[發(fā)明專利]采用三角形截面永磁環(huán)疊堆的Halbach永磁軸承

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410190639.0
• 申請(qǐng)日: 2014-05-07
• 公開（公告）號(hào): CN104006078A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田錄林;徐銀鳳;田琦;田亞琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F16C32/04
• 分類號(hào): F16C32/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 李娜

1.一種采用三角形截面永磁環(huán)疊堆的Halbach永磁軸承，其特點(diǎn)在于：包括對(duì)應(yīng)設(shè)置的轉(zhuǎn)子(1)和定子(4)，在轉(zhuǎn)子(1)的軸圓周疊堆有多組動(dòng)磁環(huán)(2)，在定子(4)的內(nèi)圓表面疊堆有多組靜磁環(huán)(3)，多組動(dòng)磁環(huán)(2)及多組靜磁環(huán)(3)分別疊堆構(gòu)成一個(gè)圓柱體形狀。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用三角形截面永磁環(huán)疊堆的Halbach永磁軸承，其特點(diǎn)在于：所述的轉(zhuǎn)軸(1)和定子(4)為鋼鐵材料，固定在轉(zhuǎn)軸(1)上的動(dòng)磁環(huán)(2)及固定在定子(4)上的靜磁環(huán)(3)為永磁材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用三角形截面永磁環(huán)疊堆的Halbach永磁軸承，其特點(diǎn)在于：所述的動(dòng)磁環(huán)(2)及靜磁環(huán)(3)均采用截面為三角形永磁環(huán)按照Halbach陣列疊堆構(gòu)成的，并且動(dòng)磁環(huán)(2)及靜磁環(huán)(3)由半徑不同、截面為三角形永磁環(huán)構(gòu)成。

4.一種采用三角形截面永磁環(huán)疊堆的Halbach永磁軸承的磁力確定方法，基于權(quán)利要求1-3任一Halbach永磁軸承，其特點(diǎn)在于，步驟包括：

建立解析模型為：

FZ=Br1Br2L×10-6πμ0×Σi=1nΣj=1n{sin(βi+βj)×[±Ψij(m,W,G)]-cos(βi+βj)×[±Φij(y,M,N)]},---(1)]]>

式(1)中，F(xiàn)z為軸向磁力，μ₀＝4π×10^-7H/m為空氣磁導(dǎo)率；B_r1和B_r2分別是動(dòng)磁環(huán)及靜磁環(huán)的剩磁感應(yīng)強(qiáng)度；L為動(dòng)磁環(huán)及靜磁環(huán)的平均周長(zhǎng)，即為動(dòng)磁環(huán)、靜磁環(huán)平均間隙的周長(zhǎng)；n是動(dòng)磁環(huán)及靜磁環(huán)截面等效為直角三角形數(shù)；β_i和β_j分別為截面是直角三角形的第i號(hào)動(dòng)磁環(huán)磁化方向和第j號(hào)靜磁環(huán)磁化方向與x軸正方向的夾角；ψ_ij、Φ_ij為截面是直角三角形的第i號(hào)動(dòng)磁環(huán)與第j號(hào)靜磁環(huán)的ψ、Φ值，

