CN100441891C - 永磁与涡轮复合轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁与涡轮复合轴承，解决现有磁悬浮轴承结构复杂、单位体积承载力小、运转稳定性差、应用受局限等问题。本发明由内套和外套组成，在内套和外套设置径向充磁锥环形永磁体，外套上内锥环形永磁体与内套上外锥环形永磁体沿径向隔离一间隙同极性相对，内套和外套在径向、轴向均产生排斥力，达到内套和外套相对悬浮。所述内套(或外套)上两端分别配置一个涡轮，当内套(或外套)高速旋转时，涡轮将所处环境的流体旋压入内套和外套之间的间隙形成高压气垫或静液层，极大地遏制了内套和外套的相对跳动、摆动，从而极大地提高了轴承运转的稳定性、可靠性。本发明结构紧凑、刚度大、单位体积承载力大、运转稳定性高、用途广。

Description

永磁与涡轮复合轴承

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮轴承，特别是一种永磁与涡轮复合轴承。

背景技术

磁悬浮轴承的转动套与固定套依靠磁力相对悬浮，因此工作时无摩损、无噪声、无污染、不传递振动、免润滑、免维护、寿命长。

磁悬浮轴承有电磁式、永磁式、电磁永磁组合式、永磁与高温超导体复合式。电磁式利用电流产生的磁力使轴承的内套与外套相对悬浮。电磁式磁悬浮轴承结构复杂，而且需要配置一套复杂的电路控制系统才能使其内套运转达到满意的精度和稳定性。电磁永磁组合式同样也很复杂。永磁与高温超导体复合式磁悬浮轴承结构更复杂，制造成本极高。永磁式磁悬浮轴承仅用永磁体的磁力使轴承的内套与外套相对悬浮，一般来说，永磁式悬浮轴承相对于前面所述的其它方式悬浮轴承结构简单，成本低。现有永磁式径向(或者轴向)磁悬浮轴承，结构还比较简单，但同时具有径向和轴向磁悬浮功能的现有永磁式磁悬浮轴承，结构较复杂、单位体积承载力(承载力值与轴承体积之比值)小，刚度小(轴承的承载力随内套与外套之间隙改变而变化小)，更为不满的是由于零部件制造和装配误差不可避免，造成轴承高速运转时稳定性差，即径向跳动和轴向摆动厉害，甚至会发生转套与固定套相碰撞或刮蹭，故实用性差，难以应用到广阔的领域。

发明内容

本发明的目的是解决现有磁悬浮轴承结构复杂、单位体积承载力小、运转稳定性差、应用受局限等问题，设计了一种永磁与涡轮复合轴承，结构紧凑、刚度大、单位体积承载力大、运转稳定性高、用途广。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明由内套和外套组成。本发明的内套和外套上设置若干个锥环形永磁体，且锥度相同，锥环形永磁体均径向充磁，外套上锥环形永磁体与内套上锥环形永磁体沿径向隔离一间隙同极性相对，内套(或外套)两端分别设置一个涡轮，当内套作转动套，所述涡轮就固定在内套，当外套作转动套，所述涡轮就固定在外套。

本发明有一个支撑转轴的导磁轴套，其两端分别固套一个涡轮，导磁轴套外圆上固套多个径向充磁的外锥环形永磁体，称为内磁环，内磁环个数为偶数，内磁环沿轴向大端邻接大端、小端邻接小端且极性交错相并，内磁环的材料、性能参数及尺寸相同。导磁轴套、涡轮、内磁环构成本发明的内套。

