CN117588493B - 一种径轴向一体式磁悬浮轴承和空压机用磁悬浮电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开的径轴向一体式磁悬浮轴承和空压机用磁悬浮电机涉及多级空气压缩技术领域，径轴向一体式磁悬浮轴承包括第一固定部和第二固定部，第一固定部用于套设于永磁电机转子的外圈，且位于转子推力盘的第一侧，第一固定部上设置有第一轴向磁极和第一径向磁极；第二固定部用于套设于永磁电机转子的外圈，且位于转子推力盘的第二侧，第二固定部上设置有第二轴向磁极，第一轴向磁极和第二轴向磁极用于分别向转子推力盘提供相反方向的轴向作用力，第一径向磁极用于向永磁电机转子提供径向作用力，通过第一轴向磁极和第一径向磁极的一体式结构设计可以对应缩短永磁电机转子用于与磁轴承配合的轴向延伸长度，进而可提高永磁电机转子的一阶临界转速。

Description

一种径轴向一体式磁悬浮轴承和空压机用磁悬浮电机

技术领域

本发明涉及多级空气压缩技术领域，更具体地说，涉及一种径轴向一体式磁悬浮轴承和空压机用磁悬浮电机。

背景技术

相较于传统的低速电机，高速电机具有转速高、功率密度大等优势，可与高速负载直连，并省去传统的机械齿轮增速装置，节能效果显著，可广泛应用于鼓风机、压缩机、机床主轴等高速场合，市场前景广阔。常用于高速电机支承的有机械轴承、油膜轴承、空气轴承和磁悬浮轴承，其中机械轴承受限于接触摩擦磨损无法长时间工作；油膜轴承需要专门的油循环系统，结构复杂且经常出现漏油等故障，影响设备正常运转；相较前两者，空气轴承可实现转子的无接触悬浮支承，且空气黏度低，无需额外供气设备，比较适合用于高速电机的支承，但空气轴承对环境要求较高且轴承刚度较低，无法承载大惯量转子。相较于前三种轴承，磁轴承消除了摩擦磨损，无需润滑，可以实现转子振动的在线主动控制，提高了系统运行的稳定性，是未来高速旋转动力机械发展的理想支承部件。

磁悬浮空压机采用双叶轮同轴一体直联结构，可将空气逐级压缩，将电能转化为气压能，可节能30%，并可广泛应用于建材、化工、食品、医药、纺织、造纸等诸多领域，是未来理想的空气压缩方式之一。但目前，磁悬浮空压机受限于转子的结构与材料等因素，一阶临界转速较低，导致磁悬浮空压机设计压比较低，仅能满足一些低压领域的应用。同时，由于转子控制系统较为冗余复杂，当磁悬浮空压机转速接近转子的一阶临界转速区域时，系统的稳定性与可靠性均较低，限制了磁悬浮空压机的应用。

因此，如何提高空压机用磁悬浮电机转子的一阶临界转速，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种径轴向一体式磁悬浮轴承，用于提高提高空压机用磁悬浮电机转子的一阶临界转速。

本发明的另一目的在于提供一种包括上述径轴向一体式磁悬浮轴承的空压机用磁悬浮电机。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种径轴向一体式磁悬浮轴承，用于支撑永磁电机转子，所述永磁电机转子的一端设置有转子推力盘，包括：

第一固定部，用于套设于所述永磁电机转子的外圈，且位于所述转子推力盘的第一侧，所述第一固定部上设置有第一轴向磁极和第一径向磁极；

第二固定部，用于套设于所述永磁电机转子的外圈，且位于所述转子推力盘的第二侧，所述第二固定部上设置有第二轴向磁极，所述第一轴向磁极和所述第二轴向磁极用于向所述转子推力盘提供轴向作用力，所述第一径向磁极用于向所述永磁电机转子提供径向作用力。

可选地，在上述的径轴向一体式磁悬浮轴承中，所述第一固定部为环状结构，所述第一轴向磁极和所述第一径向磁极为间隔设置于所述第一固定部内圈的多个，且所述第一轴向磁极上设置有第一轴向绕组，所述第一径向磁极上设置有第一径向绕组。

