CN220964538U - 无背轭磁性轴承一体化电机 - Google Patents

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高成炫
金元颢
金光洙
郑栋薰
李承炫
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Abstract

以下公开的内容涉及一种无背轭磁性轴承一体化电机，特别是一种无背轭磁性轴承一体化电机，其中在永磁电机中取消了背轭，在转子内安装了磁性轴承，从而将磁性轴承与电机一体化。

Description

无背轭磁性轴承一体化电机
技术领域
以下公开的内容涉及一种无背轭磁性轴承一体化电机，特别是一种无背轭磁性轴承一体化电机，其中在永磁电机中取消了背轭，在转子内安装了磁性轴承，从而将磁性轴承与电机一体化。
背景技术
电机指的是一种将电能转换为旋转能(即机械能)以执行机械功的电机。对此类电机的高功率、高效率、小型化、轻量化、超高速、低噪音、低振动和高可靠性等技术要求已经得到了推进和积极的研究。
电机主要包括绕有绕组的定子、由定子绕组产生旋转磁场而旋转的转子，以及与转子相连的轴，轴上装有诸如风扇负载。电机可分为多种类型，其中永磁电机是指通过利用埋在电机转子中或附着在转子表面的永磁体产生磁场而形成扭矩的电机。
图1是显示现有技术的永磁电机和轴承的视图。电机10包括绕有绕组的定子11、由定子绕组产生旋转磁场而旋转的转子15和与转子15相连的轴14，轴14上装有诸如风扇的负载，在这里，转子15可以包括以环形排列的永磁体12和背轭13(back yoke)，在背轭13中形成了永磁体12的磁通通道。在永磁电机10中，永磁体12被置于定子绕组产生的旋转磁场中，并在磁场的吸引和排斥力作用下与旋转轴一起旋转。永磁电机是一项可以满足不断发展的技术需求的关键技术，随着电磁设计技术的发展，人们积极开展了轴承研究，以确保高速旋转过程中的结构稳定性。
在这方面，如图1所示，轴承20与旋转轴相连，以支撑永磁电机10的负载并控制永磁电机10的旋转。作为现有技术中的一种轴承，主要使用图1(a)所示的滚动轴承20。滚动轴承20的优点是通过其中的刚性球21承受载荷和摩擦，承受相对较大的载荷，而且价格低廉；但是，由于滚动轴承20是接触式轴承，滚动轴承20需要润滑系统，因此在噪音大、功率损耗大、振动大和寿命短方面存在缺点。
同时，图1(b)显示了磁性轴承30。磁性轴承30是指通过磁悬浮减少定子11和转子15之间的摩擦接触并控制转子15转动的轴承。与滚动轴承20相比，磁性轴承30的控制更精确，摩擦损耗更小，噪音更低，可以高速旋转，作为非接触式轴承具有很高的耐用性；但是，由于转子15的旋转是在电机的两个外侧控制的，因此磁性轴承30在尺寸增大的情况下会受到机械限制。
此外，根据现有技术，本申请中的永磁电机10通过在永磁体12内部的背轭13形成磁性轴承插入转子的结构，在减小整个电机系统尺寸方面具有局限性。
同时，当哈尔巴赫(Halbach)阵列应用于现有技术中永磁电机的永磁体时，永磁体环形内部(即中心侧)的磁通路径大小会减小，但反之，环形外部的磁通路径大小会增大。因此，阻碍转子沿特定方向旋转的作为扭转力的齿槽转矩可能会增加，并且相·线电压的总谐波失真(THD)可能会增加，产生许多对电机性能产生不利影响的谐波分量。这会在旋转过程中产生阻力系数。
[现有技术文件]
韩国专利申请号10-0224533(1999.07.14.)
