● 摘要
磁轴承具有无摩擦、无需润滑、高精度、长寿命等一系列优点，其中永磁偏置混合磁轴承与纯电磁轴承相比能够降低功耗，缩小体积，提高磁轴承的承载能力及控制性能，在磁悬浮飞轮中得到广泛应用，目前已成为磁轴承研究中一个重要的研究方向。本课题来源于“十五”民用航天科研专项“卫星新型高精度长寿命磁悬浮反作用飞轮工程化技术及应用研究”。全文主要进行了以下几个方面的研究。首先，从15 Nms磁悬浮飞轮系统的磁轴承性能要求出发，对三种永磁偏置径向磁轴承结构进行参数设计和磁路分析，得出磁轴承刚度的数学模型，对各结构进行了基于有限元法的场分析，得到了设计实例的承载力性能曲线，并从磁路间的耦合性和功耗两方面对几种径向磁轴承结构进行了比较。其次，利用有限元法对永磁偏置混合磁轴承漏磁特性进行研究，针对不同结构径向磁轴承和轴向磁轴承给出了相应的漏磁分析方法，从而有效的提高了磁轴承设计的准确性。然后，研究了不同加工工艺下磁轴承常用磁性材料的特性，通过对各种磁性材料直流、交流特性的测量及对比得到针对磁轴承的不同导磁特性要求所需采用的磁性材料，为磁轴承性能优化打好基础。最后，提出了磁悬浮飞轮用永磁偏置混合磁轴承的刚度测量方法，通过样机实验验证了方法的可行性，得出设计值与样机实际刚度的误差，为磁轴承的设计及加工调试提供参考依据。对永磁偏置混合磁轴承结构、性能及实验方法的研究是高精度飞轮系统研制开发的基础，对磁悬浮飞轮系统电磁设计具有重要的指导意义。