CN117028417A - 一种磁轴承及泵装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种磁轴承及泵装置，所述磁轴承包括：转子组件和定子组件，所述定子组件环绕所述转子组件周向设置；所述转子组件具有中心轴线，包括：转子软铁以及转子永磁体，所述转子永磁体设置在所述转子软铁沿中心轴线方向的两端；所述定子组件包括：若干径向定子极，所述径向定子极沿所述转子组件的周向均匀分布且所述径向定子极的第一端部与所述转子软铁位置对应；定子永磁体和定子软铁，依次设置在所述径向定子极的第一端部沿中心轴线方向的两端；定子线圈，对应缠绕在所述若干径向定子极上。本申请提供一种磁轴承及泵装置，使得磁轴承结构更为紧凑和简洁，可以在不降低磁轴承性能的情况下微小型化磁轴承。

Description

一种磁轴承及泵装置

技术领域

本申请涉及轴承技术领域，尤其涉及一种磁轴承及泵装置。

背景技术

磁轴承又称磁悬浮轴承，是一种新型的高性能轴承，其利用磁力作用将转子悬浮于空气中，使转子与定子间无任何机械接触的结构。与传统的滚动轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承具备噪声小、寿命长、免润滑、无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中。

目前的磁轴承按照偏置磁场来源可以划分成两类：第一类是主动磁悬浮轴承。这种磁轴承线圈中需要施加偏置电流用以提供偏置磁场。额外的控制电流提供可控的磁浮力，这种类型的磁轴承无论体积，重量以及功耗都相对较大，不适宜进行微小型化。第二类是永磁偏置磁悬浮轴承，这类磁悬浮轴承的偏置磁场由永磁体产生，电磁铁提供的只是平衡负载或干扰的控制磁场，体积明显减小。相对主动磁悬浮轴承来说降低了因偏置电流带来的额外功耗，磁轴承的整体体积也因电磁铁线圈体积减小而减小，为小型化产品应用提供了可能性。

目前的永磁偏置磁悬浮轴承按照控制模组的集成度可以大致划分成两种：一种是在轴向和径向采用独立的磁轴承模块实现五自由度支承，这种设计方式使得整个轴向尺寸较长，系统复杂度较高；另一种是将径向和轴向磁轴承模块整合到一起，但这种设计普遍导致转子结构设计复杂，定子径向尺寸较大，轴向和侧倾被动控制刚度较低或接近无被动控制刚度，磁轴承功耗较大，不适宜进行微小型化。

因此，有必要提供一种新的磁轴承结构，在不降低磁轴承性能的情况下微小型化磁轴承，增加磁轴承的应用前景。

发明内容

本申请提供一种磁轴承及泵装置，可以在不降低磁轴承性能的情况下微小型化磁轴承，增加磁轴承的应用前景。

本申请的一个方面提供一种磁轴承，包括：转子组件和定子组件，所述定子组件环绕所述转子组件周向设置；所述转子组件具有中心轴线，包括：转子软铁以及转子永磁体，所述转子永磁体设置在所述转子软铁沿中心轴线方向的两端；所述定子组件包括：若干径向定子极，所述径向定子极沿所述转子组件的周向均匀分布且所述径向定子极的第一端部与所述转子软铁位置对应；定子永磁体，设置于所述径向定子极的第一端部沿中心轴线方向的两端；定子软铁，设置于所述定子永磁体沿中心轴线方向的两端，所述定子软铁和所述定子永磁体环绕所述转子永磁体周向设置且与所述转子永磁体位置对应；定子闭合磁路软铁，位于所述径向定子极的第二端部，磁连通所述若干径向定子极；定子线圈，对应缠绕在所述若干径向定子极上。

在本申请的一些实施例中，所述磁轴承还包括：主动控制系统，被配置为提供关于所述转子组件的径向位移的主动稳定性控制，所述主动控制系统包括：位移传感器，用于检测所述转子组件的径向偏移量；控制器，接收所述位移传感器的检测结果，被配置为当所述位移传感器检测的径向偏移量大于偏移阈值时向所述定子线圈输出控制电流使所述转子组件的径向偏移量回到所述偏移阈值内。

在本申请的一些实施例中，所述转子永磁体沿中心轴线方向远离所述转子软铁的两端外露。

在本申请的一些实施例中，所述转子永磁体包括分别设置在所述转子软铁沿中心轴线方向的两端的第一转子永磁体和第二转子永磁体；所述定子永磁体包括分别设置在所述径向定子极的第一端部沿中心轴线方向的两端的第一定子永磁体和第二定子永磁体；所述定子软铁包括分别设置在所述定子永磁体沿中心轴线方向的两端的第一定子软铁和第二定子软铁。

