祁立波,周 瑾,余 越,林長剛

（1.中國船舶科學(xué)研究中心,江蘇 無錫 214082;2.深海載人裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無錫 214082;3.深海技術(shù)科學(xué)太湖實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無錫 214082;4.南京航空航天大學(xué),南京 210016）

0 引 言

機(jī)械噪聲、水動力噪聲、螺旋槳噪聲是船舶的三大噪聲源。螺旋槳噪聲包括其直發(fā)聲及螺旋槳非定常力通過軸系激勵船體產(chǎn)生的耦合振動噪聲。正常航速工況下，水動力噪聲和螺旋槳直發(fā)聲還不明顯，因此，隨著機(jī)械噪聲控制技術(shù)的不斷成熟，螺旋槳非定常力引起的推進(jìn)軸系激勵船體產(chǎn)生的振動噪聲越來越突出。我國最先進(jìn)的水下船舶通過正常航行和同航速停車滑行工況對比分離，實(shí)測數(shù)據(jù)表明船舶推進(jìn)軸系振動噪聲是主要噪聲分量，約占總噪聲能量的70%以上，是進(jìn)一步降低我國船舶噪聲水平的控制重點(diǎn)。船舶推進(jìn)軸系通過徑向軸承和推力軸承與船體相連，如圖1 所示。船舶推進(jìn)軸系振動噪聲包括徑向軸承處橫向激勵和推力軸承處縱向激勵船體產(chǎn)生的耦合振動噪聲。正常情況下，縱向激勵引起的振動噪聲為主要分量，橫向激勵引起的也不可忽略。

圖1 某船舶推進(jìn)器-軸系-船體示意圖Fig.1 Propeller-shaft-hull coupled system

針對船舶推進(jìn)軸系振動噪聲，研究人員已開展了豐富的研究[1-5]，并應(yīng)用了低噪聲推進(jìn)器、軸系縱向減振器、軸系動力吸振器等多種控制措施[6-7]，取得了一定的控制效果，但仍未達(dá)到顯著降低的程度。隨著船舶探測手段向極低頻發(fā)展，船舶噪聲控制也需向極低頻拓展，其技術(shù)難度更大。為突破船舶推進(jìn)軸系振動噪聲控制技術(shù)瓶頸，需要打破傳統(tǒng)控制思路的束縛，研究廣泛的多學(xué)科融合的控制手段。

磁軸承，又名磁懸浮軸承，其工作原理如圖2所示。磁軸承系統(tǒng)[8]包括轉(zhuǎn)子、定子、傳感器、控制器和功率放大器。定子由電磁鐵組成，轉(zhuǎn)子懸浮在按徑向?qū)ΨQ放置的電磁鐵所產(chǎn)生的磁場中。通過傳感器監(jiān)測轉(zhuǎn)子的位置變化，借助控制系統(tǒng)校正通過電磁鐵的電流，從而控制電磁鐵的磁力，使轉(zhuǎn)子在穩(wěn)定平衡狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)磁力的提供方式，磁軸承可分為：（I）有源磁軸承，也稱主動磁軸承，磁場是可控的，通過檢測被懸浮轉(zhuǎn)子的位置，由控制系統(tǒng)進(jìn)行主動控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子懸浮，如圖2 所示；（II）無源磁軸承，也稱被動磁軸承，以永磁體或超導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子部分自由度的支承；（III）混合磁軸承，包含了電磁體和永磁體或超導(dǎo)體。磁軸承的主要特征是無接觸微振動、高精度低功耗、無需潤滑、可實(shí)時(shí)進(jìn)行主動控制。磁軸承的特征使其在航天姿態(tài)控制、航空發(fā)動機(jī)渦輪泵、電機(jī)主軸等穩(wěn)定性、精度和振動特性要求較高的高轉(zhuǎn)速、低載荷系統(tǒng)振動控制中首先得到較多的應(yīng)用[9]。隨著一些高轉(zhuǎn)速、重載荷系統(tǒng)對穩(wěn)定性、精度和振動特性的要求越來越高，磁軸承在高轉(zhuǎn)速、重載荷系統(tǒng)的振動控制中也逐漸得到了應(yīng)用。近年來，磁軸承在高溫氣冷堆氦風(fēng)機(jī)、氦氣輪機(jī)中的使用取得進(jìn)展[10-12]。某氦風(fēng)機(jī)[10]轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖3 所示。某氦氣輪機(jī)[11]軸向磁軸承的設(shè)計(jì)承載力達(dá)9.8 kN，氣隙為0.7 mm；徑向磁軸承的設(shè)計(jì)承載力達(dá)1.96 kN，定轉(zhuǎn)子間氣隙為0.6 mm。隨著磁軸承技術(shù)的發(fā)展和對船舶低轉(zhuǎn)速、重載荷的軸系振動噪聲控制的迫切需求，磁軸承應(yīng)用在低轉(zhuǎn)速、重載荷系統(tǒng)振動控制中成為可能。

