本发明涉及磁悬浮轴承，更特别地说，是指一种基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径向磁悬浮轴承。
背景技术：
磁悬浮轴承(magneticbearing)是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触。
对于磁悬浮电机的结构请参考《modelinganddesignof3-dofmagneticbearingforhigh-speedmotorincludingeddy-currenteffectsandleakageeffects》，作者乐韵等，2016年6月第63卷第6期，公开在“ieeetransactionsonindustrialelectronics”。该文的图1介绍了一种典型的高速磁悬浮电机的总体结构，在图1的左半部分中，由辅助轴承(backupbearing)与径向磁轴承(radialmb)形成了所述高速磁悬浮电机的径向支撑部分。
传统磁悬浮轴承和辅助轴承配合使用的缺点：
1、由于磁悬浮轴承定子与辅助轴承分别固定在不同的零件上，使磁悬浮轴承定子与辅助轴承很难达到较高的同轴度要求，进而使磁间隙与辅助间隙不对称，从而使控制系统很难达到磁悬浮轴承的高精度控制。
2、当高速磁悬浮转子失稳时将与辅助轴承发生激烈碰撞，由于传统机械轴承刚度较高且阻尼较低，机械轴承滚珠很容易受高频冲击变形而使辅助轴承“卡死”，进而使高速转子与辅助轴承内圈发生剧烈摩擦，大量的摩擦生热会使转子与辅助轴承融焊在一起，使高速磁悬浮电机报废。
3、磁悬浮轴承与辅助轴承的配合使用使高速磁悬浮电机的轴向长度比传统机械轴承电机的长度增加很多(至少2倍左右)，进而降低了转子的刚性模态。
技术实现要素：
为了提高高速磁悬浮电机的抗失稳能力和转子的刚性模态，以及提高控制系统对磁悬浮轴承的控制精度，本发明设计了一种基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径向磁悬浮轴承。该正交磁路径向磁悬浮轴承以轴向对称设置相同的磁悬浮轴承和辅助轴承。本发明磁悬浮轴承一方面利用通电线圈产生电磁磁路，另一方面利用永磁体产生永磁磁路，并且电磁磁路与永磁磁路为空间正交分布。该永磁磁路经过柔性辅助轴承，将辅助轴承的结构作为磁轴承磁路的一部分，节省了磁悬浮轴承的空间，也使得磁轴承和辅助轴承的结构可以进行一体化设计，进而使磁悬浮电机整体结构变得更加紧凑，达到小尺寸设计。
本发明是一种基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径向磁悬浮轴承，其特征在于：正交磁路径向磁悬浮轴承是由a径向柔性导磁环(1a)、a永磁体(1b)、a径向刚性导磁环(1c)、b径向柔性导磁环(2a)、b永磁体(2b)、b径向刚性导磁环(2c)、a径向轴承骨架(3a)、a石墨内凸环(3b)、a径向轴承挡环(3c)、b径向轴承骨架(4a)、b石墨内凸环(4b)、b径向轴承挡环(4c)、径向磁轴承线圈组(5)和定子铁芯(8)组成；
a径向柔性导磁环(1a)上设有aa外圆环(1a1)、aa内圆环(1a2)和多个aa三角形通孔(1a4)，aa三角形通孔(1a4)使aa外圆环(1a1)与aa内圆环(1a2)之间存在有连接的aa柔性臂(1a3)；所述aa三角形通孔(1a4)绕a径向柔性导磁环(1a)的圆心布局的，且三角形通孔在靠近aa外圆环(1a1)的一边为弧形；aa柔性臂(1a3)绕a径向柔性导磁环(1a)的圆心倾斜布局；
a径向柔性导磁环(1a)的中心设有用于转子轴(6)穿过的a中心通孔(1a-1)；a径向柔性导磁环(1a)的一端面为光滑面板，a径向柔性导磁环(1a)的另一端面上设有aa内凸圆台(1a5)，aa内凸圆台(1a5)上设有aa螺纹盲孔(1a51)，在aa内凸圆台(1a5)与aa内圆环(1a2)之间设有aa内环腔(1a6)；所述aa内环腔(1a6)内安装有a径向辅助轴承骨架(3a)和a石墨内凸环(3b)，a径向轴承挡环(3c)通过螺钉固定在a径向柔性导磁环(1a)的aa内凸圆台(1a5)上；
