CN108206607A - 自轴承电机直接驱动装置 - Google Patents

Abstract

自轴承电机直接驱动装置，具有呈旋转对称的中央旋转体以及约束此旋转体轴向、径向运动的磁悬浮轴承以及驱动该中央旋转体的直接驱动电机，呈旋转对称的中央旋转体构成回转工作台；负载安装在该回转工作台上。约束此旋转体轴向、径向运动的磁悬浮轴承包括：轴向永磁偏置磁悬浮轴承上、轴向永磁偏置磁悬浮轴承下、四个轴向偏置磁悬浮轴承或轴承单元、四个轴向主动式磁悬浮或轴承单元；以上各轴承或轴承单元构成本装置的磁悬浮轴承系统；另外，设置有轴向和径向滚动轴承作为保护轴承。本发明易于加工装配，维护成本低，无摩擦，低功耗，传动效率高，回转定位精度高、超低速运转时无爬行现象。

Description

自轴承电机直接驱动装置

技术领域

本发明涉及基于自轴承电机直接驱动的旋转装置，具体涉及一种用于旋转台的自轴承电机直接驱动装置。本发明为下列项目的研究成果：国家自然基金面上项目（项目编号： 11573046，11273039）、中国科学院天文专项项目（C-113)。

背景技术

目前， 旋转工作台一般为采用液压静压轴承和机械轴承支承，由于液压静压轴承在结构设计上非常复杂，加工制造精度要求非常高， 且需要一套液压装置（一个完整的液压系统由动力元件、 执行元件、控制元件、辅助元件和 液压油五个部分组成），这就导致液压静压轴承需要专业人员来维护。另外， 还存在振动噪声大、占用空间大， 维护费用高，运输难度大等缺点。而且，机械轴承支承的旋转工作转台，存在机械摩擦力矩大，非线性严重，功耗大，控制系统复杂，导致控制精度低等缺点。

电磁轴承是基于反馈控制原理采用电磁力支承转子，具有无摩擦、无磨损、高精度、低功耗等一系列独特性能，可以广泛应用于天文观测仪器、大型数控机床、雷达、精密转台等高精度、高刚度的旋转机械。它是一种典型的高技术含量、高附加值机电一体化产品。

直接驱动技术在低速大扭矩的应用场合可以省去减速装置，使得设计具有结构紧凑，可靠性高，免维护，加速性能优异，无振荡等优点，广泛应用于各种精密装备中。例如，现代天文望远镜要求跟踪系统在风扰、载荷波动、以及望远镜自身的巨型尺寸、设计结构等导致有限刚度的条件下仍必须保证极高的跟踪精度，而传动系统动的非线性摩擦是影响系统跟踪精度的主要因素之一。

本发明提出了一种无摩擦的自轴承电机直接驱动装置，同时实现了旋转工作台磁悬浮支撑与直接驱动，使得该装置在超精密仪器、雷达、机床、大型天文望远镜等对可靠性、精度、承载等要求极高以及大功率的应用场合有着广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提出一种相对于现有技术状况而言应用范围广泛的自轴承电机直接驱动装置，本发明装置主要由角位移反馈系统、径向主动式磁悬浮轴承、轴向主动式偏置磁轴承、直接驱动电机、辅助轴承、芯轴、基座等机构组成。且满足以下技术要求：易于加工、装配，运输，维护成本低；承载能力强、无摩擦，低功耗，传动效率高，具有良好的抗振性能和制动控制误差补偿的作用；回转定位精度高、调速范围广，超低速运转时无爬行现象；整体装置可靠性高、故障率低。

完成上述发明任务的技术方案是：一种自轴承电机直接驱动装置，其特征在于，该装置具有一个呈旋转对称的中央旋转体，以及约束此旋转体轴向、径向运动的磁悬浮轴承以及驱动该中央旋转体的直接驱动电机组成，所述呈旋转对称的中央旋转体构成回转工作台；负载安装在该回转工作台上。

所述的“约束此旋转体轴向、径向运动的磁悬浮轴承”包括以下轴承或轴承单元：

轴向永磁偏置磁悬浮轴承上、四个轴向永磁偏置磁悬浮轴承或轴承单元下、四个轴向主动式磁悬浮轴承或轴承单元、四个径向永磁偏置磁悬浮轴承或轴承单元、四个径向主动式磁悬浮轴承或轴承单元，以上各轴承或轴承单元构成本装置的磁悬浮轴承系统；另外，设置有轴向和径向滚动轴承作为保护轴承。