实用新型内容
技术问题本申请的一个实施例旨在提供一种无背轭磁性轴承一体化电机，该电机取消了永磁电机中的背轭，并在转子内安装了磁性轴承，从而将磁性轴承与电机一体化。
在一个总体方面，一种无背轭磁性轴承一体化电机包括：定子模块，其包括缠绕有定子绕组的圆柱形定子芯；转子模块，设置在所述定子模块内部，所述转子模块包括具有内部空间的空心轴和永磁体模块，所述永磁体模块包括设置在所述空心轴外表面的多个永磁体；磁性轴承模块，设置在空心轴内部，使空心轴从中心沿径向悬浮，其中，多个永磁体布置成哈尔巴赫阵列。
磁性轴承模块可包括至少一个与定子模块具有相同轴线的磁性轴承，并从轴线径向悬浮转子模块。
磁性轴承可包括：与定子模块具有相同轴线的中心轴；与中心轴耦合的多个轴承齿，在径向上形成柱状，并在圆周方向上彼此间隔开；从多个轴承齿的两端沿圆周方向延伸的轴承极靴；以及缠绕在多个轴承齿中每一个的轴承绕组。
在永磁体模块中，具有向内或向外径向磁力线的多个第一永磁体和具有圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体可形成环形哈尔巴赫阵列，每个第一永磁体和第二永磁体的内圆周表面可布置在作为空心轴表面的同一圆周上。
在永磁体模块中，具有径向向内或向外磁力线的多个第一永磁体和具有在圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体可形成环形哈尔巴赫阵列，第二永磁体的内圆周表面的至少一部分可沿中心方向插入空心轴，第二永磁体的外圆周表面可与第一永磁体的外圆周表面形成台阶差。
第一永磁体和第二永磁体外圆周表面之间的台阶差可以是第一永磁体厚度的36％或更小。
在永磁体模块中，具有向内或向外径向磁力线的多个第一永磁体和具有在圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体可形成环形哈尔巴赫阵列，并且第一永磁体可以包括从中心到边缘逐渐减小的厚度。
第一永磁体横截面边缘的厚度可以是第一永磁体中心厚度的65％或以上，并小于100％。
空心轴可包括：设置在磁性轴承模块侧的第一层，以及设置在第一层上方及永磁体模块侧的第二层，形成第二层的材料的相对磁导率小于形成第一层的材料的相对磁导率。
形成第二层的材料的相对磁导率可为20或更低。
在另一个总的方面，一种无背轭磁性轴承一体化电机包括：定子模块，其包括缠绕有定子绕组的圆柱形定子芯；转子模块，围绕定子模块并包括具有多个永磁体的永磁体模块和空心轴，其中永磁体模块固定于空心轴的内表面；磁性轴承模块，围绕空心轴，使转子模块从中心方向悬浮，其中，多个永磁体布置成哈尔巴赫阵列。
在永磁体模块中，具有径向向内或向外磁力线的多个第一永磁体和具有在圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体可形成环形哈尔巴赫阵列，第一永磁体和第二永磁体中的每一个的外圆周可布置在作为空心轴表面的同一圆周上。
在永磁体模块中，具有径向向内或向外磁力线的多个第一永磁体和具有在圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体可形成环形哈尔巴赫阵列，第二永磁体的外圆周表面插入空心轴，未插入空心轴的内圆周表面可与第一永磁体的内圆周表面形成台阶差。
在永磁体模块中，具有向内或向外径向磁力线的多个第一永磁体和具有圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体可形成环形哈尔巴赫阵列，第一永磁体可以包括从中心到边缘逐渐减小的厚度。
空心轴可包括：设置在磁性轴承模块侧的第一层，以及设置在第一层下方及永磁体模块侧的第二层，形成第二层的材料的相对磁导率可以小于形成第一层的材料的相对磁导率。
其他特征和方面将从以下详细描述、说明书附图和权利要求中变得显而易见。
