CN100489327C

CN100489327C - 永磁与涡轮复合轴承

Info

Publication number: CN100489327C
Application number: CNB2006101376563A
Authority: CN
Inventors: 刘新广
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2026-11-02
Also published as: CN101000070A

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、运转稳定性能差、应用受局限等问题。本发明由内套和外套组成，在内套和外套设置轴向充磁环形永磁体，内套环形永磁体的每个端面都是凸起面，外套环形永磁体的端面是凹面，内套和外套环形永磁体沿轴向离开一间隙同极性相对，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，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能差，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、运转稳定性能差、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，在内套和外套分别设置有轴向充磁环形永磁体，内套的环形永磁体称为内磁环，外套的环形永磁体称为外磁环；所述内套上的环形永磁体的每个端面都是由两个环锥面组成的凸起面，且所述的两端面对称；所述外磁环对称地设置在内磁环的两端面外，与内磁环相对的外磁环的面是由两个环锥面组成的凹面，环锥的锥度与内套环形永磁体的两端面锥度相同；内套和外套的环形永磁体沿轴向离开一间隙同极性相对；内套或外套上两端分别固套着一个涡轮，当内套用作作转动套时，所述涡轮就固定在内套上，当外套用作转动套时，所述涡轮就固定在外套上。

本发明还具有一个支撑转轴的非磁性轴套，所述涡轮固套在所述非磁性轴套的两端，所述内磁环套在所述非磁性轴套中部的外圆周上，所述内磁环或者由两个轴向充磁的环形磁体极性交错地拼成，或者由一整体的环形磁体沿轴向单一极性充磁或多极极性交错地充磁构成，所述非磁性轴套、涡轮、内磁环构成所述内套。

所述外磁环的中孔的内周面比所述非磁性轴套的外周面之间留有间隙，所述外磁环或者由两个轴向充磁的环形磁体极性交错地拼成，或者由一整体的环形磁体沿轴向单一极性充磁或多极极性交错地充磁构成，所述外磁环的材料、尺寸及性能参数相同；所述外磁环的外圆上套有导磁圆筒；导磁圆筒的端面与外磁环的外侧端面齐平，所述导磁圆筒的内圆周面与所述内磁环的轴向外圆周面之间留有间隙；紧贴外磁环的外侧端面和导磁圆筒的端面固接有一块中心有喇叭孔的导磁圆盘，其喇叭孔的小端的内壁与轴套的外圆之间具有一间隙，喇叭孔的大端的直径大小可使所述涡轮不擦碰喇叭孔壁，导磁圆盘的外端面与涡轮的外端面齐平，导磁圆盘的外圆周与导磁圆筒的外圆周具有相同的直径；所述外磁环、导磁圆筒、导磁圆盘构成所述外套。

本发明若去掉所述涡轮作为一种永磁体轴承，其特征是：其由内套和外套组成，在内套和外套上分别设置有轴向充磁环形永磁体，内套的环形永磁体称为内磁环，外套的环形永磁体称为外磁环；所述内套上的环形永磁体的每个端面都是由两个环锥面组成的凸起面，且所述的两端面对称；所述外磁环对称地设置在内磁环的两端面外，与内磁环相对的外磁环的面是由两个环锥面组成的凹面，环锥的锥度与内套环形永磁体的两端面锥度相同；内套和外套的环形永磁体沿轴向离开一间隙同极性相。

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

由于内、外磁环沿轴向以凹凸面同极性相对，且内磁环中的磁通方向与导磁圆筒中的磁通方向相同，因而使内套和外套在径向、轴向均产生排斥力，达到内套和外套相对悬浮，且具有稳定性。

本发明的内套作支撑旋转轴的载体，外套作为固定套，涡轮与内套固定；本发明轴承的内套也可作支撑固定轴的固定套，外套支撑旋转的载体，将涡轮与导磁圆盘固接，将原来的内磁环和外磁环相对的面的形状互相转换，以利于流体向轴承内外套之间隙流动，那么，原来的外套作为转动套，原来的内套作为固定套，即内套、外套的功能可同时互换。

若实际中被支撑转轴的转速低，跳动和摆动很小，或者在真空环境中，那末，使用本发明不用配置涡轮，成为纯永磁悬浮轴承。

本发明有益的效果是：

1.从整体结构看：第一，本发明的内磁环、外磁环若分别由整体永磁体单一轴向充磁内磁环和整体永磁体单一轴向充磁外磁环制作的时，外磁环的主磁通通过导磁圆筒相连接成半封闭状，本发明的内磁环、外磁环若分别都由两个轴向充磁的环形磁体极性交错地拼成，或者整体内磁环沿轴向多极极性交错地充磁组成，外磁环中的主磁通通过导磁圆盘也成半封闭状，这两种结构，外磁环中的主磁通都包围着内磁套，所以漏磁最小，磁力利用率最高。第二，除内外套之间隙和涡轮进流间隙，再无任何空隙，轴承的内部空间装配了极多的永磁体，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。另外，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；

