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专利号: 2021100495199
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种六极异极型交流混合磁轴承,包括定子(1)和转子(2),其特征在于,所述定子(1)包括外控制铁心(3)和内永磁定子(4),所述外控制铁心(3)沿内圆周均匀分布有间隔设置的悬浮极A、B、C与悬浮极a、b、c,所述悬浮极a、b、c内侧为扇形圆环结构,通过六个永磁体P1~P6与三个同结构的扇形圆环铁心T1~T3连接成内永磁定子(4),所述悬浮极A、B、C与三个扇形圆环铁心T1~T3之间存在分磁气隙(5),所述内永磁定子(4)与转子(2)之间存在主气隙(7);转子(2)包括转子铁心(8)和转轴(9),所述转轴(9)贯穿于所述转子铁心(8)内;所述悬浮极A、B、C、a、b、c上均绕制集中式控制绕组W1~W6,控制绕组W1和W5、控制绕组W2和W6、控制绕组W3和W4分别反向串联,然后连接成Y型三相绕组,由一个三相逆变器供电。

2.根据权利要求1所述的六极异极型交流混合磁轴承,其特征在于,其中一个所述永磁体轴线位于+x轴逆时针30°,所述六个永磁体按照NSSNNSSNNSSN排布成异极结构,互成60°嵌入到极对之间的内永磁定子(4)中。

3.根据权利要求1所述的六极异极型交流混合磁轴承,其特征在于,所述悬浮极A、B、C之间互差120°,且悬浮极A轴线与+x轴重合,所述悬浮极a、b、c之间互差120°,且悬浮极a轴线位于+x轴逆时针60°。

4.根据权利要求1至3任一所述的六极异极型交流混合磁轴承,其特征在于,所述转子铁心(8)、外控制铁心(3)和内永磁定子(4)均由硅钢片叠压而成,六个永磁体(6)为稀土永磁材料制成。

5.一种六极异极型交流混合磁轴承的设计方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:根据六极异极型交流混合磁轴承结构构建磁路模型,利用磁路基尔霍夫定律得到磁路方程;

S2:确定六个永磁体的矢量充磁方向以及永磁体的永磁材料;

S3:设计偏置磁密,经过主气隙的偏置磁通表示为:其中,F1~F4分别是结点1~4处的磁动势,内永磁定子(4)与转子(2)之间形成的六个主气隙(7)的磁阻记为R1~R6,ФPRi表示经过主气隙的偏置磁通,为了获得最大磁场力,ФPRi=ФPCi=ФP0=Фs/2(i=1,2,3,4,5,6),偏置磁密设计为B0=BS/2,其中,BS为六极异极型交流混合磁轴承的饱和磁感应强度,一般取值1.2~1.4T,B0为气隙偏置磁通;

S4:确定控制磁通,其表示为

其中,ФCRi表示经过主气隙的控制磁通,以x方向获得最大悬浮力进行设计说明:令控制绕组W1和W5中通入最大控制电流ixmax,控制绕组W2和W6,控制绕组W3和W4分别通入x方向最大控制电流的负的一半‑0.5ixmax,产生+x方向最大悬浮力Fxmax;

S5:根据S1中的磁路方程,设计主气隙(7)与分磁气隙(5),设主气隙(7)长度gi、分磁气隙(5)长度go、悬浮极a、b、c的极面积为Si、悬浮极A、B、C的极面积为So,其之间的关系满足:S6:设计悬浮极A、B、C与悬浮极a、b、c上的控制绕组匝数满足: 其中,No为悬浮极A、B、C上的控制绕组匝数,Ni为悬浮极a、b、c上的控制绕组匝数。

6.根据权利要求5所述的六极异极型交流混合磁轴承的设计方法,其特征在于,所述S1中的磁路方程为:

其中,悬浮极A、B、C与三个扇形圆环铁心T1~T3之间存在的分磁气隙(5)的磁阻分别记为RA~RC,内永磁定子(4)与转子(2)之间形成的六个主气隙(7)的磁阻记为R1~R6,F1~F4分别是结点1~4处的磁动势,Fm为永磁体磁动势。

7.根据权利要求6所述的六极异极型交流混合磁轴承的设计方法,其特征在于,所述永磁体的永磁材料选用钕铁硼材料,钕铁硼材料去磁曲线接近于直线满足:其中,Fc为永磁体矫顽磁势,Фm为永磁体外部磁路磁通,Фr为永磁体剩余磁通,当转子处于空载状态时:气隙偏置磁感应强度 Фm=B0Si,永磁体可根据公式进行设计;其中,Hpm为永磁体长度,Hc为永磁体矫顽力,Apm为永磁体截面积,μ0为真空磁导率,Br为永磁体剩余磁感应强度。

8.根据权利要求5所述的六极异极型交流混合磁轴承的设计方法,其特征在于,所述六个永磁体设计的矢量充磁方向依次为 (‑1,0,0), (‑

1,0,0),

9.根据权利要求8所述的六极异极型交流混合磁轴承的设计方法,其特征在于,所述S4中的+x方向最大悬浮力Fxmax设计方法为:式中,ФPRi和ФCRi分别表示经过主气隙的偏置磁通和控制磁通,FaC、FAb和FcB分别表示沿磁极aC、Ab和cB的悬浮力,当ФPRi=ФCri=ФP0(i=1,2,3,4,5,6),则那么内磁极面积可表示为