[发明专利]采用三角形截面永磁环叠堆的Halbach永磁轴承

权利要求书

1.一种采用三角形截面永磁环叠堆的Halbach永磁轴承，其特点在于：包括对应设置的转子(1)和定子(4)，在转子(1)的轴圆周叠堆有多组动磁环(2)，在定子(4)的内圆表面叠堆有多组静磁环(3)，多组动磁环(2)及多组静磁环(3)分别叠堆构成一个圆柱体形状。

2.根据权利要求1所述的采用三角形截面永磁环叠堆的Halbach永磁轴承，其特点在于：所述的转轴(1)和定子(4)为钢铁材料，固定在转轴(1)上的动磁环(2)及固定在定子(4)上的静磁环(3)为永磁材料。

3.根据权利要求1所述的采用三角形截面永磁环叠堆的Halbach永磁轴承，其特点在于：所述的动磁环(2)及静磁环(3)均采用截面为三角形永磁环按照Halbach阵列叠堆构成的，并且动磁环(2)及静磁环(3)由半径不同、截面为三角形永磁环构成。

4.一种采用三角形截面永磁环叠堆的Halbach永磁轴承的磁力确定方法，基于权利要求1-3任一Halbach永磁轴承，其特点在于，步骤包括：

建立解析模型为：

FZ=Br1Br2L×10-6πμ0×Σi=1nΣj=1n{sin(βi+βj)×[±Ψij(m,W,G)]-cos(βi+βj)×[±Φij(y,M,N)]},---(1)]]>

式(1)中，Fz为轴向磁力，μ₀＝4π×10^-7H/m为空气磁导率；B_r1和B_r2分别是动磁环及静磁环的剩磁感应强度；L为动磁环及静磁环的平均周长，即为动磁环、静磁环平均间隙的周长；n是动磁环及静磁环截面等效为直角三角形数；β_i和β_j分别为截面是直角三角形的第i号动磁环磁化方向和第j号静磁环磁化方向与x轴正方向的夹角；ψ_ij、Φ_ij为截面是直角三角形的第i号动磁环与第j号静磁环的ψ、Φ值，

