[發明專利]一種三自由度三極混合磁軸承的設計方法有效

申請號：	201710284370.6	申請日：	2017-04-27
公開（公告）號：	CN107191483B	公開（公告）日：	2019-06-28
發明（設計）人：	鞠金濤;朱熀秋	申請（專利權）人：	江蘇大學
主分類號：	F16C32/04	分類號：	F16C32/04
代理公司：	暫無信息	代理人：	暫無信息
地址：	212013 江***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種自由度三極混合磁軸設計方法
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【說明書】：

本發明公開一種三自由度三極混合磁軸承的設計方法，根據磁軸承在實際應用場合確定出軸向承載力F_Zmax和徑向承載力F_rmax，比較軸向承載力F_Zmax和徑向承載力F_rmax；若3F_Zmax>8F_rmax，則先確定出軸向飽和磁感應強度B_ZS和軸向偏置磁感應強度，再確定出徑向偏置磁感應強度；若3F_Zmax<8F_rmax，則先確定出徑向飽和磁感應強度和徑向偏置磁感應強度，然后確定軸向偏置磁感應強度；最后計算出徑向磁極面積、軸向磁極面積和軸向飽和磁感應強度；徑向和軸向承載力能獨立選取，相互之間沒有影響的，使得磁軸承的設計能夠完全符合實際工況的要求，避免了控制線圈、空間體積的浪費。

技術領域

本發明涉及混合磁懸浮領域，具體是三自由度混合磁懸浮軸承的設計方法，用于徑向和軸向共用偏置磁通結構的三自由度磁軸承。

背景技術

三自由度三極混合磁軸承的結構如圖1和圖2所示，三自由度三極混合磁軸承由轉子1、軸向定子2、徑向定子3、徑向控制線圈4、軸向控制線圈5和永磁體6構成，最中間是轉子1，徑向定子3同軸套在轉子1外部，軸向定子2位于轉子1的軸向兩端并且軸向定子2內部容納了徑向定子3。徑向定子3有A相磁極31、B相磁極32、C相磁極33三個磁極，A、B、C相磁極31、32、33上分別纏繞了對應的A、B、C相控制線圈41、42、43。A、B、C相磁極31、32、33與轉子1之間分別形成A相徑向氣隙81、B相徑向氣隙82和C相徑向氣隙83三個氣隙。軸向定子2的兩端部與轉子1的兩端部之間形成左側軸向氣隙71和右側軸向氣隙72。

對于磁軸承來說，由飽和磁感應強度和磁極面積共同決定磁軸承的承載力。在傳統的磁軸承設計方法中，飽和磁感應強度的設定取決于鐵磁材料的飽和值，偏置磁感應強度為飽和磁感應強度的一半，因此磁軸承的磁極面積就能由承載力計算得到。但對于三自由度三極混合磁軸承來說，其軸向偏置磁通和徑向偏置磁通都由永磁體提供，因此相互之間存在一定的關系，導致了徑向和軸向磁極面積之間有著比例關系，因此軸向承載力和徑向承載力之間有一個固定的比例關系。然而，三自由度三極混合磁軸承在實際的不同工況下，其徑向承載力和軸向承載力之間的關系并不能滿足這一固定比例，因此，會造成磁軸承體積的浪費、功耗的增加和成本的提高，

發明內容

本發明的目的為了解決傳統磁軸承設計方法用于三自由度三極混合磁軸承時徑向與軸向承載力是固定比例關系因而存在不符合實際工況的問題，提出一種三自由度三極混合磁軸承的設計方法，徑向、軸向承載力可以獨立選取，相互之間沒有影響。

本發明一種三自由度三極混合磁軸承的設計方法采用的技術方案為：根據磁軸承在實際應用場合確定出軸向承載力F_Zmax和徑向承載力F_rmax，比較軸向承載力F_Zmax和徑向承載力F_rmax；若3F_Zmax>8F_rmax，則先根據鐵磁材料特性確定出軸向飽和磁感應強度B_ZS和軸向偏置磁感應強度B_Z0，再根據條件0.4<B_r0<0.8確定出徑向偏置磁感應強度B_r0；若3F_Zmax<8F_rmax，則先根據鐵磁材料特性確定出徑向飽和磁感應強度B_rS和徑向偏置磁感應強度B_r0，然后根據條件0.4<B_Z0<0.8確定軸向偏置磁感應強度B_Z0；最后計算出徑向磁極面積S_r、軸向磁極面積S_Z和軸向飽和磁感應強度B_ZS。