一种磁悬浮主动式三自由度轴承、电机和压缩机的制作方法

本技术涉及磁悬浮，具体涉及一种磁悬浮主动式三自由度轴承、电机和压缩机。

背景技术：

1、磁悬浮轴承利用对转子的电磁力将转轴悬浮起来，转轴与定子保持非接触的状态，因此具有无磨损、高转速、高精度、长寿命等优点。磁轴承按工作原理可分为三类：主动式磁轴承、被动式磁轴承和混合式磁轴承。

2、专利号cn110017330a“一种轴向径向电磁型磁轴承”中的主动式三自由度磁轴承结构复杂，采用e形凸极径向分块定子，来形成对径向轴承的偏置磁通，其加工制作工艺复杂，装配困难，存在径向悬浮绕组在轴向方向上漏磁。

3、由于现有技术中的磁悬浮主动式三自由度轴承通过设置偏置定子来形成径向轴承的偏置磁通，导致结构复杂，体积较大，工艺复杂，装配困难等技术问题，因此本实用新型研究设计出一种磁悬浮主动式三自由度轴承、电机和压缩机。

技术实现思路

1、因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的磁悬浮主动式三自由度轴承通过设置偏置定子来形成径向轴承的偏置磁通，导致结构复杂，体积较大的缺陷，从而提供一种磁悬浮主动式三自由度轴承、电机和压缩机。

2、为了解决上述问题，本实用新型提供一种磁悬浮主动式三自由度轴承，其包括：

3、轴向磁轴承、径向磁轴承和轴承转子，所述轴向磁轴承和所述径向磁轴承均套设在转轴的外周，所述轴向磁轴承包括第一轴向定子和第二轴向定子，所述径向磁轴承包括径向定子，所述轴承转子套设在所述转轴的外周且能随着所述转轴一起转动，所述径向定子位于所述轴承转子的外周且能对所述轴承转子施加径向电磁力，沿所述转轴的轴向方向所述第一轴向定子的至少部分结构位于所述轴承转子的轴向一端，所述第二轴向定子的至少部分结构位于所述轴承转子的轴向另一端，所述第一轴向定子和所述第二轴向定子能对所述轴承转子施加轴向电磁力；所述径向定子包括径向铁芯和径向绕组，所述径向铁芯为环状结构且套设于所述轴承转子的径向外侧；所述第一轴向定子的至少部分结构位于所述径向绕组的径向外侧，所述第一轴向定子的至少部分结构与径向铁芯的径向外端相接，所述第二轴向定子的至少部分结构位于所述径向绕组的径向外侧，所述第二轴向定子的至少部分结构与径向铁芯的径向外端相接，使得所述径向磁轴承的偏置磁通由所述轴向磁轴承提供。

4、在一些实施方式中，在轴向方向，所述径向铁芯的轴向长度小于所述轴承转子的轴向长度，所述轴承转子与所述第一轴向定子相对的第一轴向端比所述径向铁芯与所述第一轴向定子相对的第三轴向端凸出第一预设距离，使得所述径向铁芯的所述第三轴向端相对于所述第一轴向端缩回形成第一空间，所述第一轴向定子的至少部分结构延伸至与所述径向铁芯的径向外端相接；

5、所述轴承转子与所述第二轴向定子相对的第二轴向端比所述径向铁芯与所述第二轴向定子相对的第四轴向端凸出第二预设距离，使得所述径向铁芯的所述第四轴向端相对于所述第二轴向端缩回形成第二空间，所述第二轴向定子的至少部分结构延伸与所述径向铁芯的径向外端相接。

6、在一些实施方式中，所述第一轴向定子包括第一轴向铁芯和第一轴向绕组，所述第一轴向铁芯为环形结构，所述第一轴向铁芯包括第一主体部、第一环形部和第二环形部，所述第一主体部为具有第一中心孔的圆盘结构，所述第一中心孔容纳所述转轴从中穿过，所述第二环形部位于所述第一环形部的径向外侧，所述第一环形部的一端与所述第一主体部相接且另一端朝所述轴承转子的方向延伸至与所述轴承转子相对，所述第二环形部的一端与所述第一主体部相接且另一端朝所述径向铁芯的方向延伸至与所述径向铁芯的径向外端相接，以在所述第一环形部的径向外侧与所述第二环形部的径向内侧之间形成第一容纳槽，所述第一轴向绕组设置于所述第一容纳槽中并缠绕在所述第二环形部的内周。