在本申请的一些实施例中，所述转子永磁体和所述定子永磁体沿所述中心轴线的方向充磁。

在本申请的一些实施例中，所述第一定子永磁体和所述第一转子永磁体的充磁方向相反，所述第二定子永磁体和所述第二转子永磁体的充磁方向相反。

在本申请的一些实施例中，所述第一定子永磁体和所述第二定子永磁体的充磁方向相反，所述第一转子永磁体和所述第二转子永磁体的充磁方向相反。

在本申请的一些实施例中，所述转子组件的高度与所述径向定子极的第一端部、所述定子软铁和所述定子永磁体的总堆叠高度之差的绝对值与所述径向定子极的第一端部、所述定子软铁和所述定子永磁体的总堆叠高度之比小于或等于30％。

在本申请的一些实施例中，所述转子组件的轴向高度与所述转子组件的最大外径之比小于或等于0.8。

在本申请的一些实施例中，所述径向定子极的第一端部的高度占所述径向定子极的第一端部、所述定子软铁和所述定子永磁体的总堆叠高度的比例大于或等于20％。

在本申请的一些实施例中，所述转子软铁的高度占所述转子组件的高度的比例大于或等于10％。

在本申请的一些实施例中，所述第一转子永磁体、所述第二转子永磁体和所述转子软铁均为环形，所述第一转子永磁体和所述第二转子永磁体的尺寸相同，所述转子永磁体的外径与所述转子软铁的外径之差的绝对值与所述转子软铁的外径之比小于或等于20％，所述转子永磁体的内径与所述转子软铁的内径之差的绝对值与所述转子软铁的内径之比小于或等于20％。

在本申请的一些实施例中，所述第一定子永磁体、所述第二定子永磁体、所述第一定子软铁和所述第二定子软铁均为环形，所述第一定子永磁体和所述第二定子永磁体的尺寸相同，所述第一定子软铁和所述第二定子软铁的尺寸相同，所述定子永磁体的外径与所述定子软铁的外径之差的绝对值与所述定子软铁的外径之比小于或等于20％，所述定子永磁体的内径与所述定子软铁的内径之差的绝对值与所述定子软铁的内径之比小于或等于20％。

在本申请的一些实施例中，所述转子组件和所述定子组件之间的间距小于或等于所述转子组件外径的10％。

在本申请的一些实施例中，所述转子永磁体和所述定子永磁体的材料包括铷铁硼，和/或所述转子软铁和所述定子软铁的材料包括纯铁或硅钢，和/或所述径向定子极的材料包括导磁的铁磁性材料。

本申请的另一个方面还提供一种泵装置，包括：泵头壳；叶轮，所述叶轮设置于所述泵头壳内部；及如上述所述的磁轴承的转子组件，所述转子组件设置于所述泵头壳内部，所述磁轴承被配置为带动所述叶轮围绕所述中心轴线旋转。

在本申请的一些实施例中，所述泵装置包括：如上述所述的磁轴承的定子组件；泵机外壳；及驱动装置，设置于所述泵机外壳内，用于向所述磁轴承提供旋转力；所述磁轴承的定子组件设置于所述泵机外壳内，所述泵头壳与所述泵机外壳可拆卸连接。

在本申请的一些实施例中，所述磁轴承的转子组件设置于所述泵头壳所限定的环形凹槽内，所述驱动装置接近于所述转子组件的一端，伸入所述泵头壳所限定的用于容纳所述转子组件的所述环形凹槽外所限定空间内，并被所述转子组件所围绕。

在本申请的一些实施例中，所述定子组件围绕所述泵头壳用于容纳所述转子组件的环形凹槽设置，所述泵机外壳内设置有用于容纳所述泵头壳至少一部分的泵头座，所述泵头座的至少一部分与所述泵头壳的至少一部分形状互补。

本申请提供一种磁轴承及泵装置，使得磁轴承结构更为紧凑和简洁，可以在不降低磁轴承性能的情况下微小型化磁轴承，增加磁轴承的应用前景。

附图说明

以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解，附图为示意性目的，并不能理解为一定按比例绘制。其中：