可选地，在上述的径轴向一体式磁悬浮轴承中，所述第二固定部为环状结构，所述第二固定部面向所述第一固定部的一侧开设有环形槽，所述环形槽内设置有第二轴向绕组，且所述环形槽与所述第二固定部同心布置，所述环形槽的两个侧壁为所述第二轴向磁极。

可选地，在上述的径轴向一体式磁悬浮轴承中，所述第一轴向磁极面向所述转子推力盘一侧的表面为第一表面，所述第一径向磁极面向所述转子推力盘一侧的表面为第二表面，且所述第一表面较所述第二表面靠近所述转子推力盘。

可选地，在上述的径轴向一体式磁悬浮轴承中，所述第一表面和所述第二表面的间隔距离为5mm±0.5mm。

可选地，在上述的径轴向一体式磁悬浮轴承中，所述第一轴向磁极面向所述转子推力盘一侧表面的面积为第一面积，所述第二轴向磁极面向所述转子推力盘一侧表面的面积为第二面积，所述第二面积的大小为所述第一面积大小的五倍。

可选地，在上述的径轴向一体式磁悬浮轴承中，所述第一径向磁极用于与所述永磁电机转子的周向外壁形成第一气隙，且所述第一气隙的大小为0.4mm；和/或，

所述第一轴向磁极用于与所述转子推力盘之间形成第二气隙，所述第二轴向磁极用于与所述转子推力盘之间形成第三气隙，且所述第二气隙和所述第三气隙的大小均为0.5mm。

一种空压机用磁悬浮电机，包括：

永磁电机转子，所述永磁电机转子的第一端设置有转子推力盘;

径轴向一体式磁悬浮轴承，为上述的径轴向一体式磁悬浮轴承，所述第一固定部和所述第二固定部均套设于所述永磁电机转子的外圈，并分别位于所述转子推力盘的两侧；

径向磁轴承，设置于所述永磁电机转子的第二端，且所述径向磁轴承上设置有第二径向磁极，所述第二径向磁极用于向所述永磁电机转子提供径向作用力。

可选地，在上述的空压机用磁悬浮电机中，所述永磁电机转子上贯通有散热孔，所述散热孔沿所述永磁电机转子的延伸方向设置。

可选地，在上述的空压机用磁悬浮电机中，所述散热孔的内壁上开设有螺旋槽，所述螺旋槽沿所述永磁电机转子的延伸方向设置。

本发明提供的径轴向一体式磁悬浮轴承用于支撑永磁电机转子，永磁电机转子的一端设置有转子推力盘，径轴向一体式磁悬浮轴承包括第一固定部和第二固定部，第一固定部用于无接触套设于永磁电机转子的外圈，且位于转子推力盘的第一侧，第一固定部上设置有第一轴向磁极和第一径向磁极；第二固定部用于无接触套设于永磁电机转子的外圈，且位于转子推力盘的第二侧，第二固定部上设置有第二轴向磁极，第一轴向磁极和第二轴向磁极用于分别向转子推力盘提供相反方向的轴向作用力，第一径向磁极用于向永磁电机转子提供径向作用力。

第一轴向磁极和第二轴向磁极分别设置于转子推力盘的两侧，通过对第一轴向磁极和第二轴向磁极的电磁力的大小进行控制，可以保证转子推力盘的轴向位置稳定在第一固定部和第二固定部之间，进而保证永磁电机转子轴向位置的稳定性，第一径向磁极用于向永磁电机转子提供径向电磁力，以保证永磁电机转子径向位置的稳定性。

相较于现有技术，本发明提供的径轴向一体式磁悬浮轴承的第一轴向磁极和第一径向磁极均设置于第一固定部上，即将现有的轴向磁轴承和径向磁轴承设置为一体式结构，实现了径轴向一体式磁悬浮轴承的功能集成设计，且相较于轴向磁轴承和径向磁轴承的支撑方案具有更小的轴向延伸长度，使得可以对应缩短永磁电机转子用于与磁轴承配合的轴向延伸长度，进而可提高永磁电机转子的一阶临界转速，使永磁电机转子可在较高的工作转速区间转动，满足磁悬浮空压机高压比机型的设计生产需求，且减少了磁轴承的数量，可提升磁悬浮空压机作业的稳定性与可靠性。