所述的径向主动式磁悬浮轴承、轴向主动式偏置磁悬浮轴承单元均为非机械接触的磁悬浮轴承，或者纯电励磁的磁悬浮轴承，或者是永磁偏置控制的主动磁悬浮轴承、或者是电磁控制的主动式磁悬浮轴承，或者是永磁的被动式磁悬浮轴承。

所述的轴向主动式偏置磁悬浮轴承采用了4个轴向永磁偏置磁悬浮轴承单元下、4个轴向主动式磁悬浮轴承单元共用一个轴向永磁偏置磁悬浮轴承单元上。4个轴向永磁偏置磁悬浮轴承单元下、4个轴向主动式磁悬浮轴承单元分别均布交替安装在同一圆周上。

所述的轴向主动式偏置磁悬浮轴承4个轴向永磁偏置磁悬浮轴承单元下与轴向偏置磁悬浮轴承单元上采用斥力作用模式，可以采用NN或者SS相排斥的充磁布置方式。

所述的滚动轴承为多列角接触轴承，但本权利不仅限于多列角接触轴承，可行的机械轴承都在本权利保护之内。

更具体和更详细地说，本发明的结构如下：

自轴承电机直接驱动装置包括基座、芯轴、角位移反馈传感器、径向辅助轴承，径向主动式磁悬浮轴承、径向磁悬浮轴承位置传感器、径向磁悬浮轴承控制器、柔性连接部件、轴向主动式偏置磁悬浮轴承、轴向辅助轴承、轴向磁悬浮轴承位置传感器、轴向主动式偏置磁悬浮轴承控制器、回转工作台、直接驱动电机等部分组成。

对于旋转部件的驱动部分通过电动直接驱动实现，尤其通过永磁同步力矩电机实现，比如阻尼电机时候适合做电动直接驱动装置，然而，优选永磁同步力矩电机直接驱动旋转轴，其中电机转子与中央旋转部件（回转工作台）通过连接件刚性的连接在一起，定子则通过定子安装基件与基座刚性连接。

为了实现中央旋转体（回转工作台）绕中心旋转，需设置至少一套径向磁悬浮轴承和一个径向保护轴承，其中径向保护轴承尤其是滚动轴承。球轴承以及滚子轴承都可以考虑作为滚动保护轴承。第一种情况下，宜采用多列的角接触球轴承，而在应用滚子作为滚动时，轴承优先选择轴向-径向-圆柱滚子轴承。径向磁悬浮轴承侧采用可控的主动式磁悬浮轴承。径向主动式磁悬浮轴承采用单元化设计，成对均布于中央旋转体的圆周上，其对数也可以是2、3、4、……，典型结构为2对。为了有效精确控制径向主动式磁悬浮轴承来保证中央旋转体的回转精度，2对均布的径向磁轴承位置传感器实时测量中央旋转体回转中心的位置，根据检测的偏差，通过空间矢量解算算法，实时控制径向主动式磁悬浮轴承，确保中央旋转体回转中心轴在规定的精度空间之内。为了实现旋转台的无摩擦悬浮，回转工作台与保护轴承之间采用柔性元件连接，用环氧树脂粘结后通过刚性连接件把回转工作台限制在有效的运动空间之内。

角位移传感器用于实现旋转工作台的精密位置控制以及直接驱动电机的寻相控制，可以安装在辅助轴承的芯轴上，也可以安装在回转工作台上，角位移传感器可以选择增量式传感器，也可以选择绝对式传感器。根据一种优选的实施方式，角位移传感器采用绝对位置传感器，角位移传感器通过螺钉固定在辅助轴承的芯轴上。角位移传感器配有1个读数头，可选的方式，为构造冗余系统，提高系统的可靠性，也可以配置多个。角位移信号被分为两路，一路用于直接驱动电机的寻相控制，一路用于回转工作台的位置、速度控制。