根据本申请，永磁体的磁场不施加到环形内部(即朝向中心)，因此可以取消现有技术中作为磁通通道的背轭，从而可以将磁性轴承模块包含在转子模块内部，从而显著减小磁性轴承一体化电机的尺寸。
此外，由于磁性轴承可以控制空心轴内的转子模块，因此可以实现磁性轴承一体化永磁电机。
此外，当将具有顺时针或逆时针方向磁力线的第二永磁体放入空心轴中时，可减少永磁体作用在气隙侧的磁场，从而降低齿槽转矩和相/线电压的THD，同时保持现有第一实施例的永磁体模块和空心轴中的磁通密度。
此外，定子模块的定子绕组产生的磁通量、永磁体模块产生的磁通量和磁性轴承产生的磁通量之间的相互作用，可以通过由相对磁导率为20或更小的材料(即接近非磁性材料)形成的第二层来防止。
附图说明
图1是显示现有技术的永磁电机和轴承的立体图。
图2是本申请的无背轭磁性轴承一体化电机的立体图。
图3是本申请的无背轭磁性轴承一体化电机的平面图。
图4是本申请的无背轭磁性轴承一体化电机的局部平面图。
图5是本申请的无背轭磁性轴承一体化电机的分解透视图。
图6至11是根据本申请第一至第六实施例的无背轭磁性轴承一体化电机的部分放大视图。
图12是本申请的无背轭磁性轴承一体化外转子型电机的立体图。
图13是本申请的无背轭磁性轴承一体化外转子型电机的平面图。
图14是本申请的无背轭磁性轴承一体化外转子型电机的分解透视图。
图15A-15D和16A-16G是本申请的无背轭磁性轴承一体化电机的有限元分析模拟结果。
具体实施方式
下面将参照附图对本申请进行描述。
图2是本申请的无背轭磁性轴承一体化电机的立体图，图3是图2的平面图，图4是图2的局部平面图，图5是图2的分解立体图。根据本申请的一个实施例，无背轭磁性轴承一体化电机100可以是使用永磁体的内转子型电机。
如图所示，本申请的电机100包括定子模块100，包括圆柱形定子铁芯120，定子铁芯120周围绕有定子绕组110；转子模块200，包括设置在所述定子模块100内部，所述转子模块200包括具有内部空间的空心轴220和永磁体模块210，所述永磁体模块210包括设置在所述空心轴220外表面的多个永磁体；以及磁性轴承模块300，设置在空心轴220内部并使空心轴220沿中心径向悬浮。此时，永磁体模块210的永磁体可排列成哈尔巴赫阵列。
在这里，磁性轴承模块300和定子模块100的相对位置可以机械固定。此外，磁性轴承模块300和定子模块100可以具有相同的轴线。根据本申请，永磁体模块210通过绕在定子铁芯120上的定子绕组110产生的磁场产生旋转磁场，从而使永磁体模块210旋转。当永磁体模块210旋转时，与永磁体模块210相连的空心轴220也会旋转，与空心轴220一端相连的诸如风扇的负载可能会旋转并产生机械能。
同时，如上所述，现有技术中的永磁电机具有背轭，在背轭中形成永磁体的磁通通道，由于背轭的构造，通过本申请提出的将磁性轴承插入转子的形成结构来减小整个电机系统的尺寸存在局限性。
然而，根据本申请，永磁体模块210中包含的多个永磁体可以布置成哈尔巴赫阵列，在哈尔巴赫阵列中，与环形永磁体装置内部形成的磁场相比，与磁体在相同方向上的布置相比，向外形成的磁场可能非常大。利用这种配置，永久磁铁的磁场不向环形内部(即向中心)施加，因此可以取消现有技术中作为磁通通道的背轭，并且通过消除背轭，可以将磁性轴承模块300包含在转子模块200内部，从而显著减小磁性轴承一体化电机的尺寸。
参考图3至5中，磁性轴承模块300包括至少一个磁性轴承310，其轴线与定子模块100的轴线相同，并从中心轴线314沿径向悬浮转子模块200。
更具体地说，磁性轴承310可包括与定子模块100的轴线相同的中心轴314，与中心轴314相连接的多个轴承齿311，轴承齿311在径向上形成柱状，并在圆周方向上相互间隔，从轴承齿311两侧在圆周方向上延伸的轴承极靴312以及绕在多个轴承齿311上的轴承绕组313。通过这种配置，磁性轴承310可以控制空心轴220内的转子模块200，从而实现无背轭磁性轴承一体化永磁电机100。
