CN112994278B - 非接触旋转机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非接触旋转机构，包括转子组件，包括环状软铁及设置于软铁轴向两端部的两个环状永磁体；环绕转子组件的多组定子组件，定子组件包括定子极及设置在定子极上的线圈，定子极平行于软铁轴线的两端部与两个永磁体正对设置，且与定子极两端部相对的两部分永磁体的充磁方向相反，形成较短的闭合磁回路和磁场强度较大的静态偏置磁场，使得上述非接触旋转机构在轴向和倾斜方向上能够产生足量的被动控制刚度，提高了抗冲击和扰动方面的能力，从而能够结构简单紧凑可靠，易于进行微小型化；另静态偏置磁场的磁场强度较大使得径向主动控制所需的控制电流减小，进而使得整体功耗大大减少，能效较高。

Description

非接触旋转机构

技术领域

本发明涉及无轴承电机技术领域，特别是涉及一种非接触旋转机构。

背景技术

无轴承电机根据磁轴承与电机产生电磁力原理的相似性，将磁轴承中产生径向力的绕组安装在电机定子上，通过解耦控制实现对电机转矩和径向悬浮力的独立控制，具有磁悬浮磁轴承所有优点，例如，噪声小、寿命长、免润滑、无油污染等，特别适用于免维修、长寿命运行，无菌、无污染以及有毒有害液体或气体的传输等应用场合，并且在微小型化后可应用于体内植入式左心室辅助离心血液泵(人工心脏)、医学内窥镜、微泵、微激光扫描器等设备内。

目前无轴承电机中的单极无轴承碟片电机内转子采用单极碟片磁铁，相对于传统的无轴承电机能够实现转子轴向和侧倾方向等自由度的被动控制，仅需要在径向进行主动控制，大大降低了系统机械结构和控制单元的复杂度，并可实现一定程度的小型化，节省了系统整体成本，广泛应用在半导体泵和心室辅助领域，但是因为单极碟片磁铁转子的结构特性，导致单极无轴承碟片电机的被动控制刚度不足，限制了单极无轴承碟片电机在抗冲击和扰动方面的能力，并且这种单极碟片磁铁转子的结构特性导致磁回路较长，使得在径向主动控制上能量损耗较大，能效低并且不适宜进行微小型化。

因此，提供一种微小型化并且能耗较低的非接触旋转机构显得尤为重要。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种非接触旋转机构，该非接触旋转机构结构简单紧凑可靠，易于进行微小型化，并且能耗较低。

本发明提供一种非接触旋转机构，包括：

转子组件，包括环状软铁及设置于所述软铁轴向两端部的两个环状永磁体；

环绕所述转子组件的多组定子组件，所述定子组件包括定子极及设置在所述定子极上的线圈，所述定子极平行于所述软铁轴线的两端部与两个所述永磁体正对设置，且与所述定子极两端部相对的两部分所述永磁体的充磁方向相反。

在其中一个实施例中，多个所述定子极沿所述软铁的周向方向均匀分布，两个所述永磁体平行设置且关于所述软铁的轴线对称设置。

在其中一个实施例中，所述定子极的数目为大于或等于6的偶数。

在其中一个实施例中，所述永磁体的充磁方向沿所述软铁的径向，两个所述永磁体在平行于所述软铁轴向上对应部分的充磁方向平行且方向相反。

在其中一个实施例中，所述永磁体为整片环状结构，所述永磁体的充磁方向沿所述软铁的径向从其一侧指向另一侧；或者，所述永磁体为由多个单体组成的环状永磁体组，所述永磁体的充磁方向沿所述软铁的径向从其边缘指向中心或从其中心指向边缘。

