CN102943811A - 工业应用型径向永磁悬浮轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业应用型径向永磁悬浮轴承。它包括磁内圈、磁外圈和陶瓷球组件保持架，所述磁内圈由一个内轴圈、若干个紧套在内轴圈上的动永磁环组和在两端压紧动永磁环组的两个内螺纹紧固盖组成，磁外圈由一个外轴圈、若干个紧套在外轴圈内的静永磁环组、在两端压紧静永磁环组的两个外端盖和将外端盖、外轴圈、静永磁环组固紧为一体成磁外圈的若干个内六角圆柱头螺钉和弹簧垫片组成，磁内圈、磁外圈由两端的内螺纹紧固盖和外端盖之间的两个陶瓷球组件相互辅助定位，构成陶瓷球组件保持架。本发明使用方便、摩擦力矩小、节能，适应于大规模应用，满足工业应用的要求，而对于轴承制造厂家易于进行标准化、系列化生产，以满足可商品化的要求。

Description

工业应用型径向永磁悬浮轴承

技术领域

本发明涉及一种径向永磁悬浮轴承，特别是一种能普遍适用于大规模工业应用的径向永磁悬浮轴承。

背景技术

磁悬浮轴承又简称为磁力轴承，是利用定子和转子之间的磁力作用将转子悬浮于空间，使转子和定子之间没有机械接触的一种新型高性能轴承。由于转、定子之间不存在机械上的接触，所以磁悬浮轴承的转子可达到很高的运转转速，并且具有机械磨损小、能耗低、寿命长、无需润滑、无污染等优点，特别适合高速、真空和超洁净等特殊的应用场合。

磁悬浮轴承根据工作原理或磁力产生方式一般可以分为三类：主动磁悬浮轴承(Active Magnetic Bearing，简称AMB)，被动磁悬浮轴承(Passive Magnetic Bearing，简称PMB)，混合磁悬浮轴承(Hybrid Magnetic Bearing，简称HMB)。被动磁悬浮轴承又可分为：永磁悬浮轴承、超导磁悬浮轴承、抗磁体磁悬浮轴承、电动力磁悬浮轴承。其中，永磁悬浮轴承(简称永磁轴承)是利用永磁体之间的作用力来实现物体在部分自由度上的稳定悬浮。

时至今日，永磁悬浮依然面临着难以解决的技术难题。1842年，英国物理学家Earnshaw指出：一个相互作用力服从与距离平方成反比规律的体系不可能实现三维空间的稳定平衡。这一结论被十九世纪的伟大物理学家Maxwell做过引述和论证，随后Brown进行了推论，历经三个世纪发展成为Earnshaw定理：永磁悬浮轴承不可能在空间所有自由度上实现全永磁悬浮。因此想要得到稳定的平衡悬浮体系，至少要在一个自由度上引入主动外力(如电磁力、机械力)辅助支承进行补偿。

目前，永磁悬浮轴承尚处于实验研究阶段，由于磁铁不同极性接触时吸力很大，且没有专业化工厂制造生产，因此在自行组装和安装时将遭遇到很多困难和不便，不能在工业上得到大规模应用。若能研制一种能像滚动轴承那样能够标准化、系列化生产的永磁轴承，那么它一定能象滚动轴承那样在工业应用领域中得到大规模应用，同时也能促进永磁悬浮轴承事业的进一步发展。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷提供一种工业应用型径向永磁悬浮轴承，它运用永磁铁具有“同性相斥、异性相吸”的原理使转轴在径向上稳定悬浮，在轴向上依赖辅助轴承进行辅助定位，利用陶瓷球组件作为保持架来使转轴保持轴向定位，相当于滚动轴承的保持架，使内外两磁环组间恰好正中相套，没有轴向偏移，两者之间径向上有一定的气隙，没有任何摩擦，完全依靠磁环组之间的斥力来达到径向力的平衡，从而在径向上保持稳定悬浮，大大提升转轴的转速并且经久耐用，可以有效减少能量的损耗，达到节能的目的。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种工业应用型径向永磁悬浮轴承，包括磁内圈、磁外圈和陶瓷球组件保持架，其特征在于：所述磁内圈由一个内轴圈、若干(例如四)个紧套在内轴圈上的动永磁环组和在两端压紧动永磁环的两个内螺纹紧固盖组成；所述磁外圈由一个外轴圈、四个紧套在外轴圈内的静永磁环组、在两端压紧静永磁环组的两个外端盖和将外端盖、外轴圈、静永磁环组固紧为一体成磁外圈的若干(例如十六)个内六角圆柱头螺钉和弹簧垫片组成；所述磁内圈和磁外圈由两端的内螺纹紧固盖和外端盖之间的两个陶瓷球组件相互辅助定位，构成陶瓷球组件保持架，实现工业应用型径向永磁悬浮轴承的功能。

上述的工业应用型径向永磁悬浮轴承在径向上由静永磁环组和动永磁环组之间的斥力来达到稳定悬浮。磁环所用材料为钕铁硼，均采用轴向充磁，由磁环加工厂家定制。

上述的工业应用型径向永磁悬浮轴承，磁内圈的内径相当于滚动轴承的内圈内径，磁外圈的外径相当于滚动轴承的外圈外径，宽度相当于滚动轴承的宽度，结构简单，适合轴承专业厂家标准化、系列化生产。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出特点和显著优点：本工业应用型径向永磁悬浮轴承结构简单可靠，减少了目前永磁轴承散件自行组装带来的不便，具有使用方便、摩擦力小、节能等优点，可以参照传统滚动轴承的尺寸来进行标准化、系列化生产，用户主机厂家的工程技术人员只需知道磁内圈内径d、磁外圈外径D和轴承宽度B(b)等轴承规格尺寸，就能像滚动轴承那样方便地将其设计到主机中进行使用，满足工业应用的要求。附图说明 

