随着磁悬浮技术在超高速超精密加工、航空航天等高科技领域的应用越来越广泛,可靠性已成为影响其广泛应用的关键因素。如何进一步提高磁悬浮轴承的可靠性是目前国内外研究的热点,而冗余重构是提高磁悬浮系统可靠性最重要的方法之一。磁悬浮轴承多用于高速旋转的场合,铜损及铁损较高,易引起磁悬浮轴承及其支承部件产生热膨胀变形,进而影响轴承系统的定位精度,最终导致整个磁悬浮系统的可靠性下降。通常磁悬浮轴承系统由径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承共同组成协同工作,径向磁悬浮轴承自身结构易具有冗余性且定子可以采用硅钢片叠制而成,这样既提高了自身的冗余性又减少了高速旋转过程中的涡流损耗;而轴向磁悬浮轴承自身不具有冗余性且均为整体式结构,工作过程中产生的涡流损耗大,导致系统温度升高,影响整个系统的定位精度,降低了系统的可靠性。因此,通过开展具有高冗余度和低发热特性轴向磁悬浮轴承的研究,对于提升整个磁悬浮系统的可靠性具有十分重要的意义。本文的主要研究工作及创新性成果如下:(1)针对轴向磁悬浮轴承,设计一种兼具高冗余性和低发热特性的叠片式冗余轴向磁悬浮轴承结构,提出叠片式冗余轴向磁悬浮轴承的设计准则,探讨磁悬浮轴承冗余度与电流裕量、叠片空间利用率、力学特性和发热量之间的影响关系,为叠片式冗余轴向磁悬浮轴承的结构设计奠定了基础。(2)开展了叠片式冗余轴向磁悬浮轴承冗余度、电磁力和发热量的理论研究、数值仿真和实验研究。并与整体式同心多环冗余轴向磁悬浮轴承进行了对比分析,研究表明:叠片式冗余轴向磁悬浮轴承在牺牲一定电磁力的前提下,提高了叠片式冗余轴向磁悬浮轴承冗余度,降低了系统发热量。研究结果为高可靠性要求的磁悬浮轴承的选择提供了依据和参考数据。(3)提出不同失效情况下叠片式冗余轴向磁悬浮轴承冗余重构策略及控制方法,基于失效前后磁悬浮轴承的刚度、阻尼不变的原则,探讨了冗余重构可行范围及控制参数对磁悬浮轴承工作特性的影响关系。(4)提出了磁悬浮系统自由度约束理论的一般模型,通过该模型降低了系统的自由度,探讨了结构设计中结构尺寸与自由度约束间的关系,并利用该模型搭建了一套实验平台,针对叠片式冗余轴向磁悬浮轴承不同失效情况下的冗余重构、温度场分布进行了实验验证。实验结果与理论及仿真结果吻合,验证了本文提出的叠片式冗余轴向磁悬浮轴承的实用性,具有理论意义和工程价值。