ψ、Φ计算公式及其前面取“+”号或“-”号参见以下两个公式：

Φ(y,M,N)＝{[(M×(c+e+l×(b+h+M×(c+e-N)))-(b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e)))/(4×m×n)-(M×a)/(4×m)]×ln((c+e-a)²+(h+M×(c+e-N))²)-[((b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e))×(c+e+l×(b+h+M×(c+e-N))))/(2×m×n×|b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e)|)+(M×|b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e)|)/(2×m×n)]×arctan((n×a-(c+e+l×(b+h+M×(c+e-N))))/|b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e)|)+[((b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e))-M×(c+e+l×(b+h+M×(c+e-N))))/(4×m×n)+(M×(c+e)-(b+h+M×(c+e-N)))/(4×m)]×ln((c+e)²+(b+h+M×(c+e-N))²)+[((b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e))×(c+e+l×(b+h+M×(c+e-N))))/(2×m×n×|b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e)|)+(M×|b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e)|)/(2×m×n)]×arctan((-(c+e+l×(b+h+M×(c+e-N))))/|b+h+M×(c+e-N)-l×(c+e)|)-(a)/(2×m)×arctan((b+h+M×(c+e-N))/(c+e-a))+((b+h+M×(c+e-N))-M×(c+e-a))/(4×m)×ln((c+e-a)²+(b+h+M×(c+e-N))²)+[((c+e)×(b+h+M×(c+e-N)))/(2×m×|b+h+M×(c+e-N)|)+(M×|b+h+M×(c+e-N)|)/(2×m)]×arctan((a-(c+e))/|b+h+M×(c+e-N)|)+[((b+(h+M×(c-N))-l×c)×(c+l×(b+(h+M×(c-N)))))/(2×m×n×|b+(h+M×(c-N))-l×c|)+(M×abs(b+(h+M×(c-N))-l×c))/(2×m×n)]×arctan((n×a-(c+l×(b+(h+M×(c-N)))))/|b+(h+M×(c-N))-l×c|)+(b×(c+l×(b+(h+M×(c-N))))+M×b×(b+(h+M×(c-N))-l×c))/(4×a×m×n)×ln(c²+(b+(h+M×(c-N)))²)-[((b+(h+M×(c-N))-l×c)×(c+l×(b+(h+M×(c-N)))))/(2×m×n×|b+(h+M×(c-N))-l×c|)+(M×|b+(h+M×(c-N))-l×c|)/(2×m×n)]×arctan((-(c+l×(b+(h+M×(c-N)))))/|b+(h+M×(c-N))-l×c|)-a/2×arctan((b+h+y)/(c-a))+(b+h+y)/4×ln((c-a)²+(b+h+y)²)+c×(b+h+y)/(2×|b+h+y|)×arctan((a-c)/|b+h+y|)-c×(b+h+y)/(2×|b+h+y|)×arctan((-c)/|b+h+y|)+a/(2×m)×arctan((b+(h+M×(c-N)))/(c-a))+(-(b+(h+M×(c-N)))-M×(a-c))/(4×m)×ln((c-a)²+(b+(h+M×(c-N)))²)-[(c×(b+(h+M×(c-N))))/(2×m×|b+(h+M×(c-N))|)+(M×|b+(h+M×(c-N))|)/(2×m)]×arctan((a-c)/|b+(h+M×(c-N))|)+[(c×(b+(h+M×(c-N))))/(2×m×|b+(h+M×(c-N))|)+(M×|b+(h+M×(c-N))|)/(2×m)]×arctan((-c)/|b+(h+M×(c-N))|)-a/2×arctan((h+y)/(c+e-a))+(b+h+y-l×(c+e))/(4×n)×ln((c+e-a)²+(h+y)²)+((b+h+y-l×(c+e))×(c+e+l×(b+h+y)))/(2×n×|b+h+y-l×(c+e)|)×arctan((n×a-(c+e+l×(b+h+y)))/|b+h+y-l×(c+e)|)+(l×(l×(b+h+y)+(c+e)))/(4×n)×ln((c+e)²+(b+h+y)²)-((b+h+y-l×(c+e))×((c+e)+l×(b+h+y)))/(2×n×|b+h+y-l×(c+e)|)×arctan((-((c+e)+l×(b+h+y)))/|b+h+y-l×(c+e)|)+a/2×arctan((b+h+y)/(c+e-a))-(b+h+y)/4×ln((c+e-a)²+(b+h+y)²)-(c+e)×(b+h+y)/(2×|b+h+y|)×arctan((a-(c+e))/|b+h+y|)+(c+e)×(b+h+y)/(2×|b+h+y|)×arctan((-(c+e))/|b+h+y|)}，     (2)

式(2)中，a、b分别为其中一个截面为直角三角形永磁体的两个直角边；d、e分别为另外一个截面为直角三角形永磁体的两个直角边；c、h分别为一对直角三角形截面永磁体相对位置参数；式中字母l＝b/a；m＝1+(M)²；n＝1+(b/a)²；y、M、N及式(1)中Φ前的“+、-”号对应分别表示如下：