圖2 磁軸承原理圖Fig.2 Operating principle diagram of magnetic bearing

圖3 某氦風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖[10]Fig.3 Structure diagram of helium fan rotor[10]

采用徑向磁軸承和推力磁軸承控制低轉(zhuǎn)速、重載荷的船舶推進(jìn)軸系振動噪聲具有廣闊的前景：

（1）控制軸與徑向軸承相對位置，避免軸與軸承的接觸，從根本上消除軸與軸承的摩擦激勵。

（2）推力磁軸承的縱向剛度可以根據(jù)需求隨時(shí)進(jìn)行大范圍的參數(shù)設(shè)計(jì)調(diào)整，一方面，可實(shí)現(xiàn)船上目前采用軸系縱向減振器達(dá)到的降低軸系縱向安裝頻率，控制槳軸系統(tǒng)對船體的縱向非定常激勵力的目的；另一方面，可通過縱向剛度的調(diào)整，改變本船“聲紋”特征，降低我方船舶被敵方識別的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）通過磁軸承測量-反饋的主動控制系統(tǒng)，可對軸系進(jìn)行力的補(bǔ)償，將軸系對船體的激勵力控制在較小的幅值范圍內(nèi)，顯著降低軸系激勵船體引起的振動噪聲。

1 磁軸承研究現(xiàn)狀

1.1 國外磁軸承研究

上世紀(jì)60 年代初，美國首先在空間制導(dǎo)和慣性輪上成功地使用了磁軸承。90 年代末，美國成功研制了能夠在510 ℃高溫下工作的磁軸承系統(tǒng)。隨后，磁軸承在航空發(fā)動機(jī)渦輪泵、各類定位系統(tǒng)、驅(qū)動機(jī)械裝置、空間飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)、電機(jī)主軸等裝置上獲得了大量應(yīng)用。

1969 年，法國開始對磁軸承進(jìn)行研究，并在1972 年將第一個磁軸承用于衛(wèi)星導(dǎo)向輪的支承上。1986 年，日本在火箭上進(jìn)行了磁軸承飛輪的空間實(shí)驗(yàn)。各航天強(qiáng)國都對磁軸承的研究與制造開展了大量的工作。目前國外能夠?qū)崿F(xiàn)磁軸承的制造和應(yīng)用的公司主要有美國的NASA 和Waukesha、法國的S2M、日本的精工、瑞士的MECOS、德國的LEViTEC，以及加拿大的REVOLVE等。

Sortore 等[13]對傳統(tǒng)的主動型磁軸承與混合型磁軸承的功率損耗進(jìn)行了對比，其研制的轉(zhuǎn)速達(dá)23000 r/min 的磁軸承電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果表明，采用傳統(tǒng)的全電磁型磁軸承支承時(shí)系統(tǒng)的功率損耗為500 W，而采用混合型磁軸承支承時(shí)系統(tǒng)的功率損耗僅為207 W。

Honeywell 發(fā)動機(jī)系統(tǒng)公司、REVOLVE 磁軸承有限公司及美國空軍實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合成功研制了功率為250 kW、轉(zhuǎn)速達(dá)42 000 r/min 的開關(guān)磁阻電機(jī)起動發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了兩個混合型徑向磁軸承來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸徑向四個自由度懸浮，采用一個全電磁型軸向磁軸承來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸軸向自由度的懸浮[14]。

