任正义, 李乃安

(1.工程训练国家级试验示范中心(哈尔滨工程大学)，哈尔滨 150001；2.哈电集团哈尔滨电站阀门有限公司，哈尔滨 150060)

传统8磁极径向电磁轴承的磁极线槽采用等面积设计法，在重载、高转速工况时，磁极结构会因体积的增大而使磁极间的间隙变大，导致整个磁场分布不均匀[1]。为了改进传统8磁极径向电磁轴承的上述缺陷，充分利用定子空间，设计了E形结构的12磁极径向电磁轴承，其优点是2个小磁极对转子产生的水平方向的分力相互抵消，减小了x和y方向上的相互耦合[2]。

1 径向电磁轴承的结构设计

设计的E形结构12磁极径向电磁轴承结构如图1所示。

图1 12磁极径向电磁轴承结构

1.1 支承力计算

当转子位于平衡位置时(图2)，根据安培环路定理(Ampere circuital theorem)[3]可得

图2 径向电磁轴承的差动控制示意图

(1)

则磁感应强度为

(2)

由Maxwell磁力公式求得大磁极与转子间产生的电磁力为

(3)

式中：y0为理想单边气隙；μ0为空气磁导率；N为大磁极线圈匝数；i0为偏置电流；S0为大磁极有效截面面积。

同理，当转子处于平衡位置时，小磁极与转子间产生的电磁力为

(4)

式中：S1为小磁极有效截面面积，S1=S0/2。

已知大磁极与小磁极中心线间的夹角为α，则一个磁极组在y方向上产生的电磁力为

(5)

当转子在y方向产生向下的微小偏移量Δy时，由于电磁轴承的工作方式为差动控制，假设通过控制器输出的控制电流为Δi，则上磁极组输入的工作电流为i0+Δi，下磁极组输入的工作电流为i0-Δi，则上、下磁极组产生的电磁力分别为

(6)

(7)

则……