軸向混合磁軸承的數學結構模型分析圖1所示為本文釆用的磁懸浮電機系統，轉軸兩端均由軸向混合型磁懸浮軸承支承,由開關磁阻電機驅動旋轉。采用這種結構可以有效減小體積，提高空間利用率，同時縮短電機軸向長度，提升臨界轉速。圖1磁懸浮電機結構圖1.1軸向磁軸承結構與原理軸向混合磁懸浮軸承由套筒、永磁環、軸向磁極、定子圓盤以及各自由度的控制線圈組成。軸向線圈放置于套筒內側徑向磁極與定子圓盤之間,產生軸向控制磁場。軸向磁通路徑圖2-2磁通路徑環形永磁體徑向充磁，產生的偏置磁通經過套筒、定子圓盤、軸向磁極、軸向氣隙、轉子形成閉合回路，如圖2-2中實線所示。當轉子處于平衡位置時，轉子各自由度兩邊的氣隙大小相等，磁通大小相等，轉子受力平衡。圖2-2漏磁分布當偏離平衡位置時，如圖2-2所示，轉子軸向向右偏移，右邊氣隙處的磁通增加，左邊氣隙處磁通減小，產生向右的磁拉力,

轉子繼續向右運動，因此混合型磁懸浮軸承是一種開環不穩定系統。為保持轉子的穩定懸浮,

引入閉環控制，通過位移傳感器檢測出轉子向右的位移量，經控制器運算，在線圈中產生控制電流，形成控制磁場，磁通方向與左邊氣隙處偏置磁場相同，與右邊相反，如圖中虛線所示。轉子兩邊的磁場疊加產生磁通差，對轉子產生向左的磁拉力，將轉子穩定于平衡位置。1.2磁場的數學結構模型傳統磁懸浮軸承的模型分析通常釆用簡化磁路法，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，計算結果存在較大偏差。本文基于一種精確磁路的設計方法，在充分考慮漏磁與軟磁磁阻的基礎上，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徑向磁極；S3處磁通由定子圓盤沿直線路徑到達徑向磁極；S4處磁通由軸向磁極經圓弧路徑到達磁極。S2與S3、S4與S3的分離區域為圓弧長度與直長度相等處。圖2-3漏磁分布各處漏磁磁導為式中Dmgo、Dmgi、b分別為永磁環的外徑、內徑和厚度，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處為定子圓盤磁阻，i3處為轉子磁阻，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為定子套筒的內徑，式中，DsPo為定子圓盤外徑，D式中，DN為轉子外徑，D1.2.2偏置磁場數學模型偏置磁通經永磁環、套筒、定子圓盤、軸向磁極、轉子形成閉合磁路，在軸向氣隙中建立偏置磁場。由于軸向磁通路徑中存在偏置磁場，并且磁路較長,

因此軟磁材料磁阻不可忽略，記為R*;同時環形永磁體兩端面、徑向磁極與定子圓盤、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，Fm為環形永磁體磁動勢，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為軸向磁極內徑，1.2.3控制磁場數學模型軸向控制線圈產生軸向控制磁場，主磁通經左軸向磁極、左軸向氣隙、轉子、右軸向氣隙、右軸向磁極、右定子圓盤、套筒、左定子圓盤閉合，磁路較長，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