如图5所示，可提供两个磁性轴承310，并可在轴向方向上相互隔开。每个磁性轴承310都可以通过向不同方向拉动中心轴314来稳定地支撑负载的重量，例如耦合到空心轴220一端的风扇。
磁性轴承模块300可包括距离测量单元，其中包括多个间隙传感器，用于测量多个磁性轴承310与空心轴220之间的各自距离；电流测量单元，用于测量施加到多个磁性轴承310中每个轴承绕组313上的电流；以及控制器，用于根据距离测量单元测量的距离信息和电流测量单元测量的电流信息，控制每个磁性轴承310中的电流。
由于空心轴220的一端连接有如风扇等负载，因此空心轴220的轴线可能会因负载的重量而偏离中心。因此，根据距离测量单元测得的距离信息和电流测量单元测得的电流信息，当空心轴220从中心偏向一侧时，控制器可通过控制绕在磁性轴承310的多个轴承齿311中的每一个上的轴承绕组313中流动的电流，将空心轴220的轴线保持为中心。通过这种配置，磁性轴承310可以控制电机内部的转子模块200。
图6至11分别是根据本申请第一至第六实施例的电机的局部放大视图，下文将对本申请的各个实施例进行描述。
图6显示了本申请的第一实施例，如图所示，在转子模块200的永磁体模块210中，具有径向向内或向外磁力线的多个第一永磁体211和具有在圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体212形成环形哈尔巴赫阵列，第一永磁体和第二永磁体中的每一个的外圆周可布置在作为空心轴表面的同一圆周上。
此时，永磁体模块210环形内侧(即中心侧)的磁通量路径的大小因哈尔巴赫阵列而减小，但反之，环形外侧的磁通量路径的大小增大。相应地，齿槽转矩(阻止转子模块200沿特定方向旋转的扭转力)增加，从而增加相线电压的总谐波失真(THD)，这可能成为旋转过程中的阻力因素。这是因为随着总谐波失真(THD)的增加，会产生大量对电机性能产生不利影响的谐波成分。因此，本申请公开了一种能够降低齿槽转矩和相线电压总谐波失真(THD)的永磁体布置。
图7显示了本申请的第二个实施例。如图所示，在转子模块200的永磁体模块210中，具有径向向内或向外磁力线的多个第一永磁体211和具有在圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体212形成环形哈尔巴赫阵列，第二永磁体212的内圆周表面的至少一部分可沿中心方向插入空心轴220，第二永磁体212的外圆周表面与第一永磁体211的外圆周表面形成台阶差。
由于这种结构，当磁力线将第二块永磁体212沿顺时针或逆时针方向放入空心轴220时，永磁体作用在气隙侧的磁场可能会减小，从而降低齿槽转矩和相/线电压的THD，同时根据第一实施例保持永磁体模块210和空心轴220中的磁通密度。
此时，优选地，第一永磁体和第二永磁体外圆周表面之间的台阶差为第一永磁体211厚度的36％或更小。
图15A至15D为有限元分析仿真结果，图15A是本申请的第一实施例的放大图，图15B是本申请的第二实施例的放大图，图15C示出了根据本申请第一实施例的磁通密度的有限元分析模拟结果，图15D示出了根据本申请第二实施例的磁通密度的有限元分析模拟结果。
示出了显示分析的模型的规格的表格。
参考图15B中，第一永磁体211和第二永磁体212之间的台阶差对应于X1，第一永磁体211的厚度对应于T_Magnet。根据X1的变化进行有限元分析的结果表明，在X1/T_Magnet的尺寸达到36％时，可以得到与第一实施例相同的B-Plot图。B-Plot是以等高线形式表示结构的磁通密度B值的图形。通常，1.8T或更大的磁通密度被认为为饱和。如果永磁体模块210内部的空心轴220中的磁通密度值过大并达到饱和，永磁体模块210和定子模块100产生的磁通可能会影响转子模块200内部的磁性轴承310，因此，设计磁通密度不饱和是非常重要的。因此，根据本申请，当第一永磁体和第二永磁体外圆周表面之间的台阶差为36％或更大时，空心轴220的磁通密度极有可能达到饱和，台阶差优选为第一永磁体211厚度的36％或更小。