本发明提供的空压机用磁悬浮电机包括永磁电机转子、上述的径轴向一体式磁悬浮轴承和径向磁轴承，永磁电机转子的第一端设置有转子推力盘，径轴向一体式磁悬浮轴承设置于永磁电机转子的第一端，且第一固定部和第二固定部套设于永磁电机转子的外圈，并分别位于转子推力盘的两侧，第一轴向磁极和第二轴向磁极均用于向转子推力盘提供电磁力，以保证永磁电机转子转动过程中轴向位置的稳定性。径向磁轴承设置于永磁电机转子的第二端，且径向磁轴承上设置有第二径向磁极，第二径向磁极用于向永磁电机转子提供径向作用力，通过位于永磁电机转子两端的第一径向磁极和第二径向磁极的配合可保证永磁电机转子径向位置的稳定性。

相较于现有技术，本发明提供的空压机用磁悬浮电机采用无接触悬浮支承技术，消除了机械摩擦磨损，且减少了磁轴承的数量，永磁电机转子的轴向延伸长度更短，一阶临界转速更高，空压机用磁悬浮电机的结构更紧凑，作业的可靠性更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的空压机用磁悬浮电机的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的空压机用磁悬浮电机的静止部分的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的径轴向一体式磁悬浮轴承与永磁电机转子的安装结构示意图；

图4为本发明实施例公开的径轴向一体式磁悬浮轴承的部分结构示意图一；

图5为本发明实施例公开的径轴向一体式磁悬浮轴承的部分结构示意图二；

图6为本发明实施例公开的永磁电机转子的结构示意图。

其中，1为左辅助轴承安装座，2为左位移传感器组件，3为径向磁轴承组件，4为电机外壳，5为永磁高速电机定子，6为径轴向一体三自由度磁轴承组件，7为右轴向位移传感器组件，8为右辅助轴承安装座，9为永磁电机转子；

601为轴向定子铁心，602为第二轴向绕组，603为径轴向一体定子铁心，604A为+x轴第一轴向绕组，604B为-x轴第一轴向绕组，604C为+y轴第一轴向绕组，604D为-y轴第一轴向绕组，605A为+x轴第一径向绕组，605B为-x轴第一径向绕组，605C为+y轴第一径向绕组，605D为-y轴第一径向绕组；

901为电机转子芯轴，902为左位移传感器左端盖，903为左位移传感器硅钢片，904为左位移传感器右端盖，905为左径向磁轴承左端盖，906为左径向磁轴承硅钢片，907为左径向磁轴承右端盖，908为电机转子套筒，909为电机转子永磁体，9010为转子推力盘，9011为右位移传感器硅钢片，9012为右位移传感器端盖。

具体实施方式

本发明的核心在于公开一种空压机用磁悬浮电机，一种径轴向一体式磁悬浮轴承，用于提高电机转子的一阶临界转速。

本发明的另一目的在于提供一种包括上述径轴向一体式磁悬浮轴承的空压机用磁悬浮电机。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1至图6所示，本发明实施例公开的径轴向一体式磁悬浮轴承用于支撑永磁电机转子9，永磁电机转子9的一端设置有转子推力盘9010，径轴向一体式磁悬浮轴承包括第一固定部和第二固定部，第一固定部用于无接触套设于永磁电机转子9的外圈，且位于转子推力盘9010的第一侧，第一固定部上设置有第一轴向磁极和第一径向磁极；第二固定部用于无接触套设于永磁电机转子9的外圈，且位于转子推力盘9010的第二侧，第二固定部上设置有第二轴向磁极，第一轴向磁极和第二轴向磁极用于分别向转子推力盘9010提供相反方向的轴向作用力，第一径向磁极用于向永磁电机转子9提供径向作用力。

其中，第一固定部和第二固定部分别作为安装基础，用于设置于空压机电机的静止部分，第一轴向磁极和第二轴向磁极分别设置于转子推力盘9010的两侧，通过对第一轴向磁极和第二轴向磁极的电磁力的大小进行控制，可以保证转子推力盘9010的轴向位置稳定在第一固定部和第二固定部之间，进而保证永磁电机转子9轴向位置的稳定性，第一径向磁极用于向永磁电机转子9提供径向电磁力，以保证永磁电机转子9径向位置的稳定性。本发明实施例公开的径轴向一体式磁轴可实现对永磁电机转子9的无接触悬浮支承。

