现有的全主动磁悬浮飞轮功耗较高,控制系统复杂,难以满足微纳卫星对小体积、低功耗和长寿命的需求。提出了一种新型的主被动磁悬浮飞轮,采用吸力型轴向被动磁轴承实现了三自由度被动悬浮支承,有效降低了系统的功耗、体积和重量,使飞轮具有了长寿命、低成本和高可靠的优点。采用等效磁荷法建立了吸力型轴向被动磁轴承的电磁力数学模型,基于计算结果,利用有限元仿真分析了轴向力随位移的变化规律,表明了吸力型轴向被动磁轴承可支撑飞轮转子轴向的稳定悬浮。

针对磁轴承在偏转时产生干扰力矩和磁路耦合问题,提出一种球面解耦永磁偏置磁轴承。基于麦克斯韦电磁吸力方程和等效磁路法理论分析磁轴承的力解耦和磁路解耦,并利用有限元仿真验证理论分析结果。结果表明:在转子发生0.5°偏转时,球面解耦永磁偏置磁轴承的干扰力矩是柱面永磁偏置磁轴承干扰力矩的1.3%,且在轴承径向隔磁块中间位置,气隙磁密约等于0.01 T,磁通几乎不穿过轴承定转子。球面解耦永磁偏置磁轴承可降低干扰力矩,实现磁路解耦,提高控制力矩精度,可用作磁悬浮飞轮的主动高精度控制。