ψ、Φ計(jì)算公式及其前面取“+”號(hào)或“-”號(hào)參見以下兩個(gè)公式：

Φ(y,M,N)＝{[(M×(c+e+l×(b+h+M×(c+e-N)))-(b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e)))/(4×m×n)-(M×a)/(4×m)]×ln((c+e-a)²+(h+M×(c+e-N))²)-[((b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e))×(c+e+l×(b+h+M×(c+e-N))))/(2×m×n×|b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e)|)+(M×|b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e)|)/(2×m×n)]×arctan((n×a-(c+e+l×(b+h+M×(c+e-N))))/|b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e)|)+[((b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e))-M×(c+e+l×(b+h+M×(c+e-N))))/(4×m×n)+(M×(c+e)-(b+h+M×(c+e-N)))/(4×m)]×ln((c+e)²+(b+h+M×(c+e-N))²)+[((b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e))×(c+e+l×(b+h+M×(c+e-N))))/(2×m×n×|b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e)|)+(M×|b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e)|)/(2×m×n)]×arctan((-(c+e+l×(b+h+M×(c+e-N))))/|b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e)|)-(a)/(2×m)×arctan((b+h+M×(c+e-N))/(c+e-a))+((b+h+M×(c+e-N))-M×(c+e-a))/(4×m)×ln((c+e-a)²+(b+h+M×(c+e-N))²)+[((c+e)×(b+h+M×(c+e-N)))/(2×m×|b+h+M×(c+e-N)|)+(M×|b+h+M×(c+e-N)|)/(2×m)]×arctan((a-(c+e))/|b+h+M×(c+e-N)|)+[((b+(h+M×(c-N))-l×c)×(c+l×(b+(h+M×(c-N)))))/(2×m×n×|b+(h+M×(c-N))-l×c|)+(M×abs(b+(h+M×(c-N))-l×c))/(2×m×n)]×arctan((n×a-(c+l×(b+(h+M×(c-N)))))/|b+(h+M×(c-N))-l×c|)+(b×(c+l×(b+(h+M×(c-N))))+M×b×(b+(h+M×(c-N))-l×c))/(4×a×m×n)×ln(c²+(b+(h+M×(c-N)))²)-[((b+(h+M×(c-N))-l×c)×(c+l×(b+(h+M×(c-N)))))/(2×m×n×|b+(h+M×(c-N))-l×c|)+(M×|b+(h+M×(c-N))-l×c|)/(2×m×n)]×arctan((-(c+l×(b+(h+M×(c-N)))))/|b+(h+M×(c-N))-l×c|)-a/2×arctan((b+h+y)/(c-a))+(b+h+y)/4×ln((c-a)²+(b+h+y)²)+c×(b+h+y)/(2×|b+h+y|)×arctan((a-c)/|b+h+y|)-c×(b+h+y)/(2×|b+h+y|)×arctan((-c)/|b+h+y|)+a/(2×m)×arctan((b+(h+M×(c-N)))/(c-a))+(-(b+(h+M×(c-N)))-M×(a-c))/(4×m)×ln((c-a)²+(b+(h+M×(c-N)))²)-[(c×(b+(h+M×(c-N))))/(2×m×|b+(h+M×(c-N))|)+(M×|b+(h+M×(c-N))|)/(2×m)]×arctan((a-c)/|b+(h+M×(c-N))|)+[(c×(b+(h+M×(c-N))))/(2×m×|b+(h+M×(c-N))|)+(M×|b+(h+M×(c-N))|)/(2×m)]×arctan((-c)/|b+(h+M×(c-N))|)-a/2×arctan((h+y)/(c+e-a))+(b+h+y-l×(c+e))/(4×n)×ln((c+e-a)²+(h+y)²)+((b+h+y-l×(c+e))×(c+e+l×(b+h+y)))/(2×n×|b+h+y-l×(c+e)|)×arctan((n×a-(c+e+l×(b+h+y)))/|b+h+y-l×(c+e)|)+(l×(l×(b+h+y)+(c+e)))/(4×n)×ln((c+e)²+(b+h+y)²)-((b+h+y-l×(c+e))×((c+e)+l×(b+h+y)))/(2×n×|b+h+y-l×(c+e)|)×arctan((-((c+e)+l×(b+h+y)))/|b+h+y-l×(c+e)|)+a/2×arctan((b+h+y)/(c+e-a))-(b+h+y)/4×ln((c+e-a)²+(b+h+y)²)-(c+e)×(b+h+y)/(2×|b+h+y|)×arctan((a-(c+e))/|b+h+y|)+(c+e)×(b+h+y)/(2×|b+h+y|)×arctan((-(c+e))/|b+h+y|)}，?????(2)

式(2)中，a、b分別為其中一個(gè)截面為直角三角形永磁體的兩個(gè)直角邊；d、e分別為另外一個(gè)截面為直角三角形永磁體的兩個(gè)直角邊；c、h分別為一對(duì)直角三角形截面永磁體相對(duì)位置參數(shù)；式中字母l＝b/a；m＝1+(M)²；n＝1+(b/a)²；y、M、N及式(1)中Φ前的“+、-”號(hào)對(duì)應(yīng)分別表示如下：

