一种六磁极混合磁悬浮轴承及其设计方法技术

本发明专利技术提出一种六磁极混合磁悬浮轴承，具体涉及于磁悬浮轴承技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种六磁极混合磁悬浮轴承及其设计方法


[0001]本专利技术涉及磁悬浮轴承
，尤其涉及一种六磁极混合磁悬浮轴承及其设计方法
。

技术介绍

[0002]磁悬浮轴承是一种实现定转子之间无机械摩擦的新型高性能轴承，具有无摩擦
、
寿命长
、
高精度
、
低损耗的诸多优点，被广泛应用于生命科学
、
飞轮储存
、
航天航空等
，目前根据磁场产生的形式不同，磁悬浮技术主要有永磁悬浮技术和电磁悬浮技术，由于永磁体悬浮力在受到外界干扰时无法提供阻尼，因此不能单独用于磁悬浮轴承中，电磁悬浮技术是利用线圈电流产生的电磁力将转子悬浮于空中，人为控制线圈电流来稳定转子系统，但由于电磁悬浮技术全部悬浮力都来自于电流，耗能较多，容易产生大量热，不利于机械的连续运转，永磁偏置磁悬浮轴承是用永磁体磁场代替电磁轴承中的偏置磁场，可以在避免大部分耗能时，又能保证转子稳定
。
[0003]申请号
CN112815005B
公开了一种六极异极型交流混合磁轴承及其设计方法
。
包括定子和转子，定子包括外控制铁心和内永磁定子
。
外控制铁心沿内圆周分布有两组悬浮极
A、B、C
与
a、b、c
，悬浮极
a、b、c
内侧为扇形圆环结构，通过六个永磁体与三个扇形圆环铁心组成内永磁定子，悬浮极
A、B、C
与三个扇形圆环铁心之间存在分磁气隙，内永磁定子与转子之间存在主气隙，仅需一个三相逆变器就能实现转子稳定悬浮，具有承载力大，位移刚度小，磁场扰动较小，转子铁芯损耗低，便于控制等优点，但该专利技术容易出现
x
和
y
方向的磁场耦合严重的情况，不利于稳定控制
。

