高溫超導磁懸浮軸承的發展現狀及前景

許吉敏，張 飛，金英澤，張 帆，袁小陽

(西安交通大學 現代設計及轉子軸承系統教育部重點實驗室，陜西 西安 710049)

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高溫超導磁懸浮軸承的發展現狀及前景

許吉敏，張 飛，金英澤，張 帆，袁小陽

(西安交通大學 現代設計及轉子軸承系統教育部重點實驗室，陜西 西安 710049)

第二類高溫超導體的磁通釘扎效應使得超導體在外加磁場中無需主動控制而能穩定懸浮。利用這種無源自穩定懸浮特性，高溫超導磁懸浮軸承可以實現部件之間無機械摩擦的高速相對運動，在旋轉機械、飛輪儲能和交通運輸等方面展現出了良好的應用前景。近年來，高溫超導磁懸浮軸承的發展在世界范圍內取得了令人矚目的成就，軸承的設計思想、結構和應用環境都得到了相應的拓展。從結構特征角度綜述了近年來國內外超導磁懸浮軸承樣機的發展現狀，重點介紹了西安交通大學的超導磁液復合軸承結構及其在液體火箭中的應用方案；結合該領域的研究現狀探討了超導磁懸浮軸承有待研究的問題和應用前景，指出超導軸承應向復合支撐方向發展以利于推進應用。

釘扎；無源自穩定；高溫超導磁懸浮軸承；發展現狀；應用前景

1 前 言

軸承作為旋轉機械中關鍵的功能保障部件之一[1]，其在機械傳動過程中除支撐外，最主要是用來減小部件之間因相對運動產生的摩擦和磨損[2]。一般來說，固體與固體之間的摩擦系數約為0.1～1，固體與液體之間摩擦系數約為10-4～10-3，固體與氣體之間摩擦系數小于10-4。根據已有的基礎摩擦學知識可知，磁懸浮軸承通過磁力作用將轉子懸浮在空間中，可以最大程度上降低轉子和定子系統的摩擦磨損[3]。電磁懸浮軸承是一種吸力型軸承，具有本質不穩定性，需要一套復雜的反饋控制系統及算法才能有效解決穩定性問題[4]。永磁懸浮軸承雖然結構簡單，但單靠永磁體無法保證轉子5個自由度上的穩定懸浮，一般需要和主動控制軸承配合使用[5]。

近年來，隨著液氮溫區高溫超導材料的發現[6]，超導技術及其應用都得到了長足的發展。以釔鋇銅氧超導體為例，其內部存在各種與相干長度相近的晶體缺陷[7]，磁通線或磁力線束在這些缺陷位置會出現被捕獲的磁通釘扎現象[8]。利用超導體的抗磁性及這種磁通釘扎特性，高溫超導磁懸浮軸承(SMB)可以實現被支撐部件的穩定懸浮。由于摩擦小、轉速高，SMB在旋轉機械、儲能飛輪和運輸系統中的應用研究非?；钴S，原理模型和全尺寸軸承樣機推陳出新，成果豐富。1987年，康奈爾大學首先研制出了SMB，該軸承轉子重量為5 g，轉速10000 rpm[9]。之后康奈爾大學與阿貢實驗室對SMB進行了較為系統的基礎性探索工作，涉及超導軸承的材料、結構、性能優化等，在1992年便創下了最高轉速520000 rpm的紀錄[10]，摩擦系數僅為10-7。目前多個國家已經宣布研制出了面向不同應用領域的全尺寸SMB樣機。隨著超導材料性能的改進和軸承結構的創新，SMB進入實用化的障礙將愈來愈少。

