CN211449394U - 永磁偏置磁悬浮轴承、电机、压缩机和空调器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种永磁偏置磁悬浮轴承、电机、压缩机和空调器。该永磁偏置磁悬浮轴承包括轴向外定子铁芯、轴向内定子铁芯和径向定子铁芯，轴向外定子铁芯和轴向内定子铁芯之间形成第一径向间隙，第一径向间隙内设置有至少一组轴向控制绕组，轴向内定子铁芯和径向定子铁芯之间形成第二径向间隙，第二径向间隙内设置有径向充磁的永磁体，径向定子铁芯上设置有径向控制绕组。根据本申请的永磁偏置磁悬浮轴承，能够使得轴向自由度、径向两自由度控制系统的控制磁路相互独立，互不耦合，简化轴向‑径向自由度控制逻辑，提高三自由度控制系统的稳定性与可靠性。

Description

永磁偏置磁悬浮轴承、电机、压缩机和空调器

技术领域

本申请涉及电机技术领域，具体涉及一种永磁偏置磁悬浮轴承、电机、压缩机和空调器。

背景技术

磁悬浮轴承具有无接触、无磨损、高转速、高精度、不需要润滑和密封等一系列优良品质，是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学一体的高新技术产物。

磁悬浮轴承分为主动式、被动式、混合式三种类型，主动式磁悬浮轴承刚度大，可以精密控制，但产生单位承载力所需体积和功耗较大；被动式磁悬浮轴承利用磁性材料之间的吸力或斥力实现转子的悬浮，刚度和阻尼都比较低；混合式磁悬浮轴承运用永磁体提供偏置磁场取代主动式磁轴承中电磁铁产生的静态偏置磁场，减少控制绕组的安匝数，缩小轴承体积，提高轴承承载能力等；混合式磁悬浮轴承对体积和功耗有严格要求的领域有着不可替代的优势，磁悬浮轴承又主要应用于高速、超高速场合。因此，磁悬浮系统的集成化、微型化和提高控制系统的稳定性与可靠性将是重点研究方向。

现有技术中提供了一种轴-径向三自由度混合磁轴承结构，该方案能够实现径向-轴向三自由度控制，然而该方案在径向-轴向三自由度同时控制时，径向两自由度控制磁场与轴向单自由度控制磁场相互耦合，控制逻辑复杂，系统稳定性与可靠性低。

实用新型内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种永磁偏置磁悬浮轴承、电机、压缩机和空调器，能够使得轴向自由度、径向两自由度控制系统的控制磁路相互独立，互不耦合，简化轴向-径向自由度控制逻辑，提高三自由度控制系统的稳定性与可靠性。

为了解决上述问题，本申请提供一种永磁偏置磁悬浮轴承，包括沿径向由外而内依次间隔设置的轴向外定子铁芯、轴向内定子铁芯和径向定子铁芯，轴向外定子铁芯和轴向内定子铁芯之间形成第一径向间隙，第一径向间隙内设置有至少一组轴向控制绕组，轴向内定子铁芯和径向定子铁芯之间形成第二径向间隙，第二径向间隙内设置有径向充磁的永磁体，径向定子铁芯上设置有径向控制绕组，轴向控制绕组用于调节永磁体在轴向内定子铁芯两端的轴向气隙的偏置磁通，径向控制绕组用于调节永磁体在径向定子铁芯径向内侧的径向气隙的偏置磁通。

优选地，径向定子铁芯包括外环部、第一凸起和第二凸起，第一凸起和第二凸起均设置在外环部的内周侧，第一凸起设置在外环部的第一端，两个第一凸起沿竖直方向排布并相对设置，第二凸起设置在外环部的第二端，两个第二凸起沿水平方向排布并相对设置，第一凸起上绕制有径向竖直控制绕组，第二凸起上绕制有径向水平控制绕组。