相较于现有技术，本发明实施例公开的径轴向一体式磁悬浮轴承的第一轴向磁极和第一径向磁极均设置于第一固定部上，即将现有的轴向磁轴承和径向磁轴承设置为一体式结构，实现了径轴向一体式磁悬浮轴承的功能集成设计，且相较于轴向磁轴承和径向磁轴承的支撑方案具有更小的轴向延伸长度，使得可以对应缩短永磁电机转子9用于与磁轴承配合的轴向延伸长度，进而可提高永磁电机转子9的一阶临界转速，使永磁电机转子9可在较高的工作转速区间转动，满足磁悬浮空压机高压比机型的设计生产需求，且减少了磁轴承的数量，可提升磁悬浮空压机作业的稳定性与可靠性。

具体地，结合图4，第一固定部为环状结构，第一轴向磁极和第一径向磁极为间隔设置于第一固定部内圈的多个，且第一轴向磁极上设置有第一轴向绕组，第一径向磁极上设置有第一径向绕组。

如图3所示，第二固定部也为环状结构，且第二固定部面向第一固定部的一侧开设有环形槽，环形槽内设置有第二轴向绕组602，环形槽与第二固定部同心布置，且环形槽的两个侧壁形成上述的第二轴向磁极。通过调整第一轴向绕组、第一径向绕组和第二轴向绕组的匝数以及电流大小可以控制各个磁极电磁力的大小。

第一轴向磁极和第二轴向磁极均可以产生吸引转子推力盘9010的吸引力，进而可保证永磁电机转子9轴向位置的稳定性，当永磁电机转子9轴向的位置发生偏移时，通过调整第一轴向绕组和第二轴向绕组内的电流大小即可调整对永磁电机转子9的轴向作用力，从而保证永磁电机转子9轴向位置的稳定。同时通过第一径向磁极可以保持永磁电机转子9径向受力的稳定性。

具体地，结合图4，第一轴向磁极和第一径向磁极均为间隔设置于第一固定部的内圈的多个，且第一轴向磁极、第一径向磁极和第一固定部组成径轴向一体式磁悬浮轴承的径轴向一体定子铁心603，实现轴向磁轴承和径向磁轴承对定子铁心的共用，以及轴向磁轴承和径向磁轴承结构的一体式设计。利用偏置电流产生的偏置磁场与控制电流产生的控制磁场正向/反向叠加，可保持径轴向一体式磁悬浮轴承与永磁电机转子9的气隙均匀，进而实现对永磁电机转子9的无接触悬浮支承。

结合图3，第二轴向磁极和第二固定部组成轴向定子铁心601。

其中，径轴向一体定子铁心603和轴向定子铁心601可以采用相同的材料制备，且第一径向绕组可通过环氧树脂胶固化于第一径向磁极，第一轴向绕组可通过环氧树脂胶固定于第一轴向磁极，第二轴向绕组可通过环氧树脂胶固定于第二轴向磁极。

定义第一轴向磁极面向转子推力盘9010一侧的表面为第一表面，第一径向磁极面向转子推力盘9010一侧的表面为第二表面，则第一表面较第二表面更靠近转子推力盘9010，以防止径向磁通经过转子推力盘9010形成闭合回路。结合图4，通过第一轴向磁极和第一径向磁极的离散式差异化设计，可将第一轴向磁极的磁力与第一径向磁极的磁力解耦，并利用共模电流实现对永磁电机转子9轴向位置的控制。

具体地，在一实施例中，第一表面和第二表面的间隔距离可以为（5±0.5）mm，即第一轴向磁极较第一径向磁极更靠近转子推力盘9010，且距离差为（5±0.5）mm。根据磁路磁阻最小原理，当第一径向磁极与转子推力盘9010距离较远时，则磁阻太大，形成不了轴向磁通，只能形成径向磁通，并产生径向作用力，而第一轴向磁极的磁极面（第一轴向磁极面向转子推力盘9010的表面，即为上述的第一表面）与转子推力盘9010距离小，磁阻小，可形成轴向磁通，并产生轴向作用力。