2 國內外發展現狀

SMB的基本原理可以通過一個高溫超導體和永磁體相互作用的軸對稱模型來表征，材料特性和軸承結構對SMB的性能影響較大。

2.1 超導材料懸浮力和摩擦性能的相關研究

單塊永磁體和單塊超導體之間的電磁相互作用力是SMB穩定運行的基礎，相關研究一直是超導領域的基礎性研究主題并得到了廣泛的關注。蘭州大學張興義對各種條件下的超導磁懸浮系統的電磁作用力進行了大量實驗研究，涉及準靜態情形下系統懸浮力和橫向力時間弛豫特性[11,12]以及懸浮系統在外加激勵作用下懸浮體受力和懸浮中心隨時間漂移的特征[13]。相對于理論模型預測精度的限制，高精度磁力測試儀所獲取的結果更有應用價值。特別是超導體晶疇生長的隨機性，理論模型分析結果往往相差甚遠。構建SMB時大多選擇單疇超導體并保證足夠的實測磁懸浮力密度。以目前的發展水平，磁懸浮力密度應保證在10 N/cm2(零場冷，1 mm左右最小間隙，0.5 T外磁場)以上。用于磁力測試的儀器從最初的一維已發展到三維，楊萬民小組研發的三維測試儀，可同時測量垂直方向懸浮力和側向回復力，并能通過霍爾探頭實現捕獲磁通的測量[14]。對于微小間隙下的超導塊材磁力測試需求，袁小陽小組提出并制作了適用于100 μm以下間隙的磁力測試儀[15,16]，采用手動代替伺服電機來精細調節小范圍內超導體和永磁體之間的間隙。

若SMB進入工程應用，其載荷狀況將數倍惡劣于樣機和試驗裝置，因沖擊載荷或失超[17]導致的軸承碰磨現象將不可忽視。目前關于高溫超導材料摩擦學性能的研究鮮有報道，其摩擦學機理尚需深入研究。超導體在臨界轉變溫度上下的摩擦學特性呈現出了奇特的現象，大氣環境下YBCO摩擦系數基本穩定，而在液氮環境中摩擦系數會急劇降低[18]。Dayo等[19]認為摩擦以電子-空穴對的擴散散射和聲子產生兩種能量耗散的形式存在，當材料處于超導態時，電阻為零，電子對摩擦的貢獻降到最低，因而摩擦系數會急劇降低。李長生小組[20,21]對Y系和Bi系高溫超導體的常溫和低溫摩擦學性能進行了較為系統的實驗研究，提出摻雜Ag來提高超導體摩擦學性能的方法。Ag添加到超導體中可以抑制裂紋萌生和擴展，并可在摩擦作用下向表面轉移形成Ag的轉移膜，起到減摩的作用。

超導材料的基礎性理論和實驗研究支撐了SMB樣機的研發，在這方面國內外的發展水平相當。

2.2 典型結構SMB的發展現狀

典型結構SMB主要由超導定子和永磁轉子兩部分構成，按照懸浮力方向與轉子軸線方向是否平行，SMB可以分為軸向型和徑向型兩種，如圖1所示[22]。

圖1 軸向型SMB(a)和徑向型SMB(b)[22]Fig.1 Schematic of axial-type SMB (a) and radial-type SMB (b) [22]

表1對兩種類型SMB結構和性能進行了比較。軸向型SMB的平板式結構使超導定子可以由多塊超導塊材幾何組合而成，制作相對容易。徑向型SMB中超導定子的制備工藝要復雜的多，原因在于超導材料的機械加工性能差，需要采用多個圓弧瓦塊拼裝成環形定子。

表1 軸向和徑向型SMB結構和性能比較

2.2.1 軸向型SMB

軸向型SMB的結構簡單、研制門檻較低，樣機的研制非?；钴S。其中以美國波音公司與阿貢實驗室聯合研制的樣機最具代表性[23,24]，如圖2所示。該軸承定子由若干六邊形塊狀YBCO塊材拼湊而成，塊材的邊長約為36 mm、厚度4.5 mm，捕獲磁通3900～4600 Gs(77 k)。波音將其應用于10 kWh級飛輪儲能系統中，轉速最高達到了23675 rpm，整個系統損耗低于總儲能的0.1%/h，軸向剛度144 N/mm、徑向剛度69 N/mm，在同級別飛輪儲能占領先地位。

圖2中的永磁轉子包含3個拼裝永磁環，永磁環由多個徑向磁化的永磁弧段拼接而成，是一種磁通型(FS)轉子。巴西里約熱內盧大學提出了一種軸向磁化型(AM)永磁轉子[25]，拼接的永磁弧段軸向磁化，如圖3所示。相鄰兩磁環之間同極相配以提高軸向磁通梯度，從而提高懸浮力和剛度。但相比之下，FS型轉子質量要輕，磁通連續規則、損耗低。

圖2 波音SMB的定子(a)和轉子(b)[24]Fig.2 Stator (a) and rotor (b) of Boeing SMB[24]

圖3 軸向磁化型永磁轉子[25]Fig.3 Axial-magnetization type permanent rotor stator[25]