在其中一个实施例中，非接触旋转机构还包括控制模块、多个非接触径向位移传感器及多个非接触轴向角度位移传感器，其中：

所述非接触径向位移传感器设置在相邻的两个所述定子极之间，且与所述控制模块信号相连，用于检测所述转子组件相对其径向平衡位置的偏移量；

所述非接触轴向角度位移传感器设置在相邻的两个所述定子极之间，且与所述控制模块信号相连，用于检测所述转子组件的轴向角度位置；

每个所述定子极上的所述线圈分别与所述控制模块信号相连；

所述控制模块用于根据接收到的所述偏移量向所述线圈内输入第一电流。

在其中一个实施例中，所述永磁体的充磁方向沿第一方向，所述第一方向与所述软铁的径向共线；多个所述定子组件中，沿所述软铁径向相对设置且靠近所述第一方向的两个所述定子极上的所述线圈分别输入第二电流，其余所述线圈内的第二电流为零。

在其中一个实施例中，每一所述定子极上的线圈包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈分别与所述控制模块信号相连，所述第一线圈输入所述第一电流，所述第二线圈输入所述第二电流。

在其中一个实施例中，所述定子极为U形结构，包括顶壁、底壁及侧壁，其中：

所述顶壁和所述底壁相对设置，且分别与两个所述永磁体正对设置；

所述侧壁沿平行于所述软铁轴线的方向延伸，且垂直连接所述顶壁和所述底壁，所述侧壁上套设有所述线圈。

在其中一个实施例中，两个所述永磁体的尺寸相同，且在所述软铁的轴线方向上所述顶壁、所述底壁及所述环状永磁体的厚度相同。

在其中一个实施例中，在所述软铁的轴线方向上两个所述永磁体远离彼此的端面与所述软铁的端面平齐。

在上述非接触旋转机构中，定子极的两端部和两个永磁体正对设置，并且两个永磁体中与定子极两端部相对的部分永磁体的充磁方向相反，以使得两个永磁体、软铁以及定子极形成闭合磁回路和静态偏置磁场，多组定子组件的分体设置使得闭合磁回路较短，而又由于静态偏置磁场的磁场强度与闭合磁回路的长度成反比，以使静态偏置磁场的磁场强度较大，使得永磁体和对应的定子极的端部之间能够产生强大的磁吸合力，以使得静态偏置磁场所提供的被动轴向刚度、被动侧倾刚度均较大，进而使得上述非接触旋转机构在轴向和倾斜方向上能够产生足量的被动控制刚度，提高了抗冲击和扰动方面的能力，从而能够使得转子组件和定子组件的结构简单紧凑可靠，易于进行非接触旋转机构的微小型化。另外，在径向主动控制所需的电磁力一定时，静态偏置磁场的磁场强度与线圈内的控制电流成反比，静态偏置磁场的磁场强度较大使得径向主动控制所需的控制电流减小，进而使得非接触旋转机构的整体功耗大大减少，能效较高。

附图说明

图1为本发明提供的一种非接触旋转机构的结构示意图；

图2为图1中非接触旋转机构的俯视图；

图3为图1中非接触旋转机构的剖视图；

图4为图1中非接触旋转机构的静态偏置磁场磁路示意图；

图5为图1中非接触旋转机构的轴向被动时磁浮控制磁路原理图；

图6为图1中非接触旋转机构的倾斜被动时磁浮控制磁路原理图；

图7为图1中非接触旋转机构的径向主动时磁浮控制磁路原理图；

图8为图1中非接触旋转机构的转动控制原理图；

图9为本发明提供的另一种非接触旋转机构的剖视图。

附图标记：

10、非接触旋转机构；

100、转子组件；110、软铁；OO、轴线；120、永磁体；

200、定子组件；210、定子极；211、顶壁；212、底壁；213、侧壁；220、线圈；221、第一线圈；222、第二线圈。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

下面结合附图介绍本发明实施例提供的技术方案。

如图1以及图2所示，本发明提供一种非接触旋转机构10，该非接触旋转机构10能够实现轴向和倾斜方向自由度的被动控制，并且只需要进行径向主动控制，适用于半导体泵、体内植入式左心室辅助离心血液泵(人工心脏)等应用场合。该非接触旋转机构10包括转子组件100和多组定子组件200这两部分，定子组件200的数目可以为多个，多个定子组件200设置在转子组件100的外侧，并且多个定子组件200环绕转子组件100设置，以与转子组件100配合形成静态偏置磁场，其中：