图1为本申请第一实施例所述的磁轴承的立体结构部分示意图；

图2为本申请第一实施例所述的磁轴承的俯视图；

图3为本申请第一实施例所述的磁轴承沿图2中A-A线的纵向截面结构示意图；

图4为本申请第一实施例基于所述的磁轴承纵向截面的偏置磁场原理示意图；

图5为本申请第一实施例基于所述的磁轴承纵向截面的轴向被动控制磁路示意图；

图6为本申请第一实施例基于所述的磁轴承纵向截面的侧倾被动控制磁路示意图；

图7为本申请第一实施例基于所述的磁轴承纵向截面的径向主动控制磁路示意图；

图8为本申请第二实施例所述的磁轴承的纵向截面结构示意图；

图9为本申请第三实施例所述的磁轴承的纵向截面结构示意图；

图10为本申请第四实施例所述的磁轴承的纵向截面结构示意图；

图11为本申请实施例泵装置的结构示意图。

具体实施方式

以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本申请不限于所示的实施例，而是权利要求所保护技术方案的最宽范围。

下面结合实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明。

图1为本申请第一实施例所述的磁轴承的立体结构部分示意图。图2为本申请第一实施例所述的磁轴承的俯视图。图3为本申请第一实施例所述的磁轴承的纵截面结构示意图。具体地，图3为沿图2中虚线A-A处的纵向截面图。下面结合附图对本申请实施例所述的磁轴承进行详细说明。

本申请的实施例提供一种磁轴承100，参考图1和图2和图3所示，包括：转子组件10和定子组件20，所述定子组件20环绕所述转子组件10周向设置，所述定子组件20被配置为提供关于所述转子组件10的轴向和倾斜位移的被动稳定性控制以及径向位移的主动稳定性控制。

在本申请的一些实施例中，所述转子组件10和所述定子组件20之间的间距小于或等于所述转子组件外径的10％。通常，本领域技术人员为了微小型化磁轴承，均采用对转子或者定子各自的材质或组成进行改变的途径，而并未对磁轴承各部件之间的大小尺寸关系进行研究来实现微小型磁轴承，同时又保持磁轴承的性能。本申请的发明人创造性的采用完全不同的研究路径，在研发过程中惊讶的发现，转子组件和定子组件之间的间距与转子组件外径的关系对于磁轴承的性能产生直接的影响，尤其地，通过将所述转子组件10和所述定子组件20之间的间距设定为小于或等于所述转子组件外径的10％，可以在不降低或者提高磁轴承性能的情况下，实现了微小型化的磁轴承，并且使得整个磁轴承的设计更加紧凑。

继续参考图1和图2和图3所示，所述转子组件10整体呈环形，例如，圆环形，所述转子组件10具有中心轴线Z，所述转子组件10被配置为绕所述中心轴线Z旋转，具体应用时，可在所述转子组件10的环形区内设置旋转促动装置(图中未示出)，例如本领域技术人员基于本申请公开的一般原理可以采用的各种类型电机。

继续参考图3所示，所述转子组件10包括：转子软铁13以及转子永磁体12，所述转子永磁体12设置在所述转子软铁13沿中心轴线Z方向的两端。在本实施例中，所述转子软铁13以及转子永磁体12呈圆环形。

在本申请的一些实施例中，所述转子永磁体12的材料包括铷铁硼。

在本申请的一些实施例中，所述转子软铁13的材料包括纯铁或硅钢。

具体地，参考图3所示，所述转子永磁体12包括分别设置在所述转子软铁13沿中心轴线Z方向的两端的第一转子永磁体12a和第二转子永磁体12b，通过这样的设置，可以形成沿着Z方向布置的两个磁环路，后文中将作详细介绍。

如上所述，本申请的发明人采用完全不同于现有常规的研发思路，创造性的通过设计转子组件中各部件之间的不同尺寸关系，在不降低或者提高磁轴承性能的情况下，还可以实现微小型化并且紧凑型的磁轴承，具体的一些实施例将在以下内容中进行描述。

在本申请的一些实施例中，参考图3所示，所述转子组件10的轴向高度h2与所述转子组件10的最大外径之比小于或等于0.8。所述转子组件10的最大外径指的是组合构成所述转子组件10的各个组成部分的最大外径，例如，所述转子永磁体和所述转子软铁中外径最大者的外径值。

在本申请的一些实施例中，所述转子软铁13的高度h1占所述转子组件10的高度h2的比例大于或等于10％，例如为20％、30％、40％、50％或60％等。

在本申请的一些实施例中，所述第一转子永磁体12a、所述第二转子永磁体12b和所述转子软铁13均为环形，所述第一转子永磁体12a和所述第二转子永磁体12b的尺寸相同。所述转子永磁体的外径(即所述第一转子永磁体12a和所述第二转子永磁体12b的外径)与所述转子软铁13的外径之差的绝对值与所述转子软铁13的外径之比小于或等于20％，所述转子永磁体的内径(即所述第一转子永磁体12a和所述第二转子永磁体12b的内径)与所述转子软铁13的内径之差的绝对值与所述转子软铁13的内径之比小于或等于20％。