优选地，第一凸起和第二凸起沿外环部的轴向间隔设置，两个第一凸起的排布方向垂直于两个第二凸起的排布方向。

优选地，第一凸起和第二凸起上的控制绕组各自独立控制；和/或，两个第一凸起上的控制绕组各自独立控制，两个第二凸起上的控制绕组各自独立控制。

优选地，轴向外定子铁芯、轴向内定子铁芯和径向定子铁芯的端面齐平。

优选地，轴向控制绕组为多组，多组轴向控制绕组并排设置，各组轴向控制绕组的通电方向相同，且各自独立控制。

优选地，第一径向间隙内设置有绝缘骨架，绝缘骨架上沿轴向设置有多个线槽，轴向控制绕组一一对应地设置在线槽内。

优选地，轴向内定子铁芯的内周侧设置有第一径向凸起，径向定子铁芯的外周侧设置有第二径向凸起，永磁体轴向限位在第一径向凸起和第二径向凸起所形成的限位空间内。

优选地，永磁偏置磁悬浮轴承还包括密封板，密封板封挡在轴向外定子铁芯、轴向内定子铁芯和径向定子铁芯的两端，并对轴向外定子铁芯、轴向内定子铁芯和径向定子铁芯进行轴向限位。

优选地，密封板包括多个环形筋和多个径向筋，环形筋沿径向间隔设置，径向筋沿周向间隔设置，并将环形筋固定连接在一起，轴向外定子铁芯、轴向内定子铁芯和径向定子铁芯的端部分别对应设置有一个环形筋。

优选地，与轴向外定子铁芯对应的环形筋设置在轴向外定子铁芯的端面外环部，与轴向内定子铁芯对应的环形筋设置在轴向内定子铁芯的端面内环部。

优选地，与轴向外定子铁芯对应的环形筋厚度小于或等于轴向外定子铁芯的径向厚度的1/2，与轴向内定子铁芯对应的环形筋厚度小于或等于轴向内定子铁芯的径向厚度的1/2。

优选地，永磁偏置磁悬浮轴承还包括转轴和沿轴向固定设置在转轴上的推力盘，径向定子铁芯套设在转轴外，并与转轴之间形成径向气隙，轴向外定子铁芯的两端分别设置有推力盘，轴向外定子铁芯与推力盘之间形成轴向气隙。

根据本申请的另一方面，提供了一种电机，包括永磁偏置磁悬浮轴承，该永磁偏置磁悬浮轴承为上述的永磁偏置磁悬浮轴承。

根据本申请的另一方面，提供了一种压缩机，包括永磁偏置磁悬浮轴承，该永磁偏置磁悬浮轴承为上述的永磁偏置磁悬浮轴承。

根据本申请的另一方面，提供了一种空调器，包括永磁偏置磁悬浮轴承，该永磁偏置磁悬浮轴承为上述的永磁偏置磁悬浮轴承。

本申请提供的永磁偏置磁悬浮轴承，包括沿径向由外而内依次间隔设置的轴向外定子铁芯、轴向内定子铁芯和径向定子铁芯，轴向外定子铁芯和轴向内定子铁芯之间形成第一径向间隙，第一径向间隙内设置有至少一组轴向控制绕组，轴向内定子铁芯和径向定子铁芯之间形成第二径向间隙，第二径向间隙内设置有径向充磁的永磁体，径向定子铁芯上设置有径向控制绕组，轴向控制绕组用于调节永磁体在轴向内定子铁芯两端的轴向气隙的偏置磁通，径向控制绕组用于调节永磁体在径向定子铁芯径向内侧的径向气隙的偏置磁通。本申请的永磁偏置磁悬浮轴承，设置在轴向内定子铁芯和径向定子铁芯之间的永磁体形成偏置磁场，该偏置磁场既能够通过轴向内定子铁芯为磁悬浮轴承提供稳定的轴向磁场作用，又能够通过径向定子铁芯为磁悬浮轴承提供稳定的径向磁场作用，同时由于轴向控制绕组能够利用轴向外定子铁芯和轴向内定子铁芯形成闭合的轴向控制磁路，径向控制绕组能够利用径向定子铁芯形成沿周向闭合的径向控制磁路，因此轴向控制绕组的磁路不会对径向定子铁芯造成影响，径向控制绕组的磁路也不会对轴向外定子铁芯和轴向内定子铁芯造成影响，可以使得径向控制磁场和轴向控制磁场相互对立，互不耦合，可以简化磁悬浮轴承的控制逻辑，提高磁悬浮轴承三自由度系统的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本申请实施例的永磁偏置磁悬浮轴承的分解结构示意图；

