电磁轴承以其无摩擦、无须润滑等优点,能够满足许多应用场合的特殊工况需求。为了尽可能缩小轴承尺寸,适应人工心脏、磁悬浮硬盘、陀螺仪等小型应用场合,探索小型电磁轴承的设计方法和过程,设计了一种新型结构的小型电磁轴承并进行了实验研究。传统电磁轴承一般要做五个自由度的主动控制,需要五组轴承和传感器,轴承尺寸很难缩小。为了利于缩小轴承尺寸,对轴承和传感器数量进行了精简。仅采用一个平面内的两组轴承作为支承,对该平面上的两个自由度进行主动控制,称该平面为主控平面。其余三个自由度实现被动的悬浮,其约束力由主控平面内两组轴承产生的电磁力的分力提供。采用基于ANSYS的有限元电磁场分析方法对轴向承载力进行了计算,证明了这种结构的可行性。为使磁滞损耗尽可能小,定子与传感器磁极均沿转子轴线布置。转子采用一体的导磁材料,有利于降低加工难度和提高结构强度。设计了差动电感式传感器,对传感器原理进行了理论分析,并对电感进行了实验测量,在此基础上设计了传感器电路;传感器铁芯与磁极铁芯间隔布置,通过对传感器信号的处理,可得到转子在主控平面内的坐标以及垂直主控平面的位移。设计制作了线性功率放大器,调试中对自激振荡进行了有效抑制。通过对轴承模型的分析,设计了基于DSP的数字控制器,采用不完全微分的PID算法。基于这种特殊的结构,为了提高被动悬浮的三个自由度的稳定性,控制电流需要满足一定的约束条件,在控制算法上进行了优化设计。通过初步的机械结构设计和有限元分析计算,初步确定了轴承参数,制作出了一台实验系统,通过对控制器参数的工程整定实现了静态的稳定悬浮,效果良好。实验中针对轴向振动问题,分析了其原因并对控制算法进行了改进,有效地抑制了轴向振动。实验表明,该种精简的结构有效地缩小了轴承尺寸,达到了较好的悬浮效果;磁极和传感器的布置方式对进一步缩小尺寸和控制都是有利的;对控制电流进行必要的约束,有利于主控平面外的三个自由度的稳定悬浮。