在本申请的一些实施例中，所述转子永磁体12沿中心轴线Z方向远离所述转子软铁13的两端外露。也就是说，所述第一转子永磁体12a和所述第二转子永磁体12b沿所述中心轴线Z方向的外侧直接暴露，不具有其他转子结构，例如不具有其它用于构成本申请转子组件10的一部分并位于所述第一转子永磁体12a和所述第二转子永磁体12b两轴向端侧的环形软铁。

继续参考图1和图2和图3所示，所述定子组件20包括：若干径向定子极21，所述径向定子极21沿所述转子组件10的周向均匀分布且所述径向定子极21的第一端部(即朝向所述转子软铁13的一端)与所述转子软铁13位置对应，即径向对准；定子永磁体22，设置于所述径向定子极21的第一端沿中心轴线Z方向的两端；定子软铁23，设置于所述定子永磁体22沿中心轴线Z方向的两端，所述定子软铁23和所述定子永磁体22环绕所述转子永磁体周向设置且与所述转子永磁体位置对应；定子闭合磁路软铁25，位于所述径向定子极21第二端部，用于磁连通所述若干径向定子极21；定子线圈24，对应缠绕在所述若干径向定子极21中的每一个上。

在本申请的一些实施例中，所述径向定子极21的材料包括导磁的铁磁性材料。

在本申请的一些实施例中，所述径向定子极21的数量可以为3个以上，较佳地为大于等于4的偶数，并均匀分布在转子组件10周围。

在本申请的一些实施例中，所述径向定子极21的第一端部的高度H1占所述径向定子极21的第一端部、所述定子软铁和所述定子永磁体的总堆叠高度H2的比例大于或等于20％。

在本申请的一些实施例中，所述定子永磁体的材料包括铷铁硼。

在本申请的一些实施例中，所述定子软铁的材料包括纯铁或硅钢。

在本申请的一些实施例中，处于对应位置的所述转子永磁体和所述定子永磁体沿所述中心轴线Z的不同方向充磁。

参考图3所示，所述定子永磁体22包括分别设置在所述径向定子极21的第一端部沿中心轴线Z方向的两端的第一定子永磁体22a和第二定子永磁体22b；所述定子软铁23包括分别设置在所述定子永磁体22沿中心轴线Z方向的两端的第一定子软铁23a和第二定子软铁23b。

在本申请的一些实施例中，所述第一定子永磁体22a、所述第二定子永磁体22b、所述第一定子软铁23a和所述第二定子软铁23b均为环形，所述第一定子永磁体22a和所述第二定子永磁体22b的尺寸相同，所述第一定子软铁23a和所述第二定子软铁23b的尺寸相同。所述定子永磁体22的外径(即所述第一定子永磁体22a和所述第二定子永磁体22b的外径之一)与所述定子软铁23的外径(所述第一定子软铁23a和所述第二定子软铁23b的外径之一)之差的绝对值与所述定子软铁23的外径之比小于或等于20％，所述定子永磁体22的内径(即所述第一定子永磁体22a和所述第二定子永磁体22b的内径之一)与所述定子软铁23的内径(所述第一定子软铁23a和所述第二定子软铁23b的内径之一)之差的绝对值与所述定子软铁23的内径之比小于或等于20％。

在本申请的一些实施例中，所述第一定子永磁体22a和所述第一转子永磁体12a的充磁方向相反，例如沿着轴向的充磁方向相反；所述第二定子永磁体22b和所述第二转子永磁体12b的充磁方向相反，例如沿着轴向的充磁方向相反。

在本申请的一些实施例中，所述第一定子永磁体22a和所述第二定子永磁体22b的充磁方向相反，例如沿着轴向的充磁方向相反；所述第一转子永磁体12a和所述第二转子永磁体12b的充磁方向相反，例如沿着轴向的充磁方向相反。

在本申请的一些实施例中，所述转子组件10的高度h2(即所述第一转子永磁体12a、所述转子软铁13和所述第二转子永磁体12b的总堆叠高度)与所述径向定子极21的第一端部、所述定子永磁体22和所述定子软铁23的总堆叠高度H2(即所述径向定子极21的第一端部、所述第一定子软铁23a、所述第一定子永磁体22a、所述第二定子软铁23b和所述第二定子永磁体22b的总堆叠高度)之差的绝对值与所述径向定子极的第一端部、所述定子软铁23和所述定子永磁体22的总堆叠高度H2之比小于或等于30％。也就是，|H2-h2|/H2≤0.3。