日本鐵路技術研究所提出利用超導線圈和塊材構建SMB的設想并制作了實驗模型[26]。定子由直徑120 mm的NbTi超導線圈構成，由4K-GM制冷機直接冷卻，最大磁場5 T。轉子由兩塊D60 mm×h20 mm的GdBCO組成，由旋轉杜瓦中的液氮直接冷卻。1000 rpm時軸向承載力可達2500 N，遠大于同尺寸永磁-超導型SMB的承載力。Arai等[27]制作了一個類似的小型超導飛輪儲能系統，如圖4所示。其轉子由2個SMB支撐，通過磁力聯軸器與電機聯接。SMB的定子是采用BSCCO線材繞制的電感線圈。轉子由直徑140 mm/80 mm的GdBCO塊材構成。定子和轉子的溫度維持在12 K以下，懸浮力最大為73 N，超導線圈中的電流最大達到了60 A，轉子轉速超過2000 rpm。這種獨特的定轉子結構設計思想對于發展全超導磁懸浮軸承、充分利用冷卻源、提高超導軸承承載力有較為突出的參考價值。

圖4 采用超導線圈和塊材的飛輪儲能系統[27]Fig.4 Flywheel energy storage system using superconducting coil and bulk superconductors[27]

國內關于SMB的研究起步較晚，比較有代表性的軸向SMB是2009年西南交通大學研制的雙軸向SMB飛輪儲能樣機[28,29]，如圖5所示。2.4 kg的轉子通過上置式SMB和下置式SMB同時懸浮支撐。兩軸向SMB的定子均由7塊直徑30 mm、厚度18 mm的圓柱形YBCO塊材組成，轉子為3塊軸向磁化的圓柱形永磁體重疊構成。轉速最高3000 rpm，軸向懸浮力和側向回復力分別為79.2 N、9.7 N。

圖5 雙軸向型SMB樣機[28]Fig.5 Double-axial superconducting bearing prototype[28]

2.2.2 徑向型SMB

徑向型SMB主要面向于臥式結構轉子系統的承載，其研制難度大于軸向型。原因在于圓環超導定子制備困難，如何將脆性的高溫超導塊材通過加工、拼接成圓環是關鍵之一。德國、日本、韓國、英國、中國等都有相應的徑向SMB軸承樣機問世，面向電機、飛輪儲能、低溫液體泵等應用場所。

2006年德國耐克森公司、布倫瑞克大學及西門子公司合作研制了應用于4MVA超導發電機的高溫超導徑向磁力軸承[30]。該軸承直徑300 mm、懸浮剛度5.1 kN/mm，其超導定子是由270塊YBCO正方形塊材拼接而成。徑向承載力和轉速分別達到了6900 N、3600 rpm，第一次實現了SMB的工業級應用。

德國ATZ公司2001年研制出采用徑向型高溫超導軸承的激光偏轉多邊形檢測儀，最大轉速達到了17400 rpm[31]。之后2009年研制出了采用55塊超導體的徑向超導軸承[8]，徑向負載力達到了4700 N(72 K)、剛度達到了1.8 kN/mm(72 K)；軸向負載力達到了10080 N、剛度達到了4.5 kN/mm(72 K)。該軸承的熱沉設計成了雙壁環形容器結構，既可以在外壁安裝冷卻頭傳導冷卻，也可填充液氮冷卻。該軸承具有占用空間小、懸浮力和剛度大、損耗小等優點，基本代表了徑向型SMB的發展水平。韓國電力研究院對徑向SMB在飛輪儲能系統中的應用進行了深入的研究。2001年設計的SMB使飛輪轉速達到了67000 rpm[32]。2007年更使飛輪轉速達到了驚人的51000 rpm[33]，儲能337 J，能夠在無電壓輸入的情況下正常運行3.33 h。2007年韓國在歐洲應用超導會議上首次公開了迄今最大飛輪儲能項目100 kWh級徑向SMB的研究[34]，該軸承定子由80塊矩形超導體拼接而成。英國劍橋大學[35]提出了一種新型全超導徑向軸承，如圖6所示，轉子和定子均為超導材料。超導轉子通過脈沖線圈先行磁化，捕獲磁通梯度達到了1.5 T，遠大于永磁體磁場梯度，超導定子和超導轉子之間的懸浮力密度達到了100 N/cm2。

圖6 劍橋大學的全超導徑向型SMB [35]Fig.6 A novel fully superconducting radial-type SMB in Cambridge University[35]

在國內，2011年西南交通大學研制出了用于低溫液體泵的徑向SMB[36]，超導定子由6塊長方形YBCO構成，轉速最高達到了3801 rpm，徑向剛度約為80 N/mm。中國科學院電工研究所張國民小組2014年為超導飛輪儲能系統研制了徑向型超導軸承[37]，如圖7所示。其定子由32塊弧形瓦拼接成4條超導環，并內嵌在兩層銅壁之間，采用液氮冷卻。最大懸浮力約為100 N，徑向剛度約為25 N/mm。

