现代工业中高速化是许多仪器设备发展的一个重要方向。以工具机主轴为例,从每分钟几千转,进展至目前的几万转,人们对于速度的要求似乎永无止尽,但速度的提升却常遭遇瓶颈;分析许多设备之速度瓶颈,常发现卡在轴承问题。
常用的轴承为接触式的滚珠轴承,摩擦问题不可避免,摩擦力不仅损耗能量及机件,也会生热,使机件因温升而变形,影响精度,甚至破坏整个设备。速度愈高,问题愈严重,通常配合适当的润滑以降低摩擦系数,来改善问题。为解决摩擦问题,透过非接触方式来支撑转子是未来必走的方向,唯有如此才能避免机件因相互接触产生耗损,进而达到高速化。
非接触式轴承主要有三类,一是空气轴承;第二类为流体轴承;三是被认为最具发展潜力的磁浮轴承,它是根据磁力作用的原理,借着磁场感应产生的磁浮力,将转轴悬浮起来,使得转子与轴承不互相接触。
相较于其它轴承,磁浮轴承拥有许多优点;首先,它几乎无任何旋转阻力,转子之转速可远高于其它轴承。第二,不需复杂的润滑系统或气压系统。第三,生命周期长,维修成本低。第四,可避免因摩擦所产生之噪音,如低噪潜艇。第五,可适用于非常低温或高真空状态等特殊工作环境,如外层空间。
目前磁浮轴承已实际应用在众多领域中:在商业应用方面,有发电机、涡轮压缩机、高速离心机、超真空帮浦系统、飞轮储能系统和磁浮式微型马达系统等;在工具机方面,已经有高速切削机、研磨机与精密加工等工具机问世;在运输系统,有磁浮列车;在生医工程,磁浮轴承已应用于人工心脏或心室辅助器;在航空太空工程,则有太空望远镜、人造卫星姿态控制用飞船及风洞实验应用等。
目前磁浮轴承的发展面临某些瓶颈;首先是磁浮轴承的成本高。第二个瓶颈是如何系统的设计磁浮轴承。最后,磁浮轴承的极限特性也值得重视。若能克服这些瓶颈,,磁浮轴承将会普遍应用于各个领域。