在本申请的一些实施例中，所述径向定子极21的第一端部以及所述转子软铁13二者相对的端面上可以分别设置有沿所述径向定子极21的第一端部周向方向和沿所述转子软铁13周向方向的环状沟槽，以减轻整体结构的重量并削减径向负刚度。

在本申请的一些实施例中，所述定子闭合磁路软铁25的形状为环形。在本申请的另一些实施例中，所述定子闭合磁路软铁25的尺寸和形状只要可以在磁路上连接起所述若干径向定子极21即可，不限制必须为圆环形。

在本申请的一些实施例中，所述磁轴承100还包括：主动控制系统(图中未示出)，被配置为提供关于所述转子组件10的径向位移的主动稳定性控制，所述主动控制系统包括：位移传感器，用于检测所述转子组件10的径向偏移量；控制器，接收所述位移传感器的检测结果，被配置为当所述位移传感器检测的径向偏移量大于偏移阈值时向所述定子线圈24输出控制电流使所述转子组件10的径向偏移量回到所述偏移阈值内。如本领域技术人员根据本公开可以理解的主控制系统均可以应用于本申请中的磁轴承控制，在此不再赘述。

图4为本申请第一实施例基于所述的磁轴承纵向截面的偏置磁场原理示意图。需要说明的是，出于简洁的目的，避免磁路线与标号线重叠影响观感，图4中省略了磁轴承的标号，对应的标号可以参考图3。

参考图4所示，图中所示磁路线30由转子永磁铁与定子永磁铁产生，主要用来建立静态偏置磁场。由于基于Z轴，所述第一定子永磁体22a和所述第一转子永磁体12a的充磁方向相反，所述第二定子永磁体22b和所述第二转子永磁体12b的充磁方向相反，所述第一定子永磁体22a和所述第二定子永磁体22b的充磁方向相反，所述第一转子永磁体12a和所述第二转子永磁体12b的充磁方向相反，建立沿Z轴上下布置的两组磁通环路，所以所述转子组件10和定子组件20间偏置磁场强度相对于将永磁铁仅放置在定子组件或者转子组件中的结构大大增强，且轴向上下偏置磁通环路独立不干涉。

图5为本申请第一实施例基于所述的磁轴承纵向截面的轴向被动控制磁路原理图。

参考图4和图5所示，转子组件10轴向刚度是由偏置磁场提供的被动轴向刚度。当转子组件10处于轴向平衡位置时(图4所示)，由于轴向结构对称性，转子组件10在轴向不受力。当转子组件10受到向下的干扰力时(图5所示)，转子组件10向下产生位移。此时偏置磁场产生的永磁力会将转子组件10拉回平衡位置。

图6为本申请第一实施例基于所述的磁轴承纵向截面的侧倾被动控制磁路原理图。

参考图4和图6所示，转子组件10的侧倾刚度是由偏置磁场提供的被动侧倾刚度。当转子组件10在平衡位置时(图4所示)，由于结构对称性，转子轴不受扭矩。当转子组件10受到干扰，产生了中心轴线Z的偏转(沿图6中顺时针方向)。此时对应的定子软铁23、定子永磁铁22与转子永磁铁12以及径向定子极21与转子软铁13产生错位，错位与偏置磁场产生的永磁力叠加产生一个逆时针方向的回复力矩，将转子组件10拉回平衡位置。

图7为本申请第一实施例所述的磁轴承的径向主动控制磁路示意图。

参考图4和图7所示，转子组件10在径向平衡位置时，由于结构的对称性，偏置磁场在径向磁间隙中产生的磁感应强度大小相等，进而产生的永磁力在径向是相等的，转子组件10处于平衡位置(如图4所示)。如果转子组件10受到向右的干扰力，转子组件10将偏离平衡位置，向右产生位移(如图7所示)，进而左边的磁间隙大于右边的磁间隙。左边磁感应强度降低，右边磁感应强度增加。磁极面积一定时，磁力与磁感应强度的平方成正比。因此偏置磁场产生的永磁力右边大于左边，转子组件10无法自主回到平衡位置。此时，利用布置在转子组件10径向的非接触位移传感器(图中未示出)检测出转子组件10相对径向平衡位置的偏移量并发送给控制器。通过控制器将位移信号转化为控制信号，控制信号经过功率放大器转化为控制电流通入左右径向定子极的定子线圈中，从而产生如图7所示的控制磁场40。控制磁场产生的磁感应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磁力将大于右边磁间隙的磁力，将转子组件10拉回如图4所示的径向平衡位置。

