【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及混合磁懸浮軸承，具體特指一種滿足最大可控懸浮力需求，能夠穩定起浮，且轉子外徑最小的一種異極型直流混合磁軸承參數設計方法。
技術介紹
1、在混合磁軸承中，當轉子位于平衡位置時，僅存在永磁體產生的不可控懸浮力實現轉子穩定懸浮，控制線圈無電流；僅當轉子偏離平衡位置時，控制線圈才需通電產生可控的懸浮力將轉子拉回平衡位置，因此混合磁軸承所需開關功放功率小，功耗低，體積小，懸浮力密度高，在高速或者超高速傳動領域具有重要的應用價值。按照偏置磁通在轉子上形成的磁場，可分為異極型和同極型兩種，其中同極型常采用雙片結構，永磁體為軸向磁化，并安裝在兩片之間，存在軸向長度長，臨界轉速低的缺點，而異極型直流混合磁軸承是將永磁體和繞組放在一個空間內，軸向長度短，臨界轉速高，但是在其設計時，常采用永磁體所在的極和繞制繞組的極面積相同的設計方法。而眾所周知，永磁體所在極對轉子產生的力為不可控懸浮力，而繞組所在的極產生的是可控懸浮力，應用需求中總希望可控的可控懸浮力越大，越能體現該磁軸承的性能優越性，雖然增大控制極面積，減小永磁極面積可以增大可控懸浮力，但是不可控懸浮力也相應增大，所以目前采用永磁體所在極面積和繞組所在極面積相等的設計方法難以體現異極型直流混合磁軸承的技術優勢。
2、因此，為解決上述技術難題，本專利技術提出一種異極型直流混合磁軸承參數設計方法，在滿足最大懸浮力需求，且能夠穩定起浮的前提下，設計出合理的永磁極和控制極弧長，讓轉子外徑最小，懸浮力密度最大。
技術實現思路
1、專
2、技術方案：本專利技術公開了一種異極型直流混合磁軸承參數設計方法，異極型直流混合磁軸承包括定子鐵心、轉子鐵心和轉軸，定子鐵心沿內圓周間隔分布有控制極和永磁極，控制極上繞制控制線圈，永磁極上設置永磁體；轉子鐵心內部貫穿轉軸；定子鐵心和轉子鐵心之間存在徑向氣隙；
3、設置控制極和永磁極的磁極間距離lslot固定不變，且控制極弧長lc與永磁極弧長lp不相等，且lp∈[0.5lc，lc]。
4、參數設計方法為：先根據給定的鐵心軸向厚度與徑向最大可控懸浮力fmax需求，確定控制極弧長；其次，根據定子鐵心內徑周長關系確定永磁極弧長，其中磁極間距離固定，轉子鐵心外徑越小，則永磁極面積越小；最后建立不可控懸浮力數學模型fp，當轉子偏移最大時，fp<fmax，確定轉子鐵心外徑r。
5、進一步地，控制極上繞制的控制線圈k1-k4，相對的k1與k3、k2與k4分別串聯為x和y方向懸浮繞組，由兩個開關功放供電，產生x和y方向控制磁通。
6、進一步地，參數設計步驟如下：
7、第一步：進行磁路分析，構建磁路模型，控制極為a～d，永磁極為a～d，控制極a～d分別繞制控制線圈k1～k4，ra～rd為控制極下的氣隙磁阻；ra～rd為永磁極下的氣隙磁阻；φa～φd為控制極下的偏置磁通；φa～φd為永磁極下的偏置磁通；φx1、φx2、φy1、φy2為控制極a～d下氣隙處的控制磁通；
8、第二步：選擇定子鐵心、轉子鐵心、永磁體材料、徑向氣隙長度和定子鐵心、轉子鐵心軸向長度lz，根據最大可控懸浮力需求fmax，確定控制極面積：bs為氣隙飽和磁密，μ0為真空磁導率；進一步求得控制極弧長lc：
9、第三步：根據控制極弧長lc和磁極間距離lslot計算出永磁極弧長lp：r為轉子鐵心外徑；
10、第四步：建立不可控懸浮力模型：其中fn為永磁體產生的磁動勢；
11、第五步：當偏移量達到最大值，即x＝g0時，不可控懸浮力fp<fmax，得轉子鐵心外徑r：
12、進一步地，控制線圈參數永磁體7參數fb＝hptp，hp為永磁體7的矯頑力，tp為永磁體7的徑向充磁長度。
13、有益效果：
14、本專利技術針對控制極和永磁極弧長不等的異極型直流混合磁軸承，提出一種在保證穩定起浮的前提下，滿足最大可控懸浮力需求，設計出合理的永磁極和控制極弧長，讓轉子外徑最小，使可控懸浮力達到最大，懸浮力密度最大，充分利用材料，有效提高磁軸承的性能。
15、本專利技術設置磁極間距離固定不變，因為永磁極弧長的確定公式中有轉子外徑和磁極間距離兩個變量，設置磁極間距離固定不變，這樣可以求出轉子外徑。并且設置控制級和永磁極的弧長不等，使最大可控懸浮力更大。設置永磁極弧長在0.5-1個控制極之間，常規永磁極和控制極弧長是1：1關系難以體現異極型直流混合磁軸承的技術優勢，所以本專利技術永磁極弧長小于控制極弧長，但不能小于0.5倍，不然會出現氣隙磁密不飽和的問題。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種異極型直流混合磁軸承參數設計方法，其特征在于，異極型直流混合磁軸承包括定子鐵心(1)、轉子鐵心(2)和轉軸(3)，定子鐵心(1)沿內圓周間隔分布有控制極(4)和永磁極(5)，控制極(4)上繞制控制線圈(6)，永磁極(5)上設置永磁體(7)；轉子鐵心(2)內部貫穿轉軸(3)；定子鐵心(1)和轉子鐵心(2)之間存在徑向氣隙(8)；
2.根據權利要求1所述的一種異極型直流混合磁軸承參數設計方法，其特征在于，所述控制極(4)上繞制的控制線圈(6)K1-K4，相對的K1與K3、K2與K4分別串聯為X和Y方向懸浮繞組，由兩個開關功放供電，分別產生X和Y方向控制磁通。
3.根據權利要求1或2所述的一種異極型直流混合磁軸承參數設計方法，其特征在于，參數設計方法具體步驟如下：
4.根據權利要求3所述的一種異極型直流混合磁軸承參數設計方法，其特征在于，控制線圈(6)參數永磁體(7)參數Fb＝HpTp，Hp為永磁體(7)的矯頑力，Tp為永磁體(7)的徑向充磁長度。
【技術特征摘要】
1.一種異極型直流混合磁軸承參數設計方法，其特征在于，異極型直流混合磁軸承包括定子鐵心(1)、轉子鐵心(2)和轉軸(3)，定子鐵心(1)沿內圓周間隔分布有控制極(4)和永磁極(5)，控制極(4)上繞制控制線圈(6)，永磁極(5)上設置永磁體(7)；轉子鐵心(2)內部貫穿轉軸(3)；定子鐵心(1)和轉子鐵心(2)之間存在徑向氣隙(8)；
2.根據權利要求1所述的一種異極型直流混合磁軸承參數設計方法，其特征在于，所述控制極(4)上繞制的控...
【專利技術屬性】
技術研發人員：姚瑤，王浩然，張家銘，岑晨，張濤，葉小婷，武莎莎，魯慶，莫麗紅，
申請(專利權)人：淮陰工學院，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。