动力磁悬浮轴承也称为无轴承电机,其定子由两套绕组——即输出转矩的转矩绕组和提供悬浮力的悬浮绕组组成。虽然普通交流电机的绕组理论已很成熟,但目前仍没有确定动力磁轴承两套绕组每槽导线数的相关理论依据。分析比较了动力磁轴承和普通交流电机的性能特点,总结出动力磁轴承定子结构设计的基本步骤。利用能量守恒原理,推导出两套绕组每槽导线数之间的匹配关系,并计算出两套绕组的功率。利用所得的两套绕组每槽导线数之间的关系,将一台普通异步电机改制成动力磁轴承,并对其磁场进行了有限元分析。结果表明:由原电机电磁参数决定的定子尺寸限制了动力磁轴承功率的提高。为此,提出增加原电机轭高以弥补功率损失。通过理论计算和电磁场有限元分析表明:改进后的动力磁轴承具有较高的气隙磁密,意味着提高了动力磁轴承的输出功率。结合轴向磁轴承定子电压平衡方程、推力盘的运动方程及磁路基本定律,推导出轴向磁轴承在差动状态下电磁力数学模型与转子轴向运动控制方程。并设计了以定子电压作为控制变量的闭环传递函数框图。为控制电路的设计和控制参数的调节奠定了理论基础。为测试轴向磁轴承的力学性能及控制系统,设计了一套轴向磁轴承的实验加载平台。该平台包括轴向磁轴承的支撑装置和施力装置,并用有限元法分析了该平台的可靠性。