多环非对称结构永磁磁轴承

技术领域

本发明涉及一种提高被动磁悬浮轴承悬浮力技术，属于磁悬浮轴承领域。

背景技术

磁悬浮轴承利用磁力将转子悬浮于空中，使得转子与定子之间没有机械接触，因此具有无磨损、噪声小、寿命长等显著优势，用于高速、真空、超净等特殊环境，目前已在高速电机、透平机、膨胀机、压缩机等领域实现了应用。

根据磁悬浮轴承的工作原理，可以分为主动和被动两种类型。主动磁悬浮轴承利用电磁力实现悬浮，具有悬浮力可控和系统稳定等特点。被动磁悬浮轴承利用永磁体之间的相互作用力实现悬浮，具有无损耗和结构简单等特点，但不能自稳定。

传统被动磁悬浮轴承一般采用对称结构，定子和转子均为永磁环，根据实际需求采用轴向或径向布置，如采用径向布置时，转子外经小于定子内径，二者同心放置。由于采用对称结构，当二者同心时，不产生相互作用力，一旦转子发生偏心时，才产生相互作用力。对于一些大型重载应用领域，该种被动磁悬浮轴承在对称位置无法产生一个较大的悬浮力，导致与之匹配的主动磁轴承需要产生额外的主动控制力进行补偿，因此使得损耗与发热较为严重，限制了被动磁轴承在大型重载磁悬浮领域的应用。

发明内容

本发明目的是为了解决采用对称结构的传统被动磁悬浮轴承悬浮力低、承载力低的问题，提供了一种多环非对称结构永磁磁轴承。

本发明所述多环非对称结构永磁磁轴承，包括定子和转子，定子同轴设置于转子外部；转子包括永磁体环阵列3和转轴，永磁体环阵列3设置于转轴上；定子包括两个弧形永磁阵列，分别为上弧形永磁阵列1和下弧形永磁阵列2，上弧形永磁阵列1和下弧形永磁阵列2结构相同且对称设置在转子的上方和下方；

永磁体环阵列3和上弧形永磁阵列1相互吸引，永磁体环阵列3和下弧形永磁阵列2相互排斥，以形成磁悬浮力。

优选地，转子的永磁体环阵列3由M个永磁环沿轴向依次等间距排列构成，永磁环沿径向充磁，M个永磁环充磁方向相同；

定子的每个弧形永磁阵列由M个弧形永磁体构成，所述M个弧形永磁体沿轴向依次等间距同轴排列，弧形永磁体沿径向充磁，同一弧形永磁阵列中M个弧形永磁体的充磁方向相同；

转子的M个永磁环和上弧形永磁阵列1的M个弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

上弧形永磁阵列1中弧形永磁体的充磁方向与转子中永磁环的充磁方向相同，下弧形永磁阵列2中弧形永磁体的充磁方向与转子中永磁环的充磁方向相反。

优选地，转子的永磁体环阵列3由M个永磁环沿轴向依次等间距排列构成，永磁环沿径向充磁，M个永磁环充磁方向依次交替相反；

定子的每个弧形永磁阵列由M个弧形永磁体构成，所述M个弧形永磁体沿轴向依次等间距同轴排列，弧形永磁体沿径向充磁，同一弧形永磁阵列中M个弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；

转子的M个永磁环和上弧形永磁阵列1的M个弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

上弧形永磁阵列1中的弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相同；

下弧形永磁阵列2中的弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相反。

优选地，转子的永磁体环阵列3由M个永磁环沿轴向依次等间距排列构成，永磁环沿径向充磁，M个永磁环充磁方向依次交替相反；

定子的每个弧形永磁阵列包括M个径向充磁弧形永磁体和M-1个轴向充磁弧形永磁体，M个径向充磁弧形永磁体和M-1个轴向充磁弧形永磁体沿轴向交替排布以构成Halbach永磁阵列结构，同一弧形永磁阵列中M个径向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；同一弧形永磁阵列中M-1个轴向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；