图2为本申请实施例的永磁偏置磁悬浮轴承的立体剖视结构图；

图3为本申请实施例的永磁偏置磁悬浮轴承的剖视结构图；

图4为本申请实施例的永磁偏置磁悬浮轴承的径向竖直和轴向方向的磁路控制图；

图5为本申请实施例的永磁偏置磁悬浮轴承的径向竖直和轴向方向的端面磁路控制图；

图6为本申请实施例的永磁偏置磁悬浮轴承的径向水平和轴向方向的磁路控制图；

图7为本申请实施例的永磁偏置磁悬浮轴承的径向水平和轴向方向的端面磁路控制图。

附图标记表示为：

1、轴向外定子铁芯；2、轴向内定子铁芯；3、径向定子铁芯；4、第一径向间隙；5、第二径向间隙；6、轴向控制绕组；7、径向竖直控制绕组；8、永磁体；9、外环部；10、第一凸起；11、第二凸起；12、绝缘骨架；13、第一径向凸起；14、第二径向凸起；15、密封板；16、环形筋；17、径向筋；18、转轴；19、推力盘；20、径向水平控制绕组。

具体实施方式

结合参见图1至图7所示，根据本申请的实施例，永磁偏置磁悬浮轴承包括沿径向由外而内依次间隔设置的轴向外定子铁芯1、轴向内定子铁芯2和径向定子铁芯3，轴向外定子铁芯1和轴向内定子铁芯2之间形成第一径向间隙4，第一径向间隙4内设置有至少一组轴向控制绕组6，轴向内定子铁芯2和径向定子铁芯3之间形成第二径向间隙5，第二径向间隙5内设置有径向充磁的永磁体8，径向定子铁芯3上设置有径向控制绕组，轴向控制绕组6用于调节永磁体8在轴向内定子铁芯2两端的轴向气隙的偏置磁通，径向控制绕组用于调节永磁体8在径向定子铁芯3径向内侧的径向气隙的偏置磁通。

本申请的永磁偏置磁悬浮轴承，设置在轴向内定子铁芯2和径向定子铁芯3之间的永磁体8形成偏置磁场，该偏置磁场既能够通过轴向内定子铁芯2为磁悬浮轴承提供稳定的轴向磁场作用，又能够通过径向定子铁芯3为磁悬浮轴承提供稳定的径向磁场作用，同时由于轴向控制绕组6能够利用轴向外定子铁芯1和轴向内定子铁芯2形成闭合的轴向控制磁路，径向控制绕组能够利用径向定子铁芯3形成沿周向闭合的径向控制磁路，因此轴向控制绕组6的磁路不会对径向定子铁芯3造成影响，径向控制绕组的磁路也不会对轴向外定子铁芯1和轴向内定子铁芯2造成影响，可以使得径向控制磁场和轴向控制磁场相互对立，互不耦合，可以简化磁悬浮轴承的控制逻辑，提高磁悬浮轴承三自由度系统的稳定性和可靠性。

上述的永磁体8例如为永磁环，也可以为沿径向定子铁芯3的外周壁周向间隔排布的多个永磁块。

径向定子铁芯3包括外环部9、第一凸起10和第二凸起11，第一凸起10和第二凸起11均设置在外环部9的内周侧，第一凸起10设置在外环部9的第一端，两个第一凸起10沿竖直方向排布并相对设置，第二凸起11设置在外环部9的第二端，两个第二凸起11沿水平方向排布并相对设置，第一凸起10上绕制有径向竖直控制绕组7，第二凸起11上绕制有径向水平控制绕组20。其中第一凸起10形成磁悬浮轴承的径向竖直定子铁芯，第二凸起11形成磁悬浮轴承的径向水平定子铁芯。