为了约束轴向自由度，需设置至少一套轴向磁悬浮轴承和一个轴向保护轴承，其中轴向保护轴承尤其是滚动轴承。一种可选方式，采用滚动轴承均布于中央旋转体（回转工作台）同心圆上，其数量及承载根据轴向载荷确定，典型结构为8个。为了实现旋转台的无摩擦悬浮，轴向保护轴承运行时不与回转工作台接触，只有在轴向磁悬浮轴承失效，或者遭受大载荷冲击时，轴向保护轴承发生保护作用，保护轴向磁悬浮轴承以及装置其他部件不受破坏。轴向主动式偏置磁悬浮轴承由偏置磁悬浮轴承单元、主动可控的磁悬浮轴承单元、检测元件、控制器等组成。轴向偏置磁悬浮轴承采用单元化设计，成对均布于中央旋转体的圆周上，其对数也可以是2、3、4、……，典型结构为2对。同样，轴向主动可控磁悬浮轴承也采用单元化设计，成对均布于中央旋转体的圆周上，与偏置轴承位置正交均布在同一圆周上，其对数也可以是2、3、4、……，典型结构为2对。2对均布的轴向磁轴承位置传感器实时测量中央旋转体（回转工作台）回转中心的位置，根据检测的偏差，通过空间矢量解算算法，实时控制轴向主动可控磁悬浮轴承，确保中央旋转体（回转工作台）回转中心轴在规定的精度空间之内。另外，为了有效精确控制轴向主动可控磁悬浮轴承单元，保证中央旋转体（回转工作台）的回转精度。

中央旋转体（回转工作台）的轴向有一个自由度没有约束，靠工作台及负载的重力与轴向磁轴承平衡于设计好的位置。为了对轴向运动空间进行限制，设计有芯轴转接板，转接板上设计有限位环槽，可以将回转工作台（回转轴）径向限定在有效的运动空间内，环槽中心设计了均布的连接孔，通过精密连接销将回转工作台（回转轴）和芯轴转接板的连接，既能限制中央旋转体（回转工作台）轴向窜动，又可以将中央旋转体（回转工作台）径向扰动限制在直驱电机气隙间距之内，换言之，既能满足中央旋转体（回转工作台）近理想的磁悬浮工况状态，又可以将轴向和径向的扰动（窜动）均限定在有效的工作空间内，确保整个装置不受破坏。

设置用于连接芯轴与回转工作台的柔性连接部件，采用薄平面设计，特别的，优选不锈钢。该柔性连接部件不影响回转工作台的磁悬浮状态，工作台旋转工作时，可以将安装在芯轴的角位移传感器的精确反馈到各个系统中，根据一种改进方案，柔性连接部件在采用薄平面结构的基础上，在连接中间设计了波纹状结构，进一步弱化中央旋转体（回转工作台）径向约束。

本发明进一步的优化方案还有：

角位移传感器采高精度的圆光栅作为反馈，通过连接部件（螺栓）安装在芯轴上。

所述的保护角位移传感器的密封端盖采用迷宫结构的密封设计，以防止灰尘、水分、油渍进入安装圆光栅的空间。

所述的安装角位移传感器的芯轴采用因钢材料。

所述柔性连接部件采用薄平面设计，更优化的特征是，在薄平面的设计基础上增加了波纹状结构。

所述的芯轴连接板设计有径向限位的环形凸槽，回转工作台设计有相应的环形凹槽，两个结构咬合在一起，凸槽与凹槽之间留有限制径向扰动小于电机气隙的间距。

回转工作台的凹槽中心的圆周上设计了均布的精密定位孔，对应的，芯轴连接板凸槽中心的圆周上设计有均布的精密螺纹孔。两个部件通过定位精密螺钉连接起来，精密螺钉的螺栓帽端面与回转工作台的一个端面保持一个合适的距离，防护回转工作台的轴向窜动。