7、在一些实施方式中，所述第一环形部沿所述转轴的轴向方向延伸且与所述轴承转子间隔第三预设距离，形成轴向工作间隙；所述第二环形部也沿所述转轴的轴向方向延伸；

8、所述第二环形部的轴向长度大于所述第一环形部的轴向长度，且所述第二环形部与所述第一主体部相背的一端位于所述径向铁芯的径向外侧。

9、在一些实施方式中，所述第二轴向定子包括第二轴向铁芯和第二轴向绕组，所述第二轴向铁芯为环形结构，所述第二轴向铁芯包括第二主体部、第三环形部和第四环形部，所述第二主体部为具有第二中心孔的圆盘结构，所述第二中心孔容纳所述转轴从中穿过，且所述第四环形部位于所述第三环形部的径向外侧，所述第三环形部的一端与所述第二主体部相接且另一端朝所述轴承转子的方向延伸至与所述轴承转子相对，所述第四环形部的一端与所述第二主体部相接且另一端延伸至与所述径向铁芯的径向外端相接，以在所述第三环形部的径向外侧与所述第四环形部的径向内侧之间形成第二容纳槽，所述第二轴向绕组设置于所述第二容纳槽中并缠绕在所述第四环形部的内周。

10、在一些实施方式中，所述第三环形部沿所述转轴的轴向方向延伸且与所述轴承转子间隔第五预设距离，形成轴向工作间隙；所述第四环形部也沿所述转轴的轴向方向延伸；

11、所述第四环形部的轴向长度大于所述第三环形部的轴向长度，且所述第四环形部与所述第二主体部相背的一端位于所述径向铁芯的径向外侧，所述第四环形部与所述第二环形部相接或间隔设置。

12、在一些实施方式中，所述第一轴向绕组与所述第二轴向绕组的通电方向相反。

13、在一些实施方式中，所述径向铁芯包括径向定子磁轭和径向定子极柱，所述径向定子磁轭为环形结构，所述径向定子极柱的径向外端与所述径向定子磁轭连接、径向内端朝所述轴承转子凸出并与所述轴承转子之间具有径向工作间隙，每个径向定子极柱上均绕设有所述径向绕组；

14、并且在径向截面内，所述径向定子包括位于右上方的第一象限部分、位于左上方的第二象限部分、位于左下方的第三象限部分和位于右下方的第四象限部分，所述第一象限部分、所述第二象限部分、所述第三象限部分和第四象限部分沿逆时针依次相接，所述第一象限部分与所述第三象限部分形成对角，所述第二象限部分与所述第四象限部分形成对角，并有：所述第二象限部分内的径向定子极柱和磁轭部分形成的磁路与所述第四象限部分内的径向定子极柱和磁轭部分形成的磁路连通，形成左径向控制磁路，所述第一象限部分内的径向定子极柱和磁轭部分形成的磁路与所述第三象限部分内的径向定子极柱和磁轭部分形成的磁路连通，形成右径向控制磁路。

15、在一些实施方式中，所述径向定子极柱的数量为4n个，其中n为自然数。

16、在一些实施方式中，在每个象限部分中，均设置2个径向定子极柱，且位于所述第二象限部分中的径向定子极柱为左上径向定子极柱，位于所述第四象限部分中的径向定子极柱为右下径向定子极柱。

17、在一些实施方式中，所述轴向磁轴承为所述径向磁轴承提供的偏置磁通均沿径向方向朝向所述转轴的圆心的方向形成轴向偏置磁路；或者，所述轴向磁轴承为所述径向磁轴承提供的偏置磁通均沿径向方向朝着背离所述转轴的圆心的方向形成轴向偏置磁路；在形成对角的两个象限部分中，其中一个象限部分中的磁通沿径向方向朝向所述转轴的圆心，另外一个象限部分中的磁通沿径向方向背离所述转轴的圆心。