圖7 中科院的徑向型SMB定子(a)和轉子(b)[37]Fig.7 Stator (a) and rotor (b) of radial-type SMB in Chinese Academy of Sciences[37]

整體來說，國內在SMB的應用方面與國際先進水平有一定差距，關鍵性能指標并不出色，很大程度上受限于先進機械加工手段的應用。

2.3 超導混合磁力軸承的發展現狀

SMB是一個低阻尼系統，共振頻率低。通常希望SMB工作在較高的轉速下，如飛輪儲能、低溫泵等。因此需要提高SMB系統的阻尼及剛度，使其順利通過共振頻率且具有較好的抗沖擊能力。有研究者提出將SMB與PMB(永磁懸浮軸承)或AMB(電磁懸浮軸承)相組合，形成超導混合磁力軸承系統，以提高軸承承載性能和剛度特性。

日本Komori等制作了2AMB+2SMB樣機[38]，徑向SMB提供懸浮力以支撐轉子，AMB用以提高剛度抑制振動。轉速最高可達63000 rpm，徑向振動小于30 μm。Murakami等提出了一種PMB+SMB組合的飛輪儲能系統[39]，如圖8所示。該系統可儲能10.6 J，轉速可達5000 rpm。

圖8 PMB+SMB組合飛輪儲能系統[39]Fig.8 Flywheel energy storage system using PMB and SMB[39]

中國科學院電工研究所在20世紀90年代末便開展了超導混合磁力軸承的研究，與國際基本保持了同步。方家榮等[40]提出了一種立式永磁有源超導混合磁力軸承(PASMB)，采用PMB用以軸向卸載，一個SMB提供穩定懸浮力，一個AMB提高徑向剛度和阻尼，從而滿足大載荷、高剛度、高阻尼的工業級應用需求。此外，2006年國家“863”課題“基于主動電磁和高溫超導組合軸承的高速飛輪儲能系統”也面向發展超導混合磁力軸承。

整體來說，超導混合磁力軸承還是利用同性質的磁力來提高軸承性能。由于磁場固有的遲滯特性，軸承的剛度性能難以得到大幅的提升。此外，這種靠增加軸承數目的方法，一定限度上也增加了系統復雜性同時也減低了可靠性。

2.4 西安交通大學提出的超導磁液復合軸承

目前所發展的SMB大部分面向于飛輪儲能系統的應用前景，限制其發展的原因一方面是軸承性能本身的缺陷，另一方面是SMB穩定工作所需的低溫環境帶來能量的入不敷出。如果系統中具有天然低溫環境，則可大大節省冷卻成本。20世紀90年代，美國NASA工作人員[41]和日本部分研究者[42]對SMB應用于液體火箭發動機的可行性進行了研究。1993年Decher R撰文討論了將SMB與滑動軸承組合應用于火箭渦輪泵的可行性[43]。日本超導國際技術研究中心于2006年9月27日公布的一份產業化報告書“プロジェクトの詳細説明資料事業化について(超電導バルク製造)”中提到，超導將應用于火箭的渦輪發動機。目前火箭渦輪泵中所用軸承主要為滾動軸承，由于滾動軸承自身結構的影響，渦輪泵的最高轉速也受到一定的限制，制約了火箭運載能力的提升。因此采用新型軸承來替代滾動軸承是一種發展趨勢。

近年來，西安交通大學袁小陽課題組在國家自然科學基金“超導磁斥力與液膜力復合新型軸向徑向聯合軸承的建模和實驗”項目的資助下，以新一代液體火箭發動機為應用前景，提出了一種超導磁液復合軸承方案[44,45]，如圖9所示。

該軸承最大特色在于一種可稱為“超導可傾瓦”的結構，即圓形或扇形超導瓦，其安裝方式不同于典型SMB中的固定安裝方式，它安裝在可產生彈性變形的碟簧和可傾支點上?？蓛A瓦軸承結構在工程中應用廣泛，一般認為其具有天然穩定性，可以增強轉子高速穩定性。工作時，低溫燃料被泵入軸系中，浸泡在低溫介質中的超導復合軸承在高速旋轉的永磁體推力盤的作用下，除了超導磁力，還有因瓦塊輕微擺動產生的流體動壓力。