b径向柔性导磁环(2a)上设有ba外圆环(2a1)、ba内圆环(2a2)和多个ba三角形通孔(2a4)，ba三角形通孔(2a4)使ba外圆环(2a1)与ba内圆环(2a2)之间存在连接的ba柔性臂(2a3)；所述ba三角形通孔(2a4)是绕b径向柔性导磁环(2a)的圆心布局的，且三角形通孔在靠近ba外圆环(2a1)的一边为弧形；ba柔性臂(2a3)绕b径向柔性导磁环(2a)的圆心倾斜布局的；
b径向柔性导磁环(2a)的中心设有用于转子轴(6)穿过的d中心通孔(2a-1)；b径向柔性导磁环(2a)的一端面为光滑面板，b径向柔性导磁环(2a)的另一端面上设有ba内凸圆台(2a5)，ba内凸圆台(2a5)上设有ba螺纹盲孔(2a51)，在ba内凸圆台(2a5)与ba内圆环(2a2)之间设有ba内环腔(2a6)；所述ba内环腔(2a6)内安装有b径向辅助轴承骨架(4a)和b石墨内凸环(4b)，b径向轴承挡环(4c)通过螺钉固定在b径向柔性导磁环(2a)的ba内凸圆台(2a5)上；
a永磁体(1b)为圆环件；a永磁体(1b)的中心设有b中心通孔(1b-1)，b中心通孔(1b-1)用于转子轴(6)穿过；
b永磁体(2b)为圆环件；b永磁体(2b)的中心设有e中心通孔(2b-1)，e中心通孔(2b-1)用于转子轴(6)穿过；
a径向刚性导磁环(1c)为圆环件；a径向刚性导磁环(1c)的中心设有c中心通孔(1c-1)，a径向刚性导磁环(1c)的环体内侧设有a内挡环(1c1)；b径向刚性导磁环(2c)为圆环件；b径向刚性导磁环(2c)的中心设有f中心通孔(2c-1)，b径向刚性导磁环(2c)的环体内侧设有b内挡环(2c1)；a径向刚性导磁环(1c)的a内挡环(1c1)与b径向刚性导磁环(2c)的b内挡环(2c1)之间用于放置定子铁芯(8)的外圆盘(8a)；a径向刚性导磁环(1c)与b径向刚性导磁环(2c)之间存在有a间隙(9)；
a径向辅助轴承骨架(3a)为圆环件；a径向辅助轴承骨架(3a)的中心设有用于转子轴(6)穿过g中心通孔(3a-1)；在a径向辅助轴承骨架(3a)上按照圆周布局均匀设有aa通孔(3a1)和ab通孔(3a2)，aa通孔(3a1)用于a石墨内凸环(3b)上设置的aa石墨柱(3b1)穿过，ab通孔(3a2)用于a石墨内凸环(3b)上设置的ab石墨柱(3b2)穿过；
b径向辅助轴承骨架(4a)为圆环件；b径向辅助轴承骨架(4a)的中心设有用于转子轴(6)穿过j中心通孔(4a-1)；在b径向辅助轴承骨架(4a)上按照圆周布局均匀设有ba通孔(4a1)和bb通孔(4a2)，ba通孔(4a1)用于b石墨内凸环(4b)上设置的ba石墨柱(4b1)穿过，bb通孔(4a2)用于b石墨内凸环(4b)上设置的bb石墨柱(4b2)穿过；
a石墨内凸环(3b)为石墨加工成型的一体圆环结构件；a石墨内凸环(3b)的环体内侧按照圆周布局均匀设置有aa石墨柱(3b1)和ab石墨柱(3b2)；a石墨内凸环(3b)与a径向辅助轴承骨架(3a)配合实现辅助轴承的自润滑；a石墨内凸环(3b)的中心设有h中心通孔(3b-1)，h中心通孔(3b-1)内放置有a径向辅助轴承骨架(3a)，而a石墨内凸环(3b)与a径向辅助轴承骨架(3a)通过圆周布局的aa石墨柱(3b1)与圆周布局的aa通孔(3a1)配合，以及圆周布局的ab石墨柱(3b2)与圆周布局的ab通孔(3a2)配合；