转子组件100包括环状软铁110及两个环状永磁体120，两个永磁体120分别设置于软铁110的轴向两端部；在具体设置时，两个永磁体120的材质可以相同，也可以不相同，永磁体120可以采用由高饱和磁感应强度的铷铁硼材料加工而成，以使得静态偏置磁场的磁场强度更大；当然，永磁体120的材料并不局限于上述铷铁硼材料，还可以为其他类型的永磁铁，也可以为其他能够满足静态偏置磁场强度要求的材质。软铁110的材质可以为电工纯铁、碳钢甚至半导体材料，以便于磁化和消磁；当然，软铁110的材质并不局限于此，还可以为其他碳含量极少的铁磁性物质。永磁体120可以嵌设在软铁110的端部，永磁铁还可以通过凹凸配合、卡扣连接等方式固定在软铁110的端部。

每一定子组件200包括定子极210及线圈220，线圈220设置在定子极210上，定子极210平行于软铁110的轴线OO的两端部与永磁体120正对设置，并且与定子极210两端部相对的两部分永磁体120的充磁方向相反。在具体设置时，定子极210的材质可以为DT4电工纯铁，定子极210的材质还可以为铁磁性物质。定子极210在平行于软铁110的轴线OO方向上具有两个端部，这两个端部与两个永磁体120之间正对设置，并且这两个端部靠近永磁体120设置，以减小间隙，提高静态偏置磁场的磁场强度。两个永磁体120中与定子极210两端部相对部分的充磁方向相反，例如，与定子极210一端部相对的部分永磁体120的充磁方向沿软铁110的径向从边缘指向中心，与定子极210另一端部相对的部分永磁体120的充磁方向沿软铁110径向从中心指向边缘。线圈220套设在定子极210上，并且线圈220位于与永磁体120正对设置的两端部之间，线圈220内输入电流以在转子组件100和定子组件200之间形成控制磁场，用于与静态偏置磁场相配合实现径向主动控制。

在上述非接触旋转机构10中，定子极210的两端部和两个永磁体120正对设置，并且两个永磁体120中与定子极210两端部相对的部分永磁体120的充磁方向相反，以使得两个永磁体120、软铁110以及定子极210形成闭合磁回路和静态偏置磁场，多组定子组件200的分体设置使得闭合磁回路较短，而又由于静态偏置磁场的磁场强度与闭合磁回路的长度成反比，以使静态偏置磁场的磁场强度较大，使得永磁体120和对应的定子极210的端部之间能够产生强大的磁吸合力，以使得静态偏置磁场所提供的被动轴向刚度、被动侧倾刚度均较大，进而使得上述非接触旋转机构10在轴向和倾斜方向上能够产生足量的被动控制刚度，提高了抗冲击和扰动方面的能力，从而能够使得转子组件100和定子组件200的结构简单紧凑可靠，易于进行非接触旋转机构10的微小型化。另外，在径向主动控制所需的电磁力一定时，静态偏置磁场的磁场强度与线圈220内的控制电流成反比，静态偏置磁场的磁场强度较大使得径向主动控制所需的控制电流减小，进而使得非接触旋转机构10的整体功耗大大减少，能效较高。

为了使得整体结构关于软铁110的轴线OO对称，如图1、图2以及图3所示，一种优选实施方式，多个定子极210沿软铁110的周向方向均匀分布，以使得多个定子组件200关于软铁110的轴线OO对称设置，两个永磁体120平行设置并且两个永磁体120关于软铁110的轴线OO对称设置。

在上述非接触旋转机构10中，通过限定多个定子极210、两个永磁体120的设置方式以及两个永磁体120的结构形式，以使得整体结构关于软铁110的轴线OO对称，多个定子极210、两个永磁体120以及软铁110所形成的多个静态偏置磁场的磁场强度大小相等，进而产生的永磁力在径向方向上相等，转子组件100在轴向不受力，并且转子组件100不受扭矩，处于轴向平衡位置，进而使得上述非接触旋转机构10在没有受到干扰时处于轴向平衡状态。