圖9 超導磁液復合軸向(a)和徑向(b)軸承方案[44]Fig.9 Structural diagram of axial-type (a) and radial-type (b) superconducting compound bearing[44]

火箭的燃料一般以過冷狀態儲存在燃料箱中，液氧和液氫溫度分別約為70 K和30 K，能使高溫超導體冷卻良好。此外液體燃料作為潤滑介質，在超導瓦與推力盤之間形成液膜以承載。基于此，該軸承實現了超導磁力與動壓液膜力的復合。超導磁力可保證在火箭啟停階段無接觸摩擦(超導)，動壓液膜力則可保證穩定運行階段的高剛度要求。

圖10為超導磁液復合軸承在火箭渦輪泵中的應用方案。該軸承轉子系統采用超平衡設計，即正常狀態下平衡裝置平衡力Fp大于軸承力Fz與葉輪力Fy之和。優勢在于：當火箭啟動瞬間，產生一個向上的加速度(5 g)，平衡力不能平衡這個沖擊載荷，雙向推力軸承的軸承力反向，以避免直接碰磨。該軸系軸向采用一個雙向推力超導磁液復合軸承，徑向采用2個徑向型超導磁液復合軸承，不再采用存在機械摩擦的滾動軸承。

圖10 超導磁液復合軸承在火箭渦輪泵中的應用[44]Fig.10 Application scheme of superconducting compound bearing in rocket engine[44]

復合軸承兼具了超導軸承摩擦小和動壓液膜軸承剛度大的優點，對于發展新一代高速火箭渦輪泵有價值。值得注意的是，超導磁液復合軸承還存在一個“尺寸”問題：由于低溫燃料的低粘特性，高速下動壓液膜軸承的膜厚經計算在20～50 μm左右，而高溫超導材料是一種金屬陶瓷，機械加工性差，所能達到的表面粗糙度與膜厚數量級相同，使得這種超導磁液復合軸承的應用存在一定的困難。因此提出采用添加銅套來解決這個問題，將超導瓦塊安裝在銅套之中。由于銅是非磁性材料，不會影響磁通線的分布，對超導磁場的影響有限。銅的加工性能優良，表面粗糙度可以做到遠低于膜厚數值，并使得可傾支點的安裝更方便。

3 有待研究的問題

通過對SMB發展現狀的調研和分析發現，自從1987年康奈爾大學首先研制出轉速10000 rpm的樣機，近20年來SMB的發展遲緩，未有重大突破。原因在于SMB的性能沒有提高到可以大規模工業應用的級別，軸承材料、結構、應用等方面還有待深入研究，具體來說：

(1)高性能超導軸承材料的研制。對現有的Y系超導材料來說，制備高性能大尺寸單疇塊材仍是全世界范圍內的熱點和難點問題。雖然法國報道其制備了直徑100 mm左右的單疇，但工藝的可重復性差，距離大批量的制備還很遙遠，原因在于：YBCO層狀生長機制導致生產速度極慢，而YBCO的生長窗口很小，使得生長前沿容易再形核破壞晶疇的長大；制備過程中添加的Y211粒子長大阻礙了單疇的生長；生長前沿液相流失，迫使123單疇停止生長。此外，高溫超導體中固有的磁通蠕動現象會進一步減弱SMB的承載性能，永磁轉子中的渦流損耗會使得轉速逐漸減小[46]。因此有必要對已有高溫超導塊材的制備工藝進行改善，并致力于新型超導軸承材料的開發，同時提高材料的機械加工性能；

(2)軸承材料的摩擦學性能和SMB的失超保護研究。SMB進入工程應用后，因沖擊載荷或失超導致的軸承碰磨現象不可忽視。高溫超導材料在液氮溫區呈現出了減摩效應甚至超滑，應該得到足夠的重視。SMB的穩定運行需要極低的低溫，一旦失超，軸承將發生機械摩擦，室溫下的超導軸承材料摩擦磨損嚴重，會帶來系統安全性的急劇降低，因此有必要加強對SMB失超保護的原理、結構等方面的研究；

(3)SMB動態特性表征和高速穩定性研究。在傳統的軸承轉子動力學中，軸承的動力特性可以通過剛度、阻尼系數來表征，從而建立系統動力學模型，研究轉子系統的高速穩定性。SMB雖然有剛度和阻尼系數的簡單定義，但一般表述認為SMB始終是無源自穩定的，很少關注SMB的高速穩定性或者說這種穩定性的研究手段缺乏，有必要發展并深入研究；