每个所述的直接驱动电机包括一个与所述中央旋转体（回转工作台）抗扭、刚性地连接在一起的附件（转子）和可通电的基件（定子）。

所述的直接驱动电机为三相永磁同步力矩电机，采用128极、144槽设计。

永磁体45通过环氧树脂粘结在导磁附件上，并用保护附件（碳纤维）在永磁体外表面进行外固。

所述的电机的定子外壳设计有定位槽，并用环氧树脂填充。

换言之（参照附图）：本发明的自轴承直接驱动装置，主要由底座1、直接驱动电机4、径向主动式磁悬浮轴承（5，9）、中央旋转体（回转工作台）10、轴向保护轴承36、轴向主动式偏置磁悬浮轴承上（35，38，40，8）、芯轴（12，13，19，21，26，27，30，31）、柔性连接部件17组成。工作时，自轴承直接驱动装置水平放置，负载安装在中央旋转体（回转工作台）10上。轴向主动式偏置磁悬浮轴承（35，38，40，8）和径向主动式磁悬浮轴承（5，9）以及保护轴承36、21组合实现装置的轴承系统，利用空间矢量解算算法实时控制回转工作台的回转中心及端面位置。中央旋转体（回转工作台）10通过柔性连接部件17与芯轴连接。回转工作台需要转动或者转动某个角度时，由控制器控制直接驱动电机4执行系统指令，位置、调速及电机寻相等信号由角位移反馈传感器（27，30）提供。

本发明的优点在于，本发明结合了主动式磁悬浮轴承技术和直接驱动技术， 既消除了机械轴承的摩擦力矩，超低速运转时无爬行现象，又提高了控制精度，减小了转台系统的功耗。整体装置可靠性高、故障率低。另外，本发明设计的结构易于加工、装配，运输，维护成本低；承载能力强、回转定位精度高、无摩擦，低功耗，传动效率高，具有良好的抗振性能和制动控制误差补偿的作用。

附图说明

图1.自轴承直接驱动装置轴向偏置磁悬浮轴承整体剖面图；

图2.自轴承直接驱动装置轴向主动可控磁悬浮轴承整体剖面图；

图3.采用波纹状结构的芯轴局部剖面图；

图4.采用薄平面结构的芯轴局部剖面图；

图5.轴向主动可控磁悬浮轴承局部剖面图；

图6.轴向偏置磁悬浮轴承局部剖面图；

图7 轴向主动偏置磁悬浮轴承整体剖面图；

图8.自轴承直接驱动装置主要部件剖视图；

图9.轴向保护轴承全局剖视图；

图10轴向保护轴承结构剖视图；

图11-1、图11-2、图11-3. 直接驱动电机及径向主动式磁悬浮轴承剖视图；

图12.波纹状柔性连接零件结构图。

具体实施方式

彼此一致或者功能相同的部件在所有图示中皆以同一标记标识。

实施例1，自轴承电机直接驱动装置，如图1、图2所示，本发明的自轴承直接驱动装置主要由底座1、直接驱动电机4、径向主动式磁悬浮轴承5、径向主动式磁悬浮轴承位置传感器9、回转工作台10、轴向保护轴承36、轴向主动式偏置磁悬浮轴承单元上35、轴向主动式偏置磁悬浮轴承单元下37、轴向主动式偏置磁悬浮轴承位置传感器8、轴向主动式偏置磁悬浮轴承单元40、柔性连接部件17、芯轴转接板13、芯轴19、径向保护轴承21、轴承座26、角位移传感器27、读数头30、密封端盖31，芯轴保护端盖12组成。自轴承直接驱动装置水平放置，负载安装在回转工作台10上，工作前先进行初始化，轴向主动式偏置磁悬浮轴承单元40初始化，根据轴向主动式偏置磁悬浮轴承位置传感器8标定的位置，初始化控制电流，控制轴向位置，同时，径向主动式磁悬浮轴承5初始化，根据径向主动式磁悬浮轴承位置传感器9标定的位置，初始化控制电流，控制工作台回转中心位置。工作时，回转工作台需要转动或者转动某个角度时，由控制器控制直接驱动电机4执行系统指令。轴向主动式偏置磁悬浮轴承单元40、径向主动式磁悬浮轴承5分别通过各自的控制器利用轴向主动式偏置磁悬浮轴承位置传感器8、径向主动式磁悬浮轴承位置传感器9实时反馈的信息，利用矢量解算算法实时控制回转工作台的回转中心及端面位置。