在具体设置时，如图3以及图4所示，上述非接触旋转机构10处于XYZ坐标系中，并且软铁110的中心与XYZ坐标系的中心相重合，软铁110的轴线OO与Z轴相重合，X轴平行于永磁体120和定子极210的排列方向。如图4以及图5所示，当转子组件100受到沿Z轴向下的干扰力时，转子组件100向下产生位移，此时静态偏置磁场产生的永磁力会将转子组件100拉回平衡位置。同样，当转子组件100受到沿Z轴向上的干扰力时，转子组件100向上产生位移，此时静态偏置磁场产生的永磁力会将转子组件100拉回平衡位置。因此，在转子组件100受到沿软铁110的轴线OO方向的干扰时，静态偏置磁场产生的永磁力会将转子组件100拉回平衡位置，实现轴向自由度的被动控制。如图4以及图6所示，当转子组件100受到以Y轴为转动轴线OO的顺时针转动干扰时，产生以Y轴为转动轴线OO的顺时针偏转，此时，永磁体120和对应的定子极210的端部之间产生错位，错位与静态偏置磁场产生的永磁力叠加产生一个以Y轴为转动轴线OO的逆时针方向的回复力矩，将转子组件100拉回平衡位置。同样，当转子组件100受到以Y轴为转动轴线OO的逆时针转动干扰时，产生以Y轴为转动轴线OO的逆时针偏转，此时，永磁体120和对应的定子极210的端部之间产生错位，错位与静态偏置磁场产生的永磁力叠加产生一个以Y轴为转动轴线OO的顺时针方向的回复力矩，将转子组件100拉回平衡位置。因此，在转子组件100受到Y轴为转动轴线OO的转动干扰侧倾时，静态偏置磁场产生的永磁力会将转子组件100拉回平衡位置，同样，在转子组件100受到X轴为转动轴线OO的转动干扰侧倾时，静态偏置磁场产生的永磁力会将转子组件100拉回平衡位置，进而实现侧倾自由度的被动控制。

定子极210的数目具有多种，具体地，定子极210的数目可以为大于或等于6的偶数，大于或等于6的偶数个定子极210沿着转子组件100的周向方向均匀分布。

在上述非接触旋转机构10中，通过限定定子极210的数目，以使得上述非接触旋转机构10能够适用于不同的应用场合，扩大了非接触旋转机构10的应用范围。例如，大于或等于6的偶数个定子极210可以使得转子组件100的控制精度更高，应用于精细控制的场合。在具体设置时，定子极210的数目可以为6个、8个、10个、12个、14个、16个，多个定子极210沿着转子组件100的周向方向均匀分布，当然，定子极210的数目并不局限于此，还可以为其他满足要求的形式。

为了方便定子极210的设置，具体地，永磁体120的充磁方向沿软铁110的径向，两个永磁体120在平行于软铁110轴向上对应部分的充磁方向平行并且方向相反。在具体设置时，定子极210的端部沿着软铁110的径向延伸，并与永磁体120正对，此时，定子极210的端部朝向永磁体120的表面形状为与永磁体120相对应的弧形面。

在上述非接触旋转机构10中，通过将整个永磁体120进行充磁，并且限定永磁体120的充磁方向沿软铁110的径向，同时保证两个永磁体120在平行于软铁110轴向上对应部分的充磁方向平行且方向相反，以使得整个永磁体120的各个位置均有充磁，定子极210的端部只需沿着软铁110径向设置即能与永磁体120正对设置并形成闭合磁回路，进而方便定子极210的设置。

永磁体120的极性具有多种形式，更具体地，永磁体120为整片环状结构，永磁体120的充磁方向沿软铁110的径向从其一侧指向另一侧；或者，永磁体120为由多个单体组成的环状永磁体组，永磁体120的充磁方向沿软铁110的径向从其边缘指向中心；或者，永磁体120为由多个单体组成的环状永磁体组，永磁体120的充磁方向沿软铁110的径向从其中心指向边缘。

