CN113833755A - 磁悬浮轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴承技术领域，提供一种磁悬浮轴承，包括径向定子部、转子部以及霍尔阵列传感器。转子部上设有第一永磁体，霍尔阵列传感器包括基板以及霍尔芯片，基板用于与外设终端电性连接。通过增设了一霍尔阵列传感器，以及在转子部上设置第一永磁体来判断转子部的相对位置，利用霍尔阵列传感器来实时监测第一永磁体的位置，进而实时判断转子部相对径向定子部的位置。在采用单一设置的霍尔阵列传感器，在传感器的使用数量上更少，同时，也减小来了传感器所占据的安装空间，整体结构更加简单，整体体积更小，且成本更低。

Description

磁悬浮轴承

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，尤其提供一种磁悬浮轴承。

背景技术

磁悬浮轴承是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触。其原理是磁感应线与磁浮线成垂直，轴芯与磁浮线是平行的，所以转子的重量就固定在运转的轨道上，利用几乎是无负载的轴芯往反磁浮线方向顶撑，形成整个转子悬空在固定运转轨道上。与传统的滚动轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁悬浮轴承不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中。

目前，磁悬浮轴承是径向位置布置检测转子移动位置的多个传感器，如光电传感器、电涡流传感器、电感传感器、电容传感器等，以实时检测转子的位置，进而同步调整电磁力来稳定转子的位置。这样，导致磁悬浮轴承的整体结构复杂，体积大，且造价高。

发明内容

本发明的目的提供一种磁悬浮轴承，旨在解决现有的磁悬浮轴承整体结构复杂、体积大且成本高的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种磁悬浮轴承，包括径向定子部、能够绕于所述径向定子部的中轴线转动的转子部以及用于检测所述转子部相对所述径向定子部移动位置的霍尔阵列传感器，所述转子部设于所述径向定子部内；或者，所述转子部围设于所述径向定子部的周侧，所述转子部上设有第一永磁体，所述霍尔阵列传感器包括朝向所述第一永磁体的磁极设置的基板以及呈阵列地设于所述基板上的霍尔芯片，所述基板用于与外设终端电性连接，用以信号传输。

本发明的有益效果：本发明提供的磁悬浮轴承，其工作过程如下：径向定子部在通电状态下形成磁场，转子部在磁场的作用下，在径向定子部的内部或外部悬浮，并可绕于径向定子部的中轴线转动，该磁悬浮轴承可为内转子轴承或者外转子轴承。由于转子部与径向定子部之间形成转动间隙，那么二者之间无机械接触，转子部则可相对径向定子部高速转动，同时，为了确保转子部相对径向定子部的位置，避免转子部与径向定子部发生接触，甚至碰撞，则增设了一霍尔阵列传感器，以及在转子部上设置第一永磁体，利用霍尔阵列传感器来实时监测第一永磁体的位置，进而实时判断转子部相对径向定子部的位置，具体地，霍尔阵列传感器包括基板以及呈阵列方式布设在基板上的霍尔芯片，这里，基板的设置位置不做限位，以使各霍尔芯片能够监测到第一永磁体的位置为准。当转子部在水平平面内相对径向定子部发生移动时，也带动第一永磁体随之移动，第一永磁体会在其周围产生磁场，当第一永磁体与霍尔芯片之间存在一个合适距离时，第一永磁体的部分磁场会穿过基板上的一部分霍尔芯片。对于在基板上的任一个霍尔芯片来说，通过它的磁场(或该芯片输出的电压值)和第一永磁体之间的相对位置有关，即通过分析霍尔阵列中的每一个霍尔芯片的输出电压，并依据一定的算法，可以解析出第一永磁体与霍尔阵列之间的相对位置，从而判断转子部相对于径向定子部的位置。本申请的磁悬浮轴承，采用单一设置的霍尔阵列传感器，相较于传统的磁悬浮轴承，在传感器的使用数量上更少，同时，也减小了传感器所占据的安装空间，使得本申请的磁悬浮轴承整体结构更加简单，整体体积更小，且成本更低。

在一个实施例中，所述基板沿垂直于所述转子部的转轴方向设置，且，所述第一永磁体产生的磁场穿过所述霍尔芯片所组成的阵列区域。

在一个实施例中，所述基板具有朝向所述第一永磁体的第一安装端面以及与所述第一安装端面相对的第二安装端面，所述霍尔芯片设于所述第一安装端面和/或所述第二安装端面上，所述霍尔芯片的数量不少于三个。

在一个实施例中，所述径向定子部包括径向定子芯体以及以所述径向定子芯体的中轴线为中心且间隔地设于所述径向定子芯体上的多个径向励磁绕组，所述转子部设于所述径向定子芯体内；或者，所述转子部围设于所述径向定子芯体的周侧。