转子的M个永磁环和上弧形永磁阵列1的M个径向充磁弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个径向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；上弧形永磁阵列1的M-1个轴向充磁弧形永磁体和下弧形永磁阵列2的M-1个轴向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

上弧形永磁阵列1中的径向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相同；

下弧形永磁阵列2中的径向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相反。

优选地，转子的永磁体环阵列3包括M个径向充磁永磁环和M-1个轴向充磁永磁体环，M个径向充磁永磁环和M-1个轴向充磁永磁体环沿轴向交替排布以构成Halbach永磁阵列结构，M个径向充磁永磁环的充磁方向依次交替相反；M-1个轴向充磁永磁环的充磁方向依次交替相反；

定子的每个弧形永磁阵列包括M个径向充磁弧形永磁体和M-1个轴向充磁弧形永磁体，M个径向充磁弧形永磁体和M-1个轴向充磁弧形永磁体沿轴向交替排布以构成Halbach永磁阵列结构，同一弧形永磁阵列中M个径向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；同一弧形永磁阵列中M-1个轴向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；

转子的M个径向充磁永磁环和上弧形永磁阵列1的M个径向充磁弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个径向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；转子的M-1个轴向充磁永磁体环和上弧形永磁阵列1的M-1个轴向充磁弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M-1个轴向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

弧形永磁阵列中径向充磁弧形永磁体的轴向尺寸大于转子中径向充磁永磁环的轴向尺寸；弧形永磁阵列中轴向充磁弧形永磁体的轴向尺寸小于转子中轴向充磁永磁环的轴向尺寸；

上弧形永磁阵列1中的径向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的径向充磁永磁环充磁方向相同，上弧形永磁阵列1中的轴向充磁永磁体环和与其轴向中心对齐的转子中的轴向充磁永磁环充磁方向相反；

下弧形永磁阵列2中的径向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的径向充磁永磁环充磁方向相反，下弧形永磁阵列2中的轴向充磁永磁体环和与其轴向中心对齐的转子中的轴向充磁永磁环充磁方向相同。

优选地，转子的永磁体环阵列3由M个永磁环沿轴向依次等间距排列构成，永磁环沿轴向充磁，M个永磁环充磁方向相同；

定子的每个弧形永磁阵列由M个弧形永磁体构成，所述M个弧形永磁体沿轴向依次等间距同轴排列，弧形永磁体沿轴向充磁，同一弧形永磁阵列中M个弧形永磁体的充磁方向相同；

转子的M个永磁环和上弧形永磁阵列1的M个弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

上弧形永磁阵列1中的弧形永磁体和转子中的永磁环充磁方向相反；

下弧形永磁阵列2中的弧形永磁体和转子中的永磁环充磁方向相同。

优选地，转子的永磁体环阵列3由M个永磁环沿轴向依次等间距排列构成，永磁环沿轴向充磁，M个永磁环充磁方向依次交替相反；

定子的每个弧形永磁阵列由M个弧形永磁体构成，所述M个弧形永磁体沿轴向依次等间距同轴排列，弧形永磁体沿轴向充磁，同一弧形永磁阵列中M个弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；

转子的M个永磁环和上弧形永磁阵列1的M个弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

上弧形永磁阵列1中的弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相反；

下弧形永磁阵列2中的弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相同。

优选地，转子的永磁体环阵列3由M个永磁环沿轴向依次等间距排列构成，永磁环沿轴向充磁，M个永磁环充磁方向依次交替相反；

定子的每个弧形永磁阵列包括M个轴向充磁弧形永磁体和M-1个径向充磁弧形永磁体，M个轴向充磁弧形永磁体和M-1个径向充磁弧形永磁体沿轴向交替排布以构成Halbach永磁阵列结构，同一弧形永磁阵列中M个轴向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；同一弧形永磁阵列中M-1个径向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；

转子的M个永磁环和上弧形永磁阵列1的M个轴向充磁弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个轴向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；上弧形永磁阵列1的M-1个径向充磁弧形永磁体和下弧形永磁阵列2的M-1个径向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

