CN116379065A - 一种集成电感传感器的磁悬浮轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成电感传感器的磁悬浮轴承，以解决现有磁悬浮支撑系中由于径向磁悬浮轴承与传感器系统彼此独立造成传感器系统检测出的转子轴的径向位移与转子轴在径向磁悬浮轴承处的实际位移之间存在一定误差的技术问题。包括：第一磁极系统，包含环形导磁定子和环向间隔分布在所述环形导磁定子径向内环面上的多个第一磁极，转子轴由所述多个第一磁极进行径向磁悬浮支撑；以及第一电感传感器组，具有围绕所述转子轴的周边间隔分布的至少两个变气隙式自感电感传感器，所述至少两个变气隙式自感电感传感器分别安装在不同的第一磁极芯体的径向内端面上并用于检测与所述转子轴之间由所述转子轴径向方位改变所导致的气隙的改变。

Description

一种集成电感传感器的磁悬浮轴承

技术领域

本发明涉及磁悬浮轴承。

背景技术

目前，一套磁悬浮电机主要由壳体、安装在壳体中的电机定子、安装在电机定子中的转子轴以及分别安装在转子轴两端的两组磁悬浮支撑系组成。每组磁悬浮支撑系主要包括彼此独立的径向磁悬浮轴承、轴向磁悬浮轴承和传感器系统三个部分，其中，径向磁悬浮轴承用于对转子轴的一端进行径向磁悬浮支撑，而分别位于转子轴两端的两个轴向磁悬浮轴承则分别用于对转子轴上的对应推力盘施加磁吸力从而对整个转子轴进行轴向磁悬浮支撑，传感器系统则用于检测转子轴的径向方位和轴向前后位置，并将检测结果提供给控制系统从而对两组磁悬浮支撑系的磁力进行控制。也有的磁悬浮电机将分别位于转子轴两端的两个轴向磁悬浮轴承靠在一起，即分别位于同一推力盘前后两端。

上述磁悬浮支撑系存在的问题在于：1)由于径向磁悬浮轴承与传感器系统彼此独立，因此，径向磁悬浮轴承与传感器系统之间需沿转子轴轴向间隔一定距离，这就导致径向磁悬浮轴承对转子轴的支撑位置与传感器系统对转子轴的径向方位的检测位置沿转子轴轴向间隔一定距离，造成传感器系统检测出的转子轴的径向位移与转子轴在径向磁悬浮轴承处的实际位移之间存在一定误差，降低了对径向磁悬浮轴承的控制精度，并且，由于径向磁悬浮轴承与传感器系统之间需沿转子轴轴向间隔一定距离，这样也会导致整个磁悬浮电机的轴向长度增加。2)由于径向磁悬浮轴承与轴向磁悬浮轴承彼此独立，导致整个磁悬浮电机的轴向长度较长；若将分别位于转子轴两端的两个轴向磁悬浮轴承靠在一起，还会导致转子轴的质量分布不均，影响转子轴的高速运行。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种集成电感传感器的磁悬浮轴承，以解决现有磁悬浮支撑系中由于径向磁悬浮轴承与传感器系统彼此独立造成传感器系统检测出的转子轴的径向位移与转子轴在径向磁悬浮轴承处的实际位移之间存在一定误差的技术问题。

本发明的目的之二是提供一种径向轴向一体式磁悬浮轴承，以解决现有磁悬浮支撑系中由于径向磁悬浮轴承与轴向磁悬浮轴承彼此独立导致整个磁悬浮电机的轴向长度较长的技术问题。

第一个方面，一种集成电感传感器的磁悬浮轴承，包括：第一磁极系统，包含环形导磁定子和环向间隔分布在所述环形导磁定子径向内环面上的多个第一磁极，所述多个第一磁极中各个第一磁极分别具有与所述环形导磁定子径向内环面相连的第一磁极芯体和绕装在对应第一磁极芯体上的励磁线圈，各个第一磁极芯体的径向内端面所共同构成的内孔中用于安装转子轴，所述转子轴由所述多个第一磁极进行径向磁悬浮支撑；以及第一电感传感器组，用于检测所述转子轴径向方位并将检测结果提供给控制系统从而通过该控制系统控制所述多个第一磁极中各个第一磁极的磁力大小，所述第一电感传感器组具有围绕所述转子轴的周边间隔分布的至少两个变气隙式自感电感传感器，所述至少两个变气隙式自感电感传感器分别安装在不同的第一磁极芯体的径向内端面上并用于检测与所述转子轴之间由所述转子轴径向方位改变所导致的气隙的改变。