本发明的轴向主动式偏置磁悬浮轴承主要由轴向偏置磁悬浮轴承单元35和轴向偏置磁悬浮轴承单元38以及轴向主动式磁悬浮轴承单元40组成，为非机械接触轴承。可以是永磁偏置的、电磁控制的主动式磁悬浮轴承或二者相结合的混合轴承，根据优化设计方案，本发明装置采用了4个轴向偏置磁悬浮轴承单元38、4个轴向主动式磁悬浮轴承单元40共用一个轴向偏置磁悬浮轴承单元35。4个轴向偏置磁悬浮轴承单元38、4个轴向主动式磁悬浮轴承单元40分别均布交替安装在同一圆周上。4个轴向偏置磁悬浮轴承单元38与轴向偏置磁悬浮轴承单元35之间采用斥力作用模式，可选用NN或者SS相排斥的充磁布置方式，确保回转工作台承受足够的负载。轴向主动式磁悬浮轴承单元40与轴向偏置磁悬浮轴承单元35组成主控可控磁悬浮轴承，根据轴向主动式偏置磁悬浮轴承位置传感器8的反馈信息，主动控制主动式磁悬浮轴承单元40的控制器利用空间矢量解析控制算法实时控制回转工作台轴向位置。

在图1、图2所述的主动式偏置磁轴承中，其轴向主动式磁悬浮轴承单元40主要由定子铁心401 、外导磁环402 、激磁线圈403 、环氧树脂404、磁气隙41、轴向主动式磁悬浮轴承位置传感器8组成，四个轴向主动式磁悬浮轴承单元40均布在同一圆周上，每个单元通过5个螺栓39固定底座1上。轴向偏置磁悬浮轴承单元38主要导磁环381、永磁体382组成，四个轴向偏置磁悬浮轴承单元38与轴向主动式磁悬浮轴承单元40同一圆周上，旋转错开45°均布，同样，每个单元通过5个螺栓39固定底座1上，轴向磁永磁偏置轴承上35主要导磁环351、永磁体352组成利用40个螺栓34固定在回转工作台10上。轴向磁永磁偏置轴承上35为旋转转动部分，其余为静止部分。4个正交分布的轴向磁轴承位置传感器8被安装在端盖7上，通过测量回转工作台10 z方向2个正交方向上轴向位移信号，发出检测信号给轴向永磁偏置主动式磁轴控制器，实时控制回转工作台的轴向位置。

如图9、图10所示，轴向辅助轴承36主要用于回转工作台10受到较大的外载荷冲击或者轴向主动式偏置磁悬浮轴承失效时，保护整个回转工作台不受破坏。设计的轴向辅助轴承36主要由轴承单元361、压力传感器362、支撑座363、锁紧螺母364、回转工作台10组成。根据优选方式，8个辅助轴承单元均布在同一个圆周上，本设计数量不局限于8个，根据装置大小和承载能力可自由组合。回转工作台10上设计有用于支撑轴向辅助轴承36的支撑面，通过调整支撑座363，使得每个轴向辅助轴承单元与工作台10上的轴承支撑面的距离一致。然后通过锁紧螺母364锁死。压力传感器362可以检测回转工作台10是否与轴向辅助轴承36有接触，以及是否存在超载问题，根据压力传感器362检测值，监控回转工作台10的工作状态。

本发明的径向主动式磁悬浮轴承5（见图11）主要由回转工作台10、径向主动控制磁轴承单元5组成，为非机械接触轴承，可以是永磁偏置的、也可以是主动式磁悬浮轴承或二者相结合的主动式偏置磁悬浮轴承，本发明装置采用了4个主动控制磁轴承单元5共用一个转子（回转工作台10设计有相当于磁悬浮转子的导磁环结构）组成。4个径向主动控制磁轴承单元5均布安装在同一圆周上。主动控制磁轴承单元5与径向主动式磁悬浮轴承位置传感器9组成径向主动可控磁悬浮轴承，根据径向主动式磁悬浮轴承位置传感器9的反馈信息，径向主动控制磁悬浮轴承5的控制器利用空间矢量解析控制算法实时控制回转工作台回转中心位置。

如图11所示，径向主动式磁悬浮轴承5主要由定子铁心501 、外导磁环502 、激磁线圈503 、环氧树脂504、磁气隙42、径向主动式磁悬浮轴承位置传感器9组成，四个主动控制磁轴承单元5均布在电机定子安装座3上。回转工作台10上设计有导磁环。4个正交分布的径向主动式磁悬浮轴承位置传感器9被安装在端盖7上，通过测量回转工作台10 x, y 2个正交方向上位移信号，发出检测信号给径向主动式磁悬浮轴承的控制器，转化为控制量后，实时控制径向主动式磁悬浮轴承。

