CN101344120B - 永磁定向悬浮轮-轴承 - Google Patents

Abstract

一种永磁定向悬浮轮-轴承，由内悬浮圈、外悬浮圈、悬臂辊限位盘三部分构成，内悬浮圈和与对应的外悬浮圈的T形环槽的槽壁、侧磁瓦、环磁瓦、嵌体的厚度相等，且同性磁极环磁对应。其斥悬浮力将内悬浮圈悬在外悬浮圈的中央，两者之间设有气隙。悬臂辊的作用是对外悬浮圈进行轴向限位，使之只能转动和沿径向变化悬浮气隙(以适应不同的轴压)，不能沿轴向串动。当外悬浮圈转动时，限位悬臂辊跟着转动，因径向悬浮力远大于轴向限位力，所以限位辊的转动摩擦力很小。

Description

永磁定向悬浮轮-轴承

技术领域

本发明属轮-轴承技术领域，具体涉及永磁悬浮轴承技术与机械辊限位技术。

背景技术

永磁悬浮轴承因无磨损、功率损耗低、力学缓冲效果好，而受到业内的欢迎，又因永磁悬浮轴承在工作过程中需要电磁及其微机控制系统协助工作，而增加了设备的复杂程度，降低了工作的可靠性，所以限制了其工业用途。例如：《一种机械-永磁悬浮复合轴》(专利号：200410097928.2)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁定向悬浮轮-轴承装置，以做到在转动轴的主压力方向无磨损、无功率损耗、力学缓冲效果好，以及工作安全可靠，轴承非工作面漏磁(Br)≤1％。

为实现上述目的，本发明提供的永磁定向悬浮轮-轴承，包括：

一内悬浮圈，其外圈缘设有内环形槽，其中央开设一圆孔；

一外悬浮圈，其内圈缘设有一T型环槽；

外悬浮圈套设在内悬浮圈的外圆上，两者之间设有悬浮气隙；

内环形槽和T型环槽的槽口内均并列镶嵌有若干排环磁瓦，各排环磁瓦为异极间隔地朝向槽口；

内环形槽的槽口内的环磁瓦和T型环槽的槽口内的环磁瓦为同极相对，彼此之间产生斥力；

同一槽口内并列的各排环磁瓦之间设有非铁磁性嵌体；

内环形槽和T型环槽的侧面槽壁与各自槽口内相邻的两排环磁瓦之间设有侧磁瓦，侧磁瓦的磁化方向与各自接触的环磁瓦的磁化方向垂直，S极朝向槽口的环磁瓦一侧的侧磁瓦N极朝向侧面槽壁；N极朝向槽口的环磁瓦一侧的侧磁瓦S极朝向侧面槽壁；

一悬臂辊限位盘，其中央为轴套孔；

一轴套栓，穿过悬臂辊限位盘的轴套孔和内悬浮圈的圆孔，将悬臂辊限位盘拧固在内悬浮圈和外悬浮圈的两侧面上，且该悬臂辊限位盘与外悬浮圈的侧面之间有一间隙；

该轴套栓的中央设有轴孔；

悬臂辊限位盘对应于外悬浮圈槽口内环磁瓦的位置上，悬臂辊限位盘的盘面上呈放射状地开设有若干悬臂辊口，每一悬臂辊口内径向地套设一悬臂辊，悬臂辊通过辊轴可转动地固定在悬臂辊限位盘上，由悬臂辊将外悬浮圈限制在与内悬浮圈平行对正的位置上；

内悬浮圈和外悬浮圈的槽壁、侧磁瓦、环磁瓦和非铁磁性嵌体的厚度相等。

本发明的永磁定向悬浮轮-轴承，在轴的主压力方向采用永磁悬浮以做到无磨损、无功率损耗、力学缓冲效果好；在与轴主压力垂直的侧向，采用限位辊限位，在保证永磁悬浮轴承内、外环对正的同时，也因发生了辊动接触而消耗了少量功率，但与轴的主压力直接作用到机械轴承上相比，可减少功率损耗90％，同时也极大地提高了永磁悬浮轴承工作的可靠性，利于在工业上广泛应用。