在上述非接触旋转机构10中，通过限定永磁体120的结构，以使得转子组件100能够适用于不同的应用场合，扩大了非接触旋转机构10的应用范围。例如，整片环状结构的永磁体120便于磁化设置，并且整个永磁体120的各个位置充磁方向一致，能够方便两个永磁体120的对应，简化定子组件200的结构，使得定子组件200和转子组件100的结构尺寸更小，应用于微小型场合；由多个单体组成的环状永磁体组的永磁体120使得永磁体120的极性对应于定子极210，使得转子组件100的控制精度更高，应用于精细控制的场合。

为了较为方便地实现径向主动控制，一种优选实施方式，非接触旋转机构10还包括控制模块以及多个非接触径向位移传感器，其中：

非接触径向位移传感器设置在相邻的两个定子极210之间，并且非接触径向位移传感器与控制模块信号相连，非接触径向位移传感器用于检测转子组件100相对其径向平衡位置的偏移量；在具体设置时，该非接触径向位移传感器可以为光电传感器或是电涡流传感器，当然还可以为其他能够满足检测要求的结构形式。

非接触轴向角度位移传感器设置在相邻的两个定子极210之间，并且非接触轴向角度位移传感器与控制模块信号相连，非接触轴向角度位移传感器用于检测转子组件100的轴向角度位置。在具体设置时，该非接触轴向角度位移传感器可以为光电传感器或是霍尔传感器，当然还可以为其他能够满足检测要求的结构形式。

每个定子极210上的线圈220分别与控制模块信号相连；在具体设置时，多个定子极210上的线圈220可以独立设置，并且每个定子极210上的线圈220与控制模块信号相连。当然，在保证径向主动控制和轴向转动控制互不干扰的基础上，线圈220的设置逻辑并不局限于此，可以产生减弱转子组件100在径向偏移方向上同方向上、且增强转子组件100在径向偏移方向上负方向上的偏置磁场的线圈220的设置逻辑均可。

控制模块用于根据接收到的偏移量向线圈220内输入第一电流；在具体设置时，控制模块将接收到的偏移量信号转化为控制信号，控制信号经过功率放大器转化为第一电流并输送至相对的两个定子极210上的线圈220内；控制模块可以为MUC(MicrocontrollerUnit,微控制单元),还可以为其他能够满足控制要求的结构形式。

在上述非接触旋转机构10中，通过非接触径向位移传感器检测转子组件相对其径向平衡位置的偏移量，并将该偏移量传送至控制模块，通过非接触轴向角度位移传感器检测转子组件100的轴向角度位置，并将该轴向角度位置传送至控制模块，控制模块根据接收到的偏移量以及轴向角度位置向相对的两个线圈220输入第一电流，第一电流经过线圈220时产生控制磁场，控制磁场与静态偏置磁场相叠加，以将软铁110及永磁体120拉回至径向平衡位置，从而较为方便地实现径向主动控制。

在具体设置时，如图3所示，上述非接触旋转机构10处于XYZ坐标系中，并且软铁110的中心与XYZ坐标系的中心相重合，软铁110的轴线OO与Z轴相重合，X轴平行于永磁体120和定子极210的排列方向。转子组件100处于径向平衡位置时，由于转子组件100和定子组件200结构的对称性，静态偏置磁场在径向磁间隙中产生的磁场强度大小相等，进而产生的永磁力在径向方向上相等。如图4以及图7所示，当转子组件100受到沿X轴向右的干扰力时，转子组件100偏离平衡位置并且向右产生位移，进而使得左边的磁间隙大于右边的磁间隙，左边磁场强度降低，右边磁场强度增加，由于在磁极面积一定时磁力与磁场强度的平方成正比，使得静态偏置磁场产生的永磁力右边大于左边，转子无法自主回到平衡位置，此时，利用布置在转子径向的非接触径向位移传感器检测出软铁110相对其径向平衡位置的偏移量，并通过非接触轴向角度位移传感器检测处转子组件100的轴向角度位置，控制模块根据接收到的偏移量以及轴向角度位置转化为控制信号，控制信号经过功率放大器转化为第一电流通入左右相对的线圈220中，从而产生控制磁场，该控制磁场所产生的磁场强度在左边的径向磁间隙中是叠加增强的，在右边的径向磁间隙中是叠加减弱的，此时左边磁间隙中的永磁力将大于右边磁间隙的永磁力，以将转子拉回径向平衡位置。