b石墨内凸环(4b)为石墨加工成型的一体圆环结构件；b石墨内凸环(4b)的环体内侧按照圆周布局均匀设置有ba石墨柱(4b1)和bb石墨柱(4b2)；b石墨内凸环(4b)与b径向辅助轴承骨架(4a)配合实现辅助轴承的自润滑；b石墨内凸环(4b)的中心设有k中心通孔(4b-1)，k中心通孔(4b-1)内放置有b径向辅助轴承骨架(4a)，而b石墨内凸环(4b)与b径向辅助轴承骨架(4a)通过圆周布局的ba石墨柱(4b1)与圆周布局的ba通孔(4a1)配合，以及圆周布局的bb石墨柱(4b2)与圆周布局的bb通孔(4a2)配合；
a径向轴承挡环(3c)为圆环件；a径向轴承挡环(3c)的中心设有用于转子轴(6)穿过的i中心通孔(3c-1)，a径向轴承挡环(3c)的圆盘上设有供螺钉穿过的c通孔(3c1)；a径向轴承挡环(3c)的圆盘与a径向柔性导磁环(1a)的aa内凸圆台(1a5)通过螺钉固定；
b径向轴承挡环(4c)为圆环件；b径向轴承挡环(4c)的中心设有用于转子轴(6)穿过的l中心通孔(4c-1)，b径向轴承挡环(4c)的圆盘上设有供螺钉穿过的d通孔(4c1)；b径向轴承挡环(4c)的圆盘与b径向柔性导磁环(2a)的ba内凸圆台(2a5)通过螺钉固定；
径向磁轴承线圈组(5)中每个线圈记为a线圈(51)、b线圈(52)、c线圈(53)、d线圈(54)、e线圈(55)、f线圈(56)、g线圈(57)和h线圈(58)；
定子铁芯(8)上设有外圆盘(8a)，定子铁芯(8)的内环侧按照圆周布局设有a定子齿(81)、b定子齿(82)、c定子齿(83)、d定子齿(84)、e定子齿(85)、f定子齿(86)、g定子齿(87)和h定子齿(88)；
a线圈(51)安装在定子铁芯(8)的a定子齿(81)上；
b线圈(52)安装在定子铁芯(8)的b定子齿(82)上；
c线圈(53)安装在定子铁芯(8)的c定子齿(83)上；
d线圈(54)安装在定子铁芯(8)的d定子齿(84)上；
e线圈(55)安装在定子铁芯(8)的e定子齿(85)上；
f线圈(56)安装在定子铁芯(8)的f定子齿(86)上；
g线圈(57)安装在定子铁芯(8)的g定子齿(87)上；
h线圈(58)安装在定子铁芯(8)的h定子齿(88)上。
本发明基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径向磁悬浮轴承的优点在于：
①本发明将辅助轴承设计为弹性臂结构，使辅助轴承的刚度和阻尼的配比趋于合理，当失稳发生时，可以将转子的冲击动能转化为弹性臂的应变能，消除了“卡死”现象，石墨环的应用使轴承具有自润滑功能，避免了干摩擦产生的高热现象，消除了整机报废的可能。
②本发明设计将辅助轴承与磁悬浮轴承结合在一起，使整机结构更加紧凑，减小了转子长度，提高了转子刚性模态。参考《振动力学》，作者倪振华，西安交通大学出版社，p371页固有频率公式
③本发明采用磁悬浮轴承的部分作为辅助轴承，实现结构紧凑及磁悬浮轴承与辅助轴承一体化设计和装配，可以提高磁中心与辅助中心的同轴度，提高了磁悬浮轴承的控制精度。
④为了用本发明设计的正交磁路径向磁悬浮轴承替代“ieeetransactionsonindustrialelectronics”公开的图1结构的左部分，本发明分为以定子铁芯为中心分为结构相同且左右对称的两部分，用辅助轴承组件替换传统滚珠轴承，使得辅助轴承的阻尼和刚度实现优化配比设计，实现了转子失稳时的自润滑和转子动能的快速消散。
附图说明
图1是本发明基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径向磁悬浮轴承的外部结构图。
图1a是图1未装配永磁磁路组件的结构图。
图1b是图1的剖面结构图。
图1c是本发明基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径向磁悬浮轴承的分解图。
图2是本发明a径向柔性导磁环的正视面结构图。
图2a是本发明a径向柔性导磁环的正视面照片。
图2b是本发明a径向柔性导磁环的另一面结构图。
图3是本发明b径向柔性导磁环的正视面结构图。
图3a是本发明b径向柔性导磁环的另一面结构图。