在内磁环的外圆外离开均匀间隙套径向充磁的内锥环形永磁体，称为外磁环，其锥度与内磁环的锥度相同，其个数与内磁环的个数相等，外磁环沿轴向大端邻接大端、小端邻接小端且极性交错相并，组装后的外磁环在径向上与内磁环同极性相对，外磁环的材料、性能参数及尺寸相同。在外磁环的外圆上紧套一个导磁圆筒，其两端面分别与组装后的外磁环的端面齐平。紧贴外磁环的外侧端面和导磁圆筒的端面筒固接一块中心有喇叭孔的非磁性圆盘，其喇叭孔的小端直径与外磁环的中孔最小直径大小相同，喇叭孔的大端直径大小使涡轮放入时不擦碰喇叭孔壁即可，非磁性圆盘的外圆与导磁圆筒的外圆相等。外磁环、导磁圆筒、非磁性圆盘构成了本发明的外套。

根据实际需要，内磁环和外磁环可同时成偶数增减，单至少各为两个。

组装时，用压力工装将内套与外套按要求沿轴向压紧，然后在冷却保护下，采取焊接工艺将导磁圆筒与非磁性圆盘焊接起来，也可以用螺栓联接。

由于所述内磁环在径向与外磁环离开一间隙同极性相对，并且所有内磁环和外磁环的材料及性能参数相同，所有内磁环的尺寸相同，所有外磁环的尺寸相同，因而在每个内磁环的外锥面和每个外磁环的内锥面上产生径向磁斥力和轴向磁斥力，而且内磁环和外磁环在径向上相互的磁斥力大小相等、方向相反，在轴向也同样，从而使内套和外套在径向、轴向达到相对悬浮，并具有稳定性。

本发明有益的效果是：

1.从整体结构看：第一，本发明的内套中每两个相邻的外锥环形永磁体的主磁通通过导磁轴套相连接成半封闭状，外套中每两个相邻的内锥环形永磁体的主磁通通过导磁圆筒相连接成半封闭状，所以漏磁小，磁体利用率高。第二，除内外套之间隙和涡轮进流间隙，再无任何空隙，所述轴承的内部空间装配了最多的永磁体，就是不配置涡轮，成为纯永磁悬浮轴承，与现有的同时具有径向和轴向承载功能的磁悬浮轴承相比，本发明结构简单紧凑，单位体积承载能力大、刚度大；配置涡轮，与现有的一些同时具有径向和轴向承载功能的磁悬浮轴承相比，本发明结构依然简单，与现有的另外一些同类轴承相比，本发明结构或许复杂了一些，但配置涡轮，大大地提高了磁悬浮轴承的性能(见有益的效果说明2)，拓宽了其应用范围。第三，组成本发明的零部件为圆环形、圆盘形、圆筒形，工艺性好。

2.本发明内套(或外套)高速旋转时，两端的涡轮，将所处环境的流体(不腐蚀表面处理过的金属和永磁体的流体：如空气、惰性气体、清淡水、液态油等)旋压入内套和外套之间的间隙形成高压气垫或静液层，极大地增强了内套和外套的相对悬浮力，极大地遏制了内套和外套的相对跳动、摆动，轴的转速越高，效果越佳，从而极大地提高了轴承运转的稳定性、可靠性。

附图说明

图1为本发明实施方式1的结构示意图；

图2为本发明实施方式2的结构示意图。

具体实施方式

实施方式1：如图1示，在支撑轴的导磁轴套7上固定径向充磁的外锥环形内磁环1、2、3、4，内磁环1、2、3、4沿轴向依次极性交错相接组装。在导磁轴套7两端分别固套一个涡轮6和14，轴套、涡轮、内磁环构成了本发明的内套。

在内磁环的外圆外离开一间隙，套径向充磁的内锥(锥度与内磁环的锥度相同)环形永磁外磁环9、10、11、12，外磁环9、10、11、12沿轴向依次极性交错相接组装，而且要求外磁环与内磁环沿径向同极性相对。在外磁环的外圆上紧套一个导磁圆筒8，其两端面分别与组装后的外磁环的端面齐平。紧贴外磁环的外侧端面和导磁圆筒的端面固接中心有喇叭孔的非磁性圆盘5和13，其喇叭孔的小端直径与外磁环的中孔最小直径大小相同，喇叭孔的大端直径大小使涡轮6和14放入时不擦碰喇叭孔壁，非磁性圆盘5和13的外圆与导磁圆筒8的外圆相等。外磁环、导磁圆筒、非磁性圆盘构成了本发明的外套。