进一步的，所述第一电感传感器组具有四个变气隙式自感电感传感器，这四个变气隙式自感电感传感器中，两个变气隙式自感电感传感器分别安装在位于径向水平方向上的一对第一磁极芯体的径向内端面上从而构成一个转子轴径向水平方向位移检测用差动式自感电感传感器，另两个变气隙式自感电感传感器分别安装在位于径向竖直方向上的一对第一磁极芯体的径向内端面上从而构成一个转子轴径向竖直方向位移检测用差动式自感电感传感器。

进一步的，包含第二电感传感器组，所述第二电感传感器组用于检测所述转子轴轴向方位并将检测结果提供给控制系统，所述第二电感传感器组具有围绕所述转子轴的周边间隔分布的至少一个变面积式自感电感传感器，所述至少一个变面积式自感电感传感器分别安装在对应第一磁极芯体的径向内端面上并用于检测与所述转子轴之间的由所述转子轴轴向方位改变所导致的气隙导磁面积的改变。

进一步的，若将所述第一电感传感器组中的每个变气隙式自感电感传感器以及所述第二电感传感器组中的每个变面积式自感电感传感器分别算作一个自感电感传感器，则每个自感电感传感器一一对应的安装在不同的第一磁极芯体的径向内端面上。

进一步的，所述第二电感传感器组具有四个变面积式自感电感传感器，这四个变面积式自感电感传感器中，两个变面积式自感电感传感器分别安装在位于径向第一方向上的一对第一磁极芯体的径向内端面上从而构成一个转子轴轴向向前位移检测用差动式自感电感传感器，另两个变气隙式自感电感传感器分别安装在位于径向第二方向上的一对第一磁极芯体的径向内端面上从而构成一个转子轴轴向向后位移检测用差动式自感电感传感器，所述径向第一方向与所述径向第二方向相互垂直。

进一步的，沿所述径向第一方向画一条通过所述转子轴的一圆心的直线，并沿径向水平方向或径向竖直方向画一条通过所述圆心的直线，则这两条直线之间的夹角为45°。

进一步的，所述转子轴上与所述转子轴轴向向前位移检测用差动式自感电感传感器对应部位的一侧开设有第一环形凹槽，当所述转子轴轴向向前移动时所述第一环形凹槽分别进入所述转子轴轴向向前位移检测用差动式自感电感传感器的两个变面积式自感电感传感器的磁通截面内而使得相应的气隙导磁面积减小；所述转子轴上与所述转子轴轴向向后位移检测用差动式自感电感传感器对应部位的一侧开设有第二环形凹槽，当所述转子轴轴向向后移动时所述第二环形凹槽分别进入所述转子轴轴向向后位移检测用差动式自感电感传感器的两个变面积式自感电感传感器的磁通截面内而使得相应的气隙导磁面积减小。

进一步的，所述至少一个变面积式自感电感传感器分别安装在对应第一磁极芯体的径向内端面上一边缘处的凹槽内，该凹槽既在所在的径向内端面上形成缺口同时也在对应第一磁极芯体的侧壁上形成缺口。

进一步的，包括第二磁极系统，包含设置在所述环形导磁定子的轴向后侧端面上的第二磁极，所述第二磁极具有与所述多个第一磁极之间以轴向间隔的方式相对设置的第二磁极芯体和分别设置于各个第一磁极芯体与所述第二磁极芯体之间的多个导磁凸台，所述转子轴上设有与所述第二磁极芯体的轴向后侧端面轴向间隙配合的轴肩部，所述轴肩部由所述多个第二磁极进行轴向磁悬浮支撑。

进一步的，所述至少两个变气隙式自感电感传感器分别安装在对应第一磁极芯体的径向内端面上一边缘处的凹槽内，该凹槽既在所在的径向内端面上形成缺口同时也在对应第一磁极芯体的侧壁上形成缺口。

上述径向轴向一体式磁悬浮轴承中，由于所述第一电感传感器组具有围绕所述转子轴的周边间隔分布的至少两个变气隙式自感电感传感器，所述至少两个变气隙式自感电感传感器分别安装在不同的第一磁极芯体的径向内端面上并用于检测与所述转子轴之间由所述转子轴径向方位改变所导致的气隙的改变，可见，上述至少两个变气隙式自感电感传感器集成在第一磁极系统中，第一磁极系统对转子轴的径向磁悬浮支撑位置与所述至少两个变气隙式自感电感传感器对转子轴的径向方位的检测位置在转子轴轴向方向上更为靠近，所述至少两个变气隙式自感电感传感器检测出的转子轴的径向位移与转子轴在第一磁极系统处的实际位移之间误差大大减小，有助于提高控制系统控制所述多个第一磁极中各个第一磁极的磁力的精度。此外，由于上述至少两个变气隙式自感电感传感器集成在第一磁极系统中，有助于缩短转子轴和磁悬浮电机的轴向长度，有利于提高转子轴的一阶刚度和磁悬浮电机转速。

