磁悬浮技术与智能机电设备主要面向高分辨率对地观测系统、载人航天工程、节能环保设备、高端科学仪器设备等国家重大需求，开展高速磁悬浮电机技术及应用研究，主要包括航天器磁悬浮惯性执行机构技术、高速高能量密度磁悬浮永磁电机、超高真空磁悬浮分子泵等三个子方向。
1、子方向1：航天器磁悬浮惯性执行机构技术
惯性执行机构主要包括惯性动量轮和控制力矩陀螺，是高分辨率、长寿命遥感卫星平台的核心技术，国外长期严密技术封锁，是我国新一代高分辨率遥感卫星、载人航天空间站等大型航天器亟待解决的“卡脖子”问题。目前我国卫星惯性执行机构的高速转子采用机械轴承支承，受材料、制造工艺水平所限，长时间在轨运行存在疲劳磨损、塑性变形问题，由此产生的高频振动直接影响平台指向精度和稳定度。基于磁悬浮轴承支承的惯性执行机构，具有高精度、可进行主动振动控制等优点，能够满足先进航天器超高指向精度与姿态稳定度的需求，是姿控系统发展的前沿方向。
磁悬浮惯性执行机构的国家重大需求
团队从1998年开始磁悬浮惯性执行机构研究，在载人航天预研、高分专项、国家民用航天科研专项等多个国家重点项目支持下，突破了高精度磁悬浮支承和高速高效驱动两大核心技术，发明了4类19种永磁偏置混合磁悬浮轴承，研制成功卫星新型姿控储能两用飞轮技术，最高转速42000r/min，优于美国NASA最好水平，获得2007年唯一一项国家技术发明一等奖。
发明的4类19种磁悬浮轴承
团队带头人房建成院士接受党和国家领导人颁奖
在此基础上，团队围绕我国新一代高分辨率对地观测系统的急需，突破了新型高精度低功耗磁悬浮轴承设计、大惯量高速磁悬浮扁平转子稳定性分析及控制等多项新技术，研制成功了我国首台五自由度全主动控制磁悬浮惯性动量轮、国际首台双框架磁悬浮控制力矩陀螺等，并首次成功应用于“实践九号”新技术试验卫星，已连续在轨运行七年，低功耗、高精度、微振动等技术特点得到充分验证，为提升我国新一代高分辨率对地观测系统水平提供了重要的技术保障。研究成果“新型磁悬浮轴承技术及应用”获得2017年度国家技术发明二等奖。
“实践九号”卫星磁悬浮惯性动量轮
未来，我们继续瞄准我国载人航天空间站、未来月球轨道空间站等大型航天器对大力矩惯性执行机构的急需，联合航天八院，研制以1500Nms（国际最大）为代表的系列化超大型磁悬浮控制力矩陀螺，为我国新一代超大型航天平台建设提供关键技术支撑。
房建成院士在磁悬浮控制力矩陀螺调试现场
研制的系列化磁悬浮控制力矩陀螺
2、子方向2：高速高能量密度磁悬浮永磁电机技术
随着我国经济的持续高速发展，能源消耗过大的问题日益突出，我国现有的高压鼓风机、压缩机等旋转机械，由于受电机极限转速（通常为3000r/min）的限制只能采用多级式或增速齿轮式驱动，导致机组体积庞大、系统能耗高，同时噪声污染严重、机组振动超标。基于高速磁悬浮电机的鼓风机、压缩机等高端设备产品，简化了多级式或增速齿轮式的系统结构，实现直驱工作方式，体积可缩小60-70%、节能30%以上，从而显著降低系统能耗、延长使用寿命，减小噪声污染，是实现高端电机技术的跨代发展，改善产业结构方式，建设创新型国家的重要途径。
研制的系列化磁悬浮控制力矩陀螺
2009年5月，时任国家副主席习近平同志考察实验室，听取了团队带头人房建成教授关于国家技术发明一等奖“卫星新型储能两用飞轮技术”成果汇报，并指示要将国家技术发明一等奖的航天技术研究成果服于国民经济建设，尽快开展高速高能量密度磁悬浮电动机产业化项目。为将航天领域的科研成果推广应用到民用领域，团队承担了国家重大科技成果转化项目，突破了高速高能量密度磁悬浮电机多物理场设计、大功率高速高效永磁电机设计及无位置驱动、超高速磁悬浮柔性转子过临界高稳定控制等关键技术，研制成功国内转速最高的30kW-66000r/min和国内功率最大的315kW-32000r/min的系列化磁悬浮永磁电机及压缩机、鼓风机测试系统，解决了节能环保、高端设备制造等国家重点发展领域对高速电机的重大需求及技术瓶颈问题。
研制的系列化高速磁悬浮永磁电机
3、子方向3：超高真空磁悬浮分子泵技术
超高真空系统是我国科技领域核心器件、尖端科学仪器、高技术产业工艺设备研制必不可少的关键仪器设备。分子泵是获得超高真空环境的关键设备，鉴于机械轴承分子泵存在油扩散污染、极限真空度低、寿命短、振动噪声大等缺点，在涉及超高真空领域，国外研制的磁悬浮分子泵已取代机械轴承分子泵。国内中、小抽速磁悬浮分子泵依赖进口，价格昂贵，大抽速磁悬浮分子泵受到国外技术封锁与禁运，严重制约我国超高真空系统的发展。
在国家重大科学仪器设备开发专项等项目支持下，团队自主创新、持续攻关，突破了磁悬浮复合分子泵复合转子新型分子导流结构、高速柔性转子超临界与极微振动控制、电力失效补偿装置等关键技术，研制成功大、中、小三类抽速超高真空磁悬浮复合分子泵，填补了国内在该技术领域的空白，经第三方检测，主要技术指标达到国际先进水平，抽速、极限真空度、泵体振动抑制等关键指标优于国际同类产品最好水平。
研制的系列化超高真空磁悬浮分子泵
团队研究生正在进行磁悬浮分子泵性能测试
团队研制的磁悬浮分子泵已成功应用于中科院电子所雷达微波真空器件、航空618所超高真空激光陀螺排气台、航天三院33所高性能微机械陀螺高真空封装工艺设备、航天二院203所原子钟真空系统、中科院半导体所激光器真空镀膜设备等领域，提升了核心器件性能水平。研究成果“磁悬浮分子泵关键技术及应用”获2019年度技术发明一等奖。
磁悬浮分子泵在核心器件研制领域中的应用