在一个实施例中，所述径向定子芯体包括径向环形主体以及设于所述径向环形主体的内壁上的且以所述径向环形主体的中轴线为中心且间隔地设于所述径向环形主体上的多个凸出部，所述径向励磁绕组设于所述径向环形主体上和/或所述凸出部，各所述凸出部围绕于所述转子部的周向外侧；

或者，所述径向定子芯体包括径向环形主体以及设于所述径向环形主体的外壁上的且以所述径向环形主体的中轴线为中心且间隔地设于所述径向环形主体上的多个凸出部，所述径向励磁绕组设于所述径向环形主体上和/或所述凸出部，各所述凸出部围绕于所述转子部的周向内侧。

在一个实施例中，所述凸出部的数量为二的整数倍。

在一个实施例中，所述径向环形主体和/或所述凸出部上设有第二永磁体，所述第二永磁体的充磁方向与所述径向励磁绕组的磁场方向同向。

在一个实施例中，所述第二永磁体设于所述径向环形主体上且相邻于所述径向励磁绕组。

在一个实施例中，所述径向定子部具有垂直于转子部的转轴方向相对设置的第一端面和第二端面，所述磁悬浮轴承还包括轴向定子部，所述轴向定子部设于所述第一端面和/或所述第二端面。

在一个实施例中，所述轴向定子部包括轴向定子芯体以及设于所述轴向定子芯体上的多个轴向励磁绕组，所述霍尔阵列传感器位于所述轴向定子芯体所围成的空间内。

在一个实施例中，所述轴向定子芯体包括以所述径向定子部的中轴线为中心呈周向分布的多个轴向芯子部，所述轴向芯子部包括垂直设于所述径向定子部上的轴向连接部以及连接于所述轴向连接部远离所述径向定子部一端的轴向固定部，所述轴向励磁绕组设于所述轴向连接部和/或所述轴向固定部上，各所述轴向固定部围绕于所述霍尔阵列传感器的周向外侧。

在一个实施例中，所述轴向连接部安装于所述径向环形主体或所述凸出部上，所述轴向连接部、所述轴向固定部、所述凸出部以及所述转子部之间形成闭合磁路。

在一个实施例中，所述轴向固定部和/或所述轴向连接部上设有第三永磁体，所述第三永磁体的充磁方向与所述轴向励磁绕组的磁场方向同向。

在一个实施例中，所述转子部包括转子主体，所述转子主体具有垂直于转子主体的转轴方向相对设置的第三端面和第四端面，所述第一永磁体设于所述第三端面或所述第四端面上。

在一个实施例中，所述转子部包括转子主体，所述第一永磁体设于所述转子主体内。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明实施例提供的磁悬浮轴承的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的磁悬浮轴承的霍尔阵列传感器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的磁悬浮轴承的径向定子部和转子部的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的磁悬浮轴承的径向定子部和转子部的主视图；

图5为本发明实施例提供的磁悬浮轴承的径向定子部和转子部的另一主视图；

图6为本发明另一实施例提供的磁悬浮轴承的径向定子部和转子部的主视图；

图7为本发明实施例提供的磁悬浮轴承的爆炸图；

图8为本发明实施例提供的磁悬浮轴承的另一结构示意图；

图9为本发明实施例提供的磁悬浮轴承的剖面图；

图10为本发明实施例提供的磁悬浮轴承的另一剖面图；

图11为本发明实施例提供的磁悬浮轴承的转子部的剖面图。

其中，图中各附图标记：

10、径向定子部；20、转子部；30、霍尔阵列传感器；41、第一永磁体；31、基板；32、霍尔芯片；31a、第一安装端面；31b、第二安装端面；11、径向定子芯体；12、径向励磁绕组；111、径向环形主体；112、凸出部；12-1、第一径向励磁绕组；12-2、第二径向励磁绕组；12-3、第三径向励磁绕组；12-4、第四径向励磁绕组；12-5、第五径向励磁绕组；12-6、第六径向励磁绕组；12-7、第七径向励磁绕组；12-8、第八径向励磁绕组；42、第二永磁体；10a、第一端面；10b、第二端面；50、轴向定子部；51、轴向定子芯体；52、轴向励磁绕组；511、轴向芯子部；5111、轴向连接部；5112、轴向固定部；43、第三永磁体；21、转子主体；20a、第三端面；20b、第四端面。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，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。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。

在传统的磁悬浮轴承中，其转子部相对定子部的位置是通过多个传感器进行实时监测，例如，光电传感器、电涡流传感器、电感传感器、电容传感器等，从而，在接收各传感器的信号后，对定子部的通电电流进行微调，以保证转子部相对定子部的位置调整，然而，采用多个传感器导致磁悬浮轴承的结构排布更加复杂，同时，整体体积也更大。为了解决上述问题，本申请提供一种磁悬浮轴承，具体实施过程如下：