第二个方面，一种径向轴向一体式磁悬浮轴承，包括：第一磁极系统，包含环形导磁定子和环向间隔分布在所述环形导磁定子径向内环面上的多个第一磁极，所述多个第一磁极中各个第一磁极分别具有与所述环形导磁定子径向内环面相连的第一磁极芯体和绕装在对应第一磁极芯体上的励磁线圈，各个第一磁极芯体的径向内端面所共同构成的内孔中用于安装转子轴，所述转子轴由所述多个第一磁极进行径向磁悬浮支撑；以及第二磁极系统，包含设置在所述环形导磁定子的轴向后侧端面上的第二磁极，所述第二磁极具有与所述多个第一磁极之间以轴向间隔的方式相对设置的第二磁极芯体和分别设置于各个第一磁极芯体与所述第二磁极芯体之间的多个导磁凸台，所述转子轴上设有与所述第二磁极芯体的轴向后侧端面轴向间隙配合的轴肩部，所述轴肩部由所述第二磁极进行轴向磁悬浮支撑。

进一步的，所述第二磁极芯体为板状环形结构。进一步的，所述多个导磁凸台与所述板状环形结构为一体结构。进一步的，所述板状环形结构与所述环形导磁定子之间设置有轴向定位凸台以及穿设在该轴向定位凸台中将所述板状环形结构与所述环形导磁定子轴向紧固的螺纹连接件。进一步的，所述轴向定位凸台分布在不同的相邻导磁凸台之间。进一步的，所述轴向定位凸台与所述板状环形结构为一体结构；所述环形导磁定子上开设有用于与对应螺纹连接件适配的螺纹孔。

进一步的，所述多个第一磁极由位于径向水平方向上的一对第一磁极和位于径向竖直方向上的一对第一磁极构成。

进一步的，包括第一电感传感器组，用于检测所述转子轴径向方位并将检测结果提供给控制系统从而通过该控制系统控制所述多个第一磁极中各个第一磁极的磁力大小，所述第一电感传感器组具有围绕所述转子轴的周边间隔分布的至少两个变气隙式自感电感传感器，所述至少两个变气隙式自感电感传感器分别安装在不同的第一磁极芯体的径向内端面上并用于检测与所述转子轴之间由所述转子轴径向方位改变所导致的气隙的改变。

进一步的，所述第一电感传感器组具有四个变气隙式自感电感传感器，这四个变气隙式自感电感传感器中，两个变气隙式自感电感传感器分别安装在位于径向水平方向上的一对第一磁极芯体的径向内端面上从而构成一个转子轴径向水平方向位移检测用差动式自感电感传感器，另两个变气隙式自感电感传感器分别安装在位于径向竖直方向上的一对第一磁极芯体的径向内端面上从而构成一个转子轴径向竖直方向位移检测用差动式自感电感传感器。

进一步的，所述至少两个变气隙式自感电感传感器分别安装在对应第一磁极芯体的径向内端面上一边缘处的凹槽内，该凹槽既在所在的径向内端面上形成缺口同时也在对应第一磁极芯体的侧壁上形成缺口。

上述径向轴向一体式磁悬浮轴承中，由于所述第二磁极具有与所述多个第一磁极之间以轴向间隔的方式相对设置的第二磁极芯体和分别设置于各个第一磁极芯体与所述第二磁极芯体之间的多个导磁凸台，所述转子轴上设有与所述第二磁极芯体的轴向后侧端面轴向间隙配合的轴肩部，因此，当励磁线圈通电后，各个第一磁极芯体上产生的磁通从第一磁极芯体一端依次通过导磁凸台、第二磁极芯体、转子轴的轴肩部、转子轴上位于轴肩部与第一磁极芯体之间的轴体后回到第一磁极芯体另一端，从而形成使第二磁极芯体与所述轴肩部之间轴向磁吸的磁路，实现对轴肩部的轴向磁悬浮支撑。由此，有助于缩短转子轴和磁悬浮电机的轴向长度，有利于提高转子轴的一阶刚度和磁悬浮电机转速。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明提供的附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过实践了解到。