Rao 等[15]分別研究了磁軸承的動態(tài)和靜態(tài)剛度，并提出了基于此兩種剛度的磁軸承的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。Nataraj等[16]通過對八極式的磁軸承的理論建模，分析得到了與控制算法無關(guān)的電磁力計(jì)算公式，得出了電磁力與位移交叉耦合的結(jié)論。

Said等[17]研究了磁軸承轉(zhuǎn)子與定子動態(tài)力，并進(jìn)行了軸系的臺架實(shí)驗(yàn)，如圖4～5所示，理論預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)測結(jié)果吻合較好；Singh等[18]開展了主動磁軸承在轉(zhuǎn)子疲勞裂紋檢測方面的應(yīng)用研究；Salet等[19]開展了主動磁軸承轉(zhuǎn)子與定子接觸相關(guān)的測量與檢驗(yàn)研究。

圖4 某軸系臺架磁軸承[17]Fig.4 Magnetic bearing of a shafting bench[17]

圖5 磁軸承軸與軸承動態(tài)力示意圖[17]Fig.5 Dynamic forces of shaft and magnetic bearing[17]

1.2 國內(nèi)磁軸承研究

我國從上世紀(jì)80 年代開始磁軸承的研究。目前國內(nèi)許多科研院校，如清華大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、武漢理工大學(xué)、上海大學(xué)、國防科技大學(xué)、浙江大學(xué)、山東大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西安交通大學(xué)和江蘇大學(xué)等都在開展磁軸承方面的研究。

1988年，陳易新等[20]研究了主動磁軸承機(jī)床主軸控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，這是國內(nèi)首次對主動磁軸承全懸浮機(jī)床主軸從結(jié)構(gòu)到控制進(jìn)行的系統(tǒng)研究；1989年，楊泉林等[21]采用狀態(tài)反饋原理探討了磁控制的多自由度解耦問題；高振金等[22]利用磁荷庫侖定律對磁軸承的徑向磁力做了分析和計(jì)算，提出的方法更易于理解；1994 年，吳國慶等[23]在機(jī)電與控制實(shí)驗(yàn)室成功研制臥式五自由度磁軸承系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速高達(dá)53200 r/min。

梅磊[24]對三種混合型磁軸承（軸向、徑向、軸向-徑向）具體的參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法進(jìn)行了研究，在對其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與磁場分布進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，以最大懸浮力為設(shè)計(jì)目標(biāo)，以軟磁材料內(nèi)部磁場不飽和為約束條件，以體積最小為優(yōu)化目標(biāo)，推導(dǎo)出了其軟磁材料、永磁材料及控制繞組的參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化公式，并以MATLAB為基礎(chǔ)開發(fā)出了界面友好、操作簡單的混合型磁懸浮軸承參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化軟件。

近期，周瑾等[25]提出了一種主動磁軸承的剛度和阻尼參數(shù)識別方法，針對如圖6 所示的磁軸承實(shí)驗(yàn)平臺，進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算和模型實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果和測量結(jié)果的一致性驗(yàn)證了該識別方法的有效性。金超武等[26]研究了實(shí)際運(yùn)行工況對主動磁軸承剛度和阻尼參數(shù)的影響，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；徐園平等[27]開展了主動磁軸承作為激振器在缺陷檢測和故障診斷領(lǐng)域的應(yīng)用研究；王俊亭等[28]開展了徑向磁軸承動態(tài)剛度系數(shù)特性及X和Y方向的耦合研究。

圖6 某磁軸承軸系臺架[25]Fig.6 Shafting bench of magnetic bearing[25]