对应结构1，y＝0,N＝c，Φ取“-”号；

对应结构2，y＝d,N＝c，Φ取“+”号；

对应结构3，y＝0,N＝c+e，Φ取“-”号；

对应结构4，y＝d,N＝c+e，Φ取“+”号；

Ψ(m,W,G)＝{[(W×(b+h+d+s×(W×d+G))-(W×d+G-s×(b+h+d)))/(4×u×v)+(G-a-W×(b+h))/(4×u)]×ln((h+d)²+(W×d+G-a)²)+[((W×d+G-a)×(b+h+d))/(2×u×|W×d+G-a|)+(W×|W×d+G-a|)/(2×u)]×arctan((b-(b+h+d))/|W×d+G-a|)+(-(G-a)+W×(b+h))/(4×u)×ln((b+h+d)²+(W×d+G-a)²)-[((W×d+G-a)×(b+h+d))/(2×u×|W×d+G-a|)+(W×|W×d+G-a|)/(2×u)]×arctan((-(b+h+d))/|W×d+G-a|)-[((W×d+G-s×(b+h+d))×(b+h+d+s×(W×d+G)))/(2×u×v×|W×d+G-s×(b+h+d)|)+(W×|W×d+G-s×(b+h+d)|)/(2×u×v)]×arctan((v×b-(b+h+d+s×(W×d+G)))/|W×d+G-s×(b+h+d)|)+[(W×d+G-s×(b+h+d))-(W×(b+h+d+s×(W×d+G)))]/(4×u×v)×ln((b+h+d)²+(W×d+G)²)+[((W×d+G-s×(b+h+d))×(b+h+d+s×(W×d+G)))/(2×u×v×|W×d+G-s×(b+h+d)|)+(W×|W×d+G-s×(b+h+d)|)/(2×u×v)]×arctan((-(b+h+d+s×(W×d+G)))/|W×d+G-s×(b+h+d)|)-[((G-s×(b+h))×(b+h+s×(G)))/(2×u×v×|G-s×(b+h)|)+(W×|G-s×(b+h)|)/(2×u×v)]×arctan((-(b+h+s×(G)))/|G-s×(b+h)|)+[(c+m-s×(b+h+d))/(4×v)-(c+m-a)/4]×ln((h+d)²+(c+m-a)²)-((c+m-a)×(b+h+d))/(2×|c+m-a|)×arctan((b-(b+h+d))/|c+m-a|)+(c+m-a)/4×ln((b+h+d)²+(c+m-a)²)+((c+m-a)×(b+h+d))/(2×|c+m-a|)×arctan((-(b+h+d))/|c+m-a|)+((c+m-s×(b+h+d))×(b+h+d+s×(c+m)))/(2×v×|c+m-s×(b+h+d)|)×arctan((v×b-(b+h+d+s×(c+m)))/|c+m-s×(b+h+d)|)-(c+m-s×(b+h+d))/(4×v)×ln((b+h+d)²+(c+m)²)-((c+m-s×(b+h+d))×(b+h+d+s×(c+m)))/(2×v×|c+m-s×(b+h+d)|)×arctan((-(b+h+d+s×(c+m)))/|c+m-s×(b+h+d)|)+[(c+m-a)/4-(c+m-s×(b+h))/(4×v)]×ln((h)²+(c+m-a)²)+((c+m-a)×(b+h))/(2×|c+m-a|)×arctan((b-(b+h))/|c+m-a|)-(c+m-a)/4×ln((b+h)²+(c+m-a)²)-((c+m-a)×(b+h))/(2×|c+m-a|)×arctan((-(b+h))/|c+m-a|)-((c+m-s×(b+h))×(b+h+s×(c+m)))/(2×v×|c+m-s×(b+h)|)×arctan((v×b-(b+h+s×(c+m)))/|c+m-s×(b+h)|)+(c+m-s×(b+h))/(4×v)×ln((b+h)²+(c+m)²)+((c+m-s×(b+h))×(b+h+s×(c+m)))/(2×v×|c+m-s×(b+h)|)×arctan((-(b+h+s×(c+m)))/|c+m-s×(b+h)|)}，                                    (3)

式(3)中，a、b分别为其中一个截面为直角三角形永磁体的两个直角边；d、e分别为另外一个截面为直角三角形永磁体的两个直角边；c、h分别为一对直角三角形截面永磁体相对位置参数；s＝a/b，u＝1+W²，v＝1+(a/b)²；m、G、W及式(1)中ψ前的“+、-”号对应分别表示如下：

对应结构1，m＝e,G＝c，ψ取“+”号；

对应结构2，m＝0,G＝c，ψ取“-”号；

对应结构3，m＝0,G＝c+e，ψ取“-”号；

对应结构4，m＝e,G＝c+e，ψ取“+”号。