图4是本发明辅助轴承结构与转子轴装配的结构图。
图4a是本发明左右两部分辅助轴承结构的结构图。
图4b是本发明a石墨内凸环与a骨架装配的结构图。
图4c是本发明a石墨内凸环的结构图。
图5是本发明定子铁芯与线圈装配的结构图。
图5a是本发明定子铁芯的结构图。
图6a是本发明基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径向磁悬浮轴承的轴向磁路示意图。
图6b是本发明基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径向磁悬浮轴承的径向磁路示意图。
图7是将本发明设计的基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径向磁悬浮轴承应用到高速磁悬浮电机中的剖面结构图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
参见图1、图1a、图1b、图1c所示，本发明设计了一种基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径向磁悬浮轴承，该正交磁路径向磁悬浮轴承是由a径向柔性导磁环1a、a永磁体1b、a径向刚性导磁环1c、b径向柔性导磁环2a、b永磁体2b、b径向刚性导磁环2c、a径向轴承骨架3a、a石墨内凸环3b、a径向轴承挡环3c、b径向轴承骨架4a、b石墨内凸环4b、b径向轴承挡环4c、径向磁轴承线圈组5和定子铁芯8组成。如图1c所示，转子铁芯7与转子轴6构成供本发明设计的正交磁路径向磁悬浮轴承的转子，转子铁芯7套接在转子轴6上。所述转子轴6可以是高速磁悬浮电机的输出轴(如背景技术处引用的文献)。
本发明设计的正交磁路径向磁悬浮轴承在轴向方向以定子铁芯8为中心分为结构相同且左右对称的两部分；因此：
a径向柔性导磁环1a与b径向柔性导磁环2a的结构相同；
a永磁体1b与b永磁体2b的结构相同；
a径向刚性导磁环1c与b径向刚性导磁环2c的结构相同；
a径向辅助轴承骨架3a与b径向辅助轴承骨架4a的结构相同；
a石墨内凸环3b与b石墨内凸环4b的结构相同；
a径向轴承挡环3c与b径向轴承挡环4c的结构相同。
在本发明中，a径向柔性导磁环1a、a永磁体1b、a径向刚性导磁环1c、b径向冲磁柔性导磁环2a、b永磁体2b和b径向冲磁刚性导磁环2c分别构成两个对称的正交磁路径向磁悬浮轴承的永磁磁路组件。
在本发明中，a径向柔性导磁环1a、a径向辅助轴承骨架3a、a石墨内凸环3b和a径向冲磁轴承挡环3c构成正交磁路径向磁悬浮轴承的右辅助轴承组件，如图4、图4a所示。b径向冲磁柔性导磁环2a、b径向辅助轴承骨架4a、b石墨内凸环4b和b径向冲磁轴承挡环4c构成正交磁路径向磁悬浮轴承的左辅助轴承组件，如图4、图4a所示。
a径向柔性导磁环1a与b径向柔性导磁环2a
参见图1、图1b、图1c、图2、图2a、图2b所示，a径向柔性导磁环1a为电工纯铁(或其他高磁导率金属，如1j50、1j22)加工成型的一体结构件。a径向柔性导磁环1a上设有aa外圆环1a1、aa内圆环1a2、多个aa三角形通孔1a4，aa三角形通孔1a4使aa外圆环1a1与aa内圆环1a2之间存在有连接的aa柔性臂1a3。多个aa三角形通孔1a4之间通过aa柔性臂1a3分开。由于本发明设计的多个aa三角形通孔1a4是放置在aa外圆环1a1与aa内圆环1a2之间的，故aa三角形通孔1a4是绕a径向柔性导磁环1a的圆心布局的，且三角形通孔在靠近aa外圆环1a1的一边为弧形。进而，aa柔性臂1a3也是绕a径向柔性导磁环1a的圆心倾斜布局的。