第一轴向磁极和第一径向磁极背向转子推力盘9010一侧的表面可以为同一平面。

结合图3，在一实施例中，第一径向磁极面向永磁电机转子9的表面（即为背向第一固定部的表面）与永磁电机转子9的周向外壁之间形成第一气隙，且第一气隙的大小为0.4mm，第一轴向磁极和转子推力盘9010之间形成第二气隙，第二气隙的大小为0.5mm。

磁极的磁极面积的大小、绕组的匝数以及绕组内电流的大小的不同会导致电磁力的不同，通过合理设计第一轴向磁极与第二轴向磁轴承的磁极面积，以及对第一轴向绕组和第二轴向绕组进行设计，可使第一轴向磁极与第二轴向磁轴承的电磁力处同一量级。

在一实施例中，定义第一轴向磁极面向转子推力盘9010一侧的表面的面积（第一表面的面积）为第一面积，第二轴向磁极面向转子推力盘9010一侧的表面（环形槽两个侧壁面向转子推力盘9010的表面）的面积为第二面积，且第二面积的大小为第一面积的五倍。第一轴向绕组为线径0.95mm的漆包线，匝数为250匝～300匝；第二轴向绕组为线径0.95mm的漆包线，匝数为112匝～134匝。第一径向绕组为线径0.2mm的漆包线，且双股并绕，匝数为150匝～200匝。

绕组的线径越大电阻越小，且通过采用双股并绕的方式也可以降低绕组的电阻。

结合图5，在一实施例中，第一轴向磁极和第一径向磁极等间隔设置于第一固定部的内圈，且数量均为四个。

本领域技术人员可以理解的是，第一径向磁极的数量可以为四或四的倍数个，以实现对永磁电机转子9径向两自由度的平动控制和偏转控制，第一轴向磁极的设置位置避让第一径向磁极的设置位置，可以不为四或四的倍数个。

本发明实施例公开的空压机用磁悬浮电机包括永磁电机转子9、上述的径轴向一体式磁悬浮轴承和径向磁轴承，永磁电机转子9的第一端设置有转子推力盘9010，径轴向一体式磁悬浮轴承设置于永磁电机转子9的第一端，且第一固定部和第二固定部套设于永磁电机转子9的外圈，并分别位于转子推力盘9010的两侧，第一轴向磁极和第二轴向磁极均用于向转子推力盘9010提供电磁力，以保证永磁电机转子9转动过程中轴向位置的稳定性。径向磁轴承设置于永磁电机转子9的第二端，且径向磁轴承上设置有第二径向磁极，第二径向磁极用于向永磁电机转子9提供径向作用力，通过位于永磁电机转子9两端的第一径向磁极和第二径向磁极的配合可保证永磁电机转子9径向位置的稳定性。

结合图3和图6，本发明实施例公开的空压机用磁悬浮电机通过第一轴向磁极和第一径向磁极的离散式差异化设计，可将第一轴向磁极的磁力与第一径向磁极的磁力解耦，并利用共模电流实现对永磁电机转子9轴向位置控制。利用第一径向磁极和第二径向磁极的共模电流可以实现对永磁电机转子9径向两自由度的平动控制，同时，通过对第一径向磁极和第二径向磁极的差模电流可实现对永磁电机转子9径向两自由度的偏转控制。

相较于现有技术，本发明实施例公开的空压机用磁悬浮电机采用无接触悬浮支承技术，消除了机械摩擦磨损，且减少了磁轴承的数量，永磁电机转子9的轴向延伸长度更短，一阶临界转速更高，空压机用磁悬浮电机的结构更紧凑，作业的可靠性更高。

进一步地，本发明实施例公开的空压机用磁悬浮电机采用同轴一体直联结构，将永磁电机转子9直接与叶轮相连，而无需使用多级增速装置，进一步提高了结构的紧凑性，可满足空压机高速高功率密度的运行需求。

结合图1，空压机用磁悬浮电机包括静止部分和转动部分，永磁电机转子9属于转动部分，静止部分包括左辅助轴承安装座1、左位移传感器组件2、径向磁轴承组件3、电机外壳4、永磁高速电机定子5、径轴向一体三自由度磁轴承组件6、右轴向位移传感器组件7和右辅助轴承安装座8。