请参考图1至图4，该磁悬浮轴承包括径向定子部10、设于径向定子部10内的且能够绕于径向定子部10的中轴线转动的转子部20以及用于检测转子部20相对径向定子部10移动位置的霍尔阵列传感器30。可以理解地，径向定子部10是设置在转子部20的径向方向的，即径向定子部10位于转子部20的径向平面内，或者，径向定位子10也可不与转子部20共面，即二者处于两个相平行的平面内，这样，转子部20在径向平面相对径向定子部10移动。同时，在径向定子部10通电情况下，转子部20能够绕于径向定子部10的中轴线且在径向定子部10内进行无机械接触式悬浮，并在外力作用下无机械接触式转动。转子部20上设有第一永磁体41，霍尔阵列传感器30包括朝向第一永磁体41的磁极设置的基板31以及呈阵列地设于基板31上的霍尔芯片32，基板31用于与外设终端电性连接，用以信号传输。这里，在正常情况下，各霍尔芯片32的输出电压值是恒定的，而第一永磁体41靠近时，则存在部分霍尔芯片32的输出电压值发生改变，并且，输出电压值发生变化的各霍尔芯片32通过基板31将信号传输至外设终端，可根据每个霍尔芯片32在基板31的已知位置以及每个霍尔芯片32输出的电压值，通过算法解析计算出第一永磁体41相对基板31在空间中的位置，即转子部20的位置。因此，通过改变径向定子部10的通电电流大小，使得转子部20相对径向定子部10的位置发生微调，此过程中，外设终端是实时获取各霍尔芯片32的位置信息，即，转子部20相对径向定子部10能够实时进行位置改变。

具体地，在基板31具有信号调理电路，该调理电路与外设终端电性连接，以实现信号的传输，各霍尔芯片32的电压信号输入至信号调理电路中，这里，调理电路可为运算放大电路、差分电路、求和电路、隔离电路等，各霍尔芯片32的电压信号经调理电路输出至外设终端，再由外设终端对电压信号进行处理，以获得转子部20相对径向定子部10在径向平面内的相对位置。

本发明提供的磁悬浮轴承，其工作过程如下：径向定子部10在通电状态下形成磁场，转子部20在磁场的作用下，在径向定子部10的内部或外部悬浮，并可绕于径向定子部10的中轴线转动。由于转子部20与径向定子部10之间形成转动间隙，那么二者之间无机械接触，转子部20则可相对径向定子部10高速转动，同时，为了确保转子部20相对径向定子部10的位置，避免转子部20与径向定子部10发生接触，甚至碰撞，则增设了一霍尔阵列传感器30，以及在转子部20上设置第一永磁体41，利用霍尔阵列传感器30来实时监测第一永磁体41的位置，进而实时判断转子部20相对径向定子部10的位置，具体地，霍尔阵列传感器30包括基板31以及呈阵列方式布设在基板31上的霍尔芯片32，这里，基板31的设置位置不做限位，以使各霍尔芯片32组成的阵列结构形式能够监测到第一永磁体41的位置为准。当转子部20在径向平面内相对径向定子部10发生移动时，也带动第一永磁体41随之移动，第一永磁体41会在其周围产生磁场，当第一永磁体41与霍尔芯片32之间存在一个合适距离时，第一永磁体41的部分磁场会穿过基板31上的一部分霍尔芯片32。对于在基板31上的任一个霍尔芯片32来说，通过它的磁场(或该芯片输出的电压值)和第一永磁体41之间的相对位置有关，即通过分析霍尔阵列中的每一个霍尔芯片32的输出电压，并依据一定的算法，可以解析出第一永磁体41与霍尔阵列之间的相对位置，从而判断转子部20相对于径向定子部10的位置。本申请的磁悬浮轴承，采用单一设置的霍尔阵列传感器30，相较于传统的磁悬浮轴承，在传感器的使用数量上更少，同时，也减小来了传感器所占据的安装空间，使得本申请的磁悬浮轴承整体结构更加简单，整体体积更小，且成本更低。

具体地，请参考图1和图7，在一个实施例中，基板31沿垂直于转子部20的转轴方向设置，且，第一永磁体41产生磁场穿过霍尔芯片32所组成的阵列区域内。可以理解地，第一永磁体41所产生的磁场的磁感线部分或全部地穿过霍尔芯片32所组成的阵列区域。这里，转子部20的转轴方向为转子部20绕轴转动的轴向方向，可以理解地，基板31可以通过支架等支撑结构悬于第一永磁体41的竖直方向，即转子部20的轴向方向上，此时，基板31在第一永磁体41的正上方或正下方。当第一永磁体41在径向定子部10的径向平面内；或者，二者分别在两个相平行的平面内，当然，当径向定子部10呈水平设置时，第一永磁体41则在水平平面上。基板31的板面与第一永磁体41的表面相平行，那么，第一永磁体41在径向定子部10的径向平面内移动时，与基板31上的各霍尔芯片32相交互，最终，获得转子部20在径向平面内相对径向转子部20的位置。可选地，基板31也可不在第一永磁体41的正上方或正下方，即可与第一永磁体41发生一定的错位，以能够获得转子部20在径向平面内的位置信息为准。或者，当转子部20的转轴方向与水平方向相平行时，基板31则位于第一永磁体41的正左方或正右方。

