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本文以五自由度恒流源偏置磁悬浮轴承系统为研究对象,以实现静态悬浮、动态旋转和验证低功耗性为目的。分析了工作原理,得到了不同线圈匝数下的电磁力、电流刚度和位移刚度;分析了磁悬浮轴承系统的功耗组成、产生机理和计算方法;计算了两种磁悬浮轴承系统静态悬浮时的功耗,结果表明:恒流源偏置磁悬浮轴承系统降低了约59%的静态功耗;提出了一种选择不同线径组合降低铜耗的方法,并进行了仿真。在五自由度恒流源偏置磁悬浮轴承系统的基础上,对制作工艺和双向功放做了相应的改进;进行了静态悬浮和动态旋转试验,实现了静态悬浮和动态旋转,悬浮性能良好;试验测量了承载力,试验结果与理论推导和有限元仿真基本一致。 对静态功耗和动态功耗进行了试验研究。利用功率分析仪测量功率放大器的输入、输出功率,既得到了静态功耗,又实现了开关损耗和铜耗的分离。试验结果表明:在恒流源偏置磁悬浮轴承系统静态功耗中,开关损耗约占40%、铜耗约占60%;由于减小了大量的开关损耗,恒流源偏置磁悬浮轴承相对于传统主动磁悬浮轴承降低了约50%的静态功耗,但增加了较大的铜耗。利用自由降速试验测量动态功耗,得到了两种磁悬浮轴承的降速曲线和功耗曲线,试验结果表明:恒流源偏置磁悬浮轴承的动态功耗与传统主动磁悬浮轴承基本相同,动态功耗随着转速升高而增加,初始转速对其无影响;以转速为5000r/min、10000r/min、15000r/min为例,恒流源偏置磁悬浮轴承系统分别降低了49%、47%、45%的功耗。