【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁悬浮轴承，具体涉及一种满足实际负载径向两端所需承载力需求不等情况的混合励磁不对称四自由度磁轴承及其参数设计方法。
技术介绍
1、随着磁悬浮轴承是借助磁力作用产生悬浮力，从而使转子悬浮的一种区别于传统轴承的非接触式轴承。径向四自由度混合磁轴承常采取双侧双自由度独立悬浮的方法，兼备磁轴承无摩擦，无磨损，不需润滑及密封，高速度，高精度及使用寿命长等特点，基于以上的优点使其在超高速超精密数控机、磁悬浮电机、飞轮储能技术及人造卫星等悬浮支承系统中有着重要的应用价值和发展前景。
2、对于磁轴承来说，其气隙饱和磁感应强度和磁极面积共同决定了磁轴承的承载力。因此，传统的径向四自由度混合磁轴承两侧径向定子磁极面积必然相等，两侧最大悬浮力相等，而在混合磁轴承实际应用中，负载常放在转子的一端，因此，实际的径向四自由度混合磁轴承所受到的两端承载力不同，由对称式径向四自由度混合磁轴承支承电机转子会导致转子振动，浪费材料，严重时会因电流过载烧毁负载一端混合磁轴承控制绕组。
3、在高速传动系统中，常采用集成化四自由度混合磁轴承和单自由度混合磁轴承共同支承电机转子，但是负载常通过联轴器连接到转子一端，该侧径向两自由度承载力较大，而另一侧的两自由度径向承载力较小，而集成化四自由度混合磁轴承永磁体在两片定子中间，即左右两侧偏置磁通相同，因此，四自由度混合磁轴承两端最大承载力、安匝数、尺寸等参数完全一样。因此为满足实际应用需求，有两种设计方案，一种是利用磁轴承的过载能力，按照负载均衡分别进行设计，依靠磁轴承的过载能力来包容负载
技术实现思路
1、专利技术目的：针对
技术介绍
中指出的问题，本专利技术公开一种悬浮力不对称的四自由度混合磁轴承及其参数设计方法，在传统悬浮力对称四自由度混合磁轴承的一端通过隔磁铝盘连接辅助铁心，由永磁环为主铁心径向气隙提供气隙饱和磁密一半的偏置磁通，励磁绕组线圈给辅助铁心径向气隙提供饱和气隙磁密一半的气隙磁密，辅助铁心、隔磁铝盘与该侧的四自由度混合磁轴承铁心结构相同，控制磁通为同一个悬浮绕组产生，使最终设计出的混合磁轴承两端径向悬浮力不等，满足四自由度混合磁轴承支承负载时两端承载力需求不等的实际工况。
2、技术方案：本专利技术公开了一种混合励磁不对称四自由度磁轴承，包括转子部分和定子部分，定子部分由隔磁铝盘将辅助铁心与主铁心连接为整体；辅助铁心包括左侧径向部分a、右侧径向部分b，主铁心包括左侧径向部分c和右侧径向部分d，主铁心的轴向部分中间插入轴向磁化永磁环；辅助铁心内绕有励磁绕组，并由恒流源供电；辅助铁心左侧径向部分a为圆盘，右侧径向部分b、隔磁铝盘、主铁心的左侧径向部分c、主铁心的右侧径向部分d形状相同，均为四极结构，右侧径向部分b、隔磁铝盘、主铁心的左侧径向部分c极上绕制左侧悬浮绕组，主铁心的右侧径向部分d上绕制右侧悬浮绕组；
3、转子部分包括转轴和转子铁心，所述转轴贯穿所述转子铁心；
4、所述转子铁心与左侧径向部分a、主铁心的右侧径向部分d以及右侧径向部分b、隔磁铝盘、主铁心的左侧径向部分c部分形成3个气隙。
5、进一步地，所述转子铁心与左侧径向部分a之间形成径向气隙一，所述转子铁心与主铁心的右侧径向部分d之间形成径向气隙二，所述转子铁心与右侧径向部分b、隔磁铝盘、主铁心的左侧径向部分c之间形成径向气隙三。
6、进一步地，所述右侧径向部分b单个磁极面积sb＝0.25倍左侧径向部分a面积sa，左侧径向部分c的单个磁极面积sc与右侧径向部分d的单个磁极面积sd相等。