上弧形永磁阵列1中的轴向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相反；

下弧形永磁阵列2中的轴向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相同。

优选地，转子的永磁体环阵列3包括M个轴向充磁永磁环和M-1个径向充磁永磁体环，M个轴向充磁永磁环和M-1个径向充磁永磁体环沿轴向交替排布以构成Halbach永磁阵列结构，M个轴向充磁永磁环的充磁方向依次交替相反；M-1个轴向充磁永磁体环的充磁方向依次交替相反；

定子的每个弧形永磁阵列包括M个轴向充磁弧形永磁体和M-1个径向充磁弧形永磁体，M个轴向充磁弧形永磁体和M-1个径向充磁弧形永磁体沿轴向交替排布以构成Halbach永磁阵列结构，同一弧形永磁阵列中M个轴向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；同一弧形永磁阵列中M-1个径向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；

转子的M个轴向充磁永磁环和上弧形永磁阵列1的M个轴向充磁弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个轴向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；转子的M-1个径向充磁永磁体环和上弧形永磁阵列1的M-1个径向充磁弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M-1个径向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

弧形永磁阵列中轴向充磁弧形永磁体的轴向尺寸大于转子中轴向充磁永磁环的轴向尺寸；弧形永磁阵列中径向充磁弧形永磁体的轴向尺寸小于转子中径向充磁永磁环的轴向尺寸；

上弧形永磁阵列1中的轴向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的轴向充磁永磁环充磁方向相反，上弧形永磁阵列1中的径向充磁永磁体环和与其轴向中心对齐的转子中的径向充磁永磁环的充磁方向相同；

下弧形永磁阵列2中的轴向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的轴向充磁永磁环充磁方向相同，下弧形永磁阵列2中的径向充磁永磁体环和与其轴向中心对齐的转子中的径向充磁永磁环的充磁方向相反。

优选地，还包括定子固定框架和转子护套，上弧形永磁阵列1和下弧形永磁阵列2均安装于一个定子固定框架内部，所述定子固定框架采用高强度非导磁材料；永磁体环阵列3外部套有转子护套，转子护套采用高强度非导磁材料；永磁体环阵列3直接套设在转轴上或通过非磁性轴套套在转轴上。

本发明的有益效果：(1)与传统对称结构永磁磁轴承相比，能够提供较大的静态承载力，在大型重载磁悬浮系统中具有显著优势；(2)轴承提供对静态载荷进行支撑的悬浮力大小可以根据永磁体阵列的数量进行设计和调节，载荷较大时，可以增加永磁阵列中永磁体的数量，设计灵活方便。

附图说明

图1是本发明所述多环非对称结构永磁磁轴承的结构示意图；

图2(a)～图2(h)分别为8个实施例的示意图；

图3是转子永磁环阵列直接套在磁性转轴上的示意图；

图4是转子永磁环阵列通过非磁性轴套套在转轴上的示意图。

附图标记说明：1-上弧形永磁阵列，2-下弧形永磁阵列，3-永磁体环阵列，4-转子护套，5-非磁性轴套。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述多环非对称结构永磁磁轴承，包括定子和转子，定子同轴设置于转子外部；转子包括永磁体环阵列3和转轴，永磁体环阵列3设置于转轴上；定子包括两个弧形永磁阵列，分别为上弧形永磁阵列1和下弧形永磁阵列2，上弧形永磁阵列1和下弧形永磁阵列2结构相同且对称设置在转子的上方和下方；

永磁体环阵列3和上弧形永磁阵列1相互吸引，永磁体环阵列3和下弧形永磁阵列2相互排斥，以形成磁悬浮力。

与传统对称结构永磁磁轴承相比，本实施方式的定子不是一个整环，而是分成上下两个弧形阵列。传统永磁磁轴承中，定子和转子均采用整环结构，当定转子永磁环同心时，径向力为零，只有当定子与转子产生径向或轴向错位时，才会产生作用力。相比较而言，本实施方式将定子分成上下两个弧形阵列，且充磁方向相反，可以与转子永磁环相互作用分别产生吸力和斥力作用，对于转子自身而言，两个作用力方向相同，进行叠加可形成较大的悬浮力，实现了在平衡位置处永磁磁轴承对载荷的重力补偿和被动支撑，降低整个主被动轴承系统的损耗与发热。