通过这种配置，可以有效降低齿槽转矩和相/线电压的THD，同时保持空心轴220中的磁通密度。
图8显示了本申请的第三个实施例。如图所示，在转子模块200的永磁体模块210中，具有径向向内或向外磁力线的多个第一永磁体211和具有在圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体212形成环形哈尔巴赫阵列，第一永磁体211可具有锥形横截面，其中厚度从中心到边缘逐渐减小。在本申请中，锥形可指厚度沿圆周方向从中心向两端递减的形状。
以这种方式，通过将锥形应用于永磁体，就可以正弦地产生接近现有方波或梯形的气隙磁通密度波形。相应地，电压波形也可以正弦生成，因此与第一和第二实施例相比，齿槽转矩和相/线电压的总谐波失真THD可以降低。
此时，优选地，第一永磁体211横截面边缘的厚度大于或等于中心部分厚度的65％且中心部分厚度的小于100％。
图16A-16G示出了有限元分析模拟结果，图16A示出了本申请第二实施例的放大图，图16B和图16C示出了本申请第三实施例的放大图，16D是根据永磁体的边缘厚度与中心厚度的齿槽转矩的图，图16E示出了根据永磁体的边缘厚度与中心厚度的空载反电动势的图，图16F示出了根据本申请第一实施例的磁通密度的有限元分析模拟结果，图16G示出了根据本申请第三实施例的磁通密度的有限元分析模拟结果。
参考图16C中，第一永磁体211横截面的边缘厚度对应于X2，中心厚度对应于T_Magnet。根据X2的变化进行有限元分析的结果表明，在X1/T_Magnet的尺寸达到72％时，齿槽转矩具有最小值。因此，优选将第一永磁体211横截面的边缘厚度形成为中心厚度的65％或以上且100％。
通过这种配置，可以有效降低齿槽转矩和相/线电压THD，同时保持空心轴220中的磁通密度。
同时，如后文所述，空心轴220包括设置在磁性轴承模块300一侧的第一层221，以及设置在第一层221上方及永磁体模块210一侧的第二层222，形成第二层222的材料的相对磁导率可能小于形成第一层221的材料的相对磁导率。
图9显示了本申请的第四个实施例。如图所示，第一层和第二层也可应用于第一永磁体和第二永磁体的外圆周表面布置在同一圆周(即空心轴的表面)上的结构。
图10显示了本申请的第五个实施例，如图所示，第一层和第二层也可应用于第二永磁体212的外圆周表面插入空心轴220，未插入的内圆周表面与第一永磁体211的内圆周表面形成台阶差的结构。
图11显示了本申请的第六个实施例，如图所示，第一层和第二层也可应用于具有锥形横截面的结构，其中第一永磁体211的厚度从中心向边缘递减。
在本申请的第四至第六个实施例中，第二层222的相对磁导率优选由相对磁导率为20或以下的材料形成。如上所述，通过由相对磁导率为20或更小的材料形成的第二层，可以防止定子模块100的定子绕组110产生的磁通、永磁体模块210产生的磁通和磁性轴承产生的磁通之间的相互作用。
下面，将描述根据本申请另一个方面的外转子型电机。图12是本申请的一个示例的无背轭磁性轴承一体化外转子型电机的立体图，图13是图12的平面图，图14是图12的分解图。无背轭磁性轴承一体化外转子型电机可以是使用永磁体的外转子型电机。
如图所示，本申请的电机100包括定子模块100，包括圆柱形定子铁芯120，定子绕组110绕在定子铁芯120周围；转子模块200，围绕定子模块100并包括具有多个永磁体的永磁体模块210和空心轴220，永磁体模块210固定在空心轴220的内表面；以及磁性轴承模块300，围绕空心轴220并沿中心方向悬浮转子模块200。此时，永久磁铁可以排列成哈尔巴赫阵列。
由于永久磁铁排列成哈尔巴赫阵列，永久磁铁的磁场不会施加到中心，因此可以消除背轭，通过消除背轭，磁性轴承模块300可以包含在转子模块200中，从而减小磁性轴承一体化电机的尺寸。哈尔巴赫阵列的细节如上所述。
参考图12至14，磁性轴承模块300可包括至少一个与定子模块100同轴的磁性轴承310，并从中心轴314沿径向悬浮转子模块。