图3为本发明实施方式3的结构示意图；

图4为本发明实施方式4的结构示意图；

图5为本发明实施方式5的结构示意图；

图6为本发明实施方式6的结构示意图；

图7为本发明实施方式7的结构示意图；

图8为本发明实施方式8的结构示意图。

具体实施方式

实施方式1：如图1示，本发明有一个支撑转轴的非磁性轴套6，轴套6两端分别固套一个涡轮5、9，轴套中部外圆上固套一个轴向充磁的环形永磁体2，称为内磁环，其两端面都是由两个环锥(锥度根据径向和轴向承载力要求确定)面组成的凸起面或凹面，且两端面对称。非磁性轴套6、内磁环2构成本发明轴承的内套。

在内磁环2的两端面外对称配置两个外磁环4、7，外磁环4、7内圆比非磁性轴套6外圆每面大一间隙，外磁环4、7轴向充磁。外磁环4、7与内磁环2相对的面是由两个环锥(锥度与内套环形永磁体的两端面锥度相同)面组成的凹面或凸起面，外磁环4、7的另一端面是平面，外磁环4、7与内磁环2相对的面沿轴向离开一间隙同极性相对，外磁环4、7的外圆比内磁环2的外圆每面大一间隙。两个外磁环4、7的材料、尺寸及性能参数相同。在外磁环4、7的外圆紧套一导磁圆筒1，导磁圆筒的端面与外磁环4、7的外侧端面(平面)齐平。紧贴外磁环4、7的外侧端面和导磁圆筒1的端面固接一块中心有喇叭孔的导磁圆盘3、8，其喇叭孔的小端直径比非磁性轴套6的外圆每面大一间隙，喇叭孔的大端直径大小使涡轮5、9放入时不擦碰喇叭孔壁，导磁圆盘3、8的外端面与涡轮5、9的外端面齐平，导磁圆盘3、8的外圆与导磁圆筒1的外圆相同。外磁环4、7、导磁圆筒1、导磁圆盘3、8构成了该发明的外套。

因为内磁环2和外磁环4、7沿轴向离开一轴承间隙同极性锥面相对，且内磁环2中的磁通方向与导磁圆筒1中的磁通方向相同，所以在内磁环2和外磁环4、7的锥面上既产生轴向相互排斥力，又产生径向相互排斥力。而且由于外磁环4、7的材料、尺寸及性能参数相同，因而磁斥力大小相等、方向相反，故本发明内套和外套相对悬浮，在径向和轴向具有稳定性。内套(或外套)上两端分别固套着一个涡轮，当内套(或外套)高速旋转时，涡轮将所述轴承所处环境的流体(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，从而极大地提高了轴承运转的稳定性、可靠性，轴的转速越高，本发明工作越佳。

实施方式2：如图2示。若实际中被支撑转轴的转速低，跳动和摆动很小，或者在真空环境中，那末，使用实施方式1所述的轴承不用配置涡轮5和9，并将实施方式1中的非磁性轴套6、导磁圆盘3和8相应改成图2示所示的非磁性轴套11、导磁圆盘10和12，成为纯永磁悬浮轴承。

实施方式3：如图3示。当需要本发明轴承外套转动，且内套被固定时，为了有利于旋转的外磁环的内端面带动流体向轴承间隙内压缩，将实施方式1中的轴套6、导磁圆盘3和8、涡轮5和9、内磁环2、外磁环4和7依次改成图3示所示的非磁性轴套15、导磁圆盘17和19、涡轮16和20、内磁环13、外磁环14和18，内磁环13的凹端面为原外磁环4和7的凹端面形状，外磁环14和18的凸端面为原内磁环2的凸端面形状。使涡轮16和20分别与导磁圆盘19和17固接，使涡轮16和20的内圆与轴套15的外圆每面分离开一间隙。

实施方式4：如图4示。若实施方式3所述轴承的外套的转速低，跳动和摆动很小，或者在真空环境中，那末，使用实施方式3所述的轴承不用配置涡轮16和20，成并将实施方式3中的非磁性轴套15、导磁圆盘17和19相应改成图2所示的非磁性轴套11、导磁圆盘10和12，成为纯永磁悬浮轴承。