7、进一步地，励磁绕组上截面电流为向外，下截面电流向内，永磁环左侧为s，右侧为n；或者励磁绕组下截面电流为向外，上截面电流向内，永磁环左侧为n，右侧为s。
8、进一步地，所述辅助铁心、主铁心均由实心导磁材料制作，所述隔磁铝盘由整块铝材制成。
9、进一步地，所述永磁环提供偏置磁通一，偏置磁通一从永磁环的n极出发，经过左侧径向部分c、径向气隙、转子铁心、径向气隙、右侧径向部分d回到永磁环的s极；所述励磁绕组通电产生偏置磁通，偏置磁通二在左侧径向部分a、径向气隙三、径向气隙一和右侧径向部分b之间形成回路。
10、进一步地，所述永磁环产生的偏置磁通一让左侧径向部分c和右侧径向部分d下的气隙磁密达到气隙饱和磁密的一半；励磁绕组通电产生的偏置磁通二让左侧径向部分a和右侧径向部分b下的气隙磁密为气隙饱和磁密的一半。
11、本专利技术还公开一种基于上述混合励磁不对称四自由度磁轴承的参数设计方法，所述混合励磁不对称四自由度磁轴承的永磁体参数及励磁绕组参数设计方法具体步骤如下：
12、步骤1：选定永磁环的材料，确定气隙饱和磁通密度bs，确定各气隙的气隙长度均为g；
13、步骤2：根据左端和右端最大径向悬浮力需求fl和fr，且fl＞fr，根据fr确定左侧径向部分c和右侧径向部分d的单个磁极的面积sc＝sd；μ0为真空磁导率，μ0＝4π×10-7η/m；
14、根据δf＝fl-fr，求出右侧径向部分b的单个磁极的磁极面积：
15、步骤3：确定左侧径向部分a的面积sa：sa＝2sb；
16、步骤4：确定永磁环的磁动势fm：
17、步骤5：确定励磁绕组线圈参数：
18、步骤6：确定左、右边控制线圈参数：其中nlil、nrir为线圈的安匝数。
19、本专利技术和现有技术相比有以下优点：
20、本专利技术由永磁环和恒流源绕组通电提供偏置磁通让各气隙下的气隙磁密到达气隙饱和磁密的一半，且在主铁心和辅助铁心之间嵌入隔磁铝盘，保证主铁心和辅助铁心的偏置磁通不耦合，只需按照两端承载力的不同分别设计个径向部分的磁极面积即可实现最大悬浮力不等的四自由度混合磁轴承，充分的利用材料，让四自由度混合磁轴承满足实际工况中四自由度两端最大承载力不同的需求。
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1.一种混合励磁不对称四自由度磁轴承，其特征在于：包括转子部分(2)和定子部分(1)，定子部分(1)由隔磁铝盘(4)将辅助铁心(3)与主铁心(5)连接为整体；辅助铁心(3)包括左侧径向部分A、右侧径向部分B，主铁心(5)包括左侧径向部分C和右侧径向部分D，主铁心(5)的轴向部分中间插入轴向磁化永磁环(6)；辅助铁心(3)内绕有励磁绕组(7)，并由恒流源供电；辅助铁心(3)左侧径向部分A为圆盘，右侧径向部分B、隔磁铝盘(4)、主铁心(5)的左侧径向部分C、主铁心(5)的右侧径向部分D形状相同，均为四极结构，右侧径向部分B、隔磁铝盘(4)、主铁心(5)的左侧径向部分C极上绕制左侧悬浮线圈(8)，主铁心(5)的右侧径向部分D上绕制右侧悬浮绕组(9)；
2.根据权利要求1所述的一种混合励磁不对称四自由度磁轴承，其特征在于，所述转子铁心(13)与左侧径向部分A之间形成径向气隙一(10)，所述转子铁心(13)与主铁心(5)的右侧径向部分D之间形成径向气隙二(11)，所述转子铁心(13)与右侧径向部分B、隔磁铝盘(4)、主铁心(5)的左侧径向部分C之间形成径向气隙三(12)。>
3.根据权利要求2所述的一种混合励磁不对称四自由度磁轴承，其特征在于，所述右侧径向部分B面积SB＝0.25倍左侧径向部分A面积SA，左侧径向部分C的单个磁极面积SC与右侧径向部分D的单个磁极面积SD相等。