参见图2b所示，a径向柔性导磁环1a的中心设有用于转子轴6穿过的a中心通孔1a-1；a径向柔性导磁环1a的一端面为光滑面板，a径向柔性导磁环1a的另一端面上设有aa内凸圆台1a5，aa内凸圆台1a5上设有aa螺纹盲孔1a51，在aa内凸圆台1a5与aa内圆环1a2之间设有aa内环腔1a6。所述aa内环腔1a6内安装有a径向辅助轴承骨架3a和a石墨内凸环3b，a径向轴承挡环3c通过螺钉固定在a径向柔性导磁环1a的aa内凸圆台1a5上。
参见图1、图1b、图1c、图3、图3a所示，b径向柔性导磁环2a为电工纯铁(或其他高磁导率金属)加工成型的一体结构件。b径向柔性导磁环2a上设有ba外圆环2a1、ba内圆环2a2、多个ba三角形通孔2a4，ba三角形通孔2a4使ba外圆环2a1与ba内圆环2a2之间存在有连接的ba柔性臂2a3。多个ba三角形通孔2a4之间通过ba柔性臂2a3分开。由于本发明设计的多个ba三角形通孔2a4是放置在ba外圆环2a1与ba内圆环2a2之间的，故ba三角形通孔2a4是绕b径向柔性导磁环2a的圆心布局的，且三角形通孔在靠近ba外圆环2a1的一边为弧形。进而，ba柔性臂2a3也是绕b径向柔性导磁环2a的圆心倾斜布局的。
参见图3a所示，b径向柔性导磁环2a的中心设有用于转子轴6穿过的d中心通孔2a-1；b径向柔性导磁环2a的一端面为光滑面板，b径向柔性导磁环2a的另一端面上设有ba内凸圆台2a5，ba内凸圆台2a5上设有ba螺纹盲孔2a51，在ba内凸圆台2a5与ba内圆环2a2之间设有ba内环腔2a6。所述ba内环腔2a6内安装有b径向辅助轴承骨架4a和b石墨内凸环4b，b径向轴承挡环4c通过螺钉固定在b径向柔性导磁环2a的ba内凸圆台2a5上。
在本发明中，将径向冲磁柔性导磁环(1a、2a)在外圆环与内圆环之间设计成多个具有弹性的柔性臂，在转子轴6出现失稳情况时，能够通过零件变形来解决辅助轴承的“卡死”现象。
为了使本发明设计的径向柔性导磁环(1a和2a)在使用中具有的柔性复位，则单个柔性臂需满足弧形夹角β(单位rad)和轴向宽度a(单位mm)的设计要求。将径向柔性导磁环的半径记为r(单位mm)，径向柔性导磁环的轴向厚度记为d(单位mm)，则柔性导磁环的构型设计满足
a永磁体1b与b永磁体2b
参见图1、图1b、图1c所示，a永磁体1b为钕铁硼或钐钴铸造成型的一体结构圆环件。a永磁体1b的中心设有用于转子轴6穿过的b中心通孔1b-1。
参见图1、图1b、图1c所示，b永磁体2b为钕铁硼或钐钴铸造成型的一体结构圆环件。b永磁体2b的中心设有用于转子轴6穿过的e中心通孔2b-1。
a径向刚性导磁环1c与b径向刚性导磁环2c
参见图1、图1b、图1c所示，a径向刚性导磁环1c为电工纯铁(或其他高磁导率金属)加工成型的一体结构圆环件。a径向刚性导磁环1c的中心设有c中心通孔1c-1，a径向刚性导磁环1c的环体内侧设有a内挡环1c1。
参见图1、图1b、图1c所示，b径向刚性导磁环2c为电工纯铁(或其他高磁导率金属)加工成型的一体结构圆环件。b径向刚性导磁环2c的中心设有f中心通孔2c-1，b径向刚性导磁环2c的环体内侧设有b内挡环2c1。
在本发明中，a径向刚性导磁环1c的a内挡环1c1与b径向刚性导磁环2c的b内挡环2c1之间用于放置磁轴承定子铁芯8的外圆盘8a(如图1b所示)。
a径向轴承骨架3a与b径向冲磁轴承骨架4a
参见图1、图1b、图1c、图4、图4a、图4b、图4c所示，a径向辅助轴承骨架3a为40cr或40crnimo材料加工的圆环件。a径向辅助轴承骨架3a的中心设有g中心通孔3a-1。在a径向辅助轴承骨架3a上按照圆周布局均匀设有aa通孔3a1和ab通孔3a2，aa通孔3a1用于a石墨内凸环3b上设置的aa石墨柱3b1穿过，ab通孔3a2用于a石墨内凸环3b上设置的ab石墨柱3b2穿过。
同理在本发明中，b径向辅助轴承骨架4a为40cr或40crnimo材料加工的圆环件。b径向辅助轴承骨架4a的中心设有j中心通孔4a-1。在b径向辅助轴承骨架4a上按照圆周布局均匀设有ba通孔4a1和bb通孔4a2，ba通孔4a1用于b石墨内凸环4b上设置的ba石墨柱4b1穿过，bb通孔4a2用于b石墨内凸环4b上设置的bb石墨柱4b2穿过。