附图说明

构成本说明书的一部分的附图用来辅助对本申请的理解，附图中所提供的内容及其在本说明书中有关的说明可用于解释本申请，但不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1的一种集成电感传感器的磁悬浮轴承的结构示意图。

图2为图1所示磁悬浮轴承另一角度下的结构示意图。

图3为本发明实施例2的一种径向轴向一体式磁悬浮轴承的结构示意图。

图4为图3所示磁悬浮轴承另一角度下的结构示意图。

图5为图3所示磁悬浮轴承的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：

在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案、技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案、技术特征可以相互组合。此外，在可能的情况下，这些技术方案、技术特征及有关的组合均可以被赋予特定的技术主题而被相关专利所保护。

下述说明中涉及到的本发明实施例通常仅是一部分实施例而不是全部实施例，基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于专利保护的范围。

本说明书及相应权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。术语“轴向前”、“轴向后”的方向基于附图。其他相关术语和单位，均可基于本说明书提供相关内容得到合理的解释。

图1为本发明实施例1的一种集成电感传感器的磁悬浮轴承的结构示意图。图2为图1所示磁悬浮轴承另一角度下的结构示意图。如图1-图2所示，一种集成电感传感器的磁悬浮轴承，包括：第一磁极系统10，包含环形导磁定子11和环向间隔分布在所述环形导磁定子11径向内环面上的多个第一磁极12，所述多个第一磁极12中各个第一磁极12分别具有与所述环形导磁定子11径向内环面相连的第一磁极芯体121和绕装在对应第一磁极芯体121上的励磁线圈122，各个第一磁极芯体121的径向内端面所共同构成的内孔13中用于安装转子轴20，所述转子轴20由所述多个第一磁极12进行径向磁悬浮支撑；以及第一电感传感器组30，用于检测所述转子轴20径向方位并将检测结果提供给控制系统从而通过该控制系统控制所述多个第一磁极12中各个第一磁极12的磁力大小，所述第一电感传感器组30具有围绕所述转子轴20的周边间隔分布的至少两个变气隙式自感电感传感器31，所述至少两个变气隙式自感电感传感器31分别安装在不同的第一磁极芯体121的径向内端面上并用于检测与所述转子轴20之间由所述转子轴20径向方位改变所导致的气隙的改变。

所述至少两个变气隙式自感电感传感器31的检测原理是：变气隙式自感电感传感器31中设有铁芯和绕装在铁芯上的线圈，铁芯与转子轴20表面衔铁之间具有气隙，在线圈上通交流电后产生磁通，磁通从铁芯与衔铁之间建立的磁路经过，当转子轴20径向位移导致铁芯与衔铁之间的气隙变化时，磁路中的磁阻变化，从而导致线圈的电感量变化，通过测量电感量变化就能够测出转子轴20的径向位移的大小和方向。

由于所述第一电感传感器组30具有围绕所述转子轴20的周边间隔分布的至少两个变气隙式自感电感传感器31，所述至少两个变气隙式自感电感传感器31分别安装在不同的第一磁极芯体121的径向内端面(参见图2所示)上并用于检测与所述转子轴20之间由所述转子轴20径向方位改变所导致的气隙的改变，可见，上述至少两个变气隙式自感电感传感器31集成在第一磁极系统10中，第一磁极系统10对转子轴20的径向磁悬浮支撑位置与所述至少两个变气隙式自感电感传感器31对转子轴20的径向方位的检测位置在转子轴20轴向方向上更为靠近，所述至少两个变气隙式自感电感传感器31检测出的转子轴20的径向位移与转子轴20在第一磁极系统10处的实际位移之间误差大大减小，有助于提高控制系统控制所述多个第一磁极12中各个第一磁极12的磁力的精度。此外，由于上述至少两个变气隙式自感电感传感器31集成在第一磁极系统10中，有助于缩短转子轴20和磁悬浮电机的轴向长度，有利于提高转子轴20的一阶刚度和磁悬浮电机转速。

如图1-图2所示，一种优选实施方式中，所述第一电感传感器组30具有四个变气隙式自感电感传感器31，这四个变气隙式自感电感传感器31中，两个变气隙式自感电感传感器31分别安装在位于径向水平方向(即图1-图2中的径向X轴方向)上的一对第一磁极芯体121的径向内端面上从而构成一个转子轴径向水平方向位移检测用差动式自感电感传感器，另两个变气隙式自感电感传感器31分别安装在位于径向竖直方向(即图1-图2中的径向Y轴方向)上的一对第一磁极芯体121的径向内端面上从而构成一个转子轴径向竖直方向位移检测用差动式自感电感传感器。

