1.一种不对称悬浮力四自由度混合磁轴承,其特征在于:包括定子组件(1)和转子组件(2),其特征在于,定子组件(1)包括铁芯I(21)、铁芯II(3)、主永磁环(4)、铁芯III(5)、辅助永磁环(6)、左控制线圈(7),右控制线圈(8);主永磁环(4)、辅助永磁环(6)将所述铁芯I(21)、铁芯II(3)以及铁芯III(5)连接为一个整体,所述铁芯I(21)、铁芯II(3)内圆周均分布4个径向磁极,分为左径向磁极 (15)、右径向磁极(17)两组,其上分别环绕左、右控制线圈(7、8);所述铁芯III(5)是圆盘型辅助磁极(11);所述转子组件(2)包括转子铁芯(10)以及转轴(9),所述转轴(9)贯穿所述转子铁芯(10);
所述右径向磁极(17)与转子铁芯(10)之间存在右径向气隙(13),左径向磁极(15)与转子铁芯(10)之间存在左径向气隙(16),辅助磁极(11)与转子铁芯(10)之间存在辅助径向气隙(12);
所述主永磁环(4)提供偏置磁通(18);偏置磁通(18)从主永磁环(4)的N极出发,通过铁芯II(3) 、右径向磁极(17) 、右径向气隙(13) 、转子铁芯(10)、左径向气隙(16)、左径向磁极(15)、铁芯I(21)回到主永磁环(4)的S极;所述辅助永磁环(6)提供补偿偏置磁通(14),补偿偏置磁通(14)从辅助永磁环(6)的N极出发,通过铁芯III(5)、铁芯II(3) 、右径向磁极(17) 、右径向气隙(13) 、转子铁芯 (10)、辅助径向气隙(12)、辅助磁极(11)、铁芯III(5)回到辅助永磁环(6)的S极;所述左控制线圈(7)产生的径向控制磁通(19)经过左径向磁极(15)、左径向气隙(16)、转子铁芯(10)、左径向气隙(16) 、左径向磁极(15)、铁芯I(21)形成回路;所述右控制线圈(8)产生的径向控制磁通(22)经过右径向磁极(17) 、右径向气隙(13) 、转子铁芯(10) 、右径向气隙(13) 、右径向磁极(17) 、铁芯II(3)形成回路;
所述主永磁环(4)为左、右径向气隙(16)、(13)提供偏置磁通(18),让左径向气隙(16)的气隙偏置磁密到达气隙饱和磁密的一半,右径向气隙(13)的气隙偏置磁密小于气隙饱和磁密的一半,右径向气隙(13)处所缺少的气隙偏置磁密让辅助永磁环(6)提供。
2.根据权利要求1所述的一种不对称悬浮力四自由度混合磁轴承,其特征在于,所述左径向磁极 (15)的单个磁极面积 <右径向磁极(17)的单个磁极面积 ,辅助磁极(11)面积为右径向磁极(17)面积之和与左径向磁极面积之和之差的一半。
3.根据权利要求1所述的一种不对称悬浮力四自由度混合磁轴承,其特征在于,所述主永磁环(4) 、辅助永磁环(6)均为轴向磁化,并且主永磁环(4)和辅助永磁环(6)面向定子铁芯II(3)一侧的极性相同。
4.根据权利要求1所述的一种不对称悬浮力四自由度混合磁轴承,其特征在于,铁芯Ⅰ(21)、铁芯Ⅱ(3)、铁芯Ⅲ(5)与转子铁芯由实心导磁材料制作。
5.一种基于权利要求1所述的一种不对称悬浮力四自由度混合磁轴承的设计方法,其特征在于,步骤如下:步骤1:选定主永磁环(4)、辅助永磁环(6)材料,确定气隙饱和磁密 ,确定各气隙长度,其中, 为左、右径向气隙(16、13)长度, 为辅助径向气隙(12)长度;
步骤2:根据给定的径向最大悬浮力 与 ,且 确定左径向磁极 (15)的单
个磁极面积 、右径向磁极(17)的单个磁极面积 : , ,其
中, 为真空磁导率, ;
步骤3:确定主永磁环的磁动势 : ;
步骤4:确定辅助磁极的面积 : ;
步骤5:确定辅助永磁环需要提供的偏置磁通 : ;
步骤6:确定辅助永磁环的参数 : ;
步骤7:确定左、右控制线圈参数: ;其中 为
线圈的安匝数。