附图说明

图1为永磁定向悬浮轮-轴承正面示意图。

图2为图1B-B剖面示意图。

图3为图2A-A剖面示意图。

具体实施方式

本发明由内悬浮圈、外悬浮圈、悬臂辊限位盘三部分构成。其中：

内悬浮圈部分：由内环形槽、环磁瓦、非铁磁性嵌体三部分构成。内环形槽的槽口向圆心的外侧，槽底围成轴套孔，由铁磁性材料比如但不限于碳钢制造。环磁瓦分别由N极和S极朝向内环形槽的槽口(即：N极环磁瓦与S极环磁瓦相间隔排列)排列成的N极环磁瓦和S极环磁瓦组成。在N极环磁瓦与S极环磁瓦之间设有非铁磁性嵌体环，其厚度0.5-3亳米，以1毫米为佳，其作用是既减少轴向斥力，又对径向斥悬浮力不产生大的影响。在内环形槽的侧面槽壁与环磁瓦之间设有侧磁瓦，侧磁瓦的磁化方向与环磁瓦垂直，当环磁瓦的N极朝向槽口时，侧磁瓦的N极向N极环磁瓦，侧磁瓦的S极向内环形槽的侧面槽壁；当环磁瓦的S极朝向槽口时，侧磁瓦的S极向S极环磁瓦，侧磁瓦的N极朝向内环形槽的侧面槽壁，以提高环磁瓦的悬浮力。环磁瓦由硬磁材料比如但不限于钕铁硼制造，其体积大小视永磁悬浮轮-轴承所需悬浮力大小而定，其计算公式是公知的，也可用市售商业软件求解，故不详述。非铁磁性嵌体由非铁磁性金属比如但不限于铝合金制造。当对永磁悬浮轮-轴承的悬浮力有较大的要求时，也可通过增加环磁瓦的环数来满足，但N极环磁瓦与S极环磁瓦要相间隔排列，两环磁瓦之间的非铁磁性嵌体的厚度要相等。

外悬浮圈部分：由T形环槽、环磁瓦、非铁磁性嵌体三部分构成。T形环槽的槽口向圆心的内侧，槽底围成轮缘，由铁磁性材料比如但不限于碳钢制造。环磁瓦分别由N极和S极朝向内环形槽的槽口(即：N极环磁瓦与S极环磁瓦相间隔排列)排列成的N极环磁瓦和S极环磁瓦组成。在N极环磁瓦与S极环磁瓦之间设有非铁磁性嵌体环，其厚度0.5-3毫米，以1毫米为佳，其作用是既减少轴向斥力，又对径向斥悬浮力不产生大的影响。在T形环槽的侧面槽壁与环磁瓦之间设有侧磁瓦，侧磁瓦的磁化方向与环磁瓦垂直，当环磁瓦的N极朝向槽口时，侧磁瓦的N极向N极环磁瓦，侧磁瓦的S极向T形环槽的侧面槽壁；当环磁瓦的S极朝向槽口时，侧磁瓦的S极向S极环磁瓦，侧磁瓦的N极朝向T形环槽的侧面槽壁，以提高环磁瓦的悬浮力。环磁瓦由硬磁材料比如但不限于钕铁硼制造，其体积大小视永磁悬浮轮-轴承所需悬浮力大小而定，其计算公式是公知的，也可用市售商业软件求解，故不详述。非铁磁性嵌体由非铁磁性金属比如但不限于铝合金制造。当对永磁悬浮轮-轴承的悬浮力有较大的要求时，也可通过增加环磁瓦的环数来满足，但N极环磁瓦与S极环磁瓦要相间隔排列，两环磁瓦之间的非铁磁性嵌体的厚度要相等。

悬臂辊限位盘部分：由悬臂辊、盘座、轴套栓三部分构成。悬臂辊通过辊轴与盘座相连结。悬臂辊限位盘的盘座通过轴栓套固定在内悬浮圈的轴套孔上，悬臂辊的辊轴为径向安装(即指向圆心)。两侧盘座上的悬臂辊对应安装，将外悬浮圈限制在两侧悬臂辊的中央。使外悬浮圈只能转动和沿径向变化悬浮气隙(移动)，不能沿轴向串动。悬臂辊、盘座、辊轴由金属比如但不限于铝合金制造。

永磁定向悬浮轮-轴承的工作原理是，内悬浮圈和与其对应的外悬浮圈的槽壁、侧磁瓦、环磁瓦、嵌体的厚度相等，且同性磁极环磁对应。其斥悬浮力将内悬浮圈悬在外悬浮圈的中央，两者之间气隙可视实际工程需求而定。当无特殊要求时可定在4-20毫米之间，以10毫米为佳。悬臂辊的作用是对外悬浮圈进行轴向限位，使之只能转动和沿径向变化悬浮气隙(以适应不同的轴压)，不能沿轴向串动。当外悬浮圈转动时，限位悬臂辊跟着转动，因径向悬浮力远大于轴向限位力，所以限位辊的转动摩擦力很小，与同型号辊珠轴承相比可节能90％，使用寿命至少长2倍。