其中，径向磁轴承组件3和径轴向一体三自由度磁轴承组件6分别设置于电机外壳4的两端，且径向磁轴承组件3包括上述的径向磁极轴承，径轴向一体三自由度磁轴承组件6包括上述的径轴向一体式磁悬浮轴承，且径轴向一体式磁悬浮轴承的第一轴向磁极、第一径向磁极和第一固定部组成径轴向一体三自由度磁轴承组件6的径轴向一体定子铁心603，第二轴向磁极和第二固定部组成径轴向一体三自由度磁轴承组件6的轴向定子铁心601。

结合图2，左辅助轴承安装座1通过螺钉等紧固件设置于径向磁轴承组件3远离径轴向一体三自由度磁轴承组件6的一侧，并嵌入径向磁轴承组件3的内孔，左位移传感器组件2设置于左辅助轴承安装座1和径向磁轴承组件3之间，并通过螺钉等紧固件固定在径向磁轴承组件3的内孔，径向磁轴承组件3设置于电机外壳4第一端的内孔，并通过螺钉与电机外壳4固定。

右轴向位移传感器组件7通过螺钉等紧固件设置于径轴向一体三自由度磁轴承组件6远离径向磁轴承组件3的一侧，且嵌入径轴向一体三自由度磁轴承组件6的内孔，径轴向一体三自由度磁轴承组件6设置于电机外壳4第二端的内孔，并通过螺钉与电机外壳4固定，右辅助轴承安装座8通过螺钉等紧固件设置于径轴向一体三自由度磁轴承组件6远离径向磁轴承组件3的端面，并嵌入径轴向一体三自由度磁轴承组件6的内孔，右轴向位移传感器组件7位于径轴向一体三自由度磁轴承组件6和右辅助轴承安装座8之间。左位移传感器组件2和右轴向位移传感器组件7包括用于检测永磁电机转子9位置偏移情况的位置传感器和/或用于检测永磁电机转子9运动速度的速度传感器。

永磁高速电机定子5设置于电机外壳4内部的中间位置，并通过热装过盈配合固定在电机外壳4上，且与径向磁轴承组件3和径轴向一体三自由度磁轴承组件6互不干涉。

结合图1，永磁电机转子9在轴向上依次穿过左辅助轴承安装座1、左位移传感器组件2、径向磁轴承组件3、永磁高速电机定子5、径轴向一体三自由度磁轴承组件6、右轴向位移传感器组件7和右辅助轴承安装座8的内孔的中间位置，且左辅助轴承安装座1、左位移传感器组件2、径向磁轴承组件3、永磁高速电机定子5、径轴向一体三自由度磁轴承组件6、右轴向位移传感器组件7和右辅助轴承安装座8与永磁电机转子9的周向外壁表面之间形成近似圆柱状的气隙。

在本发明公开的一具体的实施例中，结合图5，以永磁电机转子9的轴向为z轴建立直角坐标系，四个第一径向磁极分别设置在第一固定部x轴和y轴正交正负方向顺时针偏转22.5°的位置，四个第一轴向磁极分别设置在第一固定部x轴和y轴正交正负方向逆时针偏转22.5°的位置。

对应地，结合图3和图4，四个第一轴向磁极上分别绕线有+x轴第一轴向绕组604A、-x轴第一轴向绕组604B、+y轴第一轴向绕组604C和-y轴第一轴向绕组604D；四个第一径向磁极上分别绕线有+x轴第一径向绕组605A、-x轴第一径向绕组605B、+y轴第一径向绕组605C和-y轴第一径向绕组605D。

在一实施例中，径向磁轴承的内圈等间隔设置有八个第二径向磁极，且各个第二径向磁极的设置位置与四个第一径向磁极和四个第一轴向磁极的设置位置一一对应，且第二径向磁极上的第二径向绕组与第一轴向绕组和第一径向绕组也一一对应，以保证各个磁极的位置对应且坐标统一，同时叶轮设置于永磁电机转子9上靠近径向磁轴承的一端，相较于第一径向磁极，数量更多的第二径向磁极可以更好地维持永磁电机转子9径向位置的稳定性，并降低叶轮偏置对永磁电机转子9的影响。