更具体地说，磁性轴承310可以具有与定子模块100一起在径向方向上形成的柱状形状，并且可以包括在圆周方向上布置成彼此间隔开的多个轴承齿311，从轴承齿311两端在圆周方向上延伸的轴承极靴312，以及绕在多个轴承齿311的每个轴承上的轴承绕组313。通过这种配置，转子模块200可以从外部进行控制，其中磁性轴承310环绕空心轴220，从而实现了磁性轴承一体化永磁电机。
根据外转子型电机的第一实施例，在转子模块200的永磁体模块210中，具有沿径向向内或向外磁力线的多个第一永磁体211和具有沿圆周方向但沿顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体212形成环形哈尔巴赫阵列，第一永磁体和第二永磁体中的外圆周表面可布置在作为空心轴表面的同一圆周上。
根据拐子电机的第二实施例，在转子模块200的永磁体模块210中，具有沿径向向内或向外磁力线的多个第一永磁体211和具有沿圆周方向但沿顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体212可形成环形哈尔巴赫阵列，但第二永磁体212的外圆周表面可插入空心轴220，未插入的内圆周表面可与第一永磁体211的内圆周表面形成台阶差。
此时，优选地，第一永磁体和第二永磁体内圆周表面之间的台阶差可以是第一永磁体211厚度的36％或更小。
根据外转子型电机的第三种实施例，在转子模块200的永磁体模块210中，具有径向向内或向外磁力线的多个第一永磁体211和具有在圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体212形成环形哈尔巴赫阵列，但第一永磁体211可以具有从中心到边缘厚度逐渐减小的锥形横截面。
此时，第一永磁体211横截面的边缘厚度可配置为中心厚度的65％或以上，以及小于100％。
由于第二和第三实施例的配置，可有效降低齿槽转矩和相/线电压的THD，同时保持空心轴220中的磁通密度。
同时，空心轴220可包括设置在磁性轴承模块300侧的第一层221，以及设置在第一层221下方及永磁体模块210侧的第二层222，形成第二层222的材料的相对磁导率可小于形成第一层221的材料的相对磁导率。
以这种方式，通过由相对磁导率为20或更小的材料(即接近非磁性材料)形成的第二层，可以防止定子模块100的定子绕组110产生的磁通、永磁体模块210产生的磁通和磁性轴承产生的磁通之间的相互作用。
尽管已参照附图描述了本申请的实施例，但本领域的技术人员可以在不改变本申请的技术精神或基本特征的情况下，以其他具体形式实施本申请。因此，应该理解的是，上述实施例在所有方面都是说明性的，而不是限制性的。
主要内容详细说明
100：定子模块
110：定子绕组
120：定子铁芯
200：转子模块
210：永磁体模块
211：第一永磁体
212：第二永磁体
220：空心轴
221：第一层
222：第二层
300：磁性轴承模块
310：磁性轴承
311：轴承齿
312：轴承落靴
313：轴承绕组

Claims (15)

1.一种无背轭磁性轴承一体化电机，包括：
定子模块，包括绕有定子绕组的圆柱形定子铁芯；
转子模块，所述转子模块设置在所述定子模块内部，所述转子模块包括具有内部空间的空心轴和永磁体模块，所述永磁体模块包括设置在所述空心轴外表面的多个永磁体；
磁性轴承模块，设置在所述空心轴内，使所述空心轴从中心沿径向悬浮，其中，所述多个永磁体布置成哈尔巴赫阵列。
2.如权利要求1所述的无背轭磁性轴承一体化电机，其中
所述磁性轴承模块包括至少一个磁性轴承，所述磁性轴承与所述定子模块具有相同轴线，并使所述转子模块从轴线径向悬浮。
3.如权利要求2所述的无背轭磁性轴承一体化电机，其中
所述磁性轴承包括：
中心轴，所述中心轴与所述定子模块具有相同轴线；
多个轴承齿，所述轴承齿耦合到所述中心轴，具有在径向上呈柱状，在圆周方向上相互间隔；
轴承极靴，所述轴承极靴从所述多个轴承齿的两端沿圆周方向延伸；以及