在本实施例中，两个第一凸起10的结构相同，且相对于径向定子铁芯3的中心轴线对称设置，两个第一凸起10分别位于径向定子铁芯3的同一直径的两端，形成对称的结构，从而能够保证设置在两个第一凸起10上的径向竖直控制绕组7形成的径向竖直磁场稳定均衡，有利于实现转轴18的竖直方向的径向调节。

两个第二凸起11的结构与第一凸起10的结构相同，只不过两个第二凸起11是沿水平方向设置在外环部9的内周侧。两个第二凸起11的结构相同且对称设置，能够保证设置在两个第二凸起11上的径向水平控制绕组20形成的径向水平磁场稳定均衡，有利于实现转轴18的水平方向的径向调节。

由于两个第一凸起10设置在外环部9的内周侧的第一端，因此可以使得两个第一凸起10与设置在外环部9第一端的端部外侧的推力盘19之间的间距较小，永磁体8的磁力线可以经两个第一凸起10沿径向进入到转轴18内，形成封闭的磁路，从而实现对径向竖直方向的气隙的调节。同时，由于两个第一凸起10与设置在外环部9第二端的端部外侧的推力盘19之间的间距较大，因此能够避免磁力线经第二凸起11所在端进入到转轴18内，避免径向竖直控制绕组7的磁场对径向水平控制绕组20的磁场造成影响，避免两者之间的磁场发生耦合，使得实现水平控制磁场与竖直控制磁场相互独立，径向水平与竖直方向自由度多绕组控制，磁悬浮径向系统的稳定性和可靠性高。

优选地，第一凸起10和第二凸起11沿外环部9的轴向间隔设置，两个第一凸起10的排布方向垂直于两个第二凸起11的排布方向。由于第一凸起10和第二凸起11沿轴向间隔设置，因此能够更加有效地避免径向水平控制磁场与径向竖直控制磁场之间发生磁耦合，使得径向竖直控制绕组7沿外环部9周向的磁场不会与径向水平控制绕组20沿外环部9周向的磁场发生耦合，进一步提高磁悬浮径向系统的稳定性和可靠性高。

第一凸起10和第二凸起11上的控制绕组各自独立控制，可以实现径向水平与径向竖直两自由度控制系统分离，使得径向水平与径向竖直方向自由度控制磁路相互独立，简化径向自由度控制逻辑，提高磁悬浮轴承径向控制的稳定性与可靠性。

优选地，两个第一凸起10上的控制绕组各自独立控制，两个第二凸起11上的控制绕组各自独立控制，可以实现径向水平自由度多绕组控制和径向竖直自由度多绕组控制，能够有效避免在单一绕组控制故障时，磁悬浮轴承处于无控制状态，能够利用其它的控制绕组实现对磁悬浮轴承的控制。由于第一凸起10和第二凸起11沿轴向间隔设置，使得径向水平控制磁场与径向竖直控制磁场之间有足够的距离，不会发生相互耦合，因此当单一的径向水平控制绕组20发生故障时，径向竖直控制绕组7所产生的磁场不会对径向水平控制绕组20所产生的磁场造成影响而造成径向水平磁路不稳定，此时只需要调整另外一个正常工作的单一径向水平控制绕组20的电流方向和大小，就能够方便地实现对于转轴18的径向水平的位置调节，保证了磁悬浮轴承的正常稳定工作。

优选地，轴向外定子铁芯1、轴向内定子铁芯2和径向定子铁芯3的端面齐平，能够保证轴向控制绕组6和永磁体8的磁力线均能够顺利通过轴向外定子铁芯1、轴向内定子铁芯2和径向定子铁芯3与推力盘19之间形成闭合磁路，有效保证了轴向控制绕组6以及永磁体8与推力盘19之间的磁作用力，方便实现对于转轴18的轴向位置的调节。