a石墨内凸环3b与b石墨内凸环4b
参见图1a、图1b、图1c、图4、图4a、图4b、图4c所示，a石墨内凸环3b为石墨加工成型的一体圆环件。a石墨内凸环3b的环体内侧按照圆周布局均匀设置有aa石墨柱3b1和ab石墨柱3b2。每一个石墨柱配合插入a径向辅助轴承骨架3a上的通孔配合。在本发明中，a石墨内凸环3b与a径向辅助轴承骨架3a配合实现辅助轴承的自润滑。a石墨内凸环3b的中心设有h中心通孔3b-1，h中心通孔3b-1内放置有a径向辅助轴承骨架3a，而a石墨内凸环3b与a径向辅助轴承骨架3a通过圆周布局的aa石墨柱3b1与圆周布局的aa通孔3a1配合，以及圆周布局的ab石墨柱3b2与圆周布局的ab通孔3a2配合。
同理在本发明中，b石墨内凸环4b为石墨加工成型的一体圆环件。b石墨内凸环4b的环体内侧按照圆周布局均匀设置有ba石墨柱4b1和bb石墨柱4b2。每一个石墨柱配合插入b径向辅助轴承骨架4a上的通孔配合。在本发明中，b石墨内凸环4b与b径向辅助轴承骨架4a配合实现辅助轴承的自润滑。b石墨内凸环4b的中心设有k中心通孔4b-1，k中心通孔4b-1内放置有b径向辅助轴承骨架4a，而b石墨内凸环4b与b径向辅助轴承骨架4a通过圆周布局的ba石墨柱4b1与圆周布局的ba通孔4a1配合，以及圆周布局的bb石墨柱4b2与圆周布局的bb通孔4a2配合。
a径向轴承挡环3c与b径向轴承挡环4c
参见图1a、图1b、图1c、图4、图4a所示，a径向轴承挡环3c为电工纯铁加工成型的一体圆环件。a径向轴承挡环3c的中心设有用于转子轴6穿过的i中心通孔3c-1，a径向轴承挡环3c的圆盘上设有供螺钉穿过的c通孔3c1。a径向轴承挡环3c的圆盘与a径向柔性导磁环1a的aa内凸圆台1a5通过螺钉固定。
参见图1a、图1b、图1c、图4、图4a所示，b径向轴承挡环4c为电工纯铁加工成型的一体圆环件。b径向轴承挡环4c的中心设有用于转子轴6穿过的l中心通孔4c-1，b径向轴承挡环4c的圆盘上设有供螺钉穿过的d通孔4c1。b径向轴承挡环4c的圆盘与b径向柔性导磁环2a的ba内凸圆台2a5通过螺钉固定。
磁轴承线圈组5
参见图1a、图1b、图1c、图5、图6b所示，径向磁轴承线圈组5为纯铜绕制的成对线圈构成，一般为四对线圈(共8个线圈，相邻两个为一组)组成一个磁轴承线圈组5。每一个线圈为90～120匝(根据转子转速和电机输出功率进行调整)，线径0.5mm，正交磁路径向磁悬浮轴承的功率为60w～80w(根据转子转速和电机输出功率进行调整)。每个线圈安装在定子铁芯8的定子齿上。
在本发明中，参见图5所示为了清楚地说明8个线圈的布局，组成径向磁轴承线圈组5的每个线圈记为a线圈51、b线圈52、c线圈53、d线圈54、e线圈55、f线圈56、g线圈57和h线圈58。
a线圈51安装在定子铁芯8的a定子齿81上；
b线圈52安装在定子铁芯8的b定子齿82上；
c线圈53安装在定子铁芯8的c定子齿83上；
d线圈54安装在定子铁芯8的d定子齿84上；
e线圈55安装在定子铁芯8的e定子齿85上；
f线圈56安装在定子铁芯8的f定子齿86上；
g线圈57安装在定子铁芯8的g定子齿87上；
h线圈58安装在定子铁芯8的h定子齿88上。
定子铁芯8
参见图1a、图1b、图1c、图5、图5a所示，定子铁芯8为多层硅钢片(厚度可以为0.2mm，0.35mm和0.5mm)叠加成型的一体圆环结构件。磁轴承定子铁芯8的中心设有n中心通孔8-1，n中心通孔8-1用于放置转子铁芯7，转子铁芯7为多层硅钢片(厚度可以为0.2mm，0.35mm和0.5mm)叠加成型的一体圆环结构件。转子铁芯7的中心设有m中心通孔7-1，通过m中心通孔7-1将转子铁芯7安装在转子轴6上。定子铁芯8上设有用于安装每个线圈的定子齿，且定子齿为圆周均布，每两个定子齿之间存在有用于线圈通过的定子齿槽。