具体地，请参考图2，在一个实施例中，基板31具有第一安装端面31a以及与第一安装端面31a相对的第二安装端面31b，霍尔芯片32设于第一安装端面31a和/或第二安装端面31b上。可以理解地，第一安装端面31a为基板31朝向第一永磁体41的板面，而第二安装端面31b为基板31背离第一永磁体41的板面，因此，根据实际的使用需求，可在第一安装端面31a上设置霍尔芯片32；或者，可在第二安装端面31b上设置霍尔芯片32；或者，可在第一安装端面31a上和第二安装端面31b上均设置有霍尔芯片32。

在一个实施例中，霍尔芯片32的数量不小于三个。可以理解地，当霍尔芯片32为三个时，各霍尔芯片32呈环形阵列分布在基板31上，以获得监测第一永磁体41的位置所需的监测半径。或者，当霍尔芯片32的数量为三个以上时，可选择呈环形阵列分布在基板31上，也可选择呈矩形阵列分布在基板31上。例如，可将各霍尔芯片32按照横纵方向五乘五的排列形式进行分布。

请参考图3至图5，在一个实施例中，径向定子部10包括径向定子芯体11以及以径向定子芯体11的中轴线为中心且间隔地设于径向定子芯体11上的多个径向励磁绕组12，转子部20设于径向定子芯体11内。可以理解地，径向定子芯体11可呈封闭的环形结构，转子部20则位于径向定子芯体11的中心位置处，并且转子部20的外侧壁与径向定子芯体11的内壁之间形成间隙。转子部20除了能够相对径向定子芯体11转动外，还可在径向平面内，通过调整各径向励磁绕组12的输入电流，来使得转子部20相对径向定子芯体11移动。当然，当磁悬浮轴承为外转子式时，转子部20围设于径向定子芯体11的周侧。

示例地，如图4所示，在径向定子芯体11上设置有数量为四的整数倍的径向励磁绕组12，这样，转子部20在径向平面内的位置则由各径向励磁绕组12通以电流来进行调控。例如，在径向定子芯体11上间隔地地设有四个径向励磁绕组12，且，在径向平面内，沿X轴的正方向和负方向各设置一个径向励磁绕组12，以及沿Y轴的正方向和负方向各设置一个径向励磁绕组12。通过对全部或部分的径向励磁绕组12通入特定方向的电流，在依据右手螺旋定则，则可产生相应的磁场，转子部20受到气隙磁密度较强的一侧磁力吸引而向X轴的正方向、X轴的负方向、Y轴的正方向以及Y轴的负方向移动。当然，也可增加径向励磁绕组12的数量，使得转子部20在径向方向上能够获得更多相对径向定子芯体11移动的方位。

具体地，请参考图4至图6，在一个实施例中，径向定子芯体11包括径向环形主体111以及设于径向环形主体111的内壁上的且以径向环形主体111的中轴线为中心且间隔地设于径向环形主体111上的多个凸出部112，径向励磁绕组12设于径向环形主体111上和/或凸出部112，各凸出部112围绕于转子部20的周向外侧。可以理解地，径向环形主体111为主体部分，各凸出部112朝向转子部20设置，且与转子部20形成气隙。同理地，根据径向环形主体111上和/或凸出部112上设置径向励磁绕组12的数量来对转子部20在径向平面内的位置进行调控。

或者，在另一个实施例中，当磁悬浮轴承为外转子式时，径向定子芯体11包括径向环形主体111以及设于径向环形主体111的外壁上的且以径向环形主体111的中轴线为中心且间隔地设于径向环形主体111上的多个凸出部112，径向励磁绕组12设于径向环形主体111上和/或凸出部112，各凸出部112围绕于转子部20的周向内侧。与上述实施例不同之处在于，转子部和各凸出部相对径向环形主体的位置不同。

示例地，如图4所示，在径向环形主体111上间隔地地设有四个凸出部112，该四个凸出部112分别位于径向平面内的X轴的正方向、X轴的负方向、Y轴的正方向以及Y轴的负方向的四个方向上，以及，在各凸出部112上均设有一径向励磁绕组12，同时，在两个凸出部112之间的径向环形主体111上也各设有一径向励磁绕组12，这样，在径向定子芯体11上设有八个径向励磁绕组12。通过对全部或部分的径向励磁绕组12通入特定方向的电流，在依据右手螺旋定则，则可产生相应的磁场，转子部20受到气隙磁密度较强的一侧磁力吸引而向X轴的正方向、X轴的负方向、Y轴的正方向以及Y轴的负方向移动。具体地，如图所示，将各径向励磁绕组12进行标号。其中，由第一径向励磁绕组12-1、第二径向励磁绕组12-2、第五径向励磁绕组12-5、第八径向励磁绕组12-8、第六径向励磁绕组12-6组成控制绕组，当上述径向励磁绕组12全部或部分通过特定方向大小电流，使得转子部20向X轴的正方向移动。

