径向磁悬浮轴承温度场数值仿真及实验分析

方奇灏

(武汉理工大学 机电工程学院，湖北 武汉 430070)

磁悬浮轴承采用电磁力将转子无机械接触稳定悬浮于空间中，是一种新型的机电一体化轴承[1]。相比于传统轴承具有无接触、无润滑、高转速、低功耗、寿命长、易于控制、便于维护的优点，随着技术的不断发展在各个领域得到广泛应用，如高速机床、风力发电机、人工心脏泵等[2]。

磁悬浮轴承在工作时，绕组线圈中存在偏置直流和控制电流，电流通过绕组线圈会产生铜损，也会由于高频磁化导致定转子铁芯产生铁损[3]，损耗以热能形式表现出来引起设备的温升。对于径向磁悬浮轴承，定转子和绕组的发热量并不相等，而各种材料导热性能也存在差异，因此定转子内部存在一定温差，会引起定转子不均匀的热变形，进而产生热不平衡力，加剧转子振动，影响磁悬浮转子系统的可靠性和动态特性[4]。

目前，国内外许多学者对磁悬浮轴承的温度场进行了相关分析。孙玉坤等[5]对飞轮储能用混合型磁悬浮轴承损耗进行了分析，并利用有限元软件建立了磁悬浮轴承的三维热模型，分析了磁悬浮轴承在不同运行状态下的温度分布。Ren等[6]设计出由径向磁悬浮轴承和径向轴向磁悬浮组成的磁悬浮转子系统，基于电磁场和温度场耦合原理，提出一种计算磁悬浮轴承损耗和温升的方法，并通过实验验证了该方法的有效性。叶品州[7]针对八极径向电磁轴承，研究其电磁场建模与损耗计算方法，进行了电磁轴承电磁场-温度场耦合分析。……