基于Isight的径向磁悬浮轴承结构优化设计

周瑾，高天宇，董继勇，陈怡，高素美

（1.南京航空航天大学 机电学院，南京 210016；2.南京磁谷科技有限公司，南京 211102；3.金陵科技学院，南京 211169）

主动式磁悬浮轴承（Active Magnetic Bearing）具有无接触、无磨损、无需润滑等优点，广泛应用于涡轮机、医疗设备、机床或有真空和严格卫生要求的工作环境中［1］。电磁轴承的支承性能受其机械结构、控制电路等多方面影响，其中，磁极尺寸、气隙大小、线圈匝数等，机械结构参数对其磁感应强度分布和电磁力有直接影响，合理的结构参数设计能够最大程度地利用励磁线圈提供的励磁磁势，从而提高磁轴承的承载能力并减少运行损耗［2］，因此，近年来国内外众多学者针对主动磁悬浮轴承的机械结构优化设计进行了研究。文献［3］提出了电磁轴承系统设计的一些基本规范，并使用有限元软件对磁轴承的电磁性能进行了分析；文献［4］通过测量磁感应强度随温度的变化，推导出了导线直径、匝数、磁极宽度等参数的约束方程，并以此为基础对磁轴承进行了结构优化；文献［5］设计了一套磁轴承结构参数化建模软件，成功应用于磁轴承的结构设计和工业制造过程；文献［6］提出了使用Isight集成ANSYS优化磁轴承结构的方法。以上研究对象多为4极、8极径向磁悬浮轴承，此类轴承极间齿槽相对于所容纳的2匝绕组空间宽裕，因此优化过程中大多忽略绕组截面对齿槽形状的影响。文献［7］在对8极均布径向磁悬浮轴承磁极与齿槽形状综合优化过程中，将绕组截面设为矩形并给出了矩形各边长相对于齿槽的约束条件，但对齿槽形状做了较多简化，并不能很好地反映绕组的具体位置情况。……