根据已知的差动式自感电感传感器的原理，转子轴径向水平方向位移检测用差动式自感电感传感器能够对转子轴20在径向水平方向的位移进行更精确的检测，而转子轴径向竖直方向位移检测用差动式自感电感传感器能够对转子轴20在径向竖直方向的位移进行更精确的检测。

如图1-图2所示，一种优选实施方式中，集成电感传感器的磁悬浮轴承还包含第二电感传感器组40，所述第二电感传感器组40用于检测所述转子轴20轴向方位并将检测结果提供给控制系统，所述第二电感传感器组40具有围绕所述转子轴的周边间隔分布的至少一个变面积式自感电感传感器41，所述至少一个变面积式自感电感传感器41分别安装在对应第一磁极芯体121的径向内端面上并用于检测与所述转子轴20之间的由所述转子轴20轴向方位改变所导致的气隙导磁面积的改变。

所述至少一个变面积式自感电感传感器41的检测原理是：变面积式自感电感传感器41中设有铁芯和绕装在铁芯上的线圈，铁芯与转子轴20表面衔铁之间具有气隙，在线圈上通交流电后产生磁通，磁通从铁芯与衔铁之间建立的磁路经过，当转子轴20轴向位移导致铁芯与衔铁之间的气隙导磁面积变化时，磁路中的磁阻变化，从而导致线圈的电感量变化，通过测量电感量变化就能够测出转子轴20的轴向位移的大小。

由于将所述至少一个变面积式自感电感传感器41同样集成在了第一磁极系统10中，可实现对所述转子轴20轴向方位的检测。所述至少一个变面积式自感电感传感器41检测所述转子轴20轴向方位并将检测结果提供给控制系统后，该控制系统可以控制相应轴向磁悬浮轴承的出力。

一般而言，若将所述第一电感传感器组30中的每个变气隙式自感电感传感器31以及所述第二电感传感器组40中的每个变面积式自感电感传感器41分别算作一个自感电感传感器，则每个自感电感传感器一一对应的安装在不同的第一磁极芯体121的径向内端面上。

为了方便上述自感电感传感器在对应第一磁极芯体121的径向内端面上的安装，同时减小自感电感传感器对对应第一磁极芯体121出力影响，所述至少一个变面积式自感电感传感器41分别安装在对应第一磁极芯体121的径向内端面上一边缘处的凹槽内，该凹槽既在所在的径向内端面上形成缺口同时也在对应第一磁极芯体121的侧壁上形成缺口。类似的，所述至少两个变气隙式自感电感传感器31分别安装在对应第一磁极芯体121的径向内端面上一边缘处的凹槽内，该凹槽既在所在的径向内端面上形成缺口同时也在对应第一磁极芯体121的侧壁上形成缺口。

如图1-图2所示，一种优选实施方式中，所述第二电感传感器组40具有四个变面积式自感电感传感器41，这四个变面积式自感电感传感器41中，两个变面积式自感电感传感器41分别安装在位于径向第一方向上的一对第一磁极芯体121的径向内端面上从而构成一个转子轴轴向向前位移检测用差动式自感电感传感器，另两个变气隙式自感电感传感器41分别安装在位于径向第二方向上的一对第一磁极芯体的径向内端面上从而构成一个转子轴轴向向后位移检测用差动式自感电感传感器，所述径向第一方向与所述径向第二方向相互垂直。

可选的，若沿所述径向第一方向画一条通过所述转子轴的一圆心的直线，并沿径向水平方向或径向竖直方向画一条通过所述圆心的直线，则这两条直线之间的夹角为45°。

根据已知的差动式自感电感传感器的原理，转子轴轴向向前位移检测用差动式自感电感传感器能够对转子轴20在轴向向前的位移进行更精确的检测，而转子轴轴向向后位移检测用差动式自感电感传感器能够对转子轴20在轴向向后的位移进行更精确的检测。

如图1-图2所示，所述转子轴20上与所述转子轴轴向向前位移检测用差动式自感电感传感器对应部位的一侧开设有第一环形凹槽21，当所述转子轴20轴向向前移动时所述第一环形凹槽21分别进入所述转子轴轴向向前位移检测用差动式自感电感传感器的两个变面积式自感电感传感器41的磁通截面内而使得相应的气隙导磁面积减小；所述转子轴20上与所述转子轴轴向向后位移检测用差动式自感电感传感器对应部位的一侧开设有第二环形凹槽22，当所述转子轴20轴向向后移动时所述第二环形凹槽22分别进入所述转子轴轴向向后位移检测用差动式自感电感传感器的两个变面积式自感电感传感器41的磁通截面内而使得相应的气隙导磁面积减小。