技术实现思路

[0004]为了解决磁轴承
x
和
Y
方向的磁场耦合严重的问题，本专利技术提出一种六磁极混合磁悬浮轴承及其设计方法
。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术提出一种六磁极混合磁悬浮轴承包括转子和定子，其中：
[0007]所述六磁极混合磁悬浮轴承包括转子和定子，其中：
[0008]所述转子包括环状轴套和轴芯，所述环状轴套固定于所述轴芯外侧；
[0009]所述定子包括铁芯和固定套，所述固定套固定于所述铁芯外侧，所述铁芯内侧上设有六个磁极组，所述磁极组由线圈缠绕所述铁芯组成，所述磁极组均匀分布于铁芯的内侧，所述磁极组外侧还设有永磁体，所述永磁体与所述磁极组数量相同，所述永磁体分别为
pw1、pu1、pv1、pw2、pu2、pv2
，所述永磁体位于两个磁极的之间并与所述铁芯固定连接，每一所述磁极组上的两个磁极为正向串联，两绕组上的线圈匝数总和为
2n
，每个所述磁极组的两个磁极关于中心线对称；
[0010]所述转子与所述定子之间存在第一气隙，所述铁芯靠近所述永磁体的外侧存在第二气隙，所述永磁体和所述第二气隙位于所述磁极组的中心线上，所述永磁体一端朝向转
子轴心，另一端朝向所述第二气隙，一个所述永磁体线与
Y
轴成
30
度夹角，六个所述永磁体的磁极按照
NSSNNSSNNSSN
排布成异极结构，且互成
60
°
夹角，六个所述永磁体的充磁方向在
x
和
y
上分别为
(0,
‑
1)
，
(0,
‑
1)
，
[0011]进一步的，六个所述磁极组分别为
w1、u1、v1、w2、u2、v2
，其中磁极组
w1
和
w2
，
u1
和
u2
，
v1
和
v2
分别进行反向串联，并连接形成
Y
型三相绕组，通过一个单向逆变器供电
。
[0012]进一步的，一种六磁极混合磁悬浮轴承的设计方法，包括以下步骤：
[0013]S1.
建立六磁极混合磁悬浮轴承的磁路模型；
[0014]S2.
根据最大承载力进行计算出磁极组的磁极参数；
[0015]S3.
根据偏置磁通量进行计算出永磁体参数；
[0016]S4.
通过控制磁通量并确定线圈绕组参数
。
[0017]进一步的，所述
S1
中建立六磁极混合磁悬浮轴承的磁路模型包括以下步骤：
[0018]计算六个永磁体
pw1、pu1、pv1、pw2、pu2、pv2
对应的磁通；
[0019]计算六个磁极组
w1、u1、v1、w2、u2、v2
对应的磁通；
[0020]根据六个永磁体和磁极组的磁通进行计算出电磁力和磁极之间的电磁关系
。
[0021]进一步的，所述计算六个永磁体
pw1、pu1、pv1、pw2、pu2、pv2
的对应的磁通包括以下步骤：
[0022]计算永磁体的磁阻：
[0023][0024]其中
R
p
是永磁体的磁阻，
H
c
是永磁体的矫顽力，
B
r
是永磁体的剩磁，
S
是磁感线穿越永磁体时的截面积，
l
p
是永磁体在充磁方向上的长度；
[0025]由于六个永磁体的充磁方向分别为
(0,
‑
1)
，
(0,
‑
1)
，根据第二气隙的磁阻计算公式：
[0026][0027]可得出六个磁极组
w1、u1、v1、w2、u2、v2
中的磁极与磁极之间第二气隙所对应的磁阻
R
w1
、R
u1
、R
v1
、R
v2
、R
w2
，计算公式分别为：
[0028][0029][0030]其中：
x
和
y
是转子在
x
轴和
y
轴的位移，
R
s
为第二气隙的磁阻，
g
s
为第二气隙的长度，
μ0为真空磁导率，
A
p
为构成第二气隙两边的磁极面积；
[0031]计算六个磁极组中永磁体磁通回路对应的等效电阻
[0032]R
pw1
、R
pu1
、R
pv1
、R
pv2
、R
pw2
，计算公式分别为：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种六磁极混合磁悬浮轴承，其特征在于，所述六磁极混合磁悬浮轴承包括转子和定子，其中：所述转子包括环状轴套和轴芯，所述环状轴套固定于所述轴芯外侧；所述定子包括铁芯和固定套，所述固定套固定于所述铁芯外侧，所述铁芯内侧上设有六个磁极组，所述磁极组由线圈缠绕所述铁芯组成，所述磁极组均匀分布于铁芯的内侧，所述磁极组外侧还设有永磁体，所述永磁体与所述磁极组数量相同，所述永磁体分别为
pw1、pu1、pv1、pw2、pu2、pv2
，所述永磁体位于两个磁极的之间并与所述铁芯固定连接，每一所述磁极组上的两个磁极为正向串联，两绕组上的线圈匝数总和为
2n
，每个所述磁极组的两个磁极关于中心线对称；所述转子与所述定子之间存在第一气隙，所述铁芯靠近所述永磁体的外侧存在第二气隙，所述永磁体和所述第二气隙位于所述磁极组的中心线上，所述永磁体一端朝向转子轴心，另一端朝向所述第二气隙，一个所述永磁体线与
Y
轴成
30
度夹角，六个所述永磁体的磁极按照
NSSNNSSNNSSN
排布成异极结构，且互成
60
°
夹角，六个所述永磁体的充磁方向在
x
和
y
上分别为
(0,
‑
1)
，
(0,
‑
1)
，
2.
根据权利要求1所述的六磁极混合磁悬浮轴承，其特征在于，六个所述磁极组分别为
w1、u1、v1、w2、u2、v2
，其中磁极组
w1
和
w2
，
u1
和
u2
，
v1
和
v2
分别进行反向串联，并连接形成
Y
型三相绕组，通过一个单向逆变器供电
。3.
根据权利要求1‑2所述的六磁极混合磁悬浮轴承的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.
建立六磁极混合磁悬浮轴承的磁路模型；
S2.
根据最大承载力进行计算出磁极组的磁极参数；
S3.
根据偏置磁通量进行计算出永磁体参数；
S4.
通过控制磁通量并确定线圈绕组参数
。4.
根据权利要求3所述的六磁极混合磁悬浮轴承的设计方法，其特征在于，所述
S1
中建立六磁极混合磁悬浮轴承的磁路模型包括以下步骤：计算六个永磁体
pw1、pu1、pv1、pw2、pu2、pv2
对应的磁通；计算六个磁极组
w1、u1、v1、w2、u2、v2
对应的磁通；根据六个永磁体和磁极组的磁通进行计算出电磁力和磁极之间的电磁关系
。5.
根据权利要求4所述的六磁极混合磁悬浮轴承的设计方法，其特征在于，所述计算六个永磁体
pw1、pu1、pv1、pw2、pu2、pv2
的对应的磁通包括以下步骤：计算永磁体的磁阻：其中
R
p
是永磁体的磁阻，
H
c
是永磁体的矫顽力，
B
r
是永磁体的剩磁，
S
是磁感线穿越永磁体时的截面积，
l
p
是永磁体在充磁方向上的长度；由于六个永磁体的充磁方向分别为
(0,
‑
1)
，
(0,
‑
1)
，根据第二气隙的磁阻计算公式：
可得出六个磁极组
w1、u1、v1、w2、u2、v2
中的磁极与磁极之间第二气隙所对应的磁阻
R
w1
、R
u1
、R
v1
、R
v2
、R
w2
，计算公式分别为：，计算公式分别为：其中：
x
和
y
是转子在
x
轴和
y
轴的位移，
R
s
为第二气隙的磁阻，
g
s
为第二气隙的长度，
μ0为真空磁导率，
A
p
为构成第二气隙两边的磁极面积；计算六个磁极组中永磁体磁通回路对应的等效电阻
R
pw1
、R
pu1
、R
pv1
、R
pv2
、R
pw2
，计算公式分别为：分别为：分别为：最后得出六组永磁体的磁通最后得出六组永磁体的磁通最后得出六组永磁体的磁通其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张舒月，吕小莲，王波，严红丽，
申请(专利权)人：滁州学院，
类型：发明
国别省市：