组装时，用压力工装将内套与外套按要求沿轴向压紧，然后在冷却保护下，采取焊接工艺将导磁圆筒8与非磁性圆盘5和13焊接起来，也可以用螺栓联接。

由于所述内磁环在径向与外磁环离开一间隙同极性相对，并且所有内磁环和外磁环的材料及性能参数相同，所有内磁环的尺寸相同，所有外磁环的尺寸相同，因而在每个内磁环的外锥面和每个外磁环的内锥面上产生径向磁斥力和轴向磁斥力，而且内磁环和外磁环在径向上相互的磁斥力大小相等、方向相反，在轴向也同样，从而内套和外套在径向、轴向达到相对悬浮，并具有稳定性。

所述轴承内套高速旋转时，两端的涡轮，将所处环境的流体(不腐蚀表面处理过的金属和永磁体的流体：如空气、惰性气体、清淡水、液态油等)旋压入内套和外套之间的间隙形成高压气垫或静液层，极大地增强了内套和外套的相对悬浮力，极大地遏制了内套和外套的相对跳动、摆动，轴的转速越高，效果越佳，从而极大地提高了轴承运转的稳定性、可靠性。

实施方式2：当需要本发明外套转动，且内套被固定时，如图2示，将实施方式1中的导磁轴套7、非磁圆盘5和13、涡轮6和14相应改成图2示所示的导磁套16、非磁性圆盘17和19、涡轮15和18，而且使涡轮15和18分别与非磁性圆盘19和17固接，使涡轮15和18的内圆与轴套19的外圆隔离一间隙。

Claims (3)

1.一种永磁与涡轮复合轴承，其特征是：本轴承由内套和外套组成，内套和外套上设置若干个锥环形永磁体，且锥度相同，锥环形永磁体均径向充磁，外套上锥环形永磁体与内套上锥环形永磁体沿径向隔离一间隙同极性相对，所述内套或外套两端分别设置一个涡轮，当内套作转动套，所述涡轮就固定在内套，当外套作转动套，所述涡轮就固定在外套。

2.根据权利要求1所述的永磁与涡轮复合轴承，其特征是：有一个支撑转轴的导磁轴套，其两端分别固套一个所述的涡轮，内套上设置的所述多个环形永磁体固套在所述导磁轴套上，并且其外周面为锥形，此外锥环形永磁体称为内磁环，内磁环个数为偶数，内磁环沿轴向大端邻接大端、小端邻接小端且极性交错相并，内磁环的材料、性能参数及尺寸相同，导磁轴套、涡轮、内磁环构成所述轴承的内套。

3.根据权利要求2所述的永磁与涡轮复合轴承，其特征是：所述外套上设置的多个径向充磁锥环形永磁体的内周面为锥形，此内锥环形永磁体称为外磁环，其个数与内磁环的个数相等，外磁环沿轴向大端邻接大端、小端邻接小端且极性交错相并，组装后的外磁环在径向上与内磁环同极性相对，外磁环的材料、性能参数及尺寸相同；在外磁环的外圆上套一个导磁圆筒，其两端面分别与组装后的外磁环的端面齐平；紧贴外磁环的外侧端面和导磁圆筒的端面固接一块中心有喇叭孔的非磁性圆盘，其喇叭孔的小端直径与外磁环的中孔最小直径大小相同，喇叭孔的大端直径大小使涡轮放入时不擦碰喇叭孔壁即可，非磁性圆盘的外圆与导磁圆筒的外圆相同；外磁环、导磁圆筒、非磁性圆盘构成了所述轴承的外套。

Images