同理地，若第一径向励磁绕组12-1、第四径向励磁绕组12-4、第八径向励磁绕组12-8、第五径向励磁绕组12-5、第七径向励磁绕组12-7通以特定方向大小电流，则转子部20向Y轴的正方向移动。

同理地，若第三径向励磁绕组12-3、第四径向励磁绕组12-4和第七径向励磁绕组12-7、第六径向励磁绕组12-6、第八径向励磁绕组12-8通以特定方向大小电流，则转子部20向X轴的负方向移动。

同理地，若第二径向励磁绕组12-2、第三径向励磁绕组12-3和第六径向励磁绕组12-6、第七径向励磁绕组12-7、第五径向励磁绕组12-5通以特定方向大小电流，则转子部20向Y轴的负方向。这样，通过控制特定径向励磁绕组12中电流的方向及大小，就可以实现转子部20在径向平面内的移动和位置控制。

在一个实施例中，凸出部112的数量为二的整数倍。例如，在凸出部112的数量可为四个，且，间隔地地设于径向环形主体111上。当然，凸出部112还可为八个、十六个等，且，均设于径向环形主体111上，各凸出部112设置位置满足以径向环形主体111的中轴线为中心的中心对称，使得转子部20朝向各凸出部112移动的距离一致。

示例地，如图5所示，本实施例中，凸出部112的数量为八个，且，在各凸出部112上均设有径向励磁绕组12，即，通过该八个径向励磁绕组12来对转子部20的位置进行调控。具体地，八个径向励磁绕组12分为四组，分别为第一组的第一径向励磁绕组12-1和第二径向励磁绕组12-2，第二组的第三径向励磁绕组12-3和第四径向励磁绕组12-4，第三组的第五径向励磁绕组12-5和第六径向励磁绕组12-6，第四组的第七径向励磁绕组12-7和第八径向励磁绕组12-8。通过控制不同组内的径向励磁绕组的电流大小，以产生的磁吸力对转子部20的径向平面内移动。

以控制转子部20向X轴的正方向移动为例，分别给第一径向励磁绕组12-1和第二径向励磁绕组12-2通以大小相同的电流，其电流方向可以依照右手螺旋定来判断，此时，转子部20会在磁吸力的作用下向X轴的正方向运动。

同理地，第三径向励磁绕组12-3和第四径向励磁绕组12-4通以特定电流后可以让转子部20向Y轴的负方向移动。

同理地，第五径向励磁绕组12-5和第六径向励磁绕组12-6通以特定电流后可以让转子部20向X轴的负方向移动。

同理地，第七径向励磁绕组12-7和第八径向励磁绕组12-8通以特定电流后可以让转子部20向Y轴的正方向移动。

请参考图6，在一个实施例中，径向环形主体111和/或凸出部112上设有第二永磁体42，第二永磁体42的充磁方向与径向励磁绕组12的磁场方向同向。可以理解地，第二永磁体42的充磁方向与径向励磁绕组12的磁场方向相同是指第二永磁体42所形成磁场方向不能与充电后的径向励磁绕组12的磁场方向相冲突或相互抵消，即在径向励磁绕组12未形成磁场的情况下，第二永磁体42的磁场可使转子部20处于力平衡状态。这里，当磁悬浮轴承的径向方向受到固定外力作用(如在水平放置的状态下则受到自身的重力作用)时，则需要控制转子部20在径向平面内移动来进行适应性调整，此时，径向定子芯体11上的各径向励磁绕组12需通入特定方向的电流。然而，在增加第二永磁体42后，此时，第二永磁体42的存在可以在无需加额外励磁电流的情况下使转子部20受到固定的磁力作用，从而以抵消转子部20本身所受的重力或负载，这样，可以节省电能，提升转子部20控制稳定性。

示例地，如图6所示，为了确保转子部20在各径向励磁绕组12无充电状态下保持位置稳定且无偏位，第二永磁体42的数量为多个，且间隔地地设于径向环形主体111上，使得各第二永磁体42对转子部20的磁力作用处于力平衡状态，这样，转子部20在起始状态下与各凸出部112的间隙保持一致。当然，各第二永磁体42也可设置在对应的凸出部112上，以使转子部20获得力平衡状态即可，或则，各第二永磁体42还可均设置在对应的凸出部112上和径向环形主体111上。

请参考图6，在本实施例中，第二永磁体42设于径向环形主体111上且相邻于径向励磁绕组12。可以理解地，各第二永磁体42与各径向励磁绕组12均设置在径向环形主体111上，并且，第二永磁体42与对应的径向励磁绕组12相邻设置，例如，可以是一个第二永磁体42与一个径向励磁绕组12相邻设置，或者，也可以是两个径向励磁绕组12夹设于该第二永磁体42。

