磁悬浮电机支撑结构、磁悬浮旋转机械的制作方法

本技术属于磁悬浮设计，具体涉及一种磁悬浮电机支撑结构、磁悬浮旋转机械。

背景技术：

1、磁悬浮轴承是一种基于电磁力实现非接触支撑的精密机械装置，具有无摩擦、无磨损、高转速、高精度、无需润滑及密封等显著优点。其工作原理涉及电磁学、电子控制、信号处理与自动控制等多个技术领域，广泛应用于高速旋转设备中，如高速电机、涡轮机械、精密仪器及航空航天等领域。

2、根据磁悬浮方式的不同，磁悬浮轴承可分为主动式、被动式和混合式三种类型。其中，主动式磁悬浮轴承通过外部控制系统实时调节磁极间的电磁力，以维持转子的稳定悬浮状态，具有较高的刚度和控制精度，但其结构复杂、功耗较高、体积较大；被动式磁悬浮轴承则依靠磁性材料之间的静态磁力实现悬浮，结构简单、能耗低，但其刚度和阻尼特性较差，难以满足高动态性能需求；混合式磁悬浮轴承则结合了主动式与被动式的优点，采用永磁体作为偏置磁场源，替代传统主动式磁轴承中的电磁铁静态磁场，从而有效降低控制绕组的安匝数，减小系统体积，并提升承载能力，该设计在对体积和功耗有严格限制的应用场景中表现出良好的适应性。

3、目前，磁悬浮轴承主要应用于高速或超高速运行工况，例如高速离心机、微型涡轮发动机、精密加工设备等。随着应用需求的不断提升，磁悬浮系统的集成化、微型化以及控制系统的稳定性与可靠性已成为当前研究的重点方向。

4、现有技术中，针对电机转子的轴向定位多通过轴向磁轴承与固定于转轴上的推力盘两者的配合实现，推力盘需要单独组装于电机转轴上，这一方面会导致装配工艺相对复杂，另一方面还对转轴的轴向空间形成一定程度的占据，转轴长度偏长不利于电机转子转速的进一步提升。

技术实现思路

1、因此，本实用新型提供一种磁悬浮电机支撑结构、磁悬浮旋转机械，能够克服相关技术中的针对电机转子的轴向定位多通过轴向磁轴承与固定于转轴上的推力盘两者的配合实现，推力盘需要单独组装于电机转轴上，导致装配工艺相对复杂，还对转轴的轴向空间形成一定程度的占据，转轴长度偏长不利于电机转子转速的进一步提升的不足。

2、为了解决上述问题，本实用新型提供一种磁悬浮电机支撑结构，包括电机转子，所述电机转子包括与电机定子匹配的转子铁芯段以及处于所述转子铁芯段的两端的第一转轴与第二转轴，所述第一转轴具有与所述转子铁芯段的一端配合的第一轴肩，所述第二转轴具有与所述转子铁芯段的另一端配合的第二轴肩，还包括分别对应所述第一转轴及第二转轴设置的磁轴承，所述磁轴承包括轴向定子铁芯、轴向控制绕组、径向定子铁芯、径向控制绕组，两个所述磁轴承具有的所述轴向定子铁芯分别具有处于所述第一轴肩及第二轴肩的部分以与所述第一轴肩及第二轴肩的外侧端面形成轴向间隙。

3、在一些实施方式中，所述磁轴承还包括第一永磁体及第二永磁体，其中，所述第一永磁体组装于所述轴向定子铁芯内侧端面上，所述第二永磁体组装于所述第一轴肩及第二轴肩的外侧端面上，以使得成对布置的所述第一永磁体与第二永磁体利用彼此之间的排斥力实现对所述电机转子的轴向磁悬浮。

4、在一些实施方式中，所述轴向定子铁芯具有环绕所述电机转子设置的圆环体以及处于所述圆环体的径向外圆且沿着所述电机转子的轴向延伸的套筒体，所述径向定子铁芯组装于所述套筒体的内圆壁面上。

5、在一些实施方式中，所述径向定子铁芯过盈配合于所述套筒体的内圆壁面上。

6、在一些实施方式中，所述径向定子铁芯与所述圆环体之间形成环形间隙，所述轴向控制绕组沿所述电机转子的圆周方向环绕且被所述圆环体与所述径向定子铁芯夹持定位于所述环形间隙内。

