軸向混合磁軸承的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)模型分析圖1所示為本文釆用的磁懸浮電機(jī)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)軸兩端均由軸向混合型磁懸浮軸承支承,由開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。采用這種結(jié)構(gòu)可以有效減小體積，提高空間利用率，同時(shí)縮短電機(jī)軸向長(zhǎng)度，提升臨界轉(zhuǎn)速。圖1磁懸浮電機(jī)結(jié)構(gòu)圖1.1軸向磁軸承結(jié)構(gòu)與原理軸向混合磁懸浮軸承由套筒、永磁環(huán)、軸向磁極、定子圓盤(pán)以及各自由度的控制線圈組成。軸向線圈放置于套筒內(nèi)側(cè)徑向磁極與定子圓盤(pán)之間,產(chǎn)生軸向控制磁場(chǎng)。軸向磁通路徑圖2-2磁通路徑環(huán)形永磁體徑向充磁，產(chǎn)生的偏置磁通經(jīng)過(guò)套筒、定子圓盤(pán)、軸向磁極、軸向氣隙、轉(zhuǎn)子形成閉合回路，如圖2-2中實(shí)線所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于平衡位置時(shí)，轉(zhuǎn)子各自由度兩邊的氣隙大小相等，磁通大小相等，轉(zhuǎn)子受力平衡。圖2-2漏磁分布當(dāng)偏離平衡位置時(shí)，如圖2-2所示，轉(zhuǎn)子軸向向右偏移，右邊氣隙處的磁通增加，左邊氣隙處磁通減小，產(chǎn)生向右的磁拉力,

轉(zhuǎn)子繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)，因此混合型磁懸浮軸承是一種開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng)。為保持轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮,

引入閉環(huán)控制，通過(guò)位移傳感器檢測(cè)出轉(zhuǎn)子向右的位移量，經(jīng)控制器運(yùn)算，在線圈中產(chǎn)生控制電流，形成控制磁場(chǎng)，磁通方向與左邊氣隙處偏置磁場(chǎng)相同，與右邊相反，如圖中虛線所示。轉(zhuǎn)子兩邊的磁場(chǎng)疊加產(chǎn)生磁通差，對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向左的磁拉力，將轉(zhuǎn)子穩(wěn)定于平衡位置。1.2磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)模型傳統(tǒng)磁懸浮軸承的模型分析通常釆用簡(jiǎn)化磁路法，忽略軟磁材料磁阻與漏磁，建立磁懸浮軸承的等效磁路模型，這樣的模型不夠精確，計(jì)算結(jié)果存在較大偏差。本文基于一種精確磁路的設(shè)計(jì)方法，在充分考慮漏磁與軟磁磁阻的基礎(chǔ)上，建立了軸向混合型磁懸浮軸承的精確等效磁路模型。1.2.1漏磁與軟磁圖2-3所示為軸向徑向混合型磁懸浮軸承的漏磁分布，漏磁路徑分為4個(gè)部分叫s1處為永磁體兩端面漏磁路徑，從套筒沿弧線回到徑向磁極；S2處磁通由套筒沿圓弧路徑到達(dá)徑向磁極；S3處磁通由定子圓盤(pán)沿直線路徑到達(dá)徑向磁極；S4處磁通由軸向磁極經(jīng)圓弧路徑到達(dá)磁極。S2與S3、S4與S3的分離區(qū)域?yàn)閳A弧長(zhǎng)度與直長(zhǎng)度相等處。圖2-3漏磁分布各處漏磁磁導(dǎo)為式中Dmgo、Dmgi、b分別為永磁環(huán)的外徑、內(nèi)徑和厚度，D圖2-4軟磁軸向分布圖2-4為軟磁材料磁阻軸向分布圖，軟磁磁阻可劃分為5部分：i1處為套筒磁阻，i2處為定子圓盤(pán)磁阻，i3處為轉(zhuǎn)子磁阻，L處為徑向磁極磁阻，i5處為軸向磁極磁阻，分別記為Dsso為定子套筒的外徑，Dssi為定子套筒的內(nèi)徑，式中，DsPo為定子圓盤(pán)外徑，D式中，DN為轉(zhuǎn)子外徑，D1.2.2偏置磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型偏置磁通經(jīng)永磁環(huán)、套筒、定子圓盤(pán)、軸向磁極、轉(zhuǎn)子形成閉合磁路，在軸向氣隙中建立偏置磁場(chǎng)。由于軸向磁通路徑中存在偏置磁場(chǎng)，并且磁路較長(zhǎng),

因此軟磁材料磁阻不可忽略，記為R*;同時(shí)環(huán)形永磁體兩端面、徑向磁極與定子圓盤(pán)、徑向磁極與軸向磁極之間漏磁也較多，因此漏磁磁阻也不可忽略，記為Rs。圖2-5軟磁軸向分布軸向混合型磁懸浮軸承精確等效偏置磁路如圖2.5所示，F(xiàn)m為環(huán)形永磁體磁動(dòng)勢(shì)，Rm為永磁體磁阻，Rs為漏磁磁阻，包括永磁體漏磁與氣隙處漏磁，軸向氣隙磁阻R5、R6連接，軸向偏置

磁通為?pz1偏置磁路軟磁磁阻：式中，Dapo為軸向磁極外徑，Dapi為軸向磁極內(nèi)徑，1.2.3控制磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型軸向控制線圈產(chǎn)生軸向控制磁場(chǎng)，主磁通經(jīng)左軸向磁極、左軸向氣隙、轉(zhuǎn)子、右軸向氣隙、右軸向磁極、右定子圓盤(pán)、套筒、左定子圓盤(pán)閉合，磁路較長(zhǎng)，軟磁磁阻不可忽略，漏磁通路徑為圖2.4中S3、S4部分。將軟磁磁阻串聯(lián)