1.一种外转子径向六极三自由度交直流混合磁轴承,其特征在于,包括“H”形外转子(1)与“T”形内定子(2);
所述“T”形内定子(2)包括轴向铁心(3)、径向铁心(4)、隔磁铝环(5)、梯形永磁体(6)、径向悬浮绕组(7)和轴向悬浮绕组(8);所述隔磁铝环(5)为“H”形,内开有6个梯形槽,梯形槽中插入梯形永磁体(6),所述隔磁铝环(5)设置于轴向铁心(3)和径向铁心(4)之间,且轴向铁心(3)和径向铁心(4)插入隔磁铝环(5)形成定子整体,所述轴向铁心(3)上绕制轴向悬浮绕组(8),所述径向铁心(4)内圆周均布6个极,极上绕制径向悬浮绕组(7);
转轴(9)贯穿所述“H”形外转子(1),与径向铁心(4)之间形成径向气隙(10);所述轴向铁心(3)与“H”形外转子(1)之间形成左轴向气隙(13)、右轴向气隙(14)。
2.根据权利要求1所述的外转子径向六极三自由度交直流混合磁轴承,其特征在于,所述“H”形外转子(1)、“T”形内定子(2)、轴向铁心(3)、径向铁心(4)、梯形永磁体(6)、转轴(9)、径向气隙(10)、左、右轴向气隙(13,14)构成完整的轴向偏置磁通回路(11),所述梯形永磁体(6)、径向铁心(4)、径向气隙(10)、转轴(9)构成径向偏置磁通回路(16);
所述“H”形外转子(1)、轴向铁心(3)、左轴向气隙(13)、右轴向气隙(14)和转轴(9)构成完整的轴向控制磁通回路(12),所述径向铁心(4)、径向气隙(10)和转轴(9)构成完整的径向控制磁通回路(15)。
3.根据权利要求1所述的外转子径向六极三自由度交直流混合磁轴承,其特征在于:与梯形永磁体(6)内外侧相对应的轴向铁心(3)内侧和径向铁心(4)外侧为平面,其余部分为圆弧面。
4.根据权利要求1所述的外转子径向六极三自由度交直流混合磁轴承,其特征在于:所述梯形永磁体(6)同侧极性相同。
5.根据权利要求1所述的外转子径向六极三自由度交直流混合磁轴承,其特征在于:所述隔磁铝环(5)轴向截面为“H”形,方便梯形永磁体(6)的放置安装,便于固定轴向铁心(3)和径向铁心(4)。
6.根据权利要求5所述的外转子径向六极三自由度交直流混合磁轴承,其特征在于:所述梯形永磁体(6)充磁方向厚度为hm,磁化面积为Sm1和Sm2,轴向磁极面积Sz与径向磁极面积Sr满足Sz=3Sr,Sm1与Sr的垂直投影面积相等。
7.一种基于权利要求6所述的外转子径向六极三自由度交直流混合磁轴承的参数设计方法,其特征在于,基于磁路叠加定理进行计算,包括如下步骤:步骤1:选择永磁材料、铁心材料,根据最大悬浮力需求Fzmax和气隙饱和磁感应强度Bs,确定轴向磁极面积Sz:步骤2:设定偏置磁通在轴向和径向气隙中产生的气隙磁密相等,均为0.5Bs,求出径向磁极面积与径向最大悬浮力分别为:步骤3:轴向、径向偏置磁通回路由梯形永磁体、径向和轴向气隙、轴向铁心、径向铁心与转子铁心组成,其等效磁路为:六个径向气隙磁阻并联,六个梯形永磁体磁阻并联,两个轴向气隙磁阻并联,最后将三者串联;
步骤4:采用磁路叠加定理将磁路中的单个梯形永磁体的磁动势Fm、单个梯形永磁体磁阻Rm、单个轴向气隙磁阻Rz、每个径向磁极下的气隙磁阻Rr,单个梯形永磁体总磁动势Fc表示为:步骤5:根据选择的稀土永磁材料,确定永磁体的矫顽力Hc与hm关系为:Fc=Hc×hm,
步骤6:假设轴向铁心和径向铁心的轴向长度为L,由Sr求出径向铁心内半径R1为:其中,η为极弧系数;
步骤7:求径向磁极弧角θ1:θ1=η×60°;
步骤8:求Sm1与永磁体下侧长度Lm1:
步骤9:选择隔磁铝环内径R2,计算梯形两腰之间的夹角的一半θ2:
步骤10:确定隔磁铝环外径R3和永磁体上侧长度Lm2:R3=R2+hm/cosθ2,Lm2=Lm1+2hm tanθ2;
步骤11:计算每侧轴向悬浮绕组匝数和每个极上径向悬浮绕组安匝数:
步骤12:算出