电磁平衡头自锁力矩具有驱动和自锁作用,其评价指标分别为自锁力矩一个步距角内做功和自锁力矩峰值。在保持齿盘参数不变的前提下,通过建立平衡头自锁磁路的三维模型,基于Ansoft Maxwell-3D瞬态求解器,采用有限元分析方法,研究不同永磁体数量、材料、形状和位置参数下自锁力矩峰值、做功及其比值的变化规律。结果表明:自锁力矩峰值、整周期做功随永磁体数量、长度、直径的增加而增加,随气隙增加而减小,随偏心率变化呈抛物线改变;峰功比在磁路轴向投影不变时近似为常数0.34,在永磁体数量变化时近似为0.31,随永磁体直径的增加呈指数减小。

高速电主轴高度紧凑的结构使其在服役过程中散热困难,常采用油雾润滑和循环水冷方式强制降温。以一种新型电磁自平衡电主轴为对象,研究了异步电动机、滚动轴承和电磁平衡头生热原理;分析了主轴系统传热机制;采用有限元热分析对170MD12Y16-EMAB45电磁自平衡电主轴进行了稳态温度场分析,研究了冷却液流量、压缩空气流量对电主轴最大温升的影响规律。结果表明：电磁平衡头对电主轴温升影响总体很小,电磁自平衡电主轴具有良好热特性;获得了最佳温控参数,为这种电主轴的优化设计和工程应用奠定了基础。

为了实现转子不停机平衡,研究了一种自适应主动平衡算法。基于单平面影响系数平衡方程,通过引入增益因子提高平衡迭代过程稳定性,并引入遗忘因子实现影响系数在线估计,构建了单平面在线自适应平衡算法的数学模型。为验证所提出的平衡算法的有效性,设计了一种含有永磁体的电磁圆环形主动平衡头,通过线圈电磁场与永磁体间的磁力作用驱动配重盘步进转动,依靠磁阻最小原理自锁。针对所设计的电磁平衡头,提出了一种单盘转动平衡策略,对平衡补偿量相位进行了校正。开展了不同不平衡量和转速下电主轴主动平衡试验,获得了平衡过程的时域波形、振幅下降率、平衡步数和配重盘终位置。试验结果表明：不平衡量为24.59gcm∠180°时振幅降低42.65%,不平衡量为24.59gcm∠285°时振幅降低37.8%;转速为2 400rmin^-1时振幅降低40%,转速为3 000rmin^-1时振幅降低60%。...