图8为本申请第二实施例所述的磁轴承的纵向截面结构示意图。需要说明的是，不同实施例中相同的部分采用相同的附图标记，不同的部分以上标作为区分，例如第一实施例的转子软铁以13标记，第二实施例的转子软铁以13’标记。

参考图8所示，与图3所示的磁轴承的结构不同的是，所述转子软铁13’可以分割为沿中心轴线Z方向的两部分，其他结构相同。所述两部分的外径差距小于或等于10％(以外径较大的那部分作为基准)。所述两部分的轴向高度差距小于或等于20％(以轴向高度较大的那部分作为基准)。所述两部分之间的间隙占据转子组件10总高度h2的比例小于或等于50％。

图9为本申请第三实施例所述的磁轴承的纵向截面结构示意图。

参考图9所示，与图3所示的磁轴承的结构不同的是，所述径向定子极21’的形状不同，并且定子线圈24’的缠绕位置也不同，该实施例中的径向定子极21’没有图3中的竖直延伸部分。实际上，本申请并不限定所述径向定子极21的形状，只要所述径向定子极21包括与转子软铁13相对应的第一端部以及用于连接定子闭合磁路软铁25的第二端部以及用于缠绕定子线圈24的部分即可。

图10为本申请第四实施例所述的磁轴承的纵向截面结构示意图。

参考图10所示，与图9所示的磁轴承的结构不同的是，定子闭合磁路软铁25’为两个，分别位于所述径向定子极21’的第二端部的上部和下部。

本申请的技术方案，利用轴向充磁、对应的转子永磁体和定子永磁体充磁方向相反、轴向上下永磁体充磁方向相反的转子永磁体和定子永磁体提供轴向上下相对独立的静态偏置磁场。轴向上下独立的偏置磁路结构使得在轴向和侧倾方向上产生足量的被动控制刚度。

软铁在磁场的作用类似于电场中的导体，磁阻非常小，可以让磁力集中，提升偏置磁场的强度。所以合理的在转子组件10和定子组件20中使用软铁可以有效增强磁场聚集程度提升被动控制刚度，但被动控制刚度的提升也会带来非线性的径向负刚度提升。本申请的发明人还进一步创造性的发现，定子软铁的另一个作用就是可以有效的在提升被动控制刚度的同时对于主动磁场控制效率不会产生过多的影响，但如果在转子组件中加入对应定子软铁的转子软铁，就会让径向负刚度过大影响控制效率。

本申请的实施例子中，定子组件20使用定子软铁23(第一定子软铁23a和第二定子软铁23b)而转子组件10不使用额外的对应定子组件的转子软铁，没有与第一定子软铁23a和第二定子软铁23b对应的第一转子软铁和第二转子软铁，即所述第一转子永磁体12a和所述第二转子永磁体12b沿所述中心轴线Z方向的外侧直接暴露于空气中，简单、小型紧凑化了磁轴承，并且可以显著降低径向主动控制电流大小，提高控制效率，且不会对被动控制刚度造成影响。这种设计，可以同步有效遏制过大的径向负刚度对系统悬浮稳定性的负面影响。

轴向与侧倾方向上的足量被动控制刚度使得转子组件和定子组件的结构简单紧凑可靠，易于进行微小型化。

本申请的技术方案，为增强被动磁悬浮控制刚度，转子组件与定子组件部分均使用永磁体，定子组件部分使用额外的定子软铁增强偏置磁场强度，转子组件部分不使用额外的与定子软铁对应的转子软铁避免负刚度过大且可以显著提高控制效率，两对轴向充磁的转子永磁体和定子永磁体在轴向上下形成独立的闭合偏置磁路结构。为增强径向主动控制能效，定子闭合磁路软铁的形状可以根据实际需要灵活设置。为适应小型化设计，径向定子极的形状可以灵活设置。

本申请提供一种磁轴承，磁轴承结构更为紧凑和简洁，可以在不降低磁轴承性能的情况下微小型化磁轴承，增加磁轴承的应用前景。

图11为本申请实施例泵装置的结构示意图。

本申请的实施例还提供一种泵装置200，参考图11所示，包括：泵头壳210；叶轮220，所述叶轮设置于所述泵头壳210内部，用于泵送流体，例如血液；及如上述所述的磁轴承100的至少一部分设置于所述泵头壳210内部，如图11所示，所述磁轴承100的转子组件10设置于所述泵头壳210所限定的环形凹槽211内。如本领域技术人员通过本公开所能够理解的，所述磁轴承100被配置为带动所述叶轮220围绕所述中心轴线Z旋转。