具体地，当永磁电机转子9处于平衡位置时，第一轴向磁极和第二轴向磁极的磁极面（面向转子推力盘9010的表面）与转子推力盘9010的气隙大小相等，且各磁极面处的电磁吸力大小相等，永磁电机转子9所受轴向电磁合力为零；第一径向磁极和第二径向磁极的磁极面（面向永磁电机转子9周向外壁的表面）与永磁电机转子9周向外壁的气隙大小相等，且永磁电机转子9所受径向合力为零。

以z轴方向的平动控制为例，结合图3，当永磁电机转子9沿z轴正向偏离平衡位置时，第一轴向磁极的磁极面与转子推力盘9010间的气隙变大，第二轴向磁极的磁极面与转子推力盘9010间的气隙变小，通过增大第一轴向绕组的电流，并减小第二轴向绕组的电流，可以产生沿z轴负方向的电磁合力调节永磁电机转子9回到平衡位置；当永磁电机转子9沿z轴负向偏离平衡位置时，第一轴向磁极的磁极面与转子推力盘9010间的气隙变小，第二轴向磁极的磁极面与转子推力盘9010间的气隙变大，通过减小第一轴向绕组的电流，并增加第二轴向绕组的电流，可以产生沿z轴正方向的电磁合力调节永磁电机转子9回到平衡位置。

永磁电机转子9径向两自由度的偏转控制可利用第一径向磁极和第二径向磁极对角磁极差模电流实现，控制方式类似于z轴方向平动控制，在此不再赘述。

结合图3，第一固定部和第二固定部相对转子推力盘9010的位置可以进行互换。

在一实施例中，转子推力盘9010与第一轴向磁极和第二轴向磁极之间形成的气隙大小均为0.5mm；第一径向磁极和第二径向磁极与电机转子芯轴901周向外壁之间的气隙大小均为0.4mm。

其中，径轴向一体定子铁心603、轴向定子铁心601和转子推力盘9010均采用高饱和磁密的1J22棒材或电工纯铁DT4C材料制备，导磁效果更好。

结合图6，电机转子芯轴901中间位置的外圈套设有电机转子永磁体909，电机转子永磁体909与永磁高速电机定子5的位置对应，且电机转子永磁体909的外圈套设有电机转子套筒908，以实现电机转子永磁体909与电机转子芯轴901位置的固定，且转子推力盘9010设置于电机转子套筒908的一端。

在一实施例中，左位移传感器组件2包括电感式位移传感器，在电机转子芯轴901远离转子推力盘9010的一端设置有左位移传感器硅钢片903，结合图1和图6，当电机转子芯轴901处于平衡位置，左位移传感器硅钢片903处于与电感式位移传感器对应的位置，可将电机转子永磁体909的位移变化导向电感式位移传感器。

如图6所示，左位移传感器硅钢片903通过设置于左位移传感器硅钢片903两侧的左位移传感器左端盖902和左位移传感器右端盖904被压紧并固定于电机转子芯轴901上，且左位移传感器硅钢片903、左位移传感器左端盖902和左位移传感器右端盖904均设置于电机转子芯轴901的外圈。

左径向磁轴承硅钢片906设置于电机转子芯轴901远离转子推力盘9010的一端，且左径向磁轴承硅钢片906被压紧固定于左径向磁轴承左端盖905和左径向磁轴承右端盖907之间，并与径向磁轴承组件3的位置对应，用于保证对电机转子芯轴901的支撑效果，左径向磁轴承硅钢片906、左径向磁轴承左端盖905和左径向磁轴承右端盖907均设置于电机转子芯轴901的外圈。

右位移传感器硅钢片9011与右轴向位移传感器组件7的位置对应，并被右位移传感器端盖9012压紧于转子推力盘9010远离左径向磁轴承硅钢片906的一侧，右位移传感器硅钢片9011和右位移传感器端盖9012均设置于电机转子芯轴901的外圈，且右位移传感器硅钢片9011用于将电机转子永磁体909的位移变化导向右轴向位移传感器组件7。

其中，左位移传感器硅钢片903、左径向磁轴承硅钢片906和右位移传感器硅钢片9011均采用高饱和磁密的1J22片材或硅钢片材制备，电机转子永磁体909由钕铁硼合金或衫钴合金硬磁材料制备，且为径向平行充磁。

