为了研究电磁推力轴承的动态特性,本文基于双目标优化和电磁场理论,采用有限元方法建立了电磁推力轴承的电磁场及强度模型。结合具体的电磁环境,进行电磁场分析并构建了合理的磁回路,根据轴承在实际工况时的动态响应,将轴承的动态性能和强度标准作为评判轴承设计合理性的主要指标。主要研究内容如下:(1)在分析电磁推力轴承基础结构的基础上,建立了以减轻轴承质量和降低涡流损耗的双目标优化模型,对建立的目标函数进行优化,得到最优结构参数。引入了创新的“磁环”结构设计,用以均衡推力盘与定子接触处的磁场和磁性能,更加合理的平衡接触处的磁场变量。(2)分析了优化结构的电磁场特性,得到不同频率下的磁力线、能量损耗、气隙磁通密度以及推力盘表面磁场强度。结果表明随着频率增加电磁轴承的能量损耗近似呈抛物线增加,磁力线在线圈附近分布最密集,同时在线圈周围气隙磁通密度以及推力盘磁场强度均达到最大值。将电磁推力轴承系统的磁路进行了等效电路仿真,通过等效简化单元分析轴承的磁回路特性。运用所得结论,结合系统的材质进行磁路改善。(3)考虑软磁材料磁环不均匀磁化和磁体边缘效应对承载能力的影响,建立了不均匀磁化电磁轴承承载力模型,分析所受到的不均匀磁化承载力大小,采用有限元法对模型进行动态强度仿真,分析了不同磁隙和动态条件下轴承的承载力和刚度。结果表明轴承在合理使用范围内,由软磁材料制造的电磁推力轴承能够承受碳钢轴承的强度。(4)将软磁复合材料应用到电磁推力轴承中,基于等效磁阻模型分析了轴承的动态特性,包含涡流效应的动态电流刚度、位移刚度及电磁力。结果表明软磁材料制备的电磁轴承不仅降低了涡流损耗,而且电磁力动态带宽明显增加,能提供更为稳定的电磁力,从而有效提高了轴承性能。