本申请实施例所述的泵装置200例如为离心血泵。

所述磁轴承100的结构前面已经详细描述过，在此不再赘述。

继续参考图11，所述泵装置200还包括：驱动装置，例如驱动电机230，用于向所述磁轴承100提供旋转力，且所述驱动电机230的至少一部分，例如接近于所述转子组件10的一端，伸入所述泵头壳210所限定的用于容纳所述转子组件10的环形凹槽211外，并被所述转子组件10所围绕。

继续参考图11，所述泵装置200还包括：泵机外壳240，用于容纳所述驱动电机230以及所述磁轴承100的至少一部分，如图11所示，所述泵机外壳240内容纳所述定子组件20，使得所述定子组件20围绕所述泵头壳210用于容纳所述转子组件10的环形凹槽211。所述泵头壳210与所述泵机外壳240为可拆卸连接。所述泵机外壳240内设置有用于容纳所述泵头壳210至少一部分的泵头座241，所述泵头座241的至少一部分与所述泵头壳210的至少一部分形状互补。

本申请提供一种磁轴承及泵装置，磁轴承结构更为紧凑和简洁，可以在不降低磁轴承性能的情况下微小型化磁轴承，增加磁轴承的应用前景，例如应用到对于旋转、体积要求极高的人工心脏领域，如上所述的离心血泵。

综上所述，在阅读本申请内容之后，本领域技术人员可以明白，前述申请内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改都在本申请的示例性实施例的精神和范围内。

应当理解，本实施例使用的术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意或全部组合。应当理解，当一个元件被称作“连接”或“耦接”至另一个元件时，其可以直接地连接或耦接至另一个元件，或者也可以存在中间元件。

本实施例使用的术语“永磁体”或“磁体”是指由剩磁大且矫顽力大的铁磁材料制成并且被磁化以用作磁场的来源的部件，例如NeFeB，如本领域技术人员所公知的。本文使用的“软铁”是指由剩磁小且矫顽力小的层压或非层压铁磁材料制成并且用于引导磁通量的部件，例如纯铁、硅钢或Hiperco合金，如本领域技术人员所公知的。

还应当理解，术语“包含”、“包含着”、“包括”或者“包括着”，在本申请文件中使用时，指明存在所记载的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

还应当理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。因此，在没有脱离本申请的教导的情况下，在一些实施例中的第一元件在其他实施例中可以被称为第二元件。相同的参考标号或相同的参考标记符在整个说明书中表示相同的元件。

此外，本申请说明书通过参考理想化的示例性截面图和/或平面图和/或立体图来描述示例性实施例。因此，由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此，不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状，而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。因此，在图中示出的区域实质上是示意性的，其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。

Claims (19)

1.一种磁轴承，其特征在于，包括：

转子组件和定子组件，所述定子组件环绕所述转子组件周向设置；

所述转子组件具有中心轴线，包括：

转子软铁以及转子永磁体，所述转子永磁体设置在所述转子软铁沿中心轴线方向的两端；

所述定子组件包括：

若干径向定子极，所述若干径向定子极沿所述转子组件的周向均匀分布且所述径向定子极的第一端部与所述转子软铁位置对应；

定子永磁体，设置于所述径向定子极的第一端部沿中心轴线方向的两端；

定子软铁，设置于所述定子永磁体沿中心轴线方向的两端，所述定子软铁和所述定子永磁体环绕所述转子永磁体周向设置；

定子闭合磁路软铁，位于所述径向定子极的第二端部，磁连通所述若干径向定子极；

定子线圈，对应缠绕在所述若干径向定子极上。

2.如权利要求1所述的磁轴承，其特征在于，还包括：主动控制系统，被配置为提供关于所述转子组件的径向位移的主动稳定性控制，所述主动控制系统包括：

位移传感器，用于检测所述转子组件的径向偏移量；

控制器，接收所述位移传感器的检测结果，被配置为当所述位移传感器检测的径向偏移量大于偏移阈值时向所述定子线圈输出控制电流使所述转子组件的径向偏移量回到所述偏移阈值内。

3.如权利要求1所述的磁轴承，其特征在于，所述转子永磁体沿中心轴线方向远离所述转子软铁的两端外露。

4.如权利要求1所述的磁轴承，其特征在于，所述转子组件的高度与所述径向定子极的第一端部、所述定子软铁和所述定子永磁体的总堆叠高度之差的绝对值与所述径向定子极的第一端部、所述定子软铁和所述定子永磁体的总堆叠高度之比小于或等于30％。