國內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)磁軸承的制造與應(yīng)用的公司主要有天津飛旋科技有限公司和南京磁谷科技有限公司等。天津飛旋科技有限公司以清華大學(xué)為技術(shù)后盾，在國內(nèi)率先成功研發(fā)了一種適用于集成電路裝備應(yīng)用的五自由度控制分子泵磁軸承，并在2007年8月成功研制了國內(nèi)首個具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的磁分子泵。飛旋公司某電機(jī)磁軸承如圖7所示。另外，南京磁谷科技有限公司依托南京航空航天大學(xué)磁應(yīng)用技術(shù)研究所的科研力量，成功完成多型大功率高轉(zhuǎn)速驅(qū)動設(shè)備和高速高效一體化流體機(jī)械設(shè)備，其自主研發(fā)的國內(nèi)首臺磁離心鼓風(fēng)機(jī)在污水處理廠成功連續(xù)運(yùn)行。

圖7 飛旋公司某電機(jī)磁軸承Fig.7 Magnetic bearing for motor of Emaging Company

2 船舶推進(jìn)軸系振動控制中的磁軸承研究

2.1 國外船舶推進(jìn)軸系磁軸承研究

上世紀(jì)60 年代國內(nèi)外對船舶推進(jìn)軸系磁軸承開展了豐富的相關(guān)研究，但能查閱的公開資料較少。上世紀(jì)80年代美國弗吉尼亞大學(xué)Lewis等[29-30]開展了船舶推進(jìn)軸系推力磁軸承研究，其推力磁軸承方案如圖8所示。推力磁軸承采用經(jīng)典的控制理論，取得了顯著的控制效果，并分析了推進(jìn)器質(zhì)量等參數(shù)對控制系統(tǒng)的影響規(guī)律。設(shè)計(jì)并建立了船舶推進(jìn)軸系的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，對理論進(jìn)行了驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過磁軸承主動控制系統(tǒng)的有效調(diào)節(jié)，軸系產(chǎn)生的激勵力幅值能夠降低一個數(shù)量級。

圖8 推力磁軸承方案[29-30]Fig.8 Propulsion system with magnetic thrust bearing[29-30]

法國海軍學(xué)校研究所Charpentier 和Fadli 等[31]利用永磁軸承通過非接觸方式傳遞電機(jī)扭矩，以保持螺旋槳軸向位置，并對兩類典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，提出了基于磁力理論的半解析模型，驗(yàn)證了磁軸承的控制效果。

Bompos 等[32]研究了一種磁流變液作為軸系軸承的智能潤滑劑，分析了磁流變液和非磁流體阻尼器對軸系振動特性的影響，發(fā)現(xiàn)磁流變液能夠有效降低軸系縱向振動幅值近80%。

Kim 等[33]分析了機(jī)械或裝配誤差對磁軸承軸系振動特性的影響。磁軸承主動控制系統(tǒng)需要充分考慮軸系的安裝精度，有利于精確控制磁軸承的間隙，使得磁軸承控制系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性。

Norihisa 等[34]分析了汽車發(fā)電機(jī)軸系磁軸承的振動特性。發(fā)電機(jī)軸系與船舶推進(jìn)軸系類似，都具有旋轉(zhuǎn)葉片和主軸。分析了葉片的固有頻率與軸本身的固有頻率對軸系耦合振動特性的影響。指出在軸系的設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮葉片的固有頻率。

巴斯大學(xué)[35]為了控制船舶推進(jìn)器產(chǎn)生的激勵力傳遞到船體，提出采用磁軸承對推進(jìn)器傳動軸進(jìn)行軸向振動隔離，并進(jìn)行了仿真分析，給出了控制效果。

波蘭格但斯克工業(yè)大學(xué)[36]將Halbach 結(jié)構(gòu)的混合磁軸承應(yīng)用于船舶推進(jìn)器，試驗(yàn)結(jié)果表明，磁軸承不僅能夠提供較高的支承剛度，還避免了傳統(tǒng)軸承帶來的高額維護(hù)成本。