使用上述集成电感传感器的磁悬浮轴承的磁悬浮电机，主要由壳体、安装在壳体中的电机定子、安装在电机定子中的转子轴、分别安装在转子轴两端的两个上述集成电感传感器的磁悬浮轴承以及分别安装在转子轴两端的两个轴向磁悬浮轴承组成。或者，磁悬浮电机也可主要由壳体、安装在壳体中的电机定子、安装在电机定子中的转子轴、分别安装在转子轴两端的两个上述集成电感传感器的磁悬浮轴承以及分别位于转子轴上同一推力盘前后两端的两个轴向磁悬浮轴承组成。该磁悬浮电机的转子轴和整体轴向长度缩短，转子轴的一阶刚度更好且磁悬浮电机转速更高。

图3为本发明实施例2的一种径向轴向一体式磁悬浮轴承的结构示意图。图4为图3所示磁悬浮轴承另一角度下的结构示意图。图5为图3所示磁悬浮轴承的剖视图。如图3-图5所示，一种径向轴向一体式磁悬浮轴承，包括：第一磁极系统10，包含环形导磁定子11和环向间隔分布在所述环形导磁定子11径向内环面上的多个第一磁极12，所述多个第一磁极12中各个第一磁极12分别具有与所述环形导磁定子11径向内环面相连的第一磁极芯体121和绕装在对应第一磁极芯体121上的励磁线圈122，各个第一磁极芯体121的径向内端面所共同构成的内孔13中用于安装转子轴20，所述转子轴20由所述多个第一磁极12进行径向磁悬浮支撑；以及第二磁极系统50，包含设置在所述环形导磁定子11的轴向后侧端面上的第二磁极51，所述第二磁极51具有与所述多个第一磁极12之间以轴向间隔的方式相对设置的第二磁极芯体511和分别设置于各个第一磁极芯体511与所述第二磁极芯体121之间的多个导磁凸台512，所述转子轴20上设有与所述第二磁极芯体511的轴向后侧端面轴向间隙配合的轴肩部23，所述轴肩部23由所述第二磁极51进行轴向磁悬浮支撑。

上述径向轴向一体式磁悬浮轴承中，由于所述第二磁极51具有与所述多个第一磁极12之间以轴向间隔的方式相对设置的第二磁极芯体511和分别设置于各个第一磁极芯体121与所述第二磁极芯体511之间的多个导磁凸台512，所述转子轴20上设有与所述第二磁极芯体511的轴向后侧端面轴向间隙配合的轴肩部23，因此，当励磁线圈122通电后，各个第一磁极芯体121上产生的磁通从第一磁极芯体121一端依次通过导磁凸台512、第二磁极芯体511、转子轴20的轴肩部23、转子轴20上位于轴肩部23与第一磁极芯体121之间的轴体后回到第一磁极芯体121另一端，从而形成使第二磁极芯体511与所述轴肩部23之间轴向磁吸的磁路(参见图5中的用点划线)，实现对轴肩部23的轴向磁悬浮支撑。由此，有助于缩短转子轴20和磁悬浮电机的轴向长度，有利于提高转子轴的一阶刚度和磁悬浮电机转速。

如图3-图5所示，一种具体实施方式中，所述第二磁极芯体51为板状环形结构；所述多个导磁凸台512与所述板状环形结构为一体结构；所述板状环形结构与所述环形导磁定子11之间设置有轴向定位凸台513以及穿设在该轴向定位凸台513中将所述板状环形结构与所述环形导磁定子11轴向紧固的螺纹连接件514(具体为螺栓)；所述轴向定位凸台513分布在不同的相邻导磁凸台512之间；所述轴向定位凸台513与所述板状环形结构为一体结构，所述环形导磁定，11上开设有用于与对应螺纹连接件514适配的螺纹孔。

