(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210668702.1 (22)申请日 2022.06.14 (71)申请人 淮阴工学院 地址 223000 江苏省淮安市经济技 术开发 区枚乘东路1号 (72)发明人 伏兆娣　顾权皓　许豪　咸鑫　 (74)专利代理 机构 淮安市科文知识产权事务所 32223 专利代理师 吴晶晶 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 一种四极异极型径向混合磁悬浮轴承设计 方法 (57)摘要 本发明公开了一种四极异极型径向混合磁 悬浮轴承设计方法， 包括： 根据其工作原理确定 新的结构： 设计四极异极型径向混合磁悬浮轴 承， 分析径向悬浮力产生机理， 基于等效磁路法 推导悬浮力数学模型， 给出径向悬浮力方程； 结 构参数设计： 确定初始设计要求进行参数设计， 包括转子铁心半径、 永磁体的宽度、 磁极面积、 线 圈匝数等， 采用有限元分析软件Maxwell3D建模 仿真分析， 对电磁参数进行优化； 搭建Simulink 控制系统仿真： 采用仿真软件Max well， 分析四极 异极型径向混合磁轴承径向悬浮力， 测得理想状 态参数； 四极异极型径向混合磁轴承的控制研 究： 设计一种数字控制系统。 与现有技术相比， 本 发明混合磁轴承的转子稳定悬浮， 解决转子偏移 平衡位置的问题。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 114818204 A 2022.07.29 CN 114818204 A 1.一种四极异极型径向混合磁悬浮轴承设计方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1： 根据其工作原理确定新的结构： 设计四极异极型径向混合磁悬浮轴承， 分析径 向悬浮力产生机理， 基于等效磁路 法推导悬浮力数 学模型， 给 出径向悬浮力方程； 步骤2： 结构参数设计： 确定初始设计要求进行参数设计， 包括转子铁心半径、 永磁体的 宽度、 磁极面积、 线圈匝数等， 采用有限元分析软件Maxwell3D建模仿 真分析， 对电磁参数进 行优化； 步骤3： 搭建Simulink控制系统仿真： 采用仿真软件Maxwell， 分析 四极异极型径向混合 磁轴承径向悬浮力， 测得理想状态参数； 步骤4： 四极异极型径向混合磁轴承的控制研究： 设计一种数字控制系统； 根据控制的性质和要求， 进行模块化、 系统化规划设计， 以STM32  处理器为控制核心， 外接驱动模块， 将两者作为控制器对样机进行控制。 2.根据权利要求1所述的四极异极型径向混合磁悬浮轴承设计方法， 其特征在于， 所述 步骤1中四极异极型径向混合磁悬浮轴承结构包括包括定子、 转子和气隙， 所述定子包括定 子铁心、 径向力控制绕组和定子永磁体； 定子铁心 为圆筒形， 在圆筒 形定子铁心的内表面沿 轴向开有4n个槽， 在定子铁心的内侧形成4n个齿， 其中n为大于1的自然数， 沿周 向第1、 3、……、 (4n‑1)个齿为轴向绕组齿， 第2、 4、 ……、 4n个齿为径向绕组齿， 每个轴向绕组齿的 双齿内端面上分别粘贴固定有一块瓦片形 的定子永磁体， 且两块永磁体的充磁方向相同； 所述定子永磁体为径向充磁 或径向平行充磁； 每个径向绕组齿上 缠绕有一个径向力控制线 圈， 在圆周上呈18 0°相对的两个径向绕组齿 上的两个径向力控制线圈反向串联 组成一个径 向力控制线圈组， 所有径向力控制线圈组串联之后组成径向力控制绕组； 转子包括转子导 磁轭筒， 所述 转子导磁轭筒位于 定子内， 并且与定 子同轴， 定 子与转子之间是均匀的气隙。 3.根据权利要求1所述的四极异极型径向混合磁悬浮轴承设计方法， 其特征在于， 其具 体设计方法为： 1） 根据结构图， 画出等效磁路图， 设计出 各气隙处的控制磁通及偏置磁通； 2） 计算出径向悬浮力公式， 求出力/位移参数、 力/电流 参数； 3） 根据径向悬浮力公式求出次级面积； 4） 根据气隙控制磁通， 求出径向控制绕组； 5） 进一步确定转子 铁心半径、 转轴半径、 径向定 子的宽度、 轴向长度和定 子齿高； 6） 计算永磁 体的宽度和充磁厚度； 7） 利用Maxwell软件画出二维模型， 从磁力 线图、 磁密分布图、 力/电流关系曲线图、 力/ 位移关系曲线图进行分析； 8） 在辅助轴承气隙确定， 克服永磁磁极产生的被动磁拉力下， 找出控制磁极面积和永 磁刺激面积之比， 得到径向悬浮力最大； 9） 设计实验样机， 进行静态悬浮实验和动态悬浮实验。 4.根据权利要求3所述的四极异极型径向混合磁悬浮轴承设计方法， 其特征在于， 所述 静态悬浮 实验和动态悬浮 实验通过搭建新型径向混合磁轴承的控制实验平台， 利用位移传 感器及各种接口电路对异极径向混合磁轴承进行 悬浮实验分析。 5. 根据权利要求3所述的四极异极型径向混合磁悬浮轴承设计方法， 其特征在于， 使 用CCS6.0  作为开发环境， 以数字化功率分析仪、 径向力测量仪对样 机功率、 力‑电流实时监权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114818204 A 2测与调试， 最后将仿真值与实验值进行比较， 得 出结论。 6.根据权利要求5所述的四极异极型径向混合磁悬浮轴承设计方法， 其特征在于， 完成 仿真模块， 并确认理论值与实际值相符后， 再继续完善异极型径向混合磁悬浮系统的结构 参数， 主要需要考虑位移传感器的安放、 联轴器的选用、 机壳大小、 螺栓尺寸、 控制线圈的大 小及预留空间； 样机制作完成后， 再基于闭环控制理论对异极径向混合磁轴承系统做控制研究； 其中， 控制模块采用高性能数字信号处理器进行数据处理与信号输出； 径向控制绕组由直流型电 源供电； 位置传感器对转子位置进行检测， 与给定的参考位置信号进行比较， 采用STM32来 控制。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114818204 A 3