2.2 國內(nèi)船舶推進(jìn)軸系磁軸承研究

國內(nèi)關(guān)于磁軸承在船舶機(jī)械設(shè)備等振動控制中的應(yīng)用已開展了部分研究[37-43]，關(guān)于磁軸承在船舶推進(jìn)軸系振動噪聲控制中的研究剛起步。傳統(tǒng)的磁軸承控制系統(tǒng)以軸系運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，即軸心軌跡區(qū)間范圍最小為控制目標(biāo)，而船舶推進(jìn)軸系用磁軸承綜合控制方案以軸系對船體的激勵力最小為綜合優(yōu)化的控制目標(biāo)。磁軸承控制系統(tǒng)可以通過測量反饋，不斷調(diào)整支承剛度，控制軸心軌跡在較大的區(qū)間范圍內(nèi)，以獲得軸系對船體激勵力最小的控制目標(biāo)。軸心軌跡區(qū)間范圍的限制不影響軸系正常運(yùn)轉(zhuǎn)功能即可。

海軍工程大學(xué)王東等[44]對船用磁軸承關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)，指出了船舶適應(yīng)性、可靠性和低承載力密度是制約船用磁軸承發(fā)展的難點(diǎn)。同時(shí)指出，減振降噪是未來船用磁軸承重要技術(shù)方向之一。

楊志榮[45]開展了基于磁流變彈性體的艦船軸系縱向振動的半主動控制研究，利用磁流變彈性體設(shè)計(jì)了一款磁流變彈性體半主動式動力吸振器對推進(jìn)軸系縱向振動進(jìn)行振動控制，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，如圖9所示，驗(yàn)證其移頻特性和吸振效果。

圖9 推進(jìn)軸系和磁流變彈性體動力吸振器[45]Fig.9 Propulsion system with magnetic dynamic vibration absorber[45]

上海交通大學(xué)覃會等[46]針對推進(jìn)軸系引起的結(jié)構(gòu)振動噪聲問題，提出可以描述電磁軸承的計(jì)算模型，分析不同轉(zhuǎn)速下的力傳遞特性，減小螺旋槳振動通過軸系向殼體傳遞。

海軍工程大學(xué)[47]提出了基于磁軸承的船舶動力設(shè)備及推力軸承集成隔振系統(tǒng)，并進(jìn)行了仿真分析，得到了顯著的控制效果。海軍工程大學(xué)李賀等[48]開展了船用永磁推力軸承軸向承載特性研究，針對一種新的徑向磁化永磁推力軸承，使用虛位移法及線性疊加原理，得出了新型永磁推力軸承的數(shù)學(xué)解析模型。模型表明，在小間隙工況下，軸向承載力隨氣隙的增大而減??；間隙固定時(shí)，軸向承載力隨軸向位移增加先增大后減小，存在最大承載力。并利用有限元法對軸向磁力進(jìn)行仿真計(jì)算，仿真結(jié)果與解析結(jié)果基本吻合。

近期祁立波和周瑾等開展了磁軸承軸系臺架試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了磁軸承對船舶推進(jìn)軸系引起的船體振動的控制效果。比較磁軸承采用傳統(tǒng)PID 控制和采用新型力補(bǔ)償主動控制兩種工況軸系臺架軸承上的加速度響應(yīng)，驗(yàn)證采用磁軸承主動控制后，軸承處加速度響應(yīng)顯著減小。磁軸承軸系臺架如圖10～11所示。以軸系對軸承的激勵力最小為控制目標(biāo)，即軸承處加速度響應(yīng)最小。軸系臺架同時(shí)包含徑向軸承和軸向軸承。加速度傳感器分別安裝在左右磁軸承座的上方測量振動。采用電磁激振器進(jìn)行外部激振，如圖12所示。

圖10 磁軸承軸系臺架試驗(yàn)圖Fig.10 Test of a shafting bench of magnetic bearing

圖11 磁軸承軸系臺架轉(zhuǎn)子示意圖（轉(zhuǎn)子質(zhì)量14.56 kg，轉(zhuǎn)子長度1.003 m）Fig.11 Rotor for the shafting bench of magnetic bearing(14.56 kg,1.003 m)

