[发明专利]一种洛仑兹力径向磁轴承设计方法

说明书

本发明涉及一种洛伦兹力径向磁轴承设计方法，(1)、确定磁轴承上转子组件和下转子组件各部件径向尺寸；(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；(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，如果不满足要求，则反馈迭代直至输出磁力大小以及功耗均满足设计要求。

技术领域

本发明涉及一种洛仑兹力径向磁轴承设计方法，特别是要求输出力与电流成线性关系的磁轴承设计，其设计思想可用于各类洛仑兹力磁轴承的设计。

背景技术

径向磁轴承一般用于磁悬浮支撑系统中径向和偏转方向运动控制，如果在实际工况中的定转子间相对位移较大且需要高性能高可靠性的稳定悬浮，就急需一种在运动空间内出力线性度好、功耗低的径向磁轴承。洛仑兹力磁轴承，主磁场为均匀恒定磁场，故其电磁力基于洛仑兹力原理，仅与电流成线性关系。尤其适用于高精度低功耗的磁悬浮系统。

当前的磁轴承设计方法主要基于纯电磁轴承和永磁混合磁轴承的铁心型磁轴承，其设计特点和工作原理与本发明涉及的洛仑兹力原理的空心盘结构磁轴承不同。目前针对洛仑兹力磁轴承的设计研究均为轴向磁轴承结构，主要研究方向为径向磁场的分析和结构改进，没有明确设计方法，更没有专门针对洛仑兹力径向磁轴承的设计方法研究。由于径向洛仑兹力磁轴承结构的特殊性和新颖性，急需一种专门针对洛仑兹力磁轴承的方便准确的设计方法，来实现高精度输出力和低功耗的磁轴承结构。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种洛仑兹力径向磁轴承设计方法，提高输出电磁力的同时也能大大降低功耗，并能提升输出磁力的线性度和平稳性，设计步骤简单，设计实现准确性高，具有广泛的实用价值。

本发明的技术解决方案是：一种洛伦兹力径向磁轴承设计方法，该方法包括如下步骤：

(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。

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；