优选地，轴向控制绕组6为多组，多组轴向控制绕组6并排设置，各组轴向控制绕组6的通电方向相同，且各自独立控制，能够在轴向控制绕组6中的单一绕组发生控制故障时，通过调节其它正常工作的轴向控制绕组6的电流方向和大小实现对磁悬浮轴承的有效控制，避免磁悬浮轴承在轴向控制上处于无控制状态，提高磁悬浮轴承的稳定性与可靠性。

第一径向间隙4内设置有绝缘骨架12，绝缘骨架12上沿轴向设置有多个线槽，轴向控制绕组6一一对应地设置在线槽内。在本实施例中，轴向外定子铁芯1的内周侧设置有径向止挡凸起，轴向内定子铁芯2的外周侧设置有径向止挡凸起，多级轴向控制绕组6缠绕于绝缘骨架12上，通过粘胶和绑扎工艺实现绕组与绝缘骨架的固定，绝缘骨架12通过过盈配合或粘胶的方式内嵌在轴向外定子铁芯1内，绝缘骨架12固定在两个径向止挡凸起之间，轴向外定子铁芯1内周侧的径向止挡凸起对绝缘骨架12形成轴向限位。轴向内定子铁芯2通过过盈的方式内嵌于绝缘骨架12内，轴向内定子铁芯2外周的径向止挡凸起对自身进行轴向定位。

轴向内定子铁芯2的内周侧设置有第一径向凸起13，径向定子铁芯3的外周侧设置有第二径向凸起14，永磁体8轴向限位在第一径向凸起13和第二径向凸起14所形成的限位空间内。

永磁偏置磁悬浮轴承还包括密封板15，密封板15封挡在轴向外定子铁芯1、轴向内定子铁芯2和径向定子铁芯3的两端，并对轴向外定子铁芯1、轴向内定子铁芯2和径向定子铁芯3进行轴向限位。

密封板15包括多个环形筋16和多个径向筋17，环形筋16沿径向间隔设置，径向筋17沿周向间隔设置，并将环形筋16固定连接在一起，轴向外定子铁芯1、轴向内定子铁芯2和径向定子铁芯3的端部分别对应设置有一个环形筋16。采用本实施例的密封板15，能够在密封板15上形成多个通槽，能够避免密封板15对磁力线造成阻碍，降低轴向控制绕组6和永磁体8对推力盘19的轴向位置调节作用，提高磁悬浮轴承轴向位置调节的灵敏度和准确度。

在本实施例中，与轴向外定子铁芯1对应的环形筋16设置在轴向外定子铁芯1的端面外环部9，与轴向内定子铁芯2对应的环形筋16设置在轴向内定子铁芯2的端面内环部。

在本实施例中，与轴向外定子铁芯1对应的环形筋16厚度小于或等于轴向外定子铁芯1的径向厚度的1/2，与轴向内定子铁芯2对应的环形筋16厚度小于或等于轴向内定子铁芯2的径向厚度的1/2，能够保证轴向外定子铁芯1和轴向内定子铁芯2上暴露足够的面积，使得轴向控制绕组6有足够的磁力线能够穿过密封板15到达推力盘19，实现对推力盘19的轴向位置的有效调节，降低了密封板15的设置对磁悬浮轴承的灵敏度的影响。

永磁环通过加热方式内嵌于轴向内定子铁芯2的内周侧，径向定子铁芯3通过过盈配合的方式内嵌于永磁环的内周侧，轴向内定子铁芯2的第一径向凸起13、径向定子铁芯3的第二径向凸起14对永磁环进行轴向定位，实现永磁环的固定支撑，通过左右两端的密封板15对轴承的轴向自由度控制系统与径向两自由度控制系统进行轴向密封固定，实现径向-轴向系统组件的固定装配。

永磁偏置磁悬浮轴承还包括转轴18和沿轴向固定设置在转轴18上的推力盘19，径向定子铁芯3套设在转轴18外，并与转轴18之间形成径向气隙，轴向外定子铁芯1的两端分别设置有推力盘19，轴向外定子铁芯1与推力盘19之间形成轴向气隙。

