1.一种异极型交流混合磁轴承的辅助轴承参数设计方法,其特征在于:异极型交流混合磁轴承包括定子部分(1)和转子部分(2),所述定子部分(1)包括定子轭(3)、3个永磁极(4)和3个控制极(5),3个永磁体(6)嵌于永磁极(4)内,3个控制极(5)上绕制匝数相同的控制线圈(7),控制线圈(7)星型连接为三相悬浮绕组,永磁极(4)和控制极(5)的内侧贴有辅助轴承(17);转子部分包括转子铁心(8);控制极(5)的面积Sc等于2倍永磁极(4)的面积Sp;
所述控制极(5)、永磁极(4)与转子铁心(8)之间设置平均气隙(12),所述辅助轴承(17)与转子铁心(8)之间设置径向气隙(19);
给定转子外径r,平均气隙长度g、饱和气隙磁密Bs、磁极间弧间距lslot(11)以及轴承的轴向厚度lz(15),以控制极(5)下的控制磁密和偏置磁密均等于0.5Bs为前提,以最小可控悬浮力大于最大不可控悬浮力为设计依据,在最大偏心下转子能够起浮的情况下,设计出辅助轴承(17)厚度;
所述永磁体(6)均采用径向充磁;
三个永磁体(6)为控制极(5)下的径向气隙提供偏置磁通(13),所述偏置磁通(13)的偏置磁密为0.5Bs,三个永磁极(4)下的径向气隙磁密为Bs,三个永磁体所产生的偏置磁通(13)分别从位于其对应的永磁极上的永磁体的S极出发,经定子轭、其相邻的控制极、辅助轴承(17)、径向气隙(19)、转子铁心(8)、径向气隙(19)、辅助轴承(17)最终回到其对应永磁极上的永磁体的N极形成闭合回路;三相悬浮绕组通电产生控制磁通,三个控制极(5)上产生的控制磁通经过其对应控制极、定子轭(3)、其相邻的控制极、辅助轴承(17)、径向气隙(19)、转子铁心(8)、径向气隙(19)形成闭合路径,且控制磁通(14)在径向气隙下的磁通密度最大值为0.5Bs。
2.根据权利要求1所述的一种异极型交流混合磁轴承的辅助轴承参数设计方法,其特征在于:具体辅助轴承设计过程如下:步骤一:选定永磁体(6)材料,确定气隙饱和磁密Bs,平均气隙长度g,转子外径r,轴承的轴向厚度lz,磁极间弧间距lslot;
步骤二:计算出绕组安匝数Nixmax与永磁体(6)对外提供的磁动势Fm:步骤三:假定转子受到微小扰动产生径向偏移,偏移量分别记作x和y,可得各磁极下的气隙表达式为:即:
其中,ga‑gC分别为各磁极与转子之间的气隙,均小于g‑ls;
步骤四:各磁极下的气隙磁阻表达式为:
其中,Sp和Sc表示对应的永磁极(4)和控制极(5)的磁极面积,lc和lz分别表示控制极弧‑7长(10)和轴承的轴向厚度,lp为永磁极弧长(9),μ0为真空磁导率,μ0=4π×10 H/m;
步骤五:计算永磁极(4)和控制极(5)下的气隙偏置磁通:
其中,Φa为磁极a上的永磁体在磁极a和转子气隙处所产生的磁通,ΦaC为磁极a上的永磁体在磁极C处和转子气隙处所产生的磁通,ΦaB为磁极a上的永磁体在磁极B处和转子气隙处所产生的磁通,其它式子同理;
步骤六:为了方便在oxy面的计算,将本身位于三个控制极5的磁极A、B、C上三相控制电流利用Clark变换化为两相:其中iA、iB、iC分别为原来三相上的电流,ix和iy为折算后x方向上和y方向上的等效电流,即:步骤七:则由绕组产生的磁动势为:
步骤八:计算由控制绕组产生的悬浮磁通:
步骤九:由上述的式子得到三个控制极的总磁通表达式:
步骤十:根据上述关于磁通的表达式,分别得出x和y方向的悬浮力表达式:其中Fx和Fy分别为x方向和y方向的可控悬浮力和不可控悬浮力的合力;
步骤十一:对悬浮力表达式进行线性化处理得到:
接着分别对Fx和Fy中的位移量和控制电流求偏导,同时联立lc表达式以及lp和lc关系的方程:分别得到x方向和y方向可控制悬浮力和不可控悬浮力的关系式:
其中Fxp和Fyp为x和y方向上的不可控悬浮力,Fxc和Fyc为x和y方向上的可控悬浮力;其中最大可控悬浮力和最大不可控悬浮力的数学模型如下:步骤十二:通过对比可知在控制电流大小相同的情况下x方向上的可控悬浮力小于y方向上的可控悬浮力;在转子在x和y方向位移相同时,x方向上的不可控悬浮力大于y方向上的可控悬浮力;
结合最小可控悬浮力要大于最大不可控悬浮力的设计依据,在保证转子能够稳定悬浮的情况下,得出所需的辅助轴承的厚度ls,即:ixmax是x方向上的最大电流;得到ls的表达式为:
ls=0.83g
由此实现在最小可控悬浮力要大于最大不可控悬浮力的设计依据下,通过增加辅助轴承来限制转子的移动范围从而实现转子稳定起浮。
3.根据权利要求1或2所述的一种异极型交流混合磁轴承的辅助轴承参数设计方法,其特征在于:所述定子轭(3)、三个永磁极(4)、三个控制极和转子铁心(8)部分均采用硅钢片叠压制成。