[发明专利]一种五自由度磁悬浮系统绕组设计方法

权利要求书

1.一种五自由度磁悬浮系统绕组设计方法，其特征在于，包括：

根据系统转子的临界转速，通过迭代方法分别确定第一径向磁轴承、无轴承电机、第二径向磁轴承和轴向磁轴承的支承刚度k_r1、k_m、k_r2、k_a，以及所述第一径向磁轴承、第二径向磁轴承和轴向磁轴承的空间位置h_z1、h_z2、h_az；

根据所述第一径向磁轴承、第二径向磁轴承和轴向磁轴承的最大径向力F_rmax与最大轴向力F_zmax需求，从而获得各绕组平均安匝数N_rI_r、N_aI_a，同理，根据所述无轴承电机的最大径向悬浮力F_{mr_max}需求，获得其悬浮绕组安匝数N_si_s的分布规律；

根据所述第一径向磁轴承、第二径向磁轴承和轴向磁轴承的支承刚度分别计算获得其绕组匝数N_r和N_a，同理，根据无轴承电机的支撑刚度获得无轴承电机悬浮绕组匝数N_s，获得绕组匝数与绕组安匝数后分别计算获得绕组的额定电流i_r、i_a和i_s；

根据控制器母线电压U_dc大小，确定无轴承电机在额定转速下所产生的最大反电势e_abc，确定转矩绕组匝数N_t，从而计算获得转矩绕组额定电流i_t；

根据所获得的各绕组中额定电流的大小，分别选取绕组线圈的并联根数。

2.根据权利要求1所述的一种五自由度磁悬浮系统绕组设计方法，其特征在于，在确定径向磁轴承、无轴承电机和轴向磁轴承的支承刚度k_r、k_m和k_a后，通过建立支承刚度与绕组匝数的数学关系，从而求解出对应的绕组匝数N_r、N_s和N_a，对应的绕组匝数N_r、N_s和N_a的表达式分别为：

3.根据权利要求1所述的一种五自由度磁悬浮系统绕组设计方法，其特征在于，所述第一、第二径向磁轴承和轴向磁轴承的绕组平均安匝数N_rI_r、N_aI_a分别通过最大径向力F_rmax与最大轴向力F_zmax获得，其表达式为：

4.根据权利要求1所述的一种五自由度磁悬浮系统绕组设计方法，其特征在于，所述无轴承电机的转矩绕组安匝数N_ti_t由负载转矩T_L确定，其表达式为：

5.根据权利要求4所述的一种五自由度磁悬浮系统绕组设计方法，其特征在于，所述无轴承电机的转矩绕组匝数N_t由母线电压U_dc确定，其表达式为：

6.根据权利要求1所述的一种五自由度磁悬浮系统绕组设计方法，其特征在于，所述无轴承电机的悬浮绕组安匝数N_si_s由其最大径向悬浮力F_{mr_max}以及永磁体与转矩绕组等效安匝数确定，其表达式为：

7.根据权利要求1所述的一种五自由度磁悬浮系统绕组设计方法，其特征在于，所述第一径向磁轴承与无轴承电机的间距h_z1、第二径向磁轴承与无轴承电机的间距h_z2具有如下关系：

h_z1＝h_z2＝h_z。

8.根据权利要求1所述的一种五自由度磁悬浮系统绕组设计方法，其特征在于，设计过程中，所述第一径向磁轴承与第二径向磁轴承的支承刚度相等，即k_r1＝k_r2＝k_r。