结合图6，在电机转子芯轴901上贯通有散热孔，且散热孔沿电机转子芯轴901的延伸方向设置，即电机转子芯轴901为中空式转子结构，以通风散热，提高磁悬浮高速电机作业的可靠性与稳定性。

进一步地，在散热孔的内壁上开设有螺旋槽，螺旋槽沿散热孔的延伸方向布置，在电机转子芯轴901运行的过程中，冷却空气在螺旋槽的作用下可沿着电机转子芯轴901运动，降低空压机用磁悬浮电机的运行温度。且相较于通孔，螺旋槽可使气体延螺旋线方向产生螺旋升力，加快气体流动，对永磁电机转子9的冷却效果更好。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种径轴向一体式磁悬浮轴承，用于支撑永磁电机转子（9），所述永磁电机转子（9）的一端设置有转子推力盘（9010），其特征在于，包括：

第一固定部，用于套设于所述永磁电机转子（9）的外圈，且位于所述转子推力盘（9010）的第一侧，所述第一固定部上设置有第一轴向磁极和第一径向磁极；

第二固定部，用于套设于所述永磁电机转子（9）的外圈，且位于所述转子推力盘（9010）的第二侧，所述第二固定部上设置有第二轴向磁极，所述第一轴向磁极和所述第二轴向磁极用于向所述转子推力盘（9010）提供轴向作用力，所述第一径向磁极用于向所述永磁电机转子（9）提供径向作用力；

所述第一固定部为环状结构，所述第一轴向磁极和所述第一径向磁极为周向间隔且交替设置于所述第一固定部内圈的多个，且所述第一轴向磁极上设置有第一轴向绕组，所述第一径向磁极上设置有第一径向绕组；

所述第一轴向磁极面向所述转子推力盘（9010）一侧的表面为第一表面，所述第一径向磁极面向所述转子推力盘（9010）一侧的表面为第二表面，且所述第一表面较所述第二表面靠近所述转子推力盘（9010），以避免所述第一径向磁极形成轴向磁通。

2.如权利要求1所述的径轴向一体式磁悬浮轴承，其特征在于，所述第二固定部为环状结构，所述第二固定部面向所述第一固定部的一侧开设有环形槽，所述环形槽内设置有第二轴向绕组（602），且所述环形槽与所述第二固定部同心布置，所述环形槽的两个侧壁为所述第二轴向磁极。

3.如权利要求1所述的径轴向一体式磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一表面和所述第二表面的间隔距离为5mm±0.5mm。

4.如权利要求1所述的径轴向一体式磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一轴向磁极面向所述转子推力盘（9010）一侧表面的面积为第一面积，所述第二轴向磁极面向所述转子推力盘（9010）一侧表面的面积为第二面积，所述第二面积的大小为所述第一面积大小的五倍。

5.如权利要求1~4任意一项所述的径轴向一体式磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一径向磁极用于与所述永磁电机转子（9）的周向外壁形成第一气隙，且所述第一气隙的大小为0.4mm；和/或，

所述第一轴向磁极用于与所述转子推力盘（9010）之间形成第二气隙，所述第二轴向磁极用于与所述转子推力盘（9010）之间形成第三气隙，且所述第二气隙和所述第三气隙的大小均为0.5mm。

6.一种空压机用磁悬浮电机，其特征在于，包括：

永磁电机转子（9），所述永磁电机转子（9）的第一端设置有转子推力盘（9010）;

径轴向一体式磁悬浮轴承，为如权利要求1~5任意一项所述的径轴向一体式磁悬浮轴承，所述第一固定部和所述第二固定部均套设于所述永磁电机转子（9）的外圈，并分别位于所述转子推力盘（9010）的两侧；

径向磁轴承，设置于所述永磁电机转子（9）的第二端，且所述径向磁轴承上设置有第二径向磁极，所述第二径向磁极用于向所述永磁电机转子（9）提供径向作用力。

7.如权利要求6所述的空压机用磁悬浮电机，其特征在于，所述永磁电机转子（9）上贯通有散热孔，所述散热孔沿所述永磁电机转子（9）的延伸方向设置。

8.如权利要求7所述的空压机用磁悬浮电机，其特征在于，所述散热孔的内壁上开设有螺旋槽，所述螺旋槽沿所述永磁电机转子（9）的延伸方向设置。