示意地，转子部20受到一个方向为X轴负方向的固定外力作用，当在径向环形主体111上增设两个第二永磁体42时，此时，无需位置对应的径向励磁绕组12通电，即可产生一个向右的磁场力来抵消转子部20所受的固定外力。

请参考图7，在一个实施例中，径向定子部10具有垂直于转子部20的转轴方向相对设置的第一端面10a和第二端面10b，这里，转子部20的转轴方向为转子部20绕轴转动的轴向方向。磁悬浮轴承还包括轴向定子部50，轴向定子部50设于第一端面10a和/或第二端面10b。可以理解地，转子部20除了在径向平面内相对径向定子部10发生相对移动，同时，在垂直于径向平面的轴向平面内也可通过励磁绕组对转子部20的位置进行调整。具体地，在垂直于径向定子部10的轴向平面上，径向定子部10具有相对设置的第一端面10a和第二端面10b，在第一端面10a和/或第二端面10b上设置轴向定子部50均可在通电后形成对转子部20磁吸作用的磁场。同理地，霍尔阵列传感器30上的各霍尔芯片32的输出电压值同时发生变化，则说明转子部20在轴向平面内朝向或远离霍尔阵列传感器30。例如，Z轴垂直于XY轴所形成的径向平面，即，Z轴的正方向和负方向为轴向方向，此时，若霍尔阵列传感器30上的呈阵列分布的各霍尔芯片32出现输出电压值同时变大或变小时，那么，转子部20在Z轴方向上相对轴向钉子部件移动，为了对转子部20进行姿态矫正，则对第一端面10a和/和第二端面10b上的轴向定子部50通入特定方向的电流，从而在Z轴方向形成磁场以对转子部20上的第一永磁体41产生磁吸力，使得转子部20恢复至初始位置。

具体地，请参考图7和图8，在一个实施例中，轴向定子部50包括轴向定子芯体51以及设于轴向定子芯体51上的多个轴向励磁绕组52，霍尔阵列传感器30位于轴向定子芯体51所围成的空间内。这里，霍尔阵列传感器30可通过轴向定子芯体51进行固定，以满足悬于第一永磁体41的上方或下方。可以理解地，轴向定子芯体51为主体承载部分，各轴向励磁绕组52固定在轴向定子芯体51上，并且，各轴向励磁绕组52在通入特定方向的电流后在轴向方向形成对转子部20进行磁吸的磁场。

请参考图8和图9，在本实施例中，轴向定子芯体51包括以径向定子部10的中轴线为中心呈周向分布的多个轴向芯子部511，轴向芯子部511包括垂直设于径向定子部10上的轴向连接部5111以及连接于轴向连接部5111远离径向定子部10一端的轴向固定部5112，轴向励磁绕组52设于轴向连接部5111和/或轴向固定部5112上，各轴向固定部5112围绕于霍尔阵列传感器30的周向外侧。可以理解地，各轴向固定部5112围合形成中空结构件，用于容置霍尔阵列传感器30或连接转子部20的输出轴，这样，本申请的磁悬浮轴承的整体体积更小，结构更加紧凑。可选地，各轴向固定部5112之间可形成间隙，这样，各轴向固定部5112通过非导磁材料进行固定连接；或者，各轴向固定部5112一体成型形成一个整体。轴向连接部5111则呈L形，包括平行于径向方向的水平部以及平行于轴向方向的竖直部，水平部连接于轴向固定部5112，竖直部则连接于径向定子部10，这样，轴向励磁绕组52可设置在轴向固定部5112、轴向连接部5111的水平部上以及轴向连接部5111的竖直部上。

请参考图8和图9，在一个实施例中，轴向芯子部511的数量等于凸出部112的数量，并且，轴向连接部5111安装于径向环形主体111或凸出部112上，轴向连接部5111、轴向固定部5112、凸出部112以及转子部20之间形成闭合磁路。可以理解地，轴向芯子部511和凸出部112数量保持一直，以获得数量相同的磁场，避免各轴向励磁绕组52和各径向励磁绕组12在同时通电时，破坏对转子部20的受力平衡。例如，如图4所示，凸出部112的数量为四个，那么，轴向芯子部511的数量也为四个，在各凸出部112上均设有径向励磁绕组12，以及，在轴向芯子部511的轴向连接部5111上均设有轴向励磁绕组52。在通电后，各径向励磁绕组12形成的磁场使得转子部20在径向平面内沿X轴、Y轴方向移动；而各轴向励磁绕组52形成的磁场使得转子部20在轴向平面内沿Z轴方向移动。