图1是本发明一个实施例的总体结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图说明如下：

实施例一：

参见图1，本工业应用型径向永磁悬浮轴承，由内径为d、宽度为b的磁内圈和外径为D、宽度为B的磁外圈组成。磁内圈由一个内轴圈1、若干(例如四)个紧套在内轴圈上的动永磁环组7和在两端压紧动永磁环的两个内螺纹紧固盖8组成。磁外圈由一个外轴圈5、四个紧套在外轴圈内的静永磁环组6、在两端压紧静永磁环组的两个外端盖2和将外端盖、外轴圈、静永磁环组固紧为一体成磁外圈的若干(例如十六)个内六角圆柱头螺钉3和弹簧垫片4组成，磁内圈、磁外圈由两端的内螺纹紧固盖和外端盖之间的两个陶瓷球组件9相互辅助定位，构成陶瓷球组件保持架，实现工业应用型径向永磁悬浮轴承的功能。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

上述的工业应用型径向永磁悬浮轴承，其动永磁环组7和静永磁环组6中相邻两磁环均采用相向堆叠，而动永磁环组7内置于静永磁环组6内，磁环磁极方向相同，呈斥力型相套，这样，在径向上由静永磁环组和动永磁环组之间的斥力来达到稳定悬浮。磁环所用材料为钕铁硼，均采用轴向充磁，由磁环加工厂家定制。所述内轴圈1、外轴圈5、外端盖2、紧固盖8和内六角圆柱头螺钉3均由无磁材料制成。

上述的工业应用型径向永磁悬浮轴承的工作原理为：在轴向上，陶瓷球组件9主要用于对内圈转轴进行轴向辅助定位，定位精度越高其所受的轴向磁力越小，径向永磁悬浮轴承的摩擦力矩越小。同时，陶瓷球组件9还可用来承受轴向外载荷，外载荷越大，径向永磁悬浮轴承的摩擦力矩越大；在径向上，动永磁环组7套在静永磁环组6当中，且相套的两磁环组极性方向相同，根据磁铁“同性相斥、异性相吸”的性质以及磁铁的四周和磁铁的四周可以相斥或者相吸的原理可知，当动永磁环组7不承受外载荷时，静永磁环组6对动永磁环7的斥力使其达到平衡，当动永磁环组7在径向受力产生位移时，静永磁环组6将会对动永磁环组7产生一个很大的斥力并迫使其恢复平衡状态；静永磁环组6对动永磁环组7的作用力主要承受径向外载荷，而起辅助定位作用的陶瓷球组件9还可承受轴向载荷，故本发明主要利用径向磁悬浮力承受径向外载荷，又可利用陶瓷球组件承受轴向外载荷，主要承受径向外载荷时是一个摩擦力矩很小的径向永磁悬浮轴承，用来承受轴向外载荷时是一个摩擦力矩与陶瓷推力球轴承相当的推力球轴承。

本工业应用型径向永磁悬浮轴承结构简单可靠、减少了目前永磁悬浮轴承散件自行组装带来的不便，具有使用方便、摩擦力矩小、节能以及适应于大规模应用等优点。在实际应用中，用户主机厂家的工程技术人员只需知道磁内圈内径d、磁外圈外径D和轴承宽度B(b)等轴承规格尺寸，就能像滚动轴承那样方便地将其设计到主机中进行使用，满足工业应用的要求，而对于轴承制造厂家易于进行标准化、系列化生产，满足商品化的要求。

Claims (3)

1.一种工业应用型径向永磁悬浮轴承，包括磁内圈、磁外圈和陶瓷球组件保持架，其特征在于：所述磁内圈由一个内轴圈(1)、若干个紧套在内轴圈(1)上的动永磁环组(7)和在两端压紧动永磁环组(7)的两个内螺纹紧固盖(8)组成；所述磁外圈由一个外轴圈(5)、若干个紧套在外轴圈内的静永磁环组(6)、在两端压紧静永磁环组(6)的两个外端盖(2)和将外端盖(2)、外轴圈(5)、静永磁环组(6)固紧为一体成磁外圈的若干个内六角圆柱头螺钉(3)和弹簧垫片(4)组成；所述磁内圈和磁外圈由两端的内螺纹紧固盖(8)和外端盖(2)之间的两个陶瓷球组件(9)相互辅助定位，构成陶瓷球组件保持架。

2.根据权利要求1所述的工业应用型径向永磁悬浮轴承，其特征在于所述动永磁环组(7)和静永磁环组(6)的永磁环均采用轴向磁化，相邻的两个同一规格永磁环采用堆叠放置，且磁极相反；静永磁环组（6）和动永磁环组（7）磁极相同，即均成斥力型放置。

3.根据权利要求1所述的工业应用型永磁悬浮轴承，其特征在于所述的内轴圈（1）、外轴圈（5）、外端盖（2）、紧固盖（8）和内六角圆柱头螺钉（3）均由无磁材料制成。

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