具体实施方式二：下面结合图2(a)说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，转子的永磁体环阵列3由M个永磁环沿轴向依次等间距排列构成，永磁环沿径向充磁，M个永磁环充磁方向相同；

定子的每个弧形永磁阵列由M个弧形永磁体构成，所述M个弧形永磁体沿轴向依次等间距同轴排列，弧形永磁体沿径向充磁，同一弧形永磁阵列中M个弧形永磁体的充磁方向相同；

转子的M个永磁环和上弧形永磁阵列1的M个弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

上弧形永磁阵列1中弧形永磁体的充磁方向与转子中永磁环的充磁方向相同，以实现定子上部分的上弧形永磁阵列1与转子相互吸引，下弧形永磁阵列2中弧形永磁体的充磁方向与转子中永磁环的充磁方向相反，以实现定子下部分的下弧形永磁阵列2与转子的相互排斥。

上弧形永磁阵列1和下弧形永磁阵列2的弧形永磁体的轴向尺寸相同，大于或小于永磁体环阵列3的永磁环的轴向尺寸。

本实施方式中给出两个实施例：

实施例1、定子的上弧形永磁阵列1中的弧形永磁体沿径向由内向外充磁，内侧为S极，外侧为N极。定子的下弧形永磁阵列2中的弧形永磁体沿径向由外向内充磁，内侧为N极，外侧为S极，转子的永磁体环阵列3中的永磁环沿径向由内向外充磁，内侧为S极，外侧为N极。转子和与其充磁方向相同的上弧形永磁阵列1相互吸引，转子和与其充磁方向相反的下弧形永磁阵列2相互排斥。

实施例2、定子的上弧形永磁阵列1中的永磁体沿径向由外向内充磁，内侧为N极，外侧为S极。定子的下弧形永磁阵列2中的永磁体沿径向由内向外充磁，内侧为S极，外侧为N极，下弧形永磁体与所对应的上弧形永磁体轴向对齐。转子的永磁体环阵列3中的永磁环沿径向由外向内充磁，内侧为N极，外侧为S极。

具体实施方式三：下面结合图2(b)说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，转子的永磁体环阵列3由M个永磁环沿轴向依次等间距排列构成，永磁环沿径向充磁，M个永磁环充磁方向依次交替相反；

定子的每个弧形永磁阵列由M个弧形永磁体构成，所述M个弧形永磁体沿轴向依次等间距同轴排列，弧形永磁体沿径向充磁，同一弧形永磁阵列中M个弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；

转子的M个永磁环和上弧形永磁阵列1的M个弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

上弧形永磁阵列1中的弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相同，以实现定子上部分的上弧形永磁阵列1与转子相互吸引；

下弧形永磁阵列2中的弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相反，以实现定子下部分的下弧形永磁阵列2与转子的相互排斥。

弧形永磁阵列1和下弧形永磁阵列2的弧形永磁体的轴向尺寸相同，大于或小于永磁体环阵列3的永磁环的轴向尺寸。

本实施方式中给出两个实施例：

实施例1、定子的上弧形永磁阵列1中的弧形永磁体沿径向充磁，且交替相反，如第1、3、5……列由内向外充磁，内侧为S极，外侧为N极；第2、4、6……列由外向内充磁，内侧为N极，外侧为S极。定子的下弧形永磁阵列2中的弧形永磁体沿径向充磁，且交替相反，第1、3、5……列由外向内充磁，内侧为N极，外侧为S极；第2、4、6……列由内向外充磁，内侧为S极，外侧为N极。转子的永磁体环阵列3中的永磁环沿径向充磁，且交替相反，并与上弧形永磁阵列1保持一致，第1、3、5……列由内向外充磁，内侧为S极，外侧为N极；第2、4、6……列由外向内充磁，内侧为N极，外侧为S极。转子和与其充磁方向相同的上弧形永磁阵列1相互吸引，转子和与其充磁方向相反的下弧形永磁阵列2相互排斥。