以下所述内容是结合附图对本发明进行的详细说明，而不应被理解为是对本发明的限定。

请参见图1，悬臂辊限位盘3设置在外悬浮圈2的中央，悬臂辊限位盘3的中央为轴套栓4，该悬臂辊限位盘3通过轴套栓4固定(螺纹)在内悬浮圈1上，轴套栓4的中央设有轴孔4a。悬臂辊3a通过辊轴3a’，与限位盘座3b连结牢固。请参见图2，悬臂辊限位盘3通过轴套栓4拧固在内悬浮圈1的两侧面上，限位盘3的悬臂端不与外悬浮圈2接触(两者之间设有气隙)以避免两者之间发生摩擦。只有悬臂辊3a与外悬浮圈2辊动接触。悬臂辊3a将外悬浮圈2限制在与内悬浮圈1平行对正的设计位置上，即轴向限位，使其只能转动和沿径向发生气隙变化(移动)。从图2中还可以看出，内悬浮圈1的内环形槽1a与外悬浮圈2的T形环槽2a的槽口相对应。内环形槽1a内的中央镶嵌有S极与N极环磁瓦1c，在两个相邻环磁瓦1c之间设有非铁磁性嵌体1d。在内环形槽1a的侧面槽壁1a’与N极环磁瓦1c之间设有侧磁瓦1b。侧磁瓦1b的磁化方向与环磁瓦1c的磁化方向垂直，因环磁瓦1c的N极朝向槽口，故侧磁瓦1b的N极朝向N极环磁瓦1c，侧磁瓦1b的S极朝向侧面槽壁1a’。T形环槽2a内的中央镶嵌有S极与N极环磁瓦2c，在两个相邻环磁瓦之间设有非铁磁性嵌体2d。在T形环槽2a的侧面槽壁2a’与N极环磁瓦2c之间设有侧磁瓦2b，侧磁瓦2b的磁化方向与环磁瓦2c的磁化方向垂直；因环磁瓦2c的N极朝向槽口，故侧磁瓦2b的N极朝向N极环磁瓦2c，侧磁瓦的S极朝向侧面槽壁2a’。内悬浮圈1的槽壁1a’、侧磁瓦1b、环磁瓦1c、非铁磁性嵌体1d与外悬浮圈2的槽壁2a’、侧磁瓦2b、环磁瓦2c、非铁磁性嵌体2d相对应，其厚度相等。请参见图3，内、外悬浮圈的环磁瓦1c、2c同极相对，彼此之间产生斥力。由图3还可知环磁瓦1c、2c，侧磁瓦1b、2b，非铁磁性嵌体1d、2d是连续布置的。

使用本发明的优点为主受力方向无磨损、力学缓冲效果好、工作安全可靠、使用寿命长、比辊动珠轴承节能90％，既可当轮子使用，也可当轴承使用。

Claims (5)

1.一种永磁定向悬浮轮-轴承，包括：

一内悬浮圈，其外圈缘设有内环形槽，其中央开设一圆孔；

一外悬浮圈，其内圈缘设有一T型环槽；

外悬浮圈套设在内悬浮圈的外圆上，两者之间设有悬浮气隙；

内环形槽和T型环槽的槽口内均并列镶嵌有若干排环磁瓦，各排环磁瓦为异极间隔地朝向槽口；

内环形槽的槽口内的环磁瓦和T型环槽的槽口内的环磁瓦为同极相对，彼此之间产生斥力；

同一槽口内并列的各排环磁瓦之间设有非铁磁性嵌体；

内环形槽和T型环槽的侧面槽壁与各自槽口内相邻的两排环磁瓦之间设有侧磁瓦，侧磁瓦的磁化方向与各自接触的环磁瓦的磁化方向垂直，S极朝向槽口的环磁瓦一侧的侧磁瓦N极朝向侧面槽壁；N极朝向槽口的环磁瓦一侧的侧磁瓦S极朝向侧面槽壁；

一悬臂辊限位盘，其中央为轴套孔；

一轴套栓，穿过悬臂辊限位盘的轴套孔和内悬浮圈的圆孔，将悬臂辊限位盘拧固在内悬浮圈和外悬浮圈的两侧面上，且该悬臂辊限位盘与外悬浮圈的侧面之间有一间隙；

该轴套栓的中央设有轴孔；

悬臂辊限位盘对应于外悬浮圈槽口内环磁瓦的位置上，悬臂辊限位盘的盘面上呈放射状地开设有若干悬臂辊口，每一悬臂辊口内径向地套设一悬臂辊，悬臂辊通过辊轴可转动地固定在悬臂辊限位盘上，由悬臂辊将外悬浮圈限制在与内悬浮圈平行对正的位置上；

内悬浮圈的槽壁、侧磁瓦、环磁瓦、非铁磁性嵌体和外悬浮圈的槽壁、侧磁瓦、环磁瓦、非铁磁性嵌体的厚度相等。

2.如权利要求1所述的永磁定向悬浮轮-轴承，其中，环磁瓦、侧磁瓦及非铁磁性嵌体是连续布置的。

3.如权利要求1所述的永磁定向悬浮轮-轴承，其中，环磁瓦和侧磁瓦为钕铁硼制成。

4.如权利要求1所述的永磁定向悬浮轮-轴承，其中，悬臂辊限位盘、悬臂辊及非铁磁性嵌体为铝合金制成。

5.如权利要求1所述的永磁定向悬浮轮-轴承，其中，内悬浮圈和外悬浮圈为碳钢制成。

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