示例地，在径向环形主体111上间隔地地设有四个凸出部112，该四个凸出部112分别位于径向平面内的X轴的正方向、X轴的负方向、Y轴的正方向以及Y轴的负方向的四个方向上，以及，在各凸出部112上均设有一径向励磁绕组12，同时，在两个凸出部112之间的径向环形主体111上也各设有一径向励磁绕组12。同时，轴向芯子部511的数量也为四个，各轴向芯子部511的轴向连接部5111连接于径向环形主体111且与各凸出部112相对应，并且，在轴向连接部5111上各设有一轴向励磁绕组52，以及，在各轴向芯子部511的轴向固定部5112上设置一轴向励磁绕组52。这样，通过对全部或部分的径向励磁绕组12通入特定方向的电流，在依据右手螺旋定则，则可产生相应的磁场，转子部20受到气隙磁密度较强的一侧磁力吸引而向X轴的正方向、X轴的负方向、Y轴的正方向以及Y轴的负方向移动。以及，通过对全部或部分的轴向励磁绕组52通入特定方向的电流以产生相应的磁场，转子部20则向Z轴的正方向或Z轴的负方向移动。综上，在各轴向励磁绕组52和各径向励磁绕组12同时通电时，转子部20在空间内相对轴向定子部50和径向定子部10移动。

请参考图10，在一个实施例中，轴向固定部5112和/或轴向连接部5111上设有第三永磁体43，第三永磁体43的充磁方向与轴向励磁绕组52的磁场方向同向。可以理解地，第三永磁体43的充磁方向与轴向励磁绕组52的磁场方向相同是指第三永磁体43所形成磁场方向不能与充电后的轴向励磁绕组52的磁场方向相冲突或相互抵消，即在轴向励磁绕组52未形成磁场的情况下，第三永磁体43的磁场可使转子部20处于力平衡状态。这里，当磁悬浮轴承的轴向方向受到固定外力作用(如在水平放置的状态下则受到自身的重力作用)时，则需要控制转子部20在轴向平面内移动来进行适应性调整，此时，轴向定子芯体51上的各轴向励磁绕组52需通入特定方向的电流。然而，在增加第三永磁体43后，此时，第三永磁体43的存在可以在无需加额外励磁电流的情况下使转子部20受到固定的磁力作用，从而以抵消转子部20本身所受的重力或负载，这样，可以节省电能，提升转子部20控制稳定性。

示例地，为了确保转子部20在各轴向励磁绕组52无充电状态下保持位置稳定且无偏位，第三永磁体43的数量为多个，且均匀分布在轴向芯子部511上，使得各第三永磁体43对转子部20的磁力作用处于力平衡状态，这样，转子部20在起始状态下与各轴向固定部5112的间隙保持一致。当然，各第三永磁体43也可设置在对应的轴线连接部上，以使转子部20获得力平衡状态即可，或则，各第三永磁体43还可均设置在对应的轴向固定部5112上和轴向连接部5111上。

请参考图11，在一个实施例中，转子部20包括转子主体21，转子主体21具有第三端面20a和第四端面20b，第一永磁体41设于第三端面20a或第四端面20b上。可以理解地，转子主体21的第三端面20a或第四端面20b是朝向霍尔阵列传感器30，即第三端面20a和第四端面20b是在垂直于转子主体21的转轴方向上相对设置的两个端面，这里，转子主体21的转轴方向为转子主体21绕轴转动的轴向方向。这样，转子主体21上的第一永磁体41与霍尔阵列传感器30的各霍尔芯片32相向设置，从而满足第一永磁体41在径向平面上移动和在轴向平面上移动时，能够与各霍尔芯片32相交互而被检测到。同时，第三端面20a或第四端面20b也为外设输出轴的连接端面，以实现动力输出。可选的，转子部20还包括用于固定第一永磁体41的安装座，安装座可拆卸地安装在转子主体21上，这样，第一永磁体41方便与转子主体21进行拆装，以实现第一永磁体41及时替换。

或者，在另一个实施例中，转子部20包括转子主体21，第一永磁体41设于转子主体21内。与上述实施例不同之处在于，第一永磁体41是内置于转子主体21，可以理解地，第一永磁体41是固定在转子主体21内，二者不可拆分。

在一个实施例中，通过外设终端采用呈阵列分布的各霍尔芯片32的输出电压，从而获得输出电压最大的几个或几十个霍尔芯片32的方位，这里，外设终端已经获取了初始状态下各霍尔芯片32在基板31上的坐标方位。这样，根据输出电压值最大的各霍尔芯片32的输出电压值与Z轴方向上的距离的对应关系，来判断第一永磁体41在Z轴方向上与基板31或霍尔芯片32的距离。例如，在Z轴的正方向上，输出电压值最大的各霍尔芯片32的输出电压值分为A值、B值和C值时，对应Z轴方向上的距离10mm、20mm以及30mm。可以理解地，当输出电压值最大的各霍尔芯片32的输出电压值分为A值，第一永磁体41在Z轴的正方向上距离基板31或霍尔芯片32的距离为10mm；当输出电压值最大的各霍尔芯片32的输出电压值分为B值，第一永磁体41在Z轴的正方向上距离基板31或霍尔芯片32的距离为20mm；当输出电压值最大的各霍尔芯片32的输出电压值分为C值，第一永磁体41在Z轴的正方向上距离基板31或霍尔芯片32的距离为30mm。以此类推。

