[发明专利]六极异极型交流混合磁轴承的设计方法

权利要求书

1.一种六极异极型交流混合磁轴承的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据六极异极型交流混合磁轴承结构构建磁路模型，利用磁路基尔霍夫定律得到磁路方程；所述六极异极型交流混合磁轴承结构包括定子(1)和转子(2)，所述定子(1)包括外控制铁心(3)和内永磁定子(4)，所述外控制铁心(3)沿内圆周均匀分布有间隔设置的悬浮极A、B、C与悬浮极a、b、c，所述悬浮极a、b、c内侧为扇形圆环结构，通过六个永磁体P1～P6与三个同结构的扇形圆环铁心T1～T3连接成内永磁定子(4)，所述悬浮极A、B、C与三个扇形圆环铁心T1～T3之间存在分磁气隙(5)，所述内永磁定子(4)与转子(2)之间存在主气隙(7)；转子(2)包括转子铁心(8)和转轴(9)，所述转轴(9)贯穿于所述转子铁心(8)内；所述悬浮极A、B、C、a、b、c上均绕制集中式控制绕组W1～W6，控制绕组W1和W5、控制绕组W2和W6、控制绕组W3和W4分别反向串联，然后连接成Y型三相绕组，由一个三相逆变器供电；

S2：确定六个永磁体的矢量充磁方向以及永磁体的永磁材料；

S3：设计偏置磁密，经过主气隙的偏置磁通表示为：

其中，F₁～F₄分别是结点1～4处的磁动势，内永磁定子(4)与转子(2)之间形成的六个主气隙(7)的磁阻记为R₁～R₆，Ф_PRi表示经过主气隙的偏置磁通，Ф_CRi表示主气隙控制磁通，为了获得最大磁场力，Ф_PRi＝Ф_CRi＝Ф_P0＝Ф_s/2(i＝1,2,3,4,5,6)，偏置磁密设计为B₀＝B_S/2，其中，B_S为六极异极型交流混合磁轴承的饱和磁感应强度，一般取值1.2～1.4T，B₀为气隙偏置磁通；

S4：确定控制磁通，其表示为

其中，Ф_CRi表示经过主气隙的控制磁通，以x方向获得最大悬浮力进行设计说明：令控制绕组W1和W5中通入最大控制电流i_xmax，控制绕组W2和W6，控制绕组W3和W4分别通入x方向最大控制电流的负的一半-0.5i_xmax，产生+x方向最大悬浮力F_xmax；悬浮极A、B、C与三个扇形圆环铁心T1～T3 之间存在的分磁气隙(5)的磁阻分别记为R_A～R_C，内永磁定子(4)与转子(2)之间形成的六个主气隙(7)的磁阻记为R₁～R₆；

S5：根据S1中的磁路方程，设计主气隙(7)与分磁气隙(5)，设主气隙(7)长度g_i、分磁气隙(5)长度g_o、悬浮极a、b、c的极面积为S_i、悬浮极A、B、C的极面积为S_o，其之间的关系满足：

S6：设计悬浮极A、B、C与悬浮极a、b、c上的控制绕组匝数满足：其中，N_o为悬浮极A、B、C上的控制绕组匝数，N_i为悬浮极a、b、c上的控制绕组匝数。

2.根据权利要求1所述的六极异极型交流混合磁轴承的设计方法，其特征在于，所述S1中的磁路方程为：

其中，悬浮极A、B、C与三个扇形圆环铁心T1～T3之间存在的分磁气隙(5)的磁阻分别记为R_A～R_C，内永磁定子(4)与转子(2)之间形成的六个主气隙(7)的磁阻记为R₁～R₆，F₁～F₄分别是结点1～4处的磁动势，F_m为永磁体磁动势。