7、在一些实施方式中，所述径向定子铁芯套装于所述第一轴肩及第二轴肩的径向外侧。

8、在一些实施方式中，所述轴向定子铁芯的内侧端面上形成有第一组装凹槽，所述第一永磁体嵌装于所述第一组装凹槽内，且所述第一组装凹槽的深度大于所述第一永磁体的厚度；和/或，所述第一轴肩及第二轴肩的外侧端面上形成有第二组装凹槽，所述第二永磁体嵌装于所述第二组装凹槽内，且所述第二组装凹槽的深度大于所述第二永磁体的厚度。

9、在一些实施方式中，所述第二永磁体与所述第一轴肩或者第二轴肩的外圆壁面之间的最小径向间距为s，s不小于所述第二永磁体的径向宽度。

10、在一些实施方式中，所述第一永磁体及第二永磁体为磁环。

11、本实用新型还提供一种磁悬浮旋转机械，包括上述的磁悬浮电机支撑结构。

12、本实用新型提供的一种磁悬浮电机支撑结构、磁悬浮旋转机械具有如下有益效果：

13、在电机转子的两端分别设置的磁轴承内仅设置传统的轴向磁轴承中的一侧（也即一半）的轴向定子铁芯及轴向控制绕组并与电机转子的两端的第一转轴与第二转轴分别具有的轴肩位置形成闭合轴向磁路，进而在无需电机转子配置组装止推盘的前提下即可实现对电机转子的轴向位置的磁浮调整，能够减少对电机转子的轴向空间的占据，一定程度上缩短轴向长度，有利于提高电机转子的转速，突破了传统结构在大功率和超高转速下的限制，有利于实现磁轴承的微型化设计，提升其适用范围和性能表现，同时由于无需装配、加工止推盘相关结构，还能够简化电机转子的装配工艺，降低成本；

14、磁轴承具有的第一永磁体与第二永磁体分别被对应设置于轴向定子铁芯的内侧端面上以及第一轴肩及第二轴肩的外侧端面上，从而可以利用成对布置的第一永磁体与第二永磁体之间的排斥力对电机转子的轴向位置进行磁悬浮限制，该技术方案中将主动式轴向磁悬浮轴承与被动磁钢相结合，减少了轴向磁轴承绕组的数量和控制所需电流值，降低了轴承的电感值，从而进一步降低了系统成本，提高了运行效率；

15、将径向定子铁芯组装于所述轴向定子铁芯的套筒的内圆壁面上，一方面使得磁轴承的结构更加紧凑，另一方面，则使得轴向控制磁路能够经由所述径向定子铁芯、第一转轴或者第二转轴形成闭合，如此轴向控制磁路还可同时为径向方向提供偏置磁场，进一步提高了各磁路的利用效率，使得整个磁路结构更加紧凑、高效，有利于进一步减少径向控制绕组的匝数和控制电流，从而进一步降低轴承的电感和制造成本；该技术方案中的磁轴承能够提供更多的约束条件（能够理解的是，本实用新型中的两个磁轴承2客观上能够实现对电机转子1的五自由度的约束），从而显著提高转轴磁悬浮系统的整体刚度，增强径向方向的抗干扰能力，使磁轴承结构更加紧凑，同时有效降低制造成本；

16、将径向定子铁芯以过盈配合的方式连接于套筒体的内圆壁面上，能够无需针对径向定子铁芯与轴向定子铁芯的连接进行特别的设计，从而简化磁轴承的结构设计；

17、将轴向控制绕组设置于环形间隙内并依靠前述轴向定子铁芯的圆环体与径向定子铁芯对其形成轴向夹持，如此无需针对轴向控制绕组的定位设置相应的结构，进一步简化磁轴承的结构设计；

18、通过在轴向定子铁芯与第一轴肩及第二轴肩的外侧端面上设置相应的组装凹槽进而将第一永磁体及第二永磁体分别嵌装于对应的组装凹槽内，并确保各永磁体不凹入对应的组装凹槽的槽口内，能够防止在轴向位置调整失控轴肩与相应的轴向定子铁芯接触时，第一永磁体与第二永磁体不会直接接触导致破裂（永磁体易碎），进而提升磁轴承的整体使用寿命；

19、对第二永磁体在第一轴肩及第二轴肩的径向上的相对位置进行限定，防止其与轴肩外圆壁面之间的间距过小，导致轴向控制磁路在轴肩上形成磁饱和，进而确保磁轴承的轴向磁悬浮控制的可靠稳定性。