的工作，大大降低了維護保養的時間及成本。

（3）系統耐久性好。耐久性是衡量電機長期穩定運行能力的重要評價指標，行業要求一般工程類電機可以穩定連續運行500小時以上，3年能量損失不得高于15%，但是這一標準很難滿足如人工心臟、呼吸機等重要設備的電動機使用需求，傳統電動機因油道內參與油液的積累，在長期運行后，能量損失最高可高達25%，隨著連續運轉時間的增加，電動機溫升明顯，內阻增大，導致效率顯著下降，連續運行1000小時以上，最大效率損失可達70%。為了驗證磁懸浮電機的連續、長期運轉能力，針對某人工心臟內的小型磁懸浮電機開展了耐久試驗，結果表明，磁懸浮電機可以連續800小時無功率損失運行，連續1500小時可以達到90%最大效率運行。磁懸浮電機展現了良好的耐久性，優于傳統電機。

3 磁懸浮電機的劣勢分析

磁懸浮電機作為一種新型的電機形式，其本身設計還存在諸多不足之處，以下針對磁懸浮電機的一些缺陷開展分析。

（1）部署成本高。磁懸浮電機雖在摩擦副的數量方面少于傳統電機，但因磁懸浮軸承的存在，加之技術新穎性較高，其部署成本遠高于傳統電動機，以某壓縮機內的磁懸浮電動機為例，較傳統電動機而言，部署磁懸浮電機的成本高出約20%，高出的成本幾乎抵消磁懸浮電動機的使用成本優勢。

（2）結構較為龐大。磁懸浮電動機需要通過磁懸浮軸承，實現轉子與定子的完全分離，磁懸浮軸承的原理是通過低阻抗線圈，實現電磁鐵的均勻磁斥力，以保證轉子的懸浮，其核心在于電流溫度的電磁線圈。為了保證磁懸浮軸承中的電磁線圈電流量均勻，需要嚴格控制電磁線圈的溫度，因此需要配套的冷卻設備，與大多數傳統電動機采用的風冷方式不同，考慮到空氣冷卻的不均勻性，磁懸浮電動機為了滿足冷卻需求，一般采用水冷的方式，在電機附近，配備專用水冷循環設備，結構較為龐大。

（3）設備修復難度大。磁懸浮電動機主體結構較傳統電動機簡單，其核心部件為磁懸浮軸承，磁懸浮軸承中的電磁線圈一般采用低阻抗的高純銅或銀質導線，若出現引線斷裂，低阻抗導線重新連接會導致部分區域內阻的變化，從而影響磁斥力的穩定性，因此磁懸浮軸承一般無法進行常規修復，而磁懸浮電動機主體結構中，磁懸浮軸承占總成本的50%以上，磁懸浮軸承的損傷一般意味著整機的報廢，磁懸浮軸承修復難度大、部署成本高導致其難以在大范圍內推廣。

4 可行性分析

通過以上對磁懸浮電機優劣勢的分析，可以發現，磁懸浮電機作為一種新型的電動機形式，其本身具有節能高效、維護成本低、耐久性好等優勢，但是也存在部署成本高、結構龐大、設備修復難度大等不利之處，綜合對比發現，在現有技術條件下，磁懸浮電機可以在重要醫療器械、重點部位壓縮機等需要連續、長期輸出穩定動力的設備中得到應用，而對于一般工農業生產、民用家電等低技術領域，因磁懸浮電機部署成本高等不足，目前而言還不足以代替傳統電動機。

5 結論

磁懸浮電機通過創新性的磁懸浮軸承設計，大幅減少了電動機中摩擦副的使用，從而減少了因摩擦造成的功率損失，同時接觸部位的減少也降低了設備的維護成本。但磁懸浮電機作為新興產品，其部署成本較高，目前一般適用于對可靠性要求較高的領域，相信在不遠的將來，隨著磁懸浮電機技術的進一步發展，磁懸浮電機可以得到更加廣闊的應用。

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