同样，当转子组件100受到沿X轴向左的干扰力时，转子组件100偏离平衡位置并且向左产生位移，进而使得左边的磁间隙小于右边的磁间隙，右边磁场强度降低，左边磁场强度增加，由于在磁极面积一定时磁力与磁场强度的平方成正比，使得静态偏置磁场产生的永磁力右边小于左边，转子无法自主回到平衡位置，此时，利用布置在转子径向的非接触径向位移传感器检测出软铁110相对其径向平衡位置的偏移量，并通过非接触轴向角度位移传感器检测处转子组件100的轴向角度位置，控制模块根据接收到的偏移量以及轴向角度位置转化为控制信号，控制信号经过功率放大器转化为第一电流通入左右相对的线圈220中，从而产生控制磁场，该控制磁场所产生的磁场强度在右边的径向磁间隙中是叠加增强的，在左边的径向磁间隙中是叠加减弱的，此时右边磁间隙中的永磁力将大于左边磁间隙的永磁力，以将转子拉回径向平衡位置。因此，在转子组件100受到沿软铁110的径线方向的干扰时，静态偏置磁场与控制磁场相配合以将转子组件100拉回平衡位置，实现轴向自由度的主动控制。

为了较为方便地实现轴向转动控制，如图8所示，具体地，永磁体120的充磁方向沿第一方向，第一方向与软铁110的径向共线，多个定子组件200中，沿软铁110径向相对设置且靠近第一方向的两个定子极210上的线圈220分别输入第二电流，其余线圈220内的第二电流为零。

在上述非接触旋转机构10中，通过对沿软铁110径向相对设置且靠近第一方向的两个定子极210上的线圈220分别输入第二电流，同时限定多个定子组件200中其余线圈220内的第二电流为零，以形成用于驱动软铁110及其上的永磁体120自转的旋转扭矩，实现非接触旋转机构10的转动。在具体设置时，上述非接触旋转机构10处于XYZ坐标系中，并且软铁110的中心与XYZ坐标系的中心相重合，软铁110的轴线OO与Z轴相重合，X轴平行于永磁体120和定子极210的排列方向。多个定子组件200中的两个定子极210与径向X轴共线，此时，控制模块向与径向X轴临近且相对的两个定子极210上的线圈220输入第二电流，而其余线圈220内不输入第二电流，第二电流使得定子组件200和转子组件100产生控制磁场，该控制磁场所产生的永磁力形成用于驱动软铁110及其上的永磁体120沿轴向逆时针或是顺时针方向自转的旋转扭矩，实现非接触旋转机构10的转动。

为了获得更好的控制效果，如图9所示，更具体地，每一定子极210上的线圈220包括第一线圈221和第二线圈222，第一线圈221和第二线圈222分别与控制模块信号相连，控制模块控制向第一线圈221输入第一电流，控制模块控制向第二线圈222输入第二电流。

在上述非接触旋转机构10中，通过将线圈220分为输入第一电流以进行径向主动控制的第一线圈221和输入第二电流以进行转动的第二线圈222，使得第一线圈221和第二线圈222独立工作，以减少耦合作用，保证较好的控制效果。当然，定子极210上还可以只设置一个线圈220，在该线圈220内输入第一电流和/或第二电流，以在保证径向主动控制和转动的同时能够使得定子组件200的结构较为紧凑，易于进行非接触旋转机构10的微小型化。

多个线圈220的设置方式具有多种，如图6以及图7所示，具体地，相邻的两个定子极210上的线圈220相串联，并且与控制模块信号相连，以使得控制模块可以同时控制向相邻的两个定子极210上的线圈220输入第一电流和/或第二电流。