在本实施例的磁悬浮轴承中，轴向外定子铁芯1、两端的推力盘19、轴向内定子铁芯2、轴向控制绕组6形成轴向自由度控制系统，多级轴向控制绕组6形成相同轴向控制磁场，对转轴的轴向单自由度进行控制；径向竖直定子铁芯、径向水平定子铁芯、径向竖直控制绕组7、径向水平控制绕组20、径向控制组件形成径向两自由度控制系统，径向竖直与径向水平自由度由多组绕组调控，形成相互独立的竖直控制磁场与水平控制磁场，对转轴径向两自由度控制；轴-径向三自由度对应的控制磁场相互独立，互不耦合，可实现转轴三自由度的独立调控，从而简化磁悬浮三自由度系统的控制逻辑，提高系统的稳定性与可靠性。

轴向自由度控制工作原理如图4至图7所示，永磁环(外S内N)产生偏置磁场经过轴向内定子铁芯2、左、右轴向主气隙、推力盘19、转轴18、径向竖直气隙、径向竖直定子铁芯构成闭合回路，形成轴向-竖直径向竖直偏置磁场B。在左、右轴向主气隙中形成偏置磁通，当转轴18处于两侧推力盘19中间位置时，左、右轴向主气隙中磁通量相同，转轴18在轴向处于平衡状态。当转轴18承受向左冲击载荷时，转轴18向左偏移，左侧间隙变小，右侧间隙变大，形成左侧主气隙中的磁通增大，右侧主气隙中磁通减小，因当磁极面积一定时，磁场吸力大小与磁通的平方成正比，因此转轴18所受向左的力大于其向右的力，在合力作用下，转轴将持续向左运动，不能回复到平衡位置。此时多组轴向控制绕组6通入相互独立且方向相同的控制电流产生控制磁场，通过轴向内定子铁芯2、左、右轴向主气隙、推力盘19、左、右轴向副气隙、轴向外定子铁芯1构成闭合回路，形成轴向控制磁路A，轴向控制绕组6通过改变电流大小和方向，形成与左侧轴向主气隙中偏置磁通方向相反、右侧轴向主气隙中偏置磁通相同的轴向控制磁路A，使右侧轴向主气隙中的磁通大于左侧轴向主气隙中的磁通，转轴将向右侧移动，直至转轴恢复到平衡位置，轴向控制绕组6停止通电，实现转轴轴向自由度控制。多组轴向控制绕组6中绕组相互独立，其中一条绕组发生断路时，其他轴向控制绕组可调整控制电流大小产生相同控制磁场，防止转轴出现无控制的状态，增加磁悬浮轴向控制系统的稳定性与可靠性。

上述的轴向主气隙是指轴向内定子铁芯2两端所对应的气隙，轴向副气隙是指轴向外定子铁芯1两端所对应的气隙。

径向两自由度控制原理如图4至图7所示，永磁环产生轴向-径向竖直偏置磁场B(轴向控制系统中已介绍)在径向竖直气隙中形成偏置磁通；永磁环(外S内N)产生偏置磁场，通过左端径向水平定子铁芯、径向水平气隙、转轴18、左端推力盘19、轴向内定子铁芯2构成闭合回路，形成轴向-径向竖直偏置磁路，在径向竖直气隙中形成偏置磁通，当转轴径向处于平衡状态时，径向竖直气隙、径向水平气隙中的偏置磁通相同，径向水平定子铁芯、径向竖直定子铁芯对转轴的吸力相同，当转轴承受在竖直方向向下载荷冲击时，转轴竖直向下移动，径向竖直气隙中的偏置磁通发生改变，上端气隙磁通变小，下端气隙磁通变大，径向定子对转轴向下的吸力大于向上的吸力，转轴具有持续向下偏移的趋势，无法恢复到平衡位置。此时需径向竖直控制绕组7通入控制电流，产生控制磁场，通过径向竖直定子铁芯、径向竖直气隙、转轴18构成闭合回路，形成竖直控制磁场。通过改变控制电流的大小与方向，使竖直控制磁场方向与径向竖直上端气隙中偏置磁通方向相同，与径向竖直下端气隙中偏置磁通方向相反，使径向竖直上端气隙中的磁通大于下端气隙中的磁通，径向竖直定子铁芯对转速的总合力向上，使转轴向上移动，直至恢复到平衡位置，径向水平自由度的控制原理与径向竖直自由度控制原理相同，不同之处在于，永磁环产生轴向-径向水平偏置磁场C在径向水平气隙中形成偏置磁通。水平方向上的2个控制绕组相互对立，一端出故障，另一端可以继续实现水平、方向的控制功能，防止转轴出现无控制的状态。同理竖直方向上的控制绕组也相互独立，且竖直方向与水平方向的控制磁路互不耦合，可以根据需求自由调控水平与竖直自由度磁力，简化径向自由度系统的控制逻辑，提高磁悬浮径向控制系统的稳定性与可靠性。