如图3-图5所示，所述多个第一磁极12由位于径向水平方向上的一对第一磁极12和位于径向竖直方向上的一对第一磁极构成12。

使用上述径向轴向一体式磁悬浮轴承的磁悬浮电机，主要由壳体、安装在壳体中的电机定子、安装在电机定子中的转子轴、分别安装在转子轴两端的两个上述径向轴向一体式磁悬浮轴承以及分别安装在转子轴两端的两套传感器系统组成。该磁悬浮电机的转子轴和整体轴向长度缩短，转子轴的一阶刚度更好且磁悬浮电机转速更高。当需要调节转子轴的径向和/或轴向方位时，由于上述径向轴向一体式磁悬浮轴承对于径向磁悬浮支撑方位的调节与轴箱磁悬浮支撑方位的调节时相互耦合的，因此，需要对转子轴两端的两个上述径向轴向一体式磁悬浮轴承中各个第一磁极12和第二磁极51的磁力大小进行协同控制。例如，当需要使转子轴一端向径向X轴正方向移动一定距离，除了调节对应第一磁极12的出力外，由于该第一磁极12的出力改变后也会改变该第一磁极12对应的第二磁极51的出力，因此，就需要对转子轴另一端的第一磁极12和第二磁极51的磁力大小进行调节。

本发明实施例3的一种磁悬浮轴承，将实施例1的一种集成电感传感器的磁悬浮轴承的技术构思与实施例2的一种径向轴向一体式磁悬浮轴承的技术构思相结合。具体而言，在实施例1的一种集成电感传感器的磁悬浮轴承的基础上，该集成电感传感器的磁悬浮轴承还包括了第二磁极系统，第二磁极系统包含设置在所述环形导磁定子的轴向后侧端面上的第二磁极，所述第二磁极具有与所述多个第一磁极之间以轴向间隔的方式相对设置的第二磁极芯体和分别设置于各个第一磁极芯体与所述第二磁极芯体之间的多个导磁凸台，所述转子轴上设有与所述第二磁极芯体的轴向后侧端面轴向间隙配合的轴肩部，所述轴肩部由所述多个第二磁极进行轴向磁悬浮支撑。

本发明实施例4的一种磁悬浮轴承，同样将实施例1的一种集成电感传感器的磁悬浮轴承的技术构思与实施例2的一种径向轴向一体式磁悬浮轴承的技术构思相结合。具体而言，在实施例2的一种径向轴向一体式磁悬浮轴承的基础上，该径向轴向一体式磁悬浮轴承还包括第一电感传感器组，用于检测所述转子轴径向方位并将检测结果提供给控制系统从而通过该控制系统控制所述多个第一磁极中各个第一磁极的磁力大小，所述第一电感传感器组具有围绕所述转子轴的周边间隔分布的至少两个变气隙式自感电感传感器，所述至少两个变气隙式自感电感传感器分别安装在不同的第一磁极芯体的径向内端面上并用于检测与所述转子轴之间由所述转子轴径向方位改变所导致的气隙的改变。

其中，所述第一电感传感器组具有四个变气隙式自感电感传感器，这四个变气隙式自感电感传感器中，两个变气隙式自感电感传感器分别安装在位于径向水平方向上的一对第一磁极芯体的径向内端面上从而构成一个转子轴径向水平方向位移检测用差动式自感电感传感器，另两个变气隙式自感电感传感器分别安装在位于径向竖直方向上的一对第一磁极芯体的径向内端面上从而构成一个转子轴径向竖直方向位移检测用差动式自感电感传感器。

其中，所述至少两个变气隙式自感电感传感器分别安装在对应第一磁极芯体的径向内端面上一边缘处的凹槽内，该凹槽既在所在的径向内端面上形成缺口同时也在对应第一磁极芯体的侧壁上形成缺口。

以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本说明书的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的范围。

Claims (10)

1.一种集成电感传感器的磁悬浮轴承，其特征在于，包括：

第一磁极系统，包含环形导磁定子和环向间隔分布在所述环形导磁定子径向内环面上的多个第一磁极，所述多个第一磁极中各个第一磁极分别具有与所述环形导磁定子径向内环面相连的第一磁极芯体和绕装在对应第一磁极芯体上的励磁线圈，各个第一磁极芯体的径向内端面所共同构成的内孔中用于安装转子轴，所述转子轴由所述多个第一磁极进行径向磁悬浮支撑；以及

第一电感传感器组，用于检测所述转子轴径向方位并将检测结果提供给控制系统从而通过该控制系统控制所述多个第一磁极中各个第一磁极的磁力大小，所述第一电感传感器组具有围绕所述转子轴的周边间隔分布的至少两个变气隙式自感电感传感器，所述至少两个变气隙式自感电感传感器分别安装在不同的第一磁极芯体的径向内端面上并用于检测与所述转子轴之间由所述转子轴径向方位改变所导致的气隙的改变。