4.根据权利要求1所述的一种混合励磁不对称四自由度磁轴承，其特征在于，励磁绕组(7)上截面电流为向外，下截面电流向内，永磁环(6)左侧为S，右侧为N；或者励磁绕组(7)下截面电流为向外，上截面电流向内，永磁环(6)左侧为N，右侧为S。
5.根据权利要求1所述的一种混合励磁不对称四自由度磁轴承，其特征在于，所述辅助铁心(3)、主铁心(5)均由实心导磁材料制作，所述隔磁铝盘(4)由整块铝材制成。
6.根据权利要求3所述的一种混合励磁不对称四自由度磁轴承，其特征在于，所述永磁环(6)提供偏置磁通一(15)，偏置磁通一(15)从永磁环(6)的N极出发，经过左侧径向部分C、径向气隙(12)、转子铁心(13)、径向气隙(11)、右侧径向部分D回到永磁环(6)的S极；所述励磁绕组(7)通电产生偏置磁通二(16)，偏置磁通二(16)在左侧径向部分A、径向气隙三(12)、径向气隙一(10)和右侧径向部分B之间形成回路。
7.根据权利要求6所述的一种混合励磁不对称四自由度磁轴承，其特征在于，所述永磁环(6)产生的偏置磁通一(15)让左侧径向部分C和右侧径向部分D下的气隙磁密达到气隙饱和磁密的一半；励磁绕组(7)通电产生的偏置磁通二(16)让左侧径向部分A和右侧径向部分B下的气隙磁密为气隙饱和磁密的一半。
8.一种基于根据权利要求6或7所述的混合励磁不对称四自由度磁轴承的参数设计方法，其特征在于，所述混合励磁不对称四自由度磁轴承的永磁体参数及励磁绕组参数设计方法具体步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种混合励磁不对称四自由度磁轴承，其特征在于：包括转子部分(2)和定子部分(1)，定子部分(1)由隔磁铝盘(4)将辅助铁心(3)与主铁心(5)连接为整体；辅助铁心(3)包括左侧径向部分a、右侧径向部分b，主铁心(5)包括左侧径向部分c和右侧径向部分d，主铁心(5)的轴向部分中间插入轴向磁化永磁环(6)；辅助铁心(3)内绕有励磁绕组(7)，并由恒流源供电；辅助铁心(3)左侧径向部分a为圆盘，右侧径向部分b、隔磁铝盘(4)、主铁心(5)的左侧径向部分c、主铁心(5)的右侧径向部分d形状相同，均为四极结构，右侧径向部分b、隔磁铝盘(4)、主铁心(5)的左侧径向部分c极上绕制左侧悬浮线圈(8)，主铁心(5)的右侧径向部分d上绕制右侧悬浮绕组(9)；
2.根据权利要求1所述的一种混合励磁不对称四自由度磁轴承，其特征在于，所述转子铁心(13)与左侧径向部分a之间形成径向气隙一(10)，所述转子铁心(13)与主铁心(5)的右侧径向部分d之间形成径向气隙二(11)，所述转子铁心(13)与右侧径向部分b、隔磁铝盘(4)、主铁心(5)的左侧径向部分c之间形成径向气隙三(12)。
3.根据权利要求2所述的一种混合励磁不对称四自由度磁轴承，其特征在于，所述右侧径向部分b面积sb＝0.25倍左侧径向部分a面积sa，左侧径向部分c的单个磁极面积sc与右侧径向部分d的单个磁极面积sd相等。
4.根据权利要求1所述的一种混合励磁不对称四自由度磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚俊永，邢坤，姚瑶，刘非凡，叶小婷，张涛，武莎莎，张晨，鲁庆，莫丽红，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：
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