(4)復合型軸承結構的實驗驗證。原理上來說SMB與PMB、AMB和液膜軸承的復合可以提高軸承的性能，但這種復合有時候是耦合的，兩兩之間的關系和影響不夠明確，一方面需要加強理論研究，更多的是需要實驗去發現問題并驗證相應的理論。

4 應用前景

目前所開發出的SMB樣機大部分都是面向飛輪儲能系統。由于摩擦系數極低的SMB可以大大降低儲能系統的能量損耗，可以預見這一熱門應用將一直持續。近年來SMB的應用前景范圍在大量研究者的努力下不斷拓寬，總結來說還有：

(1)具有天然低溫環境的旋轉機械，如液體火箭發動機、低溫液體泵等[47]。自帶的低溫環境為SMB的穩定運行提供了必要的工作溫度，簡化了軸承結構。在目前超導材料的技術限制下是一種成本較為低廉的應用。此外，這些機械中的低溫液體可以充當液膜軸承的潤滑劑，實現超導磁力與液膜力的復合，提高軸承的承載性能和動力學性能。理論上說，這種磁液復合軸承距離應用已不遠；

(2)太空和深空應用。太空中固有的低溫環境也使得SMB具有明顯的優勢。利用SMB實現高速旋轉可以提供旋轉能量和角動量，實現衛星的能量儲存與姿態控制一體化[48]；

(3)其他旋轉機械，如紡織機械[49]等。德國Sparing等采用SMB來降低紡紗過程中因摩擦產生的熱量，并使轉軸的轉速達到了11000 rpm，提高了紡紗效率。

整體來說，低摩擦、高速的SMB具有巨大的潛在工業應用價值。

5 結 語

本文從原理和結構特征角度綜述了近年來國內外超導磁懸浮軸承樣機的典型研究成果，結合發展現狀探討了領域內的熱點和應用前景，形成以下結論：

(1)高溫超導材料的磁懸浮密度目前最高約18～20 N/cm2(0.5 T，77 K)遠低于理論預估最高值，且機械加工性差，制約了SMB承載性能的提升，需要從制備工藝和新材料開發角度提高材料性能；

(2)SMB的動力特性應與轉子動力學結合研究，對超導材料的動力特性和超導軸系的高速穩定性應加強重視；

(3)超導飛輪儲能作為目前SMB最熱門的應用前景，其發展趨勢是功率大型化。發展大型的超導飛輪儲能電站，具有以極低的能量損耗取代現有成熟技術的優勢；

(4)液體火箭發動機是SMB最有前景的應用場所之一，其發展趨勢是高速化。SMB與液體支撐技術的復合支持發展新一代高速火箭渦輪泵，在獲取更高轉速的同時兼顧了高速穩定性；

(5)單純的超導軸系需要向混合支撐軸系發展，將SMB與成熟支撐技術復合，推進SMB的應用進程。

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(編輯 蓋少飛)

Development Status and Prospects of High-TcSuperconducting Magnetic Bearing

XU Jimin，ZHANG Fei，JIN Yingze，ZHANG Fan，YUAN Xiaoyang

(Key Laboratory of Education Ministry for Modern Design and Rotor-Bearing System, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)

Pinning effect of flux in type II high temperature superconductor (HTS) can make superconductor be stably suspended in external magnetic field without active controlling. By adopting this passive self-stability, high temperature superconducting magnetic bearing (HTSMB) can realize the high speed relative motion between parts without mechanical friction. HTSMB has been demonstrated fascinating application prospects in rotating machinery, flywheel energy storage system, transportation system, and so on. During the past years, the development of HTSMB has made remarkable achievements worldwide. Design ideas, structures and application environments of HTSMB have been expanded accordingly. This paper summarizes typical HTSMB prototypes from the perspective of structural features. A kind of superconducting compound bearing proposed by Xi’an Jiaotong University and its application scheme in liquid rocket are introduced specially. This novel bearing is a combination of HTSMB and fluid film bearing. Based on the development status, issues to be studied and application prospects of HTSMB are discussed. This paper points out that HTSMB should be developed to compound bearing to advance the application process.

pinning; passive self-stability; HTSMB; development status; application prospects.

2015-12-14

國家自然科學基金資助項目(51175408)

許吉敏，男，1989年生，博士研究生

袁小陽，男，1963年生，教授，博士生導師，Email: xyyuan@mail.xjtu.edu.cn

10.7502/j.issn.1674-3962.2017.05.01

TP391.9

A

1674-3962(2017)05-0321-08