对于旋转部件（回转工作台）的驱动部分通过电动直接驱动实现，尤其通过永磁同步力矩电机实现，本发明的永磁同步力矩电机4主要由永磁体45、转子导磁环44、碳纤维保护层46、定子绕组43、定子铁芯41、环氧树脂47、磁气隙42、定子外壳3组成。128块永磁体45通过环氧树脂均布的粘结在转子导磁环44上，为了防止永磁体45脱落。在永磁体45外表面缠绕有多层碳纤维46。电机转子（主要包括永磁体45、转子导磁环44、碳纤维保护层46）通过螺栓48连接固定到回转工作台10上。电机定子144槽设计，且采用了减小力矩波动的优化设计。为了降低电机噪声，利于散热，定子绕组43外还涂覆了环氧树脂47，电机定子通过电机定子外壳3利用螺栓2固定基件底座1上。

为了保护回转工作台的径向运动，并提供精密的位置反馈，本发明还设计了芯轴结构，该结构主要由芯轴保护罩12、芯轴转接板13、芯轴19、轴承21、轴承安装座26、角位移传感器27、读数头30、调整板29、角位置传感器密封板31、柔性元件17及各部件的连接螺栓组成。芯轴采用的轴承21为高精密的双列角接触轴承（比如ZKLDF200），通过螺栓25固定在轴承安装座26上，芯轴19安装在轴承21的内圈上并通过螺栓22实现刚性连接。芯轴转接板13与轴承21内圈连接并通过螺栓18与芯轴19实现刚性连接。为了实现旋转台的无摩擦悬浮，转轴与保护轴承之间采用柔性元件连接17。

所述的芯轴连接板13设计有径向限位的环形凸槽，回转工作台10设计有相应的环形凹槽，两个结构咬合在一起，调整径向主动式磁悬浮轴承5和轴向主动式偏置磁悬浮轴承40后，凸槽与凹槽之间留有限制径向扰动小于电机气隙的间距。同时，回转工作台10的凹槽中心的圆周上设计了均布的精密定位孔，对应的，芯轴连接板13凸槽中心的圆周上设计有均布的精密螺纹孔。两个部件通过定位精密螺钉14连接起来，精密螺钉14的螺栓帽端面与回转工作台10的一个端面保持一个合适的距离，防护回转工作台的轴向窜动。

所设计的柔性元件17采用薄平面结构设计，在保证回转工作台转动时提供足够的旋转刚度，同时，在轴向和径向方向有很弱的刚度，使得的磁悬浮轴承近似处于理想的磁悬浮状态。为了进一步弱化回转工作台的径向刚度，对柔性元件17进一步优化，其主要特征在薄平面的基础上设计了波纹状结构见图12，从而进一步确保回转工作台的悬浮状态。柔性元件17通过环氧树脂把芯轴转接板13和回转工作台10粘结在一起，为了进一步加强连接强度，分别通过螺钉16、15加强芯轴转接板13、回转工作台10的连接。

所述的角位移传感器27采用高精度的绝对式圆光栅或者光栅尺（比如REAM300）。并配置相应的读数头30，回转工作台10的精密位置控制以及驱动电机4的寻相控制，需要两路位置信号。可以采用安装两个读数头30，分别对应两路信号，也可以采用一个读数头，然后通过转接控制电路经信号分成2路信号。根据一种优选的实施方式，配置1个读数头，位置信号通过转接控制电路分为两路，一路用于驱动电机4的寻相控制，一路用于装置（回转工作台）的位置、速度控制。

Claims (10)

1.一种自轴承电机直接驱动装置，其特征在于，该装置具有一个呈旋转对称的中央旋转体，以及约束此旋转体轴向、径向运动的磁悬浮轴承以及驱动该中央旋转体的直接驱动电机组成，所述呈旋转对称的中央旋转体构成回转工作台；负载安装在该回转工作台上。

2.根据权利要求1所述的自轴承电机直接驱动装置，其特征在于，所述的“约束此旋转体轴向、径向运动的磁悬浮轴承”包括以下轴承或轴承单元：

轴向永磁偏置磁悬浮轴承上、四个轴向永磁偏置磁悬浮轴承下、四个轴向主动式磁悬浮轴承或轴承单元、四个径向永磁偏置磁悬浮轴承或轴承单元、四个径向主动式磁悬浮轴承或轴承单元，以上各轴承或轴承单元构成本装置的磁悬浮轴承系统；另外，设置有轴向和径向滚动轴承作为保护轴承。

