磁悬浮轴承电磁设计：从理论到实践的高性能跃迁之路

某高速透平机械项目现场，工程师们屏息凝神。随着指令下达，转子在完全无接触的磁力支撑下平稳越过120k RPM临界转速，振动值稳定在2μm以内—这场静默的悬浮之舞，其核心秘密正隐藏在精妙的电磁设计之中。

一、磁悬浮轴承：电磁力支撑的工业革新

磁悬浮轴承（Active Magnetic Bearing, AMB）通过可控电磁力实现转子稳定无接触悬浮，彻底消除了机械摩擦与润滑需求。其核心优势在于：

• 支持超高转速：支持材料强度限制内超高转速运行。

• 零摩擦零磨损：理论无限寿命。

• 主动振动控制：实时抑制有害振动。

• 高精度高感知：微米级定位能力，转子状态实时监。

电磁设计作为AMB的“力量源泉”，直接决定了系统的承载力、刚度、动态响应等核心性能指标。优秀的电磁设计需在紧凑空间内实现高效电磁能量转换，并兼顾热管理、控制耦合性等复杂约束。

二、电磁设计核心要素与关键技术

1. 磁路拓扑结构选型

• 异极对置式 (Radial Heteropolar)：

1. 经典结构，定子采用8极/16极布局。

2. 优势：结构对称性好，控制耦合低，制造工艺成熟。

3. 挑战：端部漏磁较大，空间利用率受限。

• 同极式 (Homopolar)：

1. 轴向充磁永磁体提供偏磁，线圈仅提供控制磁通。

2. 优势：铜损显著降低，高频响应快。

3. 挑战：永磁体抗退磁能力设计、三维漏磁控制复杂。