對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)1，y＝0,N＝c，Φ取“-”號(hào)；

對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)2，y＝d,N＝c，Φ取“+”號(hào)；

對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)3，y＝0,N＝c+e，Φ取“-”號(hào)；

對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)4，y＝d,N＝c+e，Φ取“+”號(hào)；

Ψ(m,W,G)＝{[(W×(b+h+d+s×(W×d+G))-(W×d+G-s×(b+h+d)))/(4×u×v)+(G-a-W×(b+h))/(4×u)]×ln((h+d)²+(W×d+G-a)²)+[((W×d+G-a)×(b+h+d))/(2×u×|W×d+G-a|)+(W×|W×d+G-a|)/(2×u)]×arctan((b-(b+h+d))/|W×d+G-a|)+(-(G-a)+W×(b+h))/(4×u)×ln((b+h+d)²+(W×d+G-a)²)-[((W×d+G-a)×(b+h+d))/(2×u×|W×d+G-a|)+(W×|W×d+G-a|)/(2×u)]×arctan((-(b+h+d))/|W×d+G-a|)-[((W×d+G-s×(b+h+d))×(b+h+d+s×(W×d+G)))/(2×u×v×|W×d+G-s×(b+h+d)|)+(W×|W×d+G-s×(b+h+d)|)/(2×u×v)]×arctan((v×b-(b+h+d+s×(W×d+G)))/|W×d+G-s×(b+h+d)|)+[(W×d+G-s×(b+h+d))-(W×(b+h+d+s×(W×d+G)))]/(4×u×v)×ln((b+h+d)²+(W×d+G)²)+[((W×d+G-s×(b+h+d))×(b+h+d+s×(W×d+G)))/(2×u×v×|W×d+G-s×(b+h+d)|)+(W×|W×d+G-s×(b+h+d)|)/(2×u×v)]×arctan((-(b+h+d+s×(W×d+G)))/|W×d+G-s×(b+h+d)|)-[((G-s×(b+h))×(b+h+s×(G)))/(2×u×v×|G-s×(b+h)|)+(W×|G-s×(b+h)|)/(2×u×v)]×arctan((-(b+h+s×(G)))/|G-s×(b+h)|)+[(c+m-s×(b+h+d))/(4×v)-(c+m-a)/4]×ln((h+d)²+(c+m-a)²)-((c+m-a)×(b+h+d))/(2×|c+m-a|)×arctan((b-(b+h+d))/|c+m-a|)+(c+m-a)/4×ln((b+h+d)²+(c+m-a)²)+((c+m-a)×(b+h+d))/(2×|c+m-a|)×arctan((-(b+h+d))/|c+m-a|)+((c+m-s×(b+h+d))×(b+h+d+s×(c+m)))/(2×v×|c+m-s×(b+h+d)|)×arctan((v×b-(b+h+d+s×(c+m)))/|c+m-s×(b+h+d)|)-(c+m-s×(b+h+d))/(4×v)×ln((b+h+d)²+(c+m)²)-((c+m-s×(b+h+d))×(b+h+d+s×(c+m)))/(2×v×|c+m-s×(b+h+d)|)×arctan((-(b+h+d+s×(c+m)))/|c+m-s×(b+h+d)|)+[(c+m-a)/4-(c+m-s×(b+h))/(4×v)]×ln((h)²+(c+m-a)²)+((c+m-a)×(b+h))/(2×|c+m-a|)×arctan((b-(b+h))/|c+m-a|)-(c+m-a)/4×ln((b+h)²+(c+m-a)²)-((c+m-a)×(b+h))/(2×|c+m-a|)×arctan((-(b+h))/|c+m-a|)-((c+m-s×(b+h))×(b+h+s×(c+m)))/(2×v×|c+m-s×(b+h)|)×arctan((v×b-(b+h+s×(c+m)))/|c+m-s×(b+h)|)+(c+m-s×(b+h))/(4×v)×ln((b+h)²+(c+m)²)+((c+m-s×(b+h))×(b+h+s×(c+m)))/(2×v×|c+m-s×(b+h)|)×arctan((-(b+h+s×(c+m)))/|c+m-s×(b+h)|)}，????????????????????????????????????(3)

式(3)中，a、b分別為其中一個(gè)截面為直角三角形永磁體的兩個(gè)直角邊；d、e分別為另外一個(gè)截面為直角三角形永磁體的兩個(gè)直角邊；c、h分別為一對(duì)直角三角形截面永磁體相對(duì)位置參數(shù)；s＝a/b，u＝1+W²，v＝1+(a/b)²；m、G、W及式(1)中ψ前的“+、-”號(hào)對(duì)應(yīng)分別表示如下：

對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)1，m＝e,G＝c，ψ取“+”號(hào)；

對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)2，m＝0,G＝c，ψ取“-”號(hào)；

對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)3，m＝0,G＝c+e，ψ取“-”號(hào)；

對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)4，m＝e,G＝c+e，ψ取“+”號(hào)。