轴承绕组，所述轴承绕组绕在所述多个轴承齿中的每一个。
4.如权利要求1所述的无背轭磁性轴承一体化电机，其中
在所述永磁体模块中，具有径向向内或向外磁力线的多个第一永磁体和具有在圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体形成环形哈尔巴赫阵列，以及
所述第一永磁体和所述第二永磁体中的每一个的内圆周布置在作为所述空心轴表面的同一圆周上。
5.如权利要求1所述的无背轭磁性轴承一体化电机，其中
在所述永磁体模块中，具有径向向内或向外磁力线的多个第一永磁体和具有在圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体形成环形哈尔巴赫阵列，
所述第二永磁体的内圆周表面的至少一部分沿中心方向插入所述空心轴，以及
所述第二永磁体的外圆周表面与所述第一永磁体的外圆周表面形成台阶差。
6.如权利要求5所述的无背轭磁性轴承一体化电机，其中所述第一永磁体和所述第二永磁体的外圆周表面之间的台阶差为所述第一永磁体厚度的36％或更小。
7.如权利要求1所述的无背轭磁性轴承一体化电机，其中
在所述永磁体模块中，具有径向向内或向外磁力线的多个第一永磁体和具有在圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体形成环形哈尔巴赫阵列，以及
所述第一永磁体包括从中心到边缘逐渐减小的厚度。
8.如权利要求7所述的无背轭磁性轴承一体化电机，其中
所述第一永磁体的横截面边缘的厚度为所述第一永磁体中心的厚度的65％或以上，且小于100％。
9.如权利要求1所述的无背轭磁性轴承一体化电机，其中
所述空心轴包括
设置在所述磁性轴承模块侧的第一层，以及设置在所述第一层下方及所述永磁体模块侧的第二层，以及
形成所述第二层的材料的相对磁导率小于形成所述第一层的材料的相对磁导率。
10.如权利要求9所述的无背轭磁性轴承一体化电机，其中
形成所述第二层的材料的相对磁导率为20或更低。
11.一种无背轭磁性轴承一体化电机，包括：
定子模块，包括绕有定子绕组的圆柱形定子铁芯；
转子模块，围绕所述定子模块，包括具有多个永磁体的永磁体模块和空心轴，所述永磁体模块固定在所述空心轴的内表面；以及
磁性轴承模块，设置在所述空心轴内，使所述空心轴从中心沿径向悬浮，其中，所述多个永磁体布置成哈尔巴赫阵列。
12.如权利要求11所述的无背轭磁性轴承一体化电机，其中，
在所述永磁体模块中，具有径向向内或向外磁力线的多个第一永磁体和具有在圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体形成环形哈尔巴赫阵列，以及
所述第一永磁体和所述第二永磁体中的每一个的外圆周布置在作为所述空心轴表面的同一圆周上。
13.如权利要求11所述的无背轭磁性轴承一体化电机，其中，
在所述永磁体模块中，具有径向向内或向外磁力线的多个第一永磁体和具有在圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体形成环形哈尔巴赫阵列，以及
所述第二永磁体的外圆周表面插入所述空心轴，未插入所述空心轴的内圆周表面与所述第一永磁体的内圆周表面形成台阶差。
14.如权利要求11所述的无背轭磁性轴承一体化电机，其中，
在所述永磁体模块中，具有径向向内或向外磁力线的多个第一永磁体和具有在圆周方向但顺时针或逆时针方向磁力线的多个第二永磁体形成环形哈尔巴赫阵列，以及
所述第一永磁体包括从中心到边缘逐渐减小的厚度。
15.如权利要求11所述的无背轭磁性轴承一体化电机，其中，
所述空心轴包括
设置在所述磁性轴承模块侧的第一层，以及设置在所述第一层下方及所述永磁体模块侧的第二层，以及
形成所述第二层的材料的相对磁导率小于形成所述第一层的材料的相对磁导率。
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