5.如权利要求1所述的磁轴承，其特征在于，所述转子组件的轴向高度与所述转子组件的最大外径之比小于或等于0.8。

6.如权利要求1所述的磁轴承，其特征在于，所述径向定子极的第一端部的高度占所述径向定子极的第一端部、所述定子软铁和所述定子永磁体的总堆叠高度的比例大于或等于20％。

7.如权利要求1所述的磁轴承，其特征在于，所述转子软铁的高度占所述转子组件的高度的比例大于或等于10％。

8.如权利要求1所述的磁轴承，其特征在于，所述转子永磁体和所述定子永磁体沿所述中心轴线的方向充磁。

9.如权利要求1所述的磁轴承，其特征在于，所述转子永磁体包括分别设置在所述转子软铁沿中心轴线方向的两端的第一转子永磁体和第二转子永磁体；所述定子永磁体包括分别设置在所述径向定子极的第一端部沿中心轴线方向的两端的第一定子永磁体和第二定子永磁体；所述定子软铁包括分别设置在所述定子永磁体沿中心轴线方向的两端的第一定子软铁和第二定子软铁。

10.如权利要求9所述的磁轴承，其特征在于，所述第一定子永磁体和所述第一转子永磁体的充磁方向相反，所述第二定子永磁体和所述第二转子永磁体的充磁方向相反。

11.如权利要求10所述的磁轴承，其特征在于，所述第一定子永磁体和所述第二定子永磁体的充磁方向相反，所述第一转子永磁体和所述第二转子永磁体的充磁方向相反。

12.如权利要求9所述的磁轴承，其特征在于，所述第一转子永磁体、所述第二转子永磁体和所述转子软铁均为环形，所述第一转子永磁体和所述第二转子永磁体的尺寸相同，所述转子永磁体的外径与所述转子软铁的外径之差的绝对值与所述转子软铁的外径之比小于或等于20％，所述转子永磁体的内径与所述转子软铁的内径之差的绝对值与所述转子软铁的内径之比小于或等于20％。

13.如权利要求9所述的磁轴承，其特征在于，所述第一定子永磁体、所述第二定子永磁体、所述第一定子软铁和所述第二定子软铁均为环形，所述第一定子永磁体和所述第二定子永磁体的尺寸相同，所述第一定子软铁和所述第二定子软铁的尺寸相同，所述定子永磁体的外径与所述定子软铁的外径之差的绝对值与所述定子软铁的外径之比小于或等于20％，所述定子永磁体的内径与所述定子软铁的内径之差的绝对值与所述定子软铁的内径之比小于或等于20％。

14.如权利要求1所述的磁轴承，其特征在于，所述转子组件和所述定子组件之间的间距小于或等于所述转子组件外径的10％。

15.如权利要求1所述的磁轴承，其特征在于，所述转子永磁体和所述定子永磁体的材料包括铷铁硼，和/或所述转子软铁和所述定子软铁的材料包括纯铁或硅钢，和/或所述径向定子极的材料包括导磁的铁磁性材料。

16.一种泵装置，其特征在于，包括：

泵头壳；

叶轮，所述叶轮设置于所述泵头壳内部；及

如权利要求1至15任一项所述的磁轴承的转子组件，所述转子组件设置于所述泵头壳内部，所述磁轴承被配置为带动所述叶轮围绕所述中心轴线旋转。

17.如权利要求16所述的泵装置，其特征在于，所述泵装置包括：

如权利要求1至15任一项所述的磁轴承的定子组件；

泵机外壳；及

驱动装置，设置于所述泵机外壳内，用于向所述磁轴承提供旋转力；

所述磁轴承的定子组件设置于所述泵机外壳内，所述泵头壳与所述泵机外壳可拆卸连接。

18.如权利要求17所述的泵装置，其特征在于，所述磁轴承的转子组件设置于所述泵头壳所限定的环形凹槽内，所述驱动装置接近于所述转子组件的一端，伸入所述泵头壳所限定的用于容纳所述转子组件的所述环形凹槽外所限定空间内，并被所述转子组件所围绕。

19.如权利要求18所述的泵装置，其特征在于，所述定子组件围绕所述泵头壳用于容纳所述转子组件的环形凹槽设置，所述泵机外壳内设置有用于容纳所述泵头壳至少一部分的泵头座，所述泵头座的至少一部分与所述泵头壳的至少一部分形状互补。