实施例2、定子的上弧形永磁阵列1中的弧形永磁体沿径向充磁，且交替相反，如第1、3、5……列由外向内充磁，内侧为N极，外侧为S极；第2、4、6……列由内向外充磁，内侧为S极，外侧为N极。定子的下弧形永磁阵列2中的弧形永磁体沿径向充磁，且交替相反，第1、3、5……列由内向外充磁，内侧为S极，外侧为N极；第2、4、6……列由外向内充磁，内侧为N极，外侧为S极。转子的永磁体环阵列3中的永磁环沿径向充磁，且交替相反，并与上弧形永磁阵列1保持一致，第1、3、5……列由外向内充磁，内侧为N极，外侧为S极；第2、4、6……列由内向外充磁，内侧为S极，外侧为N极。

具体实施方式四：下面结合图2(c)说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，转子的永磁体环阵列3由M个永磁环沿轴向依次等间距排列构成，永磁环沿径向充磁，M个永磁环充磁方向依次交替相反；

定子的每个弧形永磁阵列包括M个径向充磁弧形永磁体和M-1个轴向充磁弧形永磁体，M个径向充磁弧形永磁体和M-1个轴向充磁弧形永磁体沿轴向交替排布以构成Halbach永磁阵列结构，同一弧形永磁阵列中M个径向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；同一弧形永磁阵列中M-1个轴向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；

转子的M个永磁环和上弧形永磁阵列1的M个径向充磁弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个径向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；上弧形永磁阵列1的M-1个轴向充磁弧形永磁体和下弧形永磁阵列2的M-1个轴向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

上弧形永磁阵列1中的径向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相同，以实现定子上部分的上弧形永磁阵列1与转子相互吸引；

下弧形永磁阵列2中的径向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相反，以实现定子下部分的下弧形永磁阵列2与转子的相互排斥。

本实施方式中上弧形永磁阵列1的充磁方向与转子相同，二者相互吸引，下弧形永磁阵列2的充磁方向与转子相反，二者相互排斥。

弧形永磁阵列1和下弧形永磁阵列2的径向充磁弧形永磁体的轴向尺寸相同，大于或小于永磁体环阵列3的永磁环的轴向尺寸。弧形永磁阵列1、下弧形永磁阵列2的轴向充磁弧形永磁体和永磁体环阵列3的永磁环的轴向尺寸相同。

具体实施方式五：下面结合图2(d)说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，转子的永磁体环阵列3包括M个径向充磁永磁环和M-1个轴向充磁永磁体环，M个径向充磁永磁环和M-1个轴向充磁永磁体环沿轴向交替排布以构成Halbach永磁阵列结构，M个径向充磁永磁环的充磁方向依次交替相反；M-1个轴向充磁永磁环的充磁方向依次交替相反；

定子的每个弧形永磁阵列包括M个径向充磁弧形永磁体和M-1个轴向充磁弧形永磁体，M个径向充磁弧形永磁体和M-1个轴向充磁弧形永磁体沿轴向交替排布以构成Halbach永磁阵列结构，同一弧形永磁阵列中M个径向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；同一弧形永磁阵列中M-1个轴向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；

转子的M个径向充磁永磁环和上弧形永磁阵列1的M个径向充磁弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个径向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；转子的M-1个轴向充磁永磁体环和上弧形永磁阵列1的M-1个轴向充磁弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M-1个轴向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

弧形永磁阵列中径向充磁弧形永磁体的轴向尺寸大于转子中径向充磁永磁环的轴向尺寸；弧形永磁阵列中轴向充磁弧形永磁体的轴向尺寸小于转子中轴向充磁永磁环的轴向尺寸；

上弧形永磁阵列1中的径向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的径向充磁永磁环充磁方向相同，以实现定子上部分的上弧形永磁阵列1与转子相互吸引；上弧形永磁阵列1中的轴向充磁永磁体环和与其轴向中心对齐的转子中的轴向充磁永磁环充磁方向相反；进一步加强定子上部分的上弧形永磁阵列1与转子相互吸引力。

