张坚，孙玉卓，张海龙，孟庆涛，张钢

(上海大学 机电工程与自动化学院，上海 200072)

永磁轴承具有微摩擦、低功耗、无污染、高转速、无需润滑和密封等一系列优良特性，具有广阔的应用前景。由Earnshaw定律可知，永磁轴承不能实现所有自由度的稳定悬浮[1]。因此，在永磁悬浮系统中，至少在1个自由度上需引入其他主动支承方式，可与电磁轴承、机械轴承等相结合，构成各种形式的磁轴承系统。近年来，随着稀土NdFeB永磁材料的飞速发展，国内、外学者对永磁轴承做了大量的研究，其中尤以永磁轴承承载能力和刚度的研究为甚。到目前为止，研究方法主要有等效磁荷法[2-4]、分子电流法[5-6]、矢量磁位法[7]、虚位移法[8-9]和有限元法[10-11]等。试验研究表明，永磁轴承的承载能力和刚度计算的有限元数值解与试验结果较为吻合[12-13]。但目前对推力永磁轴承的研究多而不全，有待充实。因此，在此对推力永磁轴承的磁力特性进行有限元分析，以期得出其承载力、刚度与磁环结构参数之间的关系，对该轴承的结构优化设计提供帮助。

1 推力永磁轴承结构

Yonnet提出采用径向磁化及轴向磁化的磁环可构成多种结构的轴向永磁轴承[14]，如图1所示。

图1 轴向永磁轴承单元结构

在实际制造中，径向磁化比较难实现，而轴向磁化则较为普遍，因此在设计永磁轴承时，应选择轴向磁化的永磁环。另外，图1中a1型永磁轴承单元结构简单，安装方便，且当上、下两磁环的端面重合时能产生较大的轴向力，而径向方向上的不稳定力较小，适合做斥力型轴向轴承。……