实施方式5：如图5示。将实施方式1的轴承的内磁环变成由两个轴向充磁的环形磁体极性交错地拼成，或者变成整体内磁环沿轴向多极极性交错地充磁，外磁环也相应地按内磁环制作方法制作，而且内磁环和外磁环总是同极性相对。即将图1中的内磁环2、外磁环4和7依次改成图5所示的内磁环21和24、外磁环22—23—25—26。由于主磁通不通过导磁圆筒，可将图1中的导磁圆筒1改成图5所示的外圆较小的磁性圆筒27，并相应的将图1中的导磁圆盘外圆改成与磁性圆筒27外圆同样大小。本实施方式的优点是缩小了轴承径向尺寸。

实施方式6：如图6示。若实际中被支撑转轴的转速低，跳动和摆动很小，或者在真空环境中，那末，使用实施方式5所述的轴承不用配置涡轮，成为纯永磁悬浮轴承。

实施方式7：如图7示。将实施方式3的轴承的内磁环变成由两个轴向充磁的环形磁体极性交错地拼成，或者变成整体内磁环沿轴向多极极性交错地充磁，外磁环也相应地按内磁环制作方法制作，而且内磁环和外磁环总是同极性相对。即将图3中的内磁环13、外磁环14和18依次改成图7所示的内磁环28和31、外磁环29—30—32—33。由于主磁通不通过导磁圆筒，可将图1中的导磁圆筒1改成图5所示的外圆较小的磁性圆筒27，并相应的将图1中的导磁圆盘外圆改成与磁性圆筒27外圆同样大小。本实施方式的优点是缩小了轴承径向尺寸。

实施方式8：如图8示。若实施方式7所述轴承的外套的转速低，跳动和摆动很小，或者在真空环境中，那末，使用实施方式7所述的轴承不用配置涡轮，成为纯永磁悬浮轴承。

Claims

1.一种永磁与涡轮复合轴承，其特征是：其由内套和外套组成，在内套和外套分别设置有轴向充磁环形永磁体，内套的环形永磁体称为内磁环，外套的环形永磁体称为外磁环；所述内套上的环形永磁体的每个端面都是由两个环锥面组成的凸起面，且所述的两端面对称；所述外磁环对称地设置在内磁环的两端面外，与内磁环相对的外磁环的面是由两个环锥面组成的凹面，环锥的锥度与内套环形永磁体的两端面锥度相同；内套和外套的环形永磁体沿轴向离开一间隙同极性相对；内套或外套上两端分别固套着一个涡轮，当内套用作作转动套时，所述涡轮就固定在内套上，当外套用作转动套时，所述涡轮就固定在外套上。

2.根据权利要求1所述的永磁与涡轮复合轴承，其特征是：该复合轴承还具有一个支撑转轴的非磁性轴套，所述涡轮固套在所述非磁性轴套的两端，所述内磁环套在所述非磁性轴套中部的外圆周上，所述内磁环或者由两个轴向充磁的环形磁体极性交错地拼成，或者由一整体的环形磁体沿轴向单一极性充磁或多极极性交错地充磁构成，所述非磁性轴套、涡轮、内磁环构成所述内套。

3.根据权利要求2所述的永磁与涡轮复合轴承，其特征是：所述外磁环的中孔的内周面比所述非磁性轴套的外周面之间留有间隙，所述外磁环或者由两个轴向充磁的环形磁体极性交错地拼成，或者由一整体的环形磁体沿轴向单一极性充磁或多极极性交错地充磁构成，所述外磁环的材料、尺寸及性能参数相同；所述外磁环的外圆上套有导磁圆筒；导磁圆筒的端面与外磁环的外侧端面齐平，所述导磁圆筒的内圆周面与所述内磁环的轴向外圆周面之间留有间隙；紧贴外磁环的外侧端面和导磁圆筒的端面固接有一块中心有喇叭孔的导磁圆盘，其喇叭孔的小端的内壁与轴套的外圆之间具有一间隙，喇叭孔的大端的直径大小可使所述涡轮不擦碰喇叭孔壁，导磁圆盘的外端面与涡轮的外端面齐平，导磁圆盘的外圆周与导磁圆筒的外圆周具有相同的直径；所述外磁环、导磁圆筒、导磁圆盘构成所述外套。

4.一种永磁体轴承，其特征是：其由内套和外套组成，在内套和外套上分别设置有轴向充磁环形永磁体，内套的环形永磁体称为内磁环，外套的环形永磁体称为外磁环；所述内套上的环形永磁体的每个端面都是由两个环锥面组成的凸起面，且所述的两端面对称；所述外磁环对称地设置在内磁环的两端面外，与内磁环相对的外磁环的面是由两个环锥面组成的凹面，环锥的锥度与内套环形永磁体的两端面锥度相同；内套和外套的环形永磁体沿轴向离开一间隙同极性相对。