在上述非接触旋转机构10中，通过将相邻的两个定子极210上的线圈220相串联，以分组控制线圈220内电流的输入，简化控制逻辑，从而较为方便地实现径向主动控制和转动。在具体设置时，相邻的两个、三个、四个或是四个以上的定子极210上的线圈220相串联，并且与控制模块信号相连；或者，控制模块与每一定子极210上的线圈220信号相连，以单独控制每一个线圈220；或者，相间隔一个、两个或是两个以上线圈220的两个、三个、四个或是四个以上的定子极210上的线圈220相串联，并且与控制模块信号相连；当然，在保证径向主动控制和轴向转动控制互不干扰的基础上，线圈220的设置逻辑并不局限于此，还可以为能够产生减弱转子组件100在径向偏移方向上同方向上、且增强转子组件100在径向偏移方向上负方向上的偏置磁场以及产生轴向转动扭矩的线圈220的设置逻辑均可。

定子极210的结构形式具有多种，如图3、图4、图5、图6、图7以及图9所示，一种优选实施方式，定子极210可以为U形结构，定子极210包括顶壁211、底壁212及侧壁213，定子极210可以采用铸造、切割等工艺一体成型，定子极210中顶壁211、底壁212及侧壁213还可以制备成型后通过焊接连接为一体，当然定子极210的制备工艺并不局限于此。定子极210中：

顶壁211和底壁212之间平行且相对设置，并且顶壁211和以永磁体120之间正对设置，底壁212和另一永磁体120之间正对设置。

侧壁213沿平行于软铁110的轴线OO的方向延伸，并且侧壁213的一端垂直连接顶壁211，侧壁213的另一端垂直连接底壁212，侧壁213上套设有线圈220。

在上述非接触旋转机构10中，通过限定定子极210为U形结构，以便于线圈220的设置，并且通过限定定子极210的顶壁211和底壁212分别与两个永磁体120正对设置以便于定子极210的两端部与永磁体120的正对设置。在具体设置时，定子极210可以为U形结构，以获得较好的闭合磁回路，定子极210还可以为其他能够满足闭合磁回路较短的结构形式，例如定子极210可以为沿着远离软体的方向高度不断减小的梯形结构，以使得闭合磁回路较短。再例如，为了容纳更大的线圈220，或者为了与周围的机械结构兼容，在保证定子极210平行于软铁110的轴线OO的两端部与永磁体120正对设置的基础上，定子极210的形状可以改变。

为了使得定子组件200与转子组件100关于侧壁213的中轴面对称，具体地，两个永磁体120的尺寸相同，并且在软铁110的轴线OO方向上顶壁211、底壁212及永磁体120的厚度相同。

在上述非接触旋转机构10中，通过限定两个永磁体120的整体尺寸相同，以使得两个永磁体120关于侧壁213的中轴面对称，并且限定在软铁110的轴线OO方向上顶壁211、底壁212及永磁体120的厚度相同，以使得定子关于侧壁213的中轴面对称，从而能够使得定子组件200与转子组件100关于侧壁213的中轴面对称，进而使得上述非接触旋转机构10在没有受到干扰时处于轴向平衡状态。在具体设置时，两个永磁体120的尺寸可以完全一致，两个永磁体120的尺寸还可以有轻微的不一致，此时，非接触旋转机构10在没有受到干扰时仍可以处于轴向平衡状态，同样，在软铁110的轴线OO方向上顶壁211、底壁212及永磁体120的厚度可以完全相同，而为了平衡流体轴向力对端面高度可以进行微调，在软铁110的轴线OO方向上顶壁211、底壁212及永磁体120的厚度可以允许有轻微的不一致，此时，非接触旋转机构10在没有受到干扰时仍可以处于轴向平衡状态。

为了进一步减小整体尺寸，如图3、图4、图5、图6、图7以及图9所示，具体地，在软铁110的轴线OO方向上两个永磁体120远离彼此的端面与软铁110的端面平齐；在具体设置时，一个永磁体120设置在软体的一端，并且该永磁体120与软铁110的对应端部的端面相平齐；另一永磁体120设置在软体的另一端，并且该永磁体120与软体的对应端部的端面相平齐。