径向-轴向三自由度独立控制：轴向控制系统与径向控制系统共用永磁环产生的轴向-径向偏置磁场。轴向控制系统中多组轴向控制绕组6产生轴向控制磁场A调节左、右轴向气隙中偏置磁通，实现轴向单自由度控制；径向控制系统中径向竖直控制绕组7产生竖直控制磁场D调节径向竖直上、下气隙中的偏置磁通，实现径向竖直自由度的控制，径向水平自由度控制与径向竖直自由度控制原理相同，不同之处在于，径向控制系统中径向水平控制绕组20产生水平控制磁场E调节径向水平气隙中的偏置磁通，实现径向水平自由度的控制。轴向控制磁路、径向水平控制磁路、径向竖直控制磁路相互独立，互不耦合，可以根据各自自由度上转轴发生的偏移量来通过调节轴向-径向竖直-径向水平控制绕组中的控制电流的大小与方向，实现转轴三自由度的独立控制。多组轴向控制绕组6中的控制绕组相互独立，径向水平-竖直各自由度方向上的2个控制绕组也相互独立，实现径向-轴向三自由度多绕组控制，从而提高磁悬浮控制系统的稳定性与可靠性。

根据本申请的实施例，电机包括永磁偏置磁悬浮轴承，该永磁偏置磁悬浮轴承为上述的永磁偏置磁悬浮轴承。

根据本申请的实施例，压缩机包括永磁偏置磁悬浮轴承，该永磁偏置磁悬浮轴承为上述的永磁偏置磁悬浮轴承。

根据本申请的实施例，空调器包括永磁偏置磁悬浮轴承，该永磁偏置磁悬浮轴承为上述的永磁偏置磁悬浮轴承。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (16)

1.一种永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，包括沿径向由外而内依次间隔设置的轴向外定子铁芯(1)、轴向内定子铁芯(2)和径向定子铁芯(3)，所述轴向外定子铁芯(1)和所述轴向内定子铁芯(2)之间形成第一径向间隙(4)，所述第一径向间隙(4)内设置有至少一组轴向控制绕组(6)，所述轴向内定子铁芯(2)和所述径向定子铁芯(3)之间形成第二径向间隙(5)，所述第二径向间隙(5)内设置有径向充磁的永磁体(8)，所述径向定子铁芯(3)上设置有径向控制绕组，所述轴向控制绕组(6)用于调节所述永磁体(8)在所述轴向内定子铁芯(2)两端的轴向气隙的偏置磁通，所述径向控制绕组用于调节所述永磁体(8)在所述径向定子铁芯(3)径向内侧的径向气隙的偏置磁通。

2.根据权利要求1所述的永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，所述径向定子铁芯(3)包括外环部(9)、第一凸起(10)和第二凸起(11)，所述第一凸起(10)和所述第二凸起(11)均设置在所述外环部(9)的内周侧，所述第一凸起(10)设置在所述外环部(9)的第一端，两个所述第一凸起(10)沿竖直方向排布并相对设置，所述第二凸起(11)设置在所述外环部(9)的第二端，两个所述第二凸起(11)沿水平方向排布并相对设置，所述第一凸起(10)上绕制有径向竖直控制绕组(7)，所述第二凸起(11)上绕制有径向水平控制绕组(20)。