圖12 激振器激勵工況Fig.12 Excitation condition

對比采用傳統(tǒng)PID 控制方法與軸向陷波（軸向補(bǔ)償）和徑向軸向陷波（徑向和軸向同時(shí)補(bǔ)償）對基座振動的影響。轉(zhuǎn)速取2000 r/min，激勵為2000 Hz 單頻激勵，試驗(yàn)結(jié)果如圖13-15所示。2000 Hz處加速度響應(yīng)變化見表1。從圖中可以看出，相對于傳統(tǒng)磁軸承PID控制工況，磁軸承進(jìn)行軸向補(bǔ)償時(shí)，X、Y、Z方向基座處加速度響應(yīng)分別降低約0.7 dB、1.9 dB、2.5 dB；軸向與徑向同時(shí)補(bǔ)償時(shí)，X、Y、Z方向基座處加速度響應(yīng)分別降低約9.4 dB、11.5 dB 和8.1 dB。磁軸承軸系臺架振動初步試驗(yàn)充分驗(yàn)證了磁軸承振動控制效果，表明磁軸承應(yīng)用到船舶推進(jìn)軸系振動控制中無顛覆性技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

圖13 不同控制方法X方向加速度響應(yīng)比較Fig.13 Acceleration of X-direction under different control methods

圖14 不同控制方法Y方向加速度響應(yīng)比較Fig.14 Acceleration of Y-direction under different control methods

圖15 不同控制方法Z方向加速度響應(yīng)比較Fig.15 Acceleration of Z-direction under different control methods

表1 基座處加速度響應(yīng)比較（dB，參考值1× 10-6m/s2）Tab.1 Acceleration of the bases for magnetic bearings(dB,ref:1× 10-6m/s2)

3 總結(jié)與展望

隨著磁軸承技術(shù)的發(fā)展和對船舶振動噪聲控制的迫切需求，磁軸承應(yīng)用在船舶振動噪聲控制中成為可能。國內(nèi)磁軸承在船舶推進(jìn)軸系振動噪聲控制中的應(yīng)用研究剛剛起步，國內(nèi)多家單位已開展磁軸承在船舶推進(jìn)軸系振動控制應(yīng)用中的相關(guān)研究，尤其是海軍工程大學(xué)已開展了相關(guān)的試驗(yàn)研究，磁軸承在軸系振動控制中應(yīng)用已不存在技術(shù)障礙。關(guān)于磁軸承在船舶推進(jìn)軸系振動控制應(yīng)用中相關(guān)的控制方法已開展傳統(tǒng)的PID 控制方法相關(guān)研究。經(jīng)磁軸承軸系臺架振動控制效果試驗(yàn)驗(yàn)證，磁軸承對軸系進(jìn)行徑向力和軸向力補(bǔ)償后，能夠顯著降低軸系引起的軸承處振動。磁軸承在船舶推進(jìn)軸系減振降噪控制中的應(yīng)用有著較為廣闊的前景，未來對船舶推進(jìn)軸系用磁軸承的研究可以主要聚焦在以下方面：

（1）適用于船舶推進(jìn)軸系的磁軸承綜合控制系統(tǒng)：相較于傳統(tǒng)軸承系統(tǒng)，船舶推進(jìn)軸系具有重載、低轉(zhuǎn)速等特點(diǎn)，推進(jìn)軸系重載的支承、非定常激勵力的控制、軸系支承點(diǎn)相對位移變化對軸系振動影響規(guī)律，形成船舶推進(jìn)軸系振動噪聲磁軸承控制技術(shù)。

（2）重載荷磁軸承空間布置及散熱問題：船舶推進(jìn)軸系一般需要提供數(shù)十噸的推力及支承力，對磁軸承的承載能力提出了較高的要求，需要對磁軸承承載力密度、優(yōu)化軸系結(jié)構(gòu)形式等方面進(jìn)行研究。

（3）復(fù)雜工況下重載荷磁軸承失效保護(hù)，可靠性問題：作為船舶推進(jìn)系統(tǒng)的組成部分，須具有在復(fù)雜環(huán)境中正常運(yùn)行的能力，針對外部風(fēng)浪、航速以及艙內(nèi)高溫、高濕等因素的影響，提出相應(yīng)的控制方法及系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)，提高磁軸承系統(tǒng)可靠性，并通過輔助軸承等手段，使磁軸承失效后仍能暫時(shí)保持推進(jìn)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。