電磁軸承定子磁極不同拓撲結構的磁場分析

王佳良，蔣科堅

（浙江理工大學 信息學院，杭州310018）

0 引 言

主動電磁軸承（Active magnetic bearings，AMB，以下簡稱電磁軸承）能通過可控的電磁力將轉子穩定懸浮在期望位置，以達到類似傳統軸承的轉子支承效果。由于其無需潤滑、無摩擦損耗、高轉速等優點，并且在轉子運行中，可以通過控制器實時控制轉子振動，以提高系統穩定性。電磁軸承已經成為軸承在高端應用中一種理想的解決方案，受到越來越廣泛的關注。

差動控制結構是傳統8極徑向電磁軸承最常用的磁極驅動拓撲結構，如圖1所示。定子有8個定子極，兩個相鄰定子極的繞組兩兩串聯，形成4個C型磁極對，磁極對產生的電磁力能控制轉子在徑向上x和y軸正反4個方向的懸浮。但是，此結構下的轉子懸浮控制需要驅動8個磁極、4個控制回路同時工作，只要一個磁極出現故障，就會失去一個方向的電磁力，從而引起轉子跌落事故。如何使電磁軸承系統在可預見故障下容錯運行，提升運行可靠性是電磁軸承技術走向成熟的必然研究需求。

為了提高電磁軸承工作的可靠性，各種容錯設計方法被提出。其中，文獻［1-3］提出了電磁軸承繞組驅動的容錯方法，在業內受到了較多關注。把傳統差動結構的4個磁極對，拆分成8個獨立的磁極，磁極繞組獨立驅動，如圖2所示。當其中一個或多個磁極驅動回路發生故障時，可以將故障磁極的電磁力重新分配到其他正常繞組承擔，維持轉子基本的懸浮狀態，從而贏得轉子降速的時間，消除或減輕轉子在高速懸浮失控造成事故的損失。……