下弧形永磁阵列2中的径向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的径向充磁永磁环充磁方向相反，以实现定子下部分的下弧形永磁阵列2与转子的相互排斥，下弧形永磁阵列2中的轴向充磁永磁体环和与其轴向中心对齐的转子中的轴向充磁永磁环充磁方向相同，进一步加强定子下部分的下弧形永磁阵列2与转子的相互排斥力。

弧形永磁阵列1和下弧形永磁阵列2的径向充磁弧形永磁体的轴向尺寸、永磁体环阵列3的轴向充磁永磁环的轴向尺寸相同，为第一种尺寸；

弧形永磁阵列1和下弧形永磁阵列2的轴向充磁弧形永磁体的轴向尺寸、永磁体环阵列3的径向充磁永磁环的轴向尺寸相同，为第二种尺寸；

第一种尺寸和第二尺寸一长一短设置，即第一种尺寸大于第二尺寸，或第一种尺寸小于第二尺寸。

具体实施方式六：下面结合图2(e)说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，转子的永磁体环阵列3由M个永磁环沿轴向依次等间距排列构成，永磁环沿轴向充磁，M个永磁环充磁方向相同；

定子的每个弧形永磁阵列由M个弧形永磁体构成，所述M个弧形永磁体沿轴向依次等间距同轴排列，弧形永磁体沿轴向充磁，同一弧形永磁阵列中M个弧形永磁体的充磁方向相同；

转子的M个永磁环和上弧形永磁阵列1的M个弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

上弧形永磁阵列1中的弧形永磁体和转子中的永磁环充磁方向相反，以实现定子上部分的上弧形永磁阵列1与转子相互吸引。

下弧形永磁阵列2中的弧形永磁体和转子中的永磁环充磁方向相同，以实现定子下部分的下弧形永磁阵列2与转子的相互排斥。

弧形永磁阵列1和下弧形永磁阵列2的弧形永磁体的轴向尺寸相同，大于或小于永磁体环阵列3的永磁环的轴向尺寸。

具体实施方式七：下面结合图2(f)说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，转子的永磁体环阵列3由M个永磁环沿轴向依次等间距排列构成，永磁环沿轴向充磁，M个永磁环充磁方向依次交替相反；

定子的每个弧形永磁阵列由M个弧形永磁体构成，所述M个弧形永磁体沿轴向依次等间距同轴排列，弧形永磁体沿轴向充磁，同一弧形永磁阵列中M个弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；

转子的M个永磁环和上弧形永磁阵列1的M个弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

上弧形永磁阵列1中的弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相反，以实现定子上部分的上弧形永磁阵列1与转子相互吸引；

下弧形永磁阵列2中的弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相同，以实现定子下部分的下弧形永磁阵列2与转子的相互排斥。

弧形永磁阵列1和下弧形永磁阵列2的弧形永磁体的轴向尺寸相同，大于或小于永磁体环阵列3的永磁环的轴向尺寸。

具体实施方式八：下面结合图2(g)说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，转子的永磁体环阵列3由M个永磁环沿轴向依次等间距排列构成，永磁环沿轴向充磁，M个永磁环充磁方向依次交替相反；

定子的每个弧形永磁阵列包括M个轴向充磁弧形永磁体和M-1个径向充磁弧形永磁体，M个轴向充磁弧形永磁体和M-1个径向充磁弧形永磁体沿轴向交替排布以构成Halbach永磁阵列结构，同一弧形永磁阵列中M个轴向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；同一弧形永磁阵列中M-1个径向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；

转子的M个永磁环和上弧形永磁阵列1的M个轴向充磁弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个轴向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；上弧形永磁阵列1的M-1个径向充磁弧形永磁体和下弧形永磁阵列2的M-1个径向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

上弧形永磁阵列1中的轴向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相反，以实现定子上部分的上弧形永磁阵列1与转子相互吸引；