18、在一些实施方式中，当所述第一轴向定子包括第一轴向铁芯和第一轴向绕组，所述第一轴向铁芯包括第一主体部、第一环形部和第二环形部，所述第二轴向定子包括第二轴向铁芯和第二轴向绕组，所述第二轴向铁芯包括第二主体部、第三环形部和第四环形部时：

19、所述径向绕组同时位于所述第二环形部和所述第四环形部的径向内侧，且所述第二环形部和所述第四环形部均位于所述径向定子磁轭的径向外侧。

20、本实用新型还提供一种电机，其包括前任一项所述的磁悬浮主动式三自由度轴承。

21、本实用新型还提供一种压缩机，其包括前任一项所述的磁悬浮主动式三自由度轴承。

22、本实用新型提供的一种磁悬浮主动式三自由度轴承、电机和压缩机具有如下有益效果：

23、1.本实用新型通过轴向磁轴承和径向磁轴承的有效布置，使得径向定子位于所述轴承转子的外周且能对所述轴承转子施加径向电磁力，第一轴向定子的至少部分结构位于所述轴承转子的轴向一端，第二轴向定子的至少部分结构位于所述轴承转子的轴向另一端，能够通过第一轴向定子和第二轴向定子对所述轴承转子施加轴向电磁力，从而使得轴承转子能够被径向定子施加径向电磁力而调节转轴的径向偏移，同时轴承转子能够被第一和第二轴向定子施加轴向电磁力而调节转轴的轴向偏移，最终达到对转轴实现径向和轴向支撑的目的，并且所述第一轴向定子的至少部分结构位于径向定子的径向外侧，所述第二轴向定子的至少部分结构位于所述径向定子的径向外侧，使得所述径向磁轴承的偏置磁通由所述轴向磁轴承提供，使得相对于现有的主动式三自由度磁悬浮轴承需要通过设置比如偏置定子等结构来为径向轴承提供偏置磁路的方案而言，本实用新型通过上述结构的设置使得第一和第二轴向定子能够有效地为径向定子提供偏置磁路，省去了原有的比如偏置定子等结构，结构更为紧凑、简单，工艺难度降低，体积减小，装配容易；本实用新型有效地将径向磁轴承与轴向磁轴承结合到一起，形成一体的轴、径向一体的磁轴承结构，相对于现有技术中的分开式轴向磁轴承和径向磁轴承需要单独对轴向磁轴承设置止推轴承来对转轴提供轴向力，同时需要对径向磁轴承设置径向磁轴承转子而言，有效地省去了止推轴承的结构，使得转子的轴向尺寸得到有效地减小和缩短，将径向轴承和轴向轴承集成化，无推力盘，结构紧凑，减小轴承尺寸，缩短转子长度，提高转子临界转速，提高磁悬浮系统的稳定性和应用性；本实用新型通过轴向定子为径向定子提供偏置磁路，能够相对于混合式磁悬浮轴承而言有效省去永磁体的结构，成本低，装配方便，承载力大，可大功率运行；

24、2.本实用新型还通过将径向绕组设置于第一轴向铁芯和第二轴向铁芯的径向内侧，以及第二环形部和第四环形部均位于径向铁芯外侧，能相对于现有的轴向定子的上磁极位于径向定子磁轭旁的方案而言(即现有的轴向定子上磁极位于径向定子磁轭的轴向一侧)，能够在同等径轴向出力情况可极大程度上缩短径向定子外径及轴向定子厚度，减小轴承定子体积；本实用新型还通过径向磁路成对角连通的设置形式，能够提供2路功放，相对于现有的采用4路功放的结构而言，本实用新型能够有效减少物料成本，并且减小电流损耗，并且上述磁路控制转轴径向方向移动方位广，控制效果好，精度高，控制方法简单。