3.根据权利要求2所述的自轴承电机直接驱动装置，其特征在于，所述的径向主动式磁悬浮轴承或轴承单元、轴向主动式偏置磁悬浮轴承或轴承单元，均为非机械接触的磁悬浮轴承，或者是纯电励磁的磁悬浮轴承，或者是永磁偏置控制的主动磁悬浮轴承、或者是电磁控制的主动式磁悬浮轴承，或者是永磁的被动式磁悬浮轴承。

4.根据权利要求2所述的自轴承电机直接驱动装置，其特征在于，所述的轴向主动式偏置磁悬浮轴承采用4个轴向偏置磁悬浮轴承单元下、4个轴向主动式磁悬浮轴承单元共用一个轴向偏置磁悬浮轴承上、4个轴向偏置磁悬浮轴承单元下；4个轴向主动式磁悬浮轴承单元分别均布交替安装在同一圆周上；上下两个磁悬浮轴承单元之间采用斥力作用模式，选用NN或者SS相排斥的充磁方式。

5.根据权利要求1所述的自轴承电机直接驱动装置，其特征在于，自轴承电机直接驱动装置包括基座、芯轴、角位移反馈传感器、径向辅助轴承，径向主动式磁悬浮轴承、径向磁悬浮轴承位置传感器、径向磁悬浮轴承控制器、柔性连接部件、轴向主动式偏置磁悬浮轴承、轴向辅助轴承、轴向主动式偏置磁悬浮轴承位置传感器、轴向主动式偏置磁悬浮轴承控制器、回转工作台、直接驱动电机等部分组成；对于旋转部件的驱动部分通过电动直接驱动实现。

6.根据权利要求5所述的自轴承电机直接驱动装置，其特征在于，所述的旋转部件的驱动部分通过电动直接驱动实现，是指：通过永磁同步力矩电机直接驱动旋转轴，其中电机转子与回转工作台通过连接件刚性的连接在一起，定子则通过定子安装基件与基座刚性连接。

7.根据权利要求5所述的自轴承电机直接驱动装置，其特征在于，角位移传感器用于实现旋转工作台的精密位置控制以及直接驱动电机的寻相控制，安装在辅助轴承的芯轴上，或者安装在回转工作台上，角位移传感器选择增量式传感器，或者选择绝对式传感器。

8.根据权利要求5所述的自轴承电机直接驱动装置，其特征在于，其中轴向保护轴承采用牛眼轴承均布于回转工作台同心圆上；为了实现旋转台的无摩擦悬浮，轴向保护轴承运行时不与回转工作台接触，只有在轴向磁悬浮轴承失效，或者遭受大载荷冲击时，轴向保护轴承发生保护作用；轴向主动式偏置磁悬浮轴承由偏置磁悬浮轴承单元、主动可控的磁悬浮轴承单元、检测元件、控制器等组成；轴向偏置磁悬浮轴承采用单元化设计，成对均布于中央旋转体的圆周上；轴向主动可控磁悬浮轴承也采用单元化设计，成对均布于中央旋转体的圆周上，与偏置轴承位置正交均布在同一圆周上。

9.根据权利要求5所述的自轴承电机直接驱动装置，其特征在于，回转工作台的轴向有一个自由度没有约束，靠工作台及负载的重力与轴向磁轴承平衡于合理的位置；为了对轴向运动空间进行限制，设计有芯轴转接板，转接板上设计有限位环槽，将回转工作台径向限定在有效的运动空间内，环槽中心设计有均布的连接孔，通过精密连接销将回转工作台和芯轴转接板的连接，既能限制回转工作台轴向窜动，又可以将回转工作台径向扰动限制在直驱电机气隙间距之内。

10.根据权利要求5-9之一所述的自轴承电机直接驱动装置，其特征在于，设置有用于连接芯轴与回转工作台的柔性连接部件，采用薄平面设计，更优化的特征是，在薄平面的设计基础上增加了波纹状结构；该柔性连接部件不影响回转工作台的磁悬浮状态，工作台旋转工作时，将安装在芯轴的角位移传感器的精确反馈到各个系统中。