3.根据权利要求2所述的永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一凸起(10)和所述第二凸起(11)沿所述外环部(9)的轴向间隔设置，两个所述第一凸起(10)的排布方向垂直于两个所述第二凸起(11)的排布方向。

4.根据权利要求2所述的永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一凸起(10)和所述第二凸起(11)上的控制绕组各自独立控制；和/或，两个所述第一凸起(10)上的控制绕组各自独立控制，两个所述第二凸起(11)上的控制绕组各自独立控制。

5.根据权利要求1所述的永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴向外定子铁芯(1)、轴向内定子铁芯(2)和径向定子铁芯(3)的端面齐平。

6.根据权利要求1所述的永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴向控制绕组(6)为多组，多组所述轴向控制绕组(6)并排设置，各组所述轴向控制绕组(6)的通电方向相同，且各自独立控制。

7.根据权利要求1所述的永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一径向间隙(4)内设置有绝缘骨架(12)，所述绝缘骨架(12)上沿轴向设置有多个线槽，所述轴向控制绕组(6)一一对应地设置在所述线槽内。

8.根据权利要求1所述的永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴向内定子铁芯(2)的内周侧设置有第一径向凸起(13)，所述径向定子铁芯(3)的外周侧设置有第二径向凸起(14)，所述永磁体(8)轴向限位在所述第一径向凸起(13)和所述第二径向凸起(14)所形成的限位空间内。

9.根据权利要求1所述的永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，所述永磁偏置磁悬浮轴承还包括密封板(15)，所述密封板(15)封挡在所述轴向外定子铁芯(1)、轴向内定子铁芯(2)和径向定子铁芯(3)的两端，并对所述轴向外定子铁芯(1)、轴向内定子铁芯(2)和径向定子铁芯(3)进行轴向限位。

10.根据权利要求9所述的永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，所述密封板(15)包括多个环形筋(16)和多个径向筋(17)，所述环形筋(16)沿径向间隔设置，所述径向筋(17)沿周向间隔设置，并将所述环形筋(16)固定连接在一起，所述轴向外定子铁芯(1)、轴向内定子铁芯(2)和径向定子铁芯(3)的端部分别对应设置有一个所述环形筋(16)。

11.根据权利要求10所述的永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，与所述轴向外定子铁芯(1)对应的环形筋(16)设置在所述轴向外定子铁芯(1)的端面外环部(9)，与所述轴向内定子铁芯(2)对应的所述环形筋(16)设置在所述轴向内定子铁芯(2)的端面内环部。

12.根据权利要求11所述的永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，与所述轴向外定子铁芯(1)对应的环形筋(16)厚度小于或等于所述轴向外定子铁芯(1)的径向厚度的1/2，与所述轴向内定子铁芯(2)对应的所述环形筋(16)厚度小于或等于所述轴向内定子铁芯(2)的径向厚度的1/2。

13.根据权利要求2所述的永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，所述永磁偏置磁悬浮轴承还包括转轴(18)和沿轴向固定设置在所述转轴(18)上的推力盘(19)，所述径向定子铁芯(3)套设在所述转轴(18)外，并与所述转轴(18)之间形成径向气隙，所述轴向外定子铁芯(1)的两端分别设置有所述推力盘(19)，所述轴向外定子铁芯(1)与所述推力盘(19)之间形成轴向气隙。

14.一种电机，包括永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，所述永磁偏置磁悬浮轴承为权利要求1至13中任一项所述的永磁偏置磁悬浮轴承。

15.一种压缩机，包括永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，所述永磁偏置磁悬浮轴承为权利要求1至13中任一项所述的永磁偏置磁悬浮轴承。

16.一种空调器，包括永磁偏置磁悬浮轴承，其特征在于，所述永磁偏置磁悬浮轴承为权利要求1至13中任一项所述的永磁偏置磁悬浮轴承。

Images