2.如权利要求1所述的集成电感传感器的磁悬浮轴承，其特征在于：所述第一电感传感器组具有四个变气隙式自感电感传感器，这四个变气隙式自感电感传感器中，两个变气隙式自感电感传感器分别安装在位于径向水平方向上的一对第一磁极芯体的径向内端面上从而构成一个转子轴径向水平方向位移检测用差动式自感电感传感器，另两个变气隙式自感电感传感器分别安装在位于径向竖直方向上的一对第一磁极芯体的径向内端面上从而构成一个转子轴径向竖直方向位移检测用差动式自感电感传感器。

3.如权利要求1所述的集成电感传感器的磁悬浮轴承，其特征在于：包含第二电感传感器组，所述第二电感传感器组用于检测所述转子轴轴向方位并将检测结果提供给控制系统，所述第二电感传感器组具有围绕所述转子轴的周边间隔分布的至少一个变面积式自感电感传感器，所述至少一个变面积式自感电感传感器分别安装在对应第一磁极芯体的径向内端面上并用于检测与所述转子轴之间的由所述转子轴轴向方位改变所导致的气隙导磁面积的改变。

4.如权利要求3所述的集成电感传感器的磁悬浮轴承，其特征在于：若将所述第一电感传感器组中的每个变气隙式自感电感传感器以及所述第二电感传感器组中的每个变面积式自感电感传感器分别算作一个自感电感传感器，则每个自感电感传感器一一对应的安装在不同的第一磁极芯体的径向内端面上。

5.如权利要求4所述的集成电感传感器的磁悬浮轴承，其特征在于：所述第二电感传感器组具有四个变面积式自感电感传感器，这四个变面积式自感电感传感器中，两个变面积式自感电感传感器分别安装在位于径向第一方向上的一对第一磁极芯体的径向内端面上从而构成一个转子轴轴向向前位移检测用差动式自感电感传感器，另两个变气隙式自感电感传感器分别安装在位于径向第二方向上的一对第一磁极芯体的径向内端面上从而构成一个转子轴轴向向后位移检测用差动式自感电感传感器，所述径向第一方向与所述径向第二方向相互垂直。

6.如权利要求5所述的集成电感传感器的磁悬浮轴承，其特征在于：沿所述径向第一方向画一条通过所述转子轴的一圆心的直线，并沿径向水平方向或径向竖直方向画一条通过所述圆心的直线，则这两条直线之间的夹角为45°。

7.如权利要求5所述的集成电感传感器的磁悬浮轴承，其特征在于：所述转子轴上与所述转子轴轴向向前位移检测用差动式自感电感传感器对应部位的一侧开设有第一环形凹槽，当所述转子轴轴向向前移动时所述第一环形凹槽分别进入所述转子轴轴向向前位移检测用差动式自感电感传感器的两个变面积式自感电感传感器的磁通截面内而使得相应的气隙导磁面积减小；所述转子轴上与所述转子轴轴向向后位移检测用差动式自感电感传感器对应部位的一侧开设有第二环形凹槽，当所述转子轴轴向向后移动时所述第二环形凹槽分别进入所述转子轴轴向向后位移检测用差动式自感电感传感器的两个变面积式自感电感传感器的磁通截面内而使得相应的气隙导磁面积减小。

8.如权利要求3所述的集成电感传感器的磁悬浮轴承，其特征在于：所述至少一个变面积式自感电感传感器分别安装在对应第一磁极芯体的径向内端面上一边缘处的凹槽内，该凹槽既在所在的径向内端面上形成缺口同时也在对应第一磁极芯体的侧壁上形成缺口。

9.如权利要求3所述的集成电感传感器的磁悬浮轴承，其特征在于：包括第二磁极系统，包含设置在所述环形导磁定子的轴向后侧端面上的第二磁极，所述第二磁极具有与所述多个第一磁极之间以轴向间隔的方式相对设置的第二磁极芯体和分别设置于各个第一磁极芯体与所述第二磁极芯体之间的多个导磁凸台，所述转子轴上设有与所述第二磁极芯体的轴向后侧端面轴向间隙配合的轴肩部，所述轴肩部由所述多个第二磁极进行轴向磁悬浮支撑。

10.如权利要求1所述的集成电感传感器的磁悬浮轴承，其特征在于：所述至少两个变气隙式自感电感传感器分别安装在对应第一磁极芯体的径向内端面上一边缘处的凹槽内，该凹槽既在所在的径向内端面上形成缺口同时也在对应第一磁极芯体的侧壁上形成缺口。

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