在本发明中，参见图5、图5a所示为了清楚地说明8个线圈分别安装在定子铁芯8的各自定子齿上，则定子铁芯8的内环侧按照圆周布局设有与线圈个数对应的8个定子齿，即a定子齿81、b定子齿82、c定子齿83、d定子齿84、e定子齿85、f定子齿86、g定子齿87和h定子齿88。
在本发明中，定子铁芯8的外圆盘8a上安装有a径向刚性导磁环1c和b径向刚性导磁环2c，且a径向刚性导磁环1c与b径向刚性导磁环2c之间存在有a间隙9；采用两个径向刚性导磁环(1c、2c)沿转子轴的轴向布局，且存有一定间隙，能够防止永磁磁路短路。定子铁芯8的内环侧按照圆周布局设有与线圈个数对应的8个定子齿，且在定子齿内侧安装转子铁芯7。
本发明采用在轴向方向以定子铁芯8为中心分为结构相同且左右对称的两部分；并采用了将径向磁轴承与辅助轴承结合为一体的设计方法，解决了传统磁轴承与辅助轴承同轴度低的技术问题。
本发明的正交磁路径向磁悬浮轴承的装配：
(a)将每个线圈套接在磁轴承定子铁芯8的各自的定子齿上；
(b)将a石墨内凸环3b上的所有石墨柱分别穿过a径向辅助轴承骨架3a上各自的通孔，且使得a石墨内凸环3b与a径向辅助轴承骨架3a配合后，置于a径向柔性导磁环1a的aa内环腔1a6中，然后用螺钉将a径向轴承挡环3c固定在a径向柔性导磁环1a的aa内凸圆台1a5上，通过实现a径向轴承挡环3c限制a石墨内凸环3b与a径向辅助轴承骨架3a在轴向方向上的运动；a径向辅助轴承骨架3a与转子轴6之间存在保护间隙，该间隙为磁间隙的一半，通常为0.2mm～0.3mm；
(c)将b石墨内凸环4b上的所有石墨柱分别穿过b径向辅助轴承骨架4a上各自的通孔，且使得b石墨内凸环4b与b径向辅助轴承骨架4a配合后，置于b径向柔性导磁环2a的ba内环腔2a6中，然后用螺钉将b径向轴承挡环4c固定在b径向柔性导磁环2a的ba内凸圆台2a5上，通过实现b径向轴承挡环4c限制b石墨内凸环4b与b径向辅助轴承骨架4a在轴向方向上的运动；b径向辅助轴承骨架4a与转子轴6之间存在保护间隙，该间隙为磁间隙的一半，通常为0.2mm～0.3mm；
(d)在磁轴承定子铁芯8的外圆盘8a的端面两端分别安装上a径向刚性导磁环1c和b径向刚性导磁环2c，且a径向刚性导磁环1c与b径向刚性导磁环2c之间留有a间隙9；
(e)在a径向刚性导磁环1c的右端与a径向柔性导磁环1a左端之间安装有a永磁体1b；在b径向刚性导磁环2c的左端与b径向柔性导磁环2a右端之间安装有b永磁体2b；
(f)将转子铁芯7套接在转子轴6上；
(g)将套接了转子铁芯7的转子轴6分别穿过上述装配完成的零部件a径向辅助轴承骨架3a的g中心通孔3a-1、磁轴承定子铁芯8的n中心通孔8-1和b径向辅助轴承骨架4a的e中心通孔4c-1，使转子铁芯7与磁轴承定子铁芯8的轴向位置相对应；
(h)当径向磁轴承线圈组5通电时，套接了转子铁芯7的转子轴6便可悬浮于a径向辅助轴承骨架3a的g中心通孔3a-1、磁轴承定子铁芯8的n中心通孔8-1和b径向辅助轴承骨架4a的e中心通孔4c-1所形成的空间内。
参见图6a、图6b所示，本发明设计的基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径向磁悬浮轴承的磁路为：
永磁体产生的永磁力能够给磁悬浮轴承提供永磁偏置磁场，承担磁轴承所受的大部分径向力。励磁线圈产生的电磁力通过与永磁力叠加，能够给磁悬浮轴承提供精确的控制力。由于大部分径向负载被永磁力承担，所以电磁力只需要输出小部分力来承受径向负载，这样有利于实现电磁力的精确控制，更有利于保持磁轴承定转子气隙均匀，实现转子的无接触悬浮支承。
图6a所示为永磁磁路，右半部分结构的磁路的走向为：磁通从a永磁体1b的n极出发，分别通过a径向柔性导磁环1a、a径向辅助轴承骨架3a、转子轴6、转子铁芯7、磁轴承定子铁芯8、a径向刚性导磁环1c回到a永磁体1b的s极，形成磁轴承右半部分的永磁磁路；左半部分结构的磁路的走向为：磁通从b永磁体2b的n极出发，分别通过b径向柔性导磁环2a、b径向辅助轴承骨架4a、转子轴6、转子铁芯7、磁轴承定子铁芯8、b径向刚性导磁环2c回到b永磁体2b的s极，形成磁轴承左半部分的永磁磁路。
图6b所示为电磁磁路，定子齿组包含8个定子齿，分别为：定子齿81、定子齿82、定子齿83、定子齿84、定子齿85、定子齿86、定子齿87、定子齿88。径向磁轴承线圈组5包含8个线圈，分别为：线圈51、线圈52、线圈53、线圈54、线圈55、线圈56、线圈57、线圈58。每个定子齿套有相应的线圈，图中各个线圈所示的“●”表示电流方向垂直并流出纸面，“×”表示电流方向垂直并流入纸面，电流方向与磁通方向满足右手螺旋定则。右上角电磁磁路的走向为：线圈51和线圈52按图示电流走向通电，则磁通从定子齿81出发，分别通过外圆盘8a的右上角部分、定子齿82、转子铁芯7的右上角部分回到定子齿81，形成右上角的电磁磁路；右下角电磁磁路的走向为：线圈53和线圈54按图示电流走向通电，则磁通从定子齿83出发，分别通过外圆盘8a的右下角部分、定子齿84、转子铁芯7的右下角部分回到定子齿83，形成右下角的电磁磁路；左下角电磁磁路的走向为：线圈55和线圈56按图示电流走向通电，则磁通从定子齿85出发，分别通过外圆盘8a的左下角部分、定子齿86、转子铁芯7的左下角部分回到定子齿85，形成左下角的电磁磁路；左上角电磁磁路的走向为：线圈57和线圈58按图示电流走向通电，则磁通从定子齿87出发，分别通过外圆盘8a的左上角部分、定子齿88、转子铁芯7的左上角部分回到定子齿87，形成左上角的电磁磁路。
由图6a和图6b可见，永磁磁路所在平面与转子轴线平行，电磁磁路所在平面与转子轴线垂直，这样两个磁路在空间上形成了正交磁路结构，互不干扰，单独作用。
本发明在现有内转子径向纯电磁磁轴承的基础上，将两个对称的永磁磁路与电磁磁路结合，为转子提供更大的永磁偏置磁通。该永磁偏置磁通与电磁磁通为空间正交布置，且将辅助轴承作为永磁磁路的一部分，使磁悬浮轴承整体结构并没有占用更多的体积，而是尺寸小结构紧凑就实现了悬浮效果的提升，进而提高了磁悬浮高速电机的运行效果。
实施例1
参见图7所示，将本发明设计的基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径向磁悬浮轴承应用到高速磁悬浮电机中进行性能说明。
将本发明设计的基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径向磁悬浮轴承应用到高速磁悬浮电机中，即将转子轴6替换为电机输出轴，是通过转子铁芯7与磁轴承定子铁芯8的轴向位置对应关系，将装配好的本发明正交磁路径向磁悬浮轴承安装在电机输出轴上，并在左端的b径向轴承挡环4c与磁轴承定子铁芯8之间安装一个位移传感器20，在a径向柔性导磁环1a的右端安装高速磁悬浮电机的定子30。通过对传统高速磁悬浮电机用轴承的对比，本发明正交磁路径向磁悬浮轴承提高了磁轴承的控制精度，提高了磁悬浮电机的抗失稳能力，用本发明的磁轴承替换传统应用于磁悬浮电机中的辅助轴承(backupbearing)与径向磁轴承(radialmb)结构，可以使磁悬浮高速电机的整体结构更加紧凑，同时提高了磁悬浮轴承与辅助轴承的同轴度，进而提高了位移传感器的检测精度和控制系统的控制精度。
本发明是一种基于对称自润滑柔性辅助轴承结构的正交磁路径向磁悬浮轴承，是采用了将径向磁轴承与辅助轴承相结合为一体的技术手段，利用径向与轴向磁路空间正交分布方式，解决了传统磁轴承与辅助轴承同轴度低的技术问题，达到了在同样磁轴承体积下可以输出更大的悬浮力、辅助轴承刚度与阻尼的合理配比、机械同轴度高和控制精度高的技术效果。在应用到高速磁悬浮电机中，提高了高速磁悬浮电机的抗失稳能力和转子的刚性模态，以及提高控制系统对磁悬浮轴承的控制精度。