同理地，根据输出电压值最大的各霍尔芯片32的输出电压值与X轴和Y轴方向上的距离的对应关系，来判断第一永磁体41在X轴和Y轴方向上与基板31或霍尔芯片32的相对位置，最终，获得，转子部在空间内的坐标方位。

在一个实施例中，基板31的形状可为平板状、弧形、台阶形以及环形等。即不同的基板31形状适应不同的安装需求。示例地，如图2所示，基板31的形状为平板状态，这样，布设在基板31上的各霍尔芯片32处于同一水平高度，这样，各霍尔芯片32距离第一永磁体41的垂直距离相同，更适合于采集第一永磁体41在X轴和Y轴上相对径向定子部10的位移。或者，基板31的形状为台阶形，这样，布设在基板31上的各霍尔芯片32处于不同的水平高度，即霍尔芯片32与第一永磁体41的垂直距离不相等，在该种情形下，更适合于采集第一永磁体41在Z轴上相对径向定子部10的位移。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种磁悬浮轴承，其特征在于：包括径向定子部、能够绕于所述径向定子部的中轴线转动的转子部以及用于检测所述转子部相对所述径向定子部移动位置的霍尔阵列传感器，所述转子部设于所述径向定子部内；或者，所述转子部围设于所述径向定子部的周侧，所述转子部上设有第一永磁体，所述霍尔阵列传感器包括朝向所述第一永磁体的磁极设置的基板以及呈阵列地设于所述基板上的霍尔芯片，所述基板用于与外设终端电性连接，用以信号传输。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述基板沿垂直于所述转子部的转轴方向设置，且，所述第一永磁体产生的磁场穿过所述霍尔芯片所组成的阵列区域。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述基板具有朝向所述第一永磁体的第一安装端面以及与所述第一安装端面相对的第二安装端面，所述霍尔芯片设于所述第一安装端面和/或所述第二安装端面上，所述霍尔芯片的数量不少于三个。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述径向定子部包括径向定子芯体以及以所述径向定子芯体的中轴线为中心且间隔地设于所述径向定子芯体上的多个径向励磁绕组，所述转子部设于所述径向定子芯体内；或者，所述转子部围设于所述径向定子芯体的周侧。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述径向定子芯体包括径向环形主体以及设于所述径向环形主体的内壁上的且以所述径向环形主体的中轴线为中心且间隔地设于所述径向环形主体上的多个凸出部，所述径向励磁绕组设于所述径向环形主体上和/或所述凸出部，各所述凸出部围绕于所述转子部的周向外侧；

或者，所述径向定子芯体包括径向环形主体以及设于所述径向环形主体的外壁上的且以所述径向环形主体的中轴线为中心且间隔地设于所述径向环形主体上的多个凸出部，所述径向励磁绕组设于所述径向环形主体上和/或所述凸出部，各所述凸出部围绕于所述转子部的周向内侧。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述凸出部的数量为二的整数倍。

7.根据权利要求5所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述径向环形主体和/或所述凸出部上设有第二永磁体，所述第二永磁体的充磁方向与所述径向励磁绕组的磁场方向同向。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述第二永磁体设于所述径向环形主体上且相邻于所述径向励磁绕组。

9.根据权利要求5所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述径向定子部具有垂直于转子部的转轴方向相对设置的第一端面和第二端面，所述磁悬浮轴承还包括轴向定子部，所述轴向定子部设于所述第一端面和/或所述第二端面。

10.根据权利要求9所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述轴向定子部包括轴向定子芯体以及设于所述轴向定子芯体上的多个轴向励磁绕组，所述霍尔阵列传感器位于所述轴向定子芯体所围成的空间内。

11.根据权利要求10所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述轴向定子芯体包括以所述径向定子部的中轴线为中心呈周向分布的多个轴向芯子部，所述轴向芯子部包括垂直设于所述径向定子部上的轴向连接部以及连接于所述轴向连接部远离所述径向定子部一端的轴向固定部，所述轴向励磁绕组设于所述轴向连接部和/或所述轴向固定部上，各所述轴向固定部围绕于所述霍尔阵列传感器的周向外侧。

12.根据权利要求11所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述轴向连接部安装于所述径向环形主体或所述凸出部上，所述轴向连接部、所述轴向固定部、所述凸出部以及所述转子部之间形成闭合磁路。

13.根据权利要求11所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述轴向固定部和/或所述轴向连接部上设有第三永磁体，所述第三永磁体的充磁方向与所述轴向励磁绕组的磁场方向同向。

14.根据权利要求1至8任一项所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述转子部包括转子主体，所述转子主体具有垂直于转子主体的转轴方向相对设置的第三端面和第四端面，所述第一永磁体设于所述第三端面或所述第四端面上。

15.根据权利要求1至8任一项所述的磁悬浮轴承，其特征在于：所述转子部包括转子主体，所述第一永磁体设于所述转子主体内。

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