在上述非接触旋转机构10中，通过限定在软铁110的轴线OO方向上两个永磁体120远离彼此的端面与软铁110的端面平齐，以有效利用软铁110获得较好的闭合磁回路，并且能够使得转子组件100和定子组件200的结构简单紧凑可靠，易于进行非接触旋转机构10的微小型化。在具体设置时，在软铁110的轴线OO方向上两个永磁体120远离彼此的端面与软铁110的端面平齐，而为了平衡流体轴向力对端面对齐方式可以进行微调，在软铁110的轴线OO方向上两个永磁体120远离彼此的端面与软铁110的端面可以允许有轻微的不一致。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种非接触旋转机构，作为一种无轴承电机，其特征在于，包括：

转子组件，包括环状软铁及设置于所述软铁轴向两端部的两个环状永磁体；

环绕所述转子组件的多组定子组件，所述定子组件包括定子极及设置在所述定子极上的线圈，所述定子极平行于所述软铁轴线的两端部与两个所述永磁体正对设置，且与所述定子极两端部相对的两部分所述永磁体的充磁方向相反。

2.根据权利要求1所述的非接触旋转机构，其特征在于，多个所述定子极沿所述软铁的周向方向均匀分布，两个所述永磁体平行设置且关于所述软铁的轴线对称设置。

3.根据权利要求2所述的非接触旋转机构，其特征在于，所述定子极的数目为大于或等于6的偶数。

4.根据权利要求2所述的非接触旋转机构，其特征在于，所述永磁体的充磁方向沿所述软铁的径向，两个所述永磁体在平行于所述软铁轴向上对应部分的充磁方向平行且方向相反。

5.根据权利要求4所述的非接触旋转机构，其特征在于，所述永磁体为整片环状结构，所述永磁体的充磁方向沿所述软铁的径向从其一侧指向另一侧；或者，所述永磁体为由多个单体组成的环状永磁体组，所述永磁体的充磁方向沿所述软铁的径向从其边缘指向中心或从其中心指向边缘。

6.根据权利要求2所述的非接触旋转机构，其特征在于，还包括控制模块、多个非接触径向位移传感器及多个非接触轴向角度位移传感器，其中：

所述非接触径向位移传感器设置在相邻的两个所述定子极之间，且与所述控制模块信号相连，用于检测所述转子组件相对其径向平衡位置的偏移量；

所述非接触轴向角度位移传感器设置在相邻的两个所述定子极之间，且与所述控制模块信号相连，用于检测所述转子组件的轴向角度位置；

每个所述定子极上的所述线圈分别与所述控制模块信号相连；

所述控制模块用于根据接收到的所述偏移量向所述线圈内输入第一电流。

7.根据权利要求6所述的非接触旋转机构，其特征在于，所述永磁体的充磁方向沿第一方向，所述第一方向与所述软铁的径向共线；

多个所述定子组件中，沿所述软铁径向相对设置且靠近所述第一方向的两个所述定子极上的所述线圈分别输入第二电流，其余所述线圈内的第二电流为零。

8.根据权利要求7所述的非接触旋转机构，其特征在于，每一所述定子极上的线圈包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈分别与所述控制模块信号相连，所述第一线圈输入所述第一电流，所述第二线圈输入所述第二电流。

9.根据权利要求1所述的非接触旋转机构，其特征在于，所述定子极为U形结构，包括顶壁、底壁及侧壁，其中：

所述顶壁和所述底壁相对设置，且分别与两个所述永磁体正对设置；

所述侧壁沿平行于所述软铁轴线的方向延伸，且垂直连接所述顶壁和所述底壁，所述侧壁上套设有所述线圈。

10.根据权利要求9所述的非接触旋转机构，其特征在于，两个所述永磁体的尺寸相同，且在所述软铁的轴线方向上所述顶壁、所述底壁及所述环状永磁体的厚度相同。

11.根据权利要求9所述的非接触旋转机构，其特征在于，在所述软铁的轴线方向上两个所述永磁体远离彼此的端面与所述软铁的端面平齐。

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