[发明专利]一种洛仑兹力径向磁轴承设计方法

权利要求书

1.一种洛伦兹力径向磁轴承设计方法，其特征在于该洛伦兹力径向磁轴承设计方法包括如下步骤：

(1)、确定磁轴承上转子组件和下转子组件各部件径向尺寸，包括上转子组件转子壳和下转子组件转子壳的内径尺寸，定子组件定子座外径尺寸、定子座的内径尺寸、上转子组件转子壳和下转子组件转子壳的外径尺寸、内磁钢环的内径和外径、外磁钢环的内径和外径；

(2)、根据磁轴承的轴向安装机械尺寸约束，确定磁轴承上转子组件和下转子组件各部件轴向尺寸，包括上转子组件和下转子组件安装后的轴向总高、磁钢轴向厚度、导磁环的轴向厚度、磁间隙轴向尺寸，从而确定主磁路；

(3)、根据径向磁轴承需要输出的最大径向磁力F、根据步骤(2)所确定的转子组件计算磁轴承主磁路的气隙磁密值B和定子组件结构约束，确定定子瓦型线圈匝数、内阻尼线圈匝数、外阻尼线圈匝数、定子组件总厚度；

(4)、进行径向磁轴承磁力复合复算，得到输出磁力大小和功耗，如果输出磁力大小或者功耗任一项不满足设计要求，则重新执行步骤(3)，通过重新调整瓦型线圈匝数和定子组件总厚度使得输出磁力和功耗均满足要求，如果在径向磁轴承需要输出的最大径向磁力F、步骤(2)所确定磁路的气隙磁密值B和定子组件结构约束下，重新调整瓦型线圈匝数和定子组件总厚度仍不能满足输出磁力和功耗的要求，则调整磁钢轴向厚度、导磁环的轴向厚度比例，重新执行步骤(2)～步骤(3)，直至输出磁力大小以及功耗均满足设计要求。

2.根据权利要求1所述的一种洛伦兹力径向磁轴承设计方法，其特征在于所述步骤(1)的详细步骤如下：

(1.1)、根据径向磁轴承的径向安装机械尺寸约束确定上转子组件转子壳和下转子组件转子壳的内径尺寸，定子组件定子座外径尺寸，所述径向磁轴承的径向安装机械尺寸约束包括磁轴承装配安装内孔及外径尺寸要求；

(1.2)、由定子组件的定子座外径尺寸及定子座沿磁轴承径向厚度内推，得到定子座的内径尺寸，再根据定子座的内径尺寸确定上转子组件转子壳和下转子组件转子壳的外径尺寸；

(1.3)、上转子组件转子壳和下转子组件转子壳留出转子壳厚度，即可得到内磁钢环的内径和外磁钢的外径；

(1.4)、设置内磁钢环和外磁钢环径向厚度相等，根据外磁钢环外径和内磁钢环内径得出内磁钢环外径和外磁钢环内径。

3.根据权利要求1所述的一种洛伦兹力径向磁轴承设计方法，其特征在于所述步骤(2)的详细步骤如下：

(2.1)、根据磁轴承的轴向安装机械尺寸约束，确定上转子组件和下转子组件安装后的轴向总高；所述轴向安装机械尺寸约束即为径向磁轴承的总高约束；

(2.2)、将外磁钢环、内磁钢环的轴向厚度记为磁钢轴向厚度，按照等比原则初始分配磁钢轴向厚度和导磁环的轴向厚度；

(2.3)、采用等效磁路法列出气隙磁密和磁钢厚度及磁间隙的关系式，以磁间隙尺寸和气隙磁密值在各自的取值范围内达到最大值为优化目标，估算磁钢轴向厚度、导磁环的轴向厚度、磁间隙轴向尺寸；

(2.4)、根据步骤(2.3)中得出的磁钢轴向厚度、导磁环的轴向厚度、磁间隙轴向尺寸，通过仿真得到导磁环最大饱和磁密，如果导磁环最大饱和磁密满足预设指标要求，则进入步骤(3)，否则，微调磁钢轴向厚度、导磁环的轴向厚度、磁间隙轴向尺寸，重复步骤(2.3)～步骤(2.4)，直至磁间隙尺寸和气隙磁密值仍在各自的取值范围内，且导磁环最大饱和磁密满足预设指标要求，之后，进入步骤(3)。

4.根据权利要求1所述的一种洛伦兹力径向磁轴承设计方法，其特征在于所述步骤(3)的详细步骤如下：

(3.1)、根据径向磁轴承需要输出的最大径向磁力F、根据步骤(2)所确定的转子组件计算出的磁轴承主磁路的气隙磁密值B和定子组件结构约束，由洛仑兹力公式、线径大小与电流的关系式，确定瓦型线圈的长度L和导线线径大小，进而根据导线线径大小确定导线规格，计算得到瓦型线圈匝数和定子组件总厚度；定子组件结构约束条件包括定子组件骨架上瓦型线圈的形状大小、定子骨架瓦型线圈开槽位置、槽满率约束、定转子机械静动间隙单边约束条件；

(3.2)、仿真得到径向磁轴承的磁场分布情况，选取径向方向上磁密变化最大的定子骨架内圈和外圈作为内阻尼线圈和外阻尼线圈放置位置，并根据阻尼线圈槽满率，确定内阻尼线圈和外阻尼线圈的匝数。