下弧形永磁阵列2中的轴向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的永磁环充磁方向相同，以实现定子下部分的下弧形永磁阵列2与转子的相互排斥。

弧形永磁阵列1和下弧形永磁阵列2的轴向充磁弧形永磁体的轴向尺寸相同，大于或小于永磁体环阵列3的永磁环的轴向尺寸。弧形永磁阵列1、下弧形永磁阵列2的径向充磁弧形永磁体和永磁体环阵列3的永磁环的轴向尺寸相同。

具体实施方式九：下面结合图2(h)说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，转子的永磁体环阵列3包括M个轴向充磁永磁环和M-1个径向充磁永磁体环，M个轴向充磁永磁环和M-1个径向充磁永磁体环沿轴向交替排布以构成Halbach永磁阵列结构，M个轴向充磁永磁环的充磁方向依次交替相反；M-1个轴向充磁永磁体环的充磁方向依次交替相反；

定子的每个弧形永磁阵列包括M个轴向充磁弧形永磁体和M-1个径向充磁弧形永磁体，M个轴向充磁弧形永磁体和M-1个径向充磁弧形永磁体沿轴向交替排布以构成Halbach永磁阵列结构，同一弧形永磁阵列中M个轴向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；同一弧形永磁阵列中M-1个径向充磁弧形永磁体的充磁方向依次交替相反；

转子的M个轴向充磁永磁环和上弧形永磁阵列1的M个轴向充磁弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M个轴向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；转子的M-1个径向充磁永磁体环和上弧形永磁阵列1的M-1个径向充磁弧形永磁体、下弧形永磁阵列2的M-1个径向充磁弧形永磁体分别一一轴向中心对齐；

弧形永磁阵列中轴向充磁弧形永磁体的轴向尺寸大于转子中轴向充磁永磁环的轴向尺寸；弧形永磁阵列中径向充磁弧形永磁体的轴向尺寸小于转子中径向充磁永磁环的轴向尺寸；

上弧形永磁阵列1中的轴向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的轴向充磁永磁环充磁方向相反，上弧形永磁阵列1中的径向充磁永磁体环和与其轴向中心对齐的转子中的径向充磁永磁环的充磁方向相同，以实现定子上部分的上弧形永磁阵列1与转子相互吸引；

下弧形永磁阵列2中的轴向充磁弧形永磁体和与其轴向中心对齐的转子中的轴向充磁永磁环充磁方向相同，下弧形永磁阵列2中的径向充磁永磁体环和与其轴向中心对齐的转子中的径向充磁永磁环的充磁方向相反，以实现定子下部分的下弧形永磁阵列2与转子的相互排斥。

实施方式二至九中，因定子的永磁体的长度与转子的永磁体的轴向长度不同，一长一短设置，当定子的永磁体与转子的永磁体产生错位时，定子的永磁体与转子的永磁体耦合面积改变不大，转子的永磁体受到上弧形永磁阵列1向上的吸引力以及下弧形永磁阵列2向上的斥力改变不大，减少轴向力对磁悬浮轴承的悬浮效果的影响。

具体实施方式十：本实施方式对实施方式一至九作进一步说明，还包括定子固定框架和转子护套，上弧形永磁阵列1和下弧形永磁阵列2均安装于一个定子固定框架内部，所述定子固定框架采用高强度非导磁材料。

具体实施方式十一：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一至十作进一步说明，永磁体环阵列3外部套有转子护套4，转子护套4采用高强度非导磁材料。永磁体环阵列3直接套设在转轴上。

具体实施方式十二：下面结合图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一至十作进一步说明，永磁体环阵列3外部套有转子护套4，转子护套4采用高强度非导磁材料。永磁体环阵列3通过非磁性轴套5套在转轴上。

具体实施方式十三：本实施方式所述轴承系统包括主动控制磁轴承、机械轴承和被动磁轴承，被动磁轴承采用实施方式一至十二任一实施方式所述多环非对称结构永磁磁轴承实现，所述非对称结构永磁磁轴承